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JPH0136054B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0136054B2
JPH0136054B2 JP55126059A JP12605980A JPH0136054B2 JP H0136054 B2 JPH0136054 B2 JP H0136054B2 JP 55126059 A JP55126059 A JP 55126059A JP 12605980 A JP12605980 A JP 12605980A JP H0136054 B2 JPH0136054 B2 JP H0136054B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filtration
particles
water
filter
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55126059A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5750642A (en
Inventor
Akishiro Sakai
Naoyuki Akimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kurita Water Industries Ltd filed Critical Kurita Water Industries Ltd
Priority to JP12605980A priority Critical patent/JPS5750642A/en
Publication of JPS5750642A publication Critical patent/JPS5750642A/en
Publication of JPH0136054B2 publication Critical patent/JPH0136054B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は電子工業および製薬工業などに用いら
れる超純水中に混入する微細粒子またはコロイド
物質をモニタリングするモニタリング装置に関す
るものである。 一般に上記工業および病院内用水として用いら
れる超純水には、0.5μm径以下の微粒子数および
細菌などの微生物数が、前者においては100個/
ml以下、後者においては無菌であることが要求さ
れている。従来、これらの物質を測定するために
は貫通垂直孔構造、すなわちスクリーンタイプの
メンブレンフイルター、たとえば0.2μm孔径ニユ
クリポアフイルターを用いて、5〜10のような
大量の試料水を濾過して当該メンブレン上に捕捉
された微粒子(0.2μmφ以上)を電子顕微鏡にて
観察して計測していた。この場合0.2μm以上の粒
子を明確に計数するためには、少なくとも4000倍
以上拡大して観察する必要があり、さらに一視野
は1〜6×10-6cm2に限られるので、20〜30視野に
ついて観測し、一視野当りの粒子数を平均し、こ
れから全濾過面積に対する粒子数を計算し、全濾
過量から試料水単位容積当りの微粒子個数を求め
ていた。したがつてこれらの測定には高価な機械
を使用し、長時間煩雑な操作を必要とし、かつ熟
練した技術者によらなければならなかつた。 一方、最近積分球式濁度計などにおいても測定
が不確実なような低濁度水(濁度1ppm以下)中
の極微量の浮遊物やコロイド物質の含有量を測定
するために、微細な孔径を有するメンブレンフイ
ルターを用いて一定量または一定時間試料水を濾
過し、メンブレンフイルターの目詰まり率または
目詰まり速度から計算するSilting Index、
Plugging Index、Fouling Indexなどの測定法お
よび装置が使用されている。これらの水質指標
は、逆浸透膜装置などの膜汚染を防止するため、
当該装置への供給水をモニタリングする手段とし
てその有効性が実証されているが、上記電子工業
や製薬工業または病院内用水などに使用される超
純水中の極微細粒子の混入をモニタリングする手
段としては使用できなかつた。その理由は使用さ
れるメンブレンフイルタが網目構造を有するデプ
スタイプのものであり、メンブレンの全域にわた
つて粒子を補捉する構造で、かつ表面に一部粒子
が捕捉されても内部に網目状の流路が入りくんで
いるため完全閉塞しない構造となつているため、
含まれる粒子の径が小さく、しかも数の少ない超
純水の場合には、短時間で閉塞が起こらず、精度
が超純水の要求水準に達しないためである。 本発明は以上のような従来のものの欠点を改善
するもので、極めて純度の高い超純水に対しても
目詰まり率または目詰まり速度が検出でき、また
含まれる粒子の大きさ、個数等を求めることので
きる超純水のモニタリング装置を提案することを
目的としている。 本発明は、貫通垂直孔構造を有するメンブレン
フイルタを使用して所定量の検水を濾過するに要
する時間と一定時間後に同一操作を行つて濾過す
るに要する時間を計測する装置、この装置から得
られた値から前記フイルタの目詰まり率または目
詰まり速度を演算する第1の演算装置、貫通垂直
孔構造を有するメンブレンフイルタによる検水の
濾過量と濾過時間の変化を計測する装置、この装
置から得られた値により求められる両者の関係曲
線の傾きから粒子径を判定する第2の演算装置、
および第1の演算装置から得られた値と前記第2
の演算装置から得られた粒子径とを、予め粒子径
ごとに作成した目詰まり率もしくは目詰まり速度
と粒子数の関係曲線または式に照合して粒子数を
判定する装置を含む超純水のモニタリング装置で
ある。 本発明においてモニタリングの対象となる超純
水とは、一般に比抵抗8MΩ・cm(25℃)以上の
ものである。 本発明において使用するメンブレンフイルタは
貫通垂直孔構造、すなわちスクリーンタイプのメ
ンブレンフイルタであり、ポリカーボネート等の
薄膜を特殊処理したものがあるが、その材質は限
定されない。 一般に濾過には標準閉塞濾過、中間閉塞濾過、
完全閉塞濾過の3形態があり、標準閉塞濾過は前
記従来のメンブレンについて述べたように、濾過
層(メンブレン)の内部全域において粒子を捕捉
する濾過形態、完全閉塞濾過は濾過層(メンブレ
