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特開2024-5334純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置とこれを用いた純水製造システム、及び純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価方法
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  • 特開-純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置とこれを用いた純水製造システム、及び純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024005334
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置とこれを用いた純水製造システム、及び純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価方法
(51)【国際特許分類】
   B01D 65/00 20060101AFI20240110BHJP
   B01D 65/10 20060101ALI20240110BHJP
   C02F 1/44 20230101ALI20240110BHJP
【FI】
B01D65/00
B01D65/10
C02F1/44 A
C02F1/44 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022105478
(22)【出願日】2022-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000004400
【氏名又は名称】オルガノ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】市原 史貴
(72)【発明者】
【氏名】梅澤 千陽
【テーマコード(参考)】
4D006
【Fターム(参考)】
4D006GA06
4D006GA07
4D006GA32
4D006HA01
4D006KA01
4D006KA52
4D006KA54
4D006KA57
4D006KA64
4D006KB04
4D006KB11
4D006KB17
4D006KE13P
4D006KE30P
4D006LA06
4D006LA08
4D006LA10
4D006MA01
4D006MA03
4D006MB01
4D006MC62
4D006PA01
4D006PB02
4D006PC02
(57)【要約】
【課題】純水製造装置の運転に与える影響を抑えつつ、膜ろ過装置の性能劣化をより詳細に評価する。
【解決手段】膜ろ過装置の性能評価装置2は、純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置である。性能評価装置2は、純水製造装置の膜ろ過装置18が設けられたラインL1から、膜ろ過装置18の入口部で分岐する分岐ラインL11~L15と、分岐ラインL12~L15に接続された少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21A~21Dと、を有している。少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21A~21Dは膜ろ過装置18と同種の膜を備え、少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21A~21Dの膜の膜面積は、膜ろ過装置18の膜の膜面積より小さい。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
純水製造装置に備えられた膜ろ過装置の性能評価装置であって、
前記純水製造装置の前記膜ろ過装置が設けられたラインにおける、前記膜ろ過装置の入口部で分岐する分岐ラインと、
前記分岐ラインに接続された少なくとも一つの評価用ろ過膜装置と、を有し、
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は前記膜ろ過装置と同種の膜を備え、前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置の前記膜の膜面積は、前記膜ろ過装置の膜の膜面積より小さい、膜ろ過装置の性能評価装置。
【請求項2】
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は第1のモジュールを有し、
前記第1のモジュールの膜物性を評価する膜物性評価装置をさらに有し、
前記膜物性評価装置は、前記第1のモジュールの前記膜を構成する糸の伸度保持率と、前記第1のモジュールの分画保持率の少なくともいずれかを測定する、請求項1に記載の性能評価装置。
