操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤装置的制作方法

专利名称：操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤装置， 所述反渗透膜过滤装置适用于通过采用反渗透膜使海水和咸水脱盐获得 淡水或者通过纯化经处理的污水、经处理的废水和工业废水获得可在重复 使用的水。
背景技术：
使用反渗透膜的膜过滤工艺已应用于许多工业和包括海水脱盐的水处理领域，并且与竟争的分离IMt相比已证明其在分离性能、能量效率等 方面的优势。另一方面，在反渗透膜过滤工艺中，由于在待处理的水的一 侧(反渗透膜的未渗透水的一侧)膜表面上呈生物膜形式的细菌增殖，即生 物污垢而导致的反渗透膜操作压力的增加和渗透过的水和分离性能的减 少已成为操作中的问题。如本文所述，生物膜意思是由在管壁或反渗透膜 表面上形成的细菌形成的结构体，其含有主要包括多糖和蛋白质和细菌的 细胞外聚合物物质，并且生物膜的常见实例包括水槽内的淤泥等等。作为生物污垢的防范措施，已提议向待处理的水中添加用于抑制生物 膜增殖的化学品(下文称作杀菌剂)，并且利用该技术的许多方法已提议作为有效的方法。实例包括将含有2-甲基-4-异噻唑#-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异遙唑啉-3-酮或其盐或其混合物作为活性成分的杀菌剂加入到待处理的 水中的抑制生物膜增殖的方法(专利文献1)、将酸或4艮离子作为杀菌剂加入 到待处理的水中的方法(专利文献2和3)等等。这些方法通过使某种类型的 杀菌剂与反渗透膜连续或间歇接触来抑制生物膜增殖而获得一定效果。但 是，还未提议一种用于精确且方便评价和验证在反渗透膜中添加杀菌剂的4条件的有效性的方法。作为有关决定添加杀菌剂的条件的方法的提议，决定杀菌剂添加条件 的方法取决于通过评价包含在原水中的细胞数量、可吸收的有机碳(下文简称为AOC)的浓度和当将添加了杀菌剂的原水供入分离膜(反渗透膜)时原 水的生物膜形成速度获得的多个原水质量评价结果(专利文献4)。但是，在实际的操作中，通常难以利用上述方法，并且即使在可以利 用该方法时，通常难以实现反渗透膜过滤工艺的稳定操作。因此，并不承 认该方法为有用的方法。例如，在测量AOC浓度时，容器的制备和样品 的预处理复杂，并且存储样品非常困难。因此，实际上，如果在反渗透膜 过滤工艺附近不存在实验室，则难以进行AOC浓度的测量。而且，原则 上该方法不能100%抑制污染。此外，且不说进行测量的可能性，已证实 AOC浓度并不准确地为数量上与生物污染程度有关的指数。例如，已报道 了反渗透膜过滤装置可稳定操作半年而不考虑AOC浓度超过70ng/L。而且，尽管专利文献4公开了 一种测量原水的生物膜形成速度以代替 AOC的方法，但仅描述了在进水管附近浸渍在海水中的玻璃上生物膜的形 成速度的实例，并且说明书中描述了由进水管取得的海水(原水)的分析。 但是，考虑到根据原水进水单元和预处理单元处的处理(例如，添加氯气、 絮凝/沙滤等等)微生物水质量变化很大且生物膜的量不仅受到水质量而且 受到水流(从强度和脱离的角度)的影响这些事实，浸渍到进水口海水(原水) 中不适合作为反渗透膜过滤单元的水质量评价的位置和条件。而且，假设 水质量和水流的条件合适，这些条件仍缺少可靠性，因为在基于杀菌剂和 清洗剂不流动时的生物膜形成速度测量结果控制反渗透膜过滤装置操作 方法的情况下不能直接和快速确认杀菌和清洗的效果。因此，杀菌剂添加条件通过已经确认的条件、基于经验法则估计或者 花时间现场处理生物污染决定，还未提i^选定杀菌剂添加条件的方法，所 述方法对一般使用高度敏感、合理、高度可靠、方便和快速。而且，由于 杀菌剂的应用效果主要基于包括反渗透膜组件的压力损失、横跨膜的的压差、渗透水的量、渗透水的质量等等的数据判断，当通过使用所述数据检 测到异常时已经形成大量生物膜，从而使其难以通过杀菌和清洗恢复反渗 透膜性能。作为针对生物膜的防范措施，除了使用杀菌剂的方法，已提议通过使 用清洗剂清洗反渗透膜的技术(化学清洗)。清洗剂的实例包括氢氧化钠、螯合剂例如亚乙基二胺-4-乙酸盐(EDTA)、表面活性剂、2-甲基-4-异噻唑 啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异瘗唑啉-3-酮及其还作为杀菌剂使用的盐等等，并 且这些清洗剂单独使用或组合使用。当存在无机物质的污染时，在生物膜 是主要的清洗目标的情况下，可重复进行碱清洗和酸清洗。化学清洗通过 在反渗透膜组件中使清洗剂循环或将反渗透膜组件浸渍到含有清洗剂的 液体中进行，并且将反渗透膜组件系统整个或部分清洗。采用与在添加杀 菌剂的情况下相同的方法，在化学清洗过程中，与使用横跨膜压差、渗透 水的量等等的方法和标准相比，在化学清洗中还未提议能够高度敏感、合 理、方便和快速判断有效的清洗剂、清洗剂的浓度、 一次清洗的时间、清 洗的频率等等的方法和标准。尽管已提议改变预处理装置例如絮^/砂滤、通过超滤膜或微米过滤膜 的膜过滤和加压浮选和改变预处理装置的操作条件以便抑制反渗透膜过 滤单元等中的生物膜产生的方法作为针对生物污染的防范措施，但也还未 提议高度敏感、合理、快速和简单判断通过改变设备和操作条件对生物膜 抑制施加的影响的技术。专利文献l: JP-A-8-229363专利文献2: JP-A-12-354744专利文献3: JP-A-10-463专利文献4: JP-A-2002-143849发明内容6发明解决的问题
本发明的目的是提供一种操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜 过滤装置，所述方法使得能够进行包括在反渗透膜过滤装置中为了高度可 靠、高度敏感、合理、快速和方便地抑制反渗透膜过滤装置的反渗透膜组 件的生物污染而进行的添加杀菌剂、化学清洗、预处理等等操作。
解决问题的技术手段
为了获得上述目的，根据本发明的操作反渗透膜过滤装置的方法具有 以下结构(l)。
(1) 一种操作具有按所述顺序原水进水单元、预处理单元和具有反渗
透膜组件的反渗透膜过滤单元的反渗透膜过滤装置的方法，该方法包括 在反渗透膜供入水和/或在反渗透膜过滤单元中反渗透膜未渗透水以等于 反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件中未渗透水的线性速度的线性速度下 流动的条件下放置生物膜形成基底材料；
在一天一次至六个月 一次的频率下在生物膜形成基底材料上评价生物膜 的量；和
基于评价结果控制装置操作方法。
更具体地说，本发明中根据根据(l)的反渗透膜装置操作方法的操作方 法优选含有如下结构(2)-(6):
(2) 在(1)中，将在反渗透膜过滤装置中使用的反渗透膜用作生物膜形 成基底材料。
(3) 在(2)中，在生物膜形成基底材料的表面上生物膜的量通过将尺寸 为内径D或更小并且高为H或更小的反渗透膜以弯曲的方式放置在内径为 D且高为H的圓柱形流动容器中以便将过滤过程中面向原水的表面确定为 内侧，并且通过沿圆周的方向通过物理回弹切割固定在圆柱形流动容器内 的部分反渗透膜评价。
(4) 在(1)中，控制反渗透膜过滤单元的杀菌条件或清洗条件并且同时针对生物膜形成基底材料进行类似的处理。
(5) 在(1)中，基于ATP(腺苷-5，-三磷酸)评价生物膜的量。
(6) 当通过ATP进行评价时，控制装置操作方法以便获得每单位表面 ATP的量为200pg/cm2或更少。
(7) 在(5)中，在通过ATP测量方法评价盐浓度为3%或更多的原水， 例如海水中形成的生物膜的量的方法中，评价通过包括如下步骤的步骤进 行
(a) 使收集自生物膜形成基底材料的生物膜悬浮在纯水中；
(b) 通过使用荧光素酶反应对(a)的悬浮液的发光度定量；
(c) 测量(a)的悬浮液的盐浓度；
(d) 通过使用在使用荧光素酶反应的定量体系上施加的盐浓度抑制的相关 方程、不存在抑制情况下ATP浓度和发光度的相关方程和(b)和(c)的结果 计算(a)的悬浮液的ATP的量；
