專利名稱：膜分離裝置、膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法及使用膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離裝置、該裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法及使用該裝置的評(píng)價(jià)方法，該膜分離裝置具有分離膜模塊(以下有時(shí)記載為運(yùn)轉(zhuǎn)模塊)和膜面評(píng)價(jià)(分離膜的表面的評(píng)價(jià))用的輔助模塊，該分離膜模塊使用了用于從供給流體至少得到透過(guò)流體的分離膜。
背景技術(shù)：
膜分離裝置具有逆滲透膜或超濾膜等分離膜，通過(guò)分離膜的膜分離作用能夠?qū)怏w或液體等各種流體過(guò)濾分離(膜分離)。例如，通過(guò)逆滲透膜裝置，能夠?qū)⑾趟蚝Ｋ擕}而淡水化、能夠使用工業(yè)用水制造純水或超純水(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在這樣的膜分離裝置中，流體中存在的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、菌類等，有時(shí)會(huì)隨著時(shí)間而作為水垢或生物膜堆積于分離膜的表面，從而污染(fouling)膜面,使膜性能(分離膜的膜分離作用)劣化。為了應(yīng)對(duì)這樣的問(wèn)題，分離膜的清洗是有效的。一直以來(lái)，基于經(jīng)驗(yàn)、膜分離前后的數(shù)據(jù)而進(jìn)行:使用堿溶液等進(jìn)行的化學(xué)清洗，或沿與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的方向相反的方向使供給流體流動(dòng)的逆清洗等物理清洗。近年來(lái)，提出了如下的技術(shù):通過(guò)區(qū)別于運(yùn)轉(zhuǎn)模塊而在運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)以外設(shè)置小型的輔助模塊并監(jiān)視輔助模塊中的膜面狀態(tài)，而不停止運(yùn)轉(zhuǎn)模塊就掌握膜面狀態(tài)，并據(jù)此決定運(yùn)轉(zhuǎn)模塊中的分離膜的物理清洗或化學(xué)清洗的時(shí)機(jī)(例如，參照專利文獻(xiàn)I 3)。并且，在運(yùn)轉(zhuǎn)模塊中的分離膜的膜分離作用通過(guò)清洗無(wú)法充分恢復(fù)等情況下，有時(shí)更換分離膜。但是，通過(guò)監(jiān)視輔助模塊中的膜面狀態(tài)，很難充分掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜面狀態(tài)(特別是作為細(xì)菌由來(lái)的膜面生物膜的形成)。也就是說(shuō)，通過(guò)輔助模塊，很難辨別適當(dāng)?shù)那逑醇案鼡Q時(shí)期。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-253953號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平10-286445號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特表2009-524521號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種膜分離裝置，其具有分離膜模塊和區(qū)別于分離膜模塊、作為用于監(jiān)視分離膜的膜面狀態(tài)的模塊的輔助模塊，該膜分離裝置通過(guò)輔助模塊能夠以良好的精度掌握分離膜模塊的膜面污染；本發(fā)明的目的還在于提供一種可使分離膜模塊穩(wěn)定工作的膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法、以及使用膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法。用于解決問(wèn)題的手段本發(fā)明提供一種膜分離裝置，其具有:分離膜模塊，從供給流體至少生成透過(guò)流體；和至少一個(gè)輔助模塊，具有由與上述分離膜模塊的分離膜的材料相同的材料構(gòu)成的分離膜，其中，在上述輔助模塊的上述分離膜中的被提供供給流體側(cè)的表面設(shè)置有堆積部件。優(yōu)選在膜分離裝置中設(shè)置有測(cè)量來(lái)自輔助模塊的反射光強(qiáng)度的構(gòu)件。通過(guò)測(cè)量反射光強(qiáng)度，能夠詳細(xì)推測(cè)膜面堆積物(輔助模塊中分離膜的表面上的堆積物)的厚度、量、種類等。優(yōu)選堆積部件是與輔助模塊中的分離膜的表面接觸并沿輔助模塊中的分離膜的的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。并且，堆積部件也可以是覆蓋輔助模塊中的分離膜的表面的整個(gè)面的格子狀網(wǎng)。并且，本發(fā)明從另外的側(cè)面來(lái)看，提供一種膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，利用電子構(gòu)件對(duì)從設(shè)置于輔助模塊的攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析或收發(fā)。