WO2023100958A1 - 分離膜エレメントの状態診断方法 - Google Patents

分離膜エレメントの状態診断方法 Download PDF

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WO2023100958A1
WO2023100958A1 PCT/JP2022/044296 JP2022044296W WO2023100958A1 WO 2023100958 A1 WO2023100958 A1 WO 2023100958A1 JP 2022044296 W JP2022044296 W JP 2022044296W WO 2023100958 A1 WO2023100958 A1 WO 2023100958A1
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water
membrane element
separation membrane
separation
permeability coefficient
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PCT/JP2022/044296
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義之 川島
一憲 富岡
宏治 中辻
清一 天宮
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東レ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing the condition of a separation membrane element.
  • deterioration of the separation membrane causes either one or both of a decrease in solvent permeability and an increase in solute permeability, resulting in a decrease in the performance of the separation membrane element.
  • Separation membrane deterioration can be classified into two types: chemical deterioration and physical deterioration.
  • Chemical deterioration includes membrane contamination (fouling) such as deposition of sparingly soluble salts in the water to be treated on the separation membrane surface, biofilm formation on the separation membrane surface by microorganisms in the water to be treated, and fouling.
  • membrane contamination fouling
  • Decomposition of the separation membrane due to a chemical reaction with chemicals such as hypochlorous acid, sodium hydroxide, and hydrochloric acid used in chemical cleaning to remove the ring can be mentioned.
  • Physical deterioration includes consolidation, in which the separation membrane is crushed by the pressure applied to it.
  • Patent Document 1 for a plurality of separation membrane elements housed in a pressure vessel, an integrated sensor for flow rate and electrical conductivity is inserted into the collection pipe of each separation membrane element in the pressure vessel, and the performance is improved.
  • An apparatus for detecting degraded separation membrane elements has been proposed.
  • Patent Document 2 a plurality of permeate outlets are provided for a plurality of separation membrane elements housed in a pressure vessel, and a water quality profile of the permeate flowing out from these plurality of permeate outlets is created to detect abnormalities.
  • an inspection method for detecting a separation membrane element in which has been proposed.
  • Patent Document 1 does not detect the position of the abnormality inside the separation membrane element. could not be identified.
  • the present invention provides a method for diagnosing the condition of a separation membrane element, and a method for diagnosing the condition of a separation membrane element, which can very simply and quickly specify the cause, location, and degree of an abnormality occurring in a separation membrane element. and a computer-readable recording medium recording the program.
  • a method for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from water to be treated comprising: Calculate the initial value of the membrane separation performance based on either one, measure the permeate water quality at at least two points in the permeate channel of the separation membrane element, and use the initial value of the membrane separation performance for each measurement point to perform the membrane separation.
  • the evaluation membrane separation performance is determined so that the difference between the permeate calculated water quality calculated from the membrane separation performance and the permeate measured water quality is within a predetermined range, and the determined evaluation membrane separation performance and 1.
  • a method for diagnosing the state of a separation membrane element comprising: comparing the performance of a separation membrane element with a reference membrane performance, and judging the state of the separation membrane element based on predetermined criteria for diagnosing the state of the separation membrane element.
  • (3) The membrane separation performance is the solvent permeability coefficient, the solute permeability coefficient, and the treated water contamination rate calculated from the membrane permeability calculation, and the evaluation membrane separation performance and the reference membrane separation performance are at the measurement location.
  • the permeate water quality measurement is performed at each measurement point by dividing the permeate channel in the axial direction, and the pressure of the water to be treated at the second and subsequent measurement points is The method for diagnosing the condition of a separation membrane element according to any one of (1) to (4), wherein the pressure loss is calculated from the pressure and flow rate of the treated water by a pressure loss calculation based on fluid dynamics.
  • the measured permeate water quality and the calculated permeate water quality are electrical conductivity, TOC, refractive index, turbidity, absorbance, luminous intensity, chromaticity, IR, mass spectrometry, ion chromatography, ICP, pH, and radiation
  • the method of measuring permeate water quality from at least two locations is a method of passing a thin tube through the separation membrane element and collecting permeate water from different positions of the separation membrane element to measure water quality.
  • the separation membrane element is a spiral reverse osmosis membrane element, the tube is inserted into the central pipe for collecting permeated water, water is sampled for each distance of movement, and the measurement point is measured for each water sample.
  • a method for diagnosing the state of a membrane element is a spiral reverse osmosis membrane element, the tube is inserted into the central pipe for collecting permeated water, water is sampled for each distance of movement, and the measurement point is measured for each water sample.
  • the condition of the separation membrane element determined by the condition diagnostic criteria is deterioration and damage, and is characterized by at least one of the presence or absence of deterioration and damage, the location of damage, and the degree of deterioration and damage (A method for diagnosing the condition of a separation membrane element according to any one of 1) to (9).
  • deterioration is determined when at least one of a decrease in the evaluated solvent permeability coefficient from the reference solvent permeability coefficient or an increase in the evaluated solute permeability coefficient from the reference solute permeability coefficient occurs, and the evaluation From (3), the degree of deterioration is determined from at least one of the extent to which the solvent permeability coefficient decreases from the reference solvent permeability coefficient, or the extent to which the evaluated solute permeability coefficient increases from the reference solute permeability coefficient. (10) The method for diagnosing the condition of a separation membrane element according to any one of the above.
  • condition diagnostic criteria when the evaluated water mixture rate at the measurement point increases from the reference water mixture rate, the occurrence of damage is determined and the damage location is determined at the measurement point, or the measurement is performed.
  • the separation membrane element according to any one of (3) to (10), wherein the degree of damage is determined from the extent to which the evaluated water mixture rate increases from the standard water mixture rate at a point. condition diagnosis method.
  • a computer for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated, at least one of the pressure, flow rate, and solute concentration of the water to be treated of the separation membrane element, the pressure of the permeated water, data input means for inputting data on at least one of flow rate, solute concentration, and permeate quality measured at at least two points in the permeate channel; membrane separation performance initial value calculation means for calculating an initial value of membrane separation performance; Using the initial value of performance, the membrane separation performance is calculated for each of the measurement points, and the difference between the calculated permeate water quality calculated from the membrane separation performance and the measured permeate water quality is adjusted so that it is within a predetermined range.
  • evaluation membrane separation performance determination means for determining the evaluation membrane separation performance
  • membrane separation performance comparison means for comparing the determined membrane separation performance with the reference membrane separation performance
  • result of the membrane separation performance comparison determined in advance
  • a separation membrane element state diagnosis program characterized by functioning as separation membrane element state diagnosis means for diagnosing the state of a separation membrane element based on the state diagnosis criteria for the separation membrane element.
  • a computer for diagnosing the state of the separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated, the calculation of the membrane separation performance, the removal rate, the permeability, the solvent permeability coefficient, the solute permeability coefficient, the treated water
  • the separation membrane element condition diagnosis program according to (13) for functioning as membrane separation performance calculation selection means for selecting calculation of at least one of the water contamination rates.
  • a computer for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated The permeation coefficient and the contamination rate of the water to be treated, and the evaluation membrane separation performance and the reference membrane separation performance are defined as the solvent permeability coefficient and the solute permeability coefficient common to the measurement points, and the individual contamination rate of the water to be treated for each measurement point.
  • a computer for diagnosing the state of the separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated, and calculating the membrane permeation based on the concentration polarization formula derived from the concentration polarization model representing the mass balance of solute permeation A separation membrane element condition diagnosis program according to any one of (13) to (15) for functioning as concentration polarization formula calculation means for calculation.
  • the pressure of the water to be treated at the second and subsequent measurement points is supplied to the preceding measurement point.
  • a computer is used for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from water to be treated. , Absorbance, luminescence, chromaticity, IR, mass spectrometry, ion chromatography, ICP, pH, and radiation.
  • Separation membrane element condition diagnosis program (19) A computer for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated, wherein the state of the separation membrane element determined by the aforementioned state diagnosis criteria is deterioration and damage;
  • the separation membrane element state diagnosis program according to any one of (13) to (18), which functions as separation membrane element state determination means for determining at least one of presence/absence, location of damage, deterioration, and degree of damage. .
  • a computer for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from the water to be treated wherein the state diagnosis criterion is that the evaluated solvent permeability coefficient is less than the reference solvent permeability coefficient, or the evaluated solute is Degradation is determined when at least one of an increase in the permeability coefficient from the reference solute permeability coefficient occurs, and the extent to which the evaluated solvent permeability coefficient decreases from the reference solvent permeability coefficient, or the evaluation solute permeability coefficient exceeds the reference
  • the program for diagnosing the state of a separation membrane element according to any one of (15) to (19), which functions as deterioration determination means for the separation membrane element that determines the degree of deterioration from at least one of the degree of increase from the solute permeability coefficient.
  • (21) a computer for diagnosing the state of a separation membrane element for obtaining permeated water from water to be treated; If it increases more than the rate, it is determined that damage has occurred and the location of damage is determined at the measurement location, or the extent to which the evaluated water contamination rate at the measurement location increases from the standard water contamination rate
  • (22) A computer-readable recording medium recording the separation membrane element condition diagnosis program according to any one of (13) to (21).
