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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】特開2016-221449(P2016-221449A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】水処理システム
(51)【国際特許分類】
   C02F 1/44 20060101AFI20161205BHJP
   B01D 61/12 20060101ALI20161205BHJP
   B01D 61/02 20060101ALI20161205BHJP
   B01D 65/02 20060101ALI20161205BHJP
   G01N 33/18 20060101ALI20161205BHJP
【FI】
   C02F1/44 A
   C02F1/44 G
   B01D61/12
   B01D61/02 500
   B01D65/02
   G01N33/18 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-109507(P2015-109507)
(22)【出願日】2015年5月29日
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】福▲崎▼ 康司
(72)【発明者】
【氏名】加藤 宗
(72)【発明者】
【氏名】宮川 浩樹
【テーマコード(参考)】
4D006
【Fターム(参考)】
4D006GA03
4D006GA06
4D006GA07
4D006JA51Z
4D006JA53Z
4D006KA01
4D006KA03
4D006KA51
4D006KA55
4D006KA57
4D006KB15
4D006KC01
4D006KC16
4D006KD30
4D006KE01Q
4D006KE02Q
4D006KE21P
4D006KE22Q
4D006KE23Q
4D006KE30P
4D006LA10
4D006PA01
4D006PB03
4D006PC80
(57)【要約】
【課題】逆浸透膜の汚れをリアルタイムで予測しながら運転制御が可能な水処理システムを提供する。
【解決手段】逆浸透膜16と、逆浸透膜16に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、逆浸透膜16に付着する汚れの度合いを予測するファウラントセンサ14と、連続運転中に、ファウラントセンサ14によって予測された逆浸透膜16の汚れの度合いに基づいて、逆浸透膜16に供給する処理水の供給条件を制御する制御部50と、を備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
逆浸透膜と、
当該逆浸透膜に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、前記逆浸透膜に付着する汚れの度合いを予測する汚れ予測装置と、
連続運転中に、当該汚れ予測装置によって予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給する処理水の供給条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項2】
前記逆浸透膜の汚染を防止する汚染防止剤を貯留する汚染防止剤タンクと、
当該汚染防止剤タンクに貯留された汚染防止剤を、前記逆浸透膜に供給される処理水に注入する汚染防止剤注入ポンプと、を備え、
前記制御部は、前記汚れ予測装置により予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給される処理水に対して注入する汚染防止剤の量を変更するように、前記汚染防止剤注入ポンプを制御することを特徴とする、請求項1に記載の水処理システム。
【請求項3】
前記逆浸透膜に供給される海水を、前記逆浸透膜に供給される前に処理する前処理装置と、
前記処理水流路から分岐して、前記前処理装置に接続される分岐流路と、を備え、
前記演算部は、前記汚れ予測装置により予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記処理水流路を通流して直接前記逆浸透膜に、又は、前記前処理装置を経由して前記逆浸透膜に処理水が供給されるように、処理水の流路を制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載の水処理システム。
【請求項4】
前記汚れ予測装置は、
前記処理水流路を通流する処理水の一部が通流する評価流路と、
前記評価流路を通流する処理水に接触可能に配置されることで、処理水の通流に伴って汚れが付着する評価部材と、
前記評価膜を挟むようにして配置された一組の電極と、
当該一組の電極に対して直列に接続された交流電源と、
