JP4931039B2 - 水質監視装置及び水処理設備 - Google Patents
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SDI=(1−t0/t1)×(100/15)
t0=最初の500mLを濾過するのに要した時間
t1=15分間濾過し続けた後、再度500mLを濾過するのに要した時間
なお、以下において、各符号は次の通りである。
t:濾過時間(sec)
V:単位膜面積当りの濾過液量(m)
J:透過流束(m/s)
J 0 :初期透過流束(m/s)
K i :中間閉塞濾過係数(m −1 )
2)従来のSDI法は測定時間を一定としているため、測定水温の影響を受けるが、本発明では濾過係数として中間閉塞濾過係数を用いることから、本係数は水温の影響を受けないため、水温の影響を受けず、同一水質であれば、水温にかかわらず一定の値を得ることができる。従って、水温の変化が大きい原水の経時的な汚染度の測定にも有効である。
3)従来のSDI法では、評価用フィルターとして孔径の小さなフィルターを用いることはできないが、本発明では濾液量が少なくてもよいため、濾過膜として孔径が小さなフィルターを用いても測定可能であり、このようなフィルターを用いることにより、より高精度な値を得ることができる。
4)従来のSDI法では、測定は15分以上必要であるが、15分以内の短時間での測定が可能である。
5)SDI値は、物理的な意味を何も持たないが、濾過係数は、物理的な意味を持ち、特に中間閉塞濾過係数は、「原水中の単位容積当りの微粒子個数/単位膜面積当りの細孔数」という物理的な意味を持つため、膜汚染との関連が理解しやすい。
本発明の水質監視装置は、原水を濾過膜に通水して濾過液を得る膜濾過手段と、該膜濾過手段からの濾過液量を測定するための濾過液量測定手段と、該濾過液量測定手段の測定結果から濾過係数を算出する演算手段とを備えるものである。
{濾過係数}
まず、本発明において、水の汚染度の指標とする濾過係数について説明する。
t:濾過時間(sec)
V:単位膜面積当りの濾過液量(m)
J:透過流束(m/s)
J0:初期透過流束(m/s)
Ks:標準閉塞濾過係数(m−1)
Ki:中間閉塞濾過係数(m−1)
Kb:完全閉塞濾過係数(s−1)
Kc:ケーク濾過係数(s/m2)
(1) 少ない水でも測定ができる(ただし、ケーク濾過式における濾過係数では少ない水では、汚染度が低い水での測定は困難である。)。
(2) SDI法と高い相関関係を示す。
(3) 数値に物理的な意味があるため、膜汚染との関係を理解しやすい。
といった利点が得られ、特に上記濾過係数のうち、中間閉塞濾過係数を用いた場合には、
(4) 「原水中の単位容積当りの微粒子個数/単位膜面積当りの細孔数」という物理的意味を持っているため、水温の影響を受けない。(他の濾過係数はその物理的な意味において、初期透過流束の概念が含まれており、従って、水温の影響を受けるが、中間閉塞濾過係数には、初期透過流束の概念が含まれないため、水温の影響を受けない。)
(5) 算出が容易である。即ち、例えばlnJとVのグラフより求めることができる。
(6) 他の濾過係数と比べてSDI値と直線的な関係があり、広い数値範囲でSDI値との相関が高い。
という利点が得られる。
次に、本発明の水質監視装置の膜濾過手段に用いられる濾過膜について説明する。
次に、図1を参照して本発明の水質監視装置の具体的な構成について説明する。
図1に示す水質監視装置による原水の汚染度の測定手順は次の通りである。
1)弁AV−1、AV−2を開とした状態でサンプリングポンプP−1で原水(測定用サンプル)を加圧タンク10に送る。弁AV−2よりオーバーフローが生じた時点で弁AV−2を閉とする。オーバーフローの時間を調整することにより加圧タンク10内の水の入れ替え量を調整することができる。
2)加圧タンク10内に原水が入って、オーバーフローした状態でポンプP−1停止、弁AV−1閉、弁AV−2閉とし、次いで、弁AV−3を開として、コンプレッサー12より加圧空気(207kPa)を送給して、タンク10内を207kPaに調整する。
3)膜濾過手段15のフィルター18を第1のロール16から一定長さ移送させる。移動長さは、第2のロール17のロール稼働時間で調整する。
4)フィルター18を新しいものにした後、弁AV−6を開とし、アクチュエーター20作動用のソレノイドバルブSV−1をONとして、フィルターホルダー19の上側のフィルター押さえ部材をアクチュエーター20で下に移動させる。
フィルター18は、フィルターホルダー19のOリングでシールされ、水漏れのない状態となる。
5)次に、弁AV−4、AV−5を開とし、加圧タンク10から加圧された原水を膜濾過手段15に送り、弁AV−5よりライン中の空気を除去する。
6)弁AV−5閉、弁AV−7開として、濾過を開始する。