進(jìn)而，本發(fā)明再?gòu)牧硗獾膫?cè)面來(lái)看，提供一種膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法，其中，將輔助模塊的分離膜的表面的堆積部件附近的污染，與該表面的堆積部件附近以外的部位的污染進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。發(fā)明效果在本發(fā)明的輔助模塊中設(shè)置有堆積部件。根據(jù)該輔助模塊，能能夠容易地掌握分離膜模塊中的膜污染狀態(tài)。即，根據(jù)本發(fā)明涉及的膜分離裝置，能夠以良好的精度辨別分離膜模塊的適當(dāng)?shù)那逑磿r(shí)期及更換時(shí)期。并且，從設(shè)置于輔助模塊的攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)對(duì)掌握多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜污染狀況起到作用，并對(duì)掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊中分離膜的清洗時(shí)期及更換時(shí)期有用。并且，使用膜分離裝置對(duì)輔助模塊的分離膜的表面中的、堆積部件附近和其以外的部位進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，對(duì)于掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜污染狀況是有效的。


圖1是表示本發(fā)明的膜分離裝置的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明的輔助模塊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的剖視圖。圖3是圖2中輔助模塊的立體透視圖。圖4是表示本發(fā)明的輔助模塊的結(jié)構(gòu)的其他例子的剖視圖。圖5是表示使用反射式共焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的本發(fā)明的膜分離裝置的測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是表示堆積部件和膜污染狀態(tài)的確認(rèn)位置關(guān)系的放大圖。圖7A是表示本發(fā)明的輔助模塊中的膜污染狀態(tài)的照片。圖7B是表示省略堆積部件的輔助模塊中的膜污染狀態(tài)的照片。圖8是本發(fā)明的輔助模塊的分離膜的表面上KMOcnT1附近光譜的可視化分布圖。圖9是表示本發(fā)明的輔助模塊中的透過(guò)通量的歷時(shí)變化、省略堆積部件的輔助模塊中的透過(guò)通量的歷時(shí)變化及運(yùn)轉(zhuǎn)模塊中的透過(guò)通量的歷時(shí)變化的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及的膜分離裝置具有:從供給流體至少生成透過(guò)流體的分離膜模塊；和輔助模塊，具有由與分離膜模塊所使用的分離膜材料相同材料構(gòu)成的分離膜。在輔助模塊的分離膜中的被提供供給流體側(cè)的表面設(shè)置有堆積部件。另外，在以下的說(shuō)明中有時(shí)將分離膜模塊記載為運(yùn)轉(zhuǎn)模塊。并且，有時(shí)將分離膜模塊或輔助模塊中的分離膜的表面記載為膜面或膜表面。在本發(fā)明中向分離膜模塊供給的供給流體沒(méi)有特別的限定，列舉液體、氣體、蒸汽等。但是，供給流體中膜表面污染(fouling)的主要因素物質(zhì)多、在膜表面容易發(fā)生污染的情況下，能確認(rèn)膜污染狀態(tài)的效果(詳細(xì)后述)變得顯著?？紤]到這種情況，本發(fā)明適用于使用咸水、海水、廢水、工業(yè)用水等作為供給流體的水處理。作為膜污染的主要因素物質(zhì)，列舉微粒子、微生物等懸濁物質(zhì)，鐵、錳等的金屬氧化物，碳酸鈣、二氧化硅等難溶性無(wú)機(jī)物(水垢)，以及油分、殘存聚合物等有機(jī)物質(zhì)。特別是，由于細(xì)菌類等微生物的堆積所產(chǎn)生的生物膜的形成及生長(zhǎng)根據(jù)膜面狀態(tài)及流體的諸多條件而變化，考慮到一直以來(lái)預(yù)測(cè)困難，在生物膜容易形成及生長(zhǎng)的環(huán)境下，本發(fā)明的如下效果變得顯著:能夠確認(rèn)包含基于生物膜的膜污染狀態(tài)的全體膜污染狀態(tài)。分離膜模塊及輔助模塊中的過(guò)濾方式并未受到限定，列舉不產(chǎn)生濃縮流體而幾乎全量成為透過(guò)流體的全量過(guò)濾方式、及將供給流體分離成透過(guò)流體和濃縮流體的錯(cuò)流過(guò)濾方式等。而在將以輔助模塊再現(xiàn)分離膜模塊的狀況作為目的的情況下，優(yōu)選輔助模塊中的過(guò)濾方式與分離膜模塊中的過(guò)濾方式為相同過(guò)濾方式。分離膜模塊及輔助模塊中的分離膜只要是對(duì)供給流體進(jìn)行膜分離的膜就不受到限定，列舉逆滲透(RO)膜、納濾(NF)膜、超濾(UF)膜、微濾(MF)膜等。在分離膜模塊及輔助模塊中供給側(cè)的膜面上容易形成生物膜的情況下、即微生物難于透過(guò)的情況下，能夠確認(rèn)膜面污染的效果變得顯著。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，可以說(shuō)本發(fā)明更加適用于使用平均孔徑為I μ m以下的分離膜、具體為使用RO膜、NF膜或UF膜的情況。例如，在水處理用途中，可使用的逆滲透膜沒(méi)有特別的限定，能夠使用公知的逆滲透膜。作為水處理用的逆滲透膜的材料，列舉乙酸纖維素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯等各種高分子材料。