(57)【要約】【課題】膜ファウリングの程度をサブモジュールによって精度良く把握する。【解決手段】  膜分離装置は、分離膜を備えた分離膜モジュールと、ファウリング評価用分離膜２３を備えたサブモジュール２とを有する。サブモジュール２は、ファウリング評価用分離膜２３を収容する容器３０と、容器３０内に導入されるサンプリング流体Ｓが通過し、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆが接する供給側流路６１と、ファウリング評価用分離膜２３を介して供給側流路６１の反対側に配置された透過側流路６２と、を備える。容器３０は、開口部５０を有する容器本体３１と、開口部５０に着脱自在に取り付けられた蓋部３２と、を含む。開口部５０は、供給側流路６１を挟んで膜表面２３ｆに面する位置に設けられている。【選択図】図３
2013184157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えた分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールに接続された流路から分岐した分岐路を流れる流体であるサンプリング流体を透過させるファウリング評価用分離膜を備えたサブモジュールと、を有する膜分離装置であって、
前記サブモジュールは、前記ファウリング評価用分離膜を収容する容器と、前記容器内に導入される前記サンプリング流体が通過し、前記ファウリング評価用分離膜の膜表面に接する供給側流路と、前記ファウリング評価用分離膜を介して前記供給側流路の反対側に配置された透過側流路と、をさらに備え、
前記容器は、開口部を有する容器本体と、前記開口部に着脱自在に取り付けられた蓋部と、を含み、
前記供給側流路を挟んで前記膜表面に面する位置に前記開口部が設けられている、
膜分離装置。
【請求項２】
前記蓋部は、前記サブモジュールの内圧が１．５ＭＰａに至ったときに前記開口部から脱落しないように前記開口部に取り付けられている、請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記開口部に前記蓋部が螺合している、請求項１または２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記サブモジュールに導入される前記サンプリング流体の流量を調整する流量調整手段を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記蓋部は、透明である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項６】
前記ファウリング評価用分離膜の前記膜表面に堆積材が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜分離装置と、対物レンズを有する測定器とを用いた膜ファウリングの測定方法であって、
前記蓋部を前記開口部から取り外し、前記開口部に前記対物レンズを挿入する挿入工程と、
前記対物レンズを前記開口部に挿入した状態で、前記測定器により、前記膜表面の状態を測定する測定工程と、を含む、
膜ファウリングの測定方法。
【請求項８】
前記膜分離装置は、前記サブモジュールに導入される前記サンプリング流体の流量を調整する流量調整手段をさらに備え、
前記挿入工程の前に、前記流量調整手段により前記サブモジュールに導入される前記サンプリング流体の流量を減少させる流量調整工程を含む、請求項７に記載の膜ファウリングの測定方法。
【請求項９】
前記膜分離装置では、前記ファウリング評価用分離膜の前記膜表面に堆積材が設けられており、
前記測定工程の後に、前記ファウリング評価用分離膜の前記膜表面における前記堆積材付近の膜ファウリングと、前記膜表面における、前記堆積材付近以外の部位の膜ファウリングを比較評価する比較評価工程をさらに含む、
請求項７または８に記載の膜ファウリングの測定方法。
【請求項１０】
前記測定工程において、前記測定器により、前記サブモジュールの前記膜表面からの反射光強度を測定する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の膜ファウリングの測定方法。
【請求項１１】
前記供給流体および前記サンプリング流体は液体であり、
前記対物レンズは液浸レンズであり、
前記挿入工程において、前記液浸レンズが前記サンプリング流体に浸るように、前記液浸レンズを前記開口部に挿入し、
前記測定工程において、前記液浸レンズを前記サンプリング流体に浸した状態で、前記膜表面を測定する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の膜ファウリングの測定方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法であって、
前記膜分離装置は、前記ファウリング評価用分離膜の前記膜表面の測定により得た電子データを処理するデータ処理手段をさらに備え、
前記データ処理手段を用いて前記電子データを蓄積、解析または送信する、膜分離装置の運転方法。
【請求項１３】
供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えた分離膜モジュールに併設されて膜分離装置を構成し、前記分離膜モジュールに接続された流路から分岐した分岐路を流れる流体であるサンプリング流体を透過させるファウリング評価用分離膜を備えたサブモジュールであって、
前記ファウリング評価用分離膜を収容する容器と、前記容器内に導入される前記サンプリング流体が通過し、前記ファウリング評価用分離膜の膜表面が接する供給側流路と、前記ファウリング評価用分離膜を介して前記供給側流路の反対側に配置された透過側流路と、をさらに備え、
前記容器は、開口部を有する容器本体と、前記開口部に着脱自在に取り付けられた蓋部と、を含み、
前記供給側流路を挟んで前記膜表面に面する位置に前記開口部が設けられている、
サブモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えた分離膜モジュール（運転モジュール）と膜面評価（分離膜の表面の評価）用のサブモジュールを備えた膜分離装置、この膜分離装置を用いた膜ファウリングの測定方法、および膜分離装置の運転方法に関する。また、本発明は、分離膜モジュールの膜ファウリングの評価用のサブモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離装置における分離膜モジュールは、逆浸透膜または限外濾過膜等の分離膜を有し、分離膜の膜分離作用により気体または液体等の各種流体を濾し分ける（膜分離する）ことができる。例えば、逆浸透膜装置によれば、かん水または海水を脱塩して淡水化することや、工業用水を用いて純水または超純水を製造することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような分離膜モジュールでは、流体中に存在する有機物、無機物、菌類等が、時間とともに分離膜の表面（以下、膜面または膜表面と記載することがある）にスケールまたはバイオフィルムとして堆積することで、膜面をファウリングし、膜性能（分離膜の膜分離作用）を劣化させることがある。このような問題に対処するためには、分離膜の洗浄が有効である。従来は、アルカリ溶液等による化学洗浄、または運転時の方向とは逆方向に供給流体を流す逆洗浄等の物理洗浄を、経験、膜分離前後の流体データ等に基づいて行っていた。近年は、分離膜モジュールとは別に、運転系外に小型のサブモジュールを設置して、サブモジュールにおける膜ファウリングの程度を監視することにより、分離膜モジュールを止めることなく分離膜モジュールにおける膜ファウリングの程度を把握し、これに基づいて分離膜モジュールにおける分離膜の物理洗浄または化学洗浄を行うタイミングを決めることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。なお、分離膜モジュールにおける分離膜の膜分離作用が洗浄により十分には回復しない場合等には、分離膜を交換することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３９５３号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６４４５号公報
【特許文献３】特表２００９−５２４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブモジュールにおける膜面状態を表す各パラメータのうち、分離膜モジュールにおける分離膜の膜分離作用と強い相関のあるパラメータは明らかではなかった。このため、サブモジュールにおける膜面状態を監視することによって、分離膜モジュールの膜面状態（特に細菌由来のバイオフィルムの形成）を十分に把握できないことがあった。すなわち、サブモジュールによって、適切な洗浄および交換時期を正確に見極めることは容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、分離膜モジュールと、分離膜モジュールとは別のモジュールであって分離膜の膜面状態を監視するためのモジュールであるサブモジュールを有し、分離膜モジュールの膜ファウリングをサブモジュールによって精度良く把握できる膜分離装置を提供すること、この膜分離装置を用いた膜ファウリングの測定方法を提供すること、および、膜分離装置の運転方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記のサブモジュール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】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、サブモジュールにおける膜面状態を表す各パラメータのうち、サブモジュールにおける分離膜上の膜ファウリングの厚さおよび堆積量（バイオマス量）が、分離膜モジュールにおける分離膜の膜分離作用を把握するための指標として重要であることを見出した。この知見によれば、サブモジュールに連続的に流体を供給し、連続的または定期的に分離膜上の膜ファウリングの厚さおよび堆積量を把握できるようにサブモジュールを構成することが考えられる。このためには、複数のサブモジュールを分離膜モジュールに併設し、各サブモジュールにおける分離膜を定期的に順次取り出して、各膜面を観察することが考えられる。ただし、この場合は、相異なる位置に配置されたサブモジュールにおける膜面を観察することとなるため、膜面状態を表すデータ（膜ファウリングの厚さ、堆積量等）の一貫性を欠くこととなり、分離膜モジュールにおける膜分離作用、すなわち膜ファウリングの把握の精度が低下するおそれがある。また、サブモジュールの分離膜を収容している容器の一部を透明部材により構成し、この透明部材を介して膜面を観察することも考えられる。しかし、この場合は、透明部材の内面に、ファウラント（ファウリングの原因物質）が付着し、時間が経過するにつれて膜面の観察の精度が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、
供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えた分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールに接続された流路から分岐した分岐路を流れる流体であるサンプリング流体を透過させるファウリング評価用分離膜を備えたサブモジュールと、を有する膜分離装置であって、
前記サブモジュールは、前記ファウリング評価用分離膜を収容する容器と、前記容器内に導入される前記サンプリング流体が通過し、前記ファウリング評価用分離膜の膜表面が接する供給側流路と、前記ファウリング評価用分離膜を介して前記供給側流路の反対側に配置された透過側流路と、をさらに備え、
