逆浸透データ収集と正規化とは何ですか？

2024年7月20日

逆浸透（RO）膜の状態を評価し、潜在的な問題が深刻化する前に対処するためには、データ収集と正規化が重要です。膜性能に影響を与える外部要素を用いてデータ因子を正規化することで、性能データをレビューする際に公平な比較が可能になります。正規化された逆浸透（RO）性能データは、膜が新品であった時、交換された時、または洗浄された時などの確立された基準値と比較されます。

RO膜の状態を判断するために、以下の生データが収集されます。
1. 供給温度（華氏）
2. 透過水流量（GPM）
3. 濃縮液流量（GPM）
4. 供給圧力（PSI）
5. 透過圧力（PSI）
6. 供給液の導電率
7. 透過液の導電率

これらの運転条件はすべて、RO膜が生成できる透過水の質と量に直接影響を与えます。しかし、これらの運転条件は常に変化するため、ある時点での特定のパラメータの性能を、異なる運転条件下の別の時点での性能と比較することは不可能です。温度、原水の水質、透過流量、システム回収率などの変動要因はすべて、膜の性能に影響を与えます。

RO膜のデータを正規化することで、運転条件の変化に左右されない基準値とRO膜の性能を比較できます。正規化されたデータはRO膜の実際の状態を測定し、RO膜の真の性能と健全性を示します。

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逆浸透式海水淡水化装置

正規化されていないデータは誤解を招く可能性があります。なぜなら、多くの変数が、実際には問題ではないのに問題に見える変化を引き起こす可能性があるからです。給水温度は、 roシステム 性能。一般的な目安としては、華氏1度（F⁰）の変化につき、透過流量が1.5%変化すると見積もるのが良いでしょう。

例えば、RO装置が供給水の温度が60°Fのときに50GPMの透過水を生成し、その後供給水の温度が5°F低下した場合、RO装置の透過水生成量は約46GPMになります。この4GPMの減少は、温度低下に伴うごく正常な現象です。

データ解釈

RO（逆浸透）装置のオペレーターが最終的に重視するのは、生成される水の質と量の2つの結果です。前述のように、これら2つの要素は、供給水圧、システム回収率、供給水質の変化など、多くの変数によって影響を受ける可能性があります。

に関して逆浸透逆浸透（RO）データの収集と正規化には、膜の真の性能をより正確に把握し、ROシステムによって生成される水の量と質に関わる潜在的なROシステムの問題を的確にトラブルシューティングするのに役立つ3つの計算値があります。運転データを収集し、データを正規化し、正規化されたデータを時系列でトレンド化し、その値をベースライン（RO膜が新品であったとき、または洗浄もしくは交換された後の起動値から計算）と比較することで、RO膜に不可逆的な損傷が発生する前に問題に対処するための積極的な対策が可能になります。

監視と傾向分析に使用される3つの計算値は以下のとおりです。
・正規化透過流量（NPF）
・標準化塩分除去率（NSR）
・正規化圧力差（NPD）

正規化透過流量（NPF）

NPFは、RO装置が生成する透過水の量を測定する指標です。NPFが基準値（新しい膜を使用した際の起動時、または膜の交換や洗浄時のNPF値）より10～15%低下した場合、RO膜の汚染またはスケール付着を示しているため、RO膜を洗浄する必要があります。

NPFが増加すると、RO膜に損傷があることを意味します。損傷は化学的攻撃（酸化剤膜上の塩素などの物質、または機械的な問題（Oリングの故障など）が原因である可能性があります。

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正規化透過流量（NPF）の計算方法

正規化透過流量（NPF）を計算する式は以下のとおりです。

NPF = 透過流量 × (基準値 aNDP/aNDP) × (基準値 TCF/TCF)