ン)の表面のみで粒子を捕捉する濾過形態、中間
閉塞濾過は両者の中間の濾過形態である。前述の
とおり従来のメンブレンフイルタは網目構造で、
恒圧濾過条件では標準閉塞濾過または中間閉塞濾
過になるのに対し、本発明において使用するメン
ブレンフイルタによれば完全閉塞濾過になる。 本発明において使用するスクリーンタイプのメ
ンブレンフイルタは第1図に示すように、メンブ
レン1の濾過面2に対して垂直な貫通孔3が多数
形成されたフイルタであり、この貫通孔3よりも
大きい粒子4は濾過面2で捕捉されるスクリーン
タイプのフイルタである。このうよなメンブレン
フイルタを使用して濾過を行うと、孔径より大き
い粒子は表面のみで捕捉されるから、短時間で閉
塞が起り、超純水の目詰まり率または目詰まり速
度の計測が可能である。 このようなメンブレンフイルタを使用して一定
圧力(3.5〜2.1Kg/cm2G)下で一定量または一定
割合に決められた水量を濾過して、これに要する
時間または時間比を測定して目詰まり率または目
詰まり速度を計算し、これからSI(Silting
Index)、PI(Plugging Index)、FI(Fouling
Index)を算出して指標とすると、超純水の水質
のある程度の判定ができ、これにより超純水の汚
れ度合をモニタリングすることができる。FIを
例にしてモニタリング方法を説明すると、上記メ
ンブレンフイルタを使用し、ある時点において所
定量の検水を濾過するに要する時間T0を測定し、
一定時間n分(例えば15分)後に同一操作により
検水を濾過するに要する時間Toを測定し、次式
FIを算出する。 FI=1−T0/Tn/n×100 以上により算出されるFI値は検水の汚れ度合
に応じて高くなるから、超純水の汚れ度合をモニ
タリングする場合の指標となる。なおメンブレン
フイルタの孔径はモニタリングの目的に応じて任
意のものを選択できるが、前記電子工業および製
薬工業などに用いられる超純水のように、0.5μm
の粒子が完全に補捉される必要がある場合にはそ
の粒子径より小さい孔径、例えば0.1μmまたは
0.2μmのものを使用する。 次に上記メンブレンフイルタを使用して粒子
径、粒子数、ひいては種類等を調べる方法につい
て説明する。まず粒子径を測定するには、特定の
孔径を有するメンブレンフイルタを用いて濾過を
行い、完全閉塞濾過になるか否かにより判定を行
う。すなわちスクリーンタイプのメンブレンフイ
ルタは貫通垂直孔構造のものであるため、孔径よ
り大きい粒子は表面で捕捉されて完全閉塞濾過と
なり、孔径より小さい粒子は表面をを通過して内
部で捕捉されるため標準閉塞濾過となり、また両
者を含むものは中間閉塞濾過となる。このため一
定の孔径を有するスクリーンタイプのメンブレン
フイルタで濾過し、上記の濾過態様を調べること
により、使用したメンブレンフイルタの孔径より
若干大きい一定の粒径を基準としてそれより大き
い粒子および小さい粒子のどちらが主体となつて
いるかを知ることができる。このとき孔径の異な
つたメンブレンフイルタを使用して同じ操作を行
うとそれぞれの粒径および存在割合を知ることが
できる。 完全閉塞濾過か否かの濾過態様を調べるために
は、濾過水量と濾過時間の関係曲線の傾きにより
判定する。濾過時間をθ、濾過水量をVとする
と、標準閉塞濾過ではθ/Vがθに比例し、完全
閉塞濾過ではdV/dθがVに比例する(丸善株式
会社発行、用水廃水便覧 改訂二版 第206頁参
照)。従つてV(縦軸)とθ(横軸)の関係曲線の
傾きは完全閉塞濾過の方が小さくなる。第2図は
この関係を示すグラフであり,V1,V2,V3,V4
の濾過水量を得るのに必要な濾過時間θ1,θ2
θ3,θ4を計測すると両者の関係曲線Aが得られ
る。この関係曲線は標準閉塞濾過の場合には、原
点とA1を延長した直線Bに近い曲線となり、完
全閉塞の濾過態様になるほど傾きが小さくなり、
上に凸の曲線となる。 このため所定の傾きを基準とし、それより傾き
が小さい場合は閉塞濾過で、粒径例えば0.5μm以
上の粒子を多く含み、所定の傾きに近似する場合
は中間閉塞または標準閉塞濾過で、粒径0.5μm以
下の粒子を多く含むと判定される。この場合、基
準となる傾きは各水系ごとに定まるので、実験的
に確認して決定できる。曲線の傾きの変化の判定
は曲線を微分した値を比較することによつても可
能であるが、特定の点(例えばB2とA2、B3
A3、B4とA4)のずれによつても実質的に決定す
ることができる。この場合関係曲線はVに対する
θの曲線に限らず、θに対するVの曲線であつて
もよい。またこの曲線は現実に描く必要はなく、
また曲線の傾きと実質的に同一視できる数値によ
り粒子径を判定してもよい。 このような操作を1回行い、所定の孔径を基準
にして粒径を判断してもよいが、孔径の異なるス
クリーンタイプのメンブレンフイルタにより複数
回行うとより具体的な粒径とその分布を知ること
ができる。そして特定水系では混入する粒子は大
体決つているから、粒子の大きさおよび分布から
粒子の種類も判定可能である。 次に粒子の数は上記2工程から得られたFI値
と粒子径から算出できる。すなわち特定の粒径の
粒子が主に含まれる場合、FI値は粒子数の対数
関数となり、片対数グラフに直線として表わされ
る。このため予め特定の水系につき、粒子径ごと
に検量線を作成しておき、第2工程で得られた粒
子径により適用すべき検量線を選択し、第1工程
で得られたFI値をこの検量線または式に照合す
ることにより粒子数を判定する。この場合検量線
は特定の粒子径ごとに作成してもよいが、特定の
超純水水系では浸入する粒子やその分布は大体決
まつており、またモニタリングという目的を考え
ると、特定の粒子径ごとに粒子数を正確に把握す
ることは必ずしも必要でないことから、粒子径の
わかつている標準物質(例えば0.5μm以下の標準
粒子として酸化鉄、1〜10μmの標準粒子として
大腸菌のような微生物)を用いて検量線を作成
し、それぞれを標準閉塞、完全閉塞の代表検量線
として作成することもできる。例えば上記電子工
業用超純水の水質基準として最大粒子径0.5μmが
あげられており、この場合には0.5μmを基準にそ
れ以上を上記1〜10μmの検量線で、それ以下を
0.5μm以下の検量線で粒子数を把握するだけで目
的が達せられる。以上のことはFI値以外の指標
であるSI値、PI値等についても同様である。 以上のようにして超純水の汚れ度合、粒子径、
