膜分离装置、膜分离装置的运转方法及使用膜分离装置的评价方法

专利名称：膜分离装置、膜分离装置的运转方法及使用膜分离装置的评价方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分离装置、该装置的运转方法及使用该装置的评价方法，该膜分离装置具有分离膜模块(以下有时记载为运转模块)和膜面评价(分离膜的表面的评价)用的辅助模块，该分离膜模块使用了用于从供给流体至少得到透过流体的分离膜。
背景技术：
膜分离装置具有逆渗透膜或超滤膜等分离膜，通过分离膜的膜分离作用能够将气体或液体等各种流体过滤分离(膜分离)。例如，通过逆渗透膜装置，能够将咸水或海水脱盐而淡水化、能够使用工业用水制造纯水或超纯水(例如，参照专利文献I)。在这样的膜分离装置中，流体中存在的有机物、无机物、菌类等，有时会随着时间而作为水垢或生物膜堆积于分离膜的表面，从而污染(fouling)膜面,使膜性能(分离膜的膜分离作用)劣化。为了应对这样的问题，分离膜的清洗是有效的。一直以来，基于经验、膜分离前后的数据而进行:使用碱溶液等进行的化学清洗，或沿与运转时的方向相反的方向使供给流体流动的逆清洗等物理清洗。近年来，提出了如下的技术:通过区别于运转模块而在运转系统以外设置小型的辅助模块并监视辅助模块中的膜面状态，而不停止运转模块就掌握膜面状态，并据此决定运转模块中的分离膜的物理清洗或化学清洗的时机(例如，参照专利文献I 3)。并且，在运转模块中的分离膜的膜分离作用通过清洗无法充分恢复等情况下，有时更换分离膜。但是，通过监视辅助模块中的膜面状态，很难充分掌握运转模块的膜面状态(特别是作为细菌由来的膜面生物膜的形成)。也就是说，通过辅助模块，很难辨别适当的清洗及更换时期。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-253953号公报专利文献2:日本特开平10-286445号公报专利文献3:日本特表2009-524521号公报

发明内容
发明要解决的问题本发明的目的在于提供一种膜分离装置，其具有分离膜模块和区别于分离膜模块、作为用于监视分离膜的膜面状态的模块的辅助模块，该膜分离装置通过辅助模块能够以良好的精度掌握分离膜模块的膜面污染；本发明的目的还在于提供一种可使分离膜模块稳定工作的膜分离装置的运转方法、以及使用膜分离装置的评价方法。用于解决问题的手段本发明提供一种膜分离装置，其具有:分离膜模块，从供给流体至少生成透过流体；和至少一个辅助模块，具有由与上述分离膜模块的分离膜的材料相同的材料构成的分离膜，其中，在上述辅助模块的上述分离膜中的被提供供给流体侧的表面设置有堆积部件。优选在膜分离装置中设置有测量来自辅助模块的反射光强度的构件。通过测量反射光强度，能够详细推测膜面堆积物(辅助模块中分离膜的表面上的堆积物)的厚度、量、种类等。优选堆积部件是与辅助模块中的分离膜的表面接触并沿辅助模块中的分离膜的的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。并且，堆积部件也可以是覆盖辅助模块中的分离膜的表面的整个面的格子状网。并且，本发明从另外的侧面来看，提供一种膜分离装置的运转方法，其中，利用电子构件对从设置于辅助模块的摄像系统或数据取得系统得到的电子数据进行存储、分析或收发。进而，本发明再从另外的侧面来看，提供一种膜分离装置的评价方法，其中，将辅助模块的分离膜的表面的堆积部件附近的污染，与该表面的堆积部件附近以外的部位的污染进行比较评价。发明效果在本发明的辅助模块中设置有堆积部件。根据该辅助模块，能能够容易地掌握分离膜模块中的膜污染状态。即，根据本发明涉及的膜分离装置，能够以良好的精度辨别分离膜模块的适当的清洗时期及更换时期。并且，从设置于辅助模块的摄像系统或数据取得系统得到的电子数据对掌握多个运转模块的膜污染状况起到作用，并对掌握运转模块中分离膜的清洗时期及更换时期有用。并且，使用膜分离装置对辅助模块的分离膜的表面中的、堆积部件附近和其以外的部位进行比较评价，对于掌握运转模块的膜污染状况是有效的。