(e) 通过使用收集的生物膜形成表面的面积、悬浮的纯水的液体体积和由(d) 获得的(a)的悬浮液中ATP的量的结果计算每单位面积ATP的量。
为了获得上述目的，使用具有如下结构的装置。
(8) —种具有按所述顺序原水进水单元、预处理单元和具有反渗透膜 组件的反渗透膜过滤单元的反渗透膜过滤装置，其包括
用于使供入水流动的在反渗透膜过滤单元中的第 一反渗透膜组件的上游
的支管和/或用于使反渗透膜未渗透水流动的在反渗透膜过滤单元中的反
渗透膜組件的下游的支管；
连接到导管的下游的流动容器；和
连接到流动容器的上游或下游的流动速率调节阀；
其中在反渗透膜过滤单元中使用的反渗透膜在以等于反渗透膜过滤单元
的反渗透膜组件中未渗透水的线性速度的线性速度的水流下作为生物膜
形成基底材料包含在流动容器中。发明效果
当使用根据本发明的操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤 装置时，可以定量监控反渗透膜过滤装置的反渗透膜过滤单元的反渗透膜 上的生物膜的量，从而使得可以在发生压力损失增加和渗透水减少之前适 当地^修正反渗透膜过滤装置的操作方法，包括反渗透膜的杀菌方法和化学 清洗的条件、预处理单元的操作条件等等。由于针对生物污染的有效的防 范措施，可以大大增加反渗透膜过滤装置操作的稳定性和经济效率。而且， 与常规技术相比可以合理、方便、快速和敏感地评价生物膜的量。
此外，根据生物膜的量的评价结果，可以避免在杀菌和清洗条件太剧 烈的情况下、例如其中大量添加杀菌剂和用于反渗透膜的清洗功率太强的 情况下，消耗比必须的更多的化学液体开支。而且，由于杀菌和化学清洗 适度，可以避免反渗透膜组件污染至通过清洗难以恢复性能的程度，并且 可以延长膜组件的寿命以便减少更换膜所需的费用。
而且，当杀菌和化学清洗的效果因出现抗药性细菌等而降低或丧失时 或者当尽管已丧失效果仍使用杀菌剂和清洗剂时，可以认识到效果的降低 或丧失，从而使得能够通过改变目前使用的试剂合理改变用于反渗透膜的 杀菌和化学清洗的条件。
9附图简述


图1为海水脱盐反渗透膜过滤装置的流程图。
图2为表示生物膜形成评价设备的方框图。 图3为生物膜形成基底材料(Teflon(注册商标)环)。 图4为具有环钩的不锈钢杆，像环一样的生物膜形成基底材料彼此重 叠固定在其上。
图5为生物膜形成基底(反渗透膜片材)。
数字标记的说明 1:进水管 2:进水泵 3:盐酸溶液罐 4:絮凝剂溶液罐 5: pH调节剂溶液罐 6:砂滤装置 7:中间耀 8:安全过滤器 9:亚》克酸氬钠溶液罐 10:杀菌剂溶液罐 11:反渗透膜组件 12:反渗透膜渗透水罐 13: pH调节剂溶液罐 14:钙溶液罐 15:清洗剂溶液罐
16a:装有生物膜形成基底材料的流动容器 16 b:装有生物膜形成基底材料的流动容器 16 c:装有生物膜形成基底材料的流动容器
1017a:在反渗透膜过滤单元的第一反渗透膜组件的上游的支管 17b:在清洗剂和杀菌剂加入点的下游和反渗透膜过滤单元的第 一反 渗透膜组件的上游的支管
17c:反渗透膜组件的下游的支管，反渗透膜渗透水经其通过。
18:渗透水的输送管
19:流动速率调节阀
21:盐酸溶液供入泵
22:絮凝剂供入泵
23: pH调节剂溶液供入泵
24:亚》克酸氢钠溶液供入泵
25:杀菌剂溶液供入泵
26: pH调节剂溶液供入泵
27:钙溶液供入泵
28:清洗剂溶液供入泵
29:高压泵
30:溶液输送泵
31:反渗透膜未渗透水的净化溶液罐
32:反渗透膜未渗透水的净化处理罐
33:反渗透膜未渗透水的排出管
34:反渗透膜未渗透水的净化溶液供入泵
50:软管
51:流量计
52:单触式接头
53:流动容器打开/关闭单元
54:流动容器
55a: Teflon(注册商标)环
55b:反渗透膜56:流动速率调节阀 57:具有环钩的不锈钢杆 58:流动方向 100:原水i^V单元 200:预处理单元 300:反渗透膜过滤单元
最佳实施方案
下面，更详细地描述根据本发明的膜过滤工艺的操作方法。 根据本发明的反渗透膜过滤装置的操作方法是具有具有按所述顺序 原水进水单元、预处理单元和具有反渗透膜组件的反渗透膜过滤单元的反 渗透膜过滤装置的操作方法，该方法包括在反渗透膜供入水和/或在反渗透
反渗透膜组件中未渗透水的线性速度的线性速度下流动的条件下放置生 物膜形成基底材料；在一天一次至六个月 一次的频率下在生物膜形成基底 材料上评价生物膜的量。 本发明基于以下原理。
(a) 容许在反渗透膜组件的表面上形成生物膜，所述生物膜的形成与 导致生物污染的生物膜的量相比较少。
(b) 通过评价暴露于等同于未渗透水的一侧的反渗透膜组件表面上流 动的水的上的表面上形成的生物膜的量，间接评价和监控未渗透水的一侧 的反渗透膜组件表面上生物膜的量。
(c) 评价结果反馈给装置的操作方法以便将(b)的生物膜的量保持在可 容许量或者在获得可容许量时更经济地操作。
尽管以下参照附图详细地描述本发明，但本发明的内容并不限于附 图。图1表示使用本发明的用于海水脱盐的反渗透膜过滤装置的流程图， 并且图2-5表示生物膜评^H殳备和生物膜形成基底材料的方框图。在图1中，提供了具有进水管l、进水泵2、沙滤设备6、中间罐7、 安全过滤器8、高压泵29、反渗透膜组件11和反渗透膜未渗透水的排出管 线沿水流从上游按所述顺序连接的反渗透膜过滤装置。
在反渗透膜过滤装置中，水可以直接从海水的表面部分取用或者将所 谓的深层水泵送上来。而且，水可以通过使用海底沙作为过滤器的渗透水 进水法取用。包括沙等的粒子优选在沉淀池等处从泵送的海水中分离出 来。
在进水泵2的上游处，通过盐酸溶液供入泵21将盐酸溶液作为杀菌剂 加入用以抑制生物膜形成和海洋生物例如贝类和海藻在进水管1和进水管 1的下游管道上的沉积。作为杀菌剂，通常使用可以产生游离的氯的氧化 杀菌剂例如次氯酸钠溶液，并且可以使用不同于盐酸溶液的杀菌剂，只要 作为杀菌剂能实现等同的效果。
在进水泵2与沙滤设备6之间的位置，添加絮凝剂溶液用以促进通过 沙滤产生的固-液分离。而且，将pH调节剂溶液例如硫酸通过pH调节剂 溶液供入泵23添加到海水中用于抑制污垢例如硫酸钓在反渗透膜组件11 的未渗透水的一侧的管线上产生。絮凝剂的实例包括氯化铁、氯化铝等等。 作为预处理，除了沙滤设备6以外，还可以使用使用浮选分离设备、超滤 膜、微孔滤膜或可拆卸反渗透膜的处理。进行预处理用以将取出的原水纯 化至所需程度以便在下游避免对工艺步骤施加负荷并且根据取出的原水 的污染程度可以适当选择。
将取出的原水预处理之后存储在需要提供水的用量调节功能和水的 质量緩冲功能时而提供的中间罐7中。
当为了抑制高压泵29和反渗透膜组件11因污染而4皮破坏所需要时在 中间罐7的下游提供安全过滤器8。
然后，将还原剂例如亚硫酸氢钠通过亚硫酸氢钠溶液供入泵24加入。 在原水进水单元等中在上游步骤处添加氧化杀菌剂时加入还原剂用以抑 制反渗透膜被残余的氯等破坏。可以使用除了亚硫酸氢钠溶液以外的任何化学品，只要该化学品具有相同效果。
然后，通过杀菌剂溶液供入泵25添加杀菌剂。添加杀菌剂的设备优选 提供有具有控制添加量、添加时间、添加频率等的阀和泵的控制机构以便
控制杀菌剂添加。添加化学品例如杀菌剂的位置可以任意决定并且优选在 安全过滤器8的上游或下游。
然后，将通过高压泵29加压的海7jc供入到反渗透膜组件11中。
在反渗透膜组件11的上游处提供添加用于化学清洗的清洗剂的管道。 尽管并不特别限定添加清洗剂的位置，该位置优选在高压泵29的下游，因 为高压泵29等根据清洗剂的类型可能被腐蚀。
将供入反渗透膜组件11的水分离为渗透水和未渗透水，并且将未渗透 水在pH调节和在反渗透膜未渗透水脱毒处理罐32中杀菌剂脱毒处理之后 经反渗透膜未渗透水排出管33排出到大海中。
在将反渗透膜渗透水存储在反渗透膜渗透7K罐12中之后，例如将pH 调节剂溶液通过在下游的pH调节剂溶液供入泵26加入到反渗透膜渗透水 中，并且将钩溶液通过在下游的钩溶液供入泵27加入到反渗透膜渗透水中 以便从渗透水输送管18中对渗透水取样作为符合々欠用水标准的脱盐的水。