粒子数、種類等が判定でき、超純水製造装置等の
モニタリングを行うことができる。 第3図はモニタリング装置の一例を示すブロツ
ク図であり、11は給水加圧槽で、超純水の検水
を一定圧力に加圧して気密濾過部12に送るよう
になつている。気密濾過部12は膜供給器13か
ら供給されるスクリーンタイプのメンブレンフイ
ルタ14をはさんで気密濾過を行うようになつて
おり、濾過水は濾過水槽15に送られる。16,
17はレベルセンサーで、シーケンス部18から
の指令によりレベル信号をカウンター19に送
り、カウンター19は時刻数部20からのタイミ
ングパルスをカウントして、時間信号を演算部2
1に送る。演算部21ではFI演算部22、粒子
径演算部23、粒子数演算部24により演算さ
れ、結果はコンパレータ25において設定値と比
較され、警報器26およびプリンター27に出力
されるようになつている。 以上のように構成されたモニタリング装置にお
いて、検水は給水加圧槽11において一定圧力に
加圧され、気密濾過部12において濾過され濾過
水槽15に送られる。FIの測定は、まず濾過の
初期において所定量の検水を濾過するに必要な時
間を計測する。このためには濾過水槽15の水位
が所定水位になつたときにレベルセンサー17に
より信号を送り、カウンター19においてそれま
でにカウントしたタイミングパルスにより時間信
号T0を演算部21に送る。そして気密濾過部1
2における濾過は継続しながら、濾過水槽15の
濾過水をいつたん排出し、所定時間後再び同じ操
作を行つて時間信号Toを演算部21に送る。演
算部21では前記式に従つてFI演算部22にお
いてFI値の演算を行う。 粒子径の計側はこのFIの計測と並行して、ま
たは別々に行う。すなわち濾過の開始時点より第
2図のV1,V2,V3,V4の各所定量を濾過するの
に要する時間θ1,θ2,θ3,θ4を計測する。このた
めには給水加圧槽11に設けたレベルセンサー1
6により上記各所定量に対応するレベル信号を発
し、カウンター19においてそれまでにカウント
した時間信号を演算部21に送る。演算部21で
は粒子径演算部23において、A2、A3、A4部の
微分値または、A2−B2、A3−B3、A4−B4のず
れ、もしくはずれの比から曲線Aの傾きを判定
し、これと設定値とを比較して粒子径を演算す
る。 粒子数は粒子数演算部24において演算により
算出される。すなわち粒子径の入力により、それ
に対応した式が選ばれ、この式にFI値を照合す
ることにより粒子数は演算される。 以上により算出されたFI値、粒子径、粒子数
はコンパレータ25において設定値と比較され、
設定値を越えたときは警報器26において警報が
発せられる。またすべてのデータはプリンター2
7に出力され、プリントアウトされる。 なお以上の説明において、検水の汚れ度合の指
標としてFIを中心に説明したが、PI、SIその他
の指標であつてもよい。また汚れ度合の計測と粒
子径の計測は同時に行つてもよく、別々に行つて
もよく、この場合計測の順序は限定されない。ま
た同じ装置で計測してもよく、別の装置で計測し
てもよい。さらに粒子径の計測は実質的にVとθ
の関係曲線の傾きから判定するものであればよ
く、Vとθの関係曲線の傾きを間接的に表す因
子、例えば前述の時間のずれから判定してもよ
い。また粒子径および粒子数の判定は関係曲線に
よつてもよく、またそれを表わす式によつてもよ
い。 以上により超純水がモニタリングされ、FI値
が所定値を越えたとき、あるいは所定粒径以上の
粒子数が所定数を越えたときに警報を発して、そ
の対策をとることになる。電子工業や製薬工業な
どに使用される超純水の製造装置は通常、精密濾
過装置、逆浸透膜装置、イオン交換装置、滅菌装
置、ポリツシングフイルタなどを組合せて構成さ
れており、装置が正常に管理されている限り装置
出口の超純水は前記要求水質を満足しており、使
用時点の問題の多くは使用時点までの配管、貯
槽、蛇口などの微生物管理の不備に起因するもの
である。すなわち、これらの部分が不用意に空気
にさらされたときの空中から細菌やカビまたはそ
の胞子なとが混入し、これらが系内で繁植し、使
用時点での超純水を汚染する場合が多い。このよ
うな場合には前記モニタリングによつてFI値、
粒子数として計測されるので、すぐに対策を立て
ることができる。またポリツシングフイルタの樹
脂破砕物等が漏出した場合も同様であり、これら
は粒子径分布、粒子数等により汚染源の検索も可
能である。 本発明は電子工業や制薬工業に使用される超純
水に限らず、他の用途の超純水のモニタリングに
も適用可能である。 実施例 1 原水を濾過装置、逆浸透装置、混床式イオン交
換装置、紫外線殺菌装置、カートリツジ型混床式
ポリツシヤ、精密濾過(ミリポアフイルタ)で処
理して、比抵抗8〜15MΩ・cm(25℃)の超純水
を製造した。この超純水を第3図のモニタリング
装置において、孔径0.2μmの貫通垂直孔構造のス
クリーン型メンブランフイルタであるニユクリポ
アメンブレン(ニユクリポア社製品)を使用して
汚れ度合を測定した。すなわち給水加圧槽11か
ら超純水恒圧(2.1Kg/cm2)で上記メンブレンフ
イルタを使用する気密濾過部12に供給し、濾過
水量が500mlになるまでの時間T0を求めたとこ
ろ、79秒であつた。次に15分間、同一条件下に通
水し、15分後に同一の操作によりT15を求めたと
ころ98秒であり、汚れ度合(FI15)は1.29であつ
た。 比較例 上記ニユクリポアメンブレンの代りに、公称孔
径0.1μmの網目構造型フイルタであるセルロース
系メンブレンフイルタを使用し、実施例1と同条
件でT0、T15を測定したところ、それぞれ141秒、
147秒であり、FI15は0.27であつた。 これらの結果からわかるように、実施例1では
T15とT0の間に19秒の差があるが、比較例では孔
径が1/2であるにもかわらず、時間差はわずか6
秒であつて誤差範囲に近ずいており、これを汚れ
度合とするのは超純水の用途の面からも、精度、
信頼性の点で問題がある。 実施例 2 実施例1と同一の超純水を対象としてVとθの
関係曲線の傾きを求め、これから粒子数の計測を
行つた。この場合FI15=1.29である。 まず濾過水量が2となつた時の濾過時間を測
定し、原点と結ぶ線を延長した直線(第2図の
B)上の値に対応する時間を標準時間とし、次に
