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本发明提供一种水处理系统，提高水处理系统的造水性能。在具有过滤含有被分离物质的供给水的RO膜的RO膜组件(32)的下游，设置在测定面具有由与RO膜的表面材料相同的材料构成的薄膜的吸附量测定传感器(35a)，通过该吸附量测定传感器(35a)，测定从RO膜组件(32)排出的浓缩水中含有的污垢原因物质的质量。根据由吸附量测定传感器(35a)测定的污垢原因物质的质量，评价输送到RO膜组件(32)的供给水的水质，确定预处理部(20)的预处理的运转条件，从而减少RO膜的污垢。

1.  一种水处理系统，其特征在于，
所述水处理系统具备：
分离膜，所述分离膜过滤含有被分离物质的第一水；
组件，所述组件具有所述分离膜；以及
第一传感器，所述第一传感器在测定面具有由与所述分离膜的表面材料相同的材料构成的第一膜，
输送到所述组件的所述第一水分成透过所述分离膜而从所述组件排出的第二水、和沿着所述分离膜的膜面，没透过所述分离膜就从所述组件排出的第三水，
通过使所述第三水流过所述第一传感器，测定被吸附于所述第一传感器的所述第一膜的测定面的所述第三水中含有的所述被分离物质的第一吸附量。

2.  根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述水处理系统还具备第二传感器，所述第二传感器在测定面具有由与所述分离膜的表面材料相同的材料构成的第二膜，
通过使所述第一水流过所述第二传感器，测定被吸附于所述第二传感器的所述第二膜的测定面的所述第一水中含有的所述被分离物质的第二吸附量，
根据由所述第一传感器测定的所述第一吸附量和由所述第二传感器测定的所述第二吸附量，计算出吸附于所述分离膜的所述被分离物质的质量。

3.  根据权利要求1或2所述的水处理系统，其特征在于，
所述分离膜是逆渗透膜。

4.  根据权利要求1或2所述的水处理系统，其特征在于，
所述第一传感器是晶体振子，
吸附于所述第一传感器的所述被分离物质的所述第一吸附量是根据晶体振子微天平法测定的。

5.  根据权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，
所述第二传感器是晶体振子，
吸附于所述第二传感器的所述被分离物质的所述第二吸附量是根据晶体振子微天平法测定的。

6.  根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
以由所述第一传感器测定的所述第一吸附量为基准，确定所述第一水的预处理条件。

7.  根据权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，
以附着于所述分离膜的所述被分离物质的所述质量为基准，确定所述组件的清洗时期。

水处理系统
技术领域
本发明涉及水处理系统。
背景技术
作为本技术领域的背景技术，有日本专利第5093192号公报(专利文献1)。该公报中记载了如下技术，即：使用在表面具有与分离膜的表面材质相同材料的薄膜并具备测定该薄膜上的吸附量的晶体振子等测定部件的传感器，根据传感器表面上的吸附量变化，评价供给水的水质对分离膜的影响。
专利文献1：日本专利第5093192号公报
在水处理系统中设有具有从原水中去除被分离物质的分离膜的组件。但是，当分离膜产生污垢(堵塞)时从原水中去除被分离物质的分离性能会下降，从而水处理系统的造水性能下降，因此想要在分离膜产生了污垢(堵塞)的状态下生成与未产生污垢(堵塞)的状态等量的水，需要增大水处理系统的运转能力(动力)。
另外，分离膜上产生污垢时，需要清洗分离膜的膜面。并且，在即使清洗分离膜的膜面、产生了污垢的分离膜的过滤能力也没有恢复的情况下，需要更换元件。在元件的更换时，需要长时间停止水处理系统，另外，零件费用和更换的作业费用会附加到运转成本中。因此，由于分离膜上产生污垢，水处理系统的水处理成本也会增加。
发明内容
因此，本发明提供一种技术，能够通过减少分离膜的污垢，提高水处理系统的造水性能，从而降低水处理系统的水处理成本。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的水处理系统在具有分离膜的组件的下游，设有在测定面上具有由与分离膜表面材料相同的材料构成的薄膜的传感器。
通过该传感器，测定从组件排出的浓缩水中含有的污垢原因物质的质量，根据该污垢原因物质的质量，评价输送到组件的供给水的水质，确定输送到组件的供给水的预处理的运转条件，由此减少分离膜的污垢。
发明的效果
根据本发明，能够提高水处理系统的造水性能。
通过以下的实施方式的说明，明确上述以外的课题、结构及效果。
附图说明
图1是表示实施例1的海水淡化系统的结构的一个例子的概略图。
图2是表示实施例1的吸附量测定传感器的结构的一个例子的剖视图。
图3是说明在实施例1的传感器芯片的测定面上形成芳香族聚酰胺膜的工序的一个例子的工序图。
图4(a)和(b)是形成在实施例1的传感器芯片的测定面上的芳香族聚酰胺膜的化学结构式。
