【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜プロセスにおける分離膜供給水の水質汚染指標に使用されるＳＤＩ測定方法に関し、詳しくは、常に高精度のＳＤＩ値を算出することのできるＳＤＩ測定方法に関する。また、前記方法に用いられるＳＤＩ測定装置、及び前記方法によりＳＤＩ値を測定する工程を含む逆浸透膜を用いた造水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水や下水などの原水中には、種々の懸濁物質、コロイド性の有機物と無機物、ウイルス、及び細菌などの汚染物質を含んでいる。このような汚染物質は分離膜を汚染し、性能の低下を引き起こす原因となる。
【０００３】
従来、逆浸透膜などの分離膜を用いる海水淡水化処理や下水再生処理においては、分離膜の汚染を防止するために、予め凝集沈殿処理、加圧浮上処理、及び砂ろ過処理などのプロセスを組み合わせて原水中の微生物、コロイド、及びシルトなどの微粒子成分を除去する前処理工程が行われてきた。近年、精密ろ過膜（ＭＦ）や限外ろ過膜（ＵＦ）などの膜分離によって原水を前処理する技術が開発された。そして、微粒子成分を除去した後の水中の微量懸濁物質等による汚染の程度を測定する方法として、均一微細な孔径を持つメンブレンフィルターを用いて、その目詰まり率をもって汚染指数とする方法が採用されている。特に、逆浸透膜法海水淡水化装置への供給水の監視指標として膜汚染防止に非常に有効であることが確認され、現在、膜プロセスにおける分離膜供給水の水質汚染指標としてＡＳＴＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｄ４１８９−９５）によって規定されているＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）測定方法が一般に使用されている。
【０００４】
前記ＳＤＩ測定方法により算出されるＳＤＩ値（汚染指数）は、以下の計算式により算出される。
【０００５】
ＳＤＩ１５＝（１−Ｔ０ ／Ｔ１５）×１００／１５
Ｔ０ ：孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターに圧力２０６ｋＰａで試料をろ過し、初期の試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
Ｔ１５：更にろ過を１５分継続し、その後試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
前記ＳＤＩ１５の値は、０〜６．６６の値を示し、数値が大きいほど汚染度は大きくなる。一般に海水や下水などの原水を前処理した後の逆浸透膜への供給水のＳＤＩ値は４以下とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年上記ＳＤＩ測定方法を用いて前処理後の膜ろ過水のＳＤＩ値を測定した場合に、必ずしもＳＤＩ値が正確な値を示すわけではなく、汚染指数の精度に問題があることが明らかになった。特にフミン質などの溶存有機物が存在する場合には、通常のＳＤＩ値と著しく異なる数値を示すことが明らかになった。例えば、ＳＤＩ測定に用いられる孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターよりも小さな孔径の限外ろ過膜（分画分子量：２００００Ｄａｌｔｏｎｓ、名目孔径：０．００７μｍのもの、又は分画分子量：５０００００Ｄａｌｔｏｎｓ、名目孔径：０．０２９μｍのもの等）、又は孔径０．１μｍ程度の精密ろ過膜を用いて海水などを前処理した後の膜ろ過水のＳＤＩ値が３を超す異常に大きな値を示すことがしばしば認められた。そのため、分離膜の汚染リスクを事前に予測し、膜プロセスを安定運転するために、常に高精度のＳＤＩ値を算出することのできるＳＤＩ測定方法の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであって、常に高精度のＳＤＩ値を算出することができるＳＤＩ測定方法を提供することにある。また、前記方法に用いられるＳＤＩ測定装置、及び前記方法によりＳＤＩ値を測定する工程を含む逆浸透膜を用いた造水方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述のような現状に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、下記方法により上記課題を解決できることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、測定用の分離膜供給液に予め３ＭＰａ以上の圧力を掛け、その後ＡＳＴＭに規定の圧力下で測定を行うことを特徴とするＳＤＩ測定方法、に関する。
【００１０】
本発明者等は、前記のようにＳＤＩ値が異常値を示す理由として、ＭＦやＵＦによって前処理した膜ろ過水を用いてＳＤＩ測定した場合に、膜ろ過水を１５分間通水する過程において、膜ろ過水中に存在し、孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターよりもはるかに小さい有機及び無機微粒子とミクロ気泡とが、フィルターを構成する硝酸セルロースエステル系高分子の微細流路構造部分の壁面に吸着して細孔の流路面積を狭めるか、又は細孔の流路を部分的に閉塞させることが原因であると推察した。特にミクロ気泡が大きく影響していることが推察され、通常このような溶存しているミクロ気泡を取り除くためには、真空脱気処理などなどの手段がとられるが、現行のＳＤＩ測定に真空脱気装置の様な設備を付加すると装置が大きくなるため好ましくなく、簡便で、現行のＳＤＩ測定方法をできるだけ変更しない方法が求められる。