图1是表示本发明的膜分离装置的一个例子的结构图。图2是表示本发明的辅助模块的结构的一个例子的剖视图。图3是图2中辅助模块的立体透视图。图4是表示本发明的辅助模块的结构的其他例子的剖视图。图5是表示使用反射式共焦光学系统时的本发明的膜分离装置的测量系统的一个例子的结构示意图。图6是表示堆积部件和膜污染状态的确认位置关系的放大图。图7A是表示本发明的辅助模块中的膜污染状态的照片。图7B是表示省略堆积部件的辅助模块中的膜污染状态的照片。图8是本发明的辅助模块的分离膜的表面上KMOcnT1附近光谱的可视化分布图。图9是表示本发明的辅助模块中的透过通量的历时变化、省略堆积部件的辅助模块中的透过通量的历时变化及运转模块中的透过通量的历时变化的图表。
具体实施例方式本发明涉及的膜分离装置具有:从供给流体至少生成透过流体的分离膜模块；和辅助模块，具有由与分离膜模块所使用的分离膜材料相同材料构成的分离膜。在辅助模块的分离膜中的被提供供给流体侧的表面设置有堆积部件。另外，在以下的说明中有时将分离膜模块记载为运转模块。并且，有时将分离膜模块或辅助模块中的分离膜的表面记载为膜面或膜表面。在本发明中向分离膜模块供给的供给流体没有特别的限定，列举液体、气体、蒸汽等。但是，供给流体中膜表面污染(fouling)的主要因素物质多、在膜表面容易发生污染的情况下，能确认膜污染状态的效果(详细后述)变得显著。考虑到这种情况，本发明适用于使用咸水、海水、废水、工业用水等作为供给流体的水处理。作为膜污染的主要因素物质，列举微粒子、微生物等悬浊物质，铁、锰等的金属氧化物，碳酸钙、二氧化硅等难溶性无机物(水垢)，以及油分、残存聚合物等有机物质。特别是，由于细菌类等微生物的堆积所产生的生物膜的形成及生长根据膜面状态及流体的诸多条件而变化，考虑到一直以来预测困难，在生物膜容易形成及生长的环境下，本发明的如下效果变得显著:能够确认包含基于生物膜的膜污染状态的全体膜污染状态。分离膜模块及辅助模块中的过滤方式并未受到限定，列举不产生浓缩流体而几乎全量成为透过流体的全量过滤方式、及将供给流体分离成透过流体和浓缩流体的错流过滤方式等。而在将以辅助模块再现分离膜模块的状况作为目的的情况下，优选辅助模块中的过滤方式与分离膜模块中的过滤方式为相同过滤方式。分离膜模块及辅助模块中的分离膜只要是对供给流体进行膜分离的膜就不受到限定，列举逆渗透(RO)膜、纳滤(NF)膜、超滤(UF)膜、微滤(MF)膜等。在分离膜模块及辅助模块中供给侧的膜面上容易形成生物膜的情况下、即微生物难于透过的情况下，能够确认膜面污染的效果变得显著。从这个观点来看，可以说本发明更加适用于使用平均孔径为I μ m以下的分离膜、具体为使用RO膜、NF膜或UF膜的情况。例如，在水处理用途中，可使用的逆渗透膜没有特别的限定，能够使用公知的逆渗透膜。作为水处理用的逆渗透膜的材料，列举乙酸纤维素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯等各种高分子材料。并且，逆渗透膜也可以是这些材料适当层积而成的复合膜。例如，也可以将复合逆渗透膜作为逆渗透膜使用，该复合逆渗透膜是在无纺布基材上形成聚砜等微多孔层，并在该微多孔层的表面上使聚酰胺树脂进行界面重合而成为分离功能层。