前記容器は、開口部を有する容器本体と、前記開口部に着脱自在に取り付けられた蓋部と、を含み、
前記供給側流路を挟んで前記膜表面に面する位置に前記開口部が設けられている、
膜分離装置、
を提供する。
【０００９】
また、本発明は、
上記の膜分離装置と、対物レンズを有する測定器とを用いた膜ファウリングの測定方法であって、
前記蓋部を前記開口部から取り外し、前記開口部に前記対物レンズを挿入する挿入工程と、
前記対物レンズを前記開口部に挿入した状態で、前記測定器により、前記膜表面の状態を測定する測定工程と、を含む、
膜ファウリングの測定方法、
を提供する。
【００１０】
また、本発明は、
上記の膜分離装置の運転方法であって、
前記膜分離装置は、前記ファウリング評価用分離膜の前記膜表面の測定により得た電子データを処理するデータ処理手段をさらに備え、
前記データ処理手段を用いて前記電子データを蓄積、解析または送信する、膜分離装置の運転方法、
を提供する。
【００１１】
また、本発明は、
供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えた分離膜モジュールに併設されて膜分離装置を構成し、前記分離膜モジュールに接続された流路から分岐した分岐路を流れる流体であるサンプリング流体を透過させるファウリング評価用分離膜を備えたサブモジュールであって、
前記ファウリング評価用分離膜を収容する容器と、前記容器内に導入される前記サンプリング流体が通過し、前記ファウリング評価用分離膜の膜表面が接する供給側流路と、前記ファウリング評価用分離膜を介して前記供給側流路の反対側に配置された透過側流路と、をさらに備え、
前記容器は、開口部を有する容器本体と、前記開口部に着脱自在に取り付けられた蓋部と、を含み、
前記供給側流路を挟んで前記膜表面に面する位置に前記開口部が設けられている、
サブモジュール、
を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるサブモジュールの容器本体の開口部には、蓋部が着脱自在に取り付けられている。したがって、サブモジュールの膜面を測定する際に、蓋部を開口部から取り外すことができる。これにより、蓋部を開口部から取り外した状態で、膜面を測定できる。すなわち、本発明に係る膜分離装置によれば、サブモジュールの容器を介することなく膜表面を測定することができる。したがって、容器に付着したファウラントが測定精度を低下させることがない。また、容器本体の開口部は、サブモジュールの定常運転時（サブモジュールが所定の内圧を有するとき）には蓋部により塞がれ得るため、サブモジュール内のサンプリング流体が開口部を介して溢れ出ることを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の膜分離装置の一例を示す構成図
【図２】本発明のサブモジュールの構成の一例を示す斜視図
【図３】図２におけるサブモジュールの断面図
【図４】本発明のサブモジュールの構成の別の例を示す斜視図
【図５】図４におけるサブモジュールの断面図
【図６】本発明のサブモジュールの構成のまた別の例を示す斜視図
【図７】図６におけるサブモジュールの断面図
【図８】本発明のサブモジュールの構成のさらにまた別の例を示す斜視図
【図９】図８におけるサブモジュールの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１５】
（第一実施形態）
図１に、第一実施形態に係る膜分離装置である膜分離装置１０を示す。図１に示すように、膜分離装置１０は、分離膜モジュール（運転モジュール）１と、サブモジュール２とを備えている。分離膜モジュール１は供給される流体を膜分離するモジュールであり、サブモジュール２は膜ファウリングを評価するためのモジュールである。分離膜モジュール１およびサブモジュール２は、クロスフロー方式のモジュールである。分離膜モジュール１は、第１の流路１１の下流側において、第１の流路１１に接続されている。また、サブモジュール２は、第１の流路１１から分岐した分岐路である第２の流路１２の下流側に設けられ、第２の流路１２に接続されている。供給水Ｆ（特許請求の範囲の供給流体に相当）の一部（大部分）は第１の流路１１により分離膜モジュール１に導かれ、膜分離により透過水（特許請求の範囲の透過流体に相当）Ｔ1と濃縮水Ｃ1とに分離される。供給水Ｆの別の一部（残部）であり第１の流路１１から第２の流路１２に分流したサンプリング水Ｓ（特許請求の範囲のサンプリング流体に相当）はサブモジュール２に導かれ、膜分離により透過水Ｔ2と濃縮水Ｃ2とに分離される。第１の流路１１には、供給水Ｆの流れを生じさせるための加圧ポンプ６が設けられている。また、第２の流路１２には、サブモジュール２に導入されるサンプリング水Ｓの流量を調整するバルブ（供給圧力調整弁、特許請求の範囲の流量調整手段に相当）５が設けられている。また、膜分離装置１０は染色剤タンク４をさらに備えており、染色剤タンク４はバルブ７が設けられた流路によって第２の流路１２に接続されている。後述のように、サブモジュール２は、対物レンズを有する測定器３によりその内部を測定できるように構成されている。
【００１６】
供給水Ｆとしては、かん水、海水等が挙げられる。また、本明細書では、分離膜モジュール１およびサブモジュール２に供給される流体に「供給水」、「サンプリング水」という用語を用いているが、分離膜モジュール１およびサブモジュール２に供給される流体は水に限定されるわけではない。分離膜モジュール１およびサブモジュール２に供給される流体としては、水以外の液体の他、気体、蒸気等も挙げられる。ただし、供給流体中に膜ファウリングの要因物質が多い場合には、膜ファウリングの程度を確認できるという効果（詳細は後述）が顕著となる。これを考慮すると、膜分離装置１０は、供給流体としてかん水、海水、排水、用水等を用いる水処理に適している。膜ファウリングの要因物質としては、懸濁物質（微粒子、微生物等）、スケール（鉄、マンガン等の金属酸化物、炭酸カルシウム、シリカ等の難溶性無機物）、バイオフィルム（細菌類等の微生物の堆積物）、および有機物質（油分、残存ポリマー等）が例示される。
