JP5773138B2 - Degradation prediction method of separation membrane - Google Patents
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本発明は、膜分離装置及び分離膜の劣化予測方法に係り、詳しくは分離膜を使用して膜分離処理を行う膜分離装置及び膜分離装置に使用される分離膜の劣化を予測する方法に関する。 The present invention relates to a membrane separation device and a separation membrane deterioration prediction method, and more particularly to a membrane separation device that performs a membrane separation process using a separation membrane and a method for predicting deterioration of a separation membrane used in the membrane separation device. .
従来、限外濾過膜（以下、ＵＦ膜という）や精密濾過膜（以下、ＭＦ膜という）等の分離膜を備える膜分離装置は、原水に含まれる懸濁物質を固液分離する処理に使用されている。 Conventionally, a membrane separation apparatus equipped with a separation membrane such as an ultrafiltration membrane (hereinafter referred to as a UF membrane) or a microfiltration membrane (hereinafter referred to as an MF membrane) is used for a process for solid-liquid separation of suspended substances contained in raw water. Has been.
ところで、半導体や液晶等の製造で使用される超純水の製造システムは、一般に前処理システム、一次純水システム、サブシステムから構成されてユースポイントへ超純水が供給されるが、このようなシステムにおいて上述した膜分離装置は、サブシステムにおけるユースポイントに供給される前の最終的に微粒子を除去する工程で使用される。 By the way, the ultrapure water production system used in the production of semiconductors and liquid crystals is generally composed of a pretreatment system, a primary pure water system, and a subsystem, and ultrapure water is supplied to the use point. In such a system, the membrane separation apparatus described above is used in a process of finally removing fine particles before being supplied to a use point in the subsystem.
このような膜分離装置を長期間使用していると、分離膜の劣化に伴い分離膜の膜性能が低下し、さらには分離膜が破断して膜分離装置からの透過水に原水が流入してしまうおそれがある。原水が透過水に流入してしまうと、生成される超純水の水質を低下させ、超純水を使用する半導体や液晶等の製品の歩留まりを悪化させてしまうという問題があった。しかしながら、上述した工程での使用では、分離膜へ供給される被処理水に濁質が殆ど含まれないため、膜性能の低下を把握することが困難であった。このため、分離膜の劣化状態を把握するために、膜分離装置の運転を停止して分離膜を取り出し、分離膜の特性を測定する必要があったため、膜分離装置の運転を続けながら測定することが求められていた。 If such a membrane separator is used for a long period of time, the membrane performance of the separation membrane deteriorates as the separation membrane deteriorates, and further, the separation membrane breaks and raw water flows into the permeate from the membrane separator. There is a risk that. When the raw water flows into the permeate, there is a problem that the quality of the produced ultrapure water is lowered and the yield of products such as semiconductors and liquid crystals using the ultrapure water is deteriorated. However, in the use in the above-described process, it is difficult to grasp the deterioration of the membrane performance because the water to be treated supplied to the separation membrane contains almost no turbidity. For this reason, in order to grasp the degradation state of the separation membrane, it was necessary to stop the operation of the membrane separation device, take out the separation membrane, and measure the characteristics of the separation membrane. It was requested.
このようなことから、分離膜の主モジュールの他に副モジュールを設け、副モジュールの膜性能の経時変化を調べて主モジュールの補修や運転条件を調整することや（特許文献１参照）、ミニ膜モジュールを用いて膜洗浄を行い、透水性能の回復等から膜モジュールの洗浄条件を決定する（特許文献２参照）ことが行われている。 For this reason, a sub-module is provided in addition to the main module of the separation membrane, and the time-dependent change in the membrane performance of the sub-module is checked to adjust the main module repair and operating conditions (see Patent Document 1). Membrane cleaning is performed using a membrane module, and the cleaning conditions of the membrane module are determined based on the recovery of water permeability (see Patent Document 2).
しかしながら、上記従来技術では、分離膜の副モジュールやミニ膜モジュールを使用して現状の膜性能を把握することはできるものの、分離膜の劣化に伴うその先に発生しうる障害について予測することができない。万が一、分離膜の破断等の障害が発生してしまうと、生成される透過水の水質に大きな影響が及ぶため、障害を予測することは重要である。 However, in the above prior art, although the current membrane performance can be grasped by using the separation membrane sub-module and the mini membrane module, it is possible to predict a failure that may occur in the future due to the deterioration of the separation membrane. Can not. In the unlikely event that a failure such as a rupture of the separation membrane occurs, the quality of the generated permeated water is greatly affected, so it is important to predict the failure.
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、分離膜の状態を測定することのできる膜分離装置、及び測定した分離膜の状態から分離膜の劣化を予測する方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a membrane separation apparatus capable of measuring the state of the separation membrane, and deterioration of the separation membrane from the measured state of the separation membrane. It is to provide a method for predicting.