分离膜模块也可以使用如下任一形态:板框型等平膜型、管状型、中空纤维型、螺旋型、褶型等(在螺旋型的分离膜模块(逆渗透膜模块)中，一般是在压力容器中装填有一个或多个模块，但是作为螺旋型的分离膜模块，也可以使用压力容器一体型的分离膜模块)。其中，从辅助模块中分离膜的能见性及堆积部件的设置难易度的观点来看，优选辅助模块的形态为平膜状(平坦形态)。考虑该情况，平膜型、螺旋型及褶型的分离膜模块，由于平膜状的辅助模块的膜污染状态(fouling)等的再现性高这一点，可以说是适合本发明的分尚1旲t旲块。辅助模块的设置位置是使运转模块的供给流体、浓缩流体及透过流体均可向辅助模块供给的位置，只要是不会对运转模块带来不良影响并可监视分离膜状态的位置，不做特别限定。例如，在掌握运转模块的膜污染状态、决定清洗时期及更换时期的情况下，优选将辅助模块设置于被供给与向分离膜模块供给的供给流体同一成分、大致同一条件(压力等)的供给流体的位置。并且，在分析辅助模块上产生的生物膜等的情况下，优选将辅助模块设置于被供给从分离膜模块流出的浓缩流体的位置。另外，所设置的辅助模块的数量既可以是一个也可以是多个。并且，为了调整向辅助模块供给的流体的量及压力等，也可以设置阀(供给压力调节阀)、加压泵等。在本发明的辅助模块中，在平膜状的分离膜的流体供给侧(被提供供给流体的一侦U的表面设置有堆积部件。在本实施方式中，堆积部件与分离膜接触。堆积部件只要是可暂时堵住供给流体的流动、使辅助模块内的供给流体的流动产生滞留或乱流即可，该堆积部件设置于膜面的一部分或整个面上。堆积部件相对于分离膜表面形成为凸部即可，但不限定凸部的形状。例如，为了反映运转模块的膜面状态，优选该凸部由格子状网形成、格子状网覆盖整个膜面。据此，可以将格子状网的格子内的膜面状态作为到该格子状网的壁材的距离的函数进行掌握，并且可以在大范围内掌握膜面状态。进一步，如果采用与运转模块所使用的供给侧流路部件相同形状的流路部件作为堆积部件，则能够更正确地掌握膜面状态。并且，该情况下，如果事先在辅助模块进行清洗实验，则能够容易地掌握运转模块中的清洗效果。即，通过设置这样的堆积部件，能够再现与运转模块同程度的污染状态(运转模块的分离膜的流体供给侧的表面的污染(膜污染)状态)。将堆积部件设置于膜面的方法没有特别的限定，列举粘接于膜面的方法、及通过辅助模块的框架在两处以上夹持并固定的方法。特别是作为将堆积部件设置于整个膜面上的方法，优选将与分离膜几乎相同大小的堆积部件与分离膜一起由框架固定。堆积部件的材料为树脂、金属等，没有特别的限定。列举聚丙烯(ΡΡ)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰胺(PA)等树脂、天然高分子、橡胶。由于在流体中难以腐蚀、劣化或变形，而优选树脂制、特别是聚丙烯制的堆积部件。堆积部件的形状只要如上所述使向辅助模块供给的供给流体产生适当的乱流或滞留，就没有特别的限定。格子状的网是简便的堆积部件。格子状的网能够配置成覆盖分离膜的整个表面。特别是作为堆积部件的材料，如果使用与分离膜模块所使用的供给侧流路部件的材料相同的材料，则辅助模块的、分离膜模块中的供给流体的流动的再现性提高，因此优选使用。堆积部件的尺寸并没有特别的限定。堆积部件沿辅助模块中分离膜的厚度方向的厚度为例如0.1mm以上、例如5mm以下左右,优选0.3mm以上、优选2mm以下。该厚度过大则流路的遮蔽效果变得过大，而产生在分离膜中流体的流动容易到达的部分和流体的流动难以到达的部分，因为膜污染有偏向膜面的一部分发生的情况，因此设置有堆积部件的情况和不设置堆积部件的情况之间的膜面状态的差异变大，故而不推荐。