并且，逆滲透膜也可以是這些材料適當(dāng)層積而成的復(fù)合膜。例如，也可以將復(fù)合逆滲透膜作為逆滲透膜使用，該復(fù)合逆滲透膜是在無(wú)紡布基材上形成聚砜等微多孔層，并在該微多孔層的表面上使聚酰胺樹(shù)脂進(jìn)行界面重合而成為分離功能層。分離膜模塊也可以使用如下任一形態(tài):板框型等平膜型、管狀型、中空纖維型、螺旋型、褶型等(在螺旋型的分離膜模塊(逆滲透膜模塊)中，一般是在壓力容器中裝填有一個(gè)或多個(gè)模塊，但是作為螺旋型的分離膜模塊，也可以使用壓力容器一體型的分離膜模塊)。其中，從輔助模塊中分離膜的能見(jiàn)性及堆積部件的設(shè)置難易度的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選輔助模塊的形態(tài)為平膜狀(平坦形態(tài))?？紤]該情況，平膜型、螺旋型及褶型的分離膜模塊，由于平膜狀的輔助模塊的膜污染狀態(tài)(fouling)等的再現(xiàn)性高這一點(diǎn)，可以說(shuō)是適合本發(fā)明的分尚1旲t旲塊。輔助模塊的設(shè)置位置是使運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的供給流體、濃縮流體及透過(guò)流體均可向輔助模塊供給的位置，只要是不會(huì)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)模塊帶來(lái)不良影響并可監(jiān)視分離膜狀態(tài)的位置，不做特別限定。例如，在掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜污染狀態(tài)、決定清洗時(shí)期及更換時(shí)期的情況下，優(yōu)選將輔助模塊設(shè)置于被供給與向分離膜模塊供給的供給流體同一成分、大致同一條件(壓力等)的供給流體的位置。并且，在分析輔助模塊上產(chǎn)生的生物膜等的情況下，優(yōu)選將輔助模塊設(shè)置于被供給從分離膜模塊流出的濃縮流體的位置。另外，所設(shè)置的輔助模塊的數(shù)量既可以是一個(gè)也可以是多個(gè)。并且，為了調(diào)整向輔助模塊供給的流體的量及壓力等，也可以設(shè)置閥(供給壓力調(diào)節(jié)閥)、加壓泵等。在本發(fā)明的輔助模塊中，在平膜狀的分離膜的流體供給側(cè)(被提供供給流體的一偵U的表面設(shè)置有堆積部件。在本實(shí)施方式中，堆積部件與分離膜接觸。堆積部件只要是可暫時(shí)堵住供給流體的流動(dòng)、使輔助模塊內(nèi)的供給流體的流動(dòng)產(chǎn)生滯留或亂流即可，該堆積部件設(shè)置于膜面的一部分或整個(gè)面上。堆積部件相對(duì)于分離膜表面形成為凸部即可，但不限定凸部的形狀。例如，為了反映運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜面狀態(tài)，優(yōu)選該凸部由格子狀網(wǎng)形成、格子狀網(wǎng)覆蓋整個(gè)膜面。據(jù)此，可以將格子狀網(wǎng)的格子內(nèi)的膜面狀態(tài)作為到該格子狀網(wǎng)的壁材的距離的函數(shù)進(jìn)行掌握，并且可以在大范圍內(nèi)掌握膜面狀態(tài)。進(jìn)一步，如果采用與運(yùn)轉(zhuǎn)模塊所使用的供給側(cè)流路部件相同形狀的流路部件作為堆積部件，則能夠更正確地掌握膜面狀態(tài)。并且，該情況下，如果事先在輔助模塊進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)，則能夠容易地掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊中的清洗效果。即，通過(guò)設(shè)置這樣的堆積部件，能夠再現(xiàn)與運(yùn)轉(zhuǎn)模塊同程度的污染狀態(tài)(運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的分離膜的流體供給側(cè)的表面的污染(膜污染)狀態(tài))。將堆積部件設(shè)置于膜面的方法沒(méi)有特別的限定，列舉粘接于膜面的方法、及通過(guò)輔助模塊的框架在兩處以上夾持并固定的方法。特別是作為將堆積部件設(shè)置于整個(gè)膜面上的方法，優(yōu)選將與分離膜幾乎相同大小的堆積部件與分離膜一起由框架固定。堆積部件的材料為樹(shù)脂、金屬等，沒(méi)有特別的限定。列舉聚丙烯(ΡΡ)、聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰胺(PA)等樹(shù)脂、天然高分子、橡膠。由于在流體中難以腐蝕、劣化或變形，而優(yōu)選樹(shù)脂制、特別是聚丙烯制的堆積部件。堆積部件的形狀只要如上所述使向輔助模塊供給的供給流體產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膩y流或滯留，就沒(méi)有特別的限定。格子狀的網(wǎng)是簡(jiǎn)便的堆積部件。格子狀的網(wǎng)能夠配置成覆蓋分離膜的整個(gè)表面。特別是作為堆積部件的材料，如果使用與分離膜模塊所使用的供給側(cè)流路部件的材料相同的材料，則輔助模塊的、分離膜模塊中的供給流體的流動(dòng)的再現(xiàn)性提高，因此優(yōu)選使用。堆積部件的尺寸并沒(méi)有特別的限定。堆積部件沿輔助模塊中分離膜的厚度方向的厚度為例如0.1mm以上、例如5mm以下左右,優(yōu)選0.3mm以上、優(yōu)選2mm以下。該厚度過(guò)大則流路的遮蔽效果變得過(guò)大，而產(chǎn)生在分離膜中流體的流動(dòng)容易到達(dá)的部分和流體的流動(dòng)難以到達(dá)的部分，因?yàn)槟の廴居衅蚰っ娴囊徊糠职l(fā)生的情況，因此設(shè)置有堆積部件的情況和不設(shè)置堆積部件的情況之間的膜面狀態(tài)的差異變大，故而不推薦。