上記の目的を達成するべく、本発明の第１の態様の膜分離装置は、供給される被処理水を濾過する中空糸膜からなる膜モジュールを備える膜分離装置であって、多数の中空糸膜からなる本体膜モジュールと、単数または複数の中空糸膜からなる小型膜モジュールとを備え、前記本体膜モジュールを運転しながら、前記本体膜モジュールとは運転条件を変えて前記小型膜モジュールを運転し、前記小型膜モジュールの膜性能及び膜特性の少なくともいずれか一方を測定して前記本体膜モジュールの劣化を予測することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a membrane separation device according to a first aspect of the present invention is a membrane separation device comprising a membrane module comprising a hollow fiber membrane for filtering supplied water to be treated, and a number of hollow fibers. A main body membrane module made of a membrane and a small membrane module made of one or a plurality of hollow fiber membranes, while operating the main body membrane module, operating the small membrane module while changing operating conditions with the main body membrane module The deterioration of the main body membrane module is predicted by measuring at least one of membrane performance and membrane characteristics of the small membrane module.
本発明の第２の態様では、前記運転条件は、小型膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量、及び前記小型膜モジュールに供給される被処理水に注入される薬剤のいずれかから選択されることを特徴とする。 In the second aspect of the present invention, the operating conditions include the amount of treated water supplied per unit area of the small membrane module, and the amount of the chemical injected into the treated water supplied to the small membrane module. Any one of them is selected.
本発明の第３の態様では、前記小型膜モジュールは、複数台設けられることを特徴とする。 In the third aspect of the present invention, a plurality of the small membrane modules are provided.
本発明の第４の態様の劣化予測方法は、供給される被処理水を濾過する多数の中空糸膜からなる本体膜モジュールと、単数または複数の中空糸膜からなる小型膜モジュールとを備える分離膜の劣化予測方法であって、前記本体膜モジュールを運転しながら、前記本体膜モジュールとは運転条件を変えて前記小型膜モジュールを運転し、前記小型膜モジュールの膜性能及び膜特性の少なくともいずれか一方を測定し、得られた測定結果から前記本体膜モジュールの劣化を予測することを特徴とする。 A degradation prediction method according to a fourth aspect of the present invention is a separation comprising a main body membrane module made up of a number of hollow fiber membranes for filtering supplied water to be treated and a small membrane module made up of one or more hollow fiber membranes. A method for predicting the deterioration of a membrane, wherein while operating the main body membrane module, the main membrane module is operated with the operating conditions changed to operate the small membrane module, and at least one of the membrane performance and the membrane characteristics of the small membrane module One of them is measured, and deterioration of the main membrane module is predicted from the obtained measurement result.
本発明の第５の態様では、前記運転条件は、小型膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量、及び前記小型膜モジュールに供給される被処理水に注入される薬剤のいずれかから選択されることを特徴とする。 In the fifth aspect of the present invention, the operating conditions include the amount of water to be treated supplied per unit area of the small membrane module and the amount of chemical injected into the water to be treated supplied to the small membrane module. Any one of them is selected.
本発明の第６の態様では、前記膜特性は、前記中空糸膜の強度及び伸度の少なくともいずれか一方であることを特徴とする。 In the sixth aspect of the present invention, the membrane characteristic is at least one of the strength and elongation of the hollow fiber membrane.
本発明の第７の態様では、さらに、前記本体膜モジュールの劣化の予測に基づいて、前記本体膜モジュールを交換することを特徴とする。 The seventh aspect of the present invention is further characterized in that the main membrane module is replaced based on the prediction of deterioration of the main membrane module.
本発明の第１の態様の膜分離装置によれは、本体膜モジュールとは運転条件を変えて小型膜モジュールを運転し、小型膜モジュールの膜性能及び膜特性の少なくともいずれか一方を測定して本体膜モジュールの劣化を予測するので、本体膜モジュールを安定して運転させながら本体膜モジュールに生じている変化を予測することができる。 According to the membrane separation apparatus of the first aspect of the present invention, the operating condition is changed from that of the main membrane module, the small membrane module is operated, and at least one of the membrane performance and the membrane characteristics of the small membrane module is measured. Since the deterioration of the main body membrane module is predicted, it is possible to predict a change occurring in the main body membrane module while the main body membrane module is stably operated.
本発明の第２の態様の膜分離装置によれば、小型膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量、及び小型膜モジュールに供給される被処理水に注入される薬剤のいずれかから運転条件が選択されるので、小型膜モジュールの単位面積当たりにかかる負荷や使用する薬剤を変えることができ、負荷や薬剤の諸条件を変えたときに本体膜モジュールに発生しうる変化を小型膜モジュールから予め把握することができるので、容易に本体膜モジュールの劣化を予測することができる。 According to the membrane separation apparatus of the second aspect of the present invention, the supply amount of the water to be treated supplied per unit area of the small membrane module, and the chemical injected into the water to be treated supplied to the small membrane module Since the operating conditions are selected from either, the load per unit area of the small membrane module and the drug to be used can be changed, and changes that can occur in the main membrane module when the load and various conditions of the drug are changed Can be grasped beforehand from the small membrane module, so that the deterioration of the main membrane module can be easily predicted.