【００１１】
本発明者等は、ＳＤＩ測定を行う前に、前処理後の砂ろ過又は膜ろ過水を圧力３ＭＰａ以上で加圧処理することによりミクロ気泡を砂ろ過又は膜ろ過水中に溶解・消失させることができ、該工程を予め行うことにより空気成分を溶液中に準安定の過飽和状態として溶解できるので、常にＳＤＩ値を正確に測定できることを見出したものである。
【００１２】
前記ＳＤＩ測定方法においては、測定試験用の分離膜供給液に３ＭＰａ以上の圧力を掛けた後、圧力調節弁を用いてＡＳＴＭに規定の圧力に下げて測定を行うことが好ましい。このような方法を採用することにより、測定のための加圧を別途行う必要がなく、ＳＤＩ測定装置を簡易にでき、また効率よく測定することができる。
【００１３】
また、前記ＳＤＩ測定方法においては、測定試験用の分離膜供給液に３ＭＰａ以上の圧力を掛け、その後圧力を常圧に戻し、ＳＤＩ測定に際してＡＳＴＭに規定の圧力を再び掛けてから測定を行うこともできる。このような方法を採用することにより、ＡＳＴＭに規定された条件で正確なＳＤＩ値を得ることができる。
【００１４】
また本発明は、前記ＳＤＩ測定方法に用いられ、３ＭＰａ以上の圧力を掛ける加圧手段と、ＡＳＴＭに規定の圧力にする圧力調節手段と、分離膜供給液に含まれる物質をろ過する膜分離手段とを少なくとも備えるＳＤＩ測定装置、に関する。
【００１５】
さらに本発明は、高圧ポンプで加圧された分離膜供給液の一部に対して、前記記載の方法によりＳＤＩ値を測定する工程を含む逆浸透膜を用いた造水方法、に関する。逆浸透膜プロセスにおける操作圧力を用いることにより、ＳＤＩ測定装置に３ＭＰａ以上の圧力を掛ける加圧手段を別途設ける必要がなく、ＳＤＩ測定装置を簡易にでき、また効率よく測定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のＳＤＩ測定方法は、測定試験用の分離膜供給液に予め３ＭＰａ以上の圧力を掛け、その後ＡＳＴＭに規定の方法で測定できれば、その測定装置、圧力の制御方法、分離膜供給水の種類、温度、及びｐＨなどは特に制限されない。
【００１７】
以下、本発明のＳＤＩ測定方法の具体例を図１、２に基づいて説明する。図１は、本発明のＳＤＩ測定方法に用いられるＳＤＩ測定装置１の構成例を示したものである。図１において、ＳＤＩ測定装置１は、膜分離手段であるフィルターホルダー２、ホルダー元弁３、圧力調節手段である圧力調節弁４、試料タンク５、タンク元弁６、減圧弁７、加圧手段であるガスボンベ８、及びろ液量を計測するメスシリンダー９などを備えている。フィルターホルダー２には、ＡＳＴＭに規定されている孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターが装着されている。試料タンク５には、ＭＦ、ＵＦ、又はＤＭＦ（砂−アンスラサイトからなる２層ろ過器）などにより前処理された海水や下水などの砂ろ過又は膜ろ過水が貯留されている。ＭＦ、ＵＦなどによる前処理の方法は特に制限されず、通常用いられる方法により行うことができる。
【００１８】
本発明のＳＤＩ測定方法は、まずガスボンベ８に設けられた減圧弁７を調節して試料タンク５内を３ＭＰａ以上の圧力になるように昇圧する。好ましくは４ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは５ＭＰａ以上である。試料タンク３内が３ＭＰａ未満の圧力の場合には、ミクロ気泡を十分にろ過水中に溶解させることができず、正確なＳＤＩ値を測定することができなくなる。３ＭＰａ以上で加圧保持する時間は特に制限されないが、通常１秒間程度でミクロ気泡を十分にろ過水中に溶解させることができ、長時間加圧する必要はない。特に、２〜５秒間加圧することが好ましい。処理温度は特に制限されるものではないが、ＲＯ膜の上限４０℃までが好ましい。
【００１９】
３ＭＰａ以上で加圧後、砂ろ過又は膜ろ過水を圧力調節弁４に導入し、圧力調節弁４を調節してＡＳＴＭに規定されている圧力（２０６ｋＰａ）まで減圧する。その後、フィルターホルダー２に当該砂ろ過又は膜ろ過水を導入し、ＡＳＴＭに規定されている前記条件下でＳＤＩ測定を行う。ＡＳＴＭには測定温度については規定されていないが、正確なＳＤＩ値を測定するためには、測定中には温度を一定に保つことが好ましい。通常、測定温度は５〜３５℃程度である。測定温度が４０℃以上であるとＲＯ性能に異常をきたす傾向にあるため、前記温度以上の前処理水での本件の適用は行われない。また、ＡＳＴＭには測定に用いる試料のｐＨについても規定されていないが、逆浸透膜処理でのスケール発生防止のため、予めｐＨ６．５〜７程度に調製して行うことが好ましい。
【００２０】
図２は、本発明のＳＤＩ測定方法に用いられるＳＤＩ測定装置１の他の例を示したものである。測定条件は前記と同様である。図２において、ＳＤＩ測定装置１は、前記ガスボンベ８の代わりに高圧ポンプ１０を備えている。該ＳＤＩ測定装置１を用いたＳＤＩ測定方法では、まず高圧ポンプ吸入口から試料タンク中のろ過水を吸入させ、高圧ポンプ内でろ過水に３ＭＰａ以上の圧力かけて高圧ポンプ吐出口から吐出させる。そして、減圧弁７で減圧後、流量調節用に分岐した配管が設けられた圧力調節弁４に導き、圧力調節弁４を調節してＡＳＴＭに規定されている圧力（２０６ｋＰａ）まで減圧する。その後、フィルターホルダー２にろ過水を導入し、ＡＳＴＭに規定されている前記条件下でＳＤＩ測定を行う。なお、分岐した配管はメンブレンフィルターの透過流束の低下に伴う設定圧力の上昇を防ぐために、分岐配管からの放流量を調節するため設けられている。
