(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜を用いて水処理を行う膜処理装置の膜汚染物質分析法であって、膜汚染物質が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱することにより膜を分解した後、膜分解後の残存物質を分析することにより膜汚染物質の分析を行うに当たり、膜汚染物質の分析を、膜分解後の残存物質を酸素ガス存在下において所定温度で加熱して該残存物質を分解することにより行うことを特徴とする膜処理装置の膜汚染物質分析法。
【請求項２】
膜分解後の残存物質を分解したときの該残存物質の重量減少量に基づいて膜汚染物質の定量及び／又は定性を行う請求項１に記載の膜汚染物質分析法。
【請求項３】
膜分解後の残存物質を分解したときに発生するガスを分析することにより膜汚染物質の定量及び／又は定性を行う請求項１に記載の膜汚染物質分析法。
【請求項４】
膜汚染物質が活性炭及び／又はイオン交換樹脂である請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜汚染物質分析法。
【請求項５】
膜を用いて水処理を行う膜処理装置の膜汚染物質分析法であって、膜汚染物質として活性炭及び／又はイオン交換樹脂が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱することにより膜を分解した後、膜分解後の残存物質を分析することにより膜汚染物質の分析を行うことを特徴とする膜処理装置の膜汚染物質分析法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜を用いて水処理を行う膜処理装置の膜汚染物質分析法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超純水製造装置の超純水製造系や排水回収系では、一般に、膜を用いて水処理を行う膜処理装置が使用される。このような膜処理装置としては、例えば、逆浸透膜装置、精密濾過膜装置、限外濾過膜装置等がある。
【０００３】
前記のような膜処理装置を長期間使用していると、膜に汚染物質が付着し、膜処理装置の処理能力が低下する。この場合、膜汚染に適切に対処するためには、膜汚染の原因を特定することが重要である。そのため、従来より、膜に付着した膜汚染物質を分析して膜汚染物質の定量、定性を行うことが要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した膜処理装置の膜は、合成樹脂、天然繊維等の炭素が主体の物質により形成されていることが多い。一方、膜汚染物質も、炭素が主体の物質であることが多いと考えられる。例えば、膜処理装置の上流側に活性炭濾過装置やイオン交換装置が設置されている場合には、活性炭濾過装置から漏出した活性炭の微粒子や、イオン交換装置から漏出したイオン交換樹脂の微粒子が膜汚染物質になることが考えられる。
【０００５】
上述したような膜に付着した膜汚染物質の分析を行う場合、灼熱減量分析法や元素分析法を採ることが考えられる。しかし、膜汚染物質が付着した膜試料を用い、灼熱減量分析法や元素分析法によって膜汚染物質を分析しようとしても、膜及び膜汚染物質が共に炭素が主体の物質である場合には、膜汚染物質のみを膜から分別して分析することは不可能であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、膜汚染物質のみを膜から分別して分析することが可能な膜処理装置の膜汚染物質分析法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、膜汚染物質が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱した場合、該加熱により膜はほぼ完全に分解消失するが、膜汚染物質の一部又は全部は分解されずに残存すること、したがって膜分解後の残存物質を分析することにより、膜汚染物質の定量及び／又は定性を行うことができることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００８】
したがって、本発明は、膜を用いて水処理を行う膜処理装置の膜汚染物質分析法であって、膜汚染物質として活性炭及び／又はイオン交換樹脂が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱することにより膜を分解した後、膜分解後の残存物質を分析することにより膜汚染物質の分析を行うことを特徴とする膜処理装置の膜汚染物質分析法を提供する。また、本発明は、膜を用いて水処理を行う膜処理装置の膜汚染物質分析法であって、膜汚染物質が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱することにより膜を分解した後、膜分解後の残存物質を分析することにより膜汚染物質の分析を行うに当たり、膜汚染物質の分析を、膜分解後の残存物質を酸素ガス存在下において所定温度で加熱して該残存物質を分解することにより行うことを特徴とする膜処理装置の膜汚染物質分析法を提供する。