前記一組の電極に直列に接続され、交流電流を直流電流に変換する整流装置と、
当該整流装置での出力電圧を測定する電圧計と、を備えて構成されていることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の水処理システム。
【請求項5】
前記汚れ予測装置は、供給される処理水に接触可能に配置されることで、処理水の通流に伴って汚れが付着する評価部材を備えて構成され、
前記汚れ予測装置に供給される処理水の流速が前記逆浸透膜に供給される処理水の流速よりも速い速度になるように前記汚れ予測装置に処理水が供給されることで、前記評価部材への汚れの付着が促されることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水処理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
海水淡水化に使用される逆浸透膜を備えた水処理システムでは、逆浸透膜の汚染のコントロールが安定的な運転のための重要な課題となっている。この水処理システムの安定運転を妨げる要因として、逆浸透膜面上に蓄積する有機物汚れや、生物増殖による汚れ(バイオファウリング)が大きな課題となっている。また、これらの汚れの抑制のために薬剤が使用され、この薬剤の過剰な使用は水処理システムの運転コスト増大の一因となっている。
【0003】
逆浸透膜の汚染の把握方法として、従来は、逆浸透膜ベッセルにおける入口と出口との間の圧力損失(ΔP)が測定され、この圧力損失の大きさに基づいて汚れの程度を評価していた。しかし、この方法では、急激な圧力上昇への対応や逆浸透膜の不可逆的な汚染を予防することが困難である。そこで、より正確な評価を目的として、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1には、バイオフィルム形成基材を配しておき、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量を1日〜6ヶ月に1回の頻度で評価し、その評価結果に基づいて、逆浸透膜ろ過プラントの運転方法を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第2008/038575号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の技術では、バイオフィルム量の測定は、バイオフィルムが付着した逆浸透膜を切りだして、その付着しているバイオフィルム量を測定することで、行われている(特に、特許文献1の明細書段落0053参照)。従って、特許文献1に記載の技術では、連続的(リアルタイム)に汚染の度合いを把握することは出来ない。
【0006】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものあり、本発明が解決しようとする課題は、逆浸透膜の汚れを連続的に把握しながら汚染の度合いに応じた運転の制御が可能な水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは前記の課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、以下のようにすることで前記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明の要旨は、逆浸透膜と、当該逆浸透膜に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、当該逆浸透膜に付着する汚れの度合いを予測する汚れ予測装置と、連続運転中に、当該汚れ予測装置によって予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給する処理水の供給条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、水処理システムに関する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、逆浸透膜の汚れを連続的に把握しながら汚染の度合いに応じた運転の制御が可能な水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】第一実施形態の海水淡水化システムの系統図である。
図2】第一実施形態の海水淡水化システム(本発明)及び従来の海水淡水化システム(従来)における逆浸透膜についての、(a)連続運転時間に対する圧力損失ΔPの変化、(b)連続運転時間に対するファウラントセンサからの出力値の変化を示すグラフである。
図3】第一実施形態の海水淡水化システムに備えられるファウラントセンサの斜視図である。
図4図3のA−A線断面図である。
図5図3に示すファウラントセンサを構成する各部材の斜視図であり、(a)は上側部材の下方からの斜視図、(b)は下側部材に評価膜及びスペーサを載置した状態の上方からの斜視図、(c)は下側部材のみの上方からの斜視図である。