【００１７】
分離膜モジュール１は、供給流体を透過させて透過流体を生成する分離膜を備えている。なお、分離膜とは、流体を膜分離する膜であり、膜分離とは流体を選択性を持つ隔壁（膜）に通すことで目的物を濾し分ける操作の総称である。分離膜モジュール１の分離膜としては、逆浸透（ＲＯ）膜、ナノフィルトレーション（ＮＦ）膜、限外濾過膜（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜等が挙げられる。また、分離膜モジュール１の分離膜の材料としては、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエステル等の高分子材料が挙げられる。これらの高分子材料は、水処理用のＲＯ膜として特に好適である。また、分離膜モジュール１の構成としては、公知の構成を採用すればよい。具体的に、分離膜モジュール１としては、フレームアンドプレート型等の平膜型、チューブラー型等の管状型、中空糸型、スパイラル型、プリーツ型等のモジュールが挙げられる。
【００１８】
次に、本実施形態のサブモジュール２の構成を、図２および図３を参照しながら説明する。サブモジュール２は、簡易な構成を有するクロスフロー方式のモジュールであり、サンプリング水Ｓが流入する流入ポート２７と、濃縮水Ｃ2が流出する濃縮水流出ポート２８と、透過水Ｔ2が流出する透過水流出ポート２９とを有している。また、サブモジュール２では、透過側流路材２４、ファウリング評価用分離膜２３および堆積材２２がこの順に積層され、この積層体が容器３０に収容されている。容器３０内には、供給側流路６１および透過側流路６２が形成されている。供給側流路６１は、容器３０内に導入されるサンプリング水Ｓが通過する流路であり、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆが接する流路である。透過側流路６２はファウリング評価用分離膜２３を介して供給側流路６１の反対側に配置された流路であり、ファウリング評価用分離膜２３を透過した透過水Ｔ2が通過する流路である。なお、図面の見易さの便宜のため、図２では堆積材２２、ファウリング評価用分離膜２３、および透過側流路材２４を省略している。
【００１９】
ファウリング評価用分離膜２３は、サンプリング水Ｓを透過させる分離膜である。ファウリング評価用分離膜２３としては、分離膜モジュール１の分離膜として採用され得る分離膜と同一の材料からなる分離膜を用いることができる。
【００２０】
堆積材２２は、供給側流路６１に面するファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆに接するように設けられている。堆積材２２は、サンプリング水Ｓの流れを一旦堰き止め、サブモジュール２内でサンプリング水Ｓの流れに滞留または乱流を生じさせて、膜表面２３ｆにおいて膜ファウリングの堆積を促進させる。堆積材２２の材料としては、樹脂（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）等の合成高分子、および天然高分子を含む）、ゴム（合成ゴムおよび天然ゴムを含む）、金属等が挙げられる。
【００２１】
堆積材２２は、好ましくはファウリング評価用分離膜２３の一部を被覆する部材である。この好ましい形態では、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆの一部が供給側流路６１に露出している。本実施形態では、堆積材２２は格子状ネットである。ただし、堆積材２２は、離散的に設けられた凸状部の群により構成されていてもよい。なお、堆積材２２が厚過ぎると、サンプリング水Ｓの遮蔽効果が高くなりすぎて、ファウリング評価用分離膜２３においてサンプリング水Ｓの流れが到達し易い部分とサンプリング水Ｓの流れが到達し難い部分が生じやすくなり、膜ファウリングが膜表面２３ｆの一部に偏って発生する場合があり、サブモジュール２による分離膜モジュール１における膜ファウリングの分布の再現性が低下する。また薄過ぎると、サンプリング水Ｓの乱流および滞留効果が十分には発揮されない。以上から、堆積材２２のファウリング評価用分離膜２３の厚さ方向に沿った寸法は、例えば０．１ｍｍ以上であり、例えば５ｍｍ以下程度であり、０．３ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以下が好ましい。また、堆積材２２を膜表面２３ｆに設置する方法は特に限定されず、膜表面２３ｆに接着する方法、およびサブモジュール２の容器３０を構成する部材で挟持して固定する方法が挙げられる。堆積材２２を膜表面２３ｆの全面にわたって設ける場合は、平面視でファウリング評価用分離膜２３とほぼ同じ大きさの堆積材２２をファウリング評価用分離膜２３とともに容器３０を構成する部材で挟持して固定することが好ましい。
【００２２】
透過側流路材２４は、透過側流路６２に面するファウリング評価用分離膜２３の膜裏面２３ｂに接するように設けられている。透過側流路材２４は、透過水Ｔ2を滞留させることなく流出ポート２９に導くための部材である。透過側流路材２４としては、堆積材２２として採用され得る部材と同様の部材を用いることができる。なお、透過側流路材２４と堆積材２２とは、同一の材料からなっていてもよく、異なる材料からなっていてもよい。また、透過側流路材２４と堆積材２２とは、同一の形状を有していてもよく、異なる形状を有していてもよい。
【００２３】