【請求項3】
前記膜物性評価装置は前記伸度保持率が85%以下、または前記分画保持率が70%以下となったときに、前記膜ろ過装置の膜の交換を促す通知を出力する、請求項2に記載の性能評価装置。
【請求項4】
前記分岐ラインの前記第1のモジュールの出口部に設けられた水質計を有する、請求項2に記載の性能評価装置。
【請求項5】
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は第2のモジュールを有し、
前記分岐ラインの前記第2のモジュールの入口部に接続され、評価用物質を添加する添加ラインと、
前記分岐ラインの前記第2のモジュールの出口部に設けられ、前記評価用物質を検出する検出装置と、を有する、請求項1に記載の性能評価装置。
【請求項6】
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は、並列に設置された複数の第1のモジュールと、並列に設置された複数の第2のモジュールと、を有する、請求項1に記載の性能評価装置。
【請求項7】
前記複数の第1のモジュールに供給される水の流速は互いに異なり、前記複数の第2のモジュールに供給される水の流速は互いに異なる、請求項6に記載の性能評価装置。
【請求項8】
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置に供給される水の流速は前記純水製造装置の前記膜ろ過装置に供給される水の流速より高い、請求項1に記載の性能評価装置。
【請求項9】
純水製造装置に備えられた膜ろ過装置の性能評価方法であって、
前記純水製造装置の前記膜ろ過装置が設けられたラインから、前記膜ろ過装置の入口部で分岐する分岐ラインに接続された少なくとも一つの評価用ろ過膜装置に、前記膜ろ過装置の入口水を供給することと、
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置の物性、前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置の処理水の水質の少なくともいずれかを測定することで前記膜ろ過装置の性能を評価することと、を有し、
前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は前記膜ろ過装置と同種の膜を備え、前記少なくとも一つの評価用ろ過膜装置の前記膜の膜面積は、前記膜ろ過装置の膜の膜面積より小さい、膜ろ過装置の性能評価方法。
【請求項10】
膜ろ過装置と、前記膜ろ過装置が設けられたラインと、請求項1から8のいずれか1項に記載の性能評価装置と、を有する純水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置とこれを用いた純水製造システム、及び純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
超純水製造装置(サブシステム)の末端には、微粒子除去を目的として限外ろ過膜装置などの膜ろ過装置が設置されている。超純水水質への要求が厳しくなるにつれ、サブシステムの末端に設置される膜ろ過装置に対する要求も厳しくなっている。従来は粒径50nm以上の微粒子に対して超純水の管理が行われていたが、近年は粒径10nmレベルの小さな微粒子に対する管理が求められている。
【0003】
サブシステムの末端の微粒子数を増加させる要因の一つに、膜ろ過装置(正確には膜ろ過装置内の膜モジュール)の劣化や破断が挙げられる。本来は微粒子を除去するために設置される膜ろ過装置が、劣化や破断によって微粒子の発生源となり、結果として膜ろ過装置の出口水の微粒子数に影響を与える可能性がある。そのため、サブシステムの末端の膜ろ過装置の管理は非常に重要である。特許文献1には、限外ろ過膜の透過水や濃縮水中の粗大粒子数を測定し、所定の閾値を超えたときに限外ろ過膜が劣化したと判断する限外ろ過膜の診断方法が開示されている。具体的には、限外ろ過膜の透過水をサンプリングし、膜ろ過装置でサンプリング水中の微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を走査電子顕微鏡(SEM)で観察する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第6450563号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載された診断方法によれば、超純水製造装置を含む純水製造装置の運転を継続しながら微粒子のサンプルを取得することができる。しかし、膜ろ過装置の評価はサンプリング水のみに依存するため、膜ろ過装置の状態を詳細に評価することには限界がある。
【0006】