【００２１】
また、測定試験用の分離膜供給液に３ＭＰａ以上の圧力を掛け、その後圧力を常圧に戻してタンクに貯留した後、ＳＤＩ測定に際してＡＳＴＭに規定の圧力を掛けてから測定を行う構成としてもよい。なお、測定条件は前記と同様である。
【００２２】
前記方法により測定されるＳＤＩ値は、フミン質などの溶存有機物が存在する前処理後の海水や下水などを測定した場合であっても異常値を示すことがなく常に正確な値を算出できる。そのため、逆浸透膜を用いた海水や下水など造水工程に前記方法によるＳＤＩ測定工程を取り入れると、逆浸透膜供給水の監視指標として非常に有効であり、逆浸透膜プロセスを安定運転することが可能となる。
【００２３】
逆浸透膜プロセスは、水分子を選択的に透過させる性質を有する逆浸透膜を用い、該逆浸透膜を隔てて浸透平衡にある溶液と水に対し、溶液の浸透圧より高い圧力を溶液側から加えることにより、溶液中の水分子を水側へ移行させる技術である。つまり、逆浸透膜プロセスは、蒸発法のような相変化を起こすことなく溶液中から水を取り出せることができるので、エネルギ的に有利である上に運転管理が容易である。
【００２４】
そして、この逆浸透膜分離を実用規模で行う場合、以下のような逆浸透分離装置が通常用いられる。まず、逆浸透膜がスパイラル状、管状、平膜の積層体、又は中空糸膜状に加工され、適宜流路材を介装した状態でケースに収容されてエレメントと呼ばれる膜素子構成する。このエレメントは適宜直列に接続され、耐圧容器に収容されてモジュールとなり、さらに、このモジュールが並列に接続されて逆浸透分離モジュールユニットとなる。そして、逆浸透分離モジュールユニット全体に所定の圧力を負荷することにより逆浸透分離が行われる。
【００２５】
以下、逆浸透膜を用いた造水方法の具体例を図３に基づいて説明する。図３において、逆浸透分離装置１２は、逆浸透膜モジュールユニット１６、高圧ポンプ１０等を備えている。そして、原海水１３は除濁装置１４（ＭＦ、ＵＦ、又はＤＭＦなどを備えた装置）で前処理されて逆浸透供給水１５となり、この供給水１５は、高圧ポンプ１０により所定の操作圧力になるまで昇圧されて逆浸透膜モジュールユニット１６に導入され、ここで逆浸透処理されて塩類などが除去された透過水１７ａと、塩類などが濃縮された濃縮水１７ｂとに分離される。なお、この逆浸透分離装置１２の場合、逆浸透分離は単一の操作圧力で１段で行われるが、多段の逆浸透分離を行ってもよい。このようにして得られた透過水１７ａは適宜タンク１８に貯留され、脱塩水として使用に供される。本発明においては、ＳＤＩ測定装置に３ＭＰａ以上の圧力を掛ける加圧手段を省略するため、高圧ポンプ１０による操作圧力が３ＭＰａ以上である場合、高圧ポンプ１０による昇圧を行った後、逆浸透分離モジュールユニット１６に供給水を導入する前のいずれかの箇所で、サンプルとなる供給水を抜き取り、前記記載の方法でＳＤＩ測定を行う。なお、海水淡水化用として一般的に高圧ポンプ１０による操作圧力は３ＭＰａ以上であるが、希釈海水などの用途での操作圧力が３ＭＰａ未満の場合には、更に３ＭＰａ以上に加圧してからＳＤＩ測定を行う。そして、算出されたＳＤＩ値から供給水の汚染度を確認し、それにより操作条件を適宜変更しつつその後の運転を行う。
【００２６】
〔作用効果〕
本発明のＳＤＩ測定方法を用いることにより、常に高精度のＳＤＩ値を算出することができる。これにより逆浸透膜などの分離膜の汚染リスクを事前に、かつ的確に予測することができ、その後の膜プロセスを効率よく安定運転することが可能となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、ＳＤＩ１５値は、ＡＳＴＭに規定の条件下で測定し、以下の計算式により算出した。
【００２８】
ＳＤＩ１５＝（１−Ｔ０ ／Ｔ１５）×１００／１５
Ｔ０ ：孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターに圧力２０６ｋＰａで試料をろ過し、初期の試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
Ｔ１５：更にろ過を１５分継続し、その後試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
【００２９】
実施例１
図２に示す構成のＳＤＩ測定装置を用いてＳＤＩ測定を行った。測定サンプルとしては、日本海近海海水をＤＭＦを用いて前処理をしたろ過水を用いた。前処理したろ過水（ｐＨ：７．０）を試料タンクに貯留し、高圧ポンプ（Ｈｙｄｒａ−ｃｅｌｌ製、Ｆ２０−Ｘ）を用いて、２５℃に調節したろ過水に５．６ＭＰａの予備圧力を掛けて吐出し、そして圧力調節弁を調節して２０６ｋＰａまで減圧して、メンブレンフィルター（ミリポア社製、ＨＡＷＰ０４７００、孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍ）を装着したフィルターホルダーにろ過水を導入し、ＡＳＴＭに規定の条件下でＳＤＩ測定を行った。なお、測定温度は２７℃であった。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３０】
比較例１
予備加圧を省略した以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３１】
実施例２
測定サンプルとして、瀬戸内海の海水を用い、ＵＦ（日東電工製、ＲＳ３５−Ｓ８）で前処理を行った。前処理したろ過水のｐＨは８．２であった。