如果过小，则辅助模块的流路中的乱流及滞留效果变得不充分，运转模块和辅助模块之间的膜面状态的差异变大而不推荐。本发明中的辅助模块包括供给流体的流入口、透过流体的流出口、分离膜、分离膜上的堆积部件及将它们收容的容器即可。容器优选构成耐压的密闭空间。在透过流体的流出口和分离膜之间也可以设置透过侧流路部件。而在构成错流式辅助模块的情况下，需要浓缩流体的流出口。并且，辅助模块优选具有能耐得住流体的供给压力的耐压结构。从这个观点来看，优选在辅助模块中各构成部件间以及模块和其他器具的连接部分适当使用橡胶制O型环，将辅助模块内的流路密闭。可产生的辅助模块内的压力也取决于流体及分离膜，例如为0.1 IOMPa左右，将辅助模块用于海水淡水化等的情况下为1.5 IOMPa左右。即，优选辅助模块的结构为能耐得住IOMPa左右的压力的结构。为了掌握本发明的辅助模块适用于水处理系统等时的效果，优选设置可评价辅助模块中膜污染状态的评价构件。作为评价构件列举:可通过目测或显微镜直接观察、图像摄影、取得图像以外的数据等评价的评价构件。特别是在本发明中，优选使用测量辅助模块的膜面中的反射光强度的评价构件。通过使用测量反射光强度的评价构件，不染色就使得评价由细菌类形成的生物膜变得容易，从而能够提高评价的精度。作为这样的评价构件，列举反射式共焦光学系统的装置。反射式共焦光学系统的装置通过调整入射光源、半反射镜等中的反射条件、受光元件等受光部分的检测设备，而能够在各种条件下简便地使用。作为通过目测或显微镜直接观察辅助模块中膜污染状态时的观察方法，列举:使对辅助模块的供给流体暂时停止而以分批方式观察的方法，及将容器整体或一部分以透明材料构成而在线(in-line)观察的方法。在两者的情况下，也能够在辅助模块内注入染色剂等可视化剂而使得膜污染状态成为可识别的状态。通过在线观察的方法，能够根据辅助模块的膜污染状态的观察，即时地掌握运转模块的膜污染状态。作为适于辅助模块的膜污染状态观察的显微镜，列举上述的反射式共焦光学显微镜等共焦光学显微镜、荧光显微镜、激光显微镜。染色剂及染色剂的添加方法不限于市售(公知)的物质及方法。根据确认对象(染色对象)适当设定所使用的染色剂及所采用的检测方法即可。作为针对有机物的染色齐IJ，列举甲苯胺蓝、阿尔新蓝(均为和光纯药工业(和光純薬工業)制)。作为针对无机物的染色剂，使用对该各个物质呈现吸附性的染料等即可。作为针对细菌类的染色剂，列举氯化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))。对于这样的细菌类,代替染色剂,也可以通过添加酶底物等使其发色或发光，据此可确定菌种。并且，如果配合根据染色剂进行的源于有机物的膜污染评价，使用分光测色计或分光光度计等根据来自辅助模块膜面的反射光的测量(详细见后述)进行膜污染全体的评价，则能够掌握成为膜污染原因的堆积物中源于有机物的成分的分布及比例。染色剂例如通过泵从染色剂的存储槽向供给流体的流入口供给。注入染色剂的时间任意，可以使用时常添加或间歇添加、只在发生异常的情况下添加的方法。在线观察辅助模块中的分离膜时，考虑了使容器的一部分由透明材料构成、例如在容器的主体(辅助模块外壁)上安装由透明材料构成的部件(透明窗)而构成，此时只要在面对辅助模块中分离膜的被提供供给流体侧的表面的位置上设置透明窗即可。使容器的一部分由透明材料构成时的容器的具体结构并没有特别的限定，可以考虑在辅助模块外壁上以可拆装的方式安装透明窗。如果设置这样的透明窗，则能够在线观察辅助模块中的膜面，并且在使用显微镜的观察中，能够拆下透明窗并在显微镜上安装有浸水镜头的状态下观察辅助模块中的膜面。通过该方式的显微镜，能够省略源于透明窗的镜头的像差校正。