如果過(guò)小，則輔助模塊的流路中的亂流及滯留效果變得不充分，運(yùn)轉(zhuǎn)模塊和輔助模塊之間的膜面狀態(tài)的差異變大而不推薦。本發(fā)明中的輔助模塊包括供給流體的流入口、透過(guò)流體的流出口、分離膜、分離膜上的堆積部件及將它們收容的容器即可。容器優(yōu)選構(gòu)成耐壓的密閉空間。在透過(guò)流體的流出口和分離膜之間也可以設(shè)置透過(guò)側(cè)流路部件。而在構(gòu)成錯(cuò)流式輔助模塊的情況下，需要濃縮流體的流出口。并且，輔助模塊優(yōu)選具有能耐得住流體的供給壓力的耐壓結(jié)構(gòu)。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選在輔助模塊中各構(gòu)成部件間以及模塊和其他器具的連接部分適當(dāng)使用橡膠制O型環(huán)，將輔助模塊內(nèi)的流路密閉?？僧a(chǎn)生的輔助模塊內(nèi)的壓力也取決于流體及分離膜，例如為0.1 IOMPa左右，將輔助模塊用于海水淡水化等的情況下為1.5 IOMPa左右。即，優(yōu)選輔助模塊的結(jié)構(gòu)為能耐得住IOMPa左右的壓力的結(jié)構(gòu)。為了掌握本發(fā)明的輔助模塊適用于水處理系統(tǒng)等時(shí)的效果，優(yōu)選設(shè)置可評(píng)價(jià)輔助模塊中膜污染狀態(tài)的評(píng)價(jià)構(gòu)件。作為評(píng)價(jià)構(gòu)件列舉:可通過(guò)目測(cè)或顯微鏡直接觀察、圖像攝影、取得圖像以外的數(shù)據(jù)等評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)構(gòu)件。特別是在本發(fā)明中，優(yōu)選使用測(cè)量輔助模塊的膜面中的反射光強(qiáng)度的評(píng)價(jià)構(gòu)件。通過(guò)使用測(cè)量反射光強(qiáng)度的評(píng)價(jià)構(gòu)件，不染色就使得評(píng)價(jià)由細(xì)菌類形成的生物膜變得容易，從而能夠提高評(píng)價(jià)的精度。作為這樣的評(píng)價(jià)構(gòu)件，列舉反射式共焦光學(xué)系統(tǒng)的裝置。反射式共焦光學(xué)系統(tǒng)的裝置通過(guò)調(diào)整入射光源、半反射鏡等中的反射條件、受光元件等受光部分的檢測(cè)設(shè)備，而能夠在各種條件下簡(jiǎn)便地使用。作為通過(guò)目測(cè)或顯微鏡直接觀察輔助模塊中膜污染狀態(tài)時(shí)的觀察方法，列舉:使對(duì)輔助模塊的供給流體暫時(shí)停止而以分批方式觀察的方法，及將容器整體或一部分以透明材料構(gòu)成而在線(in-line)觀察的方法。在兩者的情況下，也能夠在輔助模塊內(nèi)注入染色劑等可視化劑而使得膜污染狀態(tài)成為可識(shí)別的狀態(tài)。通過(guò)在線觀察的方法，能夠根據(jù)輔助模塊的膜污染狀態(tài)的觀察，即時(shí)地掌握運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜污染狀態(tài)。作為適于輔助模塊的膜污染狀態(tài)觀察的顯微鏡，列舉上述的反射式共焦光學(xué)顯微鏡等共焦光學(xué)顯微鏡、熒光顯微鏡、激光顯微鏡。染色劑及染色劑的添加方法不限于市售(公知)的物質(zhì)及方法。根據(jù)確認(rèn)對(duì)象(染色對(duì)象)適當(dāng)設(shè)定所使用的染色劑及所采用的檢測(cè)方法即可。作為針對(duì)有機(jī)物的染色齊IJ，列舉甲苯胺藍(lán)、阿爾新藍(lán)(均為和光純藥工業(yè)(和光純薬工業(yè))制)。作為針對(duì)無(wú)機(jī)物的染色劑，使用對(duì)該各個(gè)物質(zhì)呈現(xiàn)吸附性的染料等即可。作為針對(duì)細(xì)菌類的染色劑，列舉氯化2，3，5-三苯基氯化四氮唑、4’，6- 二脒基-2-苯基吲哚(DAPI (4’，6-diamidino_2-phenylindole))、碘化丙唳(PI (propidium iodide))。對(duì)于這樣的細(xì)菌類,代替染色劑,也可以通過(guò)添加酶底物等使其發(fā)色或發(fā)光，據(jù)此可確定菌種。并且，如果配合根據(jù)染色劑進(jìn)行的源于有機(jī)物的膜污染評(píng)價(jià)，使用分光測(cè)色計(jì)或分光光度計(jì)等根據(jù)來(lái)自輔助模塊膜面的反射光的測(cè)量(詳細(xì)見(jiàn)后述)進(jìn)行膜污染全體的評(píng)價(jià)，則能夠掌握成為膜污染原因的堆積物中源于有機(jī)物的成分的分布及比例。染色劑例如通過(guò)泵從染色劑的存儲(chǔ)槽向供給流體的流入口供給。注入染色劑的時(shí)間任意，可以使用時(shí)常添加或間歇添加、只在發(fā)生異常的情況下添加的方法。在線觀察輔助模塊中的分離膜時(shí)，考慮了使容器的一部分由透明材料構(gòu)成、例如在容器的主體(輔助模塊外壁)上安裝由透明材料構(gòu)成的部件(透明窗)而構(gòu)成，此時(shí)只要在面對(duì)輔助模塊中分離膜的被提供供給流體側(cè)的表面的位置上設(shè)置透明窗即可。使容器的一部分由透明材料構(gòu)成時(shí)的容器的具體結(jié)構(gòu)并沒(méi)有特別的限定，可以考慮在輔助模塊外壁上以可拆裝的方式安裝透明窗。如果設(shè)置這樣的透明窗，則能夠在線觀察輔助模塊中的膜面，并且在使用顯微鏡的觀察中，能夠拆下透明窗并在顯微鏡上安裝有浸水鏡頭的狀態(tài)下觀察輔助模塊中的膜面。