容器３０は、開口部５０を有する容器本体３１と、蓋部３２とを含んでいる。開口部５０は、対物レンズ（例えば、液浸レンズ（水浸レンズ等））を挿入するための開口部である。具体的には、開口部５０は、対物レンズを用いて供給側流路６１に面するファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆを測定（観察）できるように、供給側流路６１を挟んで膜表面２３ｆに面する位置に設けられている。また、蓋部３２は、開口部５０に着脱自在に取り付けられている。
【００２４】
ところで、膜分離装置の定常運転時には、サブモジュールは所定の内圧を有する。この内圧は、一例では０．１〜１０ＭＰａである。特に、膜分離装置によって海水を淡水化する場合等には、供給流体に高い圧力がかかり、サブモジュールの内圧が特に高くなる（例えば１．５〜１０ＭＰａ）。容器が、容器本体を着脱自在の蓋部により塞ぐ態様を有する場合は、容器本体および蓋部の態様によっては、蓋部が開口部を閉じた状態を維持することができずに脱落し、容器内のサンプリング水Ｓが開口部を介して溢れ出るおそれがある。そのため、容器は所定の耐圧性を有することが望まれる。したがって、蓋部３２は、サブモジュール２の内圧が１．５ＭＰａに至ったときに、特に１０ＭＰａに至ったときに開口部５０から脱落しないように開口部５０に取り付けられていることが好ましい。
【００２５】
本実施形態では、サブモジュール２が耐圧性を確保できるように、開口部５０および蓋部３２が設計されている。具体的には、開口部５０は雌螺子部４１を有し、蓋部３２は開口部５０の雌螺子部４１と螺合する雄螺子部４２を有している。すなわち、雌螺子部４１が雄螺子部４２と螺合することにより、開口部５０に蓋部３２が螺合され、これにより、容器３０（サブモジュール２）の耐圧性が確保される。なお、蓋部３２による開口部５０の密閉を補助するために、これらが螺合する際にＯリングを介在させてもよい。
【００２６】
蓋部３２が開口部５０に取り付けられた状態において、蓋部３２における雄螺子部４２側の端面（供給側流路６１に接する端面）４２ｓと容器本体３１の内面３１ｓとは面一であることが好ましい。分離膜モジュール１の容器における膜表面に面する内面には、通常は凹凸が存在しないため、上記の構成によれば、サブモジュール２による分離膜モジュール１における膜ファウリングの再現性を向上させることができる。また、開口部５０の位置は、対物レンズ（対物レンズを有する測定器３）を用いた測定の容易さを考慮して適宜設定すればよく、例えばサブモジュール２を設置したときに上側となる位置に設定すればよい。
【００２７】
本実施形態では、蓋部３２は透明である。したがって、蓋部３２が開口部５０に取り付けられている場合であっても、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆを観察できる。蓋部３２の内面にはファウラントが付着する場合があり、この場合は膜ファウリングの評価の精度が低下するため、透明な蓋部３２が開口部５０に取り付けられている状態における膜表面２３ｆの観察のみでは膜ファウリングの精度良い観察を継続することは困難であるが、当該観察は対物レンズによる観察のタイミングを判断する上で有用である。
【００２８】
同じ理由で、本実施形態では、容器本体３１も透明である。すなわち、蓋部３２と容器本体３１の両方が透明部材である。
【００２９】
容器本体３１および蓋部３２の高い耐圧性を確保するために適した材料としては、ステンレス等の金属が挙げられる。容器本体３１および蓋部３２に適した透明材料としては耐圧ガラスが挙げられる。なお、容器本体３１および蓋部３２は同一の材料から構成されていてもよく、異なる材料から構成されていてもよい。
【００３０】
上記で説明した膜分離装置１０は２つの分離膜モジュール１を有しているが、分離膜モジュール１の数は特に限定されず、１つであってもよく３つ以上であってもよい。同様に、サブモジュール２の数は、１つであってもよく２つ以上であってもよい。すなわち、膜分離装置１０は、少なくとも１つの分離膜モジュール１と、少なくとも１つのサブモジュール２とを有していればよい。
【００３１】
また、本実施形態では、分離膜モジュール１およびサブモジュール２はクロスフロー方式のモジュールであるが、分離膜モジュール１および／またはサブモジュール２として全量濾過方式等の他の方式のモジュールを採用してもよい。ただし、サブモジュール２による分離膜モジュール１における膜ファウリングの再現性を高める観点からは、サブモジュール２における濾過方式を、分離膜モジュール１における濾過方式と同じ濾過方式とすることが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態では、供給水Ｆの大部分が分離膜モジュール１に導入され、供給水Ｆの残部がサブモジュール２に導入されるように（サンプリング水Ｓが供給水Ｆの一部により構成されるように）、分離膜モジュール１とサブモジュール２の位置関係が定められている。これにより、サブモジュール２による分離膜モジュール１の膜ファウリングの再現性を高めている。ただし、分離膜モジュール１とサブモジュール２の位置関係はこれに限定されない。例えば、分離膜モジュール１から排出される濃縮流体Ｃ1がサブモジュール２に導入されるように、分離膜モジュール１とサブモジュール２の位置関係を定めてもよい。この位置関係を採用すれば、サブモジュール２において膜ファウリング（特にバイオフィルム等）が短期間で現れるため、生じ得る膜ファウリングの傾向等の分析を早期に実施できる。
【００３３】
また、本実施形態では、分離膜モジュール１における分離膜とサブモジュール２におけるファウリング評価用分離膜２３とが同一の材料からなっている。これにより、サブモジュール２による分離膜モジュール１の膜ファウリングの再現性を高めている。ただし、分離膜モジュール１における分離膜とサブモジュール２におけるファウリング評価用分離膜２３とは異なる材料からなっていてもよい。
【００３４】