そして、予備加圧を６ＭＰａ、測定温度を１８℃とした以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３２】
比較例２
予備加圧を省略した以外は実施例２と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３３】
実施例３
測定サンプルとして、アラビア湾バーレン近海の海水を用い、ＵＦ（日東電工製、ＲＳ５０−Ｓ８）で前処理を行った。前処理したろ過水のｐＨは８．０であった。
そして、予備加圧を６ＭＰａとし、測定温度を３１℃とした以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３４】
比較例３
予備加圧を省略し、ろ過水のｐＨを８．１とした以外は実施例３と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３５】
実施例４
測定サンプルとして、シンガポール近海の海水を用い、前記ＵＦ（ＲＳ３５−Ｓ８）で前処理を行った。前処理したろ過水のｐＨは６．７であった。
そして、予備加圧を３ＭＰａとし、測定温度を２８℃とした以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３６】
比較例４
予備加圧を省略し、ろ過水のｐＨを６．８とした以外は実施例４と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３７】
実施例５
測定サンプルとして、合成海水（インスタント・オーシャン製、シーライフ、ＴＤＳ：３．３４％、Ｎａ＋ ：１１４００ｍｇ／ｌ、Ｋ＋ ：４０５ｍｇ／ｌ、Ｃａ２＋：３２３ｍｇ／ｌ、Ｍｇ２＋：９１８ｍｇ／ｌ、Ｃｌ− ：１８４００ｍｇ／ｌ、ＳＯ４ ２−：１９３０ｍｇ／ｌ、ＨＣＯ３ − ：７７．８ｍｇ／ｌ）にＮａＯＣｌ（１ｐｐｍ）を添加したものを用い、ＵＦ（日東電工製、ＮＴＵ−３２５０）にて前処理した。前処理したろ過水は、ｐＨ：８．２であった。
そして、予備加圧を５．６ＭＰａとし、測定温度を３０℃とした以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３８】
比較例５
予備加圧を省略した以外は実施例５と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００３９】
比較例６
測定サンプルとして、前記合成海水にフミン酸（１ｐｐｍ）を添加したものを用い、予備加圧を省略した以外は実施例５と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００４０】
実施例６
測定サンプルとして、前記合成海水にＮａＯＣｌ（１ｐｐｍ）とフミン酸（１ｐｐｍ）とを添加したものを用い、前記ＵＦで前処理を行った。前処理したろ過水のｐＨは８．０であった。
そして、予備加圧を６．５ＭＰａとし、測定温度を３４℃とした以外は実施例１と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００４１】
比較例７
予備加圧を省略した以外は実施例６と同様の方法によりＳＤＩ測定を行った。Ｔ０ 、Ｔ１５の測定の結果、及びＳＤＩ１５値を表１に示す。
【００４２】
【表１】
以上に示す結果より、前処理後のろ過水に予め３ＭＰａ以上の圧力を掛けずにＳＤＩ測定を行った場合には、ＳＤＩ値が異常値を示す場合（比較例１、３、７）がある。一方、予め３ＭＰａ以上の圧力を掛けて溶存しているミクロ気泡を取り除いた後にＳＤＩ測定を行った場合（実施例１〜６）には、常に正確なＳＤＩ値を示すことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＤＩ測定装置の構成例を示す図である。
【図２】ＳＤＩ測定装置の他の構成例を示す図である。
【図３】逆浸透膜を用いた造水方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
１：ＳＤＩ測定装置
２：フィルターホルダー
３：ホルダー元弁
４：圧力調節弁
５：試料タンク
６：タンク元弁
７：減圧弁
８：ガスボンベ
９：メスシリンダー
１０：高圧ポンプ
１１：圧力計
１２：逆浸透分離装置
１３：原海水
１４：除濁装置
１５：逆浸透供給水
１６：逆浸透膜モジュールユニット
１７ａ：透過水
１７ｂ：濃縮水
１８：タンク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an SDI measurement method used as a water pollution indicator for separation membrane feed water in a membrane process, and more particularly, to an SDI measurement method capable of always calculating a highly accurate SDI value. In addition, the present invention relates to an SDI measuring device used in the method and a method for producing fresh water using a reverse osmosis membrane including a step of measuring an SDI value by the method.