通過(guò)該方式的顯微鏡，能夠省略源于透明窗的鏡頭的像差校正。作為將透明窗安裝于輔助模塊外壁的方式，可以舉出抒入方式、滑動(dòng)方式、嵌入方式等。采用擰入方式的情況下，例如在輔助模塊外壁上設(shè)置內(nèi)螺紋部、并在透明窗上形成外螺紋部。并且，在內(nèi)螺紋部和外螺紋部螺合的狀態(tài)中，優(yōu)選輔助模塊外壁和透明窗的外螺紋部在輔助模塊外壁的內(nèi)側(cè)處于同一面。采用滑動(dòng)方式的情況下，例如在輔助模塊外壁上設(shè)置可插入透明窗的開(kāi)口部(例如，在沿分離膜的方向開(kāi)口的開(kāi)口部)、并將透明窗插入該開(kāi)口部即可。并且，也可以在輔助模塊中設(shè)置提供用于插入透明窗的動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。采用嵌入方式的情況下，例如在輔助模塊外壁上設(shè)置可嵌合透明窗的開(kāi)口部(例如在垂直于分離膜的方向開(kāi)口的開(kāi)口部)、并將透明窗嵌入該開(kāi)口部即可。
并且，輔助模塊也可以具有多個(gè)透明窗。例如能夠在輔助模塊外壁中供給流體的流入口側(cè)和供給流體的流入口的相反側(cè)設(shè)置透明窗。有如下趨勢(shì):在供給流體的流入口側(cè)容易堆積生物膜，在供給流體的流入口的相反側(cè)容易堆積水垢。即，根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)設(shè)置于供給流體的流入口側(cè)的透明窗良好地觀察生物膜，通過(guò)設(shè)置于與供給流體的流入口的相反側(cè)的透明窗良好地觀察水垢。通過(guò)圖像攝影進(jìn)行膜面評(píng)價(jià)的情況下，例如將輔助模塊的一部分或全部由透明材料構(gòu)成、并且作為評(píng)價(jià)構(gòu)件使用市售的照相機(jī)或攝像機(jī)等的攝像系統(tǒng)即可。攝像系統(tǒng)既可以是移動(dòng)式也可以是固定式。在本發(fā)明中使用攝像系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選將反射式共焦光學(xué)顯微鏡等反射式共焦光學(xué)系統(tǒng)的裝置連接于攝像系統(tǒng)。由于根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠省略向分離膜模塊注入染色劑，所以能不更換輔助模塊內(nèi)的分離膜而持續(xù)地觀察膜污染狀態(tài)。并且，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠良好地檢測(cè)生物膜(另外，以往不使用染色劑檢測(cè)生物膜是困難的)。作為攝像系統(tǒng)，例如能夠優(yōu)選使用將各種顯微鏡與錄像裝置和/或可即時(shí)判定的判定裝置組合而成的系統(tǒng)。特別是在本發(fā)明中觀察生物膜的情況下，如日本特表2005-525551號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，通過(guò)激光掃描式共焦顯微鏡等共焦圖像系統(tǒng)可檢測(cè)生物膜。進(jìn)而，作為構(gòu)成評(píng)價(jià)構(gòu)件并進(jìn)行圖像以外的數(shù)據(jù)取得時(shí)的數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)，可以列舉如下:例如利用超聲波、紅外線或可見(jiàn)光線的反射，測(cè)量反射光強(qiáng)度，并測(cè)量堆積物的內(nèi)容或量等膜面狀態(tài)的系統(tǒng)。例如列舉:射入白色光，并測(cè)量、比較各波長(zhǎng)中的反射光強(qiáng)度，從而確定或推測(cè)堆積物的種類的系統(tǒng)；以及，射入激光等單色光，并測(cè)量其反射強(qiáng)度，從而測(cè)量堆積物的有無(wú)或厚度的系統(tǒng)。通過(guò)使用這樣的系統(tǒng)，掃描測(cè)量膜面，而能夠得到膜面的堆積信息。此時(shí)，如果使對(duì)由數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)的異常值進(jìn)行判定并通知的判定裝置與數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，則能夠使膜面異常的有無(wú)的判定自動(dòng)化，因此優(yōu)選。另外，判定系統(tǒng)也可以與攝像系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。為了有效活用本發(fā)明，優(yōu)選適當(dāng)?shù)卦O(shè)定評(píng)價(jià)構(gòu)件的、輔助模塊內(nèi)的膜面上的評(píng)價(jià)位置。使用了堆積部件的情況下，在與膜面上的堆積部件的厚度同程度的周圍內(nèi)(例如厚度為Imm的堆積部件的情況下，為周圍Imm左右)，特別是在堆積部件中與流體供給側(cè)相反的一側(cè)容易堆積生物膜或水垢。即，通過(guò)對(duì)與膜面上的堆積部件的厚度同程度的周圍內(nèi)和在膜面上的其他部位進(jìn)行比較評(píng)價(jià)的方法，能夠提前判斷膜面的污染及劣化。換言之，如果對(duì)輔助模塊的分離膜上被提供供給流體側(cè)的表面的堆積部件附近(例如，距堆積部件在與堆積部件的高度相等的寬度以內(nèi)的區(qū)域)的污染、和該表面的堆積部件附近以外的部位的污染進(jìn)行比較，則能夠提前判斷分離膜模塊的分離膜的污染及劣化。