7)濾過液は受槽22に受け入れ、自動天秤21で測定し、濾過時間と濾過液量を記録する。
8)濾過液量が所定量(例えば2.5L)になった時点で、弁AV−7閉、弁AV−4閉とし、濾過を終了する。
9)弁AV−8開として、受槽22から濾過液を排出し、弁AV−5開としてから、アクチュエーター20作動用ソレノイドバルブSV−1をOFFとして、アクチュエーター20でフィルターホルダー19の上側のフィルター押さえ部材を上げる。
10)3)と同様にフィルター18を1回分巻き取る。
11)弁AV−10を開として、加圧タンク10内の原水を排出する。サンプル水を連続的に加圧タンク10内に送る状態としておく場合は、サンプリングポンプP−1運転、弁AV−1開、弁AV−2開としておく。コンプレッサー12は圧力に応じて自動的にON−OFFする状態とする。
12)濾過時間と濾過液量の計測値を用いて時間対濾過液量の回帰2次曲線V=C1t2+C2t+bを求める(図3(a))。
13)求めた回帰2次曲線から、濾過液量を時間で微分した値、即ち、透過流束Jを求め、その対数lnJを求める。
14)濾過液量Vと透過流束Jの対数lnJとのグラフを作成し(図3(b))、一次近似曲線lnJ=mV+bのm、即ち中間閉塞濾過係数Kiを表示する。
15)中間閉塞濾過係数Kiより、従来のSDI法のSDI値との相関関係式(SDI=αKi+β)から、相当SDI値としても表示する。
本発明の水質監視装置は、特に、水処理設備の膜分離装置(RO膜分離装置、NF膜分離装置、UF膜分離装置、MF膜分離装置など)に供給する水の汚染度の測定に有効であるが、これに限らず、半導体のウエハー等の洗浄用水の水質評価、前処理用濾過器等の処理水質の水質評価など、幅広い水の水質評価に用いることができる。
本発明の水処理設備は、このような本発明の水質監視装置と、水処理装置とを備え、水質監視装置で算出された濾過係数によってこの水処理装置の運転条件を制御するようにしたものである。
微粒子、有機物質、色度成分等を含む表2に示す水質の調整水−1〜5を調製し、各調整水について、図2に示す測定装置を用いて、濾過液量と濾過時間のデータを求め、この値から中間閉塞濾過係数Kiを算出した。
1)圧力容器(約20L容量)41に調整水−1を18L入れ、コンプレッサー42からの空気で207kPaに加圧した。
2)フィルターホルダー46には、直径47mm、孔径0.2μmのナイロン製フィルター(日本ポール社製「Nylaflo」)(以下「Nylaflo、0.2μmフィルター」と称す。)をセットし、濾過時間と濾過液量を測定した。測定水温は室温(約20℃)であった。
3)フィルターホルダー46のフィルターを、直径47mm、孔径0.45μmの酢酸セルロース系フィルター(ミリポア社製「HAWP」)(以下「HAWP、0.45μmフィルター」と称す。)に交換し、同様に濾過時間と濾過液量を測定した。ここでは、濾過液量500mLのときの濾過時間t0(sec)、15分間濾過継続後にさらに500mL濾過するときの濾過時間t1(sec)も測定し、t0とt1よりSDI値も計算した。
4)以上の操作を調整水−2、3、4、5についても行った。
12 コンプレッサー
15 膜濾過手段
16 第1のロール
17 第2のロール
18 濾過膜(フィルター)
19 フィルターホルダー
20 アクチュエーター
21 自動天秤
23 演算・制御手段
40 調整水
41 圧力容器
42 コンプレッサー
43 エアフィルター
44 圧力調整弁
45 圧力計
46 フィルターホルダー
47 天秤
48 受槽
Claims (5)
- 請求項1の水質監視装置において、前記膜濾過手段は
未使用のシート状の濾過膜がロール状に巻回された未使用膜巻回体と、該未使用膜巻回体から送り出された該濾過膜を巻き取るための巻取体と、
前記巻回体から送り出され、該巻取体に巻き取られる前の濾過膜に原水を透過させるように通水する通水手段と
を備えてなることを特徴とする水質監視装置。 - 請求項1又は2の水質監視装置において、前記濾過液量測定手段が自動天秤であることを特徴とする水質監視装置。
- 水処理装置と、
請求項1ないし3のいずれかに記載の水質監視装置と、
該水質監視装置で算出された濾過係数によって該水処理装置の運転条件を制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とする水処理設備。 - 請求項4の水処理設備において、前記水処理装置は、膜の洗浄手段を備える膜分離装置であり、該水処理設備は、該膜分離装置への給水の一部を抜き出して前記原水として前記水質監視装置に供給する手段を有し、前記制御手段は、該水質監視装置で算出した濾過係数に基いて前記洗浄手段の運転条件を制御することを特徴とする水処理設備。
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