如本文所用，反渗透膜是渗透供入水的部分组分，例如溶剂并且不渗 透余下的组分的半渗透膜，并且作为反渗透膜包括所谓的纳米过滤膜、可 拆卸反渗透膜等等。作为反渗透膜的材料，优选使用聚合物材料例如纤维 素醋酸酯聚合物、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺和乙烯基聚合物。膜的结构可 以是具有在至少一侧上提供的微致密层和从微致密层至膜内部或其它侧 面孔径逐渐增加的微孔的不对称结构或者可以是具有由另一种材料形成 并且在不对称膜的微致密层上形成的分离功能层的复合膜结构。膜的厚度 优选为10jim-lmm。作为代表性反渗透膜，已知纤维素醋酸酯或聚酰胺不 对称膜、具有聚酰胺或聚脲分离功能层的复合膜等等，并且在本发明中通 过使用聚酰胺复合膜获得的优异的效果。反渗透膜的优选实例包括 JP-A-62-121603、 JP-A-8-138658和U.S.专利4,277,344中公开的芳族聚酰
14胺复合膜。
而且，如本文所述，为了实际使用，反渗透膜组件通过在壳内将上述 反渗透膜等等组装获得，并且在使用平隔膜的情况下可以选择螺旋状组
件、管状组件和板-和-支架组件。其中螺旋状组件具有例如JP-A-141060 和JP-A-141067中公开的元件例如供入水管线器材和渗透水管线器材，并 且在使用高溶质浓度海水作为原水或在高压下操作设备的情况下获得显 著效果。
高压泵的操作压力可以根据供入水的类型和操作方法适当设定并且 在供入水是具有低渗透压的溶液，例如盐水和超纯水的情况下优选较低压 力约0.1-3.0MPa，或者在海水脱盐、废水处理、有用材料的回收等等的情 况下优选较高压力为约2.5-15.0MPa以避免浪费能源例如电能以及获得良 好的渗透水的质量。而且，为了获得适合的供入压力和操作压力，可以在 任意的管线上提供泵。
反渗透膜过滤单元的操作温度可以在0°C-100。C内适当设定，因为供 入水在温度低于0°C下结水并且当温度高于100°C时蒸发。为了保持装置 和反渗透膜的良好性能，操作温度可以为5。C-50。C。详细情况可以根据制 造商提供的技术信息决定。
反渗透膜过滤单元的回收率可以设定为5%-98%。在该情况下，必须 与质量、浓度和供入水和未渗透水的渗透压相关地考虑预处理条件和操作 压力(JP-A-8-108048)。例如，在4吏用高效率设备的海水脱盐的情况下回收 率通常i殳定为10%-40%，或40%-70%。在盐水脱盐或超纯水生产的情况 下，回收率可i殳定为70%或更多，或卯％-95%。
反渗透膜过滤单元中的反渗透膜组件可以为单级类型或多级类型并 且可以与供入水串联或并联排列。在串联排列的情况下，可以在相邻的组 件之间提供增压泵。
反渗透膜未渗透水具有压能，所述压能优选为了减少操作成本而回 收。能量回收可以通过使用在任意部分连接到高压泵的能量回收设备进行，但能量优选通过在高压泵的附近或相邻的组件之间连接的专用涡轮型 能量回收泵回收。而且，脱盐设备的处理能力以每天的水量计为
0.5-l，000，000m3。
反渗透膜过滤单元中的管道优选具有其中使保留部分减少尽可能小 的结构。此外，为了抑制污垢产生，供入水的pH水平优选为酸性，并且 由于预期到使用质量不同的试剂作为杀菌剂和清洗剂的情况，优选将具有 耐化学性的材料，例如不锈钢和两相不锈钢用于管道、阀和试剂流经的元 件。
本发明的脱盐方法还适用于使用微过滤膜分离和浓缩液体和固体物 质和通过使用超滤膜分离和浓缩污染成分并且特别适于使用反渗透膜或 微过滤膜进行可溶组分的分离和浓缩。特别地，脱盐方法对于海水或盐水 的脱盐、工业用水的生产、果汁等的浓缩、净化自来水、自来水的深度处 理等等特别有效。
下文中，详细描述评价生物膜的量的方法，其为本发明的特点之一。
本发明中的原水进水单元指的是由进水管、进水泵等形成并且用于将 原料海水引入装置的步骤。预处理单元指的是从通过使用预处理设备例如 砂滤设备处理引入的海水至在中间罐中暂时存储的步骤。反渗透膜过滤单 元指的是一个或多个反渗透膜组件和在将已进行预处理的海水供入反渗 透膜组件之前进行的一系列步骤。如本文所用，这些系列的工艺步骤指的 是通过安全过滤器的过滤、添加还原剂例如亚硫酸氬钠、添加用于反渗透 膜组件的污垢一直的杀菌剂、添加防垢剂等等。
在本发明中，评价反渗透膜供入水和/或反渗透膜未渗透水。图l表示 反渗透膜过滤装置的流程图。如本文所用，反渗透膜供入水指的是在预处 理单元200的下游和反渗透膜过滤单元300中存在的水。在存在多个反渗 透膜组件11的情况下，反渗透膜供入水在第一反渗透膜组件11的上游从
管道中取样并且具有与反渗透膜供入水相同的组分和温度(-3。<:-+5。(:)。在
存在一个反渗透膜组件11的情况下，反渗透膜供入水在第一反渗透膜组件11的上游从管道中取样并且具有与反渗透膜供入水相同的组分和温度
(-3。C-+5°C)。而且，反渗透膜未渗透水在反渗透膜组件11的下游从管道中 取水样并且具有与反渗透膜未渗透水的至少一种相同的组分和温度 (-3。C-+5。C)。对反渗透膜供入水和/或反渗透膜未渗透水取样的位置可以设 定在从中间罐7的下游至安全过滤器8的上游的管道、从安全过滤器8的 下游至高压泵29的上游的管道、从高压泵29的下游至反渗透膜组件11 的管道和使反渗透膜组件11的反渗透膜未渗透水流动的管道的任一处。优 选在杀菌剂和清洗剂的加入位置的下游提供至少一处取样位置。采用所述 结构，可以直接且快速地检查杀菌和清洗的效果，从而使得可以更稳定和 有效地操作反渗透膜过滤单元300。
由于已发现可以在反渗透膜过滤单元上在高压下有利地进行操作控 制，当供入装有生物膜基底材料的流动容器16b和16的水是基于在减压 下供水期间形成的生物膜的量的评价结果时，优选在测量中考虑安全性、 便利性等等和在从高压泵29的下游从高压管道取样的情况下减压之后供 水。反渗透膜供入水和/或反渗透膜未渗透水从管道17a、 17b和17c分流 出来，以使用管、软管、等等供入到装有生物膜基底材料的流动容器16 中。
图2-5表示生物膜形成评价设备和生物膜形成材料的方框图，并且本 发明并不限于附图。
如本文所用，生物膜形成评^H殳备提供有装有生物膜形成基底材料55 的流动容器54、流动速率调节阀56和置于流动容器54的上游或下游的流 量计51、并且流动容器54、流动速率调节阀56和流量计51用软管50和 不锈钢管道元件相连接。在流动容器54的每个相对端提供有单触式接头 52以使得易于将流动容器连接到生物膜形成评价设备/从生物膜形成评价 设备分离。在图l中，管道17a从反渗透膜过滤单元300的第一反渗透膜 组件的上游分支，管道17b从反渗透膜过滤单元300的第一反渗透膜组件 的上游分支，管道17c从反渗透膜组件11的下游分支，使得反渗透膜未渗
17透水通过，并且流动容器16a、 16b和16c通过使用管道元件(未示出)和软 管50相连接。
将流动容器打开/关闭单元53和在装有生物膜形成基底材料55的流动 容器54的最下游提供的流量计用管道元件彼此相连接。软管和管道元件重 叠的部分的外围优选通过软管夹圏(未示出)紧固。
流动容器的形状并不特别限定，并且形状的实例包括三棱柱、方形棱
柱(矩形平行六面体)、多棱柱、圓柱等等。考虑到流动条件对反渗透膜剪 切条件和物质输送条件和有效性影响的一致性，例如优选使用圆管的柱 形。提供用于生物膜量测量的表面的基底材料装在流动容器中。流动容器 的至少一端具有使其易于将生物膜形成基底材料转移出/入流动容器的结 构。如上所述，由于大量研究已发现，由于评价结果与高压下反渗透膜过 滤单元的操作结果具有相关性，可以基于在降压之后水流动的情况下形成 的生物膜的量的评价结果有利地进行操作控制。因此，考虑到测量的安全 性、便利性等，优选使水在降压之后流入到流动容器中。由于在评价生物 膜形成基底材料上生物膜的量的过程中可以安全、方便和快速地将生物膜 形成基底材料转移入和转移出流动容器，优选在高压泵的下游4吏反渗透膜 供入水和反渗透膜未渗透水在降压之后流动。软管、管道元件、流动速率 调节阀、流动容器等的耐压性可以是任意的，只要在水流动的位置能够耐 水压，并且通常耐压性和密封性为2kgf/cn^是令人满意的。如果需要，每 一个连接部位均可采用密封带、聚乙烯带、软管夹圏、环氧树脂等等加固。 任何材料均可用于流动容器、管道元件、软管和流动速率调节阀的材 料，只要该材料满足上述强度需要并且耐受用于杀菌和化学清洗中的化学 品和具有低有4几物质洗脱和吸附即可。作为用于流动容器的材料，优选使 用透明玻璃或聚碳酸酯，因为这些材料足够硬并且使得能够从外面对内部 进行确认。Teflon(注册商标)、聚氯乙烯和不锈钢可用作管道元件的材料， 并且Teflon(注册商标)、聚氯乙烯和氟树脂可用作软管的材料。尽管软管 和流动容器的长度并不限定，只要长度满足处理容易即可，但软管优选是短的，并且根据发明人的经验考虑到处理容易，流动容器的长度优选为约