図6】第一実施形態の海水淡水化システムに備えられるファウラントセンサの別の形態についての斜視図である。
図7図6のB−B線断面図である。
図8図6に示すファウラントセンサ60の原理を説明する図であり、(a)は図6に示すファウラントセンサ60を利用したインピーダンス測定による汚れの予測方法を説明する回路図、(b)は逆浸透膜16に汚れが付着していないときのファウラントセンサ60の様子、(c)逆浸透膜16に汚れがやや付着したときのファウラントセンサ60の様子、(d)は逆浸透膜16に大きな汚れが付着したときのファウラントセンサ60を示す図である。
図9図6に示すファウラントセンサを構成する各部材の斜視図であり、(a)は上側部材の下方からの斜視図、(b)は下側部材に評価膜及びスペーサを載置した状態の上方からの斜視図、(c)は下側部材のみの上方からの斜視図である。
図10】第一実施形態の海水淡水化システムにおいて行われる制御を示すフローチャートである。
図11】第二実施形態の海水淡水化システムの系統図である。
図12】第二実施形態の海水淡水化システムにおいて行われる制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)について図面を参照しながら説明する。各図において同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する内容の説明は省略するものとする。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施可能である。
【0011】
図1は、第一実施形態の海水淡水化システム100の系統図である。図1に示す海水淡水化システム100(水処理システム)は、逆浸透膜16を用いて、海水(処理水)から淡水を得るものである。海水淡水化システム100は、砂濾過槽等の前処理装置10と、逆浸透膜16と、海水を送液するための供給ポンプ11と高圧ポンプ15とを備えている。従って、海水淡水化システム100の通常運転時には、前処理装置10によって異物が除去された後の海水が、高圧ポンプ15によって逆浸透膜16を供されることで、透過水(淡水)と濃縮水とが得られる。
【0012】
また、海水淡水化システム100では、淡水を得る際に用いる逆浸透膜16に付着した汚れを予測し逆浸透膜16の汚染防止を行うための、ファウラントセンサ14(汚れ予測装置)と、薬液注入タンク13(汚染防止剤タンク)と薬液注入ポンプ12(汚染防止剤注入ポンプ)とこれらを制御する制御部50とを備えている。ここでいう「薬液」は、逆浸透膜16に生じうるファウラントを剥離させる効果のあるファウリング防止剤である。さらに、ファウラントセンサ14に対して、逆浸透膜16の先頭膜における膜面流速と同じか、あるいはより高い膜面流速(例えば数倍程度)の海水をファウラントセンサ14に供給するためのポンプ17が備えられている。ポンプ17によって多くの量の海水がファウラントセンサ14に供給されることで、逆浸透膜16に対してよりも、ファウラントセンサ14を構成する評価膜28(図4を参照しながら後記する)に対して汚れの付着が促されている。そのため、逆浸透膜16対する汚れの付着を、ファウラントセンサ14によっていち早く検出することができる。
なお、逆浸透膜16の先頭膜における海水の膜面流速、及び、ファウラントセンサ14に対して供給する海水の膜面流速は、供給水量を膜面上(逆浸透膜16及び評価膜28の面上)の通水流路断面積で除することで算出することができる。
【0013】
薬液タンク13には、薬液の貯留量を監視するための液面センサ13aが備えられている。海水淡水化システム100の連続運転時間が長くなると、逆浸透膜16にファウリング等の汚れが付着(汚染)し、淡水化効率が低下する。そこで、海水淡水化システム100では、ファウラントセンサ14の出力値に基づいて注入する薬液の量を制御することで、逆浸透膜16に供給される海水に含まれる薬液濃度(海水の供給条件)が制御され、これにより、逆浸透膜16の汚染防止が適切に行われるようになっている。
【0014】
ファウラントセンサ14の詳細な構成については図3等を参照しながら後記するが、ファウラントセンサ14には、逆浸透膜16を模した評価膜28(評価部材)が備えられている。そして、この評価膜28に汚れが付着(汚染)することで、ファウラントセンサ14からの出力値が変化し、これにより、逆浸透膜16への汚れの度合いが予測されるようになっている。
【0015】
なお、制御部50は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、I/F(インターフェイス)等を備えて構成される。そして、制御部50は、ROMに格納されている所定の制御プログラムがCPUによって実行されることにより具現化される。
【0016】
