JPS63286749A - 膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は分析用純水、製薬用水あるいは半導体洗浄用の
超純水等の微粒子含有量の極めて少ない高純度水を得る
ために設置される、限外濾過膜装置あるいは逆浸透膜装
置等の膜濾過装置の汚染指標を求める方法に関するもの
である。

〈従来の技術〉 従来から上水道、工業用水、地下水、河川水、湖沼水、
あるいは各種の回収水等を原水とし、種々の処理工程を
経て、たとえば半導体洗浄用の超純水等の微粒子含有量
の極めて少ない高純度水が得られている。このような高
純度水を得る場合、被処理水中の微粒子を除去するため
に、精密濾過膜や限外濾過膜や逆浸透膜等のその目的に
応じた各種の膜濾過装置がその処理工程中に用いられて
いるのが普通である。なお逆浸透膜は当初被処理水中の
塩類を脱塩するための透過膜として開発されたものであ
るが、近年ではたとえば半導体洗浄用超純水の処理工程
の末端に設置して、純水中のＴ、Ｏ，Ｃ（全有機炭素）
と共に、各種細菌等の微粒子を透過により除去するため
に設置されるようになって来ており、学説上では透過（
Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ）と濾過（Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
）とは明確に区別されているが、膜を介して微粒子を濾
し分けることについては何ら変わりがないので、ここで
は便宜上の逆浸透膜装置も膜濾過装置として扱う。

さてこのような膜濾過装置を工程中に用いる場合、その
被処理水の当該濾過膜に対する汚染指標を知ることは極
めて重要である。

すなわち当該汚染指標から膜濾過装置に用いる濾過膜の
種類を決定したり、あるいは当該濾過膜の交換時期を予
測したり、あるいは当初の設計時において当該汚染指標
を用いて前処理装置の設置の必要性を判断したり、もし
くは前処理装置の種類を知る手掛りとしたり、あるいは
被処理水の汚染指標を定常的に知ることによって、前処
理装置の処理性能を管理するなどに用いる。

当該汚染指標を知る従来の測定方法として、ＳＤＩ値、
ＭＦ値、ＦＴ値あるいはＳＩ値等が用いられている。

ＳＤＩ値は０．４５μｍのフィルターを用いて、一定圧
力で検水を濾過した際の流速から汚染指標を求めるもの
であり、またＭＦ値は０．４５μｍのフィルターを用い
て、一定量の検水を一定減圧下で吸引濾過したときの濾
過時間から汚染指標を求めるものであり、またＦＴ値は
０．２μｍのフィルターを用いて、一定圧力で検水を濾
過した際の流速から汚染指標を求めるものであり、また
Ｓｌ値は０．８μｍのフィルターを用いて、一定圧力で
検水を濾過した際の流速から汚染指標を求めるものであ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで分析用純水、製薬用水、あるいは半導体洗浄用
の超純水等は、前述したごとく種々の前処理装置、たと
えば凝集沈殿装置、砂濾過装置、２床３塔式純水製造装
置およびまたは混床式純水製造装置、精密濾過器等を経
て、限外濾過膜装置等の膜濾過装置で処理される場合が
あるが、このような限外濾過膜装置の汚染指標を従来の
ＳＤＩ値、ＭＦ値、ＦＴ値、Ｓｌ値等で測定することは
困難である。

というのは全く同じ原水を全く同様な種類の複数系列の
前処理装置で処理し、これらの処理水を被処理水として
同じ種類の限外濾過膜装置で濾過する場合、各系列別の
限外濾過膜装置の被処理水のたとえばＦＴ値が全く同じ
数値であっても、当該限外濾過膜装置の圧力損失の上昇
の程度が全く相違するという現象が度々起こる。なおＦ
Ｔ値にかぎらずＳＤＩ値、ＭＦ値、Ｓｌ値についても、
この現象が起こることは同様である。

これらの現象は、従来の汚染指標では測定することが不
可能な汚染物質が膜濾過装置の被処理水中に含まれてい
ることを如実に示すものである。

本発明はこのような従来の汚染指標では測定することが
できないような比較的清澄な検水であっても、膜濾過装
置に対する汚染指標を正確に測定することができる方法
を提供することを目的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は試験用限外濾過膜に、あらかじめ得た当該試験
用限外濾過膜と同様の限外濾過膜の濾過水あるいは当該
試験用限外濾過膜より濾過性能が優れている濾過膜の濾
過水を、一定の圧力で通過させた際の濾過流速Ａを測定
し、引き続き当該試験用限外濾過膜に一定量の検水を通
過させて検水中の汚染物質を当該試験用限外濾過膜で濾
過し、しかる後に当該試験用限外濾過膜に前記濾過流速
Ａを測定した時と同じ圧力で前記濾過水を再び通過させ
た際の濾過流速Ｂを測定し、当該濾過流速Ａと当該濾過
流速Ｂとを用いて汚染指標を求めることを特徴とする膜
濾過装置における汚染指標の測定方法に関するものであ
る。