  • the present invention it is possible to very easily detect the cause and degree of abnormality in the separation membrane element, and to take appropriate countermeasures against the abnormality, so that the water treatment apparatus can be operated stably. becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a separation membrane element according to the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a schematic view of the separation membrane element shown in FIG. 1 when the ends are sealed by a sealing means
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing n (n ⁇ 2) measurement points of the separation membrane element shown in FIG. 2 ;
  • It is an example of the calculation flow of an evaluation solvent permeability coefficient, an evaluation solute permeability coefficient, and an evaluation to-be-processed water mixing rate. This is an example of the effect of deterioration and the presence or absence of damage on the permeate conductivity profile.
  • It is an example of the distribution of the mixing rate of the water to be treated in the longitudinal direction of the separation membrane element.
  • It is an example of a state diagnosis flow of a separation membrane element.
  • 1 is an example of a separation membrane element condition diagnosis program for executing the separation membrane element condition diagnosis method of the present invention on a computer.
  • It is a profile of calculated permeation water conductivity (degraded/damaged) and calculated electrical conductivity (no deterioration/no damage) calculated from the standard solvent permeability coefficient and the standard solute permeability coefficient of the separation membrane element.
  • the present invention is a method for diagnosing the state of a separation membrane element that separates water to be treated into concentrated water and permeated water, and is intended to diagnose the state of one or more separation membrane elements connected in series and in operation.
  • the membrane separation performance is calculated for each measurement point using the initial value of the membrane separation performance, and the difference between the calculated permeate water quality calculated from the membrane separation performance and the measured permeate water quality is within a predetermined range.
  • Step 3 of determining the evaluation membrane separation performance so that The determined evaluation membrane separation performance is compared with the reference membrane separation performance obtained in advance as the standard for comparison, and the state is determined based on the predetermined state diagnosis criteria of the separation membrane element subject to state diagnosis.
  • the concentration of the water to be treated during evaluation is preferably set to a condition that facilitates measurement, but is not particularly limited.
  • the concentration of NaCl is preferably 50-70000 mg/L, more preferably 500-35000 mg/L
  • the concentration of MgSO4 is preferably 50-10000 mg/L, more preferably 500-4000 mg. /L.
  • the separation membrane provided in the separation membrane element is a membrane that uses the pressure difference between both sides of the membrane to perform membrane filtration of the water to be treated and captures substances contained in the water to be treated that exceed a certain particle size. It can be used in various separation membranes such as nanofiltration membranes, ultrafiltration membranes, microfiltration membranes, ion exchange membranes, gas separation membranes, and filter cloths. When applied to microfiltration membranes for water treatment, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes for producing various types of water, it can contribute to the reduction of water treatment costs, which is very preferable. Also, the shape of the element is not particularly limited, and may be a spiral type, a hollow fiber type, a flat membrane parallel plate (plate and frame) type, or the like.
  • the membrane structure includes an asymmetric membrane having a dense layer on at least one side of the membrane and fine pores with gradually increasing pore diameters from the dense layer toward the inside of the membrane or the other side, or an asymmetric membrane on the dense layer of the asymmetric membrane. It can be either a composite membrane with a very thin functional layer made of another material.
  • ultrafiltration membranes and microfiltration membranes include porous membranes such as polyacrylonitrile, polyimide, polyethersulfone, polyphenylene sulfidesulfone, polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.
  • the functional layer of these porous membranes is a rubber-like polymer such as cross-linked silicone, polybutadiene, polyacrylonitrile butadiene, ethylene propylene rubber, neoprene rubber, and the like, thereby forming a composite separation membrane with high permeability according to the present invention. can be applied.
  • the structure of the separation membrane element varies depending on the application of the membrane, but the spiral type is common for reverse osmosis membranes and nanofiltration membranes.
  • a schematic diagram of an element used as the most typical spiral reverse osmosis membrane element is shown in FIG.
  • the separation membrane element 11 includes a separation membrane 15 that separates the water to be treated 12 into a concentrated water 13 and a permeate 14, and a water collection pipe 16 with a plurality of holes for collecting the permeate 14.
  • the water collection pipe Ends 17 and 18 of 16 are open so that permeate 14 can be taken out.
  • the permeated water 14 can be extracted from the unsealed side of the end portions 17 and 18 .
  • the end 17 on the inlet side of the water to be treated is sealed with a sealing means 21 and the permeate 14 is taken out from the end 18 .
  • the water quality is at least one of electrical conductivity, TOC, refractive index, turbidity, absorbance, luminescence, chromaticity, IR, mass spectrometry, ion chromatography, ICP, pH, and radiation, and is particularly easy to measure.
  • electrical conductivity is preferred.
  • step 1 the membrane permeation calculation of the solvent and solute of the separation membrane element subject to condition diagnosis is performed based on the operating conditions. Although this is the initial value, it is preferable to define the initial value of the mixing ratio of the water to be treated as zero.
  • the operating conditions are the pressure of the water to be treated P F (0), the flow rate of the water to be treated Q F (0), the concentration of solutes to be treated C F (0), and the element
  • the solute concentration CM (0) on the membrane surface is calculated from the following concentration polarization equation.
  • Equation 1 is calculated from the basic concentration polarization formula shown in Equation 2.
  • Concentration polarization is a phenomenon in which solutes accumulate on the membrane surface in membrane filtration, and the solute concentration near the membrane surface becomes higher than in the water to be treated. By incorporating this phenomenon into the membrane permeation calculation, the calculation accuracy can be improved.
  • the initial value L P (0) of the solvent permeability coefficient and the initial value P S (0) of the solute permeability coefficient are obtained from the following equations.
  • the initial value ⁇ (0) of the mixing ratio of the water to be treated may be a default value, but it is preferable to define it as zero because it is difficult to analyze at this stage.
  • step 2 the permeated water 14 inside the water collecting pipe 16 is measured at two or more points in this way.
  • step 3 the membrane separation performance is calculated for each measurement point using these initial values of membrane separation performance, and the difference between the calculated permeate water quality calculated from the membrane separation performance and the measured permeate water quality is determined. Determine the evaluation membrane separation performance so as to be within the range of
  • the separation membrane elements to be subjected to condition diagnosis are arranged so that the measurement point of the water quality to be subjected to condition diagnosis of a plurality of separation membrane elements connected in series is behind the first measurement point as viewed from the supply side of the water to be treated. , the pressure of the water to be treated supplied to the first measuring point and the pressure of the water to be treated at the end of the separation membrane element to be diagnosed based on the pressure loss calculation based on fluid dynamics are calculated .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the case where the condition diagnosis is performed at n locations (n ⁇ 2) on the separation membrane element to be diagnosed.
  • the solute concentration of the i-th permeated water 14 can be obtained by performing a membrane permeation calculation.
  • a specific method for calculating the membrane permeation at n points of the separation membrane element is shown below.
  • (1) Perform the calculations (2) to (6) for the first measurement point to calculate the i-th permeate flow rate Q P (i) and solute concentration C P (i).
  • the initial values of Q P (i) and C P (i) are the flow rate Q F (i) of the water to be treated and the solute concentration CF (i ) gives a smaller value.
  • the osmotic pressure is generally calculated using a theoretical formula such as the van't Hoff formula or the Pitzer formula.
  • the solvent permeability coefficient L P , the solute permeability coefficient P S , and the water mixing rate ⁇ are calculated using the initial value L P (0) of the solvent permeability coefficient calculated in step 1 and the solute permeability coefficient It is preferable to use the initial value P S (0) of and the initial value ⁇ (0) of the mixing ratio of the water to be treated.
  • the pressure P F (i) of the water to be treated at the i-th measurement point is the pressure P F (i-1) of the water to be treated at the i-1-th measurement point and the flow rate Q F (i-1) Calculate using the pressure loss of the water to be treated from The pressure loss is calculated by a fluid dynamics theoretical formula or the like.
  • the permeate flow rate and solute concentration can be calculated for all measurement points.
  • the difference between the permeate calculated water quality calculated from the solute concentration of the permeated water 14 obtained by the membrane permeation calculation and the permeated water measured water quality is evaluated so that it is within a predetermined range. Solvent Permeability Coefficient and Evaluate Solute Permeability Coefficient and Evaluate Treated Water Incorporation Rate are determined.
  • FIG. 4 shows that the difference between the permeate calculated water quality calculated from the solute concentration of the permeated water 14 obtained by the membrane permeation calculation and the permeated water measured water quality is within a predetermined range ⁇ . It is a flow for determining an evaluation solvent permeability coefficient and an evaluation solute permeability coefficient common to measurement points, and an individual evaluation target water mixing rate ⁇ for each measurement point.
  • the mixed rate ⁇ of the water to be treated is determined so that the calculated permeate water quality ⁇ c at each measurement point and the measured permeate water quality ⁇ r at each measurement point match.
  • the calculation of the treated water mixing rate ⁇ is repeated until the difference between the calculated permeate water quality ⁇ c and the measured permeate water quality ⁇ r falls within a predetermined range ⁇ .
  • the final evaluated solvent permeability coefficient, evaluated solute permeability coefficient, and evaluated treated water mixing rate ⁇ can be determined.
  • the calculated water quality of the permeated water is electrical conductivity, it is preferable to calculate using a theoretical formula such as the Debye-Huckel formula or the Onsager formula.
  • Fig. 5 shows an example of the effect of deterioration and damage on the electrical conductivity profile of permeated water.
  • the position in the longitudinal direction of the separation membrane element to be diagnosed is the position when the end portion sealed by the sealing means is taken as zero. If there is no deterioration or damage to the separation membrane element subject to condition diagnosis, the electrical conductivity of the permeated water increases monotonically from the end sealed by the sealing means toward the other end.
