(57)【要約】  逆浸透（ＲＯ）ユニットにおけるＲＯ膜を監視する監視システムおよび方法は、ＲＯ膜の表面上の鉱物塩結晶の生成を検出することができる。この監視システムは、ＲＯユニットへの供給流、またはＲＯユニットからの濃縮流のいずれかから取り込まれたサンプル流を受け入れるように、ＲＯユニットに結合された逆浸透監視セルを含んでいる。この逆浸透監視セルは、目視観察可能なＲＯ膜を有しており、この目視観察可能なＲＯ膜は、目視観察可能なＲＯ膜の画像を生成および収集し、画像データ信号をデータ処理システムに伝達する撮像システムで見ることができる。データ処理システムは、画像データ信号を表示用の視覚的な画像に変換し、画像データ信号内のデータとＲＯユニット内のＲＯ膜に関するスケーリング状態との相関関係を求めるように動作する。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透（ＲＯ）膜を有するＲＯユニット内で膜スケーリングを監視する監視システムであって、
前記ＲＯユニットが供給流を受け入れ、濃縮流を排出するものであり、
当該監視システムが、
目視観察可能なＲＯ膜を有する監視セルであり、前記監視セルが、前記ＲＯユニットの前記供給流または前記濃縮流のいずれからのサンプル流を受け入れ、前記目視観察可能なＲＯ膜の表面を横切って前記サンプル流を通し、これにより、前記サンプル流中の溶質が前記膜表面に堆積するように、前記ＲＯユニットに対して構成され配置されている、監視セルと、
撮像システムであり、（ａ）前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面の画像を捕獲し、（ｂ）前記捕獲された画像を表す画像データ信号を生成するように構成された撮像システムと、
前記画像データ信号を前記撮像システムから受け取るように、前記撮像システムに機能的に結合されたデータ処理システムであり、前記データ処理システムが、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上のスケーリング画像を提供するように動作し、前記画像が、前記ＲＯユニットの前記ＲＯ膜上のスケーリングの度合いを示している、データ処理システムと、
を備える、監視システム。
【請求項２】
前記データ処理システムが、前記画像データ信号の前記データと、前記ＲＯユニット内の前記ＲＯ膜の状態との相関を取るように動作する、請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記監視セルが、前記供給流から前記サンプル流を受け取るように、前記ＲＯユニットに対して構成され配置されている、請求項１または２に記載の監視システム。
【請求項４】
前記監視セルが、前記濃縮流から前記サンプル流を受け取るように、前記ＲＯユニットに対して構成され配置されている、請求項１または２に記載の監視システム。
【請求項５】
前記監視セルが、
前記目視観察可能な膜の前記表面を横切る流路を画定し、前記サンプル流を受け入れるように構成された前記流路への入口と、前記サンプル流に対する前記流路からの出口とを有するフローヘッドと、
前記目視観察可能な窓の前記表面を見ることができる、前記フローヘッド内の光学窓と、
前記目視観察可能な膜の前記表面の方向に光を向けるように配置された光源と、
前記光源からの光を、前記目視観察可能な膜の前記表面を横切って、前記光学窓を通って前記撮像システムに導くように構成されたミラー構成と、
を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の監視システム。
【請求項６】
前記撮像システムが、
前記光学窓を通して前記目視観察可能な膜の前記表面の画像を受け取り、前記画像から拡大像を生成するように、前記フローヘッドに対して配置された顕微鏡と、
前記拡大像を受け取るように前記顕微鏡に光学的に結合され、前記画像データ信号を生成するように動作可能なカメラと、
を備える、請求項５に記載の監視システム。
【請求項７】
前記カメラがデジタルスチルカメラである、請求項６に記載の監視システム。
【請求項８】
前記カメラがビデオカメラである、請求項６に記載の監視システム。
【請求項９】
供給流を受け入れ、濃縮流を排出する逆浸透ユニット内の逆浸透膜上の膜スケーリングを監視する方法であって、
能動供給側の表面を備えた、目視観察可能なＲＯ膜を有する、逆浸透監視セルを設けるステップと、
前記ＲＯユニットの前記供給流または前記濃縮流のいずれかから、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面を横切ってサンプル流を通すステップと、
前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上のスケーリングの存在と程度を示す、前記目視観察可能な膜の前記表面からの画像データを収集するステップと、
前記収集した画像データをデータ処理システムに伝達するステップと、
前記収集した画像データを前記データ処理システムで分析して、前記逆浸透ユニット内の前記逆浸透膜上のスケーリングの程度を決定するステップと、
を備える、方法。
【請求項１０】
前記目視観察可能な膜の前記表面から画像データを収集するステップが、（ａ）前記表面の光学画像を生成する工程と、（ｂ）前記光学画像をデジタル画像データ信号に変換する工程とを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記収集した画像データを分析するステップが、前記目視観察可能な膜の前記表面のリアルタイム画像を表示する工程を含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記収集した画像データを分析するステップが、前記収集した画像データと前記ＲＯユニット内の前記ＲＯ膜の状態との相関関係を求める工程を含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプル流を通すステップが、前記供給流からのサンプルを通す工程を含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記サンプル流を通すステップが、前記濃縮流からのサンプルを通す工程を含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
供給流を受け入れ、濃縮流を排出する逆浸透ユニット内の逆浸透膜上の膜スケーリングを監視する際に用いる、逆浸透監視セルであって、
能動供給側に第１表面を有する目視観察可能な逆浸透（ＲＯ）膜と、
前記目視観察可能な膜の前記第１表面を横切って、前記ＲＯユニットの前記供給流または前記濃縮流のいずれかからのサンプル流を導くように構成され配置されたフローヘッドと、
前記目視観察可能な膜の前記第１表面を見ることができる、前記フローヘッド内の光学窓と、
前記目視観察可能な膜の前記第１表面の少なくとも一部を横切って、および前記ウィンドウを通って光源からの光を導くために、前記目視観察可能な膜の前記第１表面に対して、構成された位置されたミラー構成と、
を備える、逆浸透監視セル。
【請求項１６】
前記フローヘッドが、前記供給流から前記サンプル流を受け入れるように構成され配置された入口を有する、請求項１５に記載の監視セル。
【請求項１７】