[0002]
[Prior art]
Raw water such as seawater and sewage contains various suspended substances, colloidal organic and inorganic substances, viruses, and bacteria and other pollutants. Such contaminants contaminate the separation membrane and cause a decrease in performance.
[0003]
Conventionally, in seawater desalination treatment and sewage regeneration treatment using a separation membrane such as a reverse osmosis membrane, in order to prevent contamination of the separation membrane, processes such as coagulation sedimentation treatment, pressure flotation treatment, and sand filtration treatment are performed in advance. A pretreatment step has been performed to remove particulate components such as microorganisms, colloids, and silt in raw water in combination. In recent years, techniques for pretreating raw water by membrane separation such as microfiltration membrane (MF) and ultrafiltration membrane (UF) have been developed. Then, as a method of measuring the degree of contamination by trace suspended substances in water after the removal of fine particle components, a method of using a membrane filter having a uniform fine pore diameter and using the clogging rate as a pollution index is adopted. Have been. In particular, it has been confirmed that it is very effective in preventing membrane contamination as a monitoring index of water supplied to a reverse osmosis membrane method seawater desalination apparatus. Currently, ASTM (Standard Test) is used as a water pollution index of separation water supplied to a separation membrane in a membrane process. The SDI (Silt Density Index) measurement method defined by the Method for Silt Density Index of Water D4189-95 is generally used.
[0004]
The SDI value (contamination index) calculated by the SDI measurement method is calculated by the following formula.
[0005]
SDI 15 = (1−T 0 / T 15 ) × 100/15
T 0 : Time required for filtering a sample at a pressure of 206 kPa through a membrane filter having a pore size of 0.45 μm and a diameter of 47 mm and filtering an initial sample of 500 ml (seconds)
T 15 : Time required for continuing filtration for another 15 minutes and thereafter filtering 500 ml of the sample (seconds)
The value of the SDI 15 indicates a value of 0 to 6.66, and the higher the numerical value, the higher the pollution degree. Generally, the SDI value of the supply water to the reverse osmosis membrane after pretreatment of raw water such as seawater or sewage is 4 or less.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, when the SDI value of the membrane filtered water after the pretreatment is measured using the above SDI measurement method, the SDI value does not always indicate an accurate value, and it is clear that there is a problem in the accuracy of the pollution index. Became. In particular, when a dissolved organic substance such as a humic substance is present, it has been clarified that a value significantly different from a normal SDI value is exhibited. For example, an ultrafiltration membrane (pore size: 20,000 Daltons, nominal pore size: 0.007 μm, or molecular weight cut off: 500,000 Daltons, nominal pore size: 0) having a pore size smaller than that of a membrane filter having a pore size of 0.45 μm used for SDI measurement. .029 μm) or an SDI value of membrane filtration water after pretreatment of seawater or the like using a microfiltration membrane having a pore size of about 0.1 μm often shows an abnormally large value exceeding 3. . Therefore, in order to predict the risk of contamination of the separation membrane in advance and stably operate the membrane process, it has been desired to develop an SDI measurement method that can always calculate a highly accurate SDI value.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an SDI measurement method capable of always calculating a highly accurate SDI value. Another object of the present invention is to provide an SDI measuring device used in the method and a fresh water producing method using a reverse osmosis membrane including a step of measuring an SDI value by the method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in view of the above-mentioned current situation, and as a result, have found that the above-mentioned problem can be solved by the following method.
[0009]
That is, the present invention relates to an SDI measurement method characterized by applying a pressure of 3 MPa or more to a separation membrane supply solution for measurement in advance, and then performing measurement under a pressure specified by ASTM.
[0010]
The present inventors have found that the reason why the SDI value indicates an abnormal value as described above is that when the SDI measurement is performed using the membrane filtered water pretreated with MF or UF, the membrane filtered water is passed for 15 minutes. Organic and inorganic fine particles and microbubbles, which are present in membrane filtered water and are much smaller than a membrane filter with a pore size of 0.45 μm, are adsorbed on the wall surface of the cellulose nitrate ester-based polymer constituting the filter. It was speculated that the cause was that the flow channel area of the pores was narrowed or the flow channel of the pores was partially blocked. In particular, it is presumed that the microbubbles have a large effect. Usually, in order to remove such dissolved microbubbles, a method such as vacuum degassing is employed. It is not preferable to add a facility such as a gas apparatus because the size of the apparatus becomes large, which is not preferable.