60cm 。
流动容器的内径并不特别限定并且可根据所取用的水的流动速率决
定以便实现线性速度的条件。
在使用具有低阻光性的元件作为元件，例如生物膜形成基底材料和管 道元件时，除了在测量操作下，优选阻光以〗更避免海藻的增殖。
考虑到类似增长环境和切变环境，流向流动容器的水的流动速率优选 以装有生物膜形成基底材料之后流动容器中的线性速度等于未渗透水在 其上流动的反渗透膜组件的表面上的平均线性速度的方式设定。例如，在 螺旋状圆柱组件的情况下，当在反渗透膜未渗透的一侧沿圆柱轴线的截面 积为S并且至反渗透膜组件的供入水的流动速率与未渗透水的流动速率的 平均值为F时，流向流动容器的水的流动速率优选为0.3xF/S-3xF/S，更优 选0.7xF/S-少于1. 3xF/S。流向流动容器的水的流动速率可以通过在流动 容器54的上游或下游连接流量计51测量或者可以通过某段时间内收集的 水的体积或重量测量。
已知不仅温度和营养物质的浓度而且水力条件均影响细菌、有机物质 和无机物质在生物膜上的沉积、所述组分从生物膜上的分离、生物膜的强 度等等。基底材料上形成的生物膜的性能与偏离水力条件时反渗透膜组件 表面上形成的生物膜的性能明显不同，并且水力条件偏离4吏得难以正确评 价和监控反渗透膜组件表面上生物膜的量。反渗透膜组件的线性速度通常 为5-30cm/s，尽管它f^渗透膜组件的位置、操作条件等而改变。
-改置流动容器的方向并不特别限定，但流动容器优选与沿垂直方向向 上流动的液体垂直放置并且上端用作流动容器的打开/关闭单元以使其易 于将生物膜形成基底材料转移出/入流动容器。
参见图1，在测量生物膜的量过程中，通过阀等^f吏至流动容器54的水 的流动停止，并且将在装有生物膜形成基底材料55的流动容器的下游末端 提供的流动容器打开/关闭单元53打开以小心取出流动容器内的部分基底材料。取出部分基底材料之后，将在装有余下基底材料的流动容器54的下 游末端提供的流动容器打开/关闭单元53关闭以使水再次开始流动，并且 测量取出的基底材料表面上生物膜的量。例如，将图3所示的约30片 Teflon(注册商标)环堆叠作为生物膜形成基底材料55装入流动容器54，并 且待评价的水在环的外围和内周流动。在其一端提供有环钩的不锈钢杆57 插入到环内，并且将将杆^以用镊子取下所需数目的环(通常2-3片)，以 便测量圆柱内表面和外表面上的生物膜的量。
在使用反渗透膜作为生物膜形成基底材料的情况下，将矩形反渗透膜 片以分离功能层表面(在过滤中原水的一侧)用作内侧的方式巻曲，并且如 图5所示将巻曲的反渗透膜片沿流动容器54的内壁推入到流动容器54中 以装入到流动容器54中。如本文所用，内侧指的是流动容器54内评价的 水流过的部分。巻曲的反渗透膜片沿内壁推入到流动容器54中以4更使得评 价的水在分离功能层表面流动。在评价过程中，将上端用镊子夹住以将一 定量的反渗透膜拔起并切割。将剩余的反渗透膜再次装入的流动容器54 中以使水再次流动。在使用聚碳酸酯透明流动容器作为流动容器54和在流 动容器中装有反渗透膜的情况下，考虑到在每次测量时方便调节切割面 积，可以沿流动容器的轴向添加标尺。
作为在含有少量供入到反渗透膜工艺的有机物质的流动水例如海水 下形成的生物膜的量的评价方法，已提议使用用于饮用水的水质量评价的 类似评^i殳备的生物污垢形成速度评价方法(BFR方法)(非专利文献Dick Van Der Kooij等人；Water Research;第29巻；第7期；第1655-1662 页(1995))。在BFR方法中，将玻璃柱插入到沿垂直方向堆叠的Teflon环 或玻璃环中，并且供入评价的水以定期评价环表面上形成的生物膜。在生 物膜的量的评价时，将环浸渍到含有10ml水的圆管中，随后声波处理， 并且通过将*体的ATP量定量以测量^L的生物膜的量。
在水质量评价领域中，由于很少吸引细菌的有机物质的洗脱和抑制细 菌增殖的物质的释放，已将Teflon和玻璃认为是用于生物膜量的测量的基
20底材料的材料的适合材料。但是，作为比较研究的结果，已发现通过将与 用于反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件相同的膜用于反渗透膜过滤装置 中的膜表面监控获得了最高可靠性和高敏感度的评价。更具体地说，在使
用与反渗透膜组件的膜相同的膜的情况下，与使用Teflon和玻璃的情况相 比可以缩短初始生物膜形成所需的时间，并且已发现优选^f吏用反渗透膜进 行早期检测。而且，在使用相同的供入水试验的情况下，在使用反渗透膜、 Teflon(注册商标)和玻璃的情况下形成生物膜之后增加速度彼此相同，并且 已证实有机物质从反渗透膜中洗脱不会不利地影响评价。
下面描述的是使用Teflon作为生物膜形成基底材料的情况与使用用于 说明书下面所述的最适于生物膜量的评价的ATP测量方法中的生物膜形 成基底材料的反渗透膜的情况相比的一个实例。在某个装置试验中，生物 膜形成量的增加速度通过^f吏用Tenon(注册商标)环和同时装在一个流动容 器中的反渗透膜测量。将一个Teflon(注册商标)环用镊子通过将具有环钩 的不锈钢拔起而取出，并且反渗透膜的末端用镊子拉出切割成尺寸为约 40-45mmx80-90mm。在Teflon(注册商标)环的情况下，将除了上部和下部 以外从外表面和内表面收集的约15cm2的表面污垢通过使用杀菌棉签从环 上除去。在切割之后在水流动一侧的一半膜表面收集约15cii^的表面污垢 通过使用杀菌棉签除去。将每种污垢悬浮在3ml蒸馏水(Otsnka Pharmaceutical Co.， Ltd.;注射用；20ml/ample)中进行最终收集。测量 环和反渗透膜的每种收集液体的生物膜的量。而且，通过使用棉签采用相 同方式从剩余的环和另一半反渗透膜上收集生物膜以将其悬浮在蒸馏水 中，然后测量每种收集的液体的生物膜的量。计算环和反渗透膜每种收集 的液体的生物膜的量的平均值。
收集的液体的生物膜的量在测量的早期在检测极限之下偏移，但M 渗透膜的生物膜的量在速度为约3.5pg/cmV天下从第35天操作开始增加。 Teflon(注册商标)环的生物膜的量从第47天操作开始增加，其晚于反渗透 膜。增加速度为约3.5pg/cmV天，其与使用反渗透膜作为材料的情况相同。作为用于处理具有质量不是很差的水的另一个装置中进行的相同试验的 结果，生物膜形成速度和生物膜的量与材料无关地偏移相同程度，并且反
渗透膜的生物膜的量以50pg/cmV天从第7天操作开始增加直至在第42天 操作时达到1，500-l，750pg/cmV天。作为采用与上述非专利文献描述相同的 方法的独立的研究，已证实通过使用玻璃和Teflon(注册商标)作为用于生 物膜形成的材料获得的结果并不彼此不同。根据上述结果，已发现反渗透 膜比玻璃和Teflon(注册商标)在反渗透膜过滤装置中对于膜表面监控更有 用，因为反渗透膜具有优异的响应性，能够更快速评价结果并且能够缩短 测量时间。因此，在提供生物膜量测量的表面的基底材料中，优选用于反 渗透膜过滤工艺的反渗透膜，因为反渗透膜能够更快速地反馈控制操作条 件。