前記フローヘッドが、前記濃縮流から前記サンプル流を受け入れるように構成され配置された入口を有する、請求項１５に記載の監視セル。
【請求項１８】
前記目視観察可能な膜が、第２表面を備える反対側の透過側を有し、
前記監視セルが、さらに、
前記目視観察可能な膜の前記第２表面と係合する多孔質部分を有するベース部と、
前記目視観察可能な膜の前記透過側から前記多孔質部分を通って、透過物が流れ出るように、前記ベース部に配置された透過出口と、
を備える、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の監視セル。
【請求項１９】
前記多孔質部分が、前記ベース部内に、多孔質金属インサートを備えている、請求項１８に記載の監視セル。
【請求項２０】
前記フローヘッドが、前記第１表面を横切る流路を画定し、
前記ミラー構成が、前記第１表面に隣接する前記流路の両側に配置されたミラーを備えている、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の監視セル。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項（１）に基づき、２００６年１月２４日付で出願され、発明の名称が“Ｅｘ−Ｓｉｔｕ  Ｓｃａｌｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＥＸＳＯＤ）  ｆｏｒ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”である、米国特許仮出願第６０／７６１，４４７号からの優先権を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【連邦政府委託の研究開発】
【０００２】
該当なし
【発明の背景】
【０００３】
[0002]本開示は、逆浸透膜のスケーリングおよびファウリングをリアルタイム監視するシステムおよび方法に関する。
【０００４】
[0003]膜技術は、種々の液体を濾過するのに用いられる。この技術は、処理が簡単で、最小限の化学物質しか使用しなくてよく、均一で信頼性のある水質を生成するため、特に、水および廃水処理ならびに塩水脱塩に有用である。
【０００５】
[0004]膜技術は、濾過するために、種々のタイプの膜を用いてもよい。膜は、膜を通過できる粒子の大きさによって、分類される。それぞれの種類の膜技術は、マイクロ濾過、限外濾過、ナノ濾過および逆浸透に分類される。マイクロ濾過は、０．１ミクロン未満の粒子、すなわち、クリプトスポリジウムやジアルジアといった微生物を除去する。限外濾過（ＵＦ）は、０．０１から０．１ミクロンの粒子を除去する。ナノ濾過（ＮＦ）は、ほとんどの有機化合物を除去し、一方、逆浸透（ＲＯ）は、溶解塩および金属イオンを除去する。
【０００６】
[0005]近年、汽水の脱塩に、低圧逆浸透およびナノ濾過膜を利用することに関心が高まってきている。逆浸透およびナノ濾過では、溶液は、一方の側（「供給側」）で、溶質および他の不純物を拒絶し、他方の側（「透過側」）から得られる膜を通って純粋溶媒を透過させる、半透過性膜を通過する。
【０００７】
[0006]このような膜は、低い作用圧力で、高脱塩率および高流量を提供することができる。しかし、脱塩の間において、高レベルの陽イオン（例えば、カルシウムおよびバリウム）と陰イオン（炭酸塩および硫酸塩）が、膜表面近くおよび膜表面に集中する可能性がある。これらのイオンが膜表面近くおよび膜表面に集中すると、カルシウム炭酸塩（方解石）、硫酸カルシウム（石膏）および硫酸バリウム（重晶石）といった種々の難溶性鉱物塩の溶解限界を超える可能性がある。次に、これらの鉱物塩は、膜表面近くで大量に析出するか、または、膜表面上で直接結晶化される可能性がる。
【０００８】
[0007]これらイオンが膜表面の近傍に蓄積すると、「濃度分極」（ＣＰ）層と称される濃度境界層が形成される。濃度分極（すなわちＣＰ）の程度は、簡単な膜理論仮定を用いて推定されることが多い。
（１）  ＣＰ＝（Ｃｍ−Ｃｐ）／（Ｃｂ−Ｃｐ）＝ｅｘｐ（Ｊ／ｋ）
ここで、Ｃｍは、膜近くの濃度であり、Ｃｐは透過濃度であり、Ｃｂは容積濃度であり、Ｊは透過流束であり、ｋは溶質の物質移動係数である。ＣＰレベルが高い場合、膜表面近くの溶液は、種々の鉱物塩の濃度に対して、過飽和になることがある。これらの過飽和の状態は、膜表面近くおよび膜表面における表面結晶化を招く可能性がある。
【０００９】
[0008]膜表面での結晶化は、「スケーリング」と称される。膜表面上の有機物の堆積は、「ファウリング」と称される。スケーリングとファウリングは、透過流束の低下を招く可能性があり、塩の透過に悪影響を与え、最終的には、膜の有効寿命を減少させる原因となり得る。
【００１０】
[0009]膜の寿命を延ばすには、スケール形成を防ぐかまたは抑制することが重要である。スケール形成の抑制は、ｐＨ調整によって方解石のスケーリングを制御し、および防蝕剤を用いて石膏、重晶石およびシリカスケールを制御することによって、ある程度達成される。しかし、スケーリングを防止および抑制するには、スケーリングの早期検出が望ましく、これによりスケールの低減方法の最適化が実現される。同様に、汚染物質の堆積（例えばバイオフィルム）の早期検出は、ファウリングによる損傷を防止および低減するのに役立つ。
【００１１】
[0010]従来のリアルタイム監視方法および装置においては、スケーリングまたはスケーリング（またはファウリング）による損傷は、流束の低下および塩透過の監視によってのみ検知できる。有効なスケールおよびファウリング検出方法は、逆浸透動作条件において、スケールをリアルタイムで早期に検出することは不可能である。したがって、膜のスケーリングおよびファウリングを予測するのに信頼性の高い方法とは、スケーリングおよびファウリングを制御するのに重要なツールである。実験施設内に置かれているとしても、リアルタイムで膜のスケーリングを監視する装置を有することが望ましい。これによって、プラントの構造および機能を何ら大幅に調節することなく、逆浸透プラントに外部で適用ことができる。
【発明の概要】
【００１２】
[0011]上記の目的を達成するために、本明細書で開示される本発明およびその均等物（以降、「本発明」）は、逆浸透システムにおいて、逆浸透膜上のスケール堆積、特に鉱物塩結晶の堆積を監視するシステムおよび方法を提供し、このシステムでは、スケールの堆積は、スケールの堆積が形成される初期段階で検出される。本発明の１つの態様によれば、逆浸透（ＲＯ）監視セル内で逆浸透膜の表面上の特定の位置での塩結晶の成長が目視観察され、拡大して（好ましくは、種々の選択可能な倍率レベルで）記録されてもよい。開始位置の結晶化誘導時間、成長速度および表面密度が、ＲＯ監視セル内で直接、膜表面を観察することで決定されてもよい。それによって得られた画像データを用いて、ＲＯシステムにおける膜のスケーリングの開始と、膜スケーリングの瞬間状態と、スケーリングの成長速度とを決定することができる。
【００１３】