また、分離膜モジュール１の分離膜の供給水Ｆが供給される側の膜表面には、供給側流路材が設けられていることがある（例えば、分離膜モジュール１がスパイラル型のモジュールである場合等）。この場合は、堆積材２２と供給側流路材とが同一の材料からなっていることが好ましい。また、堆積材２２と供給側流路材とが同一の形状を有していることが好ましい。これらにより、サブモジュール２による分離膜モジュール１の膜ファウリングの再現性を高めることができる。ただし、分離膜モジュール１に供給側流路材が設けられている場合であっても、堆積材２２と供給側流路材とが異なる材料からなっていてもよく、異なる形状を有していてもよい。
【００３５】
次に、本実施形態に係る膜ファウリングの測定方法について説明する。
【００３６】
本実施形態の測定方法では、上記の膜分離装置１０と、対物レンズを有する測定器３（典型的には顕微鏡）とを用いて膜ファウリングを測定する。この測定方法は、分離膜モジュール１およびサブモジュール２により供給水Ｆ（供給流体）およびサンプリング水Ｓ（サンプリング流体）を膜分離する膜分離工程と、バルブ５（流量調整手段）によりサブモジュール２に導入されるサンプリング水Ｓの流量を減少させる流量調整工程と、蓋部３２を開口部５０から取り外し、開口部５０に対物レンズを挿入する挿入工程と、対物レンズを開口部５０に挿入した状態で、測定器３により、膜表面２３ｆを測定する測定工程と、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆにおける堆積材２２付近（第１領域）の膜ファウリングと、膜表面２３ｆにおける、堆積材２２付近以外の部位（第１領域よりも堆積材２２から離れた第２領域）の膜ファウリングを比較評価する比較評価工程と、を含む。
【００３７】
膜分離工程において、分離膜モジュール１の分離膜の膜表面およびファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆに膜ファウリングが堆積する。膜分離装置１０の設定（加圧ポンプ６の出力等）および供給水Ｆの成分等によって膜分離工程に要する期間（膜表面２３ｆを測定してから再度膜表面２３ｆを測定するまでに要する期間）は異なるが、膜分離装置１０の用途に応じて予め定めることができる。膜分離工程に要する期間は、典型的には、７〜２０日である。また、蓋部３２および／または容器本体３１が透明である場合は、蓋部３２および／または容器本体３１を介した膜表面２３ｆの観察に基づいて決定してもよい。なお、膜分離工程は、分離膜モジュール１およびサブモジュール２に供給水Ｆおよびサンプリング水Ｓが供給されていれば成立し得る工程であり、供給水Ｆを濾し分けることを目的とする膜分離装置１０の運転と別の運転を要するものではない。
【００３８】
流量調整工程では、サブモジュール２に導入されるサンプリング水Ｓの流量を減少させる。これにより、測定工程における膜表面２３ｆの測定精度が向上する。必要に応じて、バルブ５の開度をゼロにして、サブモジュール２へのサンプリング水Ｓの導入を停止してもよい。なお、供給流体およびサンプリング流体として気体または蒸気等を用いる場合には、開口部５０を介したサンプリング流体の放出を防止するために、バルブ５の開度をゼロにすることが特に好ましい。ただし、流量調整工程は必須の工程ではなく、膜分離装置１０の定常運転時においてサブモジュール２に導入されるサンプリング水Ｓの流量が膜表面２３ｆの測定を妨げない程度に少なく、開口部５０からサンプリング水Ｓが溢れ出るおそれがない場合（容器３０の内圧が十分に低い場合）には省略可能である。
【００３９】
挿入工程では、まず、蓋部３２を開口部５０から取り外す。次に、対物レンズを開口部５０に挿入し、膜表面２３ｆの測定に適した位置において固定する。
【００４０】
測定工程では、対物レンズ（対物レンズを有する測定器３）により、膜表面２３ｆを測定する。本実施形態では、容器に付着したファウラント等により測定が阻害されることがないため、膜表面２３ｆにおける膜ファウリングを好適に測定できる。また、本実施形態によれば、容器に由来するレンズの収差補正を省略することができる。
【００４１】
なお、測定工程における膜表面２３ｆの測定の具体的な方法は特に限定されない。例えば、バルブ７の開度を調整し、染色剤タンク４からサブモジュール２に染色剤を注入して、膜ファウリングの視認性を向上させた上で膜表面２３ｆを測定する方法が挙げられる。染色剤タンク４および染色剤は、公知のものを用いればよい。また、対物レンズを有する測定器３により、サブモジュール２の膜表面２３ｆからの反射光強度を測定することもできる。反射光強度の測定により、膜ファウリングの厚さ、堆積量、種類等を推定できる。本実施形態の測定工程では、蓋部３２を開口部５０から取り外しているため、膜表面２３ｆからの反射光の対物レンズへの到達が妨げられ難い。したがって、本実施形態は、膜表面２３ｆからの反射光強度を測定に適しているといえる。なお、反射光強度の測定に適した測定器３としては、反射型共焦点光学顕微鏡等の反射型共焦点光学系の測定器が挙げられる。
【００４２】
本実施形態の比較評価工程では、膜表面２３ｆにおける堆積材２２の厚さと同程度の堆積材２２の周囲内（例えば、堆積材２２の厚さが１ｍｍの場合、周囲１ｍｍ程度）の部位であって堆積材２２における流体供給側とは反対側の部位である部位Ａと、膜表面２３ｆにおける他の部位である部位Ｂとを比較評価する。部位Ａでは、部位Ｂよりもバイオフィルムまたはスケール等の膜ファウリンが堆積しやすい。したがって、部位Ａにおける膜ファウリングの量と部位Ｂにおける膜ファウリングの量との相違は測定し易く、この相違はファウリング評価用分離膜２３の膜ファウリングを把握する指標となる。
【００４３】
より詳細には、膜表面２３ｆを、堆積材２２によって覆われている領域である被覆領域と、被覆領域を取り囲み、被覆領域に隣接する隣接領域とに区画し、隣接領域を、被覆領域よりも流体供給側の流体供給側隣接領域と、被覆領域からみて流体供給側とは反対側の反対側隣接領域とにさらに区画したとき、流体供給側隣接領域に堆積した堆積物の単位面積当たりの堆積量と反対側隣接領域に堆積した堆積物の単位面積当たりの堆積量とを比較すれば、サブモジュール２のファウリング評価用分離膜２３の膜ファウリングを早期に判断できると言える。ただし、比較評価工程は必須の工程ではない。