図2は、第一実施形態の海水淡水化システム100(本発明)及び従来の海水淡水化システム(従来)における逆浸透膜についての、(a)連続運転時間に対する圧力損失ΔPの変化、(b)連続運転時間に対するファウラントセンサ14からの出力値の変化を示すグラフである。図2(b)の「従来」で示されるプロットは、もし従来の海水淡水化システムにファウラントセンサを設けていたならば検出されたと考えられる値を示したものである。
【0017】
図2(a)の「本発明」のプロットに示されるように、海水淡水化システム100では、ファウラントセンサ14の出力値に基づいて逆浸透膜16の汚染防止が行われているため、連続運転中、海水淡水化システム100での圧力損失ΔPはほとんど変化しない。一方で、従来の海水淡水化システムでは、図2(a)の「従来」のプロットに示されるように、連続運転時間が長くなると、圧力損失ΔPが急激に大きくなるときがある。そこで、ファウラントセンサ14を用いない従来の海水淡水化システムでは、このような圧力損失ΔPの変化に基づいて、逆浸透膜の汚染防止が行われている。
【0018】
ただし、圧力損失ΔPの変化として検出されない範囲においても逆浸透膜16の汚染は進行していると考えられるため、圧力損失ΔPは感度の良い指標ではない。即ち、ファウラントセンサ14の出力値は徐々に上昇しているにも関わらず(図2(b)の「従来」)、圧力損失ΔPは暫く上昇せず(図2(a)の「従来」)、ある運転時間で急激に増加している。そして、圧力損失ΔPが明確に変化したときには、逆浸透膜には不可逆的な汚れが付着しているため、汚れを十分に除去できない可能性がある。
【0019】
そこで、図2(b)の「本発明」で示されるプロットのように、ファウラントセンサ14からの出力値が所定値を超えたときに、逆浸透膜16の汚染防止が行われている。特に、図2(a)の「本発明」のプロットで示されるように、圧力損失ΔPを指標にすると検知できない程度の汚れが付着した比較的初期の段階で汚染防止が行われることで、逆浸透膜16に回復が困難なほどの汚れが付着することが防止される。これにより、逆浸透膜16が清浄に維持されて、逆浸透膜16の長寿命化を図ることもできる。
【0020】
図3は、第一実施形態の海水淡水化システム100に備えられるファウラントセンサ14の斜視図である。ファウラントセンサ14は、内部に空間(評価流路、図4を参照しながら後記する)が形成されるように、下側部材20と上側部材21とが固定されている。これらは、ボルト穴22に挿入されるボルト33(図4では図示しない)により、固定される。また、ファウラントセンサ14の上面には、下側部材20と上側部材21との間に形成される空間に対して海水が流入する流入口23と、海水が流出する流出口24とが形成されている。また、ファウラントセンサ14の上面には、図3では図示しないLED27の光を検出するための受光素子25が備えられている。
【0021】
図4は、図3のA−A線断面図である。下側部材20と上側部材21との間には、逆浸透膜16(図1参照)を模した、逆浸透膜16と同じ種類の逆浸透膜により構成される評価膜28(評価部材)が配置されている。従って、流入口23から流入した海水は、評価膜28に接触しながら右側方向に進み、流出口24から外部に流出するようになっている。なお、評価膜28は、下側部材20と上側部材21との間に狭持され、Oリング29,30により、外部への海水の露出が防止されている。なお、下側部材20と上側部材21とは、前記のように、ボルト穴22,34及びボルト33によって固定される。
【0022】
評価膜28の下方には、LED27が配置されている。また、下側部材20と上側部材21との間に形成される空間(評価流路)を臨み、かつ、LED27の上方には、LED27からの光を受光する受光素子25が配置されている。受光素子25と当該空間との間には、レンズ26が配置されている。従って、LED27からの光は、評価膜27を透過し、レンズ26によって集光された後、受光素子25に受光されることになる。
【0023】
なお、図示はしないが、受光素子25及びLED27には、制御部50(図1参照)に接続される電気信号線が接続されている。従って、LED27の点灯消灯の制御や、受光素子25において受光された光量の把握等は、制御部50によって行われることになる。
【0024】
前記のように、流入口23から流入した海水は、評価膜28に接触しながら右側方向に進み、流出口24から外部に流出する。そのため、連続運転時間(運転開始又は前回のCIP洗浄のうちの直近の時から経過した時間)が長くなると、評価膜28には、逆浸透膜16と同様に汚れが付着する。そのため、汚れが付着すれば、汚れによってLED27からの光が遮られることになり、これにより、受光素子25によって受光される光量が低下することになる。そこで、この光量の低下量を検出し、逆浸透膜16の汚れの度合いが予測されている。
【0025】
なお、図4では図示しないが、評価膜28の表面を覆うようにスペーサ31が配置されている。スペーサ31については図5を参照しながら後記する。