尽管上述描述基于水质量评价试验结果，但考虑到以下结果优选考虑 使用反渗透膜作为生物膜形成基底材料。在反渗透膜的表面上，物理性能 例如表面电势根据各种溶液化学环境例如反渗透膜供入水的盐浓度、pH、 预处理单元的处理、在反渗透膜过滤单元中的反渗透膜组件的上游添加的 化学品的类型和浓度等等而改变，并且与在使用其它材料的情况下相比对 反渗透膜的环境改变的反应具有准确度。例如，在使用聚酰胺的膜过滤装 置中使用酸性(pH 3)的化学品的情况下，由于聚酰胺反渗透膜具有羧酸和 胺作为官能团，在pH 3下所有的羧酸失去其电荷，同时所有的胺变为铵 离子，即获得正电荷，以致于聚酰铵反渗透膜整体上带正电荷。在使用碱 性(pH10)化学品的情况下，聚酰胺反渗透膜整体上带负电荷。在使用玻璃 或Teflon(注册商标)作为材料的情况下，由于在表面上不存在能够进行解 离的官能团，表面电势随着pH的改变几乎不改变。所述性能在生物膜形 成的早期对细胞在膜上的沉积过程、使用杀菌剂时生物膜的沉积/分离、清 洗之后的恢复性能等等有影响。通过使用用于反渗透膜过滤工艺的反渗透 膜作为生物膜形成基底材料的材料，可以再现反渗透膜组件的膜表面的状 态，例如包括除了上a面化学性能以外的包括微-不均匀性的性能，并且，因此，反渗透膜作为用于监控反渗透膜组件的状态的材料比其它材料具有 更高的可靠性的优点。由于反渗透膜在组成、表面性能和取决于类型的响
应性例如与pH相关的表面电势方面不同，优选使用类型与用在装置中的 相同的反渗透膜。例如，在使用低污垢性能的反渗透膜的装置中，优选使 用低污垢性能的反渗透膜作为生物膜形成基底材料。
在使用反渗透膜的情况下，除了快速测量的效果以外还获得如下优 点改进的响应性和提高的可靠性。由于反渗透膜软，可以将反渗透膜装 在各种尺寸和形状的流动容器中。特别地，反渗透膜使得易于处理流动容 器的限制约束条件例如流入流动容器的水流动量和现场可获得性。此外， (l)在使用从均匀的水流和通用性的角度考虑适合的柱的情况下当装入反 渗透膜时可以巻曲反渗透膜。由于反渗透膜具有弹性，不使用任何固定工 具即可通过保持功能表面作为内侧将反渗透膜装在具有令人满意的长度
的柱内。由于可以非常方便地固定反渗透膜，与使用夹子和粘合剂(其因生 锈和劣化而脱落)的情况相比可确保安全性。(2)在切下部分用镊子拔起的基 底材料之后，在返回剩余的基底材料之后可以进行测量。可以根据生物膜 的程度等等调节待评价的基底材料的面积。(3)可以通过用切割取出反渗透 膜评价过滤性能等等。通过使用反渗透膜可增加(l)-(3)的优点等等。
在柱内装入反渗透膜的情况下，反渗透膜以允许评价的水在分离功能 层(在过滤过程中在原水一侧)的表面上流动的方式巻曲并且沿流动容器的 内壁推入到流动容器中。在使用内径为D且高为H的圆柱形流动容器的情 况下，考虑到减少无用的部分，装入面积优选尺寸小于等于或小于内径的 圆周等于小于H的Dx高的尺寸，尽管可以忍受少量重叠。
生物膜测量频率可以根据情况决定，并且测量可以每天或一周一次进 行。间隔可以是不规则的或规则的。由于反渗透膜组件供入水和未渗透水 是已进行预处理的水，因此使生物处理之后的污水立即流动或使污染的河 水流动时可能导致的非常高的生物膜形成速度很少或从不发生。因此，当 使测量频率短于一天时，由于信息并不因增加工作量而增加因此并不如此有效。注意到这在作用之前和之后在短时间内评价杀菌效果或清洗剂时并 不适用，并且所述评价可以在间隔短于一天时进行。而由于当测量频率太 长时监控效率下降，必须至少六个月进行一次测量，并且测量更优选一个 月一次或更多，更优选一周一次或更多。
生物膜含有进行生命活动的细菌、失活的细菌、其代谢产物例如多糖 和蛋白质、其壳和分子例如核酸。因此，考虑将各种方法作为生物膜定量 的方法，并且可以将生物膜作为蛋白质、糖、核酸、总的细菌的细胞量、
ATP等等定量。其中，特别优选ATP测量方法，因为其敏感性优异、方 便和快速并且由于用于ATP测量的便携式盒、试剂等等可商购获得。
由于需要设备例如吸收计或荧光分析仪并且将强碱、强酸或诱变剂用 于蛋白质、糖和核酸的定量，因此所述定量很难成为可以在现场方便且快 速进行的方法。而且，已知其中将形成的生物膜悬浮在液体中并且将悬浮 液用于计量培养作为菌落的细菌的琼脂培养法。但是，由于在琼脂培养法 中仅计量培养的细菌，该方法具有不能评价包含在生物膜中的生物体的总 量。作为基于分子生物基因信息的环境细菌体系的分析结果，已报道菌落 计量结果与生物膜量的相关性由于例如在包含在生物膜的细菌中可分离 和可通过琼脂培养法培养的细菌的比例而很低或不存在。而且，琼脂培养
法具有需要许多用于评价生物膜的设备和装置和培养需要多日的问题，这 使得难以快速进行评价。可以考虑通过使用显微镜直接计量细胞数的方 法，但难以将细菌^t在生物膜中，并且计量本身是非常繁重的工作。
在ATP测量方法中，通过所有生物体作为生命活动的能量物质产生的 ATP(腺苷-5，-三磷酸)从细菌细胞中提取出来，并且使提取的ATP通过使用 为萤火虫发光酶的荧光素酶发光以测量发光度(RLU:相对光单位)。由于 发光度与ATP量成正比，因为通过发光度的测量可以评价细菌量。反应在 用作基础的ATP、荧光素、氧、荧光素酶和辅膝溪离子的存在下进行以产 生光。测量时间短，即几分钟，并且测量试剂的试剂盒可商购获得。而且， 能够在浓度为1pg/cm2下检测并且便携式灵活性优异的具有高检测敏感性
24的光度计可商购获得。由于ATP是与生命活动相关的物质，可以可确定地 评价污垢和成膜是否对生物膜形成具有因果关系，即污垢和成膜是否基于 细菌活性。ATP测量方法使得能够在有生物膜形成问题的位点上高敏感、 方便和快速的评价并且不需要在实验室的试验。而且，ATP测量方法在诸 如琼脂培养法中伴随的培养方面的偏见较少，从而使得能够进行高度可靠
的生物膜量的评价(日本专利3252921)。
回收和^包含在基底材料表面上的生物膜中的ATP的方法并不特 别限定，只要该方法是具有高回收率的定量方法，并且优选选择有效的方 法。 一种方法是将ATP提取试剂添加到通过将硬的基底材料例如收集的 Teflon(注册商标)环或玻璃环浸渍在纯水中并且随后通过超声压裂将生物 膜片分散在纯水中获得的液体中，但已发现通过超声压裂获得的提取效率 并不令人满意并且在使用作为生物膜形成表面最佳的反渗透膜的情况下 进一步降低。因此，已发现最优选将在除去的基底材料上沉积的生物膜通 过使用擦拭工具收集，然后将擦拭工具浸渍在纯水中以使附在擦拭工具上 的生物膜片分軟的方法作为回收方法，该方法能够可靠地分离坚固地附在 材料上的生物膜并且使得能够在不影响细菌的存活率的情况下测量。在对 细菌的存活率较少影响的超声压裂条件下，生物膜收集效率在不同的装置 设备中都低，并且大量生物膜通过使用擦拭工具从在很多情况下已进行超 声压裂的表面上收集。
作为擦拭工具，特别优选棉签，因为例如棉签使得能够进行小规模的 分析以及用手感觉生物膜收集的量，并且棉签除了生物膜收集以外可用于 ^t生物膜和混合液体，并且无ATP的清洁棉签可商购获得。在擦拭方法 的情况下，不必在反渗透膜过滤装置的地点^使用庞大的设备例如海水脱盐 装置，并且不需要电气输出口。而且，该方法具有通过调节关于擦拭面积 的悬浮液体量使其可以容易地进行浓度操作的优点，所述浓度操作需要高 敏度测量。
在反渗透膜过滤装置中，在水开始流动2周之后通过使用镊子从流动容器收集三个Teflon(注册商标)环(夕卜径18mm，内径14mm,高度15mm)， 并且将超声压裂与利用棉签擦拭的本发明的方法进行比较。在使用超声压 裂的测量中，优选将Teflon(注册商标)环之一浸渍在10ml纯水中并在 39kHz下进行超声处理2-10分钟，从而制备生物膜悬浮液。在采用棉签进 行擦拭的本发明的方法中，通过使用杀菌棉签擦拭包括外表面和内表面且 不包括上部和下部的另一个Teflon(注册商标)环的约17 112的面积，并且 作为悬浮在10nl纯水中收集生物膜。通过使用100ml每种生物膜收集/压 裂方法获得生物膜悬浮液，在环内和外表面上的ATP沉积量通过说明书下 面描述的ATO测量测量。采用超声压裂检测的发光度为IOORLU或更少， 与处理时间无关，其使得难以定量。采用棉签擦拭法检测的发光度为约 8卯RLU,其使得能够测量和定量。而且，剩余的Teflon(注册商标)环的约 17ci^的面积通过使用杀菌棉，拭，并且将生物膜悬浮在lml纯水以进 行相同的测量。通过上述方法检测的RLU为8,500，这证明通过减少液体 量可以进行高度敏感的测量。
