膜の監視方法
【課題】膜面への有機物とスケールとが付着するのを予め監視し、安定した生産水を生産することが可能な膜の監視方法を提供する。
【解決手段】本発明の膜の監視方法は、海水１１を逆浸透膜１２に通水させて透過水１３と濃縮水２０とに分離する膜の監視方法であり、海水１１をろ過処理する前後にＯＲＰ計２３−１、２３−２を設け、海水１１と濃縮水２０とにＯＲＰ電極２４−１、２４−２を浸漬し、海水１１と濃縮水２０との両方のＯＲＰを測定し、ＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値が連続して上昇した場合、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を海水１１と濃縮水２０とから取り出して洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極２４−１、２４−２を用いて海水１１と濃縮水２０とのＯＲＰを再度測定し、得られるＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値を洗浄前のＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値と比較して、逆浸透膜１２の表面への有機物、スケールの析出の有無を検知する。
【解決手段】本発明の膜の監視方法は、海水１１を逆浸透膜１２に通水させて透過水１３と濃縮水２０とに分離する膜の監視方法であり、海水１１をろ過処理する前後にＯＲＰ計２３−１、２３−２を設け、海水１１と濃縮水２０とにＯＲＰ電極２４−１、２４−２を浸漬し、海水１１と濃縮水２０との両方のＯＲＰを測定し、ＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値が連続して上昇した場合、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を海水１１と濃縮水２０とから取り出して洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極２４−１、２４−２を用いて海水１１と濃縮水２０とのＯＲＰを再度測定し、得られるＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値を洗浄前のＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定値と比較して、逆浸透膜１２の表面への有機物、スケールの析出の有無を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜の監視方法に関するものであり、特に、海水淡水化装置に用いられる逆浸透膜の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原水である海水から淡水を得る装置として、海水に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれるろ過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して除去することにより海水を淡水化させて上水として使用する淡水（透過水）を生産する淡水化装置が用いられている。
【０００３】
この淡水化装置では、例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）などの無機成分が濃縮してスケールが逆浸透膜に付着すると、逆浸透膜が目詰まりして生産水量が低下し、透水性能を低下させる。また、海水中に含まれる微量の重金属化合物が逆浸透膜に付着すると、逆浸透膜の膜面に付着した重金属化合物が触媒となり、酸化性物質を発生させて逆浸透膜を劣化させ、透過水の水質を低下させる。例えば、微量の重金属化合物が存在し、ｐＨが高い（例えば、ｐＨ９〜１１程度）状況下で、重亜硫酸ソーダ（Sodium Bisulfate Soda：ＳＢＳ)と溶存酸素とが反応することで、ペルオキソ二硫酸など酸化物が発生し、この酸化物が逆浸透膜を酸化劣化し、透過水の水質を低下させる。
【０００４】
このように、逆浸透膜の膜面に析出物や有機物などの付着物などが発生することに起因して逆浸透膜の膜性能の低下を引き起こすことが知られており、逆浸透膜の膜性能が低下した後、逆浸透膜を定期的に洗浄して膜面の付着物を除去するか、逆浸透膜を交換し、逆浸透膜の安定した透水性能を維持する必要があった。
【０００５】
逆浸透膜を洗浄する方法の一例として、例えば、アルカリ性領域に調整された原水を逆浸透膜に通水させることにより、逆浸透膜に付着した有機物を分解・除去し、安定して透過水を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８９２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に示すような従来の逆浸透膜の洗浄方法では、逆浸透膜の膜面に付着物が発生することにより起因して逆浸透膜の膜性能が低下することを未然に把握することはできなかった。そのため、逆浸透膜の透水性能が低下するか、透過水の水質が低下したことを確認した後でなければ、逆浸透膜を洗浄して膜面の付着物を除去するか、逆浸透膜を交換することができなかったため、常時安定して透過水を生産することが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ろ過膜の膜面に付着物が発生するのを予め監視し、安定した生産水を生産することが可能な膜の監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水をろ過膜に通水させて透過水と濃縮水とに分離する膜の監視方法であり、前記原水をろ過処理する前後の何れか一方又は両方に、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設け、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方にＯＲＰ電極を浸漬し、前記原水のろ過処理運転中に、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを測定し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した場合には、前記ＯＲＰ電極を前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方から取り出して洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを再度測定し、得られる前記ＯＲＰ計の測定値を洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値と比較して、前記ろ過膜の表面への有機物、スケールの何れか一方又は両方の析出の有無を検知することを特徴とする膜の監視方法である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＯＲＰ電極を前記原水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、ＯＲＰ電極を洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面に有機物が析出したことを検知する膜の監視方法である。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記ＯＲＰ電極を前記濃縮水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、洗浄したＯＲＰ計を用いて前記濃縮水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面にスケールが析出したことを検知する膜の監視方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膜の監視方法によれば、ろ過膜の膜面に付着物が発生するのを予め監視し、安定した生産水を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、ＯＲＰ計の時間とＯＲＰ値の変化との関係を示す図である。
【図３】図３は、ＯＲＰ電極の洗浄前後におけるＯＲＰ値の変化を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の他の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の構成を簡略に示す図である。図１に例示される淡水化装置１０は、海水（原水）１１に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）１２を通し、海水１１の塩分を濃縮して除去することにより透過水（淡水）１３を得る装置である。淡水化装置１０は、前処理装置１４と、昇圧ポンプ１５と、逆浸透膜装置１６とを有している。
【００１６】