【0026】
図5は、図3に示すファウラントセンサ14を構成する各部材の斜視図であり、(a)は上側部材21の下方からの斜視図、(b)は下側部材20に評価膜28及びスペーサ31を載置した状態の上方からの斜視図、(c)は下側部材20のみの上方からの斜視図である。図5には、図4では図示しなかったスペーサ31も示されている。図5(a)に示すように、レンズ26を覆うように、網目状のスペーサ31が取り付けられている。また、図5(b)に示すように、この網目状のスペーサ31は評価膜28の表面に載置されている。スペーサ31を配置することにより、評価膜28近傍の環境と、汚れの付着の度合いを予測する逆浸透膜16の膜面上の環境とを似せることができ、逆浸透膜16への汚れの付着の様子が、評価膜28においても良好に再現される。なお、スペーサ31によりレンズ26の一部が覆われることがあるが、前記のように光量の変化量に基づいて汚れの度合いが予測されるため、スペーサ31の位置がずれなければ影響はない。
【0027】
さらに、図5(c)に示すように、評価膜28(図5(b)参照)により覆われるように評価膜28の下方には、複数のLED27が配置されている。このLED27を囲うように、図5では図示しないOリング29,30(図4参照)が配置される溝がレースウェイ状に形成されている。
【0028】
さらに、この評価膜28の大きさは、逆浸透膜16が海水を透過するときの流路幅と同じ流路幅になるような大きさになっている。従って、ファウラントセンサ14に備えられる評価膜28は、逆浸透膜16と同じ材質でかつ同じ流路幅になっており、これにより、逆浸透膜16の汚れの付着の様子が精度よく予測可能となる。
【0029】
図6は、第一実施形態の海水淡水化システム100に備えられるファウラントセンサ14の別の形態についての斜視図である。図6に示す形態に係るファウラントセンサ60の上面には、受光素子等は備えられておらず、内部の空間(評価流路)に海水を流入させるための流入口23と、内部の海水が排出されるための流出口24と、のみが形成されている。
【0030】
図7は、図6のB−B線断面図である。ファウラントセンサ60には、評価膜28(評価部材)を挟むようにして、一組の電極61,62が備えられている。そして、詳細は図8を参照しながら後記するが、ファウラントセンサ60は、この一組の電極61,62を備えるコンデンサのような作用を生じさせることで、評価膜28に付着した汚れの程度を判断している。なお、図示はしないが、電極61,62には、制御部50(図1参照)に接続される電気信号線が接続されている。また、図4と同様に図7でも図示していないが、評価膜28の表面にはスペーサ32が配置されている。
【0031】
また、評価膜28の上側には、実線矢印で示す方向に海水が通流している。さらに、評価膜28の下側には、破線矢印で示す方向に、純水又は塩水が通流している。評価膜28の下側に純水又は塩水が通流することで、電極61と電極62との間が純水又は塩水で満たされ、電気的な測定が可能となる。また、場合によっては、海水よりも高浸透圧の塩水を通水することで、評価膜28に対して機械的な圧力をかけることなくろ過フラックスを発生させながら運転を行うことが出来る。即ち、評価膜28の上側と下側との間の水の行き来は評価膜28の上側と下側に通流する液体の浸透圧差によってコントロールすることが可能である。
【0032】
ここで、ファウラントセンサ60による、逆浸透膜16に付着した汚れの予測方法を説明する。
【0033】
図8は、図6に示すファウラントセンサ60の原理を説明する図であり、(a)は図6に示すファウラントセンサ60を利用したインピーダンス測定による汚れの予測方法を説明する回路図、(b)は逆浸透膜16に汚れが付着していないときのファウラントセンサ60の様子、(c)逆浸透膜16に汚れがやや付着したときのファウラントセンサ60の様子、(d)は逆浸透膜16に大きな汚れが付着したときのファウラントセンサ60を示す図である。図8(a)に示すように、ファウラントセンサ60と、交流電源71と、抵抗72と、整流回路73とを備えてインピーダンス測定回路が構成されている。
【0034】
整流回路73は、交流電流を直流電流に変換するものである。交流電源71及び抵抗72はファウラントセンサ60に対して直列に、また、整流回路73はファウラントセンサ60に対して並列に接続されている。そして、図示しない電圧計は、整流回路73の出力端子V1とV2との間の電位差(整流回路73の出力電圧、端子V1とV2との間の端子間電圧)を測定するようになっている。即ち、この実施形態では、ファウラントセンサ60をコンデンサとするCR直列回路に対して、定電流で交流電圧を印加したときの電圧変化からCR直列回路のインピーダンスを測定し、一組の電極61,62間の静電容量が測定されるようになっている。
【0035】