本発明の第３の態様の膜分離装置によれば、小型膜モジュールは複数台設けられるので、同一の運転条件で複数台の小型膜モジュールを運転して各小型膜モジュールの膜性能や膜特性を経時変化として測定することもできるし、各小型膜モジュールをそれぞれ異なる運転条件で運転して、それぞれの運転条件における小型膜モジュールの膜性能や膜特性を測定するようにすることができる。 According to the membrane separation apparatus of the third aspect of the present invention, since a plurality of small membrane modules are provided, a plurality of small membrane modules are operated under the same operating conditions, and the membrane performance and membrane characteristics of each small membrane module. Can be measured as a change with time, or each small membrane module can be operated under different operating conditions, and the membrane performance and membrane characteristics of the small membrane module under each operating condition can be measured.
本発明の第４の態様の分離膜の劣化予測方法によれば、本体膜モジュールとは運転条件を変えて小型膜モジュールを運転して膜性能や膜特性を測定するので、本体膜モジュールを安定して運転させながら、本体膜モジュールに生じている変化を小型膜モジュールから予測することができる。 According to the separation membrane degradation prediction method of the fourth aspect of the present invention, the membrane performance and membrane characteristics are measured by operating the small membrane module under different operating conditions from the main membrane module. Thus, the change occurring in the main body membrane module can be predicted from the small membrane module.
本発明の第５の態様の分離膜の劣化予測方法によれば、小型膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量、及び小型膜モジュールに供給される被処理水に注入される薬剤のいずれかから運転条件が選択されるので、小型膜モジュールの単位面積当たりにかかる負荷や使用する薬剤を変えることができ、負荷の増減や薬剤の注入といった条件を変えたときに本体膜モジュールに生じ得る変化を小型膜モジュールの測定結果から予め把握することができるので、本体膜モジュールの劣化を容易に予測することができる。 According to the method for predicting deterioration of a separation membrane according to the fifth aspect of the present invention, the amount of treated water supplied per unit area of the small membrane module and the treated water supplied to the small membrane module are injected. The operating conditions are selected from any one of the drugs to be used, so the load per unit area of the small membrane module and the drug to be used can be changed. Since the change that can occur in the module can be grasped in advance from the measurement result of the small membrane module, the deterioration of the main membrane module can be easily predicted.
本発明の第６の態様の分離膜の劣化予測方法によれば、膜特性は中空糸膜の強度及び伸度の少なくともいずれか一方であるので、運転条件における小型膜モジュールを構成する中空糸膜の強度及び伸度のいずれかを測定することで中空糸膜の劣化度合いを把握することができ、本体膜モジュールの劣化度合いを予測することができる。 According to the separation membrane deterioration prediction method of the sixth aspect of the present invention, the membrane characteristic is at least one of the strength and the elongation of the hollow fiber membrane, so that the hollow fiber membrane constituting the small membrane module under the operating conditions The degree of deterioration of the hollow fiber membrane can be ascertained by measuring either the strength or the elongation, and the degree of deterioration of the main body membrane module can be predicted.
本発明の第７の態様の分離膜の劣化予測方法によれば、小型膜モジュールから予測された本体膜モジュールの劣化に基づいて本体膜モジュールを交換するので、本体膜モジュールが劣化して膜性能が低下したり、中空糸膜が破断したりして、本体膜モジュールを通水する透過水の水質が低下することを防止することができる。 According to the separation membrane deterioration prediction method of the seventh aspect of the present invention, the body membrane module is replaced based on the deterioration of the body membrane module predicted from the small membrane module. It is possible to prevent the water quality of the permeated water that passes through the main body membrane module from being deteriorated due to a decrease in the thickness or the hollow fiber membrane is broken.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の膜分離装置１を示す系統図である。図１に示すように、膜分離装置１には、本体膜モジュール２と、本体膜モジュール２よりも小さいｎ台（ｎ≧１）の小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎとが備えられている。小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎは、本体膜モジュール２と並列にそれぞれ配置されており、本体膜モジュール２に供給される被処理水の一部がバルブＶ０を介して、さらに小型膜モジュールＭ１へはバルブＶ１、小型膜モジュールＭ２へはバルブＶ２、小型膜モジュールＭ１〜ＭｎへはバルブＶｎを介してそれぞれ導入される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing a