[0011]
The present inventors can dissolve and eliminate microbubbles in sand filtration or membrane filtration water by performing pressure treatment of the pre-treated sand filtration or membrane filtration water at a pressure of 3 MPa or more before performing SDI measurement. It has been found that the air component can be dissolved in a solution in a metastable supersaturated state by performing this step in advance, so that the SDI value can always be measured accurately.
[0012]
In the SDI measurement method, it is preferable to apply a pressure of 3 MPa or more to the separation membrane supply liquid for the measurement test, and then reduce the pressure to a value specified by the ASTM using a pressure control valve to perform the measurement. By employing such a method, it is not necessary to separately perform pressurization for measurement, and the SDI measurement device can be simplified and the measurement can be performed efficiently.
[0013]
Further, in the SDI measurement method, a pressure of 3 MPa or more is applied to the separation membrane supply liquid for the measurement test, the pressure is returned to normal pressure, and the ASTM is again subjected to the specified pressure at the time of the SDI measurement, and then the measurement is performed. You can also. By adopting such a method, an accurate SDI value can be obtained under the conditions specified by ASTM.
[0014]
Further, the present invention also provides a pressurizing means for applying a pressure of 3 MPa or more, a pressure adjusting means for adjusting to a pressure specified by ASTM, and a membrane separating means for filtering a substance contained in a separation membrane supply liquid, which is used in the SDI measurement method. And an SDI measurement device comprising at least:
[0015]
Further, the present invention relates to a method for producing fresh water using a reverse osmosis membrane including a step of measuring an SDI value for a part of a separation membrane feed liquid pressurized by a high-pressure pump by the method described above. By using the operating pressure in the reverse osmosis membrane process, there is no need to separately provide a pressurizing means for applying a pressure of 3 MPa or more to the SDI measuring device, and the SDI measuring device can be simplified and efficiently measured.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the SDI measurement method of the present invention, if a pressure of 3 MPa or more is previously applied to the separation membrane supply liquid for the measurement test, and then the measurement can be performed by the method specified in ASTM, the measurement apparatus, the pressure control method, the type of separation membrane supply water , Temperature and pH are not particularly limited.
[0017]
Hereinafter, a specific example of the SDI measurement method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example of the configuration of an SDI measuring device 1 used in the SDI measuring method of the present invention. In FIG. 1, an SDI measuring apparatus 1 includes a filter holder 2 as a membrane separation unit, a holder base valve 3, a pressure control valve 4 as a pressure control unit, a sample tank 5, a tank base valve 6, a pressure reducing valve 7, a pressurizing unit. And a measuring cylinder 9 for measuring the amount of filtrate. The filter holder 2 is provided with a membrane filter having a pore diameter of 0.45 μm and a diameter of 47 mm specified by ASTM. The sample tank 5 stores sand filtration or membrane filtration water such as seawater or sewage pretreated by MF, UF, or DMF (two-layer filter made of sand-anthracite). The method of preprocessing by MF, UF, or the like is not particularly limited, and can be performed by a commonly used method.
[0018]
In the SDI measurement method of the present invention, first, the pressure in the sample tank 5 is increased to 3 MPa or more by adjusting the pressure reducing valve 7 provided in the gas cylinder 8. It is preferably at least 4 MPa, more preferably at least 5 MPa. If the pressure in the sample tank 3 is less than 3 MPa, the microbubbles cannot be sufficiently dissolved in the filtered water, and the accurate SDI value cannot be measured. The time for maintaining the pressure at 3 MPa or more is not particularly limited, but usually about 1 second can sufficiently dissolve the microbubbles in the filtered water, and there is no need to pressurize for a long time. In particular, it is preferable to pressurize for 2 to 5 seconds. Although the processing temperature is not particularly limited, the upper limit of the RO film is preferably up to 40 ° C.
[0019]
After pressurizing at 3 MPa or more, sand filtration or membrane filtration water is introduced into the pressure control valve 4, and the pressure control valve 4 is adjusted to reduce the pressure to the pressure (206 kPa) specified by ASTM. Then, the sand filtration or the membrane filtration water is introduced into the filter holder 2, and the SDI measurement is performed under the above-described conditions specified by ASTM. Although the ASTM does not specify the measurement temperature, it is preferable to keep the temperature constant during the measurement in order to measure an accurate SDI value. Usually, the measurement temperature is about 5 to 35 ° C. If the measured temperature is 40 ° C. or higher, the RO performance tends to be abnormal. Therefore, the present invention is not applied to the pretreated water having the temperature higher than the above temperature. Further, although the ASTM does not specify the pH of the sample used for the measurement, it is preferable to adjust the pH to about 6.5 to 7 in advance in order to prevent scale from being generated in the reverse osmosis membrane treatment.