更詳細(xì)地說(shuō)，將輔助模塊的分離膜中被提供供給流體側(cè)的表面劃分為被堆積部件覆蓋的區(qū)域即覆蓋區(qū)域、和包圍覆蓋區(qū)域并與覆蓋區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域，并進(jìn)一步將相鄰區(qū)域劃分為比覆蓋區(qū)域靠流體供給側(cè)的流體供給側(cè)相鄰區(qū)域、和從覆蓋區(qū)域看與供給流體側(cè)相反一側(cè)的相反側(cè)相鄰區(qū)域時(shí)，如果對(duì)流體供給側(cè)相鄰區(qū)域所堆積的堆積物的每單位面積的堆積量、和相反側(cè)相鄰區(qū)域所堆積的堆積物的每單位面積的堆積量進(jìn)行比較，則能夠提前判斷分離膜模塊的分離膜的污染及劣化。進(jìn)而，優(yōu)選將流體供給側(cè)相鄰區(qū)域所堆積的堆積物的每單位面積的堆積量，與相反側(cè)相鄰區(qū)域中距堆積部件在與堆積部件的高度相同的距離以內(nèi)的區(qū)域即相反側(cè)靠近區(qū)域所堆積的堆積物的每單位面積的堆積量進(jìn)行比較。并且，優(yōu)選膜分離裝置具有可進(jìn)行這樣的比較的分布評(píng)價(jià)系統(tǒng)。從其他觀點(diǎn)來(lái)看，使用了具有上述分布評(píng)價(jià)系統(tǒng)的膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法，具有通過(guò)分離膜模塊中的分離膜及輔助模塊中的分離膜對(duì)流體進(jìn)行膜分離的膜分離工序、和通過(guò)分布評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)輔助模塊的分離膜中的污染的評(píng)價(jià)工序，根據(jù)使用膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法，能夠提前判斷分離膜模塊的分離膜的污染及劣化。并且，也可以對(duì)從設(shè)置于輔助模塊的攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)或收發(fā)裝置等電子構(gòu)件進(jìn)行存儲(chǔ)、分析或向預(yù)定的管理場(chǎng)所收發(fā)。據(jù)此，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)變得容易，并且可進(jìn)行實(shí)時(shí)的更適當(dāng)且正確的判斷。例如，如果膜分離裝置具有存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，則能夠容易地存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)，如果具有分析電子數(shù)據(jù)的分析裝置，則能夠?qū)崟r(shí)地分析膜污染狀態(tài)，如果具有收發(fā)電子數(shù)據(jù)的收發(fā)裝置，則能夠由外部裝置評(píng)價(jià)膜污染狀態(tài)。即，優(yōu)選膜分離裝置具有:制作從設(shè)置于輔助模塊的攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)的電子數(shù)據(jù)制作裝置；和從存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置、分析電子數(shù)據(jù)的分析裝置、收發(fā)電子數(shù)據(jù)的收發(fā)裝置及收發(fā)電子數(shù)據(jù)的收發(fā)裝置中選擇的至少一種裝置。另外，也可以在分析裝置上搭載分布評(píng)價(jià)系統(tǒng)。并且，從其他觀點(diǎn)來(lái)看，作為具有上述裝置的膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，優(yōu)選實(shí)施具有如下工序的膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法:膜分離工序，通過(guò)分離膜模塊中的分離膜及輔助模塊中的分離膜對(duì)流體進(jìn)行膜分離；數(shù)據(jù)制作工序，通過(guò)攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)，制作與輔助模塊中分離膜的被提供供給流體側(cè)的表面的膜污染狀態(tài)(fouling)相關(guān)的電子數(shù)據(jù)；以及從通過(guò)存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工序、通過(guò)分析裝置分析電子數(shù)據(jù)的分析工序及通過(guò)收發(fā)裝置收發(fā)電子數(shù)據(jù)的收發(fā)工序選擇的至少一種工序。以下，對(duì)于使用逆滲透膜模塊作為分離膜模塊的實(shí)施例，基于附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。實(shí)施例在實(shí)施例中，如圖1所示構(gòu)成膜分離裝置。該膜分離裝置中，給水F的一部分(大部分)通過(guò)流路引導(dǎo)至逆滲透膜模塊(分離膜模塊)1，通過(guò)膜分離而分離為透過(guò)水T1和濃縮水Cf給水F的另一部分(小部分)引導(dǎo)至輔助模塊2，通過(guò)膜分離而分離為透過(guò)水T2和濃縮水C2。在膜分離裝置的流路中，設(shè)置有用于產(chǎn)生給水F的流動(dòng)的加壓泵6及調(diào)整引導(dǎo)至輔助模塊2的給水F的流動(dòng)(量、壓力等)的閥(供給壓力調(diào)節(jié)閥)5。 