前処理装置１４は、海水１１中の濁質分をろ過する前処理膜１７を有する。海水１１は海水ライン１８を介して前処理装置１４に送給され、前処理装置１４で海水１１中の濁質分がろ過される。その後、前処理装置１４で処理された海水１１は昇圧ポンプ１５により加圧されて海水ライン１９を介して逆浸透膜装置１６に送給される。
【００１７】
逆浸透膜装置１６は、昇圧ポンプ１５で加圧された海水１１から塩分を除去して透過水１３を得る逆浸透膜１２を有する。逆浸透膜装置１６は、例えば逆浸透膜１２を備えた逆浸透膜エレメントを耐圧容器に装填した逆浸透膜モジュールで構成される。逆浸透膜１２は、膜を介する溶液間の浸透圧差以上の圧力を高濃度側にかけて、溶質を阻止し、溶媒を透過する液体分離膜である。逆浸透膜装置１６に供給した海水１１は昇圧ポンプ１５を用いて逆浸透膜１２の海水１１側に浸透圧以上の圧力をかけ、海水１１を逆浸透膜１２に通水させることにより、海水１１を透過水１３と濃縮水２０とに分離して透過水１３を得る。
【００１８】
透過水１３は、透過水ライン２１を介して外部の水使用設備などに供給される。逆浸透膜装置１６で濃縮された濃縮水２０は、濃縮水ライン２２を介して系外に排出される。
【００１９】
逆浸透膜１２の膜構造としては、複合膜、相分離膜などの高分子膜などを挙げることができる。逆浸透膜１２の素材としては、例えば、芳香族系ポリアミド、脂肪族系ポリアミド、これらの複合材などのポリアミド系素材、酢酸セルロースなどのセルロース系材料などを挙げることができる。これらの中でも、芳香族系ポリアミドを用いた逆浸透膜１２を好適に適用することができる。
【００２０】
逆浸透膜１２としては、上述のように、ＲＯ膜を挙げることができるが、特にこれに限定されるものではなく、限外ろ過膜（Ultrafiltration Membrane：ＵＦ膜）、精密ろ過膜（Microfiltlation Membrane：ＭＦ膜）などを用いてもよい。
【００２１】
逆浸透膜１２を備える逆浸透膜装置１６の逆浸透膜モジュールの形状については、特に制限はなく、例えば直径３ｍｍから７ｍｍ程度の太さで中が空胴の糸状に成型した中空糸膜を逆浸透膜１２として、外側から内側へろ過する中空糸膜モジュール、１枚の逆浸透膜１２を、丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧するスパイラル膜モジュール、管状膜モジュール、平面膜モジュールなどを適用することができる。
【００２２】
海水ライン１８には、海水１１の酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation-reduction Potential）を測定するＯＲＰ計２３−１が設けられている。濃縮水ライン２２には、濃縮水２０のＯＲＰを測定するＯＲＰ計２３−２が設けられている。ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を、各々海水１１、濃縮水２０に浸漬し、ＯＲＰ値を測定し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２で測定された値がＯＲＰ計２３−１、２３−２に伝達される。ＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定された情報は制御装置２５に伝達される。制御装置２５は、ＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定結果から海水１１、濃縮水２０のＯＲＰを算出することができる。
【００２３】
ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、海水１１、濃縮水２０のＯＲＰの測定用に用いられるが、本実施形態では、さらに逆浸透膜１２の膜性能の劣化を検知するための電極としても用いられる。上述の通り、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２で測定された値はＯＲＰ計２３−１、２３−２に伝達され、ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２における海水１１、濃縮水２０のＯＲＰ値を測定している。海水１１中に含まれる重金属化合物は海水１１中に含まれるバクテリアなどの有機物と流入する場合が多く、水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）などの重金属化合物は有機物と共に逆浸透膜１２の膜面に付着する。また、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）などの無機成分は、逆浸透膜装置１６内で濃縮されるため、濃縮水２０が逆浸透膜装置１６から排出される際、海水１１中に含まれる無機成分が濃縮されて析出する析出物などが逆浸透膜１２の膜面に付着し易い。よって、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、又は濃縮水２０中に含まれる無機成分が濃縮されて析出する析出物（スケール）などが逆浸透膜１２の膜面に付着する場合、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物は、逆浸透膜１２の前流側にあるＯＲＰ電極２４−１にも同様に析出する割合が高い傾向にあり、濃縮水２０中に含まれる析出物は、逆浸透膜１２の後流側にあるＯＲＰ電極２４−２にも同様に析出する割合が高い傾向にある。
【００２４】
なお、本実施形態におけるスケールとは、海水１１に含まれるマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）などの無機成分などが逆浸透膜装置１６内で濃縮され、濃度が高くなり、ある回収率以上でＭｇ（ＯＨ）2、ＣａＣＯ3などの塩の濃度が溶解度以上になったときに逆浸透膜１２の膜面に析出する無機塩類をいう。
【００２５】
そこで、ＯＲＰ計２３−１を逆浸透膜装置１６の前流側に設け、ＯＲＰ計２３−１のＯＲＰ電極２４−１の表面に、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し始めているか付着していることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面上にも同様に、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し始めているか付着していることを検知でき、予め逆浸透膜１２の膜性能が劣化していることを検知することができる。
【００２６】
また、ＯＲＰ計２３−２を逆浸透膜装置１６の後流側の濃縮水ライン２２に設け、ＯＲＰ計２３−２のＯＲＰ電極２４−２の表面に、濃縮水２０中に無機成分に起因して生じるスケールが析出し始めているか析出していることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面上にも同様に、海水１１中に含まれる無機成分が析出し始めているか析出していることを検知することができ、予め逆浸透膜１２の膜性能が劣化していることが検知できる。
【００２７】
図２は、ＯＲＰ計２３−１の時間とＯＲＰ値の変化との関係を示す図である。図２に示すように、ろ過開始当初から所定時間Ｔ１までの間は、ＯＲＰ値がＸ１ｍＶ前後で安定していたが、ろ過を開始してから所定時間Ｔ１を経過すると、ＯＲＰ値は急激に上昇し、ろ過を開始してから所定時間Ｔ２を経過すると、ＯＲＰ値がＸ２ｍＶ前後になった。これは、所定時間Ｔ１を経過すると、ＯＲＰ電極２４−１の表面に海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し、ＯＲＰ電極２４−１の検出感度が低下したためである。
【００２８】
図３は、ＯＲＰ計２３−１のＯＲＰ電極２４−１の洗浄前後におけるＯＲＰ値の変化を示す図である。図３に示すように、ＯＲＰ電極２４−１の浸漬前（浸漬時間：０分）はＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値がＸ１ｍＶ前後であり、ＯＲＰ電極２４−１を所定時間Ｔ２浸漬した後ではＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値はＸ２ｍＶ前後であった。ＯＲＰ電極２４−１を洗浄した後、ＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値はＸ１ｍＶ前後にまで低下した。これにより、ＯＲＰ電極２４−１の表面に付着した重金属化合物、有機物などが除去され、ＯＲＰ電極２４−１の検出感度が回復したためであるといえる。
【００２９】