本発明は純水製造装置の運転に与える影響を抑えつつ、膜ろ過装置の性能劣化をより詳細に評価できる、純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置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】
本発明の膜ろ過装置の性能評価装置は、純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置である。性能評価装置は、純水製造装置の膜ろ過装置が設けられたラインから、膜ろ過装置の入口部で分岐する分岐ラインと、分岐ラインに接続された少なくとも一つの評価用ろ過膜装置と、を有している。少なくとも一つの評価用ろ過膜装置は膜ろ過装置と同種の膜を備え、少なくとも一つの評価用ろ過膜装置の膜の膜面積は、膜ろ過装置の膜の膜面積より小さい。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、純水製造装置の運転に与える影響を抑えつつ、膜ろ過装置の性能劣化をより詳細に評価できる、純水製造装置の膜ろ過装置の性能評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の一実施形態に係る超純水製造装置の概要図である。
図2】限外ろ過膜装置の性能評価装置の概要図である。
図3】実施例で用いた試験装置の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1は、本発明の一実施形態に係る超純水製造装置1のサブシステムの概要を示している。図2図1のA部拡大図であり、性能評価装置2の概要を示している。サブシステムは、1次純水システム(図示せず)で製造された純水から、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水を製造するためのシステムで、2次純水システムとも呼ばれる。以下の超純水製造装置1についての説明は、特記ない限りサブシステムを対象とし、サブシステムを超純水製造装置1と称することがある。超純水製造装置1は半導体などの電子部品製造工程で使用される。
【0011】
超純水製造装置1のサブシステムは、ユースポイントP.O.U.に接続された主ラインL1と、主ラインL1上に設けられ、超純水を製造するための複数の水処理装置と、ユースポイントP.O.U.で使用されない(より正確には、使用されなかった)超純水を主ラインL1に戻すリターンラインL2と、を有している。主ラインL1上には、純水タンク11、純水供給ポンプ12、熱交換器13、紫外線酸化装置14、イオン交換装置15、膜脱気装置16、ブースターポンプ17、限外ろ過膜装置18が、記載された順序で、純水の流通方向Dに沿って直列に配置されている。紫外線酸化装置14、イオン交換装置15、膜脱気装置16、限外ろ過膜装置18は上述の水処理装置の例である。各ユースポイントP.O.U.に超純水を供給する複数の供給ラインL3が、主ラインL1から分岐している。各ユースポイントP.O.U.で使用されなかった超純水を回収する複数の回収ラインL4が、リターンラインL2に合流している。リターンラインL2は純水タンク11に接続されている。回収ラインL4からリターンラインL2に流入した超純水は、リターンラインL2と純水タンク11を通って、主ラインL1に戻される。
【0012】
純水タンク11には、1次純水システムで製造された純水が貯蔵されている。純水供給ポンプ12は、純水タンク11に貯留された純水を熱交換器13に供給する。紫外線酸化装置14は、熱交換器13で温度調整された純水に紫外線を照射し、純水に含まれる有機物を分解する。イオン交換装置15は、純水中のイオン成分を除去する。イオン交換装置15は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混床充填された非再生型のカートリッジポリッシャーである。膜脱気装置16は純水の脱気、すなわち純水に含まれる溶存酸素や二酸化炭素の除去を行う。ブースターポンプ17は、例えばユースポイントP.O.U.が高い場所に設けられている場合に、純水を加圧するために設けられる。ブースターポンプ17は、ユースポイントP.O.U.の位置によっては省略することができる。限外ろ過膜装置18は、純水中に含まれる微粒子を最終的に除去する。限外ろ過膜装置18は、中空糸膜を充填した中空糸膜モジュールを有している。中空糸膜は、平膜やプリーツ膜に比べて、ろ過膜モジュールの充填密度を高くすることができるため、ろ過膜モジュール1本あたりの透過水量を多くすることができる。また、中空糸膜モジュールは高い清浄度を維持することが容易で、高い清浄度を維持した状態での出荷、超純水製造装置1への設置、現場での交換が可能である。中空糸膜モジュールとしては、ポリスルフォン製で分画分子量が4000~6000程度の膜を用いたもの、例えば、旭化成製OLT-6036H、日東電工製NTU-3306-K6R(いずれも分画分子量6000)が挙げられる。なお、分画分子量は一般に、当該膜で90%以上を保持できる球状溶質(蛋白質)の概略の分子量のことである。