[0020]
FIG. 2 shows another example of the SDI measuring device 1 used in the SDI measuring method of the present invention. The measurement conditions are the same as described above. In FIG. 2, the SDI measuring device 1 includes a high-pressure pump 10 instead of the gas cylinder 8. In the SDI measuring method using the SDI measuring device 1, first, the filtered water in the sample tank is sucked from the high pressure pump suction port, and the filtered water is applied with a pressure of 3 MPa or more in the high pressure pump and discharged from the high pressure pump discharge port. Then, after the pressure is reduced by the pressure reducing valve 7, the pressure is led to the pressure adjusting valve 4 provided with a pipe branched for flow rate adjustment, and the pressure adjusting valve 4 is adjusted to reduce the pressure to the pressure (206 kPa) specified by ASTM. Thereafter, filtered water is introduced into the filter holder 2, and SDI measurement is performed under the above-described conditions specified by ASTM. The branched pipe is provided for adjusting the discharge rate from the branched pipe in order to prevent an increase in the set pressure due to a decrease in the permeation flux of the membrane filter.
[0021]
Alternatively, a pressure of 3 MPa or more may be applied to the separation membrane supply liquid for the measurement test, and then the pressure may be returned to normal pressure and stored in the tank. Good. The measurement conditions are the same as described above.
[0022]
The SDI value measured by the above method can always calculate an accurate value without showing an abnormal value even when measuring seawater or sewage after pretreatment in which dissolved organic substances such as humic substances are present. Therefore, if the SDI measurement process according to the above method is incorporated into a desalination process such as seawater or sewage using a reverse osmosis membrane, it is very effective as a monitoring index for reverse osmosis membrane supply water, and stable operation of the reverse osmosis membrane process is required. Becomes possible.
[0023]
The reverse osmosis membrane process uses a reverse osmosis membrane having the property of selectively permeating water molecules, and applies a pressure higher than the osmotic pressure of the solution to the solution and water in osmotic equilibrium across the reverse osmosis membrane. This is a technique for transferring water molecules in a solution to the water side by adding water. That is, in the reverse osmosis membrane process, water can be taken out of the solution without causing a phase change unlike the evaporation method, so that it is advantageous in energy and operation management is easy.
[0024]
When the reverse osmosis membrane separation is performed on a practical scale, the following reverse osmosis separation device is usually used. First, the reverse osmosis membrane is processed into a spiral, tubular, or flat membrane laminate or hollow fiber membrane, and is housed in a case with a flow path material interposed therebetween to form a membrane element called an element. The elements are appropriately connected in series, housed in a pressure-resistant container to form a module, and further connected in parallel to form a reverse osmosis separation module unit. Then, reverse osmosis separation is performed by applying a predetermined pressure to the entire reverse osmosis separation module unit.
[0025]
Hereinafter, a specific example of a fresh water producing method using a reverse osmosis membrane will be described with reference to FIG. 3, the reverse osmosis separation device 12 includes a reverse osmosis membrane module unit 16, a high-pressure pump 10, and the like. The raw seawater 13 is pretreated by a turbidity separator 14 (a device provided with MF, UF, or DMF, etc.) to become reverse osmosis feedwater 15. Then, the pressure is increased until it is introduced into the reverse osmosis membrane module unit 16, where it is separated into permeated water 17 a from which salts and the like have been removed by reverse osmosis treatment and concentrated water 17 b in which the salts and the like have been concentrated. In addition, in the case of the reverse osmosis separation device 12, the reverse osmosis separation is performed in one stage with a single operation pressure, but may be performed in multiple stages. The permeated water 17a thus obtained is appropriately stored in a tank 18 and used as demineralized water. In the present invention, since the pressurizing means for applying a pressure of 3 MPa or more to the SDI measuring device is omitted, when the operating pressure of the high-pressure pump 10 is 3 MPa or more, the pressure is increased by the high-pressure pump 10 and then the reverse osmosis separation module is used. At any point before the supply water is introduced into the unit 16, the supply water serving as a sample is withdrawn, and the SDI measurement is performed by the method described above. In general, the operating pressure of the high-pressure pump 10 for seawater desalination is 3 MPa or more. However, when the operating pressure for applications such as diluted seawater is less than 3 MPa, the pressure is further increased to 3 MPa or more before SDI measurement. I do. Then, the contamination degree of the supply water is confirmed from the calculated SDI value, and the subsequent operation is performed while appropriately changing the operation conditions.
[0026]
(Function and effect)
By using the SDI measurement method of the present invention, a highly accurate SDI value can always be calculated. As a result, the risk of contamination of a separation membrane such as a reverse osmosis membrane can be predicted in advance and accurately, and the subsequent membrane process can be efficiently and stably operated.
[0027]
【Example】
Hereinafter, examples and the like specifically illustrating the configuration and effects of the present invention will be described. The SDI 15 value was measured under the conditions specified by ASTM, and calculated by the following formula.
