JP2017227575A - 有機分離膜のバイオファウリング評価法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バイオファウリングの確認された膜面を直接蛍光光度法により測定し、三次元蛍光スペクトルを有機物の付着していない状態と比較することで、付着有機物特有のスペクトルの有無が確認できる。使用前と使用後とを比較すれば、有機物の付着の進行状態が確認でき、有機物付着の確認された膜の薬品洗浄の前後を比較すれば、洗浄効果の確認が可能となる。
【選択図】図4
Description
有機物の同定は、フーリエ変換赤外分光光度計(以下FTIR)やラマン分光法を用いるのが一般的である。FTIRとしては、膜面を直接に顕微ATR反射法で測定する、あるいは採取した付着物をKBr透過法で測定する方法がある。付着物に微生物が多く含まれる場合、赤外吸収スペクトルでは膜基材以外はブロードなピークしか得られないため、顕微鏡観察、蛍光X線等による元素分析、FTIR分析の各結果から総合的に判断を行う。
特許文献1のような濃縮液の測定は、バイオファウリングの状態確認には適用できない。
このように、バイオファウリングを引き起こしている有機物を把握することはRO膜等の再生にとって重要であり、簡便、確実に把握する方法が求められている。
(1)有機分離膜表面の有機物付着状態を評価する方法であって、蛍光光度計にて膜面の三次元スペクトルを測定し、該有機分離膜の使用前と使用後の三次元スペクトルの比較により、膜面の有機物の付着を評価する方法。
(2)有機分離膜表面に付着した有機物を薬品洗浄により除去する方法であって、蛍光光度計にて膜面の三次元スペクトルを測定し、該有機分離膜の洗浄前と洗浄後の三次元スペクトルの比較により薬品洗浄の効果を確認することを含む方法。
また、本発明の一態様によれば、有機分離膜の汚染に適した洗浄薬品の選定と、洗浄効果の確認が可能となる。
実機装置では、RO膜が複数本使用されており、薬品による洗浄は現地で実施される。現地で効果的な洗浄を実施するために、数本抜き取り、解体後に付着物の定性分析を行い、薬品で洗浄した後、洗浄効果を確認する。RO膜の閉塞が進行する前に定期的に現地で薬品洗浄を実施することで、安定した処理水量の確保が可能となる。本評価法は、膜面を直接蛍光光度法にて測定することで、バイオファウリング発生の有無や進行状況の確認が可能であり、薬品洗浄後の膜性能の回復度の評価も可能である。また排水回収のシステムにおいては、膜面にバイオファウリングの発生防止を目的に、スライムコントロール剤が使用されるが、スライムコントロール剤の効果を確認する評価法としても有効な技術となる。
膜面を蛍光光度法により測定する場合、解体した平膜から所定の大きさのサンプル膜を切り出し、これを石英板で挟んでセルを作製し、蛍光光度計にて蛍光光度を測定する。蛍光光度計としては、様々な励起波長による蛍光を示す三次元蛍光スペクトルを測定可能な装置を使用する。特に、本発明では、励起波長250〜300nmの波長範囲において、300〜400nmの蛍光波長のスペクトルに着目する。この波長範囲の蛍光スペクトルは、タンパク質やアミノ酸などのバイオファウリングに特有の有機物の蛍光スペクトルである。環境分野においては水溶液中の有機物の定性法として蛍光光度法による評価が行われており、この波長域に現れる蛍光ピークは、タンパク質やアミノ酸由来のものである(参考文献:「三次元分光蛍光光度計による天然水腐食物質の蛍光特性の直接分析法」、分析化学Vol.46,No.5(1997))。RO膜を構成するポリスルホン酸、ポリアミド、酢酸セルロールなどは、励起波長300〜360nmの波長範囲で350〜400nmの波長領域にスペクトルピークを示す。
蛍光光度計による膜面の直接測定では、膜面に付着した微量の有機物の存在確認を確実にするため、励起側及び蛍光側のスリット幅、ホトマル電圧等を適宜調整することが好ましい。たとえば、液体測定時よりもスリット幅を狭くする、あるいはホトマル電圧を高くするなどが挙げられる。
付着物同定後の洗浄確認のフローを図2に示す。従来法では蛍光X線分析による定性分析での確認を実施していたが、蛍光光度法での評価を実施することで、バイオファウリングに対する洗浄効果を直接確認することが可能となる。