图5是表示设置在实施例1的吸附量测定部的吸附量测定传感器的安装结构的一个例子的剖视图。
图6是表示实施例2的海水淡化系统的结构的一个例子的概略图。
图7是表示主吸附量测定传感器的污垢原因物质的吸附量Wb及副吸附量测定传感器的污垢原因物质的吸附量Wc的通水时间相关性的曲线图。
图8是表示附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量ΔW的通水时间相关性的曲线图。
具体实施方式
在以下的实施方式中，为了方便起见在必要时分成多个部分或实施方式进行说明，除了特别明示的情况外，这些部分或实施方式并非相互无关，而是处于一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细情况、补充说明等的关系。
另外，在以下的实施方式中，涉及要素的数字等(包括个数、数值、量、范围等)时，除了特别明示的情况以及原理上明确地限定为特定的数字的情况等之外，并不限定于该特定的数字，也可以是特定的数以上或以下。
另外，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)，除了特别明示的情况以及被认为原理上明确必要的情况等外，不一定是必要的。
另外，当涉及“由A构成”、“通过A构成”、“具有A”、“包括A”时，除了特别明示了仅具有该要素的情况等，并不排除此外的要素。同样地，在以下的实施方式中，当涉及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示了的情况以及被认为原理上明确不是这样的情况等，实质上包括与其形状等近似或类似的要素等。这对于上述数值及范围也一样。
另外，在以下的实施方式所使用的附图中，即便是俯视图有时也会为了易于查看附图而附加阴影线。另外，在用于说明以下的实施方式的所有图中，具有同一作用的构件原则上标记同一附图标记，省略其重复的说明。以下，根据附图详细地说明本实施方式。
首先，为了使本实施方式的水处理系统更加明确，详细地说明本发明人进行了比较研究的水处理系统中的课题。
例如，如上述专利文献1记载那样，在水处理系统中，为了从原水中去除被分离物质而大多使用分离膜。该分离膜分为微滤膜(Microfiltration Membrane)、超滤膜(Ultrafiltration Membrane)、逆渗透膜(Reverse Osmosis Membrane：以下记为RO膜)、纳滤膜(Nanofiltration Membrane：以下记为NF膜)、以及离子交换膜(Ion  Exchange Membrane)等。微滤膜和超滤膜具有微型的孔(以下称为微孔)，通过该微孔物理性地排除大的被分离物质的颗粒。RO膜、NF膜、以及离子交换膜利用分离膜的分子的扩散速度和透过速度之差、或分离膜和分子的亲和性来去除被分离物质。
无论哪种类型的分离膜，产生污垢后从原水中去除被分离物质的分离性能都会下降。在微滤膜和超滤膜中，微小物质进入微孔中而微孔堵塞，从而产生污垢。另外，在RO膜、NF膜以及离子交换膜中，分子附着在分离膜的表面而产生污垢。
污垢的产生会引起水处理系统的造水性能的下降。因此，在水处理系统中，用于防止分离膜的污垢的预处理是必要的，在将原水向分离膜供给之前，进行尽可能地去除污垢原因物质的预处理。
作为确定预处理的运转条件的方法，例如上述专利文献1公开了将吸附于传感器的污垢原因物质的质量使用于向分离膜供给的原水的水质评价的方法。利用该方法，能够在传感器再现与分离膜的污垢相同的现象。即，在分离膜的上游设置传感器，将由该传感器测定的污垢原因物质的质量作为向分离膜供给的原水的水质评价的基准。
但是，在上述专利文献1记载的方法中，若通过预处理，污垢原因物质被去除，向分离膜供给的原水所含有的污垢原因物质的浓度降低，则吸附于传感器的污垢原因物质的质量减少，测定精度降低。因此，存在难以将在传感器测定的污垢原因物质的质量使用于确定预处理的运转条件时的判断基准的问题。
另外，污垢的产生引起分离膜的过滤能力的下降。过滤能力下降了的情况下清洗分离膜的膜面。但是，在即使清洗分离膜的膜面、过滤能力也没有恢复的情况下需要更换元件。在更换元件时，由于长时间停止水处理系统，所以水处理系统的运转率下降。另外，由于元件的零件费用和更换的作业费用会附加到运转成本中，所以水处理系统的运转成本上升。其结果，出现水处理系统的水处理成本增加这样的问题。
在预处理中过量添加凝集剂和杀菌剂，从向分离膜供给的原水中 尽可能地去除污垢原因物质，由此能够防止分离膜的污垢。但是，由于凝集剂和杀菌剂的过量添加，运转成本增大。
实施例1
在实施例1中，作为水处理系统的一个例子，说明使用RO膜淡化海水的海水淡化系统。实施例1的水处理系统并不限定于使用了RO膜的海水淡化系统，也能够适用于例如使用了FN膜或离子交换膜的海水淡化系统、净化排水并生成再利用水的再利用水制造系统、以及生成纯水或超纯水的纯水/超纯水制造系统等。
使用图1说明海水淡化系统1的结构、海水淡化系统1的水处理方法、RO膜组件32的过滤方式、以及RO膜的污垢的减少方法。图1是表示实施例1的海水淡化系统1的结构的一个例子的概略图。