【0013】
超純水製造装置1は限外ろ過膜装置18の性能(劣化度)を評価する性能評価装置2を有する。性能評価装置2は、限外ろ過膜装置18の入口部で主ラインL1から分岐する分岐ラインL11~L15と、分岐ラインL11~L15に接続された少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21、本実施形態では2つの第1のモジュール(第1の評価用ろ過膜装置)21A,21Bと2つの第2のモジュール(第2の評価用ろ過膜装置)21C,21Dとを有している。分岐ラインL11~L15は主ラインL1に接続された第1のラインL11と、第1のラインL11から分岐する第2~第5のラインL12~L15と、を有し、2つの第1のモジュール21A,21Bはそれぞれ第2及び第3のラインL12,L13に、2つの第2のモジュール21C,21Dはそれぞれ第4及び第5のラインL14,L15に設けられている。なお、分岐ラインL11~L15(第1のラインL11)は、限外ろ過膜装置18と、限外ろ過膜装置18の上流で限外ろ過膜装置18に最も近接する水処理装置と、の間、すなわち、膜脱気装置16と限外ろ過膜装置18との間(限外ろ過膜装置18の入口)に設けることが好ましいが、微粒子数が大きく変わらない限り、上記最も近接した水処理装置の上流側に設けてもよい。例えば、実施例のように、分岐ラインL11~L15はイオン交換装置15と膜脱気装置16との間から分岐してもよい。あるいは、イオン交換装置15を膜脱気装置16と限外ろ過膜装置18との間に設け、分岐ラインL11~L15がイオン交換装置15と限外ろ過膜装置18との間から分岐するようにしてもよい。
【0014】
第1のモジュール21A,21Bと第2のモジュール21C,21Dは限外ろ過膜装置18と同種の膜を備えている。同種の膜とは、材料、孔径、寸法(中空糸の内径及び外径、中空糸の長さ)が同一であって同じろ過性能を有する膜をいうが、材料、孔径、寸法が類似しており、同等のろ過性能を有する膜も含まれる。本実施形態では、第1及び第2のモジュール21A~21Dと限外ろ過膜装置18は、多数の中空糸膜を容器に充填した評価用ろ過膜装置であり、中空糸膜の材料、孔径、寸法が第1及び第2のモジュール21A~21Dと限外ろ過膜装置18で共通している。ただし、第1及び第2のモジュール21A~21Dの各々の中空糸膜の本数は限外ろ過膜装置18の中空糸膜の本数より少ない。この結果、第1及び第2のモジュール21A~21Dの各々の中空糸膜の膜面積(個々の中空糸膜の膜面積に中空糸膜の本数を掛けた値)は、限外ろ過膜装置18の中空糸膜の膜面積より小さい。つまり、第1及び第2のモジュール21A~21Dは限外ろ過膜装置18を模した小型の評価用ろ過膜装置である。第1及び第2のモジュール21A~21Dの中空糸膜の膜面積は同一であるが、互いに異なっていてもよい。
【0015】
第2及び第3のラインL12,L13の第1のモジュール21A,21Bの出口部に第1、第2の水質計C1,C2が設けられている。第1、第2の水質計C1,C2は微粒子計である。微粒子の代わりにTOC(全有機体炭素量)を測定してもよく、金属、有機物などの溶存物質濃度を測定してもよい。後述するように、第1のモジュール21A,21Bは限外ろ過膜装置18の劣化を推定するために設けられているので、測定対象は限外ろ過膜装置18で捕捉可能な物質であれば限定されない。限外ろ過膜装置18は基本的に微粒子を捕捉するためのものであるが、有機物や金属などの溶解物質も、粒状やコロイド状の形態であれば捕捉する能力を備えている。従って、第1、第2の水質計C1,C2は微粒子数、TOC、金属濃度の少なくともいずれかを測定するものであればよい。
【0016】
第1、第2の水質計C1,C2として例えば噴霧乾燥法を用いた水質計(例えば、KANOMAX社のSTPC3)が挙げられる。この水質計は噴霧部と、蒸発・乾燥部と、検出部とを有している。噴霧部は測定対象の超純水をサンプリングし噴霧する。蒸発・乾燥部は噴霧により生成した液滴のうち大きな液滴を除去し、残った微細な液滴を加熱、蒸発させる。超純水中に存在していた粒子や、溶解不揮発性残渣物でできた粒子はエアロゾルを形成する。蒸発・乾燥部はさらにエアロゾルを準透過膜に透過させて水分を除去する。検出部は析出したエアロゾルを微分型静電分級器でサイズごとに分級し、分級した粒子の個数濃度を凝縮粒子カウンターで計測する。得られた計測値に、予め校正された係数を乗じることにより、超純水中の粒子濃度が得られる。この方法は、原理的に凝縮粒子カウンターの検出限界である粒径2.5nm程度の粒子まで計測可能であり、計測結果が粒子の屈折率や形状によって影響を受けないという利点がある。
【0017】