【０００９】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明では、まず、膜汚染物質が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱することにより、膜を分解する。膜試料としては、例えば、前述した逆浸透膜装置、精密濾過膜装置、限外濾過膜装置等から採取した膜試料を挙げることができる。なお、これらの装置では、一般にポリプロピレン系膜、ポリエステル系膜、コットン系膜、セルロースアセテート系膜、ナイロン系膜、ポリスルホン系膜などが使用されている。
【００１０】
前記酸素ガス不存在下での加熱において、酸素ガス不存在下とは酸素ガスが実質的に存在しない状態であり、その状態は例えば窒素ガス等の不活性ガスをパージすることにより形成することができる。また、膜試料の加熱温度は、膜の種類等に応じて適宜決定できるが、４５０〜９００℃、好ましくは６００〜９００℃程度とすることが適当であり、これにより通常は膜をほぼ完全に分解消失することができるとともに、膜汚染物質の一部又は全部を分解することなく残存させることができる。なお、加熱時間に限定はなく、膜がほぼ完全に分解消失して試料の重量が安定するまで加熱を行えばよい。
【００１１】
本発明では、次に、膜分解後の残存物質を分析することにより、膜汚染物質の分析を行う。この場合、上記残存物質の分析手段に特に限定はないが、例えば、膜分解後の残存物質を酸素ガス存在下において所定温度で加熱して該残存物質を分解することにより膜汚染物質を分析する手段を採ることができる。
【００１２】
すなわち、膜汚染物質が付着した膜試料を酸素ガス不存在下において所定温度で加熱すると、前述したように、膜はほぼ完全に分解消失するが、膜汚染物質の一部又は全部は分解されずに残存する。しかし、上記酸素ガス不存在下での加熱による膜分解後の残存物質を、さらに酸素ガス存在下において所定温度で加熱すると、残存した膜汚染物質中の加熱分解可能な成分はほぼ完全に分解する。したがって、膜分解後の残存物質を酸素ガス存在下において所定温度で加熱したときに得られるデータに基づいて、膜汚染物質の分析を行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、酸素ガスが存在する状態は、例えば空気等の酸素含有ガスをパージすることにより形成することができ、また酸素ガス不存在下において酸素ガスを導入混合することにより形成することもできる。また、酸素ガス存在下での加熱において、膜分解後の残存物質の加熱温度は、膜汚染物質であると推定される物質の種類等に応じて適宜決定できるが、４５０〜９００℃、好ましくは６００〜９００℃程度とすることが適当であり、これにより通常は残存した膜汚染物質中に含まれる加熱分解可能な成分をほぼ完全に分解することができる。なお、加熱時間に限定はなく、上記加熱分解可能な成分がほぼ完全に分解して試料の重量が安定するまで加熱を行えばよい。
【００１４】
上記のように膜分解後の残存物質を酸素ガス存在下において所定温度で加熱して膜汚染物質の分析を行う場合、より具体的には、膜分解後の残存物質を分解したときの該残存物質の重量減少量に基づいて膜汚染物質の定量及び／又は定性を行う手段、又は、膜分解後の残存物質を分解したときに発生するガスを分析することにより膜汚染物質の定量及び／又は定性を行う手段を好適に採用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態例
図１は、本発明の実施に用いる分析装置の一例を示すフロー図である。図１において、２は熱天秤計を示す。この熱天秤計２は、加熱炉部４、天秤部６及び電子回路部８を備えている。加熱炉部４及び天秤部６には、図２に示すように、一対の電磁天秤１２が設置されており、一方の天秤１２の一端にはサンプルホルダ１４、他方の天秤１２の一端にはブランクホルダ１６がそれぞれ取り付けられている（図中１０は天秤１２の軸を示す）。また、両ホルダ１４，１６の近傍にはそれぞれヒータ１８が設置されており、これらヒータ１８によってホルダ１４，１６がそれぞれ所定温度で加熱されるようになっている。さらに、両天秤１２の他端側近傍には両天秤１２の他端の位置（高さ）を検出する光学式位置センサ２０が設置され、センサ２０で検出した両天秤１２の他端の位置に基づいてサンプルホルダ１４内の試料の重量が算出されるようになっている。
【００１６】
また、図１において、２２は加熱炉部４及び天秤部６内にパージガスを導入するガスパージ管、２４及び２６はそれぞれガスパージ管２２に三方切り替え弁２８を介して接続された不活性ガス導入管及び酸素含有ガス導入管、３０は加熱炉部４及び天秤部６内に導入されたパージガスを排出するガス排出管を示す。
【００１７】
本例の分析装置による膜汚染物質の分析は、例えば下記の手順で行う。
▲１▼膜汚染物質が付着した膜試料をサンプルホルダ１４に配置した後、不活性ガス導入管２４からガスパージ管２２を通して加熱炉部４及び天秤部６内に窒素ガス等の不活性ガスを連続的に導入するともに、両ヒータ１８によって両ホルダ１４，１６を所定温度で所定時間加熱する。これにより、膜がほぼ完全に分解消失する。
▲２▼次に、酸素含有ガス導入管２６からガスパージ管２２を通して加熱炉部４及び天秤部６内に空気、酸素ガス等の酸素含有ガスを連続的に導入するともに、両ヒータ１８によって両ホルダ１４，１６を所定温度で所定時間加熱する。これにより、膜分解後の残存物質中に含まれる加熱分解可能な成分がほぼ完全に分解される。
▲３▼膜分解後の残存物質を分解したときの該残存物質の重量減少量に基づいて膜汚染物質の定量を行う（後記実施例参照）。