<海水淡化系统1的结构>
如图1所示，海水淡化系统1是将海水中含有的盐分、有机物、微生物(包括菌类)、硼、以及固体浮游物等作为被分离物质去除并淡水化的水处理系统，从上游起以海水取水部10、预处理部20、以及脱盐部30的顺序主要由上述三个部分构成。
海水取水部10由取水管11、取水泵12、以及原水槽13构成。取水管11，除了设置在海中而抽取海水的结构之外，还可以是延伸到海面而抽取深层水的结构，另外也可以是埋设于海底而用海底砂过滤了之后抽吸海水的结构。取水泵12除了设置在陆上的结构之外，还可以是设置在海中的结构。
另外，为了防止微生物、藻类、以及贝类等生物在取水管11内繁殖而取水管11堵塞，可以采用向取水管11内注入防止这些生物的繁殖的药品(例如杀菌剂等)的结构。
预处理部20由砂滤槽21、超滤膜组件22、输水泵22a、以及RO膜供给水槽23构成，进行去除微生物的杀菌和其他悬浮成分的预处理。并且，在预处理部20设有将多种药品注入海水的注药系统24。注药系统24根据注入海水的药品的种类而构成。此外，悬浮成分大多是有机物。另外，有时也有无机物。
在图1中表示杀菌剂注入部24a、pH调节剂注入部24b、凝集剂注入部24c、以及中和还原剂注入部24d。杀菌剂注入部24a注入消灭微生物的杀菌剂。pH调节剂注入部24b注入用于防止由于多价离子而产生的水垢以及提高凝集的效率的pH调节剂。凝集剂注入部24c注入用于在砂滤槽21高效地去除悬浮成分的凝集剂。中和还原剂注入部24d注入中和剂及还原剂。
从杀菌剂注入部24a，作为消灭微生物的杀菌剂，向海水注入次氯酸或氯等。根据从杀菌剂注入部24a注入的杀菌剂的间歇性注入的间隔和浓度，海水中的微生物的灭绝率或生存率变化。
此外，由于作为杀菌剂而注入的次氯酸或氯会使脱盐部30的RO膜组件32所具有的RO膜的功能降低，所以优选在向RO膜组件32输水前还原海水的结构。因此，优选可避免杀菌剂的过量注入的结构，在杀菌剂注入部24a设置调节杀菌剂的注入量的调节阀VL1。
另外，也可以从杀菌剂注入部24a向取水管11注入杀菌剂。此情况下，优选在向取水管11注入杀菌剂的管路中也设置调节注入量的调节阀VL1。
另外，为了防止由于多价离子产生的水垢且提高凝集效率，由海水淡化系统1处理的海水优选调节成酸性(pH3～5)。因此，从pH调节剂注入部24b向海水注入硫酸等pH调节剂而适当地调节pH。附图标记VL2是调节pH调节剂的注入量的调节阀。
另外，从凝集剂注入部24c向海水注入聚合氯化铝或氯化铁等凝集剂。由于凝集剂促进海水中含有的悬浮成分的絮凝物的成长，所以通过凝集剂的注入而使悬浮成分的微粒子成长到1μm以上的大小的絮凝物，由此砂滤槽21中的悬浮成分的去除效率提高。
凝集剂的注入量过少的情况下，絮凝物不会适当地成长，有时悬浮成分穿过砂滤槽21。另外，凝集剂的注入量过量的情况下，无法使用于絮凝物的成长的剩余部分对设置在脱盐部30的RO膜组件32中的RO膜带来负荷。因此，在凝集剂注入部24c设置调节凝集剂的注入量的调节阀VL3。
从中和还原剂注入部24d向海水注入用于中和被调节成pH3～5的酸性的海水的中和剂、以及主要用于还原杀菌剂的还原剂。附图标记VL4是调节中和剂和还原剂的注入量的调节阀。
如上所述，在预处理部20的预处理工序中，进行通过杀菌剂的注入来消灭微生物的工序以及注入凝集剂使悬浮成分的絮凝物成长、在砂滤槽21去除悬浮成分的工序。
脱盐部30由下述的三条管路构成。第一管路是由高压泵31、RO膜组件32、以及淡水槽33构成的主管路LM。第二管路是由RO膜组件32、能量回收装置34、浓缩水槽36、以及用于从浓缩水槽36排出浓缩水的泵37构成的副管路LS1。第三管路是由RO膜组件32、吸附量测定部35、以及浓缩水槽36构成的副管路LS2。另外，为了调节向吸附量测定部35输送的浓缩水的量，阀VL5设置于副管路LS2。
设置在RO膜组件32的RO膜的表面采用半透膜。半透膜是通过半透膜与水分子的相互作用、和半透膜与被分离物质的相互作用的不同而仅使水分子透过的膜，有醋酸纤维素类的半透膜和芳香族聚酰胺类的半透膜。其中，芳香族聚酰胺类的半透膜的水分子透过性和电解质去除性能高，所以可用于工业。在实施例1中，使用具有芳香族聚酰胺类的半透膜的RO膜，而也可以使用具有醋酸纤维素类的半透膜的RO膜。
RO膜组件32的结构没有被限定。可以由将RO膜折叠成螺旋形状的元件、或捆束中空纤维膜而成的元件构成RO膜组件32，该RO膜由在厚度为数百μm的微孔多孔质支承体的表面上形成有厚度为0.1μm以下的聚酰胺膜(例如芳香族聚酰胺类的半透膜)而成的复合膜构成。此情况的元件多为直径为4英寸(约10cm)、8英寸(约20cm)或16英寸(40cm)且长度为1m左右的圆筒形的元件，采用将这样的元件在称为器皿(Vessel)的耐压容器内直列排列而成的RO膜组件32。
在将RO膜折叠成螺旋状的形状的元件中，为了防止RO膜彼此的紧贴，例如在膜间插入聚乙烯制的垫片。但是，若垫片和RO膜的 间隙为0.5μm左右则变窄。因此，可以在RO膜组件32的上游安装厚度数μm的安全过滤器。