尽管悬浮液的ATP测量并不特别限定，但是为了容易，优选将可商购 获得的试剂盒用于制备中。而且，发光度测量需要光度计，并且由于小型 且电池供电且不需要电力输出并且提供有具有类似于固定类型的高度敏 感检测器的可移动光度计可商购获得并且是可推荐的。包含所有测量所需 试剂的盒的实例包括Checklite(注册商标)250 Plus (Cord 60312; Kikkoman Corp.的产品)，并且可移动光谱仪的实例包括Lumitester (注册商 标)C-100(Cord 60907; Kikkoman Corp.的产品)。试剂盒包括含有荧光素 酶(发光的酶)的发光度试剂、含有磷酸緩冲溶液的发光度试剂、含有从细 胞中提取ATP的表面活性剂的试剂等等。
而且，对于分离试剂而言，可以使用任何工具，只要该工具能够精确 且正确定量少量液体量，并且其实例包括Pippetman(注册商标；Gilson的 产品，对于IOOO nl和200nl)等等。为了抑制除了样品之外的物质的ATP 污染，将用于处理样品的工具和试剂杀菌。将用于Pippetman(注册商标)
26的基片(chip)提前在高压釜中杀菌(在121°C下15分钟)。
用于介歉生物膜的纯水优选不含ATP(10ng/1或更少)，例如蒸馏水、刚刚纯化的反渗透膜纯化的水、刚刚纯化的离子交换的水、可商购获得的超纯水等等，因为所述纯水降低了由于杂质的测量错误。考虑到其便利性，优选使用可商购获得的一次性蒸馏水。而且，可以使用自来水，只要在高压釜中将其杀菌。
可以使用任何用于包含样品的容器例如管，只要该容器是清洁的并且未被ATP污染，并且高压釜处理之后杀菌容器和未杀菌的容器均可使用。而且，对于Lumitester(注册商标)C-100而言，用于发光度定量的无ATP的cell的Lumitube(注册商标)(Kikkoman Corporate.的产品，3ml)可商购获得，并且该cell可用于所有的发光度定量。优选将曾经使用的基片(chip)、管和容器废弃，但是在清洗和杀菌之后可再次使用。
悬浮液通过将用于擦拭沉积在反渗透膜上的生物膜的棉签浸渍在分配到测量管的纯水中1-2秒，随后搅拌获得。上述操作可进行一次，但是，为了从棉签上M和悬浮尽可能多的已擦拭的生物膜以获得精确的值，优选将已分散和悬浮到第一液体中的棉签浸渍和分散到另 一种液体中并且重复该操作数次，因为如此获得的值是正确的并且该值本身是稳定的。尽管该值取决于采用棉签擦拭的面积和液体量，但是在采用棉签擦拭约15cii^的面积和介軟到lml水中的情况下，获得的值通过三次操作稳定，并且通过进行一次操作获得的值约为通过三次操作获得的值的一半。
对于制备的悬浮液的发光度测量并不特别限定，只要测量精确进行，并且，当使用盒时，根据盒的制造说明进行测量。例如，当使用CheckLite(注册商标)250 Plus和Lumitester(注册商标)C-lOO时，将100^1悬浮液分配在每个测量管中，并且将lOOjd发光的试剂在悬浮液分配之后20秒的时间内添加到每个测量管内，随后通过使用 Lumitester(注册商标)C-100(Kikkoman Corporate.的产品)测量发光度。在测量之前，对通过使用具有已知ATP浓度的液体检测的发光度评价以获得ATP浓度与发光度之间的关联公式。任选地，可以使用制造厂提供的关联公式数据。在检
测生物膜悬浮液的发光度之后，通过使用关联公式将发光度转变为ATP量。在擦拭表面上每单位面积的ATP量(pg/cm"通过使用收集的生物膜形成表面的面积、悬浮的蒸馏水的液体的体积和转化的ATP量计算。在稀释样品的情况下，还必须考虑稀释比。
尽管利用ATP测量的评价法是优异的方法，该方法具有为用于测量的酶的荧光素酶在痕量氯离子的存在下大大被盐抑制以使检测敏感度恶化的问题。就不含氯离子的情况而言在盐浓度为1%、 0.5%和0.1%下发光度的相对比率为约30%、约50%和约85%。因此，通过将在海水流动下形成的生物膜悬浮到脱盐的水中获得的液体受抑制的影响，并且必须除去盐抑制对于精确评价的影响，而不论工艺步骤或装置的位置。
可以考虑通过过滤生物膜悬浮液以除菌并且随后将过滤的生物膜悬浮液再次悬浮在不含盐的纯水中而降低盐浓度的方法。但是，由于过滤方法需要过滤设备和过滤之后再次悬浮生物膜的步骤，制备和测量操作是复杂并且费时的。才艮据生物膜的类型，过滤方法具有细菌和ATP可能在过滤之后保留在膜上的问题，并且，在生物膜量小的情况下由该问题施加的影响不希望地大。作为另一种方法，已建议将已知的ATP溶液添加到样品中以在抑制状态下检测发光度，然后将样品ATP浓度转化为不存在抑制的ATP浓度的内标法。但是，在测量在不同位置和盐浓度不同下获得的样品的情况，例如在海水脱盐装置中在工艺中的情况下，采用上述方法，由于对于每个样品而言需要在抑制状态下添加已知的ATP溶液的样品，增加了测量样品的总量(至少加倍)，从而使得测量复杂且费时。
作为广泛研究的结果，已发现，基于与由盐浓度对发光度施加的影响有关的关联公式，可以快速且方便地修正消除了盐浓度影响的真实ATP浓度，上述盐浓度在测量之前并且通过用电导仪测量生物膜悬浮液的盐浓度获得。电导测量法包括其中使液体滴落的传感器浸渍类型和平面传感器类型，并且在j吏用少量液体量的测量中生物膜悬浮液量小的情况下优选使用平面传感器类型，因为采用平面传感器类型通过滴落很少量样品进行测量。用于滴落液体的平面传感器类型的设备的实例包括具有内嵌电池的
Twin Cond EG-173(HORIBA， Co.， Ltd.的产品)等。盐浓度与电导率之间的关联公式基于通过将约200-250jd的人造海水或已知浓度的盐溶液置于平面传感器上几分钟检测的电导率(mS/cm)获得。生物膜悬浮液的电导率采用相同方式检测以计算基于电导率(mS/cm)的盐浓度，然后可以计算悬浮液的精确的ATP浓度，由此通过盐浓度对发光度施加的抑制的关联公式消除了盐抑制剂的影响。
在含有盐的原水的流动下评价生物膜量的情况下，如通过利用生物膜评价方法的上述最佳方式评价生物膜的情况下一样，其中(l)通过使用棉签等从生物膜形成材料擦拭下分离并收集每个生物膜，(2)将棉签浸渍并M在少量脱盐的水中以能够进行高RLU量的测量，(3)分軟液的生物膜量通过使用便携式光度计的ATP测量评价，和(4)在海水脱盐装置中评价在工艺过程中形成的生物膜，对于使用满足通过使用液体滴落平面传感器类型的电导率测量设备修正盐浓度抑制的影响的所有要求的方法而言，可以在使用少量样品和少量试剂和基底材料并且不存在任何电源输出的情况下方便且快速地现场测量生物膜的量。
作为在已发生生物污垢的反渗透膜组件的三个反渗透膜表面上测量生物膜量的结果，每单位面积的ATP量为约1，000-2，000pg/cm2。当在反渗透膜供入水的流动下并且在实施本发明之后形成的生物膜量超过1，500pg/cm2时在装置中证实压力损失增加。
作为在长于3个月操作的某段时间中压力损失稳定改变的反渗透膜组件的5个样品反渗透膜表面上生物膜测量的结果,每个ATP量为200pg/cm2或更少。其中膜表面监控量控制在200pg/ci^或更少的装置的压力损失稳定改变。根据以上发现，发明人已得出如下原则在用ATP测量法测量生物膜的情况下将ATP量控制在200pg/cir^或更少。在一周内ATP量暂时超过200pg/cn^—天或两天的情况下，考虑通过采用在一周内将每单位面
29积生物膜形成基底材料的ATP量保持在200pg/cm2或更少五天或更多的方式控制装置操作方法来实现类似效果，并且基于所述原理可以使用上述原则。
下文中，描述了将评价结果反馈到反渗透膜过滤装置操作的方法的一个实例，但该方法并不限于此。反馈方法是适当地修正操作反渗透膜过滤装置的方法，包括在发生压力损失或渗透水减少之前改变预处理单元的操作条件和通过在反渗透膜过滤单元中提供生物膜评价设备和在脱盐过程中定量监控反渗透膜组件膜表面上的细菌量来改变反渗透膜过滤单元内的杀菌和反渗透膜组件的回收率。而且，另一种反馈方法是通过使用清洗剂化学清洗反渗透膜组件，该方法根据监控结果在停止部分或全部反渗透膜组件的过滤操作之后进行。