作为将透明窗安装于辅助模块外壁的方式，可以举出抒入方式、滑动方式、嵌入方式等。采用拧入方式的情况下，例如在辅助模块外壁上设置内螺纹部、并在透明窗上形成外螺纹部。并且，在内螺纹部和外螺纹部螺合的状态中，优选辅助模块外壁和透明窗的外螺纹部在辅助模块外壁的内侧处于同一面。采用滑动方式的情况下，例如在辅助模块外壁上设置可插入透明窗的开口部(例如，在沿分离膜的方向开口的开口部)、并将透明窗插入该开口部即可。并且，也可以在辅助模块中设置提供用于插入透明窗的动力的发动机。采用嵌入方式的情况下，例如在辅助模块外壁上设置可嵌合透明窗的开口部(例如在垂直于分离膜的方向开口的开口部)、并将透明窗嵌入该开口部即可。
并且，辅助模块也可以具有多个透明窗。例如能够在辅助模块外壁中供给流体的流入口侧和供给流体的流入口的相反侧设置透明窗。有如下趋势:在供给流体的流入口侧容易堆积生物膜，在供给流体的流入口的相反侧容易堆积水垢。即，根据这样的结构，能够通过设置于供给流体的流入口侧的透明窗良好地观察生物膜，通过设置于与供给流体的流入口的相反侧的透明窗良好地观察水垢。通过图像摄影进行膜面评价的情况下，例如将辅助模块的一部分或全部由透明材料构成、并且作为评价构件使用市售的照相机或摄像机等的摄像系统即可。摄像系统既可以是移动式也可以是固定式。在本发明中使用摄像系统的情况下，优选将反射式共焦光学显微镜等反射式共焦光学系统的装置连接于摄像系统。由于根据该结构，能够省略向分离膜模块注入染色剂，所以能不更换辅助模块内的分离膜而持续地观察膜污染状态。并且，根据该结构，能够良好地检测生物膜(另外，以往不使用染色剂检测生物膜是困难的)。作为摄像系统，例如能够优选使用将各种显微镜与录像装置和/或可即时判定的判定装置组合而成的系统。特别是在本发明中观察生物膜的情况下，如日本特表2005-525551号公报中所记载的那样，通过激光扫描式共焦显微镜等共焦图像系统可检测生物膜。进而，作为构成评价构件并进行图像以外的数据取得时的数据取得系统，可以列举如下:例如利用超声波、红外线或可见光线的反射，测量反射光强度，并测量堆积物的内容或量等膜面状态的系统。例如列举:射入白色光，并测量、比较各波长中的反射光强度，从而确定或推测堆积物的种类的系统；以及，射入激光等单色光，并测量其反射强度，从而测量堆积物的有无或厚度的系统。通过使用这样的系统，扫描测量膜面，而能够得到膜面的堆积信息。此时，如果使对由数据取得系统得到的数据的异常值进行判定并通知的判定装置与数据取得系统联动，则能够使膜面异常的有无的判定自动化，因此优选。另外，判定系统也可以与摄像系统联动。为了有效活用本发明，优选适当地设定评价构件的、辅助模块内的膜面上的评价位置。使用了堆积部件的情况下，在与膜面上的堆积部件的厚度同程度的周围内(例如厚度为Imm的堆积部件的情况下，为周围Imm左右)，特别是在堆积部件中与流体供给侧相反的一侧容易堆积生物膜或水垢。即，通过对与膜面上的堆积部件的厚度同程度的周围内和在膜面上的其他部位进行比较评价的方法，能够提前判断膜面的污染及劣化。换言之，如果对辅助模块的分离膜上被提供供给流体侧的表面的堆积部件附近(例如，距堆积部件在与堆积部件的高度相等的宽度以内的区域)的污染、和该表面的堆积部件附近以外的部位的污染进行比较，则能够提前判断分离膜模块的分离膜的污染及劣化。更详细地说，将辅助模块的分离膜中被提供供给流体侧的表面划分为被堆积部件覆盖的区域即覆盖区域、和包围覆盖区域并与覆盖区域相邻的相邻区域，并进一步将相邻区域划分为比覆盖区域靠流体供给侧的流体供给侧相邻区域、和从覆盖区域看与供给流体侧相反一侧的相反侧相邻区域时，如果对流体供给侧相邻区域所堆积的堆积物的每单位面积的堆积量、和相反侧相邻区域所堆积的堆积物的每单位面积的堆积量进行比较，则能够提前判断分离膜模块的分离膜的污染及劣化。