図2では、付着物の同定後、まず、洗浄前の膜面を蛍光光度法で測定(201)する。次に、平膜での薬品洗浄(202)を行う。薬品洗浄後、平膜通水試験(203)及び洗浄後の膜面を蛍光光度法で測定(204)する。平膜での薬品洗浄は、洗浄時間や薬品の種類などの洗浄条件を様々に変えて、最適な洗浄条件を求める。薬品洗浄の効果が確認された後、実機のスパイラル型エレメントに対して実際の洗浄(205)を行う。
蛍光光度法による分析条件は以下の条件で行った。
測定機器:分光蛍光光度計 F−7000 (日立製)
測定条件:励起開始波長 200nm
励起終了波長 600nm
蛍光開始波長 200nm
蛍光終了波長 600nm
スキャンスピード 60000nm/min
励起側スリット 5.0nm
蛍光側スリット 5.0nm
ホトマル電圧 400V
バイオファウリングが進行初期の膜は、付着物が少ないため分析が困難である。例えばFTIRで分析を実施した場合には、直接膜表面を顕微ATR反射法等で測定を実施するが、膜の基材の情報が結果として出るため、バイオファウリングの同定はできない。本発明で使用する蛍光光度法では、図4に示すように膜基材のピーク(実線)とは別に付着物のピーク(点線)が確認できることから、微量の有機付着物の分析に有効であることが確認された。
MF膜は、分離孔径0.01μm〜10μmで主として液体中の微生物や微粒子を除去対象とする膜であり、NF膜は水和半径の大きいイオン(2価イオン)や糖類など大きめの有機膜などを阻止対象とする膜であり、RO膜と同様に水処理システムにて使用される膜である。
図4〜図6には、励起波長250〜300nmの波長範囲において、300〜400nmの蛍光波長のスペクトルが見られ、バイオファウリングとなる有機物の存在が確認された。
図7にバイオファウリングの確認されたRO膜を水酸化ナトリウムでアルカリ洗浄した後の膜面の三次元蛍光スペクトルを示す。図4で検出された励起波長280nm、蛍光波長330nm付近のピークが洗浄でほぼ消失していることがわかる。洗浄後のRO膜の透過水量の変化と蛍光光度法による評価法にて、薬品洗浄の効果の確認が可能となる。図8に洗浄前の膜、純水洗浄後の膜、アルカリ洗浄後の膜の励起波長280nmの二次元スペクトルの比較を示す。新品膜の透過水量を1とした時、洗浄前の膜の透過水量は0.6、純水洗浄後の透過水量は0.7、アルカリ洗浄後の透過水量は0.9となり、洗浄により性能は回復する。蛍光強度の比較は、膜自体の蛍光ピークである励起波長320nm、蛍光波長370nm付近の蛍光強度を1として規格化して比較を行った。図8の結果から、透過水量の回復と同様、純水洗浄よりアルカリ洗浄の洗浄効果が高いことが確認できる。
バイオファウリングしたRO膜面の薬品洗浄の効果と同様にスライムコントロール剤の有効性に関しても、蛍光光度法による評価で確認できる。
102 通水試験
103 解体
104 付着物採取
105 顕微鏡観察
106 組成分析1
107 有機物分析1
108 膜面の組成分析
109 有機物分析2
Claims (6)
- 有機分離膜表面の有機物付着状態を評価する方法であって、蛍光光度計にて膜面の三次元スペクトルを測定し、該有機分離膜の使用前と使用後の三次元スペクトルの比較により、膜面の有機物の付着を評価する方法。
- 前記有機物は、励起波長250〜300nmの波長範囲において、300〜400nmの蛍光波長のスペクトルの存在の有無で確認される、請求項1に記載の方法。
- 前記有機分離膜は、平膜を倦回して得られるスパイラル型エレメントであり、該スパイラル型エレメントを解体後、前記平膜から切り出したサンプル膜面を蛍光光度計にて測定する、請求項1又は2に記載の方法。
- 有機分離膜表面に付着した有機物を薬品洗浄により除去する方法であって、蛍光光度計にて膜面の三次元スペクトルを測定し、該有機分離膜の洗浄前と洗浄後の三次元スペクトルの比較により薬品洗浄の効果を確認することを含む方法。
- 前記有機物は、励起波長250〜300nmの波長範囲において、300〜400nmの蛍光波長のスペクトルの存在の有無で確認される、請求項4に記載の方法。
- 前記有機分離膜は、平膜を倦回して得られるスパイラル型エレメントであり、該スパイラル型エレメントを解体後、前記平膜から切り出したサンプル膜を用いて洗浄効果を確認し、得られた結果を実機のスパイラル型エレメントの洗浄に適用する、請求項4又は5に記載の方法。
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