具体实例在基于评价结果控制反渗透膜过滤单元的杀菌条件的情况下描述。在反渗透膜过滤装置中脱盐的过程中，对通过生物膜形成评价i殳备检测的生物膜量的结果画图。在生物膜量增加并达到ATP量为处理标准200pg/cm2的情况下或在ATP量已经超过200pg/cm2的情况下，改变目前进行杀菌的条件强度，因为考虑到由目前装置中使用的杀菌条件的生物膜形成抑制效果樣吏弱。改变杀菌强度的方法的实例包括杀菌剂添加频率的改变、 一个杀菌周期的改变、添加的杀菌剂的浓度的改变、杀菌剂类型的改变等等，并且这些改变可单独或组合进行。在与处理标准200pg/cn^相比ATP量非常低，即20pg/cn^或更少的情况下，可以减弱杀菌条件的强度或者暂时停止杀菌剂的添加，因为考虑到当ATP量非常低时杀菌条件太强以致于浪费杀菌剂。
在改变杀菌剂和杀菌方法的情况下，将在杀菌剂和杀菌方法改变之前和之后获得的结果相比较以判断在使用 一个评价设计的情况下的效果。在提供有多个评^"i殳备并且独立和同时比较和评价杀菌条件的情况下，可以更快地获得操作原则，并且该方法特别适于启动装置操作。
根据测量结果进行的生物膜量的测量和杀菌条件的改变可手动或自动进行。
基于评价结果控制反渗透膜过滤单元清洗条件采用与上述杀菌条件 控制相同的方式进行。控制操作反渗透膜过滤装置的方法的方法的其它实 例包括进水单元中进水管1的进水位置的改变、盐酸溶液添加条件的改变、 预处理单元中过滤设备的改变、絮凝分离条件的改变等等。
实施例
下文中，基于，但不限于实施例和比较例具体描述本发明。 实施例1
在装置P1中，将进行絮粉砂滤处理的海水用作原水，并且提供均由
杀菌剂入口、高压泵、直径为4英寸的交联芳族聚酰胺基反渗透膜组件等 等形成的两个系统(下文称作系统A和系统B)的海水脱盐试验^L备。
在系统A中，将从杀菌剂入口的下游和高压泵的上游的管道处提供的 支管处收集的评价水在流速为7.21/min下使用叶片式软管送入到生物膜形 成评^i殳备(两个内径为2.7cm且长为60cm的圆柱，两个圆柱与软管串联 连接)。在生物膜形成评价设备中，装入作为基底材料的用于反渗透膜组件 的反渗透膜，并且将反渗透膜切成4-4.5cm用以采样，所述采样两周一次 进行以进行反渗透膜上生物膜量的ATP测量。
杀菌剂X从杀菌剂入口处一周一次添加一小时以杀菌。在系统B中， 不提供生物膜评价i殳备，并且采用与系统A相同的方式进行杀菌。
将4更携式分析设备Lumitester(注册商标)C-IOO(Kikkoman Corp.的产 品)和专用的试剂盒CheckLite 250 Plus(Kikkoman Corp.的产品)用于ATP 测量。将进行高压釜处理(在121。C下15分钟)处理的Pippetman (注册商 标)(Gilson的产品，lOOOjil和20(HU)和基片用于配制样品和试剂，并且将 用于测量的Lumitube(注册商标)(Kikkoman Corp.的产品，3 ml)用作配制 和测量的容器。将基片和管在使用之后处理掉。切割后的反渗透膜上生物膜量的ATP测量采用下述方式进行。反渗透 膜表面上的沉积物通过使用杀菌棉签擦拭沉积物并且随后将沉积物悬浮 在1 ml蒸馏水(Otsuka Pharmaceutical Co.， Ltd.;注射用；20ml/个样品) 中收集。切割反渗透膜表面的一半，约15cm2，使用一个棉签擦拭。在生 物膜用棉签擦拭之后，在三个测量管(Lumitube(注册商标)(Kikkoman Corp.的产品，3 ml))的每一个内配制lml蒸馏水(Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd.;注射用；20ml/个样品)以便悬浮3个梯度。将用于擦拭生物膜 的棉签在第一个管中浸渍到lml水中1-2分钟，随后仔细搅拌获得悬浮液， 并且随后将棉签在第二和第三个管中浸渍并搅拌以制备三个等级的悬浮 液。
在将lOOpl每一种制备的悬浮液在用于测量的另一个Lumitube(注册 商标)中配制之后，向其中添加100nlATP试剂，并且在20秒之后，向其 中添加100nl发光的试剂以通过使用Lumitester(注册商标)测量发光度。而 且，从约900^1每种剩余的悬浮液中分离出约200jd,从其中分离出10(HU 用以发光度测量，并且每种悬浮液的电导率通过使用小型电导仪Twin CondEG画173(HORlBA， Co., Ltd.的产品)测量。
在测量结束之后，盐浓度由三个梯度的悬浮液的没哟中的电导率计
式计算。然后，基于ATP浓度与发光度的关联公式，计算ATP浓度。将 三个梯度的悬浮液的ATP量加和以计算样品沉积物中的总ATP量。用ATP 总量除以擦拭面积，检测到每单位生物膜形成基底材料表面的ATP量。测 量通过使用11=2进行，并且计算平均值。
对于设备启动之后约1个月而言，在系统A和B的每一个中压力损失 均未增加，并且反渗透膜过滤操作稳定进行。在三次连续检测的每一个中 系统A的生物膜评价单元上提供的表面上的ATP浓度为约100 pg/cm2, 并且在经过1.5个月之后ATP浓度开始急剧增加至250 pg/cm2、340 pg/cm2 和480 pg/cm2 。
32因此，在系统A中杀菌剂X—天一次一小时以加强杀菌条件。由于在 系统B内压力损失未增加，因此不改变系统B中的杀菌条件。
系统A的杀菌条件改变约1个月之后，系统B的压力损失开始增加最 终引起的压力损失变化为0.5MPa。在压力损失增加的过程中，系统A中 的压力损失恒定变化并且未增加。生物膜沉积量为200pg/cii^或更少。
实施例2
本发明在由杀菌剂入口、高压泵、直径为4英寸的交联芳族聚酰胺基 反渗透膜组件等等形成的装置P2中实施，其中将进行絮^/压缩浮选过滤 处理和砂滤处理的海水用作原水。使评价水在2L/min下从在杀菌剂入口 的下游提供的支管流向生物膜形成评介没备A(内径为1.4cm且长为60cm 的圆柱)中。使评价水在2L/min下从在高压泵的上游处提供的支管流向生 物膜形成评价i殳备B(内径为1.4cm且长为60cm的圆柱)中。在每一个生物 膜形成评价设备中，装入作为基底材料的用于反渗透膜组件的反渗透膜， 并且将反渗透膜切成4-4.5cm用以采样，所述采样一周一次进行以进行反 渗透膜上生物膜量的ATP测量。ATP测量采用与实施例1相同的方式进 行。杀菌剂X从杀菌剂入口处一周一次添加一小时以杀菌。
作为操作37天的结果，杀菌剂入口上游处提供的生物膜形成评^H殳备 A中的生物膜沉积量为2.5 pg/cm2、 24 pg/cm2、 67 pg/cm> 136 pg/cm2。 杀菌剂入口下游处提供的生物膜形成评价设备B中的生物膜沉积量为2 pg/cm2、 22 pg/cm2、 11 pg/cm2和46 pg/cm2。考虑到生物膜形成评^H殳备 B中沉积量在较^(氐水平下改变这一事实，已证实添加杀菌剂Xjuyou生物 膜沉积抑制的效果。该操作进一步继续约2个月，并且膜组件的压力损失 恒定改变以使得能够稳定操作装置直至操作停止。
实施例3
本发明在由杀菌剂入口、高压泵、直径为4英寸的交联芳族聚酰胺基反渗透膜组件等等形成的装置P3中实施，其中将进行砂滤处理的海水用 作原水。使评价水在5.5L/min下从在高压泵的上游处流动并且从杀菌剂入 口的上游和下游处的管道处提供的支管流向生物膜形成评价设备A(水在 杀菌剂添加位置的上游处取出)和生物膜形成评^i殳备B(水在杀菌剂添加 位置的下游处取出)的每一个中。在每一个生物膜形成评^i殳备中，使用内 径为2.7cm且长为60cm的圆柱作为流动容器。杀菌剂X从杀菌剂入口处 一周一次添加并且添加30分钟，但是，由于一个月内膜组件的压力损失的 增加超过0.2MPa,必须经常清洗反渗透膜组件。
使用Teflon(注册商标)环作为基底材料，并且将两个Teflon(注册商标) 环一周一次取出以进行Teflon(注册商标)环表面上生物膜量的ATP测量。