  • the electrical conductivity of the permeated water generally increases compared to when there is no deterioration or damage, and Towards the other end, it monotonically increases.
  • the separation membrane element subject to condition diagnosis is damaged, the water to be treated is mixed at the damaged position in FIG. 6, so the electrical conductivity does not monotonically increase.
  • step 4 the reference solvent permeability coefficient, the reference solute permeability coefficient, and the reference solvent permeability coefficient, the reference solute permeability coefficient, and By comparing the standard water-to-be-treated water contamination rate, the presence or absence of deterioration or damage to the separation membrane element subject to state diagnosis, the degree of deterioration or damage, and the location of the damage based on the state diagnosis criteria for the separation membrane element shown in FIG. Determine at least one.
  • the reference is preferably set, for example, at the time of production of the separation membrane element for condition diagnosis, at the start of operation, or at restart of operation after cleaning with chemicals, so that the separation membrane element for condition diagnosis can be compared before and after operation. .
  • diagnostic methods for the separation membrane element subject to condition diagnosis are given below, but are not limited to the following.
  • the determination of the presence or absence of deterioration of the separation membrane element subject to state diagnosis is, for example, at least whether the evaluated solvent permeability coefficient decreases compared to the reference solvent permeability coefficient or whether the evaluated solute permeability coefficient increases compared to the reference solute permeability coefficient. and at least one of the amount of increase in the evaluated solvent permeability coefficient compared to the reference solvent permeability coefficient and the amount of decrease in the evaluated solvent permeability coefficient compared to the reference solute permeability coefficient is a value greater than a predetermined threshold , it can be determined that deterioration has occurred in the separation membrane element subject to condition diagnosis.
  • Determination of the degree of deterioration of the separation membrane element subject to condition diagnosis is performed, for example, by comparing the evaluation solvent with a reference solvent permeability coefficient obtained in advance at the start of operation when deterioration occurs in the separation membrane element subject to condition diagnosis. It is preferable that the degree of deterioration can be quantitatively determined based on the amount of increase in the permeability coefficient and the amount of decrease in the evaluated solute permeability coefficient compared with the reference solute permeability coefficient obtained in advance at the start of operation.
  • the determination of the presence or absence of damage to the separation membrane element subject to condition diagnosis and the location of damage is made when, among the measurement points of the separation membrane element subject to condition diagnosis, the evaluated water contamination rate increases from the standard water contamination rate, and the amount of increase is It can be determined that damage occurs at a location having a value greater than a predetermined threshold.
  • the degree of damage to the separation membrane element subject to condition diagnosis is evaluated by comparing it with the reference water contamination rate obtained in advance at the start of operation, for example, when damage occurs in the separation membrane element subject to condition diagnosis. It is more preferable to quantitatively determine the degree of damage from the amount of increase in treated water mixing rate.
  • the standard solvent permeability coefficient, the standard solute permeability coefficient, and the standard contamination rate of the water to be treated were performed, and the calculated permeate flow rate and permeate concentration were evaluated.
  • the presence or absence of deterioration and damage to the separation membrane element subject to condition diagnosis can also be determined by comparing .
  • the amount of increase in the evaluated permeate flow rate compared to the calculated permeate flow rate is larger than a predetermined threshold value, it is determined that damage has occurred in the separation membrane element subject to condition diagnosis, and the calculated
  • the amount of decrease in the evaluated permeate flow rate compared with the permeate flow rate is smaller than a predetermined threshold value, it can be determined that the separation membrane element subject to condition diagnosis has deteriorated.
  • the amount of increase in the evaluated permeate concentration compared with the calculated permeate concentration is greater than a predetermined threshold value, it is determined that at least one of deterioration or damage has occurred in the separation membrane element subject to condition diagnosis. can.
  • the threshold value may be determined arbitrarily according to the operating conditions, required water quality, etc.
  • the amount of decrease in the evaluated solvent permeability coefficient compared with the standard solvent permeability coefficient The increase amount and the increase amount of the evaluation treated water mixing rate compared with the standard treated water mixing rate are 0.1 to 5.0%, 5.1 to 10.0%, and 10.1 to 15.0, respectively. %, 15.1 to 20.0%, etc. is preferable because the degree of deterioration can be further quantified.
  • the threshold in consideration of the fluctuation range that fluctuates due to the operating conditions and the measurement error of the measured water quality.
  • the occurrence and degree of deterioration and damage to the separation membrane element can be monitored by periodically performing the method for diagnosing the state of the separation membrane element of the present invention during the operation period of the water treatment process. At this time, by issuing an alarm when a preset threshold value is reached, it is possible to quickly take measures such as changing the operating conditions or cleaning the equipment. It is also possible to give a more accurate warning according to the stage of
  • the progress of deterioration or damage can be predicted from the relationship between the degree of deterioration or damage and the operating time. Based on the prediction results and the threshold value, it is even more preferable to predict the time to clean the device and the time to replace the separation membrane element. is.
  • one end of the water collecting pipe is sealed by the sealing means, but in the water treatment process, both ends may be opened to take out the permeated water. Even in such a case, the above method can be applied. In that case, water is taken in while changing the flow rate ratio of the permeated water discharged from both ends, and the state of the separation membrane element is diagnosed from the measured permeate quality to determine whether the separation membrane element is deteriorated or damaged. , degree and position can be specified.
  • the concentration of the permeated water discharged from the other end side becomes higher than that of the permeated water discharged from the supply side of the water to be treated. Therefore, increasing the ratio of the permeated water on the supply side of the water to be treated increases the concentration of the permeated water gently.
  • the concentration of the permeated water at the other end contains less upstream permeated water, the concentration of the permeated water here also rises gently.
  • calculation may be performed by dividing one separation membrane element into a plurality of locations. If there are many in series, it is common to connect 7 to 8 lines for use. In that case, the condition diagnosis may be performed for each separation membrane element.
  • FIG. 8 is a separation membrane element condition diagnosis program for executing the separation membrane element condition diagnosis method of the present invention on a computer.
  • the condition diagnosis program is characterized by having the following steps.
  • Input at least one of the pressure, flow rate, and solute concentration of the water to be treated in the separation membrane element, at least one of the pressure, flow rate, and solute concentration of the permeated water, and permeate water quality data measured at at least two points in the permeate channel.
  • membrane separation performance initial value calculation means 42 for calculating the initial value of membrane separation performance, and the initial value of the membrane separation performance, the membrane separation performance is calculated for each of the measurement points.
  • an evaluation membrane separation performance determining means 43 for determining the evaluation membrane separation performance so that the difference between the permeate calculated water quality calculated from the membrane separation performance and the permeate measured water quality is within a predetermined range;
  • Membrane separation performance comparison means 44 for comparing the membrane separation performance with the reference membrane separation performance, and the state of the separation membrane element based on the result of the membrane separation performance comparison based on the predetermined diagnostic criteria for the state of the separation membrane element.
  • This is a separation membrane element state diagnosis program characterized by functioning as separation membrane element state diagnosis means 45 for diagnosis.
  • membrane separation performance calculation selection means 46 for selecting calculation of at least one of removal rate, permeability, solvent permeability coefficient, solute permeability coefficient, and treated water mixing rate for calculation of membrane separation performance.
  • the membrane separation performance can be analyzed from various viewpoints.
  • the calculation of the membrane separation performance is the solvent permeability coefficient, the solute permeability coefficient and the water contamination rate calculated from the membrane permeation calculation, and the evaluation membrane separation performance and the reference membrane separation performance are used as the solvent common to the measurement points. It is preferable to provide membrane separation performance analysis limiting means 47 for calculating the permeability coefficient, the solute permeability coefficient, and the individual mixing rate of the water to be treated for each of the measurement points, because the membrane separation performance can be analyzed in more detail.
  • the concentration polarization formula calculation means 48 for calculating the membrane permeation calculation based on the concentration polarization formula derived from the concentration polarization model representing the mass balance of the solute permeation, and the second and subsequent measurement points at the measurement points
  • the pressure of the water to be treated is calculated from the pressure and flow rate of the water to be treated supplied to the front measuring point by pressure loss calculation based on fluid dynamics. This is preferable because the calculation accuracy can be increased.
  • the data input means 41 stores the input permeate measured water quality and permeated water calculated water quality as electrical conductivity, TOC, refractive index, turbidity, absorbance, luminous intensity, chromaticity, IR, mass spectrometry, ion chromatography,
  • a permeate water quality determination means 50 is provided for determining the permeate water quality from at least one of ICP, pH, and radiation.
  • the state of the separation membrane element to be determined by the state diagnostic criteria is deterioration and damage, and is at least one of the presence or absence of deterioration and damage, the location of damage, and the degree of deterioration.
  • the evaluated solvent permeability coefficient is less than the reference solvent permeability coefficient, or the evaluated solute permeability coefficient is lower than the reference solute permeability coefficient.
  • Deterioration is determined when at least one of the above increases occurs, and the extent to which the evaluated solvent permeability coefficient decreases from the reference solvent permeability coefficient, or the extent to which the evaluated solute permeability coefficient increases from the reference solute permeability coefficient Deterioration judging means 52 of the separation membrane element for judging the degree of deterioration from at least one of them, and judging that damage has occurred when the evaluation target water mixing rate increases from the reference target water mixing rate at the measurement point.
  • a separation membrane element damage determination means 53 is provided for determining the damage position at the measurement point, or determining the degree of damage from the extent to which the evaluated water mixture rate at the measurement point increases from the reference water mixture rate.