1μm以上的大的悬浮成分在预处理部20被去除。但是，直到海水到达RO膜组件32前，在预处理部20未被去除的微小的悬浮成分会再凝集，或者有时悬浮成分等会从配管剥离而产生数μm的悬浮成分。RO膜组件32的安全过滤器是为了防止这种悬浮成分流入RO膜组件32而堵塞元件中的海水流路而安装的。
<海水淡化系统1的水处理方法>
在实施例1的海水淡化系统1中，通过海水取水部10的取水泵12经由取水管11而从海中抽取的海水，暂时贮存在原水槽13，在海水中含有的被分离物质的一部分被沉淀去除后，被输送到预处理部20。
在预处理部20，从杀菌剂注入部24a注入了杀菌剂、从pH调节剂注入部24b注入了pH调节剂以及从凝集剂注入部24c注入了凝集剂的海水流入砂滤槽21。在砂滤槽21，被分离物质、主要是通过凝集剂成长到1μm以上的悬浮成分的絮凝物被过滤而去除，透过了砂滤槽21的海水通过输水泵22a被输送到超滤膜组件22。在超滤膜组件22，进一步从海水中分离去除细小的0.1μm以上的颗粒状的被分离物质、分子量为数千的高分子、以及细菌等。海水中含有的细菌等微生物通过超滤膜组件22而几乎100％被去除。
海水通过例如输水泵22a等加压部件而被加压到0.1～0.5Mpa左右，并被输送(压送)到超滤膜组件22。输送到超滤膜组件22的海水，压力越高，透过超滤膜组件22的速度越快，但从海水分离被分离物质的性能(分离性能)下降。
从中和还原剂注入部24d向透过了超滤膜组件22的海水中注入中和剂和还原剂，由pH调节剂调节成酸性的海水被中和，并且注入的杀菌剂被还原。然后，海水被贮存在RO膜供给水槽23中。
被贮存在RO膜供给水槽23的海水，由脱盐部30的高压泵31加压并被输送(压送)到RO膜组件32，在RO膜组件32被过滤。 然后，透过RO膜组件32所具有的RO膜而去除了被分离物质的海水作为淡水被贮存在淡水槽33中。另一方面，没有透过RO膜组件32所具有的RO膜的海水，在被高压泵31加压的状态下变成含有被分离物质的浓缩水，并从副管路LS1排出。
此外，在使被贮存在浓缩水槽36的浓缩水例如返回海中的排水系统中，进行降低盐分浓度的处理、以及提取盐分和能作为化学药品的原料的物质的处理。
另外，设置在脱盐部30的能量回收装置34是例如将高压的浓缩水的压力转换成输送到RO膜组件32的海水的压力的系统，辅助海水的加压。
<RO膜组件32的过滤方式>
用分离膜过滤原水的过滤方式有以下两种方式。
一种过滤方式是全量过滤方式，是使原水全量通过分离膜的方式。该方式下，没有透过分离膜的被分离物质会堆积在分离膜的膜面。并且，分离膜的微孔由于被分离物质的堆积而堵塞，因此出现透过水量随着运转时间而下降的现象、即产生污垢。
另一种过滤方式是交叉流过滤方式，是使原水沿着分离膜的膜面地流动、其一部分透过分离膜的方式。该方式下，没有透过分离膜的被分离物质随着原水一起被排出而不会堆积在分离膜的膜面。因此，在理想的交叉流过滤方式下，透过分离膜的水量成为由原水的流速确定的恒定值，而不取决于运转时间。
因此，在实施例1的海水淡化系统1中采用了交叉流过滤方式。但是，即使是交叉流过滤方式，经过长时间的运转，海水中含有的被分离物质也会慢慢吸附于RO膜而微孔堵塞，从而出现RO膜的透过水量逐渐下降的现象、即产生污垢。
在吸附于交叉流过滤方式的RO膜的被分离物质中，有在RO膜的膜面附近电解质浓度升高而析出的无机物水垢、海水中含有的微生物在RO膜的膜面繁殖而产生的生物污垢、以及海水中含有的有机物所吸附的有机物水垢等。
例如对于电解质浓度变高而析出的无机物水垢，能够通过以下方式应对，即通过阻垢剂或pH调节剂的注入而调节到即使电解质浓度变高也不易析出水垢的条件、或者定期向RO膜的膜面冲清洗水以用剪切力去除。
但是，有机物水垢无法用剪切力去除，经过长时间的运转逐渐蓄积。例如海水淡化系统1的情况下，根据预处理部20的结构和性能、海水的水质、以及由注药系统24注入的药品种类等会有变动，但用TOC(Total Organic Carbon：总有机碳量)换算，输送到脱盐部30的海水中含有0.1～10mg/L左右的有机物。
当RO膜上产生由有机物带来的污垢时，RO膜的过滤能力下降。过滤能力下降了的情况下，通过沿着RO膜的膜面冲清洗液来清洗RO膜的膜面。但是，在即使清洗RO膜的膜面过滤能力也没有恢复的情况下，需要更换元件。在海水淡化系统1中更换RO膜组件32的元件。
在如上的元件的更换时，由于长时间停止海水淡化系统1，海水淡化系统1的运转率下降。另外，由于元件的零件费用和更换的作业费用会附加到运转成本中，所以海水淡化系统1的运转成本上升。因此，为了降低水处理成本，需要尽可能地从输送到RO膜组件32的海水中排除有机物。
但是，若过度进行预处理，由于凝集剂和杀菌剂的过量添加，运转成本增大。此外，由于添加过量的凝集剂而无法使用于海水中含有的有机物的絮凝物的成长的剩余部分，会通过超滤膜组件22并附着在RO膜上，给RO膜带来负荷。
<RO膜的污垢的减少方法>