进而，优选将流体供给侧相邻区域所堆积的堆积物的每单位面积的堆积量，与相反侧相邻区域中距堆积部件在与堆积部件的高度相同的距离以内的区域即相反侧靠近区域所堆积的堆积物的每单位面积的堆积量进行比较。并且，优选膜分离装置具有可进行这样的比较的分布评价系统。从其他观点来看，使用了具有上述分布评价系统的膜分离装置的评价方法，具有通过分离膜模块中的分离膜及辅助模块中的分离膜对流体进行膜分离的膜分离工序、和通过分布评价系统来评价辅助模块的分离膜中的污染的评价工序，根据使用膜分离装置的评价方法，能够提前判断分离膜模块的分离膜的污染及劣化。并且，也可以对从设置于辅助模块的摄像系统或数据取得系统得到的电子数据，经由计算机或收发装置等电子构件进行存储、分析或向预定的管理场所收发。据此，数据的存储变得容易，并且可进行实时的更适当且正确的判断。例如，如果膜分离装置具有存储电子数据的存储装置，则能够容易地存储电子数据，如果具有分析电子数据的分析装置，则能够实时地分析膜污染状态，如果具有收发电子数据的收发装置，则能够由外部装置评价膜污染状态。即，优选膜分离装置具有:制作从设置于辅助模块的摄像系统或数据取得系统得到的电子数据的电子数据制作装置；和从存储电子数据的存储装置、分析电子数据的分析装置、收发电子数据的收发装置及收发电子数据的收发装置中选择的至少一种装置。另外，也可以在分析装置上搭载分布评价系统。并且，从其他观点来看，作为具有上述装置的膜分离装置的运转方法，优选实施具有如下工序的膜分离装置的运转方法:膜分离工序，通过分离膜模块中的分离膜及辅助模块中的分离膜对流体进行膜分离；数据制作工序，通过摄像系统或数据取得系统，制作与辅助模块中分离膜的被提供供给流体侧的表面的膜污染状态(fouling)相关的电子数据；以及从通过存储装置存储电子数据的存储工序、通过分析装置分析电子数据的分析工序及通过收发装置收发电子数据的收发工序选择的至少一种工序。以下，对于使用逆渗透膜模块作为分离膜模块的实施例，基于附图进行详细说明，但本发明并不限定于此。实施例在实施例中，如图1所示构成膜分离装置。该膜分离装置中，给水F的一部分(大部分)通过流路引导至逆渗透膜模块(分离膜模块)1，通过膜分离而分离为透过水T1和浓缩水Cf给水F的另一部分(小部分)引导至辅助模块2，通过膜分离而分离为透过水T2和浓缩水C2。在膜分离装置的流路中，设置有用于产生给水F的流动的加压泵6及调整引导至辅助模块2的给水F的流动(量、压力等)的阀(供给压力调节阀)5。 逆渗透膜模块I为错流过滤方式的模块，通过将7根作为螺旋型RO膜元件的ES20串联地装填到压力容器内而构成。另外，ES20中的逆渗透膜是具有分离功能层的复合逆渗透膜，该分离功能层如下得到:在PET无纺布基材上形成聚砜微多孔层，并在其表面用以间苯二胺和均苯三酸氯化物为主材料的溶液进行界面重合而得。该复合逆渗透膜是通过在有孔中空管的周围将透过侧流路部件和供给侧流路部件以层积的状态卷绕并由端部及外壳固定，从而构成螺旋型RO膜元件。作为给水F，使用了以逆渗透膜能够处理程度施加了前处理的水。具体地说，使用了将食品加工工厂所使用的、用完的废水用过滤器投入到纯水罐内，并在常温下培养了 I周的实验废水。该实验废水的内容微生物的总菌数为5X104cell/ml、活菌数为3X 104cell/mL.将该实验废水作为给水F，用加压泵6施加1.5MPa的压力而向逆渗透膜模块I及辅助模块2供给。并且，通过开关阀5控制向辅助模块的实验废水的供给。作为辅助模块2，制作如图2及图3所示的模块(另外，为了附图便于理解，在图3中省略透过侧流路部件24)。