よって、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値の上昇は、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、無機成分に起因して生じるスケールがＯＲＰ電極２４−１、２４−２に付着したことによるものといえる。このため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値が上昇し始めていることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面にも同様に、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、無機成分に起因して生じるスケールが析出し始めているか析出していることを予め検知することが可能となる。
【００３０】
そこで、海水１１の淡水化処理を行っている際に、ＯＲＰ計２３−１、２３−２でＯＲＰ値の継続的な上昇が確認された場合には、ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ電極２４−１、２４−２を海水１１、濃縮水２０から抜き出して洗浄する。洗浄したＯＲＰ電極２４−１、２４−２を、再度、海水１１、濃縮水２０に浸漬してＯＲＰ計２３−１、２３−２でＯＲＰ値を測定する。ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ値が低下した場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄が十分行われ、逆浸透膜１２の膜性能がまだ劣化していないことを検知することができる。すなわち、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄することで、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着していた重金属化合物、有機物、スケールなどが除去されているため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の検出感度は通常状態に回復している。このため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄後、ＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定されるＯＲＰ値が通常状態に戻り、ＯＲＰ値が下がる場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄前に観察されたＯＲＰ値の上昇がＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した重金属化合物、有機物、スケールなどによるものであり、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着したことによるものでないと判断できるので、逆浸透膜１２の膜性能はまだ劣化していないと判断できる。
【００３１】
また、ＯＲＰ値が洗浄前と近い値でほとんど低下しない場合には、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着して逆浸透膜１２が劣化し、逆浸透膜１２の膜性能が低下していることを検知することができる。すなわち、上述の通り、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄することで、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着していた重金属化合物、有機物、スケールなどが除去されているため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の検出感度は通常状態に回復する。しかし、洗浄後のＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定されるＯＲＰ値が通常状態に回復せず、ＯＲＰ値が下がらない場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄前に観察されたＯＲＰ値の上昇がＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した重金属化合物、有機物、スケールなどによるものの他に、逆浸透膜１２の膜面に付着している重金属化合物、有機物、スケールなどによるものであると判断できる。よって、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着して逆浸透膜１２の膜性能は劣化していると判断できる。
【００３２】
ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄は、例えば、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、Ｈ2Ｏ2と塩酸（ＨＣｌ）との混合溶液などにＯＲＰ電極２４−１、２４−２を浸漬し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した付着物を除去する方法などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３３】
このように、逆浸透膜１２の膜面に海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物、析出物などが逆浸透膜１２の膜面に析出する場合、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２にも同様に析出する割合が高い傾向にあることから、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を逆浸透膜１２の膜性能の劣化を予め検知するための電極として用いることができるといえる。よって、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値の上昇を検知した後、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄して、再度、海水１１および濃縮水２０の測定用の電極として用い、得られるＯＲＰ値を洗浄前のＯＲＰ値と比較して、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物、スケールなどが逆浸透膜１２の膜面に析出し始めているか又は析出しているかを予め検知でき、逆浸透膜１２の膜性能の劣化の有無を検知することができる。
【００３４】
海水ライン１８には、海水１１の流量を測定する流量計３０−１と、海水１１の温度を測定する温度計３１と、海水１１の電気伝導度を測定する電気伝導率計(ＥＣ（Electric Conductivity）メーター)３２と、海水１１の圧力を測定する圧力計３３−１と、逆浸透膜装置１６の入口付近の海水１１のｐＨを計測するためのｐＨ計３４とが設けられている。透過水ライン２１には、逆浸透膜１２の出口付近の透過水１３の流量を計測する流量計３０−２と、透過水１３の圧力を測定する圧力計３３−２とが設けられている。濃縮水ライン２２には、濃縮水２０の圧力を測定する圧力計３３−３が設けられている。流量計３０−１、３０−２、温度計３１、ＥＣメーター３２、圧力計３３−１〜３３−３、ｐＨ計３４により測定された情報は制御装置２５に伝達される。制御装置２５は、流量計３０−１、３０−２の測定結果から、逆浸透膜１２の透過水量を算出し、温度計３１の測定結果から、海水１１の温度を算出し、ＥＣメーター３２の測定結果から海水１１の電気伝導度を算出し、圧力計３３−１〜３３−３の測定結果から海水１１、透過水１３、濃縮水２０の圧力を算出し、ｐＨ計３４の測定結果から海水１１のｐＨを算出することができる。
【００３５】
濃縮水ライン２２には、エネルギー回収装置３５を設けている。濃縮水２０は、濃縮水ライン２２に圧力が高いまま送給される（昇圧ポンプ１５による海水１１の供給圧力が例えば６ＭＰａ程度の場合には、少し低下した５．５ＭＰａ程度）。濃縮水２０の高圧を利用することで、エネルギー回収装置３５は濃縮水２０からエネルギーを回収することができる。エネルギー回収装置３５で濃縮水２０から回収されたエネルギーは、例えば昇圧ポンプ１５を高圧で駆動させるためのエネルギーの確保や、透過水１３を高圧に変換するための圧力変換用として利用することができ、淡水化装置１０などを含む海水淡水化設備のエネルギー効率を向上させることに寄与する。
【００３６】
エネルギー回収装置３５としては、例えばＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ型エネルギー回収装置、Ｔｕｒｂｏｃｈａｇｅｒ型エネルギー回収装置、ＰＸ（Pressure Exchanger）型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ（Dual Work Exchanger Energy Recovery）型エネルギー回収装置など公知のものを挙げることができる。
【００３７】