[0012]一般的に、監視システムは、目視観察可能なＲＯ膜を有するＲＯ監視セルと、撮像システムと、データ処理またはコンピュータシステムとを備える。ＲＯ監視セルは、逆浸透システム内のＲＯモジュールまたはユニットの膜チャネルへの供給流、または、その膜チャネルから生じる濃縮流のいずれかから溶液のサンプルを受け取る。監視セルは、サンプル溶液を受ける膜表面を横切る流路を画成する。流路および膜は、光学窓から観察することができる。ミラー構成が流路内に置かれ、光源（好ましくは、ＬＥＤ等の単色光源）からの１つ以上の光ビームを、膜表面を横切って、および撮像システムに導く。顕微鏡およびカメラ（写真またはビデオ）を備える撮像システムは、セルと光学的に結合され、この結果、撮像システムは、光ビームによって照射されるとき、監視ＲＯセルの膜の画像を生成および収集する。撮像システムは、データ処理システムに接続され、膜透過流束が検知できるほどに影響を受ける前に、その初期段階で膜表面上にスケーリングが形成されること明らかに示すデジタル化収集画像（画像データ）を含む信号でデータ処理システムを更新する。画像データは、リアルタイムで見られるか、または、後で見るためにコンピュータメモリに記憶されてもよい。監視セルの膜上でのスケール形成を示すこの画像データは、システムのＲＯ膜上でのスケール形成の状態と相互に関連し、それを示している。
【００１４】
[0013]別の態様においては、逆浸透（ＲＯ）システムのＲＯユニットまたはモジュール内のＲＯ膜上のスケーリング形成を監視する方法は、目視観察可能なＲＯ膜を含むＲＯ監視セルを通って、ＲＯユニットまたはモジュールの膜チャネルへの供給流、または膜チャネルからの濃縮流のいずれかからの溶液サンプルを通過させるステップと、膜の存在とスケーリングの程度を示す画像データを監視セルから収集するステップと、収集した画像データをデータ処理システムに伝達するステップと、データ処理システムを用いて収集した画像データを解釈し、ＲＯシステム内のＲＯ膜上のスケーリングに起因するスケーリングまたは損傷の程度を決定するステップと、を備えている。本発明の監視システムは、適切なセンサまたは測定器を場合により装備して、リアルタイムで、供給流および透過流の流量、ｐＨ、導電率および温度を測定することができる。これらの種類の監視から得られた情報は、膜表面撮像システムによって撮像されるとき、表面スケールの影響を分析するのに有効に利用できる。
【００１５】
[0014]さらに別の態様においては、逆浸透システムにおけるスケーリングを監視するのに用いられる逆浸透セルが提供される。逆浸透監視セルは、目視観察可能な表面を備えた能動供給側を有する逆浸透（ＲＯ）膜と、ＲＯシステム内のＲＯユニットまたはモジュールの膜チャネルへの供給流、もしくは膜チャネルからの濃縮流のいずれかからの溶液サンプルを、膜の表面に向けるよう構成され配置された流路と、膜の表面の少なくとも一部を横切って光源からの光ビームを導くための光誘導要素（例えば、ミラー配置）と、膜の表面を見ることができる光学窓とを備えている。
【００１６】
[0015]この簡単な概要は、本発明の本質を容易に理解するために提供されてきた。添付図面に関連して、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによって、本発明をより完全に理解することができる。
【００１７】
[0016]次に、図面を参照して、本発明が説明される。なお、同一の構成部品は同一の参照符号を有する。図示された実施形態は、例証を意図するものであって、本発明の範囲を限定するものではない。図面は、以下の図を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【００１８】
[0026]本発明の１つの態様においては、逆浸透（ＲＯ）システムにおける逆浸透膜上のスケール形成を監視する逆浸透監視システムが提供される。本明細書で記載される監視システムは、ＲＯシステムの供給側または濃縮側からの溶液サンプルを受け取るように構成されたフローヘッドを有し、監視している逆浸透（ＲＯ）膜を横切る流路を形成する逆浸透（ＲＯ）監視セルを備え、フローヘッドの光学窓を通して膜を見ることができる。例えば顕微鏡やカメラを備えた撮像システムが監視セルに光学的に結合され、これにより、光学窓を通してセル内のＲＯ膜の画像を捕獲し、捕獲された画像をデジタル化画像データ信号に変換して、撮像システムが機能的に結合されているデータ処理またはコンピュータシステムに送信または伝達する。コンピュータまたはデータ処理システムは、画像データを表示および／またはデータをデータベースに格納するように構成され、また画像データを解釈してＲＯシステムの膜上のスケーリングの分析を可能にするようにプログラムされている。
【００１９】
[0027]監視システムは、逆浸透システムの供給側の流れに接続されると、ＲＯシステム内のＲＯユニットまたはモジュールの膜表面における変化を、オンラインで、監視および記録することができる。オンラインで監視することによって、不可逆性の膜スケーリングの前に、予防的措置を採用することができる。不可逆性の膜スケーリングは、検査されずに放置されると、製品回収が減少し、および膜に損傷を生じることになり、この結果、塩透過を増加させる可能性がある。
【００２０】
[0028]本発明による監視システムによって、ある範囲の動作条件に対するＲＯ膜上のスケール形成の動態を調べることができる。以下の説明は、逆浸透プラントまたは設備に関するが、本発明による監視システムはまた、ナノ濾過（ＮＦ）、限外濾過（ＵＦ）およびマイクロ濾過（ＭＦ）プロセスに関連して用いられてもよい。
【００２１】
[0029]本発明による逆浸透監視システムの理解を容易にするために、逆浸透設備の全体的概略を説明する。次に、監視システムの特定の構成要素が、逆浸透ユニットの全体構造を具体的に参照して説明される。
【００２２】
[0030]図１に示されるとおり、逆浸透プラントまたは設備１００において、最初に、供給溶液または供給流１０１（例えば、塩水または汽水）が前処理システム１０２において前処理され、脱塩プロセスを妨害する粒子状物質を除去する。前処理システム１０２は、典型的には、当分野で公知の、１つ以上の微粒子フィルタまたは適切な濾過膜（図示せず）を備えていてもよい。また、ｐＨ制御、消毒およびコロイド安定化のために、供給溶液に化学添加剤を加えるユニットが設けられてもよい。
【００２３】
[0031]前処理された供給溶液は、高圧ポンプ１０４によって、１つ以上の逆浸透（ＲＯ）ユニットもしくはモジュールを備えたＲＯシステム１０６の供給側にポンプで送られる。逆浸透（ＲＯ）ユニットまたはモジュールはそれぞれ、ＲＯ膜（図示せず）の能動供給側を横切る膜チャネルを有している。供給溶液流は、高圧の膜チャネルの供給側に導かれ、膜が溶質（例えば、溶解した鉱物塩）を水から分離する。ＲＯシステム内の膜によって実行されるＲＯプロセスによって、ＲＯシステム１０６内の各ＲＯモジュールの膜チャネルの濃縮側から吸引または排出される濃縮溶液流が発生し、脱塩された液体が、各ＲＯモジュールの透過側から吸引または排出される。分離した塩を含む濃縮溶液は、ＲＯシステム１０６から濃縮処理モジュール１０８に除去される。場合により、ＲＯシステム１０６の透過側から脱塩された（淡水）が、透過処理後モジュール１１０でさらに処理されてもよい。ＲＯシステム１０６によって生成される淡水の質は、ＲＯシステム１０６内のＲＯ膜に加えられる圧力と、供給溶液内の塩の濃度と、使用される膜の種類とに依存する。
【００２４】