因此，在实施例1中，评价输送到RO膜组件32的供给水的水质，控制预处理部20的参数(例如凝集剂等药品注入量、向超滤膜组件22输水的输水泵22a的运转压力等)，以便针对其水质进行最优选的预处理。由此，不会进行过度的预处理就能够从输送到RO膜组件32的供给水中排除污垢原因物质，因此能够减少RO膜的污垢的产生。其结果，能够减少RO膜的膜面的清洗及RO膜组件32的元件更换的 次数，另外，能够减少凝集剂等的添加量，所以能够降低海水淡化系统1的运转成本。
在此，由海水淡化系统1淡化的海水中含有多种悬浮成分，而根据悬浮成分与RO膜的亲和性的不同等，悬浮成分对污垢的产生的影响程度也不同。因此，海水的总有机碳量与在RO膜产生的污垢的相关性不一定高。
因此，作为评价输送到RO膜组件32的供给水的水质的方法，为了评价是否是实际上容易产生污垢的水质，使用具有与RO膜类似的表面状态的传感器，测定输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量。
在实施例1中，如图1所示，在副管路LS2(比RO膜组件32靠下游且比浓缩水槽36靠上游的位置)设置吸附量测定部35。在吸附量测定部35，设置具有与RO膜类似的表面状态的传感器(例如后述的吸附量测定传感器35a)，在吸附量测定部35，能够测定吸附于传感器的浓缩水中含有的污垢原因物质的吸附量。此外，在从RO膜组件32到浓缩水槽36的副管路LS2，污垢原因物质被浓缩。因此，即使是输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的浓度低的情况，也能够高精度地测定吸附于传感器的污垢原因物质的吸附量。此外，吸附量测定部35也可以是具备分析室、将浓缩水从阀VL5通过配管送到分析室而进行测定的结构。
如上所述，在吸附量测定部35，能够测定吸附于传感器的浓缩水中含有的污垢原因物质的吸附量。但是，由于污垢原因物质的一部分会附着在RO膜组件32上，所以由吸附量测定部35测定的污垢原因物质的吸附量的测定结果与输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量有可能不会简单地对应。
但是，使用浓缩水而测定出的污垢原因物质的质量，对于输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量，与浓缩水的浓缩率大致成正比地增加。因此，使用由吸附量测定部35测定的污垢原因物质的吸附量的测定结果，能够计算出输送到RO膜组件32的供给 水中含有的污垢原因物质的质量。根据该计算出的值，可以知道输送到RO膜组件32的供给水的水质。
下面，说明具体的水质测定方法。
首先，根据输送到RO膜组件32的供给水的水量以及从RO膜组件32排出的透过水(在图1的主管路LM中流动的水)的水量，计算出从RO膜组件32排出的浓缩水(在图1的副管路LS1、LS2中流动的水)的浓缩率。接着，由吸附量测定部35测定吸附于传感器的污垢原因物质的吸附量。然后，根据由吸附量测定部35测定出的吸附于传感器的污垢原因物质的吸附量以及浓缩水的浓缩率，计算出输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量。
这样，根据由吸附量测定部35测定出的吸附于传感器的污垢原因物质的吸附量，能够评价输送到RO膜组件32的供给水的水质(污垢原因物质的质量)。
以由上述水质测定方法得到的、输送到RO膜组件32的供给水的水质作为判断基准，控制预处理部20的参数，以便能够针对输送到RO膜组件32的供给水的水质进行最优选的预处理。例如输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量大的情况下，只要增大凝集剂的添加量即可。这样，通过针对输送到RO膜组件32的供给水的水质进行最优选的预处理，不会进行过度的预处理就能够从输送到RO膜组件32的供给水中排除污垢原因物质，因此能够减少RO膜的污垢的产生。
其结果，能够提高海水淡化系统1的造水性能。并且，能够减少RO膜的膜面的清洗及RO膜组件32的元件更换的次数，另外，能够减少凝集剂等的添加量，因此，能够降低海水淡化系统1的运转成本。
在实施例1中，作为设置在吸附量测定部35的传感器，应用了能够根据晶体振子微天平法测定吸附于传感器的测定面上的吸附物的质量的吸附量测定传感器35a。
下面，使用图2说明吸附量测定传感器35a的具体结构。图2是表示实施例1的吸附量测定传感器35a的结构的一个例子的剖视图。
如图2所示，吸附量测定传感器35a由传感器芯片350(例如，Q-Sense社制的销售品)和形成在传感器芯片350的测定面F1上的芳香族聚酰胺膜351构成。
传感器芯片350由以下构件构成，即例如厚度约0.3mm、直径约14mm的呈薄圆板形状的AT切割水晶板(晶体振子)350a、形成在AT切割水晶板350a的两面上的金电极350b、以及在传感器芯片350的一面上经由金电极350b通过溅射法形成的二氧化硅(SiO₂)膜350c。金电极350b的厚度为约300nm，二氧化硅膜350c的厚度为约100nm。