辅助模块外壁21由丙烯酸树脂及有机硅橡胶所构成的O型环构成。堆积部件22、逆渗透膜23及渗透侧流路部件24以层积的状态收容于辅助模块外壁21内。逆渗透膜23使用与逆渗透膜模块I中的复合逆渗透膜相同的膜，设置成使堆积部件22侧为分离功能层。透过侧流路部件24使用与逆渗透膜模块I中的透过侧流路部件相同的流路部件。堆积部件22使用与构成逆渗透膜模块所使用的供给侧流路部件的聚丙烯制格子状网(交点角度90°、交点间长度4mm、厚度0.9mm)相同的网。并且，在辅助模块外壁21的上表面上设置有透明窗25。并且，在能够经由透明窗25观察膜污染的位置上，设置有将数码摄像机连接到反射式共焦光学显微镜(卡尔蔡司公司(Carl Zeiss)制、LSM700)的摄像系统3。在图5中表示将摄像系统3连接于辅助模块2而构成的本实施例的光学系统(反射式共焦光学系统)。从光源37照射而来的光通过半反射镜35向辅助模块2的方向反射，经过物镜36而在逆渗透膜23的表面上(正确地说是逆渗透膜23上的堆积物)对焦而成像。来自逆渗透膜23的表面的反射像通过物镜36、半反射镜35，并从成像透镜34经过针孔板(pinhole panel) 33到达受光元件32。据此,得到堆积物的图像数据。在本实施例中，该图像数据由与受光元件32连接的图像处理装置31分析。更具体地说，通过摄像系统3观察了图6所示的A、B、C三点的堆积物。位置A在靠近给水流入口一侧，距最近的堆积部件0.5mm的位置(在实验废水流动的方向上距格子状网的交点0.5mm的位置)。位置C相反在远离给水流入口一侧,距最近的堆积部件0.5mm的位置(在与实验废水流动的方向相反的方向上距格子状网的交点0.5mm的位置)。位置B在距任一堆积部件都较远的位置。并且，图6中的箭头表示实验废水的流动方向。对从运转膜分离装置开始经过I周后的逆渗透膜表面及堆积物进行拍摄而得到的照片如图7A所示。如图7A所示，在位置A上能看到很多认为是生物膜的堆积物，位置B及位置C上堆积物少。并且，使用省略堆积部件的辅助模块进行同样的实验，同样地拍摄。拍摄到的照片如图7B所示。在图7B中，可发现整个膜面上均匀地堆积有生物膜。接着，使用可进行FT-1R测量的FT-1R测量器(Varian公司制，FTS-7000S)，观察从运转膜分离装置开始经过2周后的逆浸透膜23上的堆积物。具体地说，对通过逆浸透膜23上的堆积物的FT-1R测量得到的KMOcnT1附近光谱进行可视化图像处理。在图8中表示放大了堆积部件周边的分布的图像(2.5mm见方)。FT-1R测量中的KMOcnT1附近光谱源于多糖类。即，在图8中，细菌来源的污染附着量以颜色(浓淡)分布表示。据此可发现细菌来源的污染从堆积部件的壁材来看分布于与流体供给侧相反的一侧。另外，图8中的箭头表示实验废水的流动方向。并且，关于具有堆积部件23的辅助模块2、省略堆积部件23的辅助模块及逆渗透膜模块1，各自测量了透过通量(Flux)保持率(时刻t时的透过通量/初期(t=0)时的透过通量X 100)。图9是表示各Flux保持率的时间的变量的图表(横轴为经过时间(h)、纵轴为Flux保持率(%))。根据图9，省略堆积部件23的辅助模块的Flux保持率S2的下落率(Flux保持率的减少量/经过时间)为逆渗透膜模块I的Flux保持率M的下落率的1.8倍以上，很大。另一方面，具有堆积部件23的辅助模块2的Flux保持率SI的下落率为逆渗透膜模块I的FlUX保持率M的下落率的1.1倍以内。从该结果可推测出本发明的辅助模块的、运转模块的膜面再现性高。