JP6990442B2 - Permeability evaluation method and device for filter membrane - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜等からなる水処理用フィルタ膜の透水性を評価する方法および、その方法を実施するための装置に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating the water permeability of a water treatment filter membrane made of a reverse osmosis membrane or the like, and an apparatus for carrying out the method.
従来、例えば特許文献1や2に示されるように、被処理水に含まれる特定成分を除去する水処理装置の一つとして、逆浸透膜やナノろ過膜等のフィルタ膜(ろ過膜)を用いる膜ろ過装置が広く実用に供されている。逆浸透膜等のフィルタ膜は基本的に、支持層の一面側に分離機能層が形成されてなるものであり、被処理水としての電解液中の除去対象特定成分を分離機能層で透過を阻止して溶媒から分離させる機能を有する。
Conventionally, as shown in
この種のフィルタ膜に対しては、透水性、つまり溶媒の透過しやすさを把握しておく要望がある。すなわちこのフィルタ膜は、使用を続けるうちにファウリング(汚れ)によって目詰まりを起こすことが避けられないので、透水性を調べることにより目詰まりの程度を知って、フィルタ膜の交換や逆洗を行う目安とすることができる。また、この目詰まりに起因して変化する透水性の他に、フィルタ膜が本来有している透水性を把握する要望もある。すなわち、この種のフィルタ膜を作製する際に、ゴミなどに起因して膜にピンホールが生じることがあるが、膜材料が本来有する透水性を評価できれば、膜材料合成の最適化に有益であり、一方で、意図しないプロセス上でのピンホールの発生などによる特性劣化要因を区分することができる。これにより、膜の本質的な透水性向上と、プロセス上生じる膜欠陥とを区分し、製造プロセスの効率的な立ち上げが可能になる。 For this type of filter membrane, there is a need to know the water permeability, that is, the ease of permeation of the solvent. That is, since it is inevitable that this filter membrane will be clogged due to fouling (dirt) during continued use, the degree of clogging can be known by examining the water permeability, and the filter membrane should be replaced or backwashed. It can be used as a guide. Further, in addition to the water permeability that changes due to this clogging, there is also a demand for grasping the water permeability that the filter membrane originally has. That is, when producing this type of filter membrane, pinholes may occur in the membrane due to dust, etc., but if the inherent water permeability of the membrane material can be evaluated, it is useful for optimizing the synthesis of the membrane material. On the other hand, it is possible to classify the causes of characteristic deterioration due to the occurrence of pinholes on unintended processes. This distinguishes between the essential improvement in water permeability of the membrane and the membrane defects that occur in the process, and enables efficient start-up of the manufacturing process.
なお、本明細書における「透水性」とは、電解液の溶媒が水(H2O)であることを限定するものではない。つまりこの「透水性」は、電解液の如何に拘わらず、電解液中の溶媒がフィルタ膜を透過する容易さを示すものである。 The term "water permeability" as used herein does not limit the solvent of the electrolytic solution to water (H 2 O). That is, this "water permeability" indicates the ease with which the solvent in the electrolytic solution permeates the filter membrane regardless of the electrolytic solution.
従来、フィルタ膜の透水性を評価する方法の一つとして、フィルタ膜の透水方向に圧力を印加して透過する溶媒の量を直接測定する方法が知られている。また、フィルタ膜の透水性を評価する別の方法として、例えば特許文献2に示されているように、フィルタ膜が浸漬されている電解液に交流を印加し、その状態下でフィルタ膜の一方側と他方側(ろ過前側とろ過後側)との間のインピーダンスを測定し、この測定されたインピーダンスに基づいて透水性を評価する方法も知られている。この方法は、フィルタ膜を実使用しながら透水性を簡便に評価可能であり、主に、前述した目詰まりによって変化する透水性を評価する上で適用されている。
Conventionally, as one of the methods for evaluating the water permeability of a filter membrane, a method of directly measuring the amount of a solvent permeating by applying a pressure in the water permeation direction of the filter membrane is known. Further, as another method for evaluating the water permeability of the filter membrane, for example, as shown in
上記の透過する溶媒の量を直接測定する方法は、前述したピンホールのない良品部分(膜本来の性能を出している部分)の透水性を、ピンホールの影響と切り分けて評価することが困難であった。そのためにこの方法では、ピンホールの影響で透水性が不正に、より詳しくは見かけ上良くなって評価されることがあった。また、上記のインピーダンスに基づいて透水性を評価する方法は、汚れ等に起因して形成される分離機能層表面の拡散分極層によるインピーダンスの変化を測定するものであって、膜が本来有している透水性を評価するものではなかった。 In the above method of directly measuring the amount of the permeating solvent, it is difficult to evaluate the water permeability of the non-defective part (the part showing the original performance of the membrane) without pinholes separately from the influence of pinholes. Met. Therefore, in this method, the water permeability may be improperly evaluated due to the influence of pinholes, and more specifically, the appearance may be improved. Further, the method for evaluating water permeability based on the above impedance measures the change in impedance due to the diffusion polarization layer on the surface of the separation function layer formed due to dirt or the like, and is inherently possessed by the membrane. It did not evaluate the permeability.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、フィルタ膜が本来有している透水性を高い精度で評価できる方法を提供することを目的とする。また本発明は、そのようなフィルタ膜の透水性評価方法を実施できる装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of evaluating the water permeability inherent in a filter membrane with high accuracy. Another object of the present invention is to provide an apparatus capable of carrying out such a method for evaluating the water permeability of a filter film.