晶体振子微天平法是利用了例如吸附量测定传感器35a的AT切割水晶板350a产生的剪切(ずり)振动的谐振频率与AT切割晶体板350a的质量成正比的原理的测定方法。将测定面F1(二氧化硅膜350c成膜的面)吸附了吸附物时的质量变化作为谐振频率的变化而检测。即，谐振频率的变化为吸附物的质量。
下面，使用上述图2、图3及图4(a)说明在传感器芯片350的测定面F1上成膜芳香族聚酰胺膜351的方法的第一个例子。图3是说明在实施例1的传感器芯片350的测定面F1形成芳香族聚酰胺膜351的工序的一个例子的工序图。图4(a)是形成在实施例1的传感器芯片350的测定面F1上的芳香族聚酰胺膜的化学结构式。此外，将与传感器芯片350的测定面F1相反侧的面称为背面F2。
步骤S1(背面保护)：在传感器芯片350的背面F2贴附掩蔽膜等，覆盖保护背面F2。
步骤S2(干洗)：在传感器芯片350的测定面F1上照射准分子紫外线(波长192nm)，使测定面F1亲水化并且去除油脂成分等。
步骤S3(硅烷偶联处理)：将传感器芯片350浸入硅烷偶联剂(3-氨基丙基三甲氧基硅烷)的1％水溶液2分钟后，用流水冲洗取出的传感器芯片350，并用氮气吹去液体。
步骤S4(加热)：在80℃条件下将传感器芯片350加热10分钟，进行偶联反应。
步骤S5(在二胺水溶液中浸渍)：使测定面F1朝上地将传感器 芯片350放入浅底碟等容器后，倒入0.04wt％的m-苯二胺水溶液，以使整个传感器芯片350浸渍。
步骤S6(滴加二羧酸己烷溶液)：在m-苯二胺水溶液的表面注入0.04wt％的对苯二甲酸氯化物的己烷溶液，以使其以约1mm厚度层叠。
步骤S7(在界面形成膜)：静置20～30秒，在界面形成聚酰胺薄膜。
步骤S8(转移)：倾斜拉起传感器芯片350，使形成在界面的聚酰胺薄膜转移到传感器芯片350的测定面F1上。
步骤S9(加热)：用80℃的加热板将传感器芯片350加热5分钟，使残存在传感器芯片350上的水溶液蒸发。
步骤S10(清洗)：用纯水清洗传感器芯片350，去除剩余的m-苯二胺水溶液，并用氮气吹去液体。
步骤S11(去除保护材料)：剥下贴附在背面F2上的掩蔽膜。
以上，通过步骤S1～S11的工序，在传感器芯片350的测定面F1上形成具有均匀厚度(例如约70nm)的芳香族聚酰胺膜351。
图4(a)表示通过上述步骤S1～S11的工序而形成在传感器芯片350的测定面F1上的芳香族聚酰胺膜351的化学结构式。具有该化学结构式的芳香族聚酰胺膜351已形成在传感器芯片350的测定面F1上，能够通过例如红外吸收光谱来确认。
在实施例1中，界面聚合芳香族聚酰胺的单体而在界面形成了高分子膜后，将该高分子膜转移到传感器芯片350的测定面F1上。此时单体不仅可采用上述的组合，还能够采用芳香族二羧酸氯化物或芳香族三羧酸氯化物和芳香族二胺或芳香族三胺的组合。
另外，在实施例1中，为了提高芳香族聚酰胺膜351和传感器芯片350的测定面F1的紧贴性而使用了硅烷偶联剂，但并不限定于此。作为紧贴性提高的方法，还能够例如在单体加入具有硅酮结构的物质、或使用其他紧贴性改善剂。
下面，使用上述的图2及图4(b)说明在传感器芯片350的测定 面F1上使芳香族聚酰胺膜351成膜的方法的第二例。图4(b)是形成在实施例1的传感器芯片350的测定面F1的芳香族聚酰胺膜的化学结构式。芳香族聚酰胺膜351例如能够使用旋转涂布法而形成。
首先，可溶性的芳香族聚酰胺，例如使4,4'-二氨基二苯醚和间苯二甲酸氯化物聚合而合成了具有图4(b)所示的化学结构式的聚酰胺后，使合成的聚酰胺沉淀而变成固体物。然后，将该固体物溶解于良溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)，并通过旋转涂布法涂布于传感器芯片350的测定面F1上。其后，使溶剂干燥，在传感器芯片350的测定面F1上形成芳香族聚酰胺膜351。
另外，可溶性的芳香族聚酰胺成膜时，也能够在传感器芯片350的测定面F1上形成多孔质的聚酰胺。这样的多孔质的聚酰胺能够利用相分离法等形成。
首先，用作为良溶剂且与水具有相容性的N-甲基吡咯烷酮配制聚酰胺溶液。然后，通过旋转涂布法将该溶液涂布在传感器芯片350的测定面F1上，生成液膜。其后，将传感器芯片350放入高湿度的水蒸汽内，从而使N-甲基吡咯烷酮的一部分和水蒸汽中的水置换，在液膜中产生相分离。此时，没有溶解于水的聚酰胺不存在于水的部分。在该状态下加热到150℃以上时，溶剂(N-甲基吡咯烷酮及水)被去除，水存在的部分变成空孔而形成多孔质的聚酰胺。
这样，通过使用多孔质的聚酰胺，形成在传感器芯片350的测定面F1上的芳香族聚酰胺膜351的表面积变大，测定的灵敏度提高。
下面，使用图5说明设置在吸附量测定部35的吸附量测定传感器35a的安装结构的一个例子。图5是表示实施例1的设置在吸附量测定部35的吸附量测定传感器35a的安装结构的一个例子的剖视图。