[0032]本明細書で開示される本発明の１つの態様およびその均等物による監視システム２００は、ＲＯシステム１０６に結合され、ＲＯシステム１０６内の１つ以上のＲＯユニットまたはモジュールの膜チャネルへの供給流、または膜チャネルからの濃縮流のいずれからサンプル流を取り込むようになっている。サンプル流は、以下に説明されるとおり、監視システム２００にポンプで送られ、監視システム２００を通るサンプル流の流れがリアルタイムで監視される。監視システム２００内で監視しているＲＯ膜上の、すべての塩の堆積または結晶形成および可能な種々の種類の汚染物堆積の画像が、リアルタイムで撮影、報告される。デジタル画像の捕獲および分析処理と共に、光学的拡大および適切な照明の組み合わせによって、結晶化境界領域における微細変化が監視される。結晶の形成に基づいて、監視システム２００は予防的措置の調節を支援して、ＲＯシステム１０６内の膜上でこのような結晶のスケールが形成または成長することを防止することができる。
【００２５】
[0033]１つの実施形態では、何らかの有意な測定可能な流束低下が報告される前に、監視システム２００は、ＲＯシステム１０６内のＲＯ膜上の鉱物塩のスケール形成に関して警告または警報を発してもよい。膜スケーリングの早期検出によって、膜の寿命を維持し、および／または延長するための対策を講じることができる。別の実施形態では、監視システムは、鉱物のスケール形成と、スケール成長速度とに関するデータを提供してもよい。
【００２６】
[0034]図２は、本発明の例示的な１つの実施形態による監視システム２００を概略的に示している。監視システム２００は、目視観察可能なＲＯ膜２１２を備えたＲＯ監視セル２１０と、撮像システム２２０とを含み、撮像システム２２０は、光学撮像装置２２２と画像捕獲装置２２４とを備えている。撮像装置２２２は、例えば、種々の倍率を備えた顕微鏡であってもよく、画像捕獲装置２２４は、例えば、デジタル写真（スチル）カメラおよび／またはビデオＣＣＤカメラであってもよい。撮像システム２２０は、画像データを含むデジタル信号を、データ取得もしくはデータ処理システム、またはコンピュータシステム２３０に送信または伝達する。データ取得もしくはデータ処理システム、またはコンピュータシステム２３０は、処理装置２３２と、ビデオ表示装置またはモニタ２３４と、有利には、データベースが格納されるメモリ（図示せず）とを含んでいる。
【００２７】
[0035]ＲＯ膜２１２は、第１の、すなわち能動供給側と、第２の、すなわち透過側とを有している。撮像装置２２２は、以下で説明されるとおり、ＲＯ膜２１２の能動供給側の表面に焦点を合わせており、撮像装置２２２からの光信号をデジタル化し、記録するよう構成された画像捕獲装置２２４に光学的に結合されている。画像はデジタル化された画像データ信号でコンピュータシステム２３０に送信または伝達され、表示装置２３４上でリアルタイムに観察され、および／またはさらなる分析のためメモリ内に格納される。このように、撮像システム２２０は膜２１２のリアルタイム静止画像または動画を監視、形成して、この画像をコンピュータシステム２３０に送信する。高解像度画像が、リアルタイムで観察され、分析されるか、または予めプログラムされた時間間隔で捕獲され、さらなる分析のためにコンピュータメモリに自動的に格納されてもよい。
【００２８】
[0036]画像捕獲装置２２４は、ローカルコンピュータシステム２３０に直接結合されてもよく、または、それを介して画像をアップロードできるネットワーク（有線または無線）に直接接続されてもよい。画像は、ネットワークを介して遠隔コンピュータシステムにダウンロードされてもよい。いずれにせよ、コンピュータシステム２３０は、膜表面のスケーリングの程度を示すことが可能な種々の測定法のいずれかを用いて、詳細に画像を分析できるソフトウェア（例えば、倍率変更された表面積の百分率、鉱物塩結晶の数の密度（膜表面面積の単位当たりの結晶の数）、結晶が覆う表面積の百分率および表面の結晶のサイズ分布など）を含んでいる。このようなソフトウェアは、入手可能であるか、または容易に形成され、したがって、本発明の状況において開発および採用することは、当業者の範囲内で十分になし得る。
【００２９】
[0037]図２および図３は、本発明の例示的な１つの実施形態による監視セル２１０を、ベースプレート２４２を有するものとして示している。ベースプレート２４２は、好ましくは多孔質金属インサート２４４の形態の多孔質部分を有し、多孔質部分に接して膜２１２の透過側が着座し、多孔質部分は膜支持体として作用すると同時に、膜２１２を通って能動供給側から透過側に透過流が流れるのを可能にする。ベースプレート２４２は、監視ＲＯセル２１０内の作用圧力に耐えることができなければならず、有利には非腐食性である。好ましい実施形態においては、ベースプレート２４２は、Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（ｗｗｗ．ｔｉｃｏｎａ．ｃｏｍ）が、ＣＥＬＣＯＮ（登録商標）または任意の既知の均等物で販売しているようなアセタール共重合体、あるいは、ステンレス鋼でできていてもよい。インサート２４４は、多孔質鋼でできていてもよく、またはチャネルスペーサであってもよい。ベースプレート２４２はまた、インサート２４４を通過する透過物のための出口２７３を含んでいる。
【００３０】
[0038]内部開口２５４を有するチャネルシール２５２が、膜２１２の能動供給側の表面上に形成された流路の深さと形状を画定する。流路の周辺が、内部開口２５４の構成によって画定され、一方、流路の深さが、チャネルシール２５２の厚さによって画定される。チャネルシール２５２は、フローヘッド２７２がベースプレート２４２に固定され、膜２１２に対して締め付けられているとき、膜の歪みが生じないように選択されなければならない。したがって、好ましくは、チャネルシール２５２は、堅いが、適度に柔軟性のある材料（例えば、比較的硬いシリコーンゴム材料）から作られる。
【００３１】
[0039]深さが約２ｍｍより大きい流路については、追加の支持体を用いてチャネルシール２５２が歪まないように保証してもよい。追加の支持体は、セル２１０内の圧力に耐えるために、好ましくは必要な強度、剛性および耐性を示す適切なポリマーまたはプラスチックでできた剛性の支持プレート２５６により実現されてもよい。有利には、支持プレート２５６は、チャネルシール２５２を受け入れて収容する中心開口２５８を有する。
【００３２】
[0040]１つ以上のミラー２６０の配置が、膜２１２の能動供給側の表面上またはそれに隣接して置かれている。ミラー配置２６０は、以下に説明されるとおり、膜２１２の能動供給側の表面の少なくとも一部を横切って、光源からの光を導いて、膜表面の低角暗視野照明を可能にする。１つの実施形態においては、図示されるとおり、２つのミラー２６０が、流路の両側に配置されている。好ましくは、ミラー２６０の高さは流路の深さよりも短く、この結果、チャネルシール２５２による適切な封止を妨げず、光学窓２７２と接触しない（以下に説明される）。反射率を最適にするために、前面ミラー２６０が用いられてもよい。前面ミラー２６０では、反射面は９０°よりも小さい角度で配置されており、膜表面に対して４５°の角度が、一般的に好ましいミラー配置である。好ましい実施形態では、ミラー２６０はまた、膜表面に着座することができるように、平坦な底面を有する。ミラー２６０は、以下に説明されるとおり、所望の方向で、好ましくは、膜表面に平行またはほぼ平行に、光源からの光を反射するように配置されている。
【００３３】