実際に3、4、5となつた時の時間を求め
標準時間との差を時間差として求めた。結果を次
表に示す。なお差の比はθo/θo-1で表わされる。
The present invention relates to a monitoring device for monitoring fine particles or colloidal substances mixed in ultrapure water used in the electronics industry, pharmaceutical industry, etc. Generally, the ultrapure water used for industrial and hospital purposes has a number of microparticles with a diameter of 0.5 μm or less and microorganisms such as bacteria;
ml or less, the latter is required to be sterile. Conventionally, in order to measure these substances, a large amount of sample water, such as 5 to 10 pores, is filtered using a screen-type membrane filter with a through-vertical pore structure, such as a 0.2 μm pore size membrane filter. The fine particles (0.2 μm or more) captured on the membrane were observed and measured using an electron microscope. In this case, in order to clearly count particles larger than 0.2 μm, it is necessary to observe at least 4000 times magnification, and since one field of view is limited to 1 to 6 × 10 -6 cm 2 , 20 to 30 The field of view was observed, the number of particles per field of view was averaged, the number of particles relative to the total filtration area was calculated, and the number of fine particles per unit volume of sample water was determined from the total filtration amount. Therefore, these measurements require the use of expensive machines, long and complicated operations, and must be performed by skilled technicians. On the other hand, recently, even integrating sphere turbidity meters are being used to measure the content of extremely small amounts of suspended matter and colloidal substances in low-turbidity water (turbidity 1 ppm or less), for which measurement is uncertain. Silting Index, which is calculated from the clogging rate or clogging rate of a membrane filter by filtering a certain amount or a certain period of sample water using a membrane filter with a certain pore size;
Measurement methods and devices such as Plugging Index and Fouling Index are used. These water quality indicators are used to prevent membrane contamination such as reverse osmosis membrane equipment.
Its effectiveness as a means of monitoring the water supplied to the device has been demonstrated, but it is also a means of monitoring the contamination of ultrapure particles in the ultrapure water used in the electronic industry, pharmaceutical industry, hospital water, etc. It could not be used as such. The reason for this is that the membrane filter used is a depth type with a mesh structure, which traps particles over the entire area of the membrane, and even if some particles are trapped on the surface, there is no mesh inside. Because the flow path is intertwined, it has a structure that does not completely block the flow.