逆滲透膜模塊I為錯(cuò)流過(guò)濾方式的模塊，通過(guò)將7根作為螺旋型RO膜元件的ES20串聯(lián)地裝填到壓力容器內(nèi)而構(gòu)成。另外，ES20中的逆滲透膜是具有分離功能層的復(fù)合逆滲透膜，該分離功能層如下得到:在PET無(wú)紡布基材上形成聚砜微多孔層，并在其表面用以間苯二胺和均苯三酸氯化物為主材料的溶液進(jìn)行界面重合而得。該復(fù)合逆滲透膜是通過(guò)在有孔中空管的周圍將透過(guò)側(cè)流路部件和供給側(cè)流路部件以層積的狀態(tài)卷繞并由端部及外殼固定，從而構(gòu)成螺旋型RO膜元件。作為給水F，使用了以逆滲透膜能夠處理程度施加了前處理的水。具體地說(shuō)，使用了將食品加工工廠所使用的、用完的廢水用過(guò)濾器投入到純水罐內(nèi)，并在常溫下培養(yǎng)了 I周的實(shí)驗(yàn)廢水。該實(shí)驗(yàn)廢水的內(nèi)容微生物的總菌數(shù)為5X104cell/ml、活菌數(shù)為3X 104cell/mL.將該實(shí)驗(yàn)廢水作為給水F，用加壓泵6施加1.5MPa的壓力而向逆滲透膜模塊I及輔助模塊2供給。并且，通過(guò)開(kāi)關(guān)閥5控制向輔助模塊的實(shí)驗(yàn)廢水的供給。作為輔助模塊2，制作如圖2及圖3所示的模塊(另外，為了附圖便于理解，在圖3中省略透過(guò)側(cè)流路部件24)。輔助模塊外壁21由丙烯酸樹(shù)脂及有機(jī)硅橡膠所構(gòu)成的O型環(huán)構(gòu)成。堆積部件22、逆滲透膜23及滲透?jìng)?cè)流路部件24以層積的狀態(tài)收容于輔助模塊外壁21內(nèi)。逆滲透膜23使用與逆滲透膜模塊I中的復(fù)合逆滲透膜相同的膜，設(shè)置成使堆積部件22側(cè)為分離功能層。透過(guò)側(cè)流路部件24使用與逆滲透膜模塊I中的透過(guò)側(cè)流路部件相同的流路部件。堆積部件22使用與構(gòu)成逆滲透膜模塊所使用的供給側(cè)流路部件的聚丙烯制格子狀網(wǎng)(交點(diǎn)角度90°、交點(diǎn)間長(zhǎng)度4mm、厚度0.9mm)相同的網(wǎng)。并且，在輔助模塊外壁21的上表面上設(shè)置有透明窗25。并且，在能夠經(jīng)由透明窗25觀察膜污染的位置上，設(shè)置有將數(shù)碼攝像機(jī)連接到反射式共焦光學(xué)顯微鏡(卡爾蔡司公司(Carl Zeiss)制、LSM700)的攝像系統(tǒng)3。在圖5中表示將攝像系統(tǒng)3連接于輔助模塊2而構(gòu)成的本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)(反射式共焦光學(xué)系統(tǒng))。從光源37照射而來(lái)的光通過(guò)半反射鏡35向輔助模塊2的方向反射，經(jīng)過(guò)物鏡36而在逆滲透膜23的表面上(正確地說(shuō)是逆滲透膜23上的堆積物)對(duì)焦而成像。來(lái)自逆滲透膜23的表面的反射像通過(guò)物鏡36、半反射鏡35，并從成像透鏡34經(jīng)過(guò)針孔板(pinhole panel) 33到達(dá)受光元件32。據(jù)此,得到堆積物的圖像數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，該圖像數(shù)據(jù)由與受光元件32連接的圖像處理裝置31分析。更具體地說(shuō)，通過(guò)攝像系統(tǒng)3觀察了圖6所示的A、B、C三點(diǎn)的堆積物。位置A在靠近給水流入口一側(cè)，距最近的堆積部件0.5mm的位置(在實(shí)驗(yàn)廢水流動(dòng)的方向上距格子狀網(wǎng)的交點(diǎn)0.5mm的位置)。位置C相反在遠(yuǎn)離給水流入口一側(cè),距最近的堆積部件0.5mm的位置(在與實(shí)驗(yàn)廢水流動(dòng)的方向相反的方向上距格子狀網(wǎng)的交點(diǎn)0.5mm的位置)。位置B在距任一堆積部件都較遠(yuǎn)的位置。并且，圖6中的箭頭表示實(shí)驗(yàn)廢水的流動(dòng)方向。對(duì)從運(yùn)轉(zhuǎn)膜分離裝置開(kāi)始經(jīng)過(guò)I周后的逆滲透膜表面及堆積物進(jìn)行拍攝而得到的照片如圖7A所示。如圖7A所示，在位置A上能看到很多認(rèn)為是生物膜的堆積物，位置B及位置C上堆積物少。并且，使用省略堆積部件的輔助模塊進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，同樣地拍攝。拍攝到的照片如圖7B所示。在圖7B中，可發(fā)現(xiàn)整個(gè)膜面上均勻地堆積有生物膜。接著，使用可進(jìn)行FT-1R測(cè)量的FT-1R測(cè)量器(Varian公司制，F(xiàn)TS-7000S)，觀察從運(yùn)轉(zhuǎn)膜分離裝置開(kāi)始經(jīng)過(guò)2周后的逆浸透膜23上的堆積物。具體地說(shuō)，對(duì)通過(guò)逆浸透膜23上的堆積物的FT-1R測(cè)量得到的KMOcnT1附近光譜進(jìn)行可視化圖像處理。在圖8中表示放大了堆積部件周邊的分布的圖像(2.5mm見(jiàn)方)。FT-1R測(cè)量中的KMOcnT1附近光譜源于多糖類。即，在圖8中，細(xì)菌來(lái)源的污染附著量以顏色(濃淡)分布表示。據(jù)此可發(fā)現(xiàn)細(xì)菌來(lái)源的污染從堆積部件的壁材來(lái)看分布于與流體供給側(cè)相反的一側(cè)。另外，圖8中的箭頭表示實(shí)驗(yàn)廢水的流動(dòng)方向。并且，關(guān)于具有堆積部件23的輔助模塊2、省略堆積部件23的輔助模塊及逆滲透膜模塊1，各自測(cè)量了透過(guò)通量(Flux)保持率(時(shí)刻t時(shí)的透過(guò)通量/初期(t=0)時(shí)的透過(guò)通量X 100)。