前記のように、ファウラントセンサ60はコンデンサのような作用を示す。即ち、図7に示したように、ファウラントセンサ60においては、評価膜28(図7参照)を挟むようにして一組の電極61,62が配置されている。そのため、電極61と電極62との間に存在する海水や評価膜28、汚れが付着したときにはファウラント等の全てを「一つの誘電体」と考え、誘電率の変化を測定することで、評価膜28に付着した汚れを評価することができる。そして、誘電率の変化は、図8(a)に示した回路の端子V1とV2との電位差を測定することで、評価することができる。
【0036】
例えば、図8(b)に示すように、評価膜28に汚れが付着していない状態は、電極61と電極62との間は一定の状態と考えることでき、V1とV2との電位差も一定となる。しかし、連続運転時間が長くなり、図8(c)に示すように評価膜28に汚れが付着し始めると、V1とV2との電位差に変化が生じ始める。そして、図8(d)に示すように評価膜28にさらなる汚れが付着すると、V1とV2との電位差は、汚れが付着していなかった図8(b)に示すときの電位差から大きく変化する。これらのように、評価膜28への汚れの付着の度合いにより電位差が変化するため、この変化に基づいて、逆浸透膜16の汚れの度合いが予測される。
【0037】
図9は、図6に示すファウラントセンサ60を構成する各部材の斜視図であり、(a)は上側部材21の下方からの斜視図、(b)は下側部材20に評価膜28及びスペーサ31を載置した状態の上方からの斜視図、(c)は下側部材20のみの上方からの斜視図である。図9(a)に示すように、電極61は、流入口23と流出口24との間に、上側部材の下表面に固定されている。また、図9(b)に示すように、前記のファウラントセンサ14と同様に、評価膜28の表面にはスペーサ31が載置されている。さらに、図9(c)に示すように、純水の流入口63と流出口64との間の下側部材20の上表面には、電極62が固定されている。
【0038】
図10は、第一実施形態の海水淡水化システム100において行われる制御を示すフローチャートである。海水淡水化システム100では、連続運転中、ファウラントセンサ14の出力値に基づいて、逆浸透膜16の汚染防止をするための薬液(汚染防止剤)の注入量が制御される。なお、図10に示すフローは、特に断らない限り、図1において示した制御部50によって実行される。
【0039】
連続運転中、制御部50は、ファウラントセンサ14からの出力値を監視している。ここでいう「出力値」とは、受光素子25(図4参照)により測定される光量に基づいて算出される、初期運転時の光量からの差分である。そして、制御部50は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Sが予め決定された薬液注入開始閾値S1を超えたかどうかを判断している(ステップS101)。そして、センサ出力値Sが薬液注入開始閾値S1を超えたと判断した場合(ステップS101のYes方向)、制御部50は、薬液注入ポンプ12を制御して、逆浸透膜16に供する海水への薬液注入を開始する(ステップS102)。このときの注入量は、薬液の海水への注入率(濃度)としてR1になる量である。
【0040】
薬液注入開始後、制御部50は、引き続きファウラントセンサ14からの出力値を監視する。そして、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Sが、予め決定された薬液注入停止閾値S2を超えているかどうかを判断している(ステップS103)。そして、センサ出力値Sが薬液注入停止閾値S2を超えていない場合(センサ出力値Sと薬液注入停止閾値S2とが等しい場合を含む、ステップS103のNo方向)、前記の薬液注入により逆浸透膜16の汚染防止が十分に行われていると判断して、制御部50は薬液注入を停止する(ステップS109)。その後は、前記のステップS101以降のステップが繰り返される。
【0041】
一方で、前記のステップS103において、センサ出力値Sが薬液注入停止閾値S2を超えている場合(ステップS103のYes方向)、制御部50は、センサ出力値Sが薬液注入率増加閾値S3を超えているかどうかを判断する(ステップS104)。判断の結果、センサ出力値Sが薬液注入率増加閾値S3を超えていない場合(センサ出力値Sと薬液注入率増加閾値S3とが等しい場合を含む、ステップS104のNo方向)、逆浸透膜16の汚れはまだ存在するものの、前記の薬液注入率R1の薬液注入により十分な汚染防止が行われていると判断し、再度ステップS103以降のステップが繰り返される。一方で、センサ出力値Sが薬液注入率増加閾値S3を超えている場合(ステップS104のYes方向)、制御部50は、薬液注入率R1の薬液注入では逆浸透膜16の汚れは十分に除去できないと判断する。そこで、制御部50は、薬液注入ポンプ12を制御して、薬液の注入率をR1からR2に上昇させる(ステップS105)。
【0042】