本発明によるフィルタ膜の透水性評価方法は、
支持層と分離機能層とを有する逆浸透膜等のフィルタ膜について、その透水性を評価する方法であって、
フィルタ膜を電解液中に浸漬し、
フィルタ膜を間に置いて透水方向の一方側と他方側に各々配された電極を介して、電解液に一または複数の周波数の交流を印加し、
交流が印加されている状態下でフィルタ膜の一方側と他方側との間のインピーダンスを測定し、
フィルタ膜の一方側または他方側から電解液に圧力を付加させ、
上記一または複数の周波数に対応するインピーダンスの上記圧力に対する緩和特性に基づいてフィルタ膜の透水性を評価することを特徴とするものである。
なお上記の交流印加、インピーダンス測定および圧力付加は、必ずしもこの記載順通りに行わなくてもよく、例えばインピーダンス測定の前に、交流印加と並行して圧力付加を行うようにしてもよい。
The method for evaluating the water permeability of a filter membrane according to the present invention is
A method for evaluating the water permeability of a filter membrane such as a reverse osmosis membrane having a support layer and a separation function layer.
Immerse the filter membrane in the electrolyte and
An alternating current of one or more frequencies is applied to the electrolytic solution through electrodes arranged on one side and the other side in the water permeation direction with a filter membrane in between.
The impedance between one side and the other side of the filter film is measured under the condition that alternating current is applied.
Pressure is applied to the electrolytic solution from one side or the other side of the filter membrane to apply pressure.
It is characterized in that the water permeability of the filter film is evaluated based on the relaxation characteristic of the impedance corresponding to the one or more frequencies with respect to the pressure.
The above-mentioned AC application, impedance measurement, and pressure application do not necessarily have to be performed in the same order as described above. For example, the pressure may be applied in parallel with the AC application before the impedance measurement.
ここで上記の周波数は、具体的には例えば200Hz以上2MHz以下の範囲内、さらに好ましくは2kHz以上200kHz以下の範囲内の周波数とされる。
Here, the frequency is specifically, for example, a frequency in the range of 200 Hz or more and 2 MHz or less, more preferably in the range of 2 kHz or more and 200 kHz or less.
また本発明によるフィルタ膜の透水性評価方法において、より具体的には、インピーダンスの圧力に対する緩和特性における緩和時間τおよび/またはインピーダンスに対応するコンダクタンスの変化量ΔGに基づいて透水性が評価される。 Further, in the method for evaluating the permeability of a filter membrane according to the present invention, more specifically, the permeability is evaluated based on the relaxation time τ and / or the amount of change in conductance corresponding to the impedance ΔG in the relaxation characteristics with respect to the pressure of the impedance. ..
また本発明によるフィルタ膜の透水性評価方法においては、
交流の周波数を第1の周波数から第2の周波数の間で掃引させ、
この周波数掃引を複数回繰り返し、
各周波数掃引時にそれぞれ測定されたインピーダンスに基づいて透水性を評価することが望ましい。
Further, in the method for evaluating the water permeability of the filter membrane according to the present invention,
Sweep the AC frequency between the first and second frequencies,
Repeat this frequency sweep multiple times,
It is desirable to evaluate the permeability based on the impedance measured at each frequency sweep.
ただし、そのような周波数掃引は特に行わず、予め定められた一つの特定周波数に対応するインピーダンスを測定して、付加した圧力に対するその緩和特性に基づいて透水性を評価してもよい。 However, such frequency sweeping may not be particularly performed, and the impedance corresponding to one predetermined specific frequency may be measured and the permeability may be evaluated based on the relaxation characteristic for the applied pressure.