[0041]少なくとも１つの観察開口２７４と、観察開口２７４と位置合わせしてフローセルヘッド２７２の下側に配置された少なくとも１つの光学窓２７６とを有するフローヘッド２７２が基底部２４２に固定されており、これにより膜２１２の能動供給側の表面を横切る上記流路を形成している。有利には、フローヘッド２７２は、ステンレス鋼など、耐食性で、監視セル２１０が受ける作用圧力に耐えることができる材料でできている。フローヘッド２７２は、サンプル溶液用の流路への入口２７１ａと、流路からの出口２７１ｂとを有し、フローヘッド２７２は、膜流路内の流体力学的流動パターンを妨げることなく、光学窓２７６を支持している。
【００３４】
[0042]光学窓２７６の応力を軽減するために、光学窓２７６は、有利には、窓用ガスケット２７８によってフローヘッド２７２から間隔を空けている。フローヘッド２７２は、ボルトおよびナット（図示せず）または任意の適切な均等物といった手段によってベースプレート２４２に固定され、それによって窓用ガスケット２７８とチャネルシール２５２との間で光学窓２７６を固定し、窓２７６と膜２１２、または（存在する場合には）支持プレート２５６との間でチャネルシール２５２を固定する。
【００３５】
[0043]以下に説明されるとおり、光学窓２７６は１つ以上の光源２８０（図４および図５）からの入射光をミラー２６０まで通過させると同時に、膜の能動供給側の表面から撮像装置（顕微鏡）２２２までの光路を提供する。広いスペクトル範囲にわたって光を透過できる光学窓２７６は、好ましくは、耐久性があり、高強度を有し、高圧に耐えるのに十分頑強な光学窓である。好ましい実施形態では、光学窓２７６は、上記の基準を満たす光学品質の透明サファイアで作られる。
【００３６】
[0044]先に説明されたとおり、撮像システム２２０は、撮像装置２２２（例えば、顕微鏡）と、画像捕獲装置２２４（例えば、デジタル写真またはビデオカメラ）とを備えている。撮像装置２２２は、セル２１０の光学窓２７６を介して目視観察可能な膜の表面の画像を受け取り、画像捕獲装置２２４は撮像装置に光学的に結合されることにより、画像を捕獲し、コンピュータシステム２３０に伝達される画像データ信号を形成する。例示的な実施形態におけるように、撮像システム２２２が顕微鏡である場合、捕獲される画像は、膜表面の拡大像である。
【００３７】
[0045]撮像システム２２０はまた、図４および図５に示されるとおり、逆浸透セル２１０、具体的には、膜２１２の能動供給側の表面を照射する、１つ以上の光源２８０を含んでいる。セル２１０の内部または外部のいずれにあってもよい光源２８０は、好ましくは、非単色ビームに比べて容易に集束する単色光ビームを生成する。この目的を達成するために、好ましくは、光源２８０には発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。各光源２８０からの光ビームは、膜２１２の能動供給側の表面に、好ましくは垂直に向けられ、ミラー２６０のうちの１つによって反射される。その結果生じた、膜表面に対して平行に伝搬する反射ビームは、鉱物塩スケール剤（または汚染物）が膜２１２の上で増加（成長）するため、鉱物塩スケール剤（またはよごれ物質）のより鮮明な画像を生成することができる。
【００３８】
[0046]図４および図５に示されるとおり、顕微鏡２２２は、光学窓２７６の真上に置かれた対物レンズ２８２を有している。石膏などの一般的な鉱物スケーリング化合物の結晶は、典型的には透明であるために、膜表面に形成された結晶を見るために、暗視野顕微鏡技術が用いられることが望ましい。暗視野顕微鏡の構成が図４に示されている。暗視野顕微鏡の構成は、２つの別個の光源２８０を用い、光源２８０はそれぞれ、ミラー２６０のうちの１つに別々の光ビームを向けている。ミラー２６０は、次に、膜２１２の表面に平行な反対方向に、光ビームを反射し、そこで、光ビームは、膜表面上の何らかの欠陥（例えば、結晶２９０）に遭遇する。次に、結晶２９０は顕微鏡の対物レンズ２８２の方向に光を回折し、反射して、顕微鏡２２２によって拡大され、カメラ２２４によって捕獲される画像を生成する。
【００３９】
[0047]暗視野顕微鏡技術は、結晶成長の結果として得られる画像の微細な変化の優れた分解能を提供するので、結晶の成長動態を研究するために効果的に利用できる。したがって、結晶の高さを容易に観察および測定することができ、結晶２９０が形成の初期段階で観察することができる。この方法では、流束が測定できる程度に影響を受ける前に、スケーリングの初期段階であっても、スケーリングの程度の高度に現実的な推定値を得ることができる。
【００４０】
[0048]図５は、ミラー２６０のうちの１つの方へ光ビームを向ける単一の光源２８０を用いた、代替の光学的構成を示している。この光ビームは、膜２１２の能動供給側の表面と平行に伝搬して膜表面の真上の流路の断面を照射し、膜表面上の透明な任意の物体２９２を貫通した後に、反対側のミラー２６０によって反射されて顕微鏡の対物レンズ２８２に入り、これにより物体２９２を観察することができる。この構成によって、表面結晶の側面図が提供され、図４で示された構成と共に、表面結晶の３次元画像のデジタル再構成を可能にするのに有用である。この構成はまた、流路内の粒子または色素の縞模様の観察に基づいて、流速を決定するのに有用である。
【００４１】
[0049]本発明は、膜表面を横切る、１つ以上の光源から撮像システムに１つ以上の光ビームを導くための、少なくとも２つのミラーの使用に特定しているが、単一ミラーを用いて膜表面に平行またはほぼ平行に入射光を導くことも、本発明の範囲内である。したがって、例えば、膜上のスケーリング結晶によって散乱した一部の光が、膜表面の全てまたは一部に平行に導かれるように、単一ミラーを位置付けおよび方向付けすることができる。
【００４２】
[0050]カメラ２２４から、デジタル化動画データ信号を受け取るコンピュータシステム２３０は、画像データ信号内のデータと、ＲＯシステム１０６内のＲＯ膜の状態との相関を取るように作動することができる。コンピュータシステム２３０はまた、膜透過圧力および透過流量などの動作パラメータをリアルタイムで記録、制御するためのデータ取得システムとして作動してもよい。したがって、監視システム２００には、監視セル２１０によって、所望の膜透過圧力および交差流速を調節するために、適切なバルブおよび圧力制御器（図示せず）が装備されてもよい。このような制御装置は、有利には、コンピュータシステム２３０の制御下で作動する。
【００４３】
[0051]例えば、図２に示されるとおり、デジタル液体流量計３０２をコンピュータシステム２３０とインターフェース接続して、透過流を監視してもよい。供給溶液および／または透過導電率およびｐＨが、それぞれ導電率プローブ３０４とｐＨメータ３０５とを用いてオンラインで測定されてもよい。圧力変換器３０６が、脱塩プロセス中の圧力を監視してもよい。圧力変換器３０６と流量計３０２と導電率プローブ３０４とｐＨメータ３０５とは、データ取得ハードウェアおよびソフトウェアとインターフェース接続され、そこで、所望の時間間隔（例えば、典型的には、１分間に１回から１時間に１回または１日に１回）で、読取値が記録される。圧力変換器と流量計とｐＨメータと導電率プローブとがアナログ信号を提供する場合、アナログ／デジタル変換器（図示せず）が必要とされてもよい。
【００４４】