逆浸透膜１２の洗浄を行う際には、淡水化装置１０の運転を一時的に停止させ、淡水化装置１０から逆浸透膜装置１６を取り外して逆浸透膜１２を取り出して洗浄を行う。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る淡水化装置１０によれば、ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ値を監視し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄後におけるＯＲＰ値の回復具合に応じて逆浸透膜１２の膜性能が劣化し始めているか否かを予め検知することができるので、逆浸透膜１２の膜性能が低下する前に逆浸透膜１２を洗浄することができる。
【００３９】
よって、淡水化装置１０の運転中に逆浸透膜１２の膜性能を監視しつつ、海水１１の淡水化処理を行いながら逆浸透膜１２の透水性能を常に所望の状態に保持することができる。したがって、淡水化装置１０は、長期間にわたって逆浸透膜装置１６を安定して運転させ、透過水１３を製造することができる。
【００４０】
本実施形態に係る淡水化装置１０においては、海水１１をろ過処理する前後にＯＲＰ計２３−１、２３−２を設けているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、海水１１をろ過処理する前の海水ライン１９にのみＯＲＰ計２３−１を設けてもよいし、海水１１をろ過処理した後の濃縮水ライン２２にのみＯＲＰ計２３−２を設けるようにしてもよい。
【００４１】
逆浸透膜１２の洗浄方法は、淡水化装置１０の運転を一時的に停止させ、淡水化装置１０から逆浸透膜装置１６を取り外して逆浸透膜１２を取り出して洗浄する方法に限定されるものではない。図４は、淡水化装置の他の構成を簡略に示す図である。図４に示すように、本実施形態に係る淡水化装置４０は、逆浸透膜装置１６の前流側に海水１１中に酸性薬剤４１を供給する酸性薬剤供給部４２と、アルカリ性薬剤４３を供給するアルカリ性薬剤供給部４４とを有する。このとき、酸性薬剤４１、アルカリ性薬剤４３は、制御装置２５により供給速度を調整し、一定の供給速度で海水１１に供給するようにする。淡水化装置４０の運転中に、所定時間の間、海水１１にアルカリ性薬剤４３を供給して、逆浸透膜装置１６の入口付近における海水１１のｐＨをアルカリ性領域の所定の範囲に調整し、逆浸透膜１２に付着したバクテリアなどの有機物を分解・除去する。また、所定時間の間、海水１１に酸性薬剤４１を供給して、逆浸透膜装置１６の入口付近における海水１１のｐＨを酸性領域の所定の範囲に調整し、逆浸透膜１２に付着した無機成分に起因して発生する析出物を分解・除去する。
【００４２】
酸性薬剤４１やアルカリ性薬剤４３が添加される前、通常の淡水化処理運転を行う際の海水１１のｐＨは、約７．２である。アルカリ性薬剤供給部４４からアルカリ性薬剤４３を海水１１に添加する場合、制御装置２５は、海水１１のｐＨは８．５以上１２．０以下が好ましく、より好ましくは、９．０以上１２．０以下となるように、アルカリ性薬剤４３を海水１１に添加する。海水１１のｐＨを１２．０以下とすることで、逆浸透膜１２の劣化を抑制することができる。海水１１のｐＨを８．５以上とすることで、バクテリアなどの有機物も効果的に分解・除去することができる。一般的に、アルカリ性の溶液はバクテリアなどの有機物を分解する性能を有している。このため、上記範囲のｐＨに調整された海水１１を逆浸透膜１２に通すことで、逆浸透膜１２に付着したバクテリアなどの有機物が分解され、バクテリアなどの有機物の繁殖が抑制される。その結果、有機物の付着に起因して逆浸透膜１２が目詰まりするのを防止することが可能となる。よって、逆浸透膜１２を所望の透水性能に維持することができる。また、アルカリ性薬剤４３としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウムなどを挙げることができるが、特に、最も安価であるという理由から、水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。
【００４３】
酸性薬剤供給部４２から酸性薬剤４１を海水１１に添加する場合、制御装置２５は、逆浸透膜装置１６に供給する海水１１のｐＨが２．０以上７．２以下、好ましくは、２．０以上５．０以下となるように、酸性薬剤供給部４２から海水１１に供給される酸性薬剤４１の供給量を制御する。海水１１中に生成したスケールは、ｐＨ７．２前後の中性溶液中でもある程度は溶解するため、逆浸透膜１２に付着したスケールの量が比較的少ない場合には、海水１１が中和される程度（例えば、ｐＨ７．２程度）に酸性薬剤４１を添加することにより、逆浸透膜１２に付着したスケールを十分に溶解・除去することができ、十分な洗浄効果が得られ、逆浸透膜１２の透過水量を所望の値まで回復させることができる。また、逆浸透膜１２に付着したスケールの量が比較的多い場合には、逆浸透膜１２の殺菌効果も得る観点から、海水１１のｐＨを５．０以下にすることで、確実にスケールを溶解・除去することができると同時に、有機物と無機物の複合汚れも効果的に除去することが可能となる。また、海水１１のｐＨを２．０以上にすることで、逆浸透膜１２の劣化を抑制することができる。その結果、スケールに起因して逆浸透膜１２が目詰まりするのを防止することが可能となる。よって、逆浸透膜１２を所望の透水性能に維持することができる。酸性薬剤４１としては、硝酸、硫酸、塩酸などを挙げることができるが、最も安価であるという理由から、特に硫酸を用いるのが好ましい。
【００４４】
本実施形態に係る淡水化装置４０は、逆浸透膜１２に付着した有機物やスケールを海水１１の淡水化処理中に効率的に除去することができるため、逆浸透膜１２の透過流量の低下を招くことなく、逆浸透膜１２の透水性能を常に所望の状態に保持することが可能となる。また、海水１１の淡水化処理を行いながら逆浸透膜１２の洗浄を行うため、逆浸透膜１２の洗浄のために淡水化装置４０の運転を一時的に停止したり、淡水化装置４０から逆浸透膜装置１６を取り外して洗浄を行う必要がない。このため、淡水化装置４０の生産効率を低下させることなく、長期間にわたって有機物やスケールなどの析出の危険性のない状態で安定して逆浸透膜装置１６を運転し、海水１１の淡水化処理を行い、透過水１３を製造することができる。
【００４５】
本実施形態に係る淡水化装置４０においては、酸性薬剤供給部４２とアルカリ性薬剤供給部４４との両方を設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、酸性薬剤供給部４２とアルカリ性薬剤供給部４４との何れか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００４６】
本実施形態に係る淡水化装置１０、４０は、海水を脱塩して淡水を得る淡水化装置に用いられる逆浸透膜に付着する有機物や析出するスケールなどを監視する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ろ過する原水は海水以外にかん水などを脱塩して淡水化する淡水化装置であってもよい。また、淡水化装置以外に、例えば超純水の製造など、廃液処理、汚水処理、その他の水処理などの装置に用いられる逆浸透膜に析出する析出物を監視する場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明の膜の監視方法は、海水の淡水化装置で用いる逆浸透膜の膜性能の低下を検知するのに有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、４０ 淡水化装置
１１ 海水（原水）
１２ 逆浸透膜（ろ過膜）
１３ 透過水
１４ 前処理装置
１５ 昇圧ポンプ
１６ 逆浸透膜装置
１７ 前処理膜
１８、１９ 海水ライン
２０ 濃縮水
２１ 透過水ライン
２２ 濃縮水ライン
２３−１、２３−２ ＯＲＰ計
２４−１、２４−２ ＯＲＰ電極
２５ 制御装置
３０−１、３０−２ 流量計
３１ 温度計
３２ 電気伝導率計（ＥＣメーター）
３３−１〜３３−３ 圧力計
３４ ｐＨ計
３５ エネルギー回収装置
４１ 酸性薬剤
４２ 酸性薬剤供給部
４３ アルカリ性薬剤
４４ アルカリ性薬剤供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜の監視方法に関するものであり、特に、海水淡水化装置に用いられる逆浸透膜の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原水である海水から淡水を得る装置として、海水に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれるろ過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して除去することにより海水を淡水化させて上水として使用する淡水（透過水）を生産する淡水化装置が用いられている。
【０００３】