また、インピーダンスの測定は、上記交流を印加する電極の間で行うのが望ましい。その場合に使用する電極は1対つまり2電極に限るものではない。この種のインピーダンスの測定においては、前述した特許文献2にも示されている通り、4電極配置を使用する4端子インピーダンス測定法を適用することも従来提案されており、この4端子インピーダンス測定法は本発明によるフィルタ膜の透水性評価方法においても適用可能である。
Further, it is desirable that the impedance is measured between the electrodes to which the alternating current is applied. The electrodes used in that case are not limited to one pair, that is, two electrodes. In the measurement of this type of impedance, as shown in
他方、本発明によるフィルタ膜の透水性評価装置は、
支持層と分離機能層とを有する逆浸透膜等のフィルタ膜について、その透水性を評価す
る装置であって、
電解液を貯え、該電解液中に浸漬した状態にしてフィルタ膜を保持する容器と、
フィルタ膜を間に置いて透水方向の一方側または他方側から電解液に圧力を付加させる圧力付加手段と、
上記一方側と他方側に各々配された電極を介して、前記電解液に一または複数の周波数の交流を印加する交流印加手段と、
フィルタ膜の一方側と他方側との間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器と、
このインピーダンス測定器が測定した一または複数の周波数に対応するインピーダンスの上記圧力に対する緩和特性に基づいて透水性を解析する手段と、
を有することを特徴とするものである。
On the other hand, the water permeability evaluation device for the filter membrane according to the present invention is
A device for evaluating the water permeability of a filter membrane such as a reverse osmosis membrane having a support layer and a separation function layer.
A container that stores the electrolytic solution and holds the filter membrane in a state of being immersed in the electrolytic solution.
A pressure applying means for applying pressure to the electrolytic solution from one side or the other side in the water permeation direction with a filter membrane in between.
An alternating current application means for applying an alternating current of one or more frequencies to the electrolytic solution via the electrodes arranged on one side and the other side, respectively.
An impedance measuring instrument that measures the impedance between one side and the other side of the filter membrane,
A means for analyzing the permeability based on the relaxation characteristics of the impedance corresponding to one or more frequencies measured by this impedance measuring instrument with respect to the pressure.
It is characterized by having.
なお、フィルタ膜が逆浸透膜である場合、
圧力付加手段は、上記一方側および他方側のうち逆浸透により脱塩を行う際に圧力が付加される側と同じ側から電解液に圧力を付加させるものであることが望ましく、さらには、逆浸透により脱塩を行う際に圧力が付加される側と反対側からも電解液に圧力を付加可能であることがより望ましい。
If the filter membrane is a reverse osmosis membrane,
It is desirable that the pressure applying means applies pressure to the electrolytic solution from the same side of the one side and the other side to which pressure is applied when desalting by reverse osmosis, and further, the reverse. It is more desirable that pressure can be applied to the electrolytic solution from the side opposite to the side to which pressure is applied when desalting by permeation.
本発明によるフィルタ膜の透水性評価方法によれば、一または複数の周波数に対応するインピーダンスの圧力付加に対する緩和特性に基づいて透水性を評価するようにしたので、この周波数を適切に選択することにより、前述したピンホール等の不良が無い支持層部分(特に分離機能層近傍の支持層)に対応したインピーダンスの変化を測定可能となる。それにより、ピンホール等の不良が有る部分の影響を排して、フィルタ膜が本来備えている透水性を精度良く評価することができる。そこで、フィルタ膜の製造プロセスにおいて本方法を適用すれば、本来の膜の透水特性が得られているか、また、ピンホール等の不良が発生しているかを即時に把握して、製造プロセスに短時間内にフィードバックすることも可能となる。 According to the method for evaluating the permeability of a filter membrane according to the present invention, the permeability is evaluated based on the relaxation characteristics of impedance corresponding to one or more frequencies with respect to pressure application. Therefore, this frequency is appropriately used. By selecting it, it is possible to measure the change in impedance corresponding to the support layer portion (particularly the support layer near the separation functional layer) without defects such as pinholes described above. As a result, it is possible to accurately evaluate the water permeability inherent in the filter film by eliminating the influence of defective portions such as pinholes. Therefore, if this method is applied in the filter membrane manufacturing process, it is possible to immediately grasp whether the original water permeability characteristics of the membrane are obtained and whether defects such as pinholes have occurred, and the manufacturing process is short. It is also possible to give feedback in time.