[0028]
SDI 15 = (1−T 0 / T 15 ) × 100/15
T 0 : Time required for filtering a sample at a pressure of 206 kPa through a membrane filter having a pore size of 0.45 μm and a diameter of 47 mm and filtering an initial sample of 500 ml (seconds)
T 15 : Time required for continuing filtration for another 15 minutes and thereafter filtering 500 ml of the sample (seconds)
[0029]
Example 1
The SDI measurement was performed using the SDI measurement device having the configuration shown in FIG. As a measurement sample, filtered water obtained by pretreating seawater near the Sea of Japan with DMF was used. The pretreated filtered water (pH: 7.0) is stored in a sample tank, and a 5.6 MPa preliminary pressure is applied to the filtered water adjusted to 25 ° C. using a high-pressure pump (manufactured by Hydra-cell, F20-X). Then, the pressure was reduced to 206 kPa by adjusting a pressure control valve, and filtered water was introduced into a filter holder equipped with a membrane filter (manufactured by Millipore, HAWP04700, pore size: 0.45 μm, diameter: 47 mm). The SDI measurement was performed under specified conditions. The measurement temperature was 27 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0030]
Comparative Example 1
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was omitted. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0031]
Example 2
Pretreatment was performed with UF (RS35-S8, manufactured by Nitto Denko) using seawater from the Seto Inland Sea as a measurement sample. The pH of the pretreated filtered water was 8.2.
Then, SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was set to 6 MPa and the measurement temperature was set to 18 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0032]
Comparative Example 2
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 2 except that the preliminary pressurization was omitted. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0033]
Example 3
Pretreatment was performed with UF (RS50-S8, manufactured by Nitto Denko) using seawater near Baren, Gulf of Arabia as a measurement sample. The pH of the pretreated filtered water was 8.0.
Then, SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was set to 6 MPa and the measurement temperature was set to 31 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0034]
Comparative Example 3
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 3 except that the preliminary pressurization was omitted and the pH of the filtered water was set to 8.1. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0035]
Example 4
As a measurement sample, seawater near Singapore was used for pretreatment with the UF (RS35-S8). The pH of the pretreated filtered water was 6.7.
Then, SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was set to 3 MPa and the measurement temperature was set to 28 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0036]
Comparative Example 4
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 4 except that the preliminary pressurization was omitted and the pH of the filtered water was changed to 6.8. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0037]
Example 5
As a measurement sample, synthetic seawater (manufactured by Instant Ocean, Sea Life, TDS: 3.34%, Na + : 11,400 mg / l, K + : 405 mg / l, Ca 2+ : 323 mg / l, Mg 2+ : 918 mg / l, Cl − : 18400 mg / l, SO 4 2− : 1930 mg / l, HCO 3 − : 77.8 mg / l) and NaOCl (1 ppm) added, using UF (Nitto Denko, NTU-3250). Pre-processed. The pretreated filtered water had a pH of 8.2.
Then, SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was set to 5.6 MPa and the measurement temperature was set to 30 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0038]
Comparative Example 5
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 5 except that the preliminary pressurization was omitted. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0039]
Comparative Example 6
As a measurement sample, a sample obtained by adding humic acid (1 ppm) to the synthetic seawater was used, and SDI measurement was performed in the same manner as in Example 5 except that preliminary pressurization was omitted. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0040]
Example 6
As a measurement sample, a sample obtained by adding NaOCl (1 ppm) and humic acid (1 ppm) to the synthetic seawater was used, and the pretreatment was performed with the UF. The pH of the pretreated filtered water was 8.0.
Then, SDI measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the preliminary pressurization was set to 6.5 MPa and the measurement temperature was set to 34 ° C. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0041]
Comparative Example 7
The SDI measurement was performed in the same manner as in Example 6, except that the preliminary pressurization was omitted. Table 1 shows the measurement results of T 0 and T 15 and the SDI 15 value.
[0042]
[Table 1]
From the results shown above, when the SDI measurement was performed without applying a pressure of 3 MPa or more to the filtered water after the pretreatment in advance, the SDI value sometimes showed an abnormal value (Comparative Examples 1, 3, and 7). . On the other hand, when the SDI measurement is performed after removing the dissolved microbubbles by applying a pressure of 3 MPa or more in advance (Examples 1 to 6), it can be seen that the SDI value is always accurate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an SDI measurement device.
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the SDI measuring device.
FIG. 3 is a diagram showing a flow of a fresh water producing method using a reverse osmosis membrane.
[Explanation of symbols]
1: SDI measuring device 2: filter holder 3: holder base valve 4: pressure control valve 5: sample tank 6: tank base valve 7: pressure reducing valve 8: gas cylinder 9: measuring cylinder 10: high pressure pump 11: pressure gauge 12: reverse Osmosis separation device 13: raw seawater 14: clarifier 15: reverse osmosis feed water 16: reverse osmosis membrane module unit 17a: permeate 17b: concentrated water 18: tank