従来も、限外ろ過膜装置18とユースポイントP.O.U.との間には、微粒子計などの水質計が設けられているが、これだけで限外ろ過膜装置18の劣化の判断を行うことは難しい。そこで、従来は、限外ろ過膜装置18の劣化を判断するため、限外ろ過膜装置18の出口側の透過水または限外ろ過膜装置18の内部の入口側空間の濃縮水をサンプリングして、SEMで観察する直検法が用いられている。しかし、この方法はサンプリングに長時間を要し、オンラインの測定が困難である。第1、第2の水質計C1,C2は限外ろ過膜装置18とユースポイントP.O.U.との間に設けられている微粒子計より微粒子の検出精度が高く、しかもオンラインで第1のモジュール21A,21Bの出口水の微粒子数を計測するので、第1のモジュール21A,21Bの劣化の兆候や程度、及びその結果として限外ろ過膜装置18の劣化の兆候や程度を迅速に把握することができる。また、限外ろ過膜装置18とユースポイントP.O.U.との間に設けられている水質計と併用することで、より信頼性の高い評価が可能となる。
【0018】
性能評価装置2は、第1のモジュール21A,21Bの膜物性を評価する膜物性評価装置22を有している。膜物性評価装置22は、膜の物性を測定、評価するものであり、例えば、中空糸の伸度保持率や分画保持率を測定、評価するものである。また、これらの測定値や評価結果を出力してもよい。本発明においては、第1のモジュール21A,21Bの膜を構成する中空糸の伸度保持率と分画保持率の少なくともいずれか、好ましくは両者を測定する。膜物性評価装置22は、第1のモジュール21A,21Bから独立した設備である。伸度保持率は以下のようにして求める。第1のモジュール21A,21Bから1本の中空糸膜を取り出し、膜物性評価装置22に装着し、破断するまで引張応力を掛け、破断時の引張応力Aを求める。同様に、第1のモジュール21A,21Bに充填された中空糸膜と同じ1本の新品の(使用前の)中空糸膜を膜物性評価装置22に装着し、破断するまで引張応力を掛け、破断時の引張応力Bを求める。引張応力A,Bの単位はMPaである。膜物性評価装置22は伸度保持率をA/B×100(%)として算出する。引張応力Bを予め求めて膜物性評価装置22に記憶しておくこともできる。この場合、膜物性評価装置22は第1のモジュール21A,21Bから取り出した中空糸膜の引張応力Aに基づきA/B×100(%)を算出することができる。分画保持率は所定の分子量の蛋白質の除去率である。分画保持率も同様に求めることができる。膜物性評価装置22に第1のモジュール21A,21Bを装着し、所定の分子量の蛋白質の除去率Cを求める。同様に、第1のモジュール21A,21Bと同じ新品の(使用前の)評価用ろ過膜装置を膜物性評価装置22に装着し、所定の分子量の蛋白質の除去率Dを求める。除去率C,Dの単位は%である。所定の分子量は、評価対象の膜の公称分画分子量と概ね一致することが好ましい。例えば、分画分子量4000の膜を評価する場合、分子量の4000程度の蛋白質を用いることが好ましい。膜物性評価装置22は分画保持率をC/D×100(%)として算出する。分画保持率Dを予め求めて膜物性評価装置22に記憶しておくこともできる。この場合、膜物性評価装置22は第1のモジュール21A,21Bの除去率Cに基づきC/D×100(%)を算出することができる。伸度保持率と分画保持率の少なくともいずれかが所定の閾値以下となったとき、膜物性評価装置22はその旨を示す評価結果及び/または限外ろ過膜装置18の膜の交換を促す通知を出力する。評価結果及び通知の出力は、超純水製造装置1の制御装置(図示せず)への信号の出力、制御装置の画面への表示など任意の方法で行うことができる。後述の測定例より、所定の閾値は伸度保持率で85%以下、分画保持率で70%以下とすることが好ましい。
【0019】
従来から行われてきた、膜ろ過装置の劣化状態を水質によって推定する方法は、実際に膜ろ過装置が劣化しているかどうかを直接診断するものではない。しかし、膜ろ過装置の透過水や濃縮水の微粒子数に影響が出ていなくても、製造するウエハーに影響が生じている可能性がある。その理由として、粒径の小さい微粒子は検出精度が低くなる傾向があるため、水質の測定結果に変化がなくても、実際には微粒子数が増えていることが考えられる。膜物性評価装置22は膜ろ過装置の状態を物理的な指標で直接的に評価するため、膜ろ過装置の劣化状態をより高い信頼性で評価することが可能となる。
【0020】
このように、伸度保持率と分画保持率は膜の性能劣化を直接的に示す指標であるため、伸度保持率と分画保持率を測定することは信頼性の高い手法である。このため、伸度保持率と分画保持率の評価は、これまでも膜メーカによって実施されることがあった。しかし、これらの評価は限外ろ過膜装置18を超純水製造装置1から取り外して行う必要があり、作業工程が増加するだけでなく、超純水中への異物の混入の可能性が高まる。しかも、一旦これらの評価を実施すると膜は再使用できないため、従来は限外ろ過膜装置18に何らかの不具合が発生したときに限って実施されていた。つまり、伸度保持率と分画保持率は膜の性能劣化を高い信頼性で評価するのに適している反面、運転中の限外ろ過膜装置18の性能劣化を評価するには適していなかった。本実施形態では、限外ろ過膜装置18を模擬した第1のモジュール21A,21Bの中空糸膜を対象に伸度保持率と分画保持率を評価するため、超純水製造装置1の運転に影響を与えることがない。