  • these programs may be stored as computer-readable programs in a computer-readable recording medium on which the programs are recorded.
  • the system for storing the recording medium may be a normal computer, but may be an on-premises server or a cloud server. In this way, when the calculation program is stored in the server, it is more preferable to access the program via a browser on the computer and execute the calculation program for calculation.
  • test conditions were as follows: flow rate of water to be treated: 97 L/min; flow rate of permeated water: 17 L/min; water to be treated: 32,000 mg/L NaCl aqueous solution; water temperature: 30°C; The measured electrical conductivity was measured.
  • FIG. 9 is a graph using the calculated electrical conductivity of the separation membrane element, the evaluated solvent permeability coefficient, the evaluated solute permeability coefficient, and the water contamination rate determined to match the measured electrical conductivity of the separation membrane element during operation.
  • Fig. 3 shows profiles of calculated electrical conductivity (degraded/damaged) and calculated electrical conductivity (no deterioration/no damage) calculated from the standard solvent permeability coefficient and the standard solute permeability coefficient at the start of operation of the separation membrane element.
  • FIG. 10 shows the evaluated solvent permeability coefficient when the standard solvent permeability coefficient of the separation membrane element is 100%.
  • FIG. 11 shows the evaluated solute permeability coefficient when the reference solute permeability coefficient of the separation membrane element is 100%.
  • the evaluated solvent permeability coefficient decreased by 32.5% compared to the standard solvent permeability coefficient. Also, the evaluated solute permeability coefficient increased by 30.7% over the reference solute permeability coefficient.
  • FIG. 12 shows the contamination rate of the water to be treated determined from the measured electrical conductivity of the separation membrane element during operation.
  • the evaluated solvent permeability coefficient decreased compared to the standard solvent permeability coefficient, and the evaluated solute permeability coefficient increased compared to the standard solute permeability coefficient. is not zero, it can be quantitatively determined that the separation membrane element is also damaged.
  • FIG. 13 shows the measured electrical conductivity of the separation membrane element during operation with damage, and the calculated electrical conductivity calculated using the solvent permeability coefficient and the solute permeability coefficient without considering the damage with the treated water contamination rate as zero.
  • Fig. 10 is a profile of conductivity (degraded/no damage) and calculated electrical conductivity (no degradation/no damage) calculated from the solvent permeability coefficient and the solute permeability coefficient at the start of operation.
  • the evaluation solvent permeability coefficient and the evaluation solute that match the measured electrical conductivity and the calculated electrical conductivity of the separation membrane element during operation when the contamination rate of the water to be treated is set to zero without considering the damage defined in the present invention.
  • the permeability coefficient cannot be determined, and the state of the separation membrane element cannot be determined correctly.
  • Separation membrane element 12 Water to be treated 13 Concentrated water 14 Permeated water 15 Separation membrane 16 Water collection pipe 17 End 18 End 21 Sealing means 31 First measurement point 32 Second measurement point 33 i-th measurement point 34 n ⁇ 1st measurement location 35 n-th measurement location 41 Data input means 42 Membrane separation performance initial value calculation means 43 Evaluation membrane separation performance determination means 44 Membrane separation performance comparison means 45 Separation membrane element state diagnosis means 46 Membrane separation performance calculation selection Means 47 Membrane separation performance analysis limiting means 48 Concentration polarization formula calculation means 49 Pressure loss calculation means 50 Permeate water quality determination means 51 Separation membrane element state determination means 52 Deterioration determination means 53 Damage determination means 61 Recording medium 71 Computer

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Abstract

被処理水から透過水を得る分離膜エレメントの状態診断方法であって、予め定められた状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの劣化と損傷の有無と、劣化と損傷の程度と、損傷の位置との少なくともいずれかを診断する分離膜エレメントの状態診断方法を提供する。

Description

分離膜エレメントの状態診断方法
　本発明は、分離膜エレメントの状態診断方法に関する。
　近年、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜または精密濾過膜等、様々な分離膜を用いた液体分離技術が開発されており、海水、かん水、廃水等の水処理プロセスに用いられている。
　このような水処理プロセスにおいては、分離膜の劣化により、溶媒透過性の減少と、溶質透過性の増加のいずれか一方、もしくは両方が生じて、分離膜エレメントの性能が低下する。
　分離膜の劣化は、化学的劣化と物理的劣化の２つに分類できる。
　化学的劣化としては、被処理水中の難溶性塩類の分離膜表面への析出や、被処理水中の微生物による分離膜表面へのバイオフィルムの形成など、の膜の汚染（ファウリング）と、ファウリングを除去するために実施する薬品洗浄で用いる次亜塩素酸や水酸化ナトリウムや塩酸等の薬品との化学反応による分離膜の分解とがあげられる。
　物理的劣化としては、分離膜にかかる圧力によって分離膜が圧し潰される圧密化があげられる。
　また、被処理水に含まれる固体の夾雑物と分離膜の接触や、水処理プロセスの発停に伴う圧力変化等により、分離膜に損傷が生じると被処理水が透過水側へ漏れ出し、被処理水混入率が増加する。
　分離膜に劣化または損傷の異常が発生すると分離対象の溶質の透過水中の濃度が、上昇し、透過水の水質が悪化するため、異常の発生した分離膜エレメントを特定して、正常な分離膜エレメントと交換する必要がある。
　そこで、特許文献１には、圧力容器内に収容した複数の分離膜エレメントについて、圧力容器内の各分離膜エレメントの集水管内に、流量および電気伝導度の一体化センサを挿入し、性能が低下した分離膜エレメントを検出する装置が提案されている。
　また、特許文献２には、圧力容器内に収容した複数の分離膜エレメントについて、複数の透過水出口を設け、これら複数の透過水出口から流出する透過水の水質プロファイルを作成することで、異常の発生した分離膜エレメントを検出し、異常の位置と程度を判定する検査方法が提案されている。
日本国特許第５６５６７１８号公報 日本国特許第６８２５７２４号公報
　しかしながら、特許文献１と特許文献２に記載の検査方法では、異常により性能が低下した分離膜エレメントを検出することは可能であるが、特許文献１では、分離膜エレメント内部で異常が発生した位置を特定することができなかった。
　加えて、特許文献１と特許文献２に記載の検査方法では、異常の原因が、分離膜の損傷であるか、劣化であるかを特定することができないため、異常に対する的確な対策を取ることが困難であった。