【００４４】
本実施形態では、上記で説明した工程を繰り返す。これにより、継続的（定期的）に、ファウリング評価用分離膜２３の膜ファウリングを把握できる。
【００４５】
なお、上記で説明した本実施形態の測定方法では、サンプリング流体が水（サンプリング水Ｓ）であるため、対物レンズとして、サンプリング水Ｓの屈折率に対応する屈折率（例えば１．０〜１．３３）を有する水浸レンズを用い、挿入工程において水浸レンズがサンプリング水Ｓに浸るように水浸レンズを開口部５０に挿入し、測定工程において水浸レンズをサンプリング水Ｓに浸した状態で膜表面２３ｆを測定している。これにより、好適に膜表面２３ｆの膜ファウリングを好適に測定できる。すなわち、供給流体およびサンプリング流体が液体である場合は、対物レンズとして液浸レンズを用い、挿入工程において液浸レンズがサンプリング流体に浸るように液浸レンズを開口部５０に挿入し、測定工程において液浸レンズをサンプリング流体に浸した状態で膜表面２３ｆを測定することが好ましい。
【００４６】
また、膜分離装置１０は、ファウリング評価用分離膜２３の膜表面２３ｆの測定により得た電子データを処理するデータ処理手段を備えていてもよい。電子データは、例えば測定器３に撮像装置等を連結した状態で膜表面２３ｆの測定を実施することにより得ることができる。膜分離装置１０がデータ処理手段を備えている場合は、データ処理手段を用いて電子データを蓄積、解析、または所定の管理場所へ送信（必要があれば受信）できる。すなわち、データ処理手段として電子データを蓄積する蓄積装置を用いれば電子データを容易に蓄積でき、電子データを解析する解析装置を用いればリアルタイムで膜ファウリングの解析ができ、電子データを送信する送信装置（必要があれば送受信装置）を用いれば外部装置により膜ファウリングの評価ができる。なお、データ処理手段は、膜分離装置１０の構成要素であってもよく、膜表面２３ｆの測定時に膜分離装置１０に取り付けられる外部の手段であってもよい。また、上記の解析とは、比較評価工程を含み得る概念であり、比較評価工程は解析装置によって行われてもよい。
【００４７】
（第二実施形態）
第一実施形態におけるサブモジュール２では、開口部５０に雌螺子部４１を設け、蓋部３２に雄螺子部４２を設けることにより、開口部５０に蓋部３２が着脱自在に取り付けられ得る態様を得ている。ただし、他の構成を採用することにより、開口部に蓋部が着脱自在に取り付けられ得る態様を得てもよい。例えば、サブモジュールとして、図４および５に示すサブモジュール１０２を用いてもよい。サブモジュール１０２は、サブモジュール２における容器３０を容器１３０に置換したモジュールである。
【００４８】
容器１３０は、開口部１５０を有する容器本体１３１と、蓋部１３２とを含んでいる。開口部１５０は、対物レンズを挿入するための開口部である。また、開口部１５０は、蓋部１３２を挿入するための開口部でもある。開口部１５０は、一部が供給側流路６１を挟んで膜表面２３ｆに面する位置に設けられている。
【００４９】
開口部１５０は、対物レンズが挿入される開口面１５５と、開口面１５５に沿う方向に開口し、蓋部１３２が挿入される開口面１４５とを有する。開口部１５０では、開口面１４５、開口面１５５、および開口部１５０と供給側流路６１との境界面１５６は連通している。開口面１４５の、開口面１５５から境界面１５６に向かう方向（開口面１４５の短手方向）の幅は、開口面１５５と境界面１５６との間隔よりも狭い。また、開口面１４５の、開口面１５５に沿う方向（開口面１４５の長手方向）の幅は、同方向の開口面１５５の幅および境界面１５６の幅よりも広い。また、開口部１５０では、開口面１４５から開口面１４５に垂直な方向に沿って拡がる空間が形成されている。すなわち、開口部１５０には、蓋部１３２が支持されるためのスライド溝１４０が形成されている。
【００５０】
蓋部１３２は板状の部材であり、開口面１４５から開口面１４５に垂直な方向にスライドさせられることにより開口部１５０に挿入されて、スライド溝１４０により支持される。本実施形態では、このようにして、開口部１５０に蓋部１３２が着脱自在に取り付けられ得る態様を得ている。
【００５１】
なお、本実施形態の蓋部１３２は、平面視で長方形の形状を有するが、平面視で楕円形等の他の形状を有していてもよい。この場合は、開口部１５０の形状を、蓋部１３２の形状に適合するように適宜変更すればよい。
【００５２】
また、開口部１５０は、例えばサブモジュール１０２を設置したときに開口面１５５が上側となる位置に設ければよい。
【００５３】
また、容器本体１３１および蓋部１３２の材料は、容器本体３１および蓋部３２の材料として採用され得る材料から選択すればよい。
【００５４】
また、サブモジュール１０２に、蓋部１３２を開口部１５０に挿入するための動力を提供するモーターを設けてもよい。
【００５５】
（第三実施形態）
また、サブモジュールとして、図６および７に示すサブモジュール２０２を用いてもよい。サブモジュール２０２は、サブモジュール２における容器３０を容器２３０に置換したモジュールである。
【００５６】
容器２３０は、２つの開口部２５０ａおよび２５０ｂを有する容器本体２３１と、２つの蓋部２３２ａおよび２３２ｂとを含んでいる。開口部２５０ａおよび２５０ｂは、対物レンズを挿入するための開口部である。具体的には、開口部２５０ａおよび２５０ｂは、供給側流路６１を挟んで膜表面２３ｆに面する位置に設けられている。開口部２５０ａは雌螺子部２４１ａを有し、蓋部２３２ａは開口部２５０ａの雌螺子部２４１ａと螺合する雄螺子部２４２ａを有している。開口部２５０ｂは雌螺子部２４１ｂを有し、蓋部２３２ｂは開口部２５０ｂの雌螺子部２４１ｂと螺合する雄螺子部２４２ｂを有している。なお、蓋部２３２ａおよび２３２ｂによる開口部２５０ａおよび２５０ｂの密閉を補助するために、これらが螺合する際にＯリングを介在させてもよい。