圖9是表示各Flux保持率的時(shí)間的變量的圖表(橫軸為經(jīng)過(guò)時(shí)間(h)、縱軸為Flux保持率(%))。根據(jù)圖9，省略堆積部件23的輔助模塊的Flux保持率S2的下落率(Flux保持率的減少量/經(jīng)過(guò)時(shí)間)為逆滲透膜模塊I的Flux保持率M的下落率的1.8倍以上，很大。另一方面，具有堆積部件23的輔助模塊2的Flux保持率SI的下落率為逆滲透膜模塊I的FlUX保持率M的下落率的1.1倍以內(nèi)。從該結(jié)果可推測(cè)出本發(fā)明的輔助模塊的、運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的膜面再現(xiàn)性高。另外，根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)果，即使代替圖2及圖3所示錯(cuò)流方式的輔助模塊2，而使用圖4所示的具有斷續(xù)設(shè)置的堆積部件22的全量過(guò)濾方式的輔助模塊2的情況下，也可以預(yù)料到堆積部件22附近的生物膜等堆積物的堆積得到促進(jìn)。并且，如圖1所示的那樣，本實(shí)施例的膜分離裝置以如下的方式構(gòu)成:具有染色劑罐4，從染色劑罐4延伸的流路連接于向輔助模塊的給水F的供給流路，通過(guò)開(kāi)關(guān)該流路的開(kāi)關(guān)閥5，能夠任意供給給水F和染色劑。根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)果，即使使用染色劑的情況下，也能夠與本實(shí)施例同樣地評(píng)價(jià)堆積物(污染)。并且，使用染色劑的情況下，能夠評(píng)價(jià)與染色劑相應(yīng)的染色對(duì)象，因此能夠適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)該染色對(duì)象。符號(hào)說(shuō)明I 逆滲透膜模塊2 輔助模塊3 攝像系統(tǒng)4 染色劑罐5 開(kāi)關(guān)閥6 加壓泵21輔助模塊外壁22堆積部件23逆滲透膜24透過(guò)側(cè)流路部件25透明窗31圖像處理裝置32受光元件33針孔板34成像透鏡35半反射鏡36 物鏡37 光源
權(quán)利要求
1.一種膜分離裝置，包括:分離膜模塊，從供給流體至少生成透過(guò)流體；和至少一個(gè)輔助模塊，具有由與上述分離膜模塊的分離膜的材料相同的材料構(gòu)成的分離膜，其中， 上述輔助模塊的上述分離膜中的被提供供給流體側(cè)的表面設(shè)置有堆積部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離裝置，其中，設(shè)置有測(cè)量來(lái)自上述輔助模塊的反射光強(qiáng)度的構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是與上述表面接觸并沿上述輔助模塊中的上述分離膜的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是與上述表面接觸并沿上述輔助模塊中的上述分離膜的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是覆蓋上述表面的整個(gè)面的格子狀網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是覆蓋上述表面的整個(gè)面的格子狀網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是覆蓋上述表面的整個(gè)面的格子狀網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜分離裝置，其中，上述堆積部件是覆蓋上述表面的整個(gè)面的格子狀網(wǎng)。
9.一種膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，是權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中， 利用電子構(gòu)件對(duì)從設(shè)置于上述輔助模塊的攝像系統(tǒng)或數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析或收發(fā)。
10.一種使用了膜分離裝置的評(píng)價(jià)方法，使用了權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的膜分離裝置，其中， 將上述輔助模塊的上述表面的上述堆積部件附近的污染，與上述表面的上述堆積部件附近以外的部位的污染進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。
全文摘要
通過(guò)輔助模塊以良好的精度掌握分離膜模塊的膜面污染。本發(fā)明的膜分離裝置包括分離膜模塊(1)，從供給流體至少生成透過(guò)流體；和至少一個(gè)輔助模塊(2)，具有由與分離膜模塊(1)的分離膜的材料相同的材料構(gòu)成的分離膜(23)。在輔助模塊(2)的分離膜(23)中的被提供供給流體側(cè)的表面設(shè)置有堆積部件(22)。
文檔編號(hào)B01D65/00GK103180034SQ20118005093
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者小林顯太郎, 小西貴久, 小泓誠(chéng), 丸山幸治, 難波真季子 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社