[0052]監視セル２１０内の倍率変更された膜表面の画像が、市販の画像分析ソフトウェア（例えば、ノースカロライナ州アシュビルのＲｅｉｎｄｅｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓによる商標名「Ｆｏｖｅａ  Ｐｒｏ，  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ３．０」で販売されているソフトウェア）を用いて処理されてもよい。画像分析は、結晶面積、等価直径、丸み、対称性、長さと幅の比などの１つ以上の結晶パラメータの分析を含んでもよい。さらに、結晶の表面数密度および／またはスケールによって覆われる膜表面面積がまた、時間の関数として決定されてもよい。また、結晶形成の初期徴候について記録された画像を分析して、早期警告システムとして、表面スケーリングの開始の早期検出を実現してもよい。
【００４５】
[0053]図６は、本発明による監視システムを用いる処理ステップを要約している。ＲＯシステムの供給側への供給流または供給側からの濃縮流のいずれかからの溶液が、抽出され、または採取され（ステップＳ４００）、そして所定の圧力および流量で、監視システム２００の監視セル２１０を通過する（ステップＳ４０２）。ステップＳ４０４では、撮像システム２２０が、監視セル２１０内の膜２１２の能動供給側の表面を観察し、画像またはイメージデータを収集、記録する。ステップＳ４０６では、デジタル化画像データがコンピュータまたはデータ処理システム２３０に送られ、そこで、画像データは、モニタなどの表示装置上に表示され、および／またはコンピュータシステムメモリ内のデータベースを更新するのに用いられる。ステップＳ４０８では、画像データは、上述のようなソフトウェアを用いてコンピュータシステム２３０で分析され、膜スケーリングの程度および（場合により）動態が決定される。ステップＳ４０８はまた、もし存在するとしたら、本発明の監視システム２００が用いられるＲＯシステムのスケーリングを防止するかまたは最小限にするために用いられる、軽減方法を決定するのに役立つ。
【００４６】
[0054]図７は、ＲＯシステム１０６の逆浸透ユニットまたはモジュール１０６aにおけるＲＯ膜を監視するための、システムの１つのタイプの概略図である。図７の構成は「直列」配置であって、図１で示されたＲＯシステム１０６内のＲＯユニット１０６ａからの濃縮流からサンプル流を受け取る。この構成では、供給溶液Ｆが、図１に関して先に説明されたとおり、ポンプ１０４によってＲＯユニット１０６ａの供給側にポンプで送られる。透過物Ｐは、ユニット１０６ａの透過側から出る。ＲＯユニット１０６ａの膜チャネルの濃縮側から、主流制御バルブ４１２を有する濃縮導管４１０を通って流れる濃縮流Ｃが、バイパスバルブ４１６を有するバイパス導管４１４によって、主バルブ４１２から上流で抽出されるかまたは採取される。バイパス導管４１４は、採取した濃縮物を、監視システム２００の監視セル２１０に導く。監視セル２１０から、主バルブ４１２の下流の濃縮導管４１０に戻る流れは、出口バルブ４２０によって制御される出口導管４１８を通る。
【００４７】
[0055]バルブ４１２、４１６、４２０を用いて監視セル２１０に導かれる流量を制御してもよい。また、監視セル２１０内の濃度分極がバイパスバルブ４１６と出口バルブ４２０とによって、ＲＯシステム１０６内の濃度分極レベルに対して調節されてもよい。この構成によって、ＲＯシステム１０６内のＲＯ膜で予測されるレベルと一致するように、またはそれを超えるように、監視セル２１０内の膜表面における濃度分極レベルを調節することができる。さらに、ＲＯ監視セルの膜２１２を鉱物の豊富な濃度溶液に曝すことによって、図７で示された監視システムは、ＲＯユニット１０６ａの膜のスケール堆積または成長を最も早く表示することができる。
【００４８】
[0056]図８で概略的に示されている代替の監視システムにおいては、監視ＲＯセル２１０は、ＲＯユニット１０６ａの供給側に入る供給流Ｆからサンプル流を採取するように監視セル２１０を設置することによって、逆浸透ユニット１０６ａと平行に置かれている。サンプル流は、バイパスバルブ４３８を有するバイパス導管４３０を通って導かれる。濃縮流Ｃは、ＲＯユニット１０６ａの膜チャネルの濃縮側から、主制御バルブ４３６によって制御される濃縮導管４３４を通って導かれる。ＲＯ監視セル２１０から主流制御バルブ４３６より下流の濃縮導管４３４に戻る流れ、出口バルブ４４０によって制御される出口導管４３２を通る。バルブ４３６、４３８、４４０を用いて監視セル２１０に導かれる流量を制御してもよい。また、ＲＯセル２１０内の濃度分極レベルは、バイパスバルブ４３８と出口バルブ４４０とによって、ＲＯユニット１０６ａの濃度分極レベルに対して調節されてもよい。この構成において、ＲＯユニット１０６ａへの供給流のスケーリングの傾向が、監視セル２１０の濃度分極のレベルを調節する能力を備える監視システム２００によって監視される。
【００４９】
[0057]また、監視システム２００を用いて動作状態を評価し、スケールの堆積を防止または最小限にし、およびスケールを除去してもよい。例えば、流れが逆向きになると、ＲＯユニットの出口領域近くで優先的に成長した鉱物塩結晶が、ある一定期間内に再溶解する。この理由は、出口領域はこのとき入口領域となり、一方で、結晶が出口領域（先の動作サイクルにおいては入口領域）で成長し始めるからである。
【００５０】
[0058]図９は、逆流を評価してスケール形成を軽減するための、例示的な構成を概略的に示している。このシステムにおいては、コンピュータシステム２３０が膜表面上の結晶化の開始を検出および報告すると、供給流が逆になり、この結果、水供給源が、以前には出口領域であった領域から監視システム２００のＲＯセル２１０に供給される。このような方法においては、次に、膜表面近くの高濃度領域（濃度分極によって生じる）が低濃度に変えられ、逆に低濃度が高濃度に変えられる。
【００５１】
[0059]図９で示されるとおり、通常の動作状態の間、ＲＯセル入口２７１ａは、入口バルブ５１０によって開かれ、ＲＯセル出口２７１ｂは、出口バルブ５１２によって開かれる。入口バルブ５１０の上流側から出口バルブ５１２の上流側に延びる第１バイパス導管５１４が、第１バイパスバルブ５１６によって閉じられる。同様に、入口バルブ５１０の下流側から出口バルブ５１２の下流側に延びる第２バイパス導管５１８が、第２バイパスバルブ５２０によって閉じられる。流れを逆にするために、バイパスバルブ５１６、５２０が開かれ、それが達成されると、入口バルブ５１０と出口バルブ５１２とは徐々に閉じられる。流れ方向にあるスイッチが、ＲＯセル２１０内のＲＯ膜２１２上の結晶を、低飽和溶液に曝して、以前は出口領域であった入口領域内の表面結晶を一部溶解する。図９に示された構成によって達成される流れ方向の逆転は、適切な自動化（図示せず）によって定期的に実行でき、それによって、鉱物スケールの成長を最小限するＲＯ動作を可能にする。
【００５２】
[0060]本発明による監視システム２００によって、逆浸透膜上の表面鉱物スケーリングを、直接目でリアルタイムに監視できる。このシステムによって、何らかの測定可能な流束低下の前に、極めて初期の形成段階においてスケーリングを検出することができる。逆浸透膜上の結晶成長を監視することによって、膜表面上の結晶の成長パターンを検査することもできる。膜表面上の結晶成長の検査に基づいて、結晶成長を軽減する方法が設計されてもよい。
【００５３】