本体膜モジュール２及び小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎとは、ＵＦ中空糸膜またはＭＦ中空糸膜から構成されており、導入される被処理水に含まれる微粒子を濾過する。本体膜モジュール２は、多数の中空糸膜を束ねて構成されているのに対し、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎは、単数または複数の中空糸膜から構成されている。詳しくは、図２（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎは、１本の中空糸膜４から構成されてもよいし、図２（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、複数本の中空糸膜４から構成されてもよい。
The main
図２に示すように、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎの流通方式は外圧型のクロスフロー方式であり、被処理水は導入口６から小型膜モジュールＭｎ内へ導入され、中空糸膜４を通水して濾過された透過水が排出口８から排出され、排出口１０からは濃縮水が排出される。なお、流通方式は外圧型やクロスフロー方式に限られず、内圧型、デッドエンド方式等であってもよい。また、図２の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、被処理水の導入口６と濃縮水の排出口１０とを膜モジュールの一端に近接して設けることで、デッドエンド方式に類似した流通方式とすることができ、後述するゲル形成測定試験を加速して実施することが可能となる。
As shown in FIG. 2, the distribution method of the small membrane modules M1 to Mn is an external pressure type cross flow method, and the water to be treated is introduced into the small membrane module Mn from the
このような小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎは、本体膜モジュール２の給水ポンプのＯＮ、ＯＦＦや運転条件の変化による物理的衝撃や、使用する膜洗浄剤等の化学作用による中空糸膜の伸度や強度等（膜特性）の劣化、被処理水に含まれるゲル成分が滞留することによる透過性能（膜性能）の低下等を測定するために使用される。本体膜モジュール２を構成する中空糸膜の劣化に関する測定目的に応じ、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎを全て同一の目的で使用してもよいし、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎを測定目的に応じて個々に、または複数個にグループ分けをして、添加剤を添加してもよいし、中空糸膜を洗浄する洗浄剤を添加して劣化を測定するようにしてもよい。
Such small membrane modules M1 to Mn are the physical impact due to ON / OFF of the water supply pump of the main
例えば、図１に示すように、小型膜モジュールＭ１では、被処理水に含まれるゲル成分が中空糸膜に付着するゲル形成状態及び透過水に含まれる全有機炭素濃度の測定、小型膜モジュールＭ２では、小型膜モジュールＭ２に導入される被処理水にトレーサー（薬剤）を注入して、中空糸膜の現状の分画分子量の測定を行い、小型膜モジュールＭ３では透過流束の測定を行い、小型膜モジュールＭ４では中空糸膜の伸度、強度等の物理特性の測定を行い、小型膜モジュールＭｎを使用して、小型膜モジュールＭｎに導入される被処理水に膜洗浄剤（薬剤）を注入し、中空糸膜の物理特性を測定するようにしてもよい。 For example, as shown in FIG. 1, in the small membrane module M1, a gel formation state in which the gel component contained in the water to be treated adheres to the hollow fiber membrane and the measurement of the total organic carbon concentration contained in the permeated water, the small membrane module M2 Then, a tracer (medicine) is injected into the water to be treated introduced into the small membrane module M2 to measure the current fractional molecular weight of the hollow fiber membrane, and the small membrane module M3 measures the permeation flux. In the small membrane module M4, physical properties such as elongation and strength of the hollow fiber membrane are measured. Using the small membrane module Mn, a membrane cleaning agent (chemical) is added to the water to be treated introduced into the small membrane module Mn. The physical properties of the hollow fiber membrane may be measured by injection.
トレーサーとして使用するものとして、例えば、気泡、ポリスチレン粒子、デキストラン、ポリエチレングリコール、チトクロームＣ等が挙げられる。 Examples of the tracer used include air bubbles, polystyrene particles, dextran, polyethylene glycol, and cytochrome C.
中空糸膜の膜洗浄剤として、例えば、塩酸、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、酵素等が挙げられるが、本実施形態では、膜洗浄剤として過酸化水素を使用するものとする。 Examples of the membrane cleaning agent for the hollow fiber membrane include hydrochloric acid, sodium hydroxide, sodium hypochlorite, an enzyme, and the like. In this embodiment, hydrogen peroxide is used as the membrane cleaning agent.