この淡水化装置では、例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）などの無機成分が濃縮してスケールが逆浸透膜に付着すると、逆浸透膜が目詰まりして生産水量が低下し、透水性能を低下させる。また、海水中に含まれる微量の重金属化合物が逆浸透膜に付着すると、逆浸透膜の膜面に付着した重金属化合物が触媒となり、酸化性物質を発生させて逆浸透膜を劣化させ、透過水の水質を低下させる。例えば、微量の重金属化合物が存在し、ｐＨが高い（例えば、ｐＨ９〜１１程度）状況下で、重亜硫酸ソーダ（Sodium Bisulfate Soda：ＳＢＳ)と溶存酸素とが反応することで、ペルオキソ二硫酸など酸化物が発生し、この酸化物が逆浸透膜を酸化劣化し、透過水の水質を低下させる。
【０００４】
このように、逆浸透膜の膜面に析出物や有機物などの付着物などが発生することに起因して逆浸透膜の膜性能の低下を引き起こすことが知られており、逆浸透膜の膜性能が低下した後、逆浸透膜を定期的に洗浄して膜面の付着物を除去するか、逆浸透膜を交換し、逆浸透膜の安定した透水性能を維持する必要があった。
【０００５】
逆浸透膜を洗浄する方法の一例として、例えば、アルカリ性領域に調整された原水を逆浸透膜に通水させることにより、逆浸透膜に付着した有機物を分解・除去し、安定して透過水を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８９２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に示すような従来の逆浸透膜の洗浄方法では、逆浸透膜の膜面に付着物が発生することにより起因して逆浸透膜の膜性能が低下することを未然に把握することはできなかった。そのため、逆浸透膜の透水性能が低下するか、透過水の水質が低下したことを確認した後でなければ、逆浸透膜を洗浄して膜面の付着物を除去するか、逆浸透膜を交換することができなかったため、常時安定して透過水を生産することが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ろ過膜の膜面に付着物が発生するのを予め監視し、安定した生産水を生産することが可能な膜の監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水をろ過膜に通水させて透過水と濃縮水とに分離する膜の監視方法であり、前記原水をろ過処理する前後の何れか一方又は両方に、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設け、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方にＯＲＰ電極を浸漬し、前記原水のろ過処理運転中に、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを測定し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した場合には、前記ＯＲＰ電極を前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方から取り出して洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを再度測定し、得られる前記ＯＲＰ計の測定値を洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値と比較して、前記ろ過膜の表面への有機物、スケールの何れか一方又は両方の析出の有無を検知することを特徴とする膜の監視方法である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＯＲＰ電極を前記原水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、ＯＲＰ電極を洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面に有機物が析出したことを検知する膜の監視方法である。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記ＯＲＰ電極を前記濃縮水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、洗浄したＯＲＰ計を用いて前記濃縮水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面にスケールが析出したことを検知する膜の監視方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膜の監視方法によれば、ろ過膜の膜面に付着物が発生するのを予め監視し、安定した生産水を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、ＯＲＰ計の時間とＯＲＰ値の変化との関係を示す図である。
【図３】図３は、ＯＲＰ電極の洗浄前後におけるＯＲＰ値の変化を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の他の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る膜の監視方法が適用される淡水化装置の構成を簡略に示す図である。図１に例示される淡水化装置１０は、海水（原水）１１に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）１２を通し、海水１１の塩分を濃縮して除去することにより透過水（淡水）１３を得る装置である。淡水化装置１０は、前処理装置１４と、昇圧ポンプ１５と、逆浸透膜装置１６とを有している。
【００１６】
前処理装置１４は、海水１１中の濁質分をろ過する前処理膜１７を有する。海水１１は海水ライン１８を介して前処理装置１４に送給され、前処理装置１４で海水１１中の濁質分がろ過される。その後、前処理装置１４で処理された海水１１は昇圧ポンプ１５により加圧されて海水ライン１９を介して逆浸透膜装置１６に送給される。
【００１７】
逆浸透膜装置１６は、昇圧ポンプ１５で加圧された海水１１から塩分を除去して透過水１３を得る逆浸透膜１２を有する。逆浸透膜装置１６は、例えば逆浸透膜１２を備えた逆浸透膜エレメントを耐圧容器に装填した逆浸透膜モジュールで構成される。逆浸透膜１２は、膜を介する溶液間の浸透圧差以上の圧力を高濃度側にかけて、溶質を阻止し、溶媒を透過する液体分離膜である。逆浸透膜装置１６に供給した海水１１は昇圧ポンプ１５を用いて逆浸透膜１２の海水１１側に浸透圧以上の圧力をかけ、海水１１を逆浸透膜１２に通水させることにより、海水１１を透過水１３と濃縮水２０とに分離して透過水１３を得る。
【００１８】
透過水１３は、透過水ライン２１を介して外部の水使用設備などに供給される。逆浸透膜装置１６で濃縮された濃縮水２０は、濃縮水ライン２２を介して系外に排出される。
【００１９】
逆浸透膜１２の膜構造としては、複合膜、相分離膜などの高分子膜などを挙げることができる。逆浸透膜１２の素材としては、例えば、芳香族系ポリアミド、脂肪族系ポリアミド、これらの複合材などのポリアミド系素材、酢酸セルロースなどのセルロース系材料などを挙げることができる。これらの中でも、芳香族系ポリアミドを用いた逆浸透膜１２を好適に適用することができる。
【００２０】
逆浸透膜１２としては、上述のように、ＲＯ膜を挙げることができるが、特にこれに限定されるものではなく、限外ろ過膜（Ultrafiltration Membrane：ＵＦ膜）、精密ろ過膜（Microfiltlation Membrane：ＭＦ膜）などを用いてもよい。
【００２１】
逆浸透膜１２を備える逆浸透膜装置１６の逆浸透膜モジュールの形状については、特に制限はなく、例えば直径３ｍｍから７ｍｍ程度の太さで中が空胴の糸状に成型した中空糸膜を逆浸透膜１２として、外側から内側へろ過する中空糸膜モジュール、１枚の逆浸透膜１２を、丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧するスパイラル膜モジュール、管状膜モジュール、平面膜モジュールなどを適用することができる。
【００２２】
海水ライン１８には、海水１１の酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation-reduction Potential）を測定するＯＲＰ計２３−１が設けられている。濃縮水ライン２２には、濃縮水２０のＯＲＰを測定するＯＲＰ計２３−２が設けられている。ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を、各々海水１１、濃縮水２０に浸漬し、ＯＲＰ値を測定し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２で測定された値がＯＲＰ計２３−１、２３−２に伝達される。ＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定された情報は制御装置２５に伝達される。制御装置２５は、ＯＲＰ計２３−１、２３−２の測定結果から海水１１、濃縮水２０のＯＲＰを算出することができる。
【００２３】
ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、海水１１、濃縮水２０のＯＲＰの測定用に用いられるが、本実施形態では、さらに逆浸透膜１２の膜性能の劣化を検知するための電極としても用いられる。上述の通り、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２で測定された値はＯＲＰ計２３−１、２３−２に伝達され、ＯＲＰ計２３−１、２３−２は、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２における海水１１、濃縮水２０のＯＲＰ値を測定している。海水１１中に含まれる重金属化合物は海水１１中に含まれるバクテリアなどの有機物と流入する場合が多く、水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）などの重金属化合物は有機物と共に逆浸透膜１２の膜面に付着する。また、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）などの無機成分は、逆浸透膜装置１６内で濃縮されるため、濃縮水２０が逆浸透膜装置１６から排出される際、海水１１中に含まれる無機成分が濃縮されて析出する析出物などが逆浸透膜１２の膜面に付着し易い。よって、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、又は濃縮水２０中に含まれる無機成分が濃縮されて析出する析出物（スケール）などが逆浸透膜１２の膜面に付着する場合、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物は、逆浸透膜１２の前流側にあるＯＲＰ電極２４−１にも同様に析出する割合が高い傾向にあり、濃縮水２０中に含まれる析出物は、逆浸透膜１２の後流側にあるＯＲＰ電極２４−２にも同様に析出する割合が高い傾向にある。
【００２４】
なお、本実施形態におけるスケールとは、海水１１に含まれるマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）などの無機成分などが逆浸透膜装置１６内で濃縮され、濃度が高くなり、ある回収率以上でＭｇ（ＯＨ）2、ＣａＣＯ3などの塩の濃度が溶解度以上になったときに逆浸透膜１２の膜面に析出する無機塩類をいう。
【００２５】
そこで、ＯＲＰ計２３−１を逆浸透膜装置１６の前流側に設け、ＯＲＰ計２３−１のＯＲＰ電極２４−１の表面に、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し始めているか付着していることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面上にも同様に、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し始めているか付着していることを検知でき、予め逆浸透膜１２の膜性能が劣化していることを検知することができる。
【００２６】
また、ＯＲＰ計２３−２を逆浸透膜装置１６の後流側の濃縮水ライン２２に設け、ＯＲＰ計２３−２のＯＲＰ電極２４−２の表面に、濃縮水２０中に無機成分に起因して生じるスケールが析出し始めているか析出していることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面上にも同様に、海水１１中に含まれる無機成分が析出し始めているか析出していることを検知することができ、予め逆浸透膜１２の膜性能が劣化していることが検知できる。
【００２７】
図２は、ＯＲＰ計２３−１の時間とＯＲＰ値の変化との関係を示す図である。図２に示すように、ろ過開始当初から所定時間Ｔ１までの間は、ＯＲＰ値がＸ１ｍＶ前後で安定していたが、ろ過を開始してから所定時間Ｔ１を経過すると、ＯＲＰ値は急激に上昇し、ろ過を開始してから所定時間Ｔ２を経過すると、ＯＲＰ値がＸ２ｍＶ前後になった。これは、所定時間Ｔ１を経過すると、ＯＲＰ電極２４−１の表面に海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物などが付着し、ＯＲＰ電極２４−１の検出感度が低下したためである。
【００２８】
図３は、ＯＲＰ計２３−１のＯＲＰ電極２４−１の洗浄前後におけるＯＲＰ値の変化を示す図である。図３に示すように、ＯＲＰ電極２４−１の浸漬前（浸漬時間：０分）はＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値がＸ１ｍＶ前後であり、ＯＲＰ電極２４−１を所定時間Ｔ２浸漬した後ではＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値はＸ２ｍＶ前後であった。ＯＲＰ電極２４−１を洗浄した後、ＯＲＰ電極２４−１のＯＲＰ値はＸ１ｍＶ前後にまで低下した。これにより、ＯＲＰ電極２４−１の表面に付着した重金属化合物、有機物などが除去され、ＯＲＰ電極２４−１の検出感度が回復したためであるといえる。
【００２９】
よって、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値の上昇は、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、無機成分に起因して生じるスケールがＯＲＰ電極２４−１、２４−２に付着したことによるものといえる。このため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値が上昇し始めていることを検知することで、逆浸透膜１２の膜面にも同様に、海水１１中に含まれる重金属化合物や有機物、無機成分に起因して生じるスケールが析出し始めているか析出していることを予め検知することが可能となる。
【００３０】
そこで、海水１１の淡水化処理を行っている際に、ＯＲＰ計２３−１、２３−２でＯＲＰ値の継続的な上昇が確認された場合には、ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ電極２４−１、２４−２を海水１１、濃縮水２０から抜き出して洗浄する。洗浄したＯＲＰ電極２４−１、２４−２を、再度、海水１１、濃縮水２０に浸漬してＯＲＰ計２３−１、２３−２でＯＲＰ値を測定する。ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ値が低下した場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄が十分行われ、逆浸透膜１２の膜性能がまだ劣化していないことを検知することができる。すなわち、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄することで、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着していた重金属化合物、有機物、スケールなどが除去されているため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の検出感度は通常状態に回復している。このため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄後、ＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定されるＯＲＰ値が通常状態に戻り、ＯＲＰ値が下がる場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄前に観察されたＯＲＰ値の上昇がＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した重金属化合物、有機物、スケールなどによるものであり、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着したことによるものでないと判断できるので、逆浸透膜１２の膜性能はまだ劣化していないと判断できる。
【００３１】
また、ＯＲＰ値が洗浄前と近い値でほとんど低下しない場合には、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着して逆浸透膜１２が劣化し、逆浸透膜１２の膜性能が低下していることを検知することができる。すなわち、上述の通り、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄することで、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着していた重金属化合物、有機物、スケールなどが除去されているため、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の検出感度は通常状態に回復する。しかし、洗浄後のＯＲＰ計２３−１、２３−２により測定されるＯＲＰ値が通常状態に回復せず、ＯＲＰ値が下がらない場合には、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄前に観察されたＯＲＰ値の上昇がＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した重金属化合物、有機物、スケールなどによるものの他に、逆浸透膜１２の膜面に付着している重金属化合物、有機物、スケールなどによるものであると判断できる。よって、逆浸透膜１２の膜面に重金属化合物、有機物、スケールなどが付着して逆浸透膜１２の膜性能は劣化していると判断できる。