　そこで本発明は、極めて簡便に、かつ迅速に、分離膜エレメントに発生した異常の原因と、発生位置と、程度を特定することが可能な、分離膜エレメントの状態診断方法、当該診断方法を搭載したプログラム、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断方法であって、被処理水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかと、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかに基づいて、膜分離性能の初期値を計算し、分離膜エレメントの透過水路の少なくとも２箇所で透過水質を測定し、前記膜分離性能の初期値を用いて測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように評価膜分離性能を決定し、決定した評価膜分離性能と、基準となる基準膜性能とを比較し、予め定めた分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの状態を判定することを特徴とする分離膜エレメントの状態診断方法。
（２）前記膜分離性能が、除去率、透過率、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率の少なくともいずれかであることを特徴とする（１）に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（３）前記膜分離性能が、膜透過計算から算出される溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率であって、前記評価膜分離性能と前記基準膜分離性能が、前記測定箇所に共通の溶媒透過係数と溶質透過係数、および前記測定箇所毎に個別の被処理水混入率であることを特徴とする（１）または（２）に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（４）前記膜透過計算が、溶質透過の物質収支を表す濃度分極モデルから導出される濃度分極式に基づくことを特徴とする（１）から（３）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（５）前記透過水質測定が、透過水路を軸方向に分割した測定箇所毎に測定するものであって、２番目以降の測定箇所の被処理水圧力を、前方の測定箇所に供給される被処理水供給圧力と流量から流体力学に基づく圧力損失計算により算出することを特徴とする（１）から（４）に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（６）前記透過水測定水質と前記透過水計算水質が、電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかであることを特徴とする（１）から（５）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（７）前記少なくとも２箇所から透過水質を測定する方法が、前記分離膜エレメントへ細いチューブを通して、前記分離膜エレメントの異なる位置の透過水を採水して水質を測定する方法であることを特徴とする（１）から（６）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（８）前記分離膜エレメントがスパイラル型逆浸透膜エレメントであって、チューブを透過水集水用中心パイプの中に挿入、移動させる距離毎に採水し、その採水ごとに前記測定箇所を規定することを特徴とする（１）から（７）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（９）前記分離膜エレメントが透過水を少なくとも２箇所から取水できるような構造を有し、透過水の流量比率を変化させることを特徴とする（１）から（８）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（１０）前記状態診断基準で判定する分離膜エレメントの状態が劣化と損傷であって、劣化および損傷の有無、損傷の位置、劣化および損傷の程度の少なくともいずれかであることを特徴とする（１）から（９）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（１１）前記状態診断基準が、評価溶媒透過係数が基準溶媒透過係数より減少、または評価溶質透過係数が基準溶質透過係数より増加の少なくともいずれかが発生した場合に劣化と判定し、また前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少する程度、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加する程度の少なくともいずれかから劣化の程度を判定することを特徴とする（３）から（１０）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（１２）前記状態診断基準が、前記測定箇所で評価被処理水混入率が基準被処理水混入率より増加する場合に損傷発生を判定するとともに前記測定箇所で損傷位置を判定し、または前記測定箇所で前記評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する程度から前記損傷の程度を判定することを特徴とする（３）から（１０）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
（１３）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、分離膜エレメントの被処理水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかと、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれか、および透過水路の少なくとも２箇所で測定した透過水質のデータを入力するデータ入力手段、膜分離性能の初期値を計算する膜分離性能初期値計算手段、前記膜分離性能の初期値を用いて、前記測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように、評価膜分離性能を決定する評価膜分離性能決定手段、決定した前記膜分離性能と、基準膜分離性能とを比較する膜分離性能比較手段、前記膜分離性能比較の結果から、予め定めた分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの状態を診断する分離膜エレメント状態診断手段、として機能させることを特徴とする分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１４）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記膜分離性能の計算を、除去率、透過率、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率のすくなくともいずれかを計算することを選択させる膜分離性能計算選択手段として機能させるための（１３）に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１５）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、膜分離性能計算手段で前記膜分離性能を、膜透過計算から算出される溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率とし、前記評価膜分離性能と前記基準膜分離性能を前記測定箇所に共通の溶媒透過係数と溶質透過係数、および前記測定箇所毎に個別の被処理水混入率として計算する性能解析限定手段として機能させるための（１３）または（１４）に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１６）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、膜透過計算を溶質透過の物質収支を表す濃度分極モデルから導出される濃度分極式に基づいて計算する濃度分極式計算手段として機能させるための（１３）から（１５）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１７）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記測定箇所において、２番目以降の測定箇所の被処理水圧力を、前方の測定箇所に供給される被処理水供給圧力と流量から流体力学に基づく圧力損失計算により算出する圧力損失計算手段として機能させる（１３）から（１６）に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１８）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記透過水測定水質と前記透過水計算水質が、電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかから透過水質を決定する透過水質決定手段として機能させる（１３）から（１７）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（１９）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記状態診断基準で判定する分離膜エレメントの状態が劣化と損傷であって、劣化および損傷の有無、損傷の位置、劣化および損傷の程度の少なくともいずれかであることを決定する分離膜エレメントの状態決定手段として機能させる（１３）から（１８）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（２０）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記状態診断基準が、前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加の少なくともいずれかが発生した場合に劣化と判定し、また前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少する程度、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加する程度の少なくともいずれかから劣化の程度を判定する分離膜エレメントの劣化判定手段として機能させる（１５）から（１９）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（２１）被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、前記状態診断基準が、前記測定箇所で前記評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する場合に損傷が発生していると判定するとともに前記測定箇所で損傷位置を判定し、または前記測定箇所で前記評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する程度から前記損傷の程度を判定する分離膜エレメントの損傷判定手段として機能させる（１５）から（１９）いずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
（２２）（１３）から（２１）のいずれかに記載の分離膜エレメントの状態診断プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
　本発明によれば、極めて簡便に、分離膜エレメントにおける異常発生の原因と程度を検出することが可能となり、的確な異常対策を講じることが可能となるため、水処理装置を安定的に運転することが可能となる。
本発明に係る分離膜エレメントの概略図である。 図１における分離膜エレメントの端部を封止手段により封止したときの概略図である。 図２に示す分離膜エレメントのｎ個（ｎ≧２）の測定箇所を示す概略図である。 評価溶媒透過係数、評価溶質透過係数、評価被処理水混入率の計算フローの一例である。 劣化と損傷の有無が、透過水の電気伝導度のプロファイルに及ぼす影響の一例である。 分離膜エレメント長手方向の被処理水混入率の分布の一例である。 分離膜エレメントの状態診断フローの一例である。 本発明の分離膜エレメントの状態診断方法をコンピュータで実行するための分離膜エレメントの状態診断プログラムの一例である。 運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度と運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度と一致するように決定した評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数と被処理水混入率を用いて計算した透過水計算電気伝導度（劣化あり・損傷あり）と分離膜エレメントの基準溶媒透過係数と基準溶質透過係数から計算した計算電気伝導度（劣化なし・損傷なし）のプロファイルである。 分離膜エレメントの基準溶媒透過係数と評価溶媒透過係数の比較である。 基準溶質透過係数と評価溶質透過係数の比較である。 分離膜エレメントの測定電気伝導度から決定した被処理水混入率である。 分離膜エレメントの測定電気伝導度と被処理水混入率をゼロとして損傷を考慮せずに、溶媒透過係数と溶質透過係数を用いて計算した計算電気伝導度（劣化あり・損傷なし）と、運転開始時の溶媒透過係数と溶質透過係数から計算した計算電気伝導度（劣化なし・損傷なし）のプロファイルである。
　以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
　本発明は、被処理水を濃縮水と透過水とに分離する分離膜エレメントの状態診断方法であって、１本または複数の直列に接続された運転中の分離膜エレメントのうち状態を診断したい状態診断分離膜エレメントについて、被処理水の圧力、流量、溶質濃度、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかに基づいて、膜分離性能の初期値を計算するステップ１と透過水が集水される透過水路（集水管）の透過水の測定水質をいずれか２点以上で測定するステップ２と、