すなわち従来の汚染指標を測定する際に用いる０、２μ
ｍ〜０．８μｍのフィルターに変えて、それよりｌ／１
０ないし１／１００の孔径を有する試験用限外濾過膜を
用い、当該限外濾過膜を実質的に汚染する物質を含まな
い水を、先に当該限外濾過膜に一定の圧力で通過させて
、その時の濾過流速を測定してブランクとし、次いでブ
ランクを測定した後の当該限外濾過膜に一定量の検水を
通過させて、検水中の汚染物質を当該濾過膜で捕捉し、
次いで前述のブランクの測定と全く同じ水を同条件で濾
過し、その時の濾過流速を測定することにより、検水を
濾過した際に、どの程度当該限外濾過膜が汚染されてい
るかを両者の濾過流速から知り、この両者の濾過流速の
数値を用いて汚染指標を求めるものである。

〈作用〉 以下に本発明をその測定の手順毎に詳細に説明する。

第１図は本発明に用いる測定装置の実施態様の一例のフ
ローを示す説明図であり、第２図は試験用限外濾過膜の
一部切欠拡大断面図である。

第１図お、よび第２図に示したごとく、密閉可能な濾過
水槽１と同じく密閉可能な検水槽２とを用意し、当該両
槽１および２の下方部にそれぞれ弁３および４を有する
流出管５および６の一端を接続し、当該流出管５および
６の他端を連通して、その連通部に合流管７の一端を接
続する。また当該合流管７の他端に、試験用限外濾過膜
９である中空糸状限外濾過膜の内径よりやや大きい径の
注射針８を取り付け、当該注射針８を当該限外濾過膜９
の一端の中空部に挿入して水密的に連通ずる。

また当該濾過膜９の他端の中空部に、当該濾過膜の内径
よりやや大きい径の針金状の密栓ｌＯを挿入して、他端
中空部を閉塞する。

さらに当該濾過膜９の下方部に、当該濾過膜から滴り落
ちる濾過水１１を全て受は入れるためのメスシリンダー
１２を設置する。

なお濾過水槽１および検水槽２の上部にはそれぞれ圧力
指示計１３を付設するとともに、両槽１および２の上部
にそれぞれ弁１４および１５を有する不活性ガス流入管
１６を連通ずる。

次に本発明における汚染指標の測定手順を説明する。

まず測定に用いる試験用限外濾過膜９と同様の限外濾過
膜あるいは、試験用限外濾過膜９より濾過性能が優れて
いる濾過膜、換言すれば当該限外濾過膜９の濾過孔径よ
り小さい濾過孔径を有する濾過膜を用いて、あらかじめ
たとえば純水等を被処理水として濾過し、当該濾過水を
得ておく。

一方新品の試験用限外濾過膜９を第１図のフローに準じ
て測定装置にセットし、前述の操作によりあらかじめ得
た濾過水を濾過水槽に入れ密閉した後、弁１４および３
を開口して濾過水槽１に不活性ガス、たとえば窒素ガス
を用いて一定圧力をかけ、当該圧力により濾過水槽１内
の濾過水を試験用限外濾過膜９で濾過する。

試験用限外濾過膜９の外側から滴り落ちる濾過水１１を
メスシリンダー１２に受けることにより、一定時間内に
メスシリンダー１２に受けた濾過水量から濾過流速Ａを
測定する。

当該濾過流速Ａは、膜面に汚染物質が全く付着していな
り’ＶＡの、かつ濾過中においても膜面を汚染すること
なく水を濾過する際の濾過流速であり、いわゆるブラン
クに相当する。なお濾過流速Ａを測定する際の圧力は使
用する試験用限外濾過膜９の孔径によって異なるが、た
とえば分画分子量が１０．０００前後のものを用いた場
合、１〜２　ｋｇｆ／ｄで充分であり、また濾過時間は
５分程度で充分である。

次に汚染指標を求めようとする検水を検水槽２に入れ、
密閉した後、弁１５および４を開口して検水槽２に同じ
ように窒素ガスを用いて圧力をかけ、一定量の検水を前
記濾過流速Ａの測定に用いた試験用限外濾過膜９で濾過
する。

当該検水の濾過により、検水中の汚染物質の量に応じて
その膜面が汚染される。

したがって検水中に含まれる汚染物質の量が比較的多い
場合は、濾過すべき検水量は少なくてよく、またその汚
染物質の量が比較的少ない場合は、濾過すべき検水量を
多くする。