薬液注入率R2での薬液注入開始後も、制御部50は、引き続きファウラントセンサ14からの出力値を監視している。そして、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Sが、前記の薬液注入停止閾値S2を超えているかどうかを判断している(ステップS106)。この判断の結果、センサ出力値Sが薬液注入停止閾値S2を超えていない場合(センサ出力値Sと薬液注入停止閾値S2とが等しい場合を含む、ステップS106のNo方向)、前記のステップS103と同様に、制御部50は薬液注入を停止する(ステップS1110)。その後は、前記のステップS101以降のステップが繰り返される。
【0043】
一方で、前記のステップS106において、センサ出力値Sが薬液注入停止閾値S2を超えている場合(ステップS106のYes方向)、制御部50は、センサ出力値SがCIP洗浄実行閾値S4を超えているかどうかを判断する(ステップS107)。判断の結果、センサ出力値SがCIP洗浄実行閾値S4を超えていない場合(ステップS107のNo方向)、逆浸透膜16の汚れはまだ存在するものの、前記の薬液注入率R2の薬液注入により十分な汚染防止が可能であると判断し、再度ステップS106以降のステップが繰り返される。
【0044】
一方で、センサ出力値SがCIP洗浄実行閾値S4を超えている場合(ステップS107のYes方向)、制御部50は、薬液注入率R2の薬液注入では逆浸透膜16の汚れは十分に除去できないと判断する。即ち、薬液注入だけでは、逆浸透膜16の汚染防止は不十分であると判断する。そこで、制御部50は、供給ポンプ11を停止して海水淡水化運転を停止した後、図示しないCIP洗浄剤タンクに貯留されたCIP洗浄剤を用いて逆浸透膜16のCIP洗浄を行う(ステップS108)。
【0045】
図10に示すフローでは、逆浸透膜16の汚れの度合いを予測しながら、薬液の注入率の変化やCIP洗浄の時期が判断されている。そのため、薬液の注入量や注入時期を最適化しながら連続的に海水淡水化を行うことができ、過剰な薬液の注入を抑制することができる。また、汚れの度合いがさほど大きくない段階から薬液を注入することで、不可逆な汚れの付着が防止され、長寿命化を図ることができる。また、汚れの度合いがさほど大きくないにも関わらずCIP洗浄が行われることを防止でき、CIP洗浄剤の不必要な使用や、CIP洗浄に伴う長時間の運転停止を抑制することができる。
【0046】
図11は、第二実施形態の海水淡水化システム200の系統図である。前記の海水淡水化システム100では、ファウラントセンサ14からの出力値に基づいて、薬液の注入量や注入時期を決定するようにしたが、図11に示す海水淡水化システム200では、当該出力値に基づいて、前処理装置81(特許請求の範囲でいう「前処理装置」に相当)の接続の有無が切り替えられるようになっている。具体的には、制御部50は、ファウラントセンサ14からの出力値に基づいて、三方弁80を切り替える。これにより、前処理装置10から逆浸透膜16に至る処理水流路が分岐して分岐流路が形成され、この分岐流路に海水を通流させることで、前処理装置10により処理された後の海水をさらに前処理装置81に供給するようになっている。
【0047】
海水の取水場所や季節、時間帯等によっては、海水に含まれる異物の大きさが異なり、砂濾過槽等の前処理装置10のみでは十分な異物の除去を行うことができない場合がある。例えば、赤潮が発生した海水の水質は悪いため、通常運転時の前処理装置10のみでは不十分となり、異物が十分に除去できない結果、逆浸透膜16に汚れが付着し易くなる。即ち、逆浸透膜16に汚れが付着する速度が速くなる。そこで、海水淡水化システム200では、ファウラントセンサ14からの出力値に基づいて、砂濾過槽等の前処理装置10に加えて、さらに細かな濾過が可能な例えば限外濾過膜(UF)や精密濾過膜(MF)等の前処理装置81が併用されるようになっている。
【0048】
図12は、第二実施形態の海水淡水化システム200において行われる制御を示すフローチャートである。図12に示すフローも、特に断らない限り、図11において示した制御部50によって実行される。
【0049】
海水淡水化システム200では、連続運転中、前処理装置10によってのみ、逆浸透膜16に供給する海水の前処理が行われている。即ち、前処理装置10からの海水は直接逆浸透膜16に供給されている。さらに、連続運転中、制御部50は、ファウラントセンサ14からの出力値を監視している。また、この出力値は、図示しないHDD等に記録されている。ここでいう「出力値」とは、受光素子25(図4参照)により測定される光量に基づいて算出される、初期運転時の光量からの差分である。
【0050】
そして、制御部50は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Sが予め決定されたCIP洗浄実行閾値S5を超えたかどうかを判断している(ステップS201)。そして、センサ出力値SがCIP洗浄実行閾値S5を超えたと判断した場合(ステップS201のYes方向)、逆浸透膜16に付着した汚れの度合いが大きいと判断し、前記の図10に示したフローと同様にしてCIP洗浄が行われる(ステップS108)。