【００３２】
ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄は、例えば、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、Ｈ2Ｏ2と塩酸（ＨＣｌ）との混合溶液などにＯＲＰ電極２４−１、２４−２を浸漬し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の表面に付着した付着物を除去する方法などが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００３３】
このように、逆浸透膜１２の膜面に海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物、析出物などが逆浸透膜１２の膜面に析出する場合、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２にも同様に析出する割合が高い傾向にあることから、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を逆浸透膜１２の膜性能の劣化を予め検知するための電極として用いることができるといえる。よって、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２のＯＲＰ値の上昇を検知した後、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２を洗浄して、再度、海水１１および濃縮水２０の測定用の電極として用い、得られるＯＲＰ値を洗浄前のＯＲＰ値と比較して、海水１１中に含まれる重金属化合物、有機物、スケールなどが逆浸透膜１２の膜面に析出し始めているか又は析出しているかを予め検知でき、逆浸透膜１２の膜性能の劣化の有無を検知することができる。
【００３４】
海水ライン１８には、海水１１の流量を測定する流量計３０−１と、海水１１の温度を測定する温度計３１と、海水１１の電気伝導度を測定する電気伝導率計(ＥＣ（Electric Conductivity）メーター)３２と、海水１１の圧力を測定する圧力計３３−１と、逆浸透膜装置１６の入口付近の海水１１のｐＨを計測するためのｐＨ計３４とが設けられている。透過水ライン２１には、逆浸透膜１２の出口付近の透過水１３の流量を計測する流量計３０−２と、透過水１３の圧力を測定する圧力計３３−２とが設けられている。濃縮水ライン２２には、濃縮水２０の圧力を測定する圧力計３３−３が設けられている。流量計３０−１、３０−２、温度計３１、ＥＣメーター３２、圧力計３３−１〜３３−３、ｐＨ計３４により測定された情報は制御装置２５に伝達される。制御装置２５は、流量計３０−１、３０−２の測定結果から、逆浸透膜１２の透過水量を算出し、温度計３１の測定結果から、海水１１の温度を算出し、ＥＣメーター３２の測定結果から海水１１の電気伝導度を算出し、圧力計３３−１〜３３−３の測定結果から海水１１、透過水１３、濃縮水２０の圧力を算出し、ｐＨ計３４の測定結果から海水１１のｐＨを算出することができる。
【００３５】
濃縮水ライン２２には、エネルギー回収装置３５を設けている。濃縮水２０は、濃縮水ライン２２に圧力が高いまま送給される（昇圧ポンプ１５による海水１１の供給圧力が例えば６ＭＰａ程度の場合には、少し低下した５．５ＭＰａ程度）。濃縮水２０の高圧を利用することで、エネルギー回収装置３５は濃縮水２０からエネルギーを回収することができる。エネルギー回収装置３５で濃縮水２０から回収されたエネルギーは、例えば昇圧ポンプ１５を高圧で駆動させるためのエネルギーの確保や、透過水１３を高圧に変換するための圧力変換用として利用することができ、淡水化装置１０などを含む海水淡水化設備のエネルギー効率を向上させることに寄与する。
【００３６】
エネルギー回収装置３５としては、例えばＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ型エネルギー回収装置、Ｔｕｒｂｏｃｈａｇｅｒ型エネルギー回収装置、ＰＸ（Pressure Exchanger）型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ（Dual Work Exchanger Energy Recovery）型エネルギー回収装置など公知のものを挙げることができる。
【００３７】
逆浸透膜１２の洗浄を行う際には、淡水化装置１０の運転を一時的に停止させ、淡水化装置１０から逆浸透膜装置１６を取り外して逆浸透膜１２を取り出して洗浄を行う。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る淡水化装置１０によれば、ＯＲＰ計２３−１、２３−２のＯＲＰ値を監視し、ＯＲＰ電極２４−１、２４−２の洗浄後におけるＯＲＰ値の回復具合に応じて逆浸透膜１２の膜性能が劣化し始めているか否かを予め検知することができるので、逆浸透膜１２の膜性能が低下する前に逆浸透膜１２を洗浄することができる。
【００３９】
よって、淡水化装置１０の運転中に逆浸透膜１２の膜性能を監視しつつ、海水１１の淡水化処理を行いながら逆浸透膜１２の透水性能を常に所望の状態に保持することができる。したがって、淡水化装置１０は、長期間にわたって逆浸透膜装置１６を安定して運転させ、透過水１３を製造することができる。
【００４０】
本実施形態に係る淡水化装置１０においては、海水１１をろ過処理する前後にＯＲＰ計２３−１、２３−２を設けているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、海水１１をろ過処理する前の海水ライン１９にのみＯＲＰ計２３−１を設けてもよいし、海水１１をろ過処理した後の濃縮水ライン２２にのみＯＲＰ計２３−２を設けるようにしてもよい。
【００４１】
逆浸透膜１２の洗浄方法は、淡水化装置１０の運転を一時的に停止させ、淡水化装置１０から逆浸透膜装置１６を取り外して逆浸透膜１２を取り出して洗浄する方法に限定されるものではない。図４は、淡水化装置の他の構成を簡略に示す図である。図４に示すように、本実施形態に係る淡水化装置４０は、逆浸透膜装置１６の前流側に海水１１中に酸性薬剤４１を供給する酸性薬剤供給部４２と、アルカリ性薬剤４３を供給するアルカリ性薬剤供給部４４とを有する。このとき、酸性薬剤４１、アルカリ性薬剤４３は、制御装置２５により供給速度を調整し、一定の供給速度で海水１１に供給するようにする。淡水化装置４０の運転中に、所定時間の間、海水１１にアルカリ性薬剤４３を供給して、逆浸透膜装置１６の入口付近における海水１１のｐＨをアルカリ性領域の所定の範囲に調整し、逆浸透膜１２に付着したバクテリアなどの有機物を分解・除去する。また、所定時間の間、海水１１に酸性薬剤４１を供給して、逆浸透膜装置１６の入口付近における海水１１のｐＨを酸性領域の所定の範囲に調整し、逆浸透膜１２に付着した無機成分に起因して発生する析出物を分解・除去する。
【００４２】
酸性薬剤４１やアルカリ性薬剤４３が添加される前、通常の淡水化処理運転を行う際の海水１１のｐＨは、約７．２である。アルカリ性薬剤供給部４４からアルカリ性薬剤４３を海水１１に添加する場合、制御装置２５は、海水１１のｐＨは８．５以上１２．０以下が好ましく、より好ましくは、９．０以上１２．０以下となるように、アルカリ性薬剤４３を海水１１に添加する。海水１１のｐＨを１２．０以下とすることで、逆浸透膜１２の劣化を抑制することができる。海水１１のｐＨを８．５以上とすることで、バクテリアなどの有機物も効果的に分解・除去することができる。一般的に、アルカリ性の溶液はバクテリアなどの有機物を分解する性能を有している。このため、上記範囲のｐＨに調整された海水１１を逆浸透膜１２に通すことで、逆浸透膜１２に付着したバクテリアなどの有機物が分解され、バクテリアなどの有機物の繁殖が抑制される。その結果、有機物の付着に起因して逆浸透膜１２が目詰まりするのを防止することが可能となる。よって、逆浸透膜１２を所望の透水性能に維持することができる。また、アルカリ性薬剤４３としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウムなどを挙げることができるが、特に、最も安価であるという理由から、水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。
【００４３】