　前記膜分離性能の初期値を用いて前記測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と前記透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように評価膜分離性能を決定するステップ３と、
　決定した評価膜分離性能と、比較の対象となる基準に予め取得しておいた基準膜分離性能とを比較して、予め定められた状態診断対象分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、状態診断状態診断分離膜エレメントの状態を判定するステップ４とを備えることを特徴とする。
　膜分離性能とは、除去率（＝１－透過水濃度／被処理水濃度）、透過率（＝透過水濃度／被処理水濃度）、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率などが一般的である。特に、溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率を使用するとより正確に膜分離性能を解析でき好適である。よって、本願では一例として、溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率について記載する。
　ここで分離膜エレメントに供給される被処理水としては、例えば、海水、河川水、地下水、又は下排水処理水等があげられる。また実機から抜き出した分離膜エレメントを評価する場合は、ＮａＣｌやＭｇＳＯ４などを溶解したものを使用すると好適である。また、評価中の被処理水の濃度は、測定しやすい条件に設定するのが好ましいが、特に制約されるものではない。一般には、ＮａＣｌの濃度は、好ましくは５０～７００００ｍｇ／Ｌであり、より好ましくは５００～３５０００ｍｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４の濃度は、好ましくは５０～１００００ｍｇ／Ｌ、であり、より好ましくは５００～４０００ｍｇ／Ｌである。
　また、使用に供している（運転中の）分離膜エレメントを診断したい場合、被処理水の供給を止めてＮａＣｌやＭｇＳＯ４などに切り替えるか、分離膜エレメントを設備から外して診断するための装置に装填する必要がある。実際のプラントの運転中に本診断を実施したい場合は、運転中の状態で、すなわち、原水をそのまま被処理水として使用することも可能である。ただし、比較評価の対象となる溶質以外の溶質が含まれている場合が多いので、分析精度に影響を及ぼすことに注意が必要である。
　分離膜エレメントが備える分離膜とは、膜両面の圧力差を利用して被処理水を膜ろ過し、被処理水中に含まれる一定粒子径を超える物質を捕捉する膜であり、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜、イオン交換膜、ガス分離膜、ろ布など、様々な分離膜で用いることが出来るが、とくに、海水や河川水などを処理して、飲料水や各種用水を製造する水処理用精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜へ適用すると、水処理コスト削減に貢献でき、非常に好ましい。また、エレメント形状としても、スパイラル型、中空糸型、平膜平行平板（プレートアンドフレーム）型など、特に限定されるものではない。
　本発明で用いる逆浸透膜やナノ濾過膜の素材としては、例えば、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができる。また、その膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部またはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。
　また、限外濾過膜や精密濾過膜としては、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の多孔質膜を挙げることができる。
　さらに、これら多孔質膜に機能層としては架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化することで透過性が高い複合分離膜として本発明を適用することが出来る。
　分離膜エレメントの構造は、膜の用途によって様々であるが、逆浸透膜やナノ濾過膜の場合は、スパイラル型が一般的である。最も代表的なスパイラル型逆浸透膜エレメントにとして使用するエレメントの概略図を図１に示す。
　分離膜エレメント１１は、被処理水１２を濃縮水１３と透過水１４に分離する分離膜１５と、透過水１４を集水する複数の孔の空いた集水管１６とを備えており、集水管１６の端部１７と端部１８は開口しており、透過水１４を取り出すことができる。
　また、端部１７と端部１８のうちいずれか一方を封止手段により封止することにより、端部１７と端部１８のうち封止されていない側から透過水１４を取り出すことができる。例えば、図２では、被処理水入口側の端部１７を封止手段２１により封止し、端部１８から透過水１４を取り出している。
　ここで水質とは、電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかであり、特に測定が容易な電気伝導度が好適である。
　各透過水の電気伝導度から溶質濃度を求めるには、従来公知の方法で事前に溶質の濃度と電気伝導度の関係を求めておけばよい。事前に各イオン性物質の濃度と電気伝導度の関係式を作成しておくと、容易に電気伝導度を濃度に換算できるので好適である。
　ここで、測定水質の測定位置は、集水管を軸方向に分割して規定すると好ましい。具体的には、測定水質の測定位置が集水管の孔の位置と一致し、測定点数が集水管の孔の個数と一致していると、集水管１６内部の透過水１４の測定水質の分布を細かく得ることができ好適である。
　ステップ１は、運転条件に基づいて、状態診断対象分離膜エレメントの溶媒と溶質の膜透過計算を行う。これが初期値となるが、被処理水混入率の初期値については、ゼロと規定するのが好ましい。
　ここで運転条件とは、状態診断対象分離膜エレメントの端部１７における被処理水圧力ＰＦ（０）、被処理水流量ＱＦ（０）、被処理水溶質濃度ＣＦ（０）およびエレメント端部１８における透過水の透過水圧力ＰＰ（０）、透過水流量ＱP（０）、透過水濃度ＣP（０）である。まずは、以下の濃度分極式から膜表面の溶質濃度ＣＭ（０）を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、数１は数２に示す基本的な濃度分極式から算出したものである。濃度分極とは、膜ろ過において溶質が膜表面上に堆積し、膜表面近くの溶質濃度が被処理水に比べ高くなる現象である。この現象を膜透過計算に組み込むことで、計算精度を向上できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　次にＣＭ（０）を用いて、以下の式により溶媒透過係数の初期値ＬＰ（０）と溶質透過係数の初期値ＰＳ（０）を求める。なお、被処理水混入率の初期値α（０）については、既定値としても良いが、この段階では解析するのが困難であるためゼロと規定するのが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図２において、分離膜エレメント１１の集水管１６の内部に、集水管１６の内径より外径の小さいホース又はチューブを端部１８から集水管の軸方向に挿入すると、挿入したホース又はチューブの先端の位置の透過水を取り出すことができる。
　ステップ２は、このようにして集水管１６内部の透過水１４を２点以上測定する。
　ステップ３では、これらの膜分離性能の初期値を用いて測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、膜分離性能から算出した透過水計算水質と前記透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるようにして評価膜分離性能を決定する。
　具体的には、状態診断対象分離膜エレメントが、複数の直列に接続された分離膜エレメントの状態診断対象の測定水質の測定箇所が被処理水の供給側から見て先頭の測定箇所よりも後方に位置する場合には、先頭の測定箇所に供給される被処理水の被処理水供給圧力と、流体力学に基づく圧力損失計算により状態診断対象分離膜エレメントの端部被処理水圧力ＰＦ（１）を算出し、状態診断対象分離膜エレメントの端部被処理水溶質濃度ＣＦ（１）を、先頭分離膜エレメントに供給される被処理水の被処理水供給溶質濃度と、集水管の被処理水の供給側の端部の集水管内部の透過水の測定水質から算出した端部透過水溶質濃度とから算出する。
　なお、分離膜エレメントが、直列に複数設置され、状態診断を分離膜エレメント毎に実施する場合でも上記手法により同様にして端部被処理水圧力ＰＦ（１）と端部被処理水溶質濃度ＣＦ（１）を算出することが可能である。
　図３は、状態診断対象分離膜エレメントをｎ箇所（ｎ≧２）で状態診断を実施する場合の概略図である。
　ｉ番目の透過水１４の溶質の濃度は、膜透過計算を行うことで求めることができる。具体的な、分離膜エレメントのｎ箇所での膜透過計算の方法を以下に示す。
（１）１番目の測定箇所について（２）から（６）の計算を実行して、ｉ番目の透過水の流量ＱＰ（ｉ）と溶質濃度ＣＰ（ｉ）を計算する。
（２）ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の測定箇所について、ＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の初期値として、被処理水の流量ＱＦ（ｉ）と溶質濃度ＣＦ（ｉ）より小さい値を与える。
　これは、ＱＰ（ｉ）≧ＱＦ（ｉ）とすると濃縮水の流量がゼロまたはマイナスとなり、溶媒の物質収支が破綻するためである。また、分離膜エレメントの溶質の除去率はゼロより大きいので、ＣＰ（ｉ）≧ＣＦ（ｉ）とはならないためである。
（３）ＱＰ（ｉ）とＣＦ（ｉ）の初期値を用いて、以下の濃度分極式から膜表面の溶質濃度ＣＭ（ｉ）を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
（４）ＣＭ（ｉ）を用いて、以下の式によりＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の計算値を求める。
　ここで、浸透圧の計算にはｖａｎ′ｔ　Ｈｏｆｆ式やＰｉｔｚｅｒ式等の理論式によって計算するのが一般的である。
　またここの最初の計算段階では、溶媒透過係数ＬＰと溶質透過係数ＰＳ、および被処理水混入率αは、ステップ１で算出した溶媒透過係数の初期値ＬＰ（０）と溶質透過係数の初期値ＰＳ（０）、および被処理水混入率の初期値α（０）を用いると好適である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
（５）ＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の初期値と計算値のズレが許容誤差に収まらなければ、Ｎｅｗｔｏｎ法や勾配法などの求解アルゴリズムによりＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の初期値を変更するとなお好適である。
（６）（１）から（４）の計算を繰り返し、ＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の初期値と計算値のズレが許容誤差に収まればＱＰ（ｉ）とＣＰ（ｉ）の計算値が解となる。
（７）２≦ｉ≦ｎのとき、ｉ－１番目の測定箇所の被処理水の流量ＱＦ（ｉ－１）と濃度ＣＦ（ｉ－１）と、ｉ－１番目の測定箇所の透過水の流量ＱＰ（ｉ－１）と濃度ＣＰ（ｉ－１）とを用いて、以下の溶媒と溶質の物質収支式からｉ番目の測定箇所の被処理水の流量ＱＦ（ｉ）と溶質濃度ＣＦ（ｉ）を計算する。
　ここで、ｉ番目の測定箇所の被処理水の圧力ＰＦ（ｉ）は、ｉ－１番目の測定箇所の被処理水の圧力ＰＦ（ｉ－１）と流量ＱＦ（ｉ－１）から被処理水の圧力損失を用いて計算する。圧力損失は、流体力学の理論式などによって計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
（８）ｉ＝ｎになるまで（１）から（７）の計算を実行することで、全ての測定箇所について透過水の流量と溶質濃度を計算できる。
　次に、図４のフローに従って、膜透過計算によって得られる透過水１４の溶質の濃度から算出した透過水計算水質と、透過水測定水質との差分が所定の範囲内に含まれるように、評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数と評価被処理水混入率を決定する。
　ここで図４は、膜透過計算によって得られる透過水１４の溶質の濃度から算出した透過水計算水質と、透過水測定水質との差分が、所定の範囲内δに含まれるように、全ての測定箇所に共通の評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数、および各測定箇所毎に個別の評価被処理水混入率αを決定するためのフローである。
　運転条件と、溶媒透過係数と溶質透過係数の初期値と、各測定箇所毎の透過水測定水質σｒを入力し、状態診断対象分離膜エレメントの、例えば封止手段によって封止された端部からもう一方の端部に向かって、各測定箇所毎の透過水計算水質σｃと、各測定箇所毎の透過水測定水質σｒが一致するように、被処理水混入率αを決定する。