他方、本発明によるフィルタ膜の透水性評価装置は、前述した通りの容器と、圧力付加手段と、交流印加手段と、インピーダンス測定器と、透水性を解析する手段とを備えているので、上に説明した効果を奏するフィルタ膜の透水性評価方法を実施できるものとなる。 On the other hand, the water permeability evaluation device for the filter membrane according to the present invention includes the container as described above, the pressure applying means, the alternating current applying means, the impedance measuring instrument, and the means for analyzing the water permeability. It is possible to carry out the method for evaluating the water permeability of the filter film having the effect described in 1.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態による、フィルタ膜の透水性評価装置の概略構成を示すものである。まず、この図1の装置について説明する。本装置は、フィルタ膜の透水性評価に利用する電解液を貯える、例えばコンクリートや鋼鈑製の圧力容器1を有する。この圧力容器1は、後述するフィルタ膜によって互いに仕切られることになる第1槽2と第2槽3とからなる。第1槽2と第2槽3にはそれぞれ、電解液4、電解液5が貯えられる。本実施形態では一例として、電解液4および5としてKCl(塩化カリウム)水溶液またはNaCl(塩化ナトリウム)水溶液が用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a water permeability evaluation device for a filter membrane according to an embodiment of the present invention. First, the device of FIG. 1 will be described. This apparatus has, for example, a pressure vessel 1 made of concrete or steel plate for storing an electrolytic solution used for evaluating the water permeability of a filter membrane. The pressure vessel 1 is composed of a
なお圧力容器1は、フィルタ膜の透水性評価のために専用に形成されてもよいし、あるいは、実際に稼働している膜ろ過装置を構成する容器が用いられてもよい。圧力容器1において第1槽2と第2槽3との間には、透水性を評価する対象としてのフィルタ膜6が保持される。本例のフィルタ膜6は逆浸透膜(RO膜)である。そこで以下では、このフィルタ膜をRO膜6と称することとする。
The pressure vessel 1 may be specially formed for evaluating the water permeability of the filter membrane, or a vessel constituting an actually operating membrane filtration device may be used. In the pressure vessel 1, a filter film 6 as an object for evaluating water permeability is held between the
RO膜6は、図示外の不織布と支持層6bと分離機能層6aとからなる複合膜構造であって、支持層6bの一面側に分離機能層6aが形成されてなる(図1では、不織布の図示は省略している)。一例として、不織布はポリエステル、支持層6bはポリスルホン、分離機能層6aは架橋芳香族ポリアミドからなり、支持層6bの厚さは30μm程度、分離機能層6aの厚さは200nm程度である。上述のように保持されたRO膜6は、透水性の評価時には、電解液4および5の中に浸漬された状態となる。
The RO film 6 has a composite film structure composed of a non-woven fabric (not shown), a
第1槽2および第2槽3の中には、保持されたRO膜6を間に置いて互いに向い合う状態にして、それぞれ第1電極7、第2電極8が配設されている。第1電極7および第2電極8の電気的接続については後に詳述する。
In the
第1槽2の中には、圧力を付加した状態で電解液4が貯留され得る。以下、そのための構成について説明する。例えば高圧の空気が充填されたガスボンベ11が、配管12を介して第1リザーバ(貯留容器)13に接続されている。ガスボンベ11および第1リザーバ13の各内部空間を連通する配管12には、バルブ14が介設されている。このバルブ14は、例えばガスボンベ11に備えられたレギュレータ(圧力調整弁)等であって、第1リザーバ13および第1槽2の各内部空間に付加する圧力を調整可能なものであることが望ましい。第1リザーバ13は電解液4を貯留し、その内部空間は配管15を介して第1槽2の内部空間と連通されている。
The electrolytic solution 4 may be stored in the
以上説明したように第1槽2に対して設けられたものと同様の構成が、第2槽3に対しても設けられている。その構成については逐一説明せず、以下、相対応する要素同士を説明する。第2槽3に対して設けられたガスボンベ21、配管22、電解液5を貯留する第2リザーバ23、バルブ24および配管25は、第1槽2に対して設けられた上記ガスボンベ11、配管12、第1リザーバ13、バルブ14および配管15とそれぞれ対応している。
As described above, the same configuration as that provided for the
図1に示した以上の構成は、RO膜6の透水性評価のために使用されるものであるが、その評価を行うに当たっては、実使用されている一般的な膜ろ過装置と同様に稼働される。その場合は、ガスボンベ11から配管12、バルブ14、第1リザーバ13および配管15を介して第1槽2の内部空間つまり電解液4に付加される圧力をP1、ガスボンベ21から配管22、バルブ24、第2リザーバ23および配管25を介して第2槽3の内部空間つまり電解液5に付加される圧力をP2、RO膜6における浸透圧を仮に0(ゼロ)として、
P1 >P2
に設定すれば、第1槽2内の電解液4がRO膜6を透過して第2槽3側に透水する。
The above configuration shown in FIG. 1 is used for evaluating the water permeability of the RO membrane 6, but in performing the evaluation, it operates in the same manner as a general membrane filtration device actually used. Will be done. In that case, the pressure applied to the internal space of the
P 1 > P 2
If set to, the electrolytic solution 4 in the
その際、電解液4中のイオンや、その他の不純物等がRO膜6の分離機能層6aにより透過を阻止される。つまり、図1の装置を透水性評価装置として、あるいは膜ろ過装置として機能させる場合、透水方向は第1槽2から第2槽3に向かう方向となる。したがってこの場合、第1槽2内の電解液4はいわゆる濃縮液、第2槽3内の電解液5はいわゆる透過液となる。
At that time, ions in the electrolytic solution 4, other impurities, and the like are blocked from permeation by the separation
なお、図1の装置を一般的な膜ろ過装置として稼働させる場合、透過液側から濃縮液側に浸透圧Πが作用することもある。その場合は、上記付加される圧力P1 およびP2 を、
P1 -P2 >Π
となるように設定して、逆浸透による膜ろ過がなされる。
When the device shown in FIG. 1 is operated as a general membrane filtration device, the osmotic pressure Π may act from the permeate side to the concentrate side. In that case, the applied pressures P 1 and P 2 are applied.