[0061]本発明による監視システムは、供給溶液の小さい側の流れが監視システムから分岐するように、ＲＯまたはＮＦ設備とインターフェースしてもよい。監視システムの動作状態を調節することにより、ＲＯモジュール内に現れる濃度分極レベル（したがって、膜表面における鉱物塩飽和レベル）が、監視されるプラントのＲＯモジュール内に存在する状態に比べて、等しいか、または高く設定されるようにしてもよい。上記は、ＲＯ監視セルにおいて、膜透過圧力および交差流速を制御することによって達成することができる。例えば、ＲＯ監視セル２１０内の圧力低下によって透過流が減少し、したがって低濃度分極となり、一方、交差流速が低下することによって、高濃度分極レベルとなる。
【００５４】
[0062]本発明に基づいて提供される監視システムは、ＲＯ膜上の鉱物塩スケーリングを監視するのに最適であるが、多くの種類の有機汚染物が、本発明で用いられる撮像システム２２０によって可視化できる場合は、有機汚染物を監視してもよい。したがって、鉱物塩結晶化、および膜２１２上の他の種類の汚染物の蓄積が、監視セル２１０の光学窓２７６によって観察されてもよい。このように直接観察することによって、本発明は、通常は、スケーリングおよび／またはファウリングに起因する流束の低下を検出する前に、鉱物塩のスケール形成と特定種類の汚染物の蓄積とを検出し得る。
【００５５】
[0063]監視システム２００は、膜のクリーニングプロトコルを最適化するためのツールとして用いられてもよい。これを適用するによって、膜表面へのクリーニング方法の影響がリアルタイムで観察されて、膜表面の何らかの残留スケールおよび洗浄方法の動態を明らかにする。この方法によれば、膜が完全にクリーニングされる時を正確に決定することができる。
【００５６】
[0064]本発明の１つの態様においては、膜スケーリングは、プラントの種々の構成部分において種々の速度で生じる可能性があるため、複数の監視システムが水処理プラントで用いられてもよい。同様に、複数の監視システムが、ＲＯまたはＮＦプラントの種々の区域を監視するために設置されてもよい。
【００５７】
[0065]監視システムはまた、膜および抗スケール剤の性能を調査するための調査ツールとして用いられてもよい。コロイドファウリング、すなわち生物付着の抗スケール剤の性能と洗浄剤の効果とが、本発明の監視システムを用いて調査されてもよい。監視システムはまた、スケール結晶の成長の動態、サイズおよび数密度を、リアルタイムで決定するための調査ツールとして用いてもよい。
【００５８】
[0066]監視システムの重要な用途は、何らかの大きな流束低下を観察する前に、スケール成長を初期に検出することである。さらに、監視システム２００は、低濃度分極の領域においても、結晶化の最初の兆候を検出することができる。
【００５９】
[0067]膜表面をリアルタイムで直接観察することは、スケールの成長と表面結晶の溶解の両方の動作状態の影響を評価するのに、特に有用である。例えば、膜表面を目で観察すると、クリーニングプロセスの前、最中、および後に、表面を比較することができることで、膜クリーニング方法の効果の有用な表示を提供できる。
【００６０】
[0068]本発明による監視システムはまた、表面結晶化の動態、表面スケールの被膜の程度、および表面結晶の数密度の発生に関する基本的なデータを生成するのにも適している。このようなデータは、スケール形成の予測モデルの開発を導くのに有用であるべきである。さらに、本発明の実験的な実施形態を実現することによって、実際のＲＯ動作状態においてスケール形成および除去を目で監視することは、スケール形成を最小限にする動作状態の範囲を確立し検証するための、ならびに、スケーリングおよびファウリングを低減または最小限にする際の、供給水スケーリングの傾向と、供給前処理方法の効率とを評価するための、試験室用診断ツールとして有用であることが示唆されている。
【００６１】
[0069]以上の説明から、開示された本発明とその均等物は、様々な形態で実施可能であることが理解される。したがって、特定の実施例に関連して本発明を説明してきたが、本発明の真の範囲は、本明細書で説明した特定の実施形態によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲、および当業者によって提示され得る本発明の任意の均等物により限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による逆浸透監視システムを用いた、例示的な逆浸透塩水脱塩設備の機能ブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、監視システムの概略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態で採用されている、例示的なＲＯ監視セルの分解組立斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による、ＲＯ監視セルと撮像システムの半概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による、ＲＯ監視セルと撮像システムの半概略図である。
【図６】本発明の１つの態様による、逆浸透膜監視方法のステップを示したブロック図である。
【図７】逆浸透システムと「直列」に配置されている、本発明の監視システムの概略図である。
【図８】逆浸透システムと「並列」に配置されている、本発明の監視システムの概略図である。
【図９】本発明の１つの態様による、スケーリング形成を低減するために、本発明の動作モードを評価するための供給溶液の流れを示す概略図である。
【図１】
2009524521.tif 000002
【図２】
2009524521.tif 000003
【図３】
2009524521.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009524521.tif 000008
【図８】
2009524521.tif 000009
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月2日(2007.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透（ＲＯ）膜を有するＲＯユニットにおいて、膜スケーリングを監視する監視システムであって、
前記ＲＯユニットが供給流を受け入れ、濃縮流を排出するものであり、
当該監視システムが、
目視観察可能なＲＯ膜を有する監視セルであり、前記ＲＯユニットの前記供給流または前記濃縮流のいずれからのサンプル流を受け入れ、前記目視観察可能なＲＯ膜の表面を横切って前記サンプル流を通し、これにより、前記サンプル流中の溶質が前記膜表面に堆積するように、前記ＲＯユニットに対して構成され配置されている、監視セルと、
撮像システムであり、（ａ）前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面の画像を捕獲し、（ｂ）前記捕獲された画像を表す画像データ信号を生成する動作を実行するように前記監視セルに対して構成され配置された撮像システムと、
光源からの光を前記目視観察可能な膜の前記表面の少なくとも一部を横切って導いて、前記ＲＯ膜の暗視野照明を提供し、次に前記光を前記撮像システムに導くように、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面に対して構成され配置された前記監視セル内のミラー構成と、