【００１８】
第２実施形態例
図３は、本発明の実施に用いる分析装置の他の例を示すフロー図である。本例の分析装置は、図１に示した分析装置おいて、ガス排出管３０にフーリエ変換赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）３２を接続し、ガス排出管３０から排出されるガス中の成分を上記赤外分光装置３２で分析するようにしたものである（図中３４はガス排出管を示す）。なお、ガス中の成分の分析は、例えばガス中の炭素濃度、水素濃度等を検出（間接検出）することにより行うことが可能である。
【００１９】
本例の分析装置は、第１実施形態例の装置と同様に熱天秤計２を用いて膜汚染物質の定量を行うことができるとともに、膜分解後の残存物質を分解したときに発生するガスを赤外分光装置３２で分析することにより、膜汚染物質の定性を行うことができるものである。
【００２０】
【実施例】
以下、実験例を示す。
実験１
新品の膜処理装置用の膜を試料とし、図１に示した装置を用いて下記手順で実験を行った。膜としては、ポリプロピレン系の水処理用膜であるポール社製ＡＢ２ＵＹを用いた。
▲１▼試料をサンプルホルダ１４に配置した後、ガスパージ管２２から加熱炉部４内に窒素ガスを流量約２００ｍｌ／ｍｉｎで連続的に導入しつつ、両ヒータ１８によって両ホルダ１４，１６を約６００℃に加熱した。
▲２▼安全のために加熱炉部４内の温度を約３００℃に下げた後、ガスパージ管２２から加熱炉部４内に空気を流量約２００ｍｌ／ｍｉｎで連続的に導入しつつ、両ヒータ１８によって両ホルダ１４，１６を約６００℃に加熱した。
【００２１】
▲１▼及び▲２▼における試料の加熱温度の変化及び重量変化を図４に示す。図４に示すように、膜処理装置用の膜は、窒素ガスパージ下における６００℃での加熱によって、ほぼ完全に分解するものであった。
【００２２】
実験２
粉末状活性炭（三菱化学社製ダイヤホープ００６）を試料としたこと以外は、実験１と同様にして実験を行った。▲１▼及び▲２▼における試料の加熱温度の変化及び重量変化を図５に示す。図５に示すように、上記活性炭は、窒素ガスパージ下における６００℃での加熱によって、分解により重量が約１０％減少するとともに、次の空気パージ下における６００℃での加熱によって、分解により窒素ガスパージ下における加熱後の重量に対して重量が約８０％減少するものであった。この場合、上記重量の減少割合は、同一加熱条件下ではほぼ同じであると考えられる。
【００２３】
実験３
実験１で用いたのと同じ膜に実験２で用いたのと同じ活性炭が付着した実サンプルを試料としたこと以外は、実験１と同様にして実験を行った。▲１▼及び▲２▼における試料の加熱温度の変化及び重量変化を図６に示す。この場合、▲２▼の空気パージ下における６００℃での加熱によって、試料重量は約０．９ｍｇ減少した。この重量減は、活性炭の分解によるものと見ることができる。したがって、膜に初期付着していた活性炭の重量は、０．９ｍｇ／０．８＝約１．１ｍｇであったと考えられる。なお、▲２▼の後に残存しているのは、加熱分解が困難な無機物であると推定される。
【００２４】
実験４
新品のイオン交換樹脂（アンバーライト（登録商標、以下同様）２００Ｃ）を試料としたこと以外は、実験１と同様にして実験を行った。▲１▼及び▲２▼における試料の加熱温度の変化及び重量変化を図７に示す。図７に示すように、上記イオン交換樹脂は、窒素ガスパージ下における６００℃での加熱によって、分解により重量が約６０％減少するとともに、次の空気パージ下における６００℃での加熱によって、分解により窒素ガスパージ下における加熱後の重量に対して重量が約４０％減少するものであった。この場合、上記重量の減少割合は、同一加熱条件下ではほぼ同じであると考えられる。したがって、上記重量の減少割合に基づいて、実験３と同様にして膜に付着したイオン交換樹脂の定量を行うことが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る膜処理装置の膜汚染物質分析法によれば、膜汚染物質が付着した膜試料を用い、膜汚染物質のみを膜から分別して分析することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる分析装置の一例を示すフロー図である。
【図２】同装置の加熱炉部及び天秤部を示す説明図である。
【図３】本発明の実施に用いる分析装置の他の例を示すフロー図である。
【図４】実験１における試料の加熱温度の変化及び重量変化を示すグラフである。
【図５】実験２における試料の加熱温度の変化及び重量変化を示すグラフである。
【図６】実験３における試料の加熱温度の変化及び重量変化を示すグラフである。
【図７】実験４における試料の加熱温度の変化及び重量変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２  熱天秤計
４  加熱炉部
６  天秤部
８  電子回路部
１２  天秤
１４  サンプルホルダ
１８  ヒータ
２０  光学式位置センサ
２２  ガスパージ管
２４  不活性ガス導入管
２６  酸素含有ガス導入管
３２  フーリエ変換赤外分光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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