P 1 -P 2 > Π
The membrane is filtered by reverse osmosis.
前述した第1槽2内の第1電極7、および第2槽3内の第2電極8は、それぞれ接続線31、32を介してインピーダンスメータ33に接続されている。後述するようにインピーダンスメータ33は、第1電極7および第2電極8を介して電解液4、5に交流を印加する交流印加手段を構成している。それと共にインピーダンスメータ33は、第1電極7と第2電極8との間、つまりRO膜6の透水方向の一方側と他方側との間のインピーダンスを測定する。そしてこのインピーダンスメータ33には例えばコンピュータシステム等からなる解析部34が接続され、また解析部34には例えば液晶表示装置等からなる表示部35が接続されている。
The
次に、以上の装置を使用してなされる本実施形態の透水性評価方法について、一例を挙げて説明する。なお以下では、時間経過に伴って変化する測定インピーダンス等を時刻tの関数として表し、その時刻tは後述する基準時刻をt=0(ゼロ)として示す。そこで、この方法を実施するに当たってなされる各手順は、時刻t=0よりも前の時点でなされるもの、時刻t=0の時点でなされるもの、時刻t=0よりも後の時点でなされるもの、の3つが存在することになる。それらの3つの手順が各々実行される時間帯を、上記の記載順つまり時間の経過順にt<0のとき、t=0のとき、t>0のとき、と表すこととする。 Next, the water permeability evaluation method of the present embodiment, which is performed using the above apparatus, will be described with an example. In the following, the measured impedance and the like that change with the passage of time are expressed as a function of the time t, and the time t indicates the reference time described later as t = 0 (zero). Therefore, each procedure performed in carrying out this method is performed at a time point before time t = 0, at a time point t = 0, and at a time point after time t = 0. There will be three things. The time zone in which each of these three procedures is executed is expressed as t <0, t = 0, and t> 0 in the above-mentioned description order, that is, in the order of passage of time.
また図1の装置において、前述したように第1槽2の電解液4に付加される圧力をP1、第2槽3の電解液5に付加される圧力をP2とする。また、電解液4から電解液5側に浸透圧が作用するならばそれをΠ1、電解液5から電解液4側に浸透圧が作用するならばそれをΠ2とする。
Further, in the apparatus of FIG. 1, the pressure applied to the electrolytic solution 4 of the
[手順1]t<0のとき
この場合は平衡状態、つまりRO膜6を透過して電解液5または電解液4の媒質が移動することが無い状態にある。この平衡状態となるのは最も単純には、Π1=Π2でかつP1=P2=0の場合である。なお、Π1>Π2となる条件下でΠ1-P1=Π2とした場合も同様に平衡状態となるが、ここでは上記最も単純な場合を想定して説明を続ける。
[Procedure 1] When t <0 In this case, the equilibrium state is reached, that is, the medium of the
この平衡状態下で、インピーダンスメータ33から第1電極7および第2電極8を介して電解液4、5に交流が印加される。本例において交流は、周波数を200Hz以上2MHz以下の範囲内で掃引してなされる。この周波数掃引は、一例として40s(秒)の周期で、12回繰り返される。こうして交流印加がなされているとき、インピーダンスメータ33は第1電極7と第2電極8との間、つまりRO膜6の透水方向一方側と他方側との間のインピーダンスを測定する。このインピーダンス測定結果は解析部34に入力される。
Under this equilibrium state, alternating current is applied from the
解析部34は、入力されたインピーダンス測定結果から複素インピーダンスZの周波数依存性を測定する。つまり解析部34は、依存性を測定する交流周波数をn通りのf1、f2、f3・・・fn とすると、Z(f1)、Z(f2)、Z(f3)・・・Z(fn)を求める。さらに解析部34は、複素インピーダンスZをG(コンダクタンス)成分と、C(キャパシタンス)成分とに分解して、
{G(f1),C(f1)}、{G(f2),C(f2)}、{G(f3),C(f3)}・・・
{G(fn),C(fn)}とする。解析部34は、こうして求めたG成分に係るデータを内蔵メモリに記憶する。
The
{G (f 1 ), C (f 1 )}, {G (f 2 ), C (f 2 )}, {G (f 3 ), C (f 3 )} ...