たとえば試験用限外濾過膜９として、外径１．２１−１
内径０．８鰭、長さ２００鶴の分画分子量１３゜０００
の中空糸状限外濾過膜を用い、検水として、市水を砂濾
過装置およびイオン交換装置で処理した純水を用いる場
合は、１００ｍＪ前後とする。

このような操作により検水を濾過し、検水中の汚染物質
を膜面で捕捉した後、前述した濾過流速Ａを測定したと
同じ条件で弁１４．３を開口して濾過水槽１内の濾過水
を試験用限外濾過膜９で濾過し、その時の濾過流速Ｂを
測定する。

以上の説明で明らかなように、検水中の汚染物質の量に
応じて試験用限外濾過膜９は汚染されているから、濾過
流速Ｂは検水中の汚染物質の量に反比例することとなり
、ブランクとして測定した濾過流速Ａと一定量の検水を
濾過した後の濾過流速Ｂとの関係から検水の汚染指標を
求めることができる。

なお濾過流速Ａと濾過流速Ｂを測定するに際しては、濾
過圧力を全く同一とするとともに、濾過温度も同一とす
ることが好ましい。これは温度差による水の粘度が相違
することによる誤差を排除するためであり、同一の温度
で濾過することにより、各濾過流速の粘度換算の計算を
省略できる。

本発明における汚染指標（便宜上Ｕｌとする）の表示と
してはＵＩ−濾過流速Ａ−濾過流速Ｂとして表示するこ
ともできる。この場合、ＵＩが大なる程、検水中の汚染
物質量は多いこととなる。

しかしながらＵＩとしては、濾過流速Ｂと濾過流速Ａと
の比あるいは（１）式より当該比を百分率で表示するこ
とが好ましい。

ＵＩを（１）式で求めた場合、この値が大なる程、検水
中の汚染物質量は少ないこととなる。すなわち（１）弐
におけるＵＩがたとえば１００の場合は、濾過流速Ａと
濾過流速Ｂとが等しいことを示し、試験用限外濾過膜に
検水を濾過しても全く当該限外濾過膜が汚染されてない
ということであり、検水中に汚染物質が全く含まれてい
ないことを示す。

本発明に用いる試験用限外濾過膜としては分画分子量３
，０００〜５０．０００の範囲の孔径を有する限外濾過
膜を用いることが好ましい。なお分画分子量が３，００
０以下の孔径の小さい限外濾過膜を用いると、濾過圧力
が大きくなりすぎ濾過水槽１あるいは検水槽２とがかな
り高圧の圧力容器となり、測定装置のコストが高くなる
ばかりでなく、測定時間もかなり長くなるので好ましく
なく、また分画分子量が５０，０００以上の孔径の大き
い限外濾過膜を用いると、検水中の比較的微細な汚染物
質が限外濾過膜を通過してしまい、測定誤差が大きくな
り、従来の０．２〜０．４５μｍのフィルターを用いる
ＳＤＩ値等と何ら変わるところがなくなるので好ましく
ない。

通常は分画分子量が１０，０００程度の試験用限外濾過
膜を用いることが好ましい。

なお使用する試験用限外濾過膜の形状は中空糸状、平膜
状あるいはチューブラ−状等、いかなるものも用いるこ
とができるが、第１図および第２図に示したごと（、内
圧式の中空糸状のものを用いた方が測定装置が簡単とな
るので好ましい。

以下に本発明の詳細な説明する。

実施例−１ 原水に凝集剤として硫酸アルミニウムを添加しながら濾
過するタイプの簡易除濁濾過装置と、その後段に２床３
塔式純水製造装置を配置した水処理装置の３系列からそ
れぞれ得た３種類の純水（Ｉ）、（ｎ）、（ＩＩＩ）を
検水とし、ＡＳＴＭ法に準拠した汚染指標（ＳＤＩ値）
と本発明の汚染指標（ＵＩ値）をそれぞれ測定した。

（１）ＡＳＴＭ法によるＳＤＩ値の測定方法０．４５μ
ｍの試験用フィルターを用い、２．’　１　ｋｇｒ／ｃ
ｏ！　（３０ｐ　ｓ　ｉ）の圧力で検水を濾過し、濾過
水２５０ｍｌを得る時間を測定し、これをｔ。

（秒）とする。ｔ、を測定した後も濾過を続行し、Ｔ分
間検水を濾過した後（１＋の時間も当該Ｔ分間に含む）
に、同じように濾過水２５０ｍｌを得る時間を測定し、
これをｔｚ（秒）とする。