This is because in the case of ultrapure water that contains small particles and a small number of particles, clogging does not occur in a short time and the accuracy does not reach the level required for ultrapure water. The present invention improves the drawbacks of the conventional methods as described above, and is capable of detecting the clogging rate or clogging speed even in extremely pure ultrapure water, and also detecting the size, number, etc. of the particles contained. The purpose of this study is to propose a monitoring device for ultrapure water that can be used for various purposes. The present invention provides an apparatus for measuring the time required to filter a predetermined amount of sample water using a membrane filter having a vertical hole structure, and the time required to perform the same operation after a certain period of time. a first calculation device that calculates the clogging rate or clogging speed of the filter from the obtained value; a device that measures changes in the amount of filtration of sample water and the filtration time by a membrane filter having a vertical hole structure; a second calculation device that determines the particle diameter from the slope of the relationship curve between the two determined by the obtained value;
and the value obtained from the first arithmetic device and the second
ultrapure water that includes a device that determines the number of particles by comparing the particle size obtained from the calculation device with a clogging rate or clogging speed vs. particle number relationship curve or formula created in advance for each particle size. It is a monitoring device. The ultrapure water to be monitored in the present invention generally has a specific resistance of 8 MΩ·cm (25° C.) or more. The membrane filter used in the present invention has a through-vertical hole structure, that is, a screen type membrane filter, and there are some that are specially treated thin films such as polycarbonate, but the material thereof is not limited. Generally, filtration includes standard occlusion filtration, intermediate occlusion filtration,
There are three types of completely occluded filtration: standard occluded filtration is a type of filtration that traps particles throughout the interior of the filtration layer (membrane), as described above for conventional membranes, and fully occluded filtration is a type of filtration that traps particles on the surface of the filtration layer (membrane). A filtration form in which particles are captured by a filter, and an intermediate occlusion filtration is an intermediate filtration form between the two. As mentioned above, conventional membrane filters have a mesh structure.
Under constant pressure filtration conditions, standard occlusion filtration or intermediate occlusion filtration is achieved, whereas with the membrane filter used in the present invention, complete occlusion filtration is achieved. As shown in FIG. 1, the screen type membrane filter used in the present invention is a filter in which a large number of through holes 3 are formed perpendicular to the filtration surface 2 of a membrane 1, and particles larger than the through holes 3 are filtered. 4 is a screen type filter that is captured by the filter surface 2; When filtration is performed using such a membrane filter, particles larger than the pore size are captured only on the surface, so clogging occurs in a short time, making it possible to measure the clogging rate or clogging rate of ultrapure water. It is. Use such a membrane filter to filter a fixed amount or a fixed ratio of water under a constant pressure (3.5 to 2.1 Kg/cm 2 G), and measure the time or time ratio required for this. Calculate the clogging rate or clogging speed and calculate the SI (Silting) from this.
Index), PI (Plugging Index), FI (Fouling Index)
By calculating the index) and using it as an index, the quality of ultrapure water can be judged to a certain extent, and the degree of contamination of ultrapure water can thereby be monitored. To explain the monitoring method using FI as an example, the above membrane filter is used to measure the time T 0 required to filter a predetermined amount of sample water at a certain point,
After a certain period of time n minutes (for example, 15 minutes), measure the time T o required to filter the sample water by the same operation, and use the following formula.
Calculate FI. FI=1-T 0 /Tn/n×100 Since the FI value calculated from the above increases according to the degree of contamination of the sample water, it serves as an index when monitoring the degree of contamination of ultrapure water. The pore size of the membrane filter can be arbitrarily selected depending on the purpose of monitoring, but it is 0.5 μm, such as the ultrapure water used in the electronics and pharmaceutical industries.
pore size smaller than the particle size, e.g. 0.1 μm or
Use 0.2 μm. Next, a method of examining the particle diameter, number of particles, type, etc. using the membrane filter will be explained. First, to measure the particle size, filtration is performed using a membrane filter having a specific pore size, and a determination is made based on whether or not complete occlusion filtration is achieved. In other words, screen-type membrane filters have a penetrating vertical pore structure, so particles larger than the pore diameter are captured on the surface, resulting in completely blocked filtration, while particles smaller than the pore diameter pass through the surface and are captured inside, which is standard. This is occlusion filtration, and those containing both are intermediate occlusion filtration. For this reason, by filtering with a screen-type membrane filter having a certain pore size and examining the above filtration mode, it is possible to determine which particles are larger or smaller based on a certain particle size that is slightly larger than the pore size of the membrane filter used. You can find out whether you are taking the lead. At this time, if the same operation is performed using membrane filters with different pore sizes, each particle size and abundance ratio can be determined. In order to check the filtration mode to determine whether or not it is completely blocked filtration, it is determined by the slope of the relationship curve between the amount of filtrated water and the filtration time. If the filtration time is θ and the amount of filtrated water is V, then θ/V is proportional to θ in standard occlusion filtration, and dV/dθ is proportional to V in complete occlusion filtration (Maruzen Co., Ltd., Water and Wastewater Handbook, Second Revised Edition) (See page 206). Therefore, the slope of the relationship curve between V (vertical axis) and θ (horizontal axis) is smaller in completely occlusive filtration. Figure 2 is a graph showing this relationship, where V 1 , V 2 , V 3 , V 4
The filtration time required to obtain the amount of filtrated water is θ 1 , θ 2 ,
By measuring θ 3 and θ 4 , a relationship curve A between the two can be obtained. In the case of standard occlusion filtration, this relationship curve becomes a curve close to straight line B, which is an extension of the origin and A1 , and the slope becomes smaller as the filtration mode becomes completely occlusive.