Let {G (f n ), C (f n )}. The
[手順2]t=0のとき
この時点を基準時刻として、例えば図1に示したバルブ14が開かれる。それにより、Π1=Π2、P1>0、P2=0となって、第1槽2の電解液4に圧力P1が付加される。この圧力付加により、第1槽2の電解液4の媒質が分離機能層6aから支持層6bの内部に流れRO膜6を透過して第2槽3に流れる透水が始まる。つまり上述した平衡状態は、この時刻t=0において非衡状態に変化する。そしてこの場合も、[手順1]の場合と同様の交流印加およびインピーダンス測定が圧力付加と並行してなされ、インピーダンスの測定結果が解析部34の内蔵メモリに記憶される。なお、上記の交流印加およびインピーダンス測定を、電解液4への圧力付加を開始する前から行ってもよい。
[Procedure 2] When t = 0 With this time as a reference time, for example, the
[手順3]t>0のとき
上記バルブ14は開かれたままとされ、Π1=Π2、P1>0、P2=0の状態が維持される。前述の周波数掃引された交流の印加およびインピーダンス測定は、前記[手順1]から継続してなされているが、この[手順3]においては解析部34が、印加される交流の周波数fおよび時刻t毎の複素インピーダンスZ(f,t)を測定する。またこのときも解析部34は、複素インピーダンスZをG(コンダクタンス)成分と、C(コンダクタンス)成分とに分解して求める。すなわち、より詳しくは、複素インピーダンスZの実部、虚部をそれぞれReZ、ImZとし、角周波数をωとして、
ReZ=1/G、ImZ=-(1/ωC)である。
[Procedure 3] When t> 0, the
ReZ = 1 / G, ImZ = − (1 / ωC).
解析部34は、特にG成分を、周波数fおよび時刻tの関数G(f,t)として内蔵メモリに記憶して行く。つまり、周波数掃引の
1回目は、G(f1,t1)、G(f2,t2)・・・G(fn,tn)
2回目は、G(f1,t1+T)、G(f2,t2+T)・・・G(fn,tn+T)
・
・
m回目は、G(f1,t1+(m-1)T)、G(f2,t2+(m-1)T)・・・G(fn,tn+(m-1)T)
が記録される。なお上記Tは周波数掃引の周期(秒)であり、本例では前述した通り40s(秒)である。以上でインピーダンス測定は終了し、次の測定に備えてP2=0に戻される。
The
The second time, G (f 1 , t 1 + T ), G (f 2 , t 2 + T ) ... G (f n , t n + T )
・
・
The mth time is G (f 1 , t 1+ (m-1) T ), G (f 2 , t 2+ (m-1) T ) ... G (f n , t n + (m-1) T )
Is recorded. The T is the frequency sweep cycle (seconds), and in this example, it is 40 s (seconds) as described above. This completes the impedance measurement and returns P 2 = 0 in preparation for the next measurement.
本例ではm=12、n=17である。つまり、インピーダンス測定は周波数掃引を12回繰り返して行われ、そして1回の周波数掃引時に相異なる17通りの周波数毎にインピーダンス測定がなされる。この測定で得られたコンダクタンスG(単位はS:シーメンス)と交流周波数fとの関係の一例を図2に示す。また図3には、上記コンダクタンスGが、経過時間に応じて変化する様子を交流周波数f毎に分けて示す。なお、これらの図2および図3に示す関係は、第1槽2の電解液4に付加する圧力P1を0.073MPaとした場合のものである。さらに、図2および図3に示す関係と同様の関係であって、上記付加圧力P1を0.123MPaに変えた場合の関係を、それぞれ図4および図5に示す。
In this example, m = 12 and n = 17. That is, the impedance measurement is performed by repeating the
[手順4]
次に解析部34は、以上の通りにして求められたコンダクタンスGに基づいて、RO膜6に付加した圧力に対するその緩和特性からRO膜6の透水性に係る解析を行う。すなわち解析部34は、上記手順3で得たコンダクタンスGに係るデータ列、
G(fi,ti)、G(fi,ti+T)、G(fi,ti+2T)・・・
(i=1、2、3・・・)と、手順1で得たデータG(fi,t<0)と、手順2で得たデータG(fi,0)とから、
G(fi,t)=G0+ΔG(e-(t/τ)-1) (t≧0の場合)
G(fi,t)=G0 (t<0の場合)
として、時間t=0から無限大になるまでのコンダクタンス変化量ΔG、および緩和時間τを求める。具体的には、得られたデータをコンピューターや表計算アプリケーション等を利用して最小二乗法によって上記の式にフィッティングさせ、G0、ΔG、τを求める。
[Procedure 4]
Next, the
G ( fi , ti), G ( fi , ti + T ) , G ( fi , ti + 2T ) ...