【0021】
第4、第5のラインL14,L15の第2のモジュール21C,21Dの入口部には、評価用物質を添加する添加ラインL16,L17が接続されている。添加ラインL16,L17には、超純水に評価用物質を高濃度で混合した水を貯蔵する評価水貯蔵タンク23と、この水を移送するポンプ24とが設置されている。第4、第5の分岐ラインL14,L15の添加ラインL16,L17の合流部と第2のモジュール21C,21Dの入口部との間には、評価用物質を検出する第1の検出装置C3,C4が設けられている。第4、第5の分岐ラインL14,L15の第2のモジュール21C,21Dの出口部には、評価用物質を検出する第2の検出装置C5,C6が設けられている。第1及び第2の検出装置C3~C6は微粒子計等の水質計であり、上述の噴霧乾燥法を用いた水質計であってもよい。
【0022】
評価用物質の粒径は特に限定されず、粒径の小さな粒子、粒径の大きな微粒子のいずれも用いることができる。評価用物質の例として、粒径123nmのポリスチレン(PSL)粒子、粒径100nmのシリカナノ粒子(SiO粒子)などの標準物質が挙げられる。これらは粒径の均一性が高く市販されている微粒子である。限外ろ過膜装置18の性能劣化を評価するためにはナノオーダ(<10nm)の粒径の微粒子を評価用物質として用いることが好ましいが、一般に粒径の小さい微粒子は検出効率が低く、高精度の検出が困難である。一方、膜の破断や劣化が生じたときは比較的粒径の大きな微粒子も膜を通過する可能性が高いため、粒径の大きな微粒子でも十分実用的である。また、粒径の大きな微粒子は第1及び第2の検出装置C3~C6で精度よく検出可能であるので、第2のモジュール21C,21Dの微粒子の阻止率を容易に求めることができる。評価用物質の粒径はこれらの点を考慮の上、適宜選択することができる。阻止率は第1の検出装置C3,C4での検出微粒子数をN1(個/mL)、第2の検出装置C5,C6での検出微粒子数をN2(個/mL)とすると、(N1-N2)/N1×100(%)として求めることができる。前述のように、限外ろ過膜装置18は、形態によっては有機物も捕捉できるため、評価用物質として有機物の粉末を用いることもできる。この場合、第1及び第2の検出装置C3~C6としてTOC計を用いることもできる。評価用物質の一例として、PEG2000(平均分子量1850~2150のポリエチレングリコール(H(OCH2CH2)nOH))が挙げられる。PEG2000は、限外ろ過膜の分画分子量を決定する際に使用する蛋白質分子の一つである。
【0023】
伸度保持率と分画保持率の評価を行った第1のモジュール21A,21Bは再使用できない。第2のモジュール21C,21Dについても評価用物質の投入を繰り返すと膜がダメージを受けるため、繰り返して再使用することは困難である。従って、第1及び第2のモジュール21A~21Dはそれぞれ、複数個を並列に設けることが好ましい。
【0024】
第1及び第2のモジュール21A~21Dは限外ろ過膜装置18を模擬するものであるので、限外ろ過膜装置18の劣化を忠実に評価できることが好ましい。理想的には第1及び第2のモジュール21A~21Dの劣化が限外ろ過膜装置18の劣化と同程度であることが好ましいが、膜のばらつきなどにより難しい場合がある。従って、現実的には第1及び第2のモジュール21A~21Dの劣化が限外ろ過膜装置18の劣化に対して安全側となることが好ましい。このために、第1及び第2のモジュール21A~21Dに供給する超純水の流速を限外ろ過膜装置18に供給する超純水の流速より高くすることができる。流速を高くすることで膜の劣化がより早く発生し進行するため、加速試験と同様の効果が得られる。第1及び第2のモジュール21A~21Dの流速は例えば、限外ろ過膜装置18の流速の1~3倍とすることができる。流速は例えば、第1及び第2のモジュール21A~21Dと限外ろ過膜装置18における中空糸膜の本数と、中空糸膜を充填する容器の横断面積と、の比率を変えることで調整することができる。膜の劣化を促進するための代替案として、例えば第1のラインL11の、第2~第5のラインL12~L15の全ての分岐部より上流側に弁を設け、この弁の開閉を繰り返す(または開度を変化させる)こともできる。第1及び第2のモジュール21A~21Dに圧力変動が加わるため、一定の流速で超純水を通水する場合と比べて第1及び第2のモジュール21A~21Dの劣化を促進することができる。
【0025】