　ｉ番目の測定箇所の透過水の計算水質σｃ（ｉ）が測定水質σｒ（ｉ）よりも大きい値をとる場合は、溶媒透過係数と溶質透過係数を再入力して被処理水混入率α（ｉ）を再計算する。
　全ての測定箇所に対して、透過水計算水質σｃと透過水測定水質σｒの差分が所定の範囲内δに含まれるようになるまで、被処理水混入率αの計算を繰り返すことで、最終的な評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数と評価被処理水混入率αを決定することができる。
　ここで、透過水の計算水質が電気伝導度である場合は、Ｄｅｂｙｅ－Ｈｕｃｋｅｌ式やＯｎｓａｇｅｒ式等の理論式によって計算するのが好ましい。
　図５は、劣化と損傷の有無が、透過水の電気伝導度のプロファイルに及ぼす影響の一例である。
　ここで状態診断対象分離膜エレメントの長手方向の位置は、封止手段により封止された端部をゼロとしたときの位置である。状態診断対象分離膜エレメントに劣化と損傷がない場合、透過水の電気伝導度は、封止手段により封止された端部からもう一方の端部に向かって、単調増加する。
　状態診断対象分離膜エレメントに劣化があり損傷がない場合は、劣化と損傷がない場合に比べて、透過水の電気伝導度は全体的に上昇し、封止手段により封止された端部からもう一方の端部に向かって、単調増加する。
　状態診断対象分離膜エレメントに損傷がある場合は、図６の損傷のある位置で被処理水が混入するため、電気伝導度は単調増加とならない。
　ステップ４では、決定した評価溶媒透過係数、評価溶質透過係数、および評価被処理水混入率の少なくともいずれかと比較対象となる基準に予め取得しておいた基準溶媒透過係数、基準溶質透過係数、および基準被処理水混入率を比較して、図７の分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、状態診断対象分離膜エレメントの劣化または損傷の有無、劣化または損傷の程度、損傷の発生した位置の少なくともいずれかを判定する。
　ここで、基準とは、例えば、状態診断対象分離膜エレメント生産時や運転開始時または薬品洗浄後の運転再開時に設定すると運転前後での状態診断対象分離膜エレメントを比較することができ好適である。
　なお、状態診断対象分離膜エレメントの診断方法の例を以下にあげるが、以下に限定されるものではない。
　状態診断対象分離膜エレメントの劣化の有無の判定は、例えば、基準溶媒透過係数に比べて評価溶媒透過係数が減少するか、または基準溶質透過係数に比べて評価溶質透過係数が増加するかの少なくともいずれかであり、かつ基準溶媒透過係数と比較した評価溶媒透過係数の増加量と、基準溶質透過係数と比較した評価溶媒透過係数の減少量の少なくともいずれかが、予め決定した閾値よりも大きい値をとる場合に、状態診断対象分離膜エレメントに劣化が発生していると判定することができる。
　状態診断対象分離膜エレメントの劣化の程度の判定は、状態診断対象分離膜エレメントに劣化が発生している場合に、例えば、運転開始時に予め取得しておいた基準溶媒透過係数と比較した評価溶媒透過係数の増加量と、運転開始時に予め取得しておいた基準溶質透過係数と比較した評価溶質透過係数の減少量によって劣化の程度を定量的に判定することができ好適である。
　状態診断対象分離膜エレメントの損傷の有無および位置の判定は、状態診断対象分離膜エレメントの測定箇所のうち、評価被処理水混入率が基準被処理水混入率より増加し、かつその増加量が予め決定した閾値より大きい値をとる位置で損傷が発生していると判定することができる。
　状態診断対象分離膜エレメントの損傷の程度は、状態診断対象分離膜エレメントに損傷が発生している場合に、例えば、運転開始時に予め取得しておいた基準被処理水混入率と比較した評価被処理水混入率の増加量によって、損傷の程度を定量的に判定するとなお良い。
　また、運転条件と基準溶媒透過係数と基準溶質透過係数と基準被処理水混入率を用いて膜透過計算を行い計算した計算透過水流量と計算透過水濃度を評価透過水流量と評価透過水濃度を比較することによっても状態診断対象分離膜エレメントの劣化と損傷の有無を判定できる。
　具体的には、計算透過水流量と比較した評価透過水流量の増加量が予め決定した閾値より大きい値をとる場合に、状態診断対象分離膜エレメントの損傷が発生していると判定し、計算透過水流量と比較した評価透過水流量の減少量が予め決定した閾値より小さい値をとる場合に、状態診断対象分離膜エレメントの劣化が発生していると判定できる。
　さらに、計算透過水濃度と比較した評価透過水濃度の増加量が予め決定した閾値より大きい値をとる場合に、状態診断対象分離膜エレメントの劣化あるいは損傷の少なくともいずれかが発生していると判定できる。
　閾値は、運転条件や要求水質などに応じて任意に決定すれば良いが、例えば、基準溶媒透過係数と比較した評価溶媒透過係数の減少量と、基準溶質透過係数と比較した評価溶質透過係数の増加量と、基準被処理水混入率と比較した評価被処理水混入率の増加量をそれぞれ、０．１～５．０％、５．１～１０．０％、１０．１～１５．０％、１５．１～２０．０％などのように範囲で設定すると劣化の程度をさらに定量化できるので好適である。
　このとき、運転条件や測定水質の測定誤差により変動する変動幅を考慮して閾値を決定するとより好ましい。
　また、本発明により、水処理プロセスの運転期間中に、本発明の分離膜エレメントの状態診断方法を定期的に実施することで、分離膜エレメントの劣化と損傷の発生および程度を監視することもでき、このとき、予め設定した閾値に達したとき警報を出すことで、運転条件の変更や装置洗浄などの対応を速やかに取ることができるし、閾値を複数設定しておけば、劣化や損傷の段階に応じた、より的確な警報とすることも可能である。
　劣化や損傷が更に進行し、運転条件変更や洗浄では分離膜エレメントの性能を回復できないレベルに達したときは、当該分離膜エレメントを優先的に交換するといった対策も取ることができる。
　さらに、劣化や損傷の程度と運転時間の関係から、劣化や損傷の進行を予測することができ、予測結果と閾値に基づいて、装置洗浄の時期や分離膜エレメントの交換時期を予測するとなお好適である。
　かくして上述の分離膜エレメントの状態診断方法によれば、分離膜エレメントにおける異常発生の原因と程度を、精度よく検出することによって、的確な異常対策を講じることが可能となるため、水処理装置を安定的に運転することが可能となる。
　なお以上は、集水管の一方の端部が封止手段によって封止されたものとして説明してきたが、水処理プロセスにおいては、両端ともに解放して透過水を取り出す場合がある。このような場合においても上記の手法を適用することができる。また、その場合は、両端から各々排出される透過水の流量比率を変化させながら取水し、その測定透過水質から分離膜エレメントの状態診断を実施することで、分離膜エレメントの劣化または損傷の有無、程度および位置を特定することができ好適である。
　具体的には、分離膜エレメントの脱塩率は一定値であるので、被処理水の濃度が高ければ、透過水濃度も高くなる。その結果、被処理水供給側から排出される透過水に比べて、他端側から排出される透過水濃度は高くなる。このため、被処理水供給側透過水の比率を増加させると、透過水の濃度が緩やかに上昇する。一方で、他端透過水中には上流の透過水がより含まれなくなるため、こちらの透過水濃度も緩やかに上昇する。しかし、劣化や損傷がある場合は、各々緩やかに上昇せず変曲点が生じるこの変曲点の生じる透過水量比率からの劣化または損傷の有無、程度および位置を特定することができる。
　また、上記の分離膜エレメントの状態診断方法は、１本の分離膜エレメントを複数の箇所毎に区分けして計算しても良いが、通常の水処理プラントであれば、複数の分離膜エレメントを直列に多い場合は７～８本接続して使用するのが一般的である。その場合は、分離膜エレメント単位で状態診断を実施しても良い。
　なお、図８は、本発明の分離膜エレメントの状態診断方法をコンピュータで実行するための、分離膜エレメントの状態診断プログラムである。状態診断プログラムについては、下記のステップを有することを特徴とする。
　分離膜エレメントの被処理水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかと、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれか、および透過水路の少なくとも２箇所で測定した透過水質のデータを入力するデータ入力手段４１と、膜分離性能の初期値を計算する膜分離性能初期値計算手段４２と、前記膜分離性能の初期値を用いて、前記測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と前記透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように、評価膜分離性能を決定する評価膜分離性能決定手段４３と、決定した前記膜分離性能と、基準膜分離性能とを比較する膜分離性能比較手段４４と、前記膜分離性能比較の結果から、予め定めた分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの状態を診断する分離膜エレメント状態診断手段４５として機能させることを特徴とする分離膜エレメントの状態診断プログラムである。
　また、膜分離性能の計算を、除去率、透過率、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率のすくなくともいずれかを計算することを選択させる膜分離性能計算選択手段４６を具備すると選択を変更することで、様々な観点から膜分離性能を解析でき好適である。
　さらに、膜分離性能の計算を、膜透過計算から算出される溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率とし、前記評価膜分離性能と前記基準膜分離性能を前記測定箇所に共通の溶媒透過係数と溶質透過係数、および前記測定箇所毎に個別の被処理水混入率として計算する膜分離性能解析限定手段４７を具備すると膜分離性能をより詳細に解析でき、なお好適である。
　膜透過計算においては、膜透過計算を溶質透過の物質収支を表す濃度分極モデルから導出される濃度分極式に基づいて計算する濃度分極式計算手段４８と前記測定箇所において、２番目以降の測定箇所の被処理水圧力を、前方の測定箇所に供給される被処理水供給圧力と流量から流体力学に基づく圧力損失計算により算出する圧力損失計算手段４９を具備しこれらを用いて透過計算を実施すると計算精度が高くできるので好適である。
　また、データ入力手段４１には、入力される透過水測定水質と透過水計算水質を電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかから透過水質を決定する透過水質決定手段５０を備えている。
　また、分離膜エレメント状態診断手段４５においては、状態診断基準で判定する分離膜エレメントの状態が劣化と損傷であって、劣化および損傷の有無、損傷の位置、劣化および程度の少なくともいずれかであることを決定する分離膜エレメントの状態決定手段５１が組み込まれ、分離膜エレメントの状態決定手段５１の中では、評価溶媒透過係数が基準溶媒透過係数より減少、または評価溶質透過係数が基準溶質透過係数より増加の少なくともいずれかが発生した場合に劣化と判定し、また前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少する程度、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加する程度の少なくともいずれかから劣化の程度を判定する分離膜エレメントの劣化判定手段５２と測定箇所で評価被処理水混入率が基準被処理水混入率より増加する場合に損傷が発生していると判定するとともに前記測定箇所で損傷位置を判定し、または測定箇所で評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する程度から損傷の程度を判定する分離膜エレメントの損傷判定手段５３を具備することで、分離膜エレメントの状態診断を定量的に実施することもできる。
　加えてこれらのプログラムをコンピュータで読み取れるプログラムとして、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に保存しても良い。また、記録媒体を保存するシステムは、通常のコンピュータでも良いがオンプレミスサーバーやクラウドサーバーでも差し支えない。このように、サーバーに計算プログラムを保存した場合、そのプログラムにコンピュータ上のブラウザを介してアクセスし、計算プログラムを実行して計算するシステムにするとなお好適である。
＜実施例＞
　標準条件（圧力５６ｋｇ／ｃｍ２、３２０００ｍｇ／Ｌ　ＮａＣｌ水溶液、温度２５℃、収率８％）で造水量３７．５ｍ３／日、脱塩率９９．８％の性能を有するポリアミド系逆浸透膜を使用した分離膜エレメント１本の、状態診断試験を行った。
　試験条件は、被処理水流量９７Ｌ／分、透過水流量１７Ｌ／分、被処理水は３２０００ｍｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液、水温３０℃、ｐＨ６．５とし、分離膜エレメントの集水管軸方向の４２点で測定電気伝導度を測定した。
　図９は、分離膜エレメントの計算電気伝導度と、運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度と一致するように決定した評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数と被処理水混入率を用いて計算した計算電気伝導度（劣化あり・損傷あり）と、分離膜エレメントの運転開始時の基準溶媒透過係数と基準溶質透過係数から計算した計算電気伝導度（劣化なし・損傷なし）のプロファイルである。
　図１０は、分離膜エレメントの基準溶媒透過係数を１００％としたときの、評価溶媒透過係数である。