From (i = 1, 2, 3 ...), the data G ( fi , t <0 ) obtained in the procedure 1, and the data G ( fi , 0 ) obtained in the
G ( fi , t) = G0 + ΔG (e − (t / τ) -1) (when t ≧ 0)
G ( fi , t) = G0 (when t <0)
As a result, the conductance change amount ΔG from the time t = 0 to infinity and the relaxation time τ are obtained. Specifically, the obtained data is fitted to the above equation by the least squares method using a computer, a spreadsheet application, or the like, and G0, ΔG, and τ are obtained.
基本的には、上記緩和時間τが小さいほど、そしてコンダクタンス変化量ΔGが大きいほど、RO膜6の透水性は優れていると評価できる。そこで、解析部34が解析して求めたτおよびΔGの値を、例えば表示部35において表示させれば、評価者はその表示からRO膜6の透水性を把握することができる。あるいは、これらのτおよびΔGの値を、RO膜6の製造プロセスにフィードバックして、不良品の発生を最小に抑えるようにしてもよい。
Basically, it can be evaluated that the smaller the relaxation time τ and the larger the conductance change amount ΔG, the better the water permeability of the RO membrane 6. Therefore, if the values of τ and ΔG obtained by the
なお本実施形態でもそうであるが、印加する交流の周波数は200Hz以上2MHz以下の範囲内の値とすることが望ましい。この範囲の周波数を適用すれば、RO膜6の支持層6b内部における電解液中のK+およびCl-等のイオン濃度の変化を捉えることができ、その結果、RO膜6の透水性を正確に評価可能となる。この周波数は、基本的にはより低周波数であるほど、支持層6bにおいて分離機能層6aに近い部分での透水の様子を観測可能である。ただし、200Hz近くの周波数とすると、分離機能層6aの影響を受けて観測している可能性がある。そこで、観測精度の観点から、この周波数は、2kHz以上200kHz以下の範囲の値とするのがより好ましいと言える。
As is the case with this embodiment, it is desirable that the frequency of the applied alternating current is a value within the range of 200 Hz or more and 2 MHz or less. By applying frequencies in this range, changes in ion concentrations such as K + and Cl − in the electrolytic solution inside the
ここで図6および図7に、電解液がKCl(濃度:10mM)のときの本実施形態の方法において求めたG0、ΔGおよびτの値を、印加する交流の周波数が2kHz、20kHz、200kHzである場合について抽出して示す。図6は付加圧力P1が0.073MPaの場合、図7は付加圧力P1が0.123MPaの場合の値をそれぞれ示している。なおG0およびΔGの単位はμS(マイクロ・シーメンス)である。 Here, in FIGS. 6 and 7, the values of G0, ΔG, and τ obtained in the method of the present embodiment when the electrolytic solution is KCl (concentration: 10 mM) are applied at 2 kHz, 20 kHz, and 200 kHz. A case is extracted and shown. FIG. 6 shows the values when the applied pressure P 1 is 0.073 MPa, and FIG. 7 shows the values when the applied pressure P 1 is 0.123 MPa. The unit of G0 and ΔG is μS (micro Siemens).
これらの図に対比して示されている通り、各周波数において、付加圧力P1がより大であるほど、緩和時間τは小さくコンダクタンス変化量ΔGは大きな値となる。付加圧力P1が大きいほどRO膜6を透過する水の量は多いので、この結果は、RO膜6の透水性が高いほどτは小さくΔGは大きくなることを示している。よって、一定の圧力を付加してτとΔGを測定することでRO膜6の透水性を評価することができると言える。そして、付加圧力P1を変えることによって変化するτの値の変化幅とΔGは、交流の周波数が最も低い2kHzの場合が最大となっている。したがって、τの値の変化とΔGをより高感度に検出するためには、交流の周波数をより低くすることが望ましい。 As shown in comparison with these figures, at each frequency, the larger the applied pressure P1, the smaller the relaxation time τ and the larger the conductance change amount ΔG. The larger the applied pressure P 1 , the larger the amount of water that permeates the RO membrane 6, and this result indicates that the higher the water permeability of the RO membrane 6, the smaller τ and the larger ΔG. Therefore, it can be said that the water permeability of the RO membrane 6 can be evaluated by applying a constant pressure and measuring τ and ΔG. The change width and ΔG of the value of τ that changes by changing the applied pressure P 1 are maximum in the case of 2 kHz, which is the lowest AC frequency. Therefore, in order to detect the change in the value of τ and ΔG with higher sensitivity, it is desirable to lower the frequency of the alternating current.