It becomes an upwardly convex curve. For this reason, a predetermined slope is used as a reference, and if the slope is smaller than that, it is occlusion filtration, and if it contains many particles with a particle size of, for example, 0.5 μm or more, and if it approximates the predetermined slope, it is intermediate occlusion filtration or standard occlusion filtration. It is determined that it contains many particles of 0.5 μm or less. In this case, since the reference slope is determined for each water system, it can be confirmed and determined experimentally. Although it is possible to judge changes in the slope of a curve by comparing the values obtained by differentiating the curve, it is also possible to judge changes in the slope of a curve by comparing the values obtained by differentiating the curve , but it is also possible to judge changes in the slope of a curve by comparing the values obtained by differentiating the curve .
A 3 , B 4 and A 4 ) can also be substantially determined. In this case, the relational curve is not limited to a curve of θ versus V, but may be a curve of V versus θ. Also, this curve does not need to be drawn in reality;
Alternatively, the particle size may be determined using a numerical value that can be substantially equivalent to the slope of the curve. You can perform this operation once to determine the particle size based on a predetermined pore size, but if you perform this multiple times using screen-type membrane filters with different pore sizes, you can get a more specific particle size and its distribution. be able to. Since the number of particles mixed in a particular water system is approximately determined, it is also possible to determine the type of particles based on the size and distribution of the particles. Next, the number of particles can be calculated from the FI value and particle diameter obtained from the above two steps. That is, when particles of a specific particle size are mainly included, the FI value becomes a logarithmic function of the number of particles, and is expressed as a straight line on a semi-logarithmic graph. For this reason, a calibration curve is created in advance for each particle size for a specific aqueous system, the calibration curve to be applied is selected based on the particle size obtained in the second step, and the FI value obtained in the first step is applied to this curve. Determine the number of particles by checking against a calibration curve or formula. In this case, a calibration curve may be created for each specific particle size, but in a specific ultrapure water system, the infiltrating particles and their distribution are roughly fixed, and considering the purpose of monitoring, it is necessary to create a calibration curve for each specific particle size. Since it is not always necessary to accurately determine the number of particles in each case, standard materials with known particle sizes (for example, iron oxide as standard particles of 0.5 μm or less, microorganisms such as Escherichia coli as standard particles of 1 to 10 μm) are used. It is also possible to create a calibration curve using , and create each as a representative calibration curve for standard occlusion and complete occlusion. For example, a maximum particle size of 0.5 μm is cited as the water quality standard for ultrapure water for the electronics industry.
The objective can be achieved simply by determining the number of particles using a calibration curve of 0.5 μm or less. The above also applies to indicators other than the FI value, such as the SI value and the PI value. As described above, the degree of contamination of ultrapure water, particle size,
The number and type of particles can be determined, and ultrapure water production equipment, etc. can be monitored. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a monitoring device. Reference numeral 11 denotes a pressurized water supply tank, which pressurizes ultrapure water to a constant pressure and sends it to an airtight filtration section 12. The airtight filtration section 12 is configured to perform airtight filtration by sandwiching a screen type membrane filter 14 supplied from a membrane supplier 13, and the filtrated water is sent to a filtration water tank 15. 16,
17 is a level sensor which sends a level signal to a counter 19 according to a command from a sequence section 18, and the counter 19 counts timing pulses from a time section 20 and sends a time signal to a calculation section 2.
Send to 1. In the calculation unit 21, calculations are performed by an FI calculation unit 22, a particle diameter calculation unit 23, and a particle number calculation unit 24, and the results are compared with a set value in a comparator 25 and output to an alarm 26 and a printer 27. . In the monitoring device configured as described above, sample water is pressurized to a constant pressure in the water supply pressure tank 11, filtered in the airtight filtration section 12, and sent to the filtered water tank 15. To measure FI, first, the time required to filter a predetermined amount of test water is measured at the initial stage of filtration. To do this, the level sensor 17 sends a signal when the water level in the filtered water tank 15 reaches a predetermined level, and the counter 19 sends a time signal T 0 to the calculation unit 21 based on the timing pulses counted up to that point. and airtight filtration section 1
While the filtration in Step 2 continues, the filtered water in the filtered water tank 15 is discharged at some point, and after a predetermined period of time, the same operation is performed again to send the time signal T o to the calculation section 21. In the calculation unit 21, the FI value is calculated in the FI calculation unit 22 according to the above formula. Measurement of particle diameter is performed in parallel with this FI measurement or separately. That is, from the start of filtration, the times θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 required to filter each predetermined amount of V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 shown in FIG. 2 are measured. For this purpose, a level sensor 1 installed in the water supply pressurized tank 11 is required.