前記画像データ信号を前記撮像システムから受け取るように、前記撮像システムに機能的に結合されたデータ処理システムであり、前記データ処理システムが前記画像データ信号を分析して、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上のスケーリングの程度の表示を提供するように動作する、データ処理システムと、
を備える、監視システム。
【請求項２】
前記データ処理システムが、前記画像データ信号を処理して、前記目視観察可能なＲＯ膜のスケーリングの程度と前記ＲＯユニット内の前記ＲＯ膜の状態との相関を求めるように動作する、請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記監視セルが、前記供給流および前記濃縮流のうちの少なくとも一方からサンプル流を受け取るように、前記ＲＯユニットに対して構成され配置されている、請求項１または２に記載の監視システム。
【請求項４】
前記監視セルが、
前記目視観察可能な膜の前記表面を横切る流路を画定し、前記サンプル流を受け入れるように構成された前記流路への入口と、前記サンプル流に対する前記流路からの出口とを有するフローヘッドと、
前記目視観察可能な窓の前記表面を見ることができる、前記フローヘッド内の光学窓と、
を備え、
前記ミラー構成が、前記流路内に配置され、前記光学窓を通して前記撮像システムに光を導くように構成されている、請求項１または２に記載の監視システム。
【請求項５】
前記撮像システムが、
前記光学窓を通して前記目視観察可能な膜の前記表面の画像を受け取り、前記画像から拡大像を生成するように、前記フローヘッドに対して配置された顕微鏡と、
前記拡大像を受け取るように前記顕微鏡に光学的に結合され、前記画像データ信号を生成するように動作可能なカメラと、
を備える、請求項４に記載の監視システム。
【請求項６】
前記カメラがデジタルスチルカメラおよびビデオカメラのうちの少なくとも１つから構成されるグループから選択されている、請求項５に記載の監視システム。
【請求項７】
供給流を受け入れ、濃縮流を排出する逆浸透ユニット内の逆浸透膜上の膜スケーリングを監視する方法であって、
能動供給側の表面を備えた、目視観察可能なＲＯ膜を有する、逆浸透監視セルを設けるステップと、
前記ＲＯユニットの前記供給流または前記濃縮流のいずれかから、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面を横切ってサンプル流を通すステップと、
前記目視観察可能なＲＯ膜の表面上の少なくとも一部分を横切って光を導いて、前記ＲＯ膜の暗視野照明を提供するステップと、
前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上の前記照射された部分からの画像データを収集するステップであって、前記収集されたデータが前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上のスケーリングの存在と程度を示す、ステップと、
前記収集した画像データをデータ処理システムに伝達するステップと、
前記収集した画像データを前記データ処理システムで分析して、前記逆浸透ユニット内の前記逆浸透膜上のスケーリングの程度を決定するステップと、
を備える、方法。
【請求項８】
前記目視観察可能な膜の前記表面から画像データを収集するステップが、（ａ）前記表面の光学画像を生成する工程と、（ｂ）前記光学画像を、内部に画像データを有する画像データ信号に変換する工程とを含んでいる、請求項７または１３に記載の方法。
【請求項９】
前記収集した画像データを分析するステップが、前記目視観察可能な膜の前記表面のリアルタイム画像を表示する工程と、前記収集した画像データと前記ＲＯユニット内の前記ＲＯ膜の状態との相関を求める工程とのうちの少なくとも１つを含む、請求項７または１３に記載の方法。
【請求項１０】
供給流を受け入れて濃縮流を排出する、逆浸透ユニット内の逆浸透膜上の膜スケーリングを監視するのに使用する逆浸透監視セルであって、
能動供給側に第１表面を有する目視観察可能な逆浸透（ＲＯ）膜と、
前記ＲＯユニットの前記供給流または濃縮流のいずれかからのサンプル流を、前記目視観察可能な膜の前記第１表面を横切るように導くように構成され配置されたフローヘッドと、
前記目視観察可能な膜の前記第１表面を見ることができる、前記フローヘッド内の光学窓と、
光源からの光を前記目視観察可能な膜の前記第１表面の少なくとも一部を横切って導いて、前記ＲＯ膜の暗視野照明を提供し、それにより前記第１表面上のスケーリングを前記窓を通して目視可能にするように、前記目視観察可能なＲＯ膜の前記第１表面に対して構成され配置された前記監視セル内のミラー構成と、
を備える、逆浸透監視セル。
【請求項１１】
前記目視観察可能な膜が、第２表面を備える反対側の透過側を有し、
前記監視セルが、さらに、
前記目視観察可能な膜の前記第２表面と係合する多孔質部分を有するベース部と、
前記目視観察可能な膜の前記透過側から前記多孔質部分を通って、透過物が流れ出るように、前記ベース部に配置された透過出口と、
を備える、請求項１５に記載の監視セル。
【請求項１２】
前記フローヘッドが、前記第１表面を横切る流路を画定し、
前記ミラー構成が、前記第１表面に隣接する前記流路の両側に配置されたミラーを備えている、請求項１０に記載の監視セル。
【請求項１３】
前記目視観察可能なＲＯ膜上のスケーリングの程度に応じて前記逆浸透ユニットを制御するステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
サンプル流を前記目視観察可能な膜の前記表面を横切るように通すステップが、前記サンプル流を前記監視セルを通して第１方向に流す工程を含み、
当該方法がさらに、
前記収集した画像データを分析するステップ後に、スケーリングの所定の程度が検出されると、前記監視セルを通る前記サンプル流の前記流れ方向を逆転するステップを含む、
請求項７または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ミラー構成が、前記流路の両側に配置された第１ミラーおよび第２ミラーを備え、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのそれぞれが、光源からの光を前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面を横切って他方のミラー方向に反射し、それによって次に、前記ミラーのそれぞれから反射された光が前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面上のスケーリングによって反射されて前記撮像システムに入る、請求項４に記載の監視システム。
【請求項２４】
前記ミラー構成が、前記流路の両側に配置された第１ミラーおよび第２ミラーを備え、前記第１ミラーが、光源からの光を前記目視観察可能なＲＯ膜の前記表面を横切って前記第２ミラー方向に反射し、次に、前記第２ミラーが前記光を前記撮像システムに入るように反射する、請求項４に記載の監視システム。
【国際調査報告】
2009524521.tif 000011
2009524521.tif 000012
2009524521.tif 000013