（中空糸膜の劣化予測）
このように構成された膜分離装置１を使用して、本体膜モジュール２の劣化を予測する方法について以下に説明する。以下に説明する方法は、本体膜モジュール２を運転させながら小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎをそれぞれの測定目的に応じて運転させて測定を行う。なお、以降、測定に使用する小型膜モジュールを小型膜モジュールＭｉとして説明するが、これは複数ある小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎのうち、ｉ番目の小型膜モジュールＭｉを使用することを表している。また、小型膜モジュールＭｉに使用する中空糸膜４は、図２（Ａ）及び（Ｃ）に示したように１本だけでもよいし、図２（Ｂ）及び（Ｄ）に示したように複数本から構成されていてもよい。さらに、使用する中空糸膜４はＵＦ中空糸膜でもよいし、ＭＦ中空糸膜でもよい。
(Prediction of hollow fiber membrane deterioration)
A method for predicting deterioration of the
本体膜モジュール２の劣化を予測する方法として、まず物理特性変化の計測について説明する。物理特性の変化を測定するために、小型膜モジュールＭｉの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量を、本体膜モジュール２の単位面積当たりに供給される被処理水の供給量よりも多くする。このように、小型膜モジュールＭｉの単位面積当たりの供給量を多くすることによって、小型膜モジュールＭｉを通水する透過水量が増えるので、小型膜モジュールＭｉの中空糸膜４にかかる負荷を増大させた場合の中空糸膜４の破断に至る経過を測定することで、中空糸膜４の破断を予測することができる。詳しくは、小型膜モジュールＭｉの中空糸膜４の強度や伸度を経時変化と共に測定することによって、中空糸膜４の破断を予測することができる。
As a method for predicting the deterioration of the
また、小型膜モジュールＭｉを過酸化水素（薬剤）で膜洗浄すると、中空糸膜４の物理特性、即ち強度や伸度の低下が促進されてしまう。このため、小型膜モジュールＭｉへ供給される被処理水に、本体膜モジュール２に注入するよりも先に、過酸化水素を注入して膜洗浄を行い、中空糸膜４の強度及び伸度を測定し、この工程を複数回行うことによって、膜洗浄に伴う中空糸膜４の物理特性の変化を測定し、測定結果に基づいて中空糸膜４の劣化を予測することができる。
Further, when the small membrane module Mi is subjected to membrane cleaning with hydrogen peroxide (medicine), the physical characteristics of the
次に、小型膜モジュールＭｉに形成されるゲル成分の測定について説明する。被処理水が小型膜モジュールＭｉに通水されると、中空糸膜４にゲル成分が付着することによって透過流束に影響を与えることから、透過流束を測定することによってゲルの形成状態を予測することができる。
Next, the measurement of the gel component formed in the small membrane module Mi will be described. When the water to be treated is passed through the small membrane module Mi, the gel component adheres to the
詳しくは、中空糸膜４にゲル成分が付着すると、付着したゲル成分が中空糸膜４を通水する水の抵抗となり透過流束が低下するので、経時変化に伴うゲルの形成状態を予測することができる。この場合に、小型膜モジュールＭｉの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量を、本体膜モジュール２の単位面積当たりに供給される被処理水の供給量よりも少なくすると、中空糸膜４の膜面における剪断力が低下し、中空糸膜４へのゲル成分の付着が促進されるために透過流束が低下するので、透過流束を測定することで経時変化に伴うゲルの形成状態を予測することができる。なお、小型膜モジュールＭｉにゲル成分を付着しやすくするため、小型膜モジュールＭｉに流れが不均一になる部分を設けたり、または、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すように小型膜モジュールＭｉに被処理水の導入口６と濃縮水の排出口１０とをそれぞれを近接して設けることで、デッドエンド方式に類似した流通方式として透過流束を測定するようにしてもよい。
Specifically, when a gel component adheres to the
また、中空糸膜４にゲル成分が所定量以上付着することによって、中空糸膜４の濾過性能（膜性能）が低下してゲル成分が小型膜モジュールＭｉを通水する透過水に漏出し、透過水の水質を著しく低下させることがある。従って、透過水に含まれる水溶性の有機物濃度を測定することで、小型膜モジュールＭｉの劣化を予測するようにしてもよい。透過水に含まれる有機物濃度は、例えばＴＯＣ計で測定してもよく、測定された有機物濃度が既定値を超える場合には中空糸膜４に所定量以上のゲル成分が付着していると予測することができる。
Moreover, when the gel component adheres to the
また、小型膜モジュールＭｉに供給される被処理水にトレーサーを注入し、中空糸膜４の分画分子量を測定して、現状の中空糸膜４の膜性能から劣化の度合いを予測するようにしてもよい。詳しくは、小型膜モジュールＭｉに供給される被処理水に注入されたトレーサーの濃度と、小型膜モジュールＭｉで生成される透過水中に含まれるトレーサーの濃度を比較して、トレーサーの濃度が低減した割合から中空糸膜４の分画分子量を求め、現状の膜性能を把握することができると共に、膜性能の度合いを予測することができる。例えば、中空糸膜の破断や細孔の拡大が発生している場合は、透過水中に含まれるトレーサー濃度が増大し、ゲル成分の付着が発生している場合にはトレーサー濃度が減少する傾向がある。
In addition, a tracer is injected into the water to be treated supplied to the small membrane module Mi, the molecular weight cut off of the
このように、膜分離装置１において、本体膜モジュール２を運転させながら小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎにも通水し、それぞれの測定目的に応じて小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎに膜洗浄剤やトレーサー等を注入したり、被処理水の供給量を増減させたりして中空糸４の物理特性、透過流束、透過水に含まれる有機物濃度等の経時変化を測定するので、種々の測定結果に基づいて本体膜モジュール２を構成する中空糸膜４の劣化を予測することができる。また、本体膜モジュール２の運転を止めて中空糸膜４の状態を確認する必要がないため、膜分離装置１を安定して運転させることができる。
In this way, in the
さらに、様々な測定目的に応じて小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎの運転条件を変えて測定することで、被処理水の供給量を本体膜モジュール２に供給される被処理水よりも増加させることによる中空糸膜４の物理特性、過酸化水素を注入することによる中空糸膜４の物理特性の経時変化、被処理水の供給量を本体膜モジュール２に供給される被処理水よりも減少させ、被処理水に含まれるゲル成分が中空糸膜４に付着することによる透過流束の経時変化及び透過水に含まれる有機物濃度の経時変化、トレーサーを注入することによる中空糸膜４の分画分子量の経時変化等、中空糸膜４の各特性の経時変化を測定することができるので、中空糸膜４の経時変化に伴う各特性の劣化度合いを把握することができ、この劣化度合いに基づいて本体膜モジュール２の劣化を容易に予測することができる。