为了使在上述的图1所示的副管路LS2中流动的浓缩水所含有的污垢原因物质吸附于测定面F1上而用吸附量测定传感器35a测定吸附了的污垢原因物质的吸附量，需要采用测定面F1与副管路LS2中流动的浓缩水接触、背面F2不与浓缩水接触的结构。另外，由于传感器芯片的谐振频率会由于环境温度的变化而大幅变化，所以吸附量 测定传感器35a的环境温度变化最好被抑制在0.1℃以下。
有底筒状的外部环380被拧入贯通配管壁面PMf的螺孔中，并以贯通了配管壁面PMf的状态固定，在该外部环380的内侧嵌合安装大致圆柱状的嵌插件381。外部环380以底部380a成为配管内部侧、即浓缩水侧的方式被安装在配管上，在底部380a的中央处开设有贯通孔380b。
另外，在与外部环380的底部380a的下侧相对的、嵌合在外部环380的内侧的嵌插件381的上表面381a上，形成例如由弹性构件构成的圆环形的O型圈382a。另外，在外部环380的底部380a，在与嵌插件381的上表面381a相对的一侧，以与嵌插件381的O型圈382a相对的方式，形成例如由弹性构件构成的圆环形的O型圈382b。
而且，用外部环380的O型圈382b和插入件381的O型圈382a夹持吸附量测定传感器35a。因此，圆环状的O型圈382a、O型圈382b的直径优选为与构成吸附量测定传感器35a的传感器芯片的直径(例如约14mm)相等。
另外，吸附量测定传感器35a被夹持成测定面F1为外部环380的底部380a侧。通过这种结构，吸附量测定传感器35a的测定面F1经由在底部380a开设的贯通孔380b与配管中流通的浓缩水接触。另外，以能够维持O型圈382a、382b和吸附量测定传感器35a为液密状态的合适的按压力夹持吸附量测定传感器35a。通过该结构，能够避免吸附量测定传感器35a的背面F2与配管中流动的浓缩水接触。
嵌插件381是例如由树脂、金属等形成的实心的圆柱形，在上表面381a侧的表面附近埋设作为温度调节元件的珀尔帖元件384和测定珀尔帖元件384附近的温度的温度传感器384a。珀尔帖元件384由控制装置控制，以便将温度传感器384a测定的温度维持在预先设定的温度(例如将预先设定的温度维持在0.1℃的误差范围内)。通过该结构，能够维持吸附量测定传感器35a的环境温度固定不变，从而能够抑制传感器芯片的谐振频率的温度变化。
此外，温度传感器384a并不限定于埋设在嵌插件381中的结构。 例如温度传感器384a也可以配置在吸附量测定传感器35a的附近而测量吸附量测定传感器35a的附近的温度。
另外，在形成在嵌插件381的上表面381a的O型圈382a上，与形成在吸附量测定传感器35a的传感器芯片上的金电极的接点382a1设置成覆盖圆环状的O型圈382a的一部分。接点382a1与例如配线在嵌插件381内的导线383电连接，对传感器芯片施加规定的电压。另外，吸附量测定传感器35a的谐振频率经由接点382a1和导线383而被测量。
此外，嵌插件381嵌合在外部环380的内侧，并且通过用螺纹构件385b从配管的外侧被固定在外部环380上的止脱板385a来防止脱落。另外，嵌插件381也可以由规定的按压力压入外部环380的内侧。
这样，根据实施例1，能够评价输送到RO膜组件32的供给水的水质，将预处理部20的参数控制为对该水质最适合的预处理的运转条件，因此能够减少RO膜的污垢的产生。由此，能够提高海水淡化系统1的造水性能。并且，能够减少RO膜的膜面清洗及RO膜组件32的元件更换的次数，另外，能够减少凝集剂等的添加量，因此能够降低海水淡化系统1的运转成本。即，能够降低水处理系统的水处理成本。
实施例2
为了降低海水淡化系统1的运转成本，需要在适当的时间清洗RO膜组件32来使RO膜的过滤性能恢复。清洗频度少的情况下，有时过滤性能没有由于清洗而充分恢复，导致RO膜组件32的元件的更换。但是，相反清洗频度多的情况下，由于清洗带来的药液费用、清洗中RO膜组件32无法使用而造成的造水量下降、以及伴随清洗的RO膜劣化所导致的RO膜的寿命减少，运转成本增大。
以往，为了确定清洗时期而监测RO膜组件32的膜间压差，在膜间压差上升到了膜制造商的建议值时清洗RO膜组件32。但是，在膜间压差出现了显著的上升的情况下，有时即使清洗RO膜组件32过滤性能也不会恢复。
因此，在污垢发展而膜间压差出现显著的上升前，需要在污垢的初期形成阶段检测RO膜的劣化并清洗RO膜组件32。因此，测定附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量、确定RO膜组件32的清洗时期对于降低海水淡化系统1的运转成本是有效的。
在RO膜组件32，利用交叉流过滤方式分离污垢原因物质，因此从RO膜组件32排出含有污垢原因物质的浓缩水。这样，输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质分成附着在RO膜的部分和包含在浓缩水中而从RO膜组件32被排出的部分。
因此，在实施例2中，测定输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量以及从RO膜组件32排出的浓缩水中含有的污垢原因物质的质量，并计算出两者的差值，由此测定附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量。在此，浓缩水中含有的污垢原因物质的质量，由于考虑RO膜组件32中的浓缩水的浓缩率，采用换算成使浓缩水的水量浓缩之前的、输送到RO膜组件32的供给水的水量的值。