複数の第1のモジュール21A,21Bに供給する超純水の流速は、第1のモジュール21A,21B毎に代えることができる。例えば、第1のモジュール21Aの流速を第2のモジュール21Bの流速より高くすることができる。第1、第2の水質計C1,C2の測定値が流速の高い評価用ろ過膜装置(この場合、第1のモジュール21A)から順に悪化していくと予想されるので、限外ろ過膜装置18の劣化時期の予測が立てやすくなる。複数の第2のモジュール21C,21Dに供給する超純水の流速も第2のモジュール21C,21D毎に代えてもよい。例えば、第2のモジュール21Cに供給する超純水の流速を第2のモジュール21Dに供給する超純水の流速より高くすることができる。微粒子の阻止率が流速の高い評価用ろ過膜装置(この場合、第2のモジュール21C)から順に低下していくと予想されるので、限外ろ過膜装置18の劣化時期の予測が立てやすくなる。この結果、限外ろ過膜装置18の運転管理が容易となる。
【0026】
超純水製造装置1の限外ろ過膜装置18の性能評価は以下の手順で行う。超純水製造装置1の主ラインL1から、分岐ラインL11~L15に接続された第1及び第2のモジュール21A~21Dに、限外ろ過膜装置18の入口水を供給する。限外ろ過膜装置18の入口水は、超純水製造装置の運転中、第1及び第2のモジュール21A~21Dに連続的に供給する。第1のモジュール21Aまたは21Bの出口水の水質を、第1または第2の水質計C1,C2を用いて連続的にオンラインで測定する。ただし、第1及び第2の水質計C1,C2の両方を用いて、第1のモジュール21A,21Bのそれぞれの出口水の水質を測定することもできる。伸度保持率と分画保持率の評価は適宜のタイミングで実施する。タイミングは特に限定されないが、総流量が所定の値に達したとき、第1または第2の水質計C1,C2のいずれかが異常値を示したときなどが考えられる。伸度保持率と分画保持率の評価を行う際は、評価対象の第1のモジュール21Aまたは21Bを入口弁V1またはV2によって隔離し、第1のモジュール21A,21Bを第2または第3のラインL12またはL13から取り外し、膜物性評価装置22に装着し、試験を行う。入口弁V1またはV2は限外ろ過膜装置18の交換を行うまで閉鎖したままにする。または、第1のモジュール21A,21Bを取り外した第2または第3のラインL12またはL13に別のモジュールを設置してもよい。
【0027】
評価用物質の添加は一つの第2のモジュール21C,21D(ここでは第2のモジュール21Cとする)を対象に行う。評価用物質を添加する際は、評価対象の第2のモジュール21Cにつながる添加ラインL16の弁V5を開け、評価対象外の第2のモジュール21Dにつながる添加ラインL17の弁V6は閉めておく。評価用物質の添加は所定のタイミングで実施する。評価用物質を添加する前に評価対象の第2のモジュール21Cに対応する第1及び第2の検出装置C3,C5を起動し、第1及び第2の検出装置C3,C5によって微粒子数等を検出する。阻止率は第1及び第2の検出装置C3,C5の測定結果から前述の通り求めることができる。第2のモジュール21Cは評価用物質の添加によって徐々に劣化するため、所定の回数の添加後は使用せず、その後は他の第2のモジュール21Dに評価用物質を添加することが好ましい。
【0028】
第1のモジュール21A,21Bと第2のモジュール21C,21Dのいずれかは省略してもよく、その場合は第1のモジュール21A,21Bと第2のモジュール21C,21Dのいずれかだけを用いて上記の評価を行う。すなわち、本実施形態では、少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21の物性と、少なくとも一つの評価用ろ過膜装置21の処理水の水質のうち、少なくともいずれかを測定することで限外ろ過膜装置18の性能を評価する。
【0029】
次に、2つの中空糸膜モジュール(第1及び第2の中空糸膜モジュール31,32)を用いて、伸度保持率、分画保持率を測定した(測定例)。中空糸膜モジュール31,32としては、膜面積が0.29mの限外ろ過膜モジュール21XSLP-1036(旭化成製)を用いた。第1の中空糸膜モジュール31は新品の中空糸膜を用い、第2の中空糸膜モジュール32は新品の中空糸膜を濃度1%のH溶液に7~14日常温で浸漬したものを用いた。すなわち、第2の中空糸膜モジュール32は劣化した中空糸膜モジュールを模擬している。第2の中空糸膜モジュール32では、伸度保持率が87%、分画保持率が71%であった。これより、劣化した中空糸膜モジュールの伸度保持率及び分画保持率が低下することが確認された。
【0030】
(実施例1)
次に、図3に示す試験装置を用いて試験を行った。試験装置は図1に示す超純水製造装置1に対応しており、同じ要素は同じ符号を付けることにより説明を省略する。上記測定例と同様の方法で用意した第1の中空糸膜モジュール31と第2の中空糸膜モジュール32を並列に配置した。試験装置の都合上、分岐ラインL11は膜脱気装置16と限外ろ過膜装置18との間ではなく、イオン交換装置15と膜脱気装置16との間に設けているが、分岐位置の違いによる影響はほとんどないと考えられる。