Furthermore, by changing the operating conditions of the small membrane modules M1 to Mn according to various measurement purposes, the supply amount of the treated water is increased more than the treated water supplied to the
そして、小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎでの測定結果から予測される本体膜モジュール２の劣化予測に基づいて、本体膜モジュール２を構成する中空糸膜４が破断する前に本体膜モジュール２を交換することができる。
And based on the degradation prediction of the main
なお、上記実施形態で説明した膜分離装置１は、水処理装置であればいずれの工程に備えられるものであってもよいが、特に、超純水製造システムのサブシステムにおける非再生型イオン交換装置で処理された後の工程で用いられるのが好ましい。
The
また、上記実施形態では、膜分離装置１に含まれる小型膜モジュールＭ１〜Ｍｎが複数台配置される構成としたが、小型膜モジュールは１台でもよい。
In the above embodiment, a plurality of small membrane modules M1 to Mn included in the
以下に示す実施例に従って、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail according to the following examples. Note that the present invention is not limited to this.
＜実施例１＞
本体膜モジュールとしてＯＬＴ−６０３６Ｖ（栗田工業（株）製）を使用し、図２（Ａ）に示した中空糸膜１本を備える小型膜モジュールを用意し、図１に示すように本体膜モジュール及び小型膜モジュールを配置して設けた。本体膜モジュール及び小型膜モジュールに使用した中空糸膜は、同一材質のポリスルホンよりなるＵＦ膜である。本体膜モジュール及び小型膜モジュールに供給される被処理水として超純水を使用し、０．１ＭＰａで通水した。水温は２５℃±３℃であった。
<Example 1>
Using OLT-6036V (manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd.) as the main membrane module, a small membrane module having one hollow fiber membrane shown in FIG. 2 (A) is prepared. As shown in FIG. 1, the main membrane module And a small membrane module was arranged and provided. The hollow fiber membrane used for the main membrane module and the small membrane module is a UF membrane made of the same material polysulfone. Ultrapure water was used as the water to be treated supplied to the main membrane module and the small membrane module, and water was passed at 0.1 MPa. The water temperature was 25 ° C. ± 3 ° C.
小型膜モジュールに対して過酸化水素を注入する劣化加速試験を行った。劣化加速試験では、小型膜モジュールを濃度１％の過酸化水素に２４時間浸漬させ、その後２４時間超純水を通水するという工程を１２回実施した。そして、６回目以降、２回毎に小型膜モジュールから中空糸膜を取り出し、強度及び伸度を測定した。１０回目の工程を実施した後、小型膜モジュールに供給する超純水の供給量及び小型膜モジュールの透過水量を、本体膜モジュールの１．５倍に増加させた。１２回目の試験の実施後、１０回目と同様に供給水量及び透過水量を増加させた。結果を表１に示す。 A deterioration acceleration test was conducted in which hydrogen peroxide was injected into a small membrane module. In the deterioration acceleration test, the process of immersing the small membrane module in hydrogen peroxide having a concentration of 1% for 24 hours and then passing ultrapure water for 24 hours was performed 12 times. Then, after the sixth time, the hollow fiber membrane was taken out from the small membrane module every second time, and the strength and elongation were measured. After the tenth step, the amount of ultrapure water supplied to the small membrane module and the amount of permeated water of the small membrane module were increased to 1.5 times that of the main membrane module. After the twelfth test, the amount of supplied water and the amount of permeated water were increased as in the tenth test. The results are shown in Table 1.
表１に示すように、過酸化水素で膜洗浄を行うと、回数を重ねる毎に中空糸膜の強度及び伸度が低下していることが判る。また、１０回目の試験の後に供給水量及び透過水量を増加させて負荷を上げた際には中空糸膜の破断は発生しなかったものの、１２回目の試験の後に同様に負荷を上げた際には、中空糸膜の破断が発生した。これにより、中空糸膜の物理特性は、強度が０．４６ｋｇ以下、伸度が３３％以下になると破断が発生すると予測することができる。従って、上述した強度及び伸度を閾値として使用することができる。 As shown in Table 1, it is found that when the membrane is washed with hydrogen peroxide, the strength and the elongation of the hollow fiber membrane are lowered every time the membrane is washed. In addition, when the load was increased by increasing the amount of supplied water and the amount of permeated water after the 10th test, the hollow fiber membrane did not break, but when the load was increased similarly after the 12th test. The breakage of the hollow fiber membrane occurred. As a result, the physical properties of the hollow fiber membrane can be predicted to break when the strength is 0.46 kg or less and the elongation is 33% or less. Therefore, the above-described strength and elongation can be used as threshold values.