【００５７】
サブモジュール２０２では、開口部２５０ａが容器２３０におけるサンプリング水Ｓが流入する側（流入ポート２７側）の位置に、開口部２５０ｂが容器２３０におけるサンプリング水Ｓが流入する側とは反対側の位置（濃縮水流出ポート２８側の位置）に、それぞれ設けられている。サンプリング水Ｓが流入する側にはバイオフィルムが堆積しやすく、サンプリング水Ｓが流入する側とは反対側にはスケールが堆積しやすい傾向がある。すなわち、このような構成によれば、開口部２５０ａにおける測定によりバイオフィルムを良好に把握でき、開口部２５０ｂにおける測定によりスケールを良好に把握できる。なお、サンプリング水Ｓが流入する側の位置とサンプリング水Ｓが流入する側とは反対側の位置の両方に開口部を設けることは、第一実施形態および第二実施形態にも適用できる。
【００５８】
また、本実施形態では、蓋部２３２ａおよび２３２ｂが開口部２５０ａおよび２５０ｂに取り付けられた状態において、蓋部２３２ａおよび２３２ｂにおける雄螺子部２４２ａおよび２４２ｂ側とは反対側の端面（供給側流路６１とは反対側の端面）２４２ａｓｏおよび２４２ｂｓｏと容器本体２３１の外面２３１ｓｏとは面一であり、蓋部２３２ａおよび２３２ｂにおける雄螺子部２４２ａおよび２４２ｂ側の端面（供給側流路６１に接する端面）２４２ａｓｉおよび２４２ｂｓｉと容器本体２３１の内面２３１ｓｉとは面一である。また、開口部２５０ａおよび２５０ｂは、例えばサブモジュール２０２を設置したときに上側となる位置に設ければよい。
【００５９】
また、容器本体２３１および蓋部２３２ａおよび２３２ｂの材料は、容器本体３１および蓋部３２の材料として採用され得る材料から選択すればよい。
【００６０】
（第四実施形態）
また、サブモジュールとして、図８および９に示すサブモジュール３０２を用いてもよい。サブモジュール３０２は、サブモジュール２における容器３０を容器３３０に置換したモジュールである。
【００６１】
容器３３０は、開口部３５０を有する容器本体３３１と、蓋部３３２とを含んでいる。開口部３５０は、対物レンズを挿入するための開口部である。具体的には、開口部３５０は、供給側流路６１を挟んで膜表面２３ｆに面する位置に設けられている。蓋部３３２は、方形板状の天井部３３３と、円柱状の胴部３３４とを含んでいる。胴部３３４は、開口部３５０に嵌め込まれる部分である。天井部３３３の四隅には、螺子３３５を貫通させるための貫通孔３３６が形成されている。容器本体３３１には、螺子３３５と螺合する螺子穴３３７が形成されている。螺子穴３３７の位置は、貫通孔３３６の位置に対応している。容器３３０によれば、螺子３３５と螺子穴３３７とが天井部３３３を介して螺合することにより、開口部３５０に蓋部３３２が螺合され、これにより、容器３３０の耐圧性が確保される。また、膜ファウリングを観察する際に蓋部３３２を取り外すことにより、対物レンズを開口部３５０に挿入できる。なお、蓋部３３２による開口部３５０の密閉を補助するために、これらが螺合する際にＯリングを介在させてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、蓋部３３２が開口部３５０に取り付けられた状態において、蓋部３３２における胴部３３４側の端面（供給側流路６１に接する端面）３３４ｓと容器本体３３１の内面３３１ｓとは面一である。また、開口部３５０は、例えばサブモジュール３０２を設置したときに上側となる位置に設ければよい。
【００６３】
（その他の実施形態）
サブモジュールとして、上記以外のサブモジュールを用いてもよい。例えば、開口部に蓋部を嵌め込んで得られる嵌合力により容器の耐圧性を確保する態様を有するサブモジュールを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、分離膜モジュールの膜ファウリングを好適に把握できる。
【符号の説明】
【００６５】
１    分離膜モジュール
２，１０２，２０２，３０２    サブモジュール
３    測定器
４    染色剤タンク
５，７    バルブ
６    加圧ポンプ
１０    膜分離装置
１１    第１の流路
１２    第２の流路
２２    堆積材
２３    ファウリング評価用分離膜
２３ｆ    膜表面
２３ｂ    膜裏面
２４    透過側流路材
２７    流入ポート
２８    濃縮水流出ポート
２９    透過水流出ポート
３０，１３０，２３０，３３０    容器
３１，１３１，２３１，３３１    容器本体
３１ｓ，４２ｓ，２３１ｓｉ，２３１ｓｏ，２４２ａｓｉ，２４２ａｓｏ，２４２ｂｓｉ，２４２ｂｓｏ，３３１ｓ,３３４ｓ    端面
３２，１３２，２３２ａ，２３２ｂ，３３２    蓋部
４１，２４１ａ，２４１ｂ    雌螺子部
４２，２４２ａ，２４２ｂ    雄螺子部
５０，１５０，２５０ａ，２５０ｂ，３５０    開口部
６１    供給側流路
６２    透過側流路
１４０    スライド溝
１４５，１５５    開口面
１５６    境界面
３３３    天井部
３３４    胴部
３３５    螺子
３３６    貫通孔
３３７    螺子穴
【図１】
2013184157.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013184157.tif 000007
【図６】
2013184157.tif 000008
【図７】
2013184157.tif 000009
【図８】
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【図９】
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