另外，根据本实施例的结果，即使代替图2及图3所示错流方式的辅助模块2，而使用图4所示的具有断续设置的堆积部件22的全量过滤方式的辅助模块2的情况下，也可以预料到堆积部件22附近的生物膜等堆积物的堆积得到促进。并且，如图1所示的那样，本实施例的膜分离装置以如下的方式构成:具有染色剂罐4，从染色剂罐4延伸的流路连接于向辅助模块的给水F的供给流路，通过开关该流路的开关阀5，能够任意供给给水F和染色剂。根据本实施例的结果，即使使用染色剂的情况下，也能够与本实施例同样地评价堆积物(污染)。并且，使用染色剂的情况下，能够评价与染色剂相应的染色对象，因此能够适当的评价该染色对象。符号说明I 逆渗透膜模块2 辅助模块3 摄像系统4 染色剂罐5 开关阀6 加压泵21辅助模块外壁22堆积部件23逆渗透膜24透过侧流路部件25透明窗31图像处理装置32受光元件33针孔板34成像透镜35半反射镜36 物镜37 光源
权利要求
1.一种膜分离装置，包括:分离膜模块，从供给流体至少生成透过流体；和至少一个辅助模块，具有由与上述分离膜模块的分离膜的材料相同的材料构成的分离膜，其中， 上述辅助模块的上述分离膜中的被提供供给流体侧的表面设置有堆积部件。
2.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，设置有测量来自上述辅助模块的反射光强度的构件。
3.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是与上述表面接触并沿上述辅助模块中的上述分离膜的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。
4.根据权利要求2所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是与上述表面接触并沿上述辅助模块中的上述分离膜的厚度方向具有0.1mm以上的厚度的凸部。
5.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是覆盖上述表面的整个面的格子状网。
6.根据权利要求2所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是覆盖上述表面的整个面的格子状网。
7.根据权利要求3所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是覆盖上述表面的整个面的格子状网。
8.根据权利要求4所述的膜分离装置，其中，上述堆积部件是覆盖上述表面的整个面的格子状网。
9.一种膜分离装置的运转方法，是权利要求1-8的任一项所述的膜分离装置的运转方法，其中， 利用电子构件对从设置于上述辅助模块的摄像系统或数据取得系统得到的电子数据进行存储、分析或收发。
10.一种使用了膜分离装置的评价方法，使用了权利要求1-8的任一项所述的膜分离装置，其中， 将上述辅助模块的上述表面的上述堆积部件附近的污染，与上述表面的上述堆积部件附近以外的部位的污染进行比较评价。
全文摘要
通过辅助模块以良好的精度掌握分离膜模块的膜面污染。本发明的膜分离装置包括分离膜模块(1)，从供给流体至少生成透过流体；和至少一个辅助模块(2)，具有由与分离膜模块(1)的分离膜的材料相同的材料构成的分离膜(23)。在辅助模块(2)的分离膜(23)中的被提供供给流体侧的表面设置有堆积部件(22)。
文档编号B01D65/00GK103180034SQ20118005093
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者小林显太郎, 小西贵久, 小泓诚, 丸山幸治, 难波真季子 申请人:日东电工株式会社