使用图6说明海水淡化系统2的一个例子。图6是表示实施例2的海水淡化系统2的结构的一个例子的概略图。
如图6所示，在海水淡化系统2中，设有测定输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量的主吸附量测定传感器35b、以及测定浓缩水中含有的污垢原因物质的质量的副吸附量测定传感器35c。主吸附量测定传感器35b设置在吸附量测定部40，由泵39输送从设置在RO膜供给水槽23的后段的阀VL6通过配管向RO膜组件32输送的供给水。
下面使用图7和图8说明确定RO膜组件32的清洗时期的方法。
图7是表示主吸附量测定传感器35b的污垢原因物质的吸附量Wb(虚线)以及副吸附量测定传感器35c的污垢原因物质的吸附量Wc(实线)的通水时间相关性的曲线图。
在通有浓缩水的副吸附量测定传感器35c，将每单位时间流过副吸附量测定传感器35c的测定面的水量换算成浓缩水被浓缩前的水量，使每单位时间流过主吸附量测定传感器35b的测定面的供给水的 水量与每单位时间流过副吸附量测定传感器35c的测定面的浓缩水的水量相等。即，由于浓缩水被浓缩，所以副吸附量测定传感器35c的污垢原因物质的吸附量Wc变得高于主吸附量测定传感器35b的污垢原因物质的吸附量Wb，因此对此进行修正。
输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质的质量减去附着在RO膜上的污垢原因物质的质量后的质量，为浓缩水中含有的污垢原因物质的质量。因此，如图7所示，副吸附量测定传感器35c的污垢原因物质的吸附量Wc小于主吸附量测定传感器35b的污垢原因物质的吸附量Wb。即，主吸附量测定传感器35b的污垢原因物质的吸附量Wb和副吸附量测定传感器35c的污垢原因物质的吸附量Wc的差ΔW(Wb-Wc)是附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量。
图8是表示附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量ΔW的通水时间相关性的曲线图。
通过对RO膜组件32的运转数据(膜间压差和透过水量等)与附着在RO膜上的污垢原因物质的附着量ΔW的相关性进行评价，能够确定RO膜组件32的清洗时期、设定污垢原因物质的附着量ΔW的阈值。在图8中，作为一个例子使污垢原因物质的附着量ΔW的阈值为300ng/cm²。这样，通过确定RO膜组件32的清洗时期，能够在适合的时期清洗RO膜组件32，从而能够降低海水淡化系统2的运转成本。
此外，在上述专利文献1的实施例4中记载了如下方法，即在组件的上游设置传感器，测定输送到组件的供给水中含有的污垢原因物质的质量，并以该测定值为基准，评价输送到组件的供给水的水质，确定组件的清洗时期。
但是，如上所述，输送到RO膜组件32的供给水中含有的污垢原因物质分成附着在RO膜上的部分和包含在浓缩水中而从RO膜组件被排出的部分，因此与上述专利文献1相比，实施例2更能够高精度地确定清洗时期。
这样，根据实施例2，通过高精度地测定附着在RO膜上的污垢 原因物质的附着量ΔW，能够在适合的时期清洗RO膜组件32，因此能够降低海水淡化系统2的运转成本。即，能够降低水处理系统的水处理成本。
以上，根据实施方式具体地说明了由本发明人作出的发明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不偏离其要点的范围内能够进行各种改变。
附图标记说明
1、2  海水淡化系统
10  海水取水部
11  取水管
12  取水泵
13  原水槽
20  预处理部
21  砂滤槽
22  超滤膜组件
22a 输水泵
23  RO膜供给水槽
24  注药系统
24a 杀菌剂注入部
24b pH调节剂注入部
24c 凝集剂注入部
24d 中和还原剂注入部
30  脱盐部
31  高压泵
32  RO膜组件
33  淡水槽
34  能量回收装置
35  吸附量测定部
35a 吸附量测定传感器
35b 主吸附量测定传感器
35c 副吸附量测定传感器
36  浓缩水槽
37  泵
39  泵
40  吸附量测定部
350 传感器芯片
350a   AT切割水晶板
350b   金电极
350c   二氧化硅膜
351    芳香族聚酰胺膜
380    外部环
380a   底部
380b   贯通孔
381    嵌插件
381a   上表面
382a   O型圈
382a1  接点
382b   O型圈
383    导线
384    珀尔帖元件
384a   温度传感器
385a   止脱板
385b   螺纹构件
F1  测定面
F2  背面
LM 主管路
LS1、LS2 副管路
PMf  配管壁面
VL1、VL2、VL3、VL4 调节阀
VL5、VL6  阀