この予測を検証するために、上記本体膜モジュールを３年４ヶ月間使用し、その期間中に濃度１％の過酸化水素を使用して１０回膜洗浄を行った。この本体膜モジュールを構成する中空糸膜の１本を取り出して、強度及び伸度を測定した。その結果、強度は０．４７ｋｇ、伸度は３６％であり、破断する可能性が低いことを確認することができた。さらに１回の過酸化水素による膜洗浄が可能であると予測し、過酸化水素による膜洗浄を行い、その後４ヶ月間運転した後に本体膜モジュールの交換を行った。１１回膜洗浄を行った本体膜モジュールの中空糸膜を取り出し、強度及び伸度を測定すると、強度は０．４６ｋｇ、伸度は３４％であり、破断する閾値に近い値となっていた。 In order to verify this prediction, the main membrane module was used for 3 years and 4 months, and the membrane was washed 10 times using hydrogen peroxide having a concentration of 1% during that period. One of the hollow fiber membranes constituting the main membrane module was taken out and measured for strength and elongation. As a result, the strength was 0.47 kg, the elongation was 36%, and it was confirmed that the possibility of breaking was low. Further, it was predicted that the membrane could be cleaned once with hydrogen peroxide, the membrane was cleaned with hydrogen peroxide, and after operation for 4 months, the main membrane module was replaced. When the hollow fiber membrane of the main body membrane module subjected to the membrane washing 11 times was taken out and the strength and elongation were measured, the strength was 0.46 kg and the elongation was 34%, which were close to the threshold value for breaking.
＜実施例２＞
本体膜モジュールとしてＫＵ−１５１０ＨＵＴ−Ｈ（栗田工業（株）製）、及び図２（Ｄ）に示した複数本の中空糸膜からなる小型膜モジュールを使用して、実施例１と同様に本体膜モジュールと小型膜モジュールとを構成した。本体膜モジュール及び小型膜モジュールに使用した中空糸膜は、同一材質のポリスルホンよりなるＵＦ膜である。使用した被処理水、通水する圧力、及び水温の各条件は実施例１と同様である。
<Example 2>
Using KU-1510HUT-H (manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd.) as the main body membrane module and a small membrane module comprising a plurality of hollow fiber membranes as shown in FIG. A membrane module and a small membrane module were constructed. The hollow fiber membrane used for the main membrane module and the small membrane module is a UF membrane made of the same material polysulfone. The conditions of the water to be used, the pressure for passing water, and the water temperature are the same as in Example 1.
小型膜モジュールに対して、ゲル形成測定試験を行った。小型膜モジュールの供給水量及び透過水量を本体膜モジュールの供給水量及び透過水量の１．２倍にして、本体膜モジュール及び小型膜モジュールの透過流束をそれぞれ測定した。その結果、１年間の運転で、小型膜モジュールの透過流束は初期の透過流束の８０％に低下し、本体膜モジュールの透過流束は初期透過流束の９０％に低下することが測定された。その後、さらに１年間運転したところ、小型膜モジュールの透過流束は初期透過流束の６０％に低下し、本体膜モジュールは初期透過流束の８０％に低下していた。本運転条件では、小型膜モジュールは本体膜モジュールの２倍の速さで透過流束が低下しており、この結果より、さらに２年後に本体膜モジュールの膜透過流束が初期透過流束に対して６０％に低下することが予測された。 A gel formation measurement test was performed on the small membrane module. The amount of water supplied and the amount of permeated water of the small membrane module were 1.2 times the amount of water supplied and the amount of transmitted water of the main membrane module, and the permeation fluxes of the main membrane module and the small membrane module were measured. As a result, it is measured that the permeation flux of the small membrane module decreases to 80% of the initial permeation flux and the permeation flux of the main body membrane module decreases to 90% of the initial permeation flux after one year of operation. It was done. Thereafter, when the operation was continued for another year, the permeation flux of the small membrane module was reduced to 60% of the initial permeation flux, and the main body membrane module was reduced to 80% of the initial permeation flux. Under these operating conditions, the small membrane module has a permeation flux that is twice as fast as the main membrane module. From this result, the membrane permeation flux of the main membrane module becomes the initial permeation flux two years later. On the other hand, it was predicted to decrease to 60%.