当該１＋（秒）とｔｚ（秒）とＴ（分）とを用い以下の
計算式によりＳＤＩ値を求める。

Ｔを１５分間として測定した各純水（１）　　（ＩＩ）
（■）のＳＤＩ値を第１表に示した。

（２）本発明によるＵｌ値の測定方法 内径０．８龍、外径１．２ｍ、長さ２００龍の分画分子
量１３，０００の中空糸状の試験用限外濾過膜を用い、
当該限外濾過膜を第１図および第２図に示したような測
定装置にセントした。次いで当該試験用限外濾過膜と全
く同じ限外濾過膜を多数本束ねたモジュールであらかじ
め純水を濾過することにより得た濾過水を濾過水槽に入
れ、窒素ガスを用いて］、　Ｏｋｇ　ｆ　／　ｃｒＡの
圧力で当該濾過水を濾過し、その時の濾過流速Ａ　（ｍ
β／ｍ１ｎ）を測定した。

次いで検水１００ｍｌを当該試験用限外濾過膜で濾過し
た後、濾過流速Ａを測定したと全く同じ圧力および温度
で前記濾過水を濾過し、その時の濾過流速Ｂ　（ｍ　Ｉ
ｔ　７ｍ　ｉ　ｎ）を測定した。

濾過流速Ａと濾過流速Ｂとを用い、以下の計算式よりＩ
ＪＩ値を求める。

このような方法により測定した各純水（Ｉ）（ＩＩ）　
　（ＩＩＩ）のＵｌ値を第１表に示した。

第１表 実施例−２ 実施例−１の（２）で示した本発明の汚染指標の測定方
法により測定したｔＪ　Ｉ値がそれぞれ９８．９２．８
４．７６の４種類の純水（なおいずれの純水もＳＤＩ値
は葺である。）を用いて、以下の実験を行った。

すなわち分画分子ｆｆ１１３，０００の中空糸状限外濾
過膜を多数本用いた濾過面積０．２Ｍの内圧式モジュー
ルを用いる４系列の限外濾過膜装置に、前記ＵＩ値が異
なる４種類の純水をそれぞれクロスフローで３ケ月間濾
過を行った。

なお濾過圧力はＩ、Ｏｋｇ　ｆ　／　ｃｏ！で初期にお
ける非透過水量と透過水量はそれぞれ５１２７Ｈ１４０
〜５０ｍ！／Ｈであった。

同一圧力下における濾過初期の透過水流量と、３ケ月間
を経た後の透過水流量をそれぞれの純水について測定し
、この値を第２表に示した。

第２表 なお第２表における目詰まり速度は、以下の計算式より
算出した。

〈効果〉 以上の実施例で明らかなごとく、従来の汚染指標である
ＳＤＩ値で測定した場合、全く同じ数値を示す純水であ
っても、本発明の汚染指標の測定方法で測定すると、明
らかに差が生じている。したがって本発明の測定方法は
従来の測定方法では判別不可能な汚染指標でも明確に判
別できる。

また実施例−２で示したごと°く、本発明の方法により
測定した汚染指標（Ｕｌ値）と限外濾過膜装置の目詰ま
り速度とは明らかな相関関係がなりたつので、本発明の
汚染指標を測定することにより、限外濾過膜装置等の膜
濾過装置の運転管理を効果的に行うことができる他、前
処理装置の設置の必要性が判断できたり、種々の用途に
応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明の実施態様を示す
図面であり、第１図は本発明に用いる測定装置のフロー
を示す説明図であり、第２図は試験用限外濾過膜の一部
切欠拡大断面図である。 ■・・・濾過水槽　　　　　　２・・・検水槽３．４・
・・弁　　　　　　　５．６・・・流出管７・・・合流
管　　　　　　　８・・・注射針９・・・試験用限界濾
過膜　１ｏ・・・密栓１１・・・濾過水　　　　　　１
２・・・メスシリンダー１３・・・圧力指示計　　　　
１４．１５・・・弁１６・・・不活性ガス流入管 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験用限外濾過膜に、あらかじめ得た当該試験用限
   外濾過膜と同様の限外濾過膜の濾過水あるいは当該試験
   用限外濾過膜より濾過性能が優れている濾過膜の濾過水
   を、一定の圧力で通過させた際の濾過流速Ａを測定し、
   引き続き当該試験用限外濾過膜に一定量の検水を通過さ
   せて検水中の汚染物質を当該試験用限外濾過膜で濾過し
   、しかる後に当該試験用限外濾過膜に前記濾過流速Ａを
   測定した時と同じ圧力で前記濾過水を再び通過させた際
   の濾過流速Ｂを測定し、当該濾過流速Ａと当該濾過流速
   Ｂとを用いて汚染指標を求めることを特徴とする膜濾過
   装置における汚染指標の測定方法。 ２、濾過流速Ｂと濾過流速Ａとの比から汚染指標を求め
   る特許請求の範囲第１項記載の膜濾過装置における汚染
   指標の測定方法。 ３、分画分子量が３，０００〜５０，０００の範囲の孔
   径を有する試験用限外濾過膜を用いる特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の膜濾過装置における汚染指標の
   測定方法。