【0031】
まず、サブシステムを流れる超純水の一部を分岐ラインL11から第1の中空糸膜モジュール31に供給し、微粒子計C7で微粒子数を計測した。次に弁(図示せず)を切り替えて、サブシステムを流れる超純水の一部を第2の中空糸膜モジュール32に供給し、微粒子計C7で微粒子数を計測した。微粒子計C7としてKANOMAX社のSTPC3を用いた。この微粒子計は微粒子だけでなく、有機物や金属などの溶解成分も検出可能である。粒径区分として3nm,9nm,15nmがあり、それぞれ、測定レンジ3nm以上,9nm以上,15nm以上の微粒子を検出する。第1及び第2の中空糸膜モジュール31,32を流れる超純水の流量は1.5L/mim、流速は0.31(m/h)、第1の中空糸膜モジュール31と第2の中空糸膜モジュール32での差圧はそれぞれ、0.09(MPa)、0.07(MPa)であった。
【0032】
結果を表1に示す。表中では第1の中空糸膜モジュール31をUF#1、第2の中空糸膜モジュール32をUF#2として示している。測定レンジによって差はあるが、測定レンジ9nm以上でUF#2の出口水の微粒子数の測定値がUF#1の出口水の微粒子数の測定値より11%大きくなった。これより、第1のモジュール21A,21Bの出口水の微粒子数を第1及び第2の水質計C1,C2によって測定することで、限外ろ過膜装置18の性能劣化を推定できることが確認された。また、第2の中空糸膜モジュール32での差圧は第1の中空糸膜モジュール31での差圧より小さいことから、第1のモジュール21A,21Bの差圧と限外ろ過膜装置18の差圧の比較によっても限外ろ過膜装置18の性能劣化を推定することができると考えられる。
【0033】
【表1】
【0034】
(実施例2)
次に、実施例1と同様にサブシステムを流れる超純水の一部を分岐ラインL11から第1の中空糸膜モジュール31に供給しながら、標準物質を供給水に添加して、第1の中空糸膜モジュール31の標準物質の阻止率を求めた。次に弁(図示せず)を切り替えて、サブシステムを流れる超純水の一部を第2の中空糸膜モジュール32に供給しながら、標準物質を供給水に添加して、第2の中空糸膜モジュール32の標準物質の阻止率を求めた。標準物質として、PEG2000、粒径123nmのPSL粒子、粒径100nmのSiO粒子を用いた。PEG2000を用いた場合、微粒子計C7としてKANOMAX社のSTPC3を用いた。PSL粒子を用いた場合、微粒子計C7としてリオン株式会社の液中パーティクルカウンタKL-30A(最小可測粒径50nm)を用いた。SiO粒子を用いた場合、微粒子計C7としてリオン株式会社の液中パーティクルカウンタKL-27(最小可測粒径100nm)を用いた。第1及び第2の中空糸膜モジュール31,32を流れる超純水の流量,流速、差圧は実施例1と同じであった。
【0035】
結果を表2に示す。表中では第1の中空糸膜モジュール31をUF#1、第2の中空糸膜モジュール32をUF#2として示している。PSL粒子及びSiO粒子を用いた場合、UF#1とUF#2で阻止率に大きな違いは見られなかったが、PEG2000を用いた場合、有意な差が確認された。これより、第2のモジュール21C,21Dの阻止率を第1及び第2の検出装置C3~C6によって測定することで、限外ろ過膜装置18の性能劣化を推定できることが確認された。
【0036】
【表2】
【0037】
以上本発明を実施形態と実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、評価対象のろ過膜装置は精密ろ過膜であってもよく、平膜やプリーツ膜であってもよい。第1のモジュールと第2のモジュールの数は2つに限定されず、さらに多くの第1のモジュールと第2のモジュールを設けてもよい。第1及び第2のモジュールをそれぞれ複数設けることで、第1及び第2のモジュールの評価期間や評価条件(線速度等の通水条件)を変えた評価が可能となる。逆に、第1のモジュールと第2のモジュールをそれぞれ一つだけ設けても、伸度保持率と分画保持率の評価は可能である。第1のモジュールと第2のモジュールを小型化するため、材料や孔径が同等で限外ろ過膜装置18よりも長さの短い中空糸膜を用いることも可能である。また、実施形態と実施例では超純水製造装置を対象としたが、本発明は超純水製造装置を含む純水製造装置全般に好適に適用できる。
【符号の説明】
【0038】
1 超純水製造装置
2 性能評価装置
18 限外膜ろ過装置
21A,21B 第1のモジュール
21C,21D 第2のモジュール
C1,C2 第1、第2の水質計
C3~C6 第1~第4の検出装置
L1 主ライン
L11~L15 分岐ライン
L16,L17 添加ライン
図1
図2
図3