6 generates a level signal corresponding to each of the predetermined amounts, and sends the time signal counted up to that point by the counter 19 to the calculation section 21. In the calculation unit 21, the particle size calculation unit 23 calculates the difference from the differential values of A 2 , A 3 , and A 4 , or the deviations of A 2 −B 2 , A 3 −B 3 , and A 4 −B 4 , or the ratio of the deviations. The slope of curve A is determined, and the particle diameter is calculated by comparing this with a set value. The number of particles is calculated by the particle number calculation section 24. That is, by inputting the particle diameter, a corresponding formula is selected, and the number of particles is calculated by comparing the FI value with this formula. The FI value, particle diameter, and number of particles calculated above are compared with the set value in the comparator 25,
When the set value is exceeded, the alarm device 26 issues an alarm. Also, all data is stored on printer 2.
7 and printed out. In the above explanation, FI has been mainly explained as an index of the degree of contamination of test water, but other indexes such as PI, SI, etc. may also be used. Further, the measurement of the degree of contamination and the measurement of the particle diameter may be performed simultaneously or separately, and in this case, the order of measurement is not limited. Further, the measurement may be performed with the same device or with different devices. Furthermore, particle diameter measurement is essentially based on V and θ.
The determination may be made from the slope of the relationship curve between V and θ, and the determination may also be made from a factor that indirectly represents the slope of the relationship curve between V and θ, such as the above-mentioned time shift. Further, the particle diameter and the number of particles may be determined based on a relational curve, or may be based on a formula expressing it. As described above, ultrapure water is monitored, and when the FI value exceeds a predetermined value or when the number of particles with a predetermined particle size or more exceeds a predetermined number, an alarm is issued and countermeasures are taken. Ultrapure water production equipment used in the electronics and pharmaceutical industries is usually composed of a combination of precision filtration equipment, reverse osmosis membrane equipment, ion exchange equipment, sterilization equipment, polishing filters, etc. As long as it is properly managed, the ultrapure water at the outlet of the device will meet the above-mentioned water quality requirements, and many of the problems at the point of use are due to inadequate microbial control of piping, storage tanks, faucets, etc. up to the point of use. be. In other words, when these parts are carelessly exposed to the air, bacteria, mold, or their spores are introduced from the air, grow in the system, and contaminate the ultrapure water at the point of use. There are many. In such cases, the FI value,
Since it is measured as a number of particles, countermeasures can be taken immediately. The same applies if crushed resin from the polishing filter leaks, and the source of contamination can be searched for by particle size distribution, number of particles, etc. The present invention is applicable not only to ultrapure water used in the electronics industry and pharmaceutical industry, but also to monitoring ultrapure water for other uses. Example 1 Raw water was treated with a filtration device, a reverse osmosis device, a mixed bed ion exchange device, an ultraviolet sterilizer, a cartridge type mixed bed polisher, and a precision filtration (Millipore filter) to achieve a specific resistance of 8 to 15 MΩ・cm (25 ℃) ultrapure water was produced. The degree of contamination of this ultrapure water was measured using the monitoring device shown in FIG. 3 using a Nucleipore membrane (manufactured by Nucleipore), which is a screen-type membrane filter with a vertical hole structure having a pore diameter of 0.2 μm. That is, when ultrapure water was supplied from the pressurized water supply tank 11 at a constant pressure (2.1 Kg/cm 2 ) to the airtight filtration section 12 using the membrane filter, the time T 0 until the amount of filtered water reached 500 ml was determined. It was hot in 79 seconds. Next, water was passed under the same conditions for 15 minutes, and T 15 was determined by the same operation after 15 minutes, and it was 98 seconds, and the degree of fouling (FI 15 ) was 1.29. Comparative Example A cellulose-based membrane filter, which is a network structure filter with a nominal pore diameter of 0.1 μm, was used instead of the above-mentioned Nyclypore membrane, and T 0 and T 15 were measured under the same conditions as in Example 1, each being 141 seconds. ,
The time was 147 seconds, and the FI 15 was 0.27. As can be seen from these results, in Example 1
There is a difference of 19 seconds between T 15 and T 0 , but in the comparative example, the time difference is only 6 seconds even though the pore size is 1/2.
This is in seconds, which is close to the error range, and the reason why this is considered as the degree of contamination is from the viewpoint of the use of ultrapure water.
There are problems with reliability. Example 2 The slope of the relationship curve between V and θ was determined using the same ultrapure water as in Example 1, and the number of particles was measured from this. In this case FI 15 =1.29. First, measure the filtration time when the amount of filtrated water is 2, set the time corresponding to the value on the straight line (B in Figure 2) that is an extension of the line connecting the origin to the standard time, and then actually measure 3, 4 , 5, and the difference from the standard time was determined as a time difference. The results are shown in the table below. Note that the ratio of the difference is expressed as θ oo-1 .