以上説明した実施形態では、RO膜6に付加する圧力P1を、該RO膜6を用いて逆浸透によるろ過を行う場合と同様に、電解液4から電解液5側に向けて付加している。こうする場合は、RO膜6の分離機能層6a近傍のK+およびCl-等のイオンが次第に濃縮される結果、RO膜6の透水性を評価可能となっている。しかしそれとは反対に、RO膜6に対して、電解液5から電解液4側に向かう方向の圧力P2を印加するようにしてもよい。そうする場合は、RO膜6の分離機能層6a近傍のK+およびCl-等のイオンが次第に希釈されることになるが、そのようにしても同様に、RO膜6の透水性を評価可能である。
In the embodiment described above, the pressure P1 applied to the RO membrane 6 is applied from the electrolytic solution 4 toward the
1 圧力容器
2 圧力容器の第1槽
3 圧力容器の第2槽
4 電解液(濃縮液)
5 電解液(透過液)
6 RO膜
6a RO膜の分離機能層
6b RO膜の支持層
7 第1電極
8 第2電極
11、21 ガスボンベ
12、15、22、25 配管
13 第1リザーバ
14、24 バルブ
23 第2リザーバ
31、32 接続線
33 インピーダンスメータ
34 解析部
35 表示部
1
5 Electrolyte (permeate)
6
Claims (9)
前記フィルタ膜を電解液中に浸漬し、
前記フィルタ膜を間に置いて透水方向の一方側と他方側に各々配された電極を介して、前記電解液に一または複数の周波数の交流を印加し、
前記交流が印加されている状態下で前記フィルタ膜の一方側と他方側との間のインピーダンスを測定し、
前記フィルタ膜の一方側または他方側から電解液に圧力を付加させ、
前記一または複数の周波数に対応する前記インピーダンスの前記圧力に対する緩和特性に基づいて前記フィルタ膜の透水性を評価することを特徴とするフィルタ膜の透水性評価方法。 It is a method of evaluating the water permeability of a filter membrane having a support layer and a separation function layer.
The filter membrane is immersed in the electrolytic solution, and the filter film is immersed in the electrolytic solution.
An alternating current of one or more frequencies is applied to the electrolytic solution via electrodes arranged on one side and the other side in the water permeation direction with the filter membrane in between.
The impedance between one side and the other side of the filter film was measured under the condition that the alternating current was applied.
Pressure is applied to the electrolytic solution from one side or the other side of the filter membrane to apply pressure.
A method for evaluating the permeability of a filter membrane, which comprises evaluating the permeability of the filter membrane based on the relaxation characteristic of the impedance corresponding to the one or a plurality of frequencies with respect to the pressure.
この周波数掃引を複数回繰り返し、
各周波数掃引時にそれぞれ測定されたインピーダンスに基づいて前記透水性を評価する請求項1から3いずれか1項に記載のフィルタ膜の透水性評価方法。 The frequency is swept between the first frequency and the second frequency.
Repeat this frequency sweep multiple times,
The method for evaluating the permeability of a filter membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the permeability is evaluated based on the impedance measured at each frequency sweep.
電解液を貯え、該電解液中に浸漬した状態にしてフィルタ膜を保持する容器と、
フィルタ膜を間に置いて透水方向の一方側または他方側から電解液に圧力を付加させる圧力付加手段と、
前記一方側と他方側に各々配された電極を介して、前記電解液に一または複数の周波数の交流を印加する交流印加手段と、
前記フィルタ膜の一方側と他方側との間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器と、
前記インピーダンス測定器が測定した一または複数の周波数に対応するインピーダンスの前記圧力に対する緩和特性に基づいて前記透水性を解析する手段と、
を有するフィルタ膜の透水性評価装置。 A device for evaluating the water permeability of a filter membrane having a support layer and a separation function layer.
A container that stores the electrolytic solution and holds the filter membrane in a state of being immersed in the electrolytic solution.
A pressure applying means for applying pressure to the electrolytic solution from one side or the other side in the water permeation direction with a filter membrane in between.
An alternating current application means for applying an alternating current of one or more frequencies to the electrolytic solution via electrodes arranged on one side and the other side, respectively.
An impedance measuring instrument that measures the impedance between one side and the other side of the filter film,
A means for analyzing the permeability based on the relaxation characteristics of the impedance corresponding to one or more frequencies measured by the impedance measuring instrument with respect to the pressure.
A water permeability evaluation device for a filter membrane having.
前記圧力付加手段が、前記一方側および他方側のうち逆浸透膜を行う際に圧力が付加される側と同じ側から電解液に圧力を付加させるものである、
請求項7に記載のフィルタ膜の透水性評価装置。 The filter membrane is a reverse osmosis membrane.
The pressure applying means applies pressure to the electrolytic solution from the same side of the one side and the other side as the side to which the pressure is applied when the reverse osmosis membrane is formed.
The water permeability evaluation device for a filter membrane according to claim 7.
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