酸性薬剤供給部４２から酸性薬剤４１を海水１１に添加する場合、制御装置２５は、逆浸透膜装置１６に供給する海水１１のｐＨが２．０以上７．２以下、好ましくは、２．０以上５．０以下となるように、酸性薬剤供給部４２から海水１１に供給される酸性薬剤４１の供給量を制御する。海水１１中に生成したスケールは、ｐＨ７．２前後の中性溶液中でもある程度は溶解するため、逆浸透膜１２に付着したスケールの量が比較的少ない場合には、海水１１が中和される程度（例えば、ｐＨ７．２程度）に酸性薬剤４１を添加することにより、逆浸透膜１２に付着したスケールを十分に溶解・除去することができ、十分な洗浄効果が得られ、逆浸透膜１２の透過水量を所望の値まで回復させることができる。また、逆浸透膜１２に付着したスケールの量が比較的多い場合には、逆浸透膜１２の殺菌効果も得る観点から、海水１１のｐＨを５．０以下にすることで、確実にスケールを溶解・除去することができると同時に、有機物と無機物の複合汚れも効果的に除去することが可能となる。また、海水１１のｐＨを２．０以上にすることで、逆浸透膜１２の劣化を抑制することができる。その結果、スケールに起因して逆浸透膜１２が目詰まりするのを防止することが可能となる。よって、逆浸透膜１２を所望の透水性能に維持することができる。酸性薬剤４１としては、硝酸、硫酸、塩酸などを挙げることができるが、最も安価であるという理由から、特に硫酸を用いるのが好ましい。
【００４４】
本実施形態に係る淡水化装置４０は、逆浸透膜１２に付着した有機物やスケールを海水１１の淡水化処理中に効率的に除去することができるため、逆浸透膜１２の透過流量の低下を招くことなく、逆浸透膜１２の透水性能を常に所望の状態に保持することが可能となる。また、海水１１の淡水化処理を行いながら逆浸透膜１２の洗浄を行うため、逆浸透膜１２の洗浄のために淡水化装置４０の運転を一時的に停止したり、淡水化装置４０から逆浸透膜装置１６を取り外して洗浄を行う必要がない。このため、淡水化装置４０の生産効率を低下させることなく、長期間にわたって有機物やスケールなどの析出の危険性のない状態で安定して逆浸透膜装置１６を運転し、海水１１の淡水化処理を行い、透過水１３を製造することができる。
【００４５】
本実施形態に係る淡水化装置４０においては、酸性薬剤供給部４２とアルカリ性薬剤供給部４４との両方を設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、酸性薬剤供給部４２とアルカリ性薬剤供給部４４との何れか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００４６】
本実施形態に係る淡水化装置１０、４０は、海水を脱塩して淡水を得る淡水化装置に用いられる逆浸透膜に付着する有機物や析出するスケールなどを監視する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ろ過する原水は海水以外にかん水などを脱塩して淡水化する淡水化装置であってもよい。また、淡水化装置以外に、例えば超純水の製造など、廃液処理、汚水処理、その他の水処理などの装置に用いられる逆浸透膜に析出する析出物を監視する場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明の膜の監視方法は、海水の淡水化装置で用いる逆浸透膜の膜性能の低下を検知するのに有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、４０ 淡水化装置
１１ 海水（原水）
１２ 逆浸透膜（ろ過膜）
１３ 透過水
１４ 前処理装置
１５ 昇圧ポンプ
１６ 逆浸透膜装置
１７ 前処理膜
１８、１９ 海水ライン
２０ 濃縮水
２１ 透過水ライン
２２ 濃縮水ライン
２３−１、２３−２ ＯＲＰ計
２４−１、２４−２ ＯＲＰ電極
２５ 制御装置
３０−１、３０−２ 流量計
３１ 温度計
３２ 電気伝導率計（ＥＣメーター）
３３−１〜３３−３ 圧力計
３４ ｐＨ計
３５ エネルギー回収装置
４１ 酸性薬剤
４２ 酸性薬剤供給部
４３ アルカリ性薬剤
４４ アルカリ性薬剤供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水をろ過膜に通水させて透過水と濃縮水とに分離する膜の監視方法であり、
前記原水をろ過処理する前後の何れか一方又は両方に、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設け、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方にＯＲＰ電極を浸漬し、前記原水のろ過処理運転中に、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを測定し、
前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した場合には、前記ＯＲＰ電極を前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方から取り出して洗浄し、
洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを再度測定し、得られる前記ＯＲＰ計の測定値を洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値と比較して、前記ろ過膜の表面への有機物、スケールの何れか一方又は両方の析出の有無を検知することを特徴とする膜の監視方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＯＲＰ電極を前記原水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、ＯＲＰ電極を洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面に有機物が析出したことを検知する膜の監視方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記ＯＲＰ電極を前記濃縮水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、洗浄したＯＲＰ計を用いて前記濃縮水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面にスケールが析出したことを検知する膜の監視方法。
【請求項１】
原水をろ過膜に通水させて透過水と濃縮水とに分離する膜の監視方法であり、
前記原水をろ過処理する前後の何れか一方又は両方に、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を設け、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方にＯＲＰ電極を浸漬し、前記原水のろ過処理運転中に、前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを測定し、
前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した場合には、前記ＯＲＰ電極を前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方から取り出して洗浄し、
洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水と前記濃縮水との何れか一方又は両方のＯＲＰを再度測定し、得られる前記ＯＲＰ計の測定値を洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値と比較して、前記ろ過膜の表面への有機物、スケールの何れか一方又は両方の析出の有無を検知することを特徴とする膜の監視方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＯＲＰ電極を前記原水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、ＯＲＰ電極を洗浄し、洗浄したＯＲＰ電極を用いて前記原水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面に有機物が析出したことを検知する膜の監視方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記ＯＲＰ電極を前記濃縮水に浸漬し、前記ＯＲＰ計の測定値が連続して上昇した後、洗浄したＯＲＰ計を用いて前記濃縮水のＯＲＰを再度測定した際、前記ＯＲＰ計の測定値が洗浄前の前記ＯＲＰ計の測定値より低下しない場合には、前記ろ過膜の表面にスケールが析出したことを検知する膜の監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１３０８２４（Ｐ２０１２−１３０８２４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２４７０（Ｐ２０１０−２８２４７０）
【出願日】平成２２年１２月１８日（２０１０．１２．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１８日（２０１０．１２．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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