　図１１は、分離膜エレメントの基準溶質透過係数を１００％としたときの、評価溶質透過係数である。
　評価溶媒透過係数は、基準溶媒透過係数に対して３２．５％減少した。また、評価溶質透過係数は、基準溶質透過係数に対して３０．７％増加した。
　図１２は、運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度から決定した、被処理水混入率である。
　基準溶媒透過係数と比較して評価溶媒透過係数が減少し、基準溶質透過係数と比較して評価溶質透過係数が増加したことから、分離膜エレメントに劣化が生じており、また被処理水混入率がゼロでない位置があることから、分離膜エレメントに損傷も生じていることを定量的に判定できる。
＜比較例＞
　図１３は、損傷のある運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度と、被処理水混入率をゼロとして損傷を考慮せずに、溶媒透過係数と溶質透過係数を用いて計算した計算電気伝導度（劣化あり・損傷なし）と、運転開始時の溶媒透過係数と溶質透過係数から計算した計算電気伝導度（劣化なし・損傷なし）のプロファイルである。
　本発明で定義した損傷を考慮せず、被処理水混入率をゼロとしたとき、運転中の分離膜エレメントの測定電気伝導度と計算電気伝導度を一致させるような評価溶媒透過係数と評価溶質透過係数を決定することができず、分離膜エレメントの状態を、正しく判定することができない。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２１年１１月３０日出願の日本特許出願（特願２０２１－１９３８００）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１１　分離膜エレメント
１２　被処理水
１３　濃縮水
１４　透過水
１５　分離膜
１６　集水管
１７　端部
１８　端部
２１　封止手段
３１　１番目の測定箇所
３２　２番目の測定箇所
３３　ｉ番目の測定箇所
３４　ｎ－１番目の測定箇所
３５　ｎ番目の測定箇所
４１　データ入力手段
４２　膜分離性能初期値計算手段
４３　評価膜分離性能決定手段
４４　膜分離性能比較手段
４５　分離膜エレメント状態診断手段
４６　膜分離性能計算選択手段
４７　膜分離性能解析限定手段
４８　濃度分極式計算手段
４９　圧力損失計算手段
５０　透過水質決定手段
５１　分離膜エレメントの状態決定手段
５２　劣化判定手段
５３　損傷判定手段
６１　記録媒体
７１　コンピュータ

Claims (22)

  1. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断方法であって、
    　被処理水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかと、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかに基づいて、膜分離性能の初期値を計算し、
    　分離膜エレメントの透過水路の少なくとも２箇所で透過水質を測定し、
    　前記膜分離性能の初期値を用いて測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように評価膜分離性能を決定し、
    　決定した評価膜分離性能と、基準となる基準膜分離性能とを比較し、
    　予め定めた分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの状態を判定することを特徴とする分離膜エレメントの状態診断方法。
  2. 　前記膜分離性能が、除去率、透過率、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  3. 　前記膜分離性能が、膜透過計算から算出される溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率であって、
    　前記評価膜分離性能と前記基準膜分離性能が、前記測定箇所に共通の溶媒透過係数と溶質透過係数、および前記測定箇所毎に個別の被処理水混入率であることを特徴とする請求項１または２に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  4. 　前記膜透過計算が、
    　溶質透過の物質収支を表す濃度分極モデルから導出される濃度分極式に基づくことを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  5. 　前記透過水質測定が、透過水路を軸方向に分割した測定箇所毎に測定するものであって、２番目以降の測定箇所の被処理水圧力を、前方の測定箇所に供給される被処理水供給圧力と流量から流体力学に基づく圧力損失計算により算出することを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  6. 　前記透過水測定水質と前記透過水計算水質が、電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  7. 　前記少なくとも２箇所から透過水質を測定する方法が、前記分離膜エレメントへ細いチューブを通して、前記分離膜エレメントの異なる位置の透過水を採水して水質を測定する方法であることを特徴とする
    　請求項１から６いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  8. 　前記分離膜エレメントがスパイラル型逆浸透膜エレメントであって、チューブを透過水集水用中心パイプの中に挿入、移動させる距離毎に採水し、その採水ごとに前記測定箇所を規定することを特徴とする
    　請求項１から７いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  9. 　前記分離膜エレメントが透過水を少なくとも２箇所から取水できるような構造を有し、透過水の流量比率を変化させることを特徴とする
    　請求項１から８いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  10. 　前記状態診断基準で判定する分離膜エレメントの状態が劣化と損傷であって、
    　劣化および損傷の有無、損傷の位置、劣化および損傷の程度の少なくともいずれかであることを特徴とする
    　請求項１から９いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  11. 　前記状態診断基準が、
    　評価溶媒透過係数が基準溶媒透過係数より減少、または評価溶質透過係数が基準溶質透過係数より増加の少なくともいずれかが発生した場合に劣化と判定し、
    　また前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少する程度、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加する程度の少なくともいずれかから劣化の程度を判定することを特徴とする
    　請求項３から１０いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  12. 　前記状態診断基準が、
    　前記測定箇所で評価被処理水混入率が基準被処理水混入率より増加する場合に損傷発生を判定するとともに前記測定箇所で損傷位置を判定し、または前記測定箇所で前記評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する程度から前記損傷の程度を判定することを特徴とする
    　請求項３から１０いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断方法。
  13. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　分離膜エレメントの被処理水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれかと、透過水の圧力、流量、溶質濃度の少なくともいずれか、および透過水路の少なくとも２箇所で測定した透過水質のデータを入力するデータ入力手段、
    　膜分離性能の初期値を計算する膜分離性能初期値計算手段、
    　前記膜分離性能の初期値を用いて、前記測定箇所毎に、膜分離性能の計算を行うとともに、前記膜分離性能から算出した透過水計算水質と透過水測定水質との差分が所定の範囲内になるように、評価膜分離性能を決定する評価膜分離性能決定手段、
    　決定した前記膜分離性能と、基準膜分離性能とを比較する膜分離性能比較手段、
    　前記膜分離性能比較の結果から、予め定めた分離膜エレメントの状態診断基準に基づいて、分離膜エレメントの状態を診断する分離膜エレメント状態診断手段、
    　として機能させることを特徴とする分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  14. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記膜分離性能の計算を、除去率、透過率、溶媒透過係数、溶質透過係数、被処理水混入率のすくなくともいずれかを計算することを選択させる膜分離性能計算選択手段として機能させるための請求項１３に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  15. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　膜分離性能計算手段で前記膜分離性能を、膜透過計算から算出される溶媒透過係数、溶質透過係数および被処理水混入率とし、
    　前記評価膜分離性能と前記基準膜分離性能を前記測定箇所に共通の溶媒透過係数と溶質透過係数、および前記測定箇所毎に個別の被処理水混入率として計算する性能解析限定手段として機能させるための請求項１３または１４に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  16. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　膜透過計算を溶質透過の物質収支を表す濃度分極モデルから導出される濃度分極式に基づいて計算する濃度分極式計算手段として機能させるための請求項１３から１５いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  17. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記測定箇所において、
    ２番目以降の測定箇所の被処理水圧力を、前方の測定箇所に供給される被処理水供給圧力と流量から流体力学に基づく圧力損失計算により算出する圧力損失計算手段として機能させる請求項１３から１６いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  18. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記透過水測定水質と前記透過水計算水質が、電気伝導度、ＴＯＣ、屈折率、濁度、吸光度、発光光度、色度、ＩＲ、質量分析、イオンクロマト、ＩＣＰ、ｐＨ、放射線の少なくともいずれかから透過水質を決定する透過水質決定手段として機能させる請求項１３から１７いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  19. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記状態診断基準で判定する分離膜エレメントの状態が劣化と損傷であって、
    　劣化および損傷の有無、損傷の位置、劣化および損傷の程度の少なくともいずれかであることを決定する分離膜エレメントの状態決定手段として機能させる請求項１３から１８いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  20. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記状態診断基準が、
    　評価溶媒透過係数が基準溶媒透過係数より減少、または評価溶質透過係数が基準溶質透過係数より増加の少なくともいずれかが発生した場合に劣化と判定し、
    　また前記評価溶媒透過係数が前記基準溶媒透過係数より減少する程度、または前記評価溶質透過係数が前記基準溶質透過係数より増加する程度の少なくともいずれかから劣化の程度を判定する分離膜エレメントの劣化判定手段として機能させる請求項１５から１９いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  21. 　被処理水から透過水を得るための分離膜エレメントの状態診断をするためにコンピュータを、
    　前記状態診断基準が、
    　前記測定箇所で評価被処理水混入率が基準被処理水混入率より増加する場合に損傷が発生していると判定するとともに前記測定箇所で損傷位置を判定し、
    　または前記測定箇所で前記評価被処理水混入率が前記基準被処理水混入率より増加する程度から前記損傷の程度を判定する分離膜エレメントの損傷判定手段として機能させる請求項１５から１９いずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラム。
  22. 　請求項１３から２１のいずれか１項に記載の分離膜エレメントの状態診断プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
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