作为操作50天的结果，生物膜形成评^i殳备A中的生物膜沉积量为 3卯pg/cm2、 912pg/cm2、 1，237pg/cm2和2，719pg/cm2。杀菌剂流入的生物 膜形成评价设备B中的生物膜沉积量为lllpg/cm2、784pg/cm2、l，4^pg/cm2 和3，228pg/cm2。
因为考虑到杀菌剂X的强度微弱，因而杀菌剂添加的频率增加到一周
两次，从而与不添加杀菌剂x的系统相比添加杀菌剂x的系统中生物膜形
成速度增加约20%。
根据上述结果，要考虑添加杀菌剂X不具有生物膜沉积抑制的效果或 更可能使装置操作不稳定。
根据上述结果，操作采用装置的反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件如 浸渍到清洗剂B中一整夜得以清洗的方式改变。在改变之后，其中进行如 化学清洗一样的操作的生物膜形成评价设备B中的生物膜量保持在 200pg/cm2或更少，并且反渗透膜组件的压力损失降低并且随后恒定改变。
实施例4
本发明在由杀菌剂入口、高压泵、直径为8英寸的交联芳族聚酰胺基 反渗透膜组件等等形成的装置P4中实施，其中将进行微过滤处理的海水
34用作原水。并未向所述装置中添加杀菌剂。
使评价水在2L/min下从在高压泵的上游处提供的支管流向生物膜形 成评价设备A并且从反渗透膜未渗透水的管线上提供的支管流向生物膜形 成评^^H殳备B。作为生物膜形成评价设备A和B的每一个的流动容器，使 用由聚碳酸酯制备并且内径为1.4cm且长为60cm的圆柱。
装入类型与用于反渗透膜組件相同的反渗透膜作为生物膜形成基底 材料，并且将反渗透膜切割8-9cm用于采样，所述采样一月一次进行以在 反渗透膜表面上通过ATP测量进行生物膜量的测量，所述ATP测量以与 实施例1相同的方式进^f亍。
作为操作120天的结果，生物膜形成评^H殳备A中的生物膜沉积量为 0.6pg/cm2、 0.7pg/cm2、 14.2pg/cm2和71pg/cm2。在生物膜形成评^H殳备A 中分散生物膜的三个梯度悬浮液的盐浓度为0.05%-0.1%，并且沉积量通 过由于盐浓度的抑制速率的转化计算。
生物膜形成评价i殳备B中的生物膜沉积量为0.6pg/em2、 5.7pg/cm2、 78pg/cm2和85pg/cm2。在生物膜形成评^i殳备B中分歉生物膜的三个梯度 悬浮液的盐浓度为0.2%-0.5%。在操作过程中，反渗透膜组件的压力损失 稳定地改变而不增加，并且装置能够稳定操作。
作为生物膜形成评^H殳备A和B的结果，考虑可以实现稳定的装置操 作而不改变包括杀菌剂添加的操作条件，并且不进行操作控制。现实中， 装置稳定操作另外一个月。
尽管已详细并且根据其具体实施方案描述本发明，本领域技术人员显 然可以进行各种改变和改性，而不背离其精神和范围。
本申请基于2006年9月25日提交的日本申请2006-259286，将其全 文引入以作参考。本文引用的全部参考文献均全文引入。
工业实用性
本申请提供了适用于通过采用反渗透膜使海水和盐水脱盐获得新鲜的水或通过纯化经处理的污水、经处理的废水和工业废水获得可再次使用 的水的操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤装置。
权利要求
1、一种操作按所述顺序具有原水进水单元、预处理单元和具有反渗透膜组件的反渗透膜过滤单元的反渗透膜过滤装置的方法，所述方法包括在反渗透膜供入水和/或在反渗透膜过滤单元中的反渗透膜未渗透水以等于反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件中的未渗透水的线性速度的线性速度流动的条件下放置生物膜形成基底材料；以一天一次至六个月一次的频率在生物膜形成基底材料上评价生物膜的量；和基于评价结果控制操作反渗透膜过滤装置的方法。
2、 权利要求l的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中生物膜形成基底材料是用于反渗透膜过滤装置中的反渗透膜。
3、 权利要求2的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中在生物膜形成基底材料的表面上的生物膜的量这样地评价，即将尺寸为内径D或更小并且高为H或更小的反渗透膜以弯曲的方式放置在内径为D且高为H的圆柱形流动容器中，将过滤过程中面向原水的表面定向为内侧，并且沿圆周的方向通过物理回弹切割固定在圓柱形流动容器内的部分反渗透膜。
4、 权利要求1的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中对反渗透膜过滤装置的操作方法的控制是对反渗透膜过滤单元的杀菌条件或清洗条件的控制，并且生物膜形成基底材料在类似控制条件下处理。
5、 权利要求1的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中生物膜的量基于ATP(腺苷-5，-三磷酸)评价。
6、 权利要求5的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中控制装置操作方法以便获得每单位表面ATP的量为200pg/cm2或更少。
7、 权利要求5的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中该方法是通过ATP测量方法评价在盐浓度为3%或更多的原水中形成的生物膜的量的方法，所述方法包括(a) 使收集自生物膜形成基底材料的生物膜悬浮在纯水中；(b) 通过使用荧光素酶反应对(a)的悬浮液的发光度定量；(c) 测量(a)的悬浮液的盐浓度；(d) 通过使用在使用荧光素酶反应的定量体系上施加的盐浓度抑制的相关方程、不存在抑制情况下ATP浓度和发光度的相关方程和(b)和(c)的结果计算(a)的悬浮液的ATP的量；(e) 通过使用收集的生物膜形成表面的面积、悬浮的纯水的液体体积和由(d)获得的(a)的悬浮液中ATP的量的结果计算每单位面积ATP的量。
8、 一种按所述顺序具有原水进水单元、预处理单元和具有反渗透膜组件的反渗透膜过滤单元的反渗透膜过滤装置，其包括用于使供入水流动的在反渗透膜过滤单元中的第 一反渗透膜组件的上游的支管和/或用于使反渗透膜未渗透水流动的在反渗透膜过滤单元中的反渗透膜组件的下游的支管；连接到导管的下游的流动容器；和连接到流动容器的上游或下游的流动速率调节阀；其中在反渗透膜过滤单元中使用的反渗透膜在以等于反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件中未渗透水的线性速度的线性速度的水流下作为生物膜形成基底材料包含在流动容器中。
9、 权利要求8的操作反渗透膜过滤装置的方法，其中将尺寸为内径D或更小并且高为H或更小的反渗透膜以弯曲的方式放置在内径为D且高为H的圆柱形流动容器中，将过滤过程中面向原水的表面定向为内侧，并且沿圆周的方向通过物理回弹切割固定在圆柱形流动容器内的部分反渗透膜。
10、 权利要求8的反渗透膜过滤装置，其用于使海水脱盐。
全文摘要
本发明的目的是提供一种操作反渗透膜过滤装置的方法和反渗透膜过滤装置，所述方法使得能够在反渗透膜过滤装置中高度可靠、高度敏感、合理、快速和方便地操作，包括杀菌剂的添加、化学清洗、预处理等。为此，本发明提供了一种操作包括按所述顺序原水进水单元、预处理单元和具有反渗透膜组件的反渗透膜过滤单元的反渗透膜过滤装置的方法，该方法的特征在于，在反渗透膜供入水和/或在反渗透膜过滤部件中反渗透膜未渗透水以等于反渗透膜过滤单元的反渗透膜组件中未渗透水的线性速度的线性速度下流动的条件下提供生物膜形成基底材料；在一天一次至六个月一次的频率下在生物膜形成基底材料上评价生物膜的量；和基于评价结果控制操作反渗透膜过滤装置的方法。具体地说，作为生物膜形成基底材料，使用用于反渗透膜过滤装置中的反渗透膜。
文档编号B01D61/12GK101522292SQ200780035549
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月25日
发明者伊藤世人, 北出有, 植村忠广, 间谷圣子 申请人:东丽株式会社