【表】 以上の結果から濾過時間−濾過水量の関係曲線
において濾過水量5の傾き(差の比)に対する
濾過水量4の傾き(差の比)の比は1.86である
ことが求められ、この値は1より明らかに大きい
ので標準閉塞濾過の特性式に近似的に合致すると
判断される。従つてこの超純水中に含まれる粒子
は0.5μm以下の粒径のものが主体となつているも
のと判定される。 次に予め作成してある0.5μm以下の粒径の粒子
を主体とする場合のFI15と粒子数の関係曲線に上
記条件を照合すると、粒子数は45個/mlと算出さ
れた。一方、上記濾過に用いたメンブレンを電子
顕微鏡で計数したところ60個/mlであつた。 電子顕微鏡観察と上記実施例の結果を比較する
と、両者は近似しており、本発明の装置が超純水
のモニタリングに十分適用でき、信頼性が高いこ
とがわかる。 以上のとおり、本発明によれば、次のような効
果がある。 (1) 超純水中の微粒子の大きさおよび種類等につ
いて大略の判定ができる。 (2) 未熟練者でも大きな間違なく概略の粒子数を
求めることができる。 (3) 孔径の異なるメンブレンフイルタを使用すれ
ば、微粒子の大きさによる存在比率を推定でき
る。 (4) 電子工業および製薬工業等における微粒子数
についての要求水質を簡単かつ迅速にモニタリ
ングすることができる。 (5) 上記測定をすることについて高価な機器を使
用することなく、短時間に簡単な操作で結果を
得ることができ、自動化も可能である。 (6) 混入汚染粒子が微生物である場合、大きさに
よる存在比率から汚染経路を検索することがで
きる。
[Table] From the above results, it is determined that the ratio of the slope (difference ratio) of filtrate water amount 4 to the slope (difference ratio) of filtrate water amount 5 in the filtration time - filtrate water amount relationship curve is 1.86, and this value Since it is clearly larger than 1, it is judged that it approximately matches the characteristic expression of standard occlusive filtration. Therefore, it is determined that the particles contained in this ultrapure water are mainly particles with a particle size of 0.5 μm or less. Next, when the above conditions were compared with a previously prepared relationship curve between FI 15 and the number of particles when the particles were mainly composed of particles with a particle size of 0.5 μm or less, the number of particles was calculated to be 45 particles/ml. On the other hand, when the number of membranes used in the above filtration was counted using an electron microscope, it was found to be 60 membranes/ml. Comparing the results of electron microscopy and the above example, it can be seen that the two are similar, indicating that the device of the present invention is fully applicable to monitoring ultrapure water and has high reliability. As described above, the present invention has the following effects. (1) Be able to roughly judge the size and type of fine particles in ultrapure water. (2) Even an unskilled person can calculate the approximate number of particles without making a big mistake. (3) By using membrane filters with different pore sizes, it is possible to estimate the abundance ratio based on the size of fine particles. (4) Required water quality regarding the number of fine particles in the electronics industry, pharmaceutical industry, etc. can be easily and quickly monitored. (5) Regarding the above measurements, results can be obtained in a short time and with simple operations without using expensive equipment, and automation is also possible. (6) If the contaminated contaminant particles are microorganisms, the contamination route can be searched based on the abundance ratio according to size.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は貫通垂直孔型メンブレンフイルタの閉
塞状態を示す模式図、第2図は濾過水量と濾過時
間の関係曲線を示すグラフ、第3図は本発明のモ
ニタリング装置の一例を示すブロツク図である。 図中、1はメンブレン、3は貫通孔、4は粒
子、11は給水加圧槽、12は気密濾過部、15
は濾過水槽、18はシーケンス部、19はカウン
ター、22は演算部、25はコンパレータであ
る。
Fig. 1 is a schematic diagram showing a closed state of a through-vertical membrane filter, Fig. 2 is a graph showing a relationship curve between the amount of filtrated water and filtration time, and Fig. 3 is a block diagram showing an example of the monitoring device of the present invention. be. In the figure, 1 is a membrane, 3 is a through hole, 4 is a particle, 11 is a water supply pressure tank, 12 is an airtight filtration part, 15
18 is a sequence section, 19 is a counter, 22 is a calculation section, and 25 is a comparator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 貫通垂直孔構造を有するメンブレンフイルタ
を使用して所定量の検水を濾過するに要する時間
と一定時間後に同一操作を行つて濾過するに要す
る時間を計測する装置、この装置から得られた値
から前記フイルタの目詰まり率または目詰まり速
度を演算する第1の演算装置、貫通垂直孔構造を
有するメンブレンフイルタによる検水の濾過量と
濾過時間の変化を計測する装置、この装置から得
られた値により求められる両者の関係曲線の傾き
から粒子径を判定する第2の演算装置、および第
1の演算装置から得られた値と前記第2の演算装
置から得られた粒子径とを、予め粒子径ごとに作
成した目詰まり率もしくは目詰まり速度と粒子数
の関係曲線または式に照合して粒子数を判定する
装置を含む超純水のモニタリング装置。
1. A device that measures the time required to filter a predetermined amount of sample water using a membrane filter with a through-vertical hole structure, and the time required to perform the same operation after a certain period of time, and the values obtained from this device. A first computing device for computing the clogging rate or clogging speed of the filter, a device for measuring the amount of filtration of sample water and changes in filtration time by a membrane filter having a vertical hole structure; a second calculation device that determines the particle diameter from the slope of the relationship curve between the two determined by the value, and a value obtained from the first calculation device and the particle diameter obtained from the second calculation device in advance. An ultrapure water monitoring device that includes a device that determines the number of particles by comparing it with a clogging rate or clogging rate vs. particle number relationship curve or formula created for each particle size.
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