どこ：

供給液TDS = 供給液導電率/2
濃縮係数 = (透過液流量 + 濃縮液流量) / 濃縮液流量
濃縮液TDS = 原料TDS × 濃縮係数
平均正味駆動圧力 (aNDP) = (((供給圧力 + 濃縮圧力)/2) – ((供給TDS – 濃縮TDS)/200)) – 透過圧力
供給温度 C = (5/9) × (供給温度 – 32)
TCF（温度補正係数）= EXP（2640 × ((1/298) – (1/(273+供給温度℃))))

標準化塩分除去率（NSR）

NSRはRO膜が塩分（汚染物質）をどれだけ除去できるかを示す指標であり、透過水の水質に影響します。NSRが低下すると、RO膜を通過する塩分の量が増加し、透過水の水質が低下します。NSRの低下は、RO膜の汚染、スケール付着、または劣化を示している可能性があります。性能の良いRO膜は、97%から99%の除去率を示すはずです。RO膜の除去率が90%以下に低下すると、膜は「不良」とみなされます。通常のRO運転では、連続使用中にNSRが着実に低下します。RO膜は通常、交換が必要になるまで数年間持ち、NSRの着実な低下は膜の経年劣化の正常な兆候です。適切なRO膜洗浄手順は、NSRの改善に役立ちます。

NSRは生物付着の問題を特定するのに役立ちます。生物付着が懸念される場合、多くの場合、NSRは増加し、NPFは減少します。これは、生物付着物がRO膜の小さな欠陥を実際に塞ぎ、塩の除去率を高めるためです。時間の経過とともに、生物付着層は老化して死滅し始め、CO2、メタン、有機物などの化学物質が
酸が膜を透過し始め、透過水の水質に影響を与える（塩分除去率が低下し、NSRが低下する）。

標準化塩分除去率（NSR）の計算方法

正規化販売拒否率（NSR）を計算する式は以下のとおりです。

NSR = 100 ((塩通過量 × (透過流量 / 基準透過流量) × TCF) × 100)

どこ：

透過液TDS = 透過液導電率 × 0.67
供給液TDS = 供給液導電率 / 2
塩分除去率 = 1 – (透過液TDS / 供給液TDS)
塩分通過量 = 1 - 塩分排出量
供給温度 C = (5/9) × (供給温度 – 32)
温度補正係数 (TCF) = EXP (2640 x ((1/298) – (1/(273 + 供給温度 C))))

温度補正係数（TCF）の説明

水温は逆浸透膜の性能を左右する重要な要素の一つです。膜メーカーは、特定の運転温度に対する温度補正係数を提供していますが、この係数はメーカーによって異なり、計算方法も様々です。本稿では、RO膜の変動を求めるために、上記のNPFおよびNSRの計算で示したように、膜係数2640を用いたASTM方式を採用しています。膜係数2640を採用したのは、当社の膜の大部分がこの値に適合し、各膜に固有の係数を使用しても計算結果への影響がごくわずかであるためです。

正規化圧力差（NPD）

NPDは、膜上の供給水スペーサーの清浄度を示します。これらのスペーサーは厚さがわずか30千分の1インチ程度で、目詰まりを起こしやすい性質があります。目詰まりが発生すると、流れに対する抵抗が増加し、圧力dopも増加します。

ファウリングやスケール付着により、NPDは時間とともに増加し始めます。DPDが基準値より15%～25%増加したら、RO膜を洗浄する必要があります。RO膜の洗浄時期を判断するには、NPDとNPFを同時に監視する必要があります。多くの場合、NPFは減少し、NPDは変化しません。これは、ファウリング/スケール付着の問題がまだ供給水スペーサーを詰まらせていないためです。時間が経つにつれて、NPDはNPFの低下に伴って増加します。NPDの減少は、通常、計測機器の故障またはデータ収集中のミスが原因です。

ROの各ステージでNPDを測定できれば、通常、圧力損失が増加している箇所に基づいて、汚れとスケールの問題を特定できます。ROの前段でNPDが増加する場合は汚れの問題を示し、後段でNPDが増加する場合はスケールの問題を示します。