以上より、中空糸膜の破断が発生しにくいと予測される強度は０．４６ｋｇ以上、好ましくは０．４７５ｋｇ以上である。また、中空糸膜の破断が発生しにくいと考えられる伸度は３６％以上、好ましくは４０％以上である。また、中空糸膜の強度及び伸度は時間経過と共に低下し、過酸化水素で膜洗浄を行うと、強度及び伸度の低下が加速されることが判った。 From the above, the strength at which it is predicted that the hollow fiber membrane is not easily broken is 0.46 kg or more, preferably 0.475 kg or more. Further, the elongation considered to be less likely to cause breakage of the hollow fiber membrane is 36% or more, preferably 40% or more. It was also found that the strength and elongation of the hollow fiber membrane decreased with time, and that the strength and elongation decreased when the membrane was washed with hydrogen peroxide.
さらに、小型膜モジュールの負荷（給水量及び透過水量）を本体膜モジュールより大きくすることで、透過流束の低下の度合いを予測することが可能であることが判る。なお、本実施例では透過流束が低下する場合を示したが、小型膜モジュールの透過流束が本体膜モジュールの透過流束よりも異常に高くなる場合もあり、この場合においても中空糸膜に何らかの不具合が発生していると予測できる。 Further, it can be seen that the degree of decrease in permeation flux can be predicted by making the load (water supply amount and permeated water amount) of the small membrane module larger than that of the main body membrane module. In this embodiment, the case where the permeation flux decreases is shown, but the permeation flux of the small membrane module may be abnormally higher than the permeation flux of the main body membrane module, and in this case also the hollow fiber membrane It can be predicted that some sort of malfunction has occurred.
１ 膜分離装置
２ 本体膜モジュール
４ 中空糸膜
Ｍ１〜Ｍｎ 小型膜モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記小型膜モジュールへ供給される被処理水に膜洗浄剤を注入して前記小型膜モジュールの膜洗浄を行った後、前記小型膜モジュールの中空糸膜の強度及び伸度を測定する工程を複数回行うことによって、膜洗浄に伴う前記小型膜モジュールの中空糸膜の強度及び伸度の変化を測定し、その測定結果に基づいて前記本体膜モジュールの中空糸膜の劣化を予測する、分離膜の劣化予測方法。 A method for predicting deterioration of a separation membrane comprising a main body membrane module comprising a large number of hollow fiber membranes for filtering supplied water to be treated and a small membrane module comprising one or more hollow fiber membranes,
A plurality of steps of measuring the strength and elongation of the hollow fiber membrane of the small membrane module after injecting a membrane detergent into the water to be treated supplied to the small membrane module and performing membrane cleaning of the small membrane module The separation membrane is used to measure changes in the strength and elongation of the hollow fiber membrane of the small membrane module accompanying membrane cleaning, and to predict the deterioration of the hollow fiber membrane of the main membrane module based on the measurement results Degradation prediction method.
前記本体膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量よりも前記小型膜モジュールの単位面積当たりに供給される被処理水の供給量を少なくし、前記小型膜モジュールの透過流束又は透過水に含まれる水溶性の有機物濃度を測定し、その測定結果に基づいて前記本体膜モジュールの中空糸膜の劣化を予測する、分離膜の劣化予測方法。 A method for predicting deterioration of a separation membrane comprising a main body membrane module comprising a large number of hollow fiber membranes for filtering supplied water to be treated and a small membrane module comprising one or more hollow fiber membranes,
The amount of treated water supplied per unit area of the small membrane module is less than the amount of treated water supplied per unit area of the main membrane module, and the permeation flux of the small membrane module Or the degradation prediction method of a separation membrane which measures the water-soluble organic substance density | concentration contained in permeated water, and estimates degradation of the hollow fiber membrane of the said main body membrane module based on the measurement result.
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6226340B2 (en) * | 2015-09-25 | 2017-11-08 | 三菱ケミカル株式会社 | Method for evaluating the durability of hollow fiber membranes |
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Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2009136778A (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Kurita Water Ind Ltd | Method of determination rejection rate of permeation membrane |
| JP2009233511A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Toray Ind Inc | Method of operating membrane filtration system |
| JP2011255301A (en) * | 2010-06-08 | 2011-12-22 | Japan Organo Co Ltd | Method for evaluating contamination of separation membrane, separation membrane operation control method utilizing the same, and filter |
| US20130220002A1 (en) * | 2010-10-21 | 2013-08-29 | Nitto Denko Corporation | Membrane separation apparatus, membrane separation apparatus operation method, and evaluation method using the membrane separation apparatus |
-
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190102613A (en) * | 2018-02-26 | 2019-09-04 | 건국대학교 산학협력단 | Membrane filtration system with on-site detection apparatus of biofouling in membrane filtration system and detection method thereof |
| KR102029013B1 (en) | 2018-02-26 | 2019-11-08 | 건국대학교 산학협력단 | Membrane filtration system with on-site detection apparatus of biofouling in membrane filtration system and detection method thereof |
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