【0051】
一方で、ステップS201において、センサ出力値SがCIP洗浄実行閾値S5を超えていない判断した場合(センサ出力値SとCIP洗浄実行閾値S5とが等しい場合、ステップS201のNo方向)、制御部50は、センサ出力値Sの変化速度ΔSが前処理装置切り替え閾値ΔS6を超えたかどうかを判断する(変化速度ΔSと前処理装置切り替え閾値ΔS6とが等しい場合を含む、ステップS202)。変化速度ΔSは、HDDに記録された時間ごとのファウラントセンサ14からの出力値を用いて算出される。そして、センサ出力値Sの変化速度ΔSが前処理装置切り替え閾値ΔS6を超えた場合(ステップS202のYes方向)、制御部50は、汚れの付着速度が速すぎると判断し、海水に対してさらなる前処理が必要であると判断する。そこで、制御部50は三方弁80を切り替え(ステップS203)、前処理装置10に加えて前処理装置81による前処理の実行が開始される(ステップS204)。これにより、前処理装置10からの海水は、前処理装置81を経由し、逆浸透膜16に供給されることになる。
【0052】
その後、前処理装置10に加えて前処理装置81による前処理の実行中においても、制御部50は、引き続きファウラントセンサ14からの出力値を監視し、変化速度ΔSを算出している。そして、制御部50は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Sの変化速度ΔSが予め決定された緊急停止閾値ΔS7を超えたかどうかを判断している(ステップS205)。そして、センサ出力値Sの変化速度ΔSが予め決定された緊急停止閾値ΔS7を超えたと判断した場合(ステップS205のYes方向)、制御部50は、前処理装置10,81の双方を用いても汚れの付着速度の抑制を行うことはできないと判断する。そこで、制御部50は、供給ポンプ11を停止させて、前記の図10に示したフローと同様にしてCIP洗浄を行う(ステップS108)。
【0053】
図12に示すフローにより、逆浸透膜16への汚れの付着速度を予測しながら、連続的に海水淡水化を行うことができる。そのため、単一の前処理装置10のみを使用した場合と比較して逆浸透膜16への汚れの付着速度を遅くすることができ、CIP洗浄の頻度を抑制することができる。これにより、CIP洗浄に伴うCIP洗浄剤の使用コストや海水淡水化システム200の停止に伴う淡水調製コストの増大を抑制することができる。
【0054】
また、第二実施形態の海水淡水化システム200では、前記の海水淡水化システム100と同様に、ファウラントセンサ14に対する汚れの付着が促されている。そのため、赤潮等によって海水の水質が急激に悪化した場合でも、ファウラントセンサ14を用いることで、逆浸透膜16での汚れの度合いを速やかに予測することができる。これにより、逆浸透膜16に対して不可逆的な汚れが付着することが防止され、逆浸透膜16の急閉塞を防止することができる。
【0055】
以上、図面を適宜参照しながら本実施形態を説明したが、本実施形態は前記の内容になんら制限されるものではない。
【0056】
例えば、図1に示す形態では、ファウラントセンサ14を構成する評価膜28への汚れの付着を促すため、ポンプ17を備えたが、ポンプ17に代えて、又はポンプ17とともに、高温(例えば37℃程度)の海水を評価膜28に供給するための加温装置を備えてもよい。バイオファウリングの原因となる微生物が繁殖し易い温度の海水を通流させることで、評価膜28への微生物の繁殖をより促すことができる。
【0057】
さらに、前記の実施形態では、ファウラントセンサ14に供給される海水の膜面流速と、逆浸透膜16に供給される海水の膜面流速とを比較した際に、ファウラントセンサ14に供給される海水の膜面流速の方が早くなるようにポンプ17を制御したが、ファウラントセンサ14を構成する評価膜28への汚れの付着を促すことができれば、膜面に対する流速でなくても、単なる流速を指標にポンプ17を制御してもよい。具体的には例えば、ファウラントセンサ14の直前に設けられたポンプ17を駆動させて流速を加速させることでも、評価膜28への汚れの付着を促すことができる。
【0058】
また、評価膜28への汚れをよりいっそう促す観点から、評価膜28の表面電荷を変化させて、微生物の繁殖が行われ易い環境にしてもよい。表面電荷を変化させる方法としては、例えば、評価膜28の表面に多糖類等を塗布する方法がある。
【0059】
さらに、図11に示す形態では、前処理装置81は、前処理装置10とともに設置されているが、この前処理装置10は使用されなくてもよい。即ち、通常運転時には前処理装置を経ずに逆浸透膜16に直接供給されているが、三方弁80が切り替えられることで、前処理装置81が接続されるようにしてもよい。
【0060】
また、前記の実施形態では処理水として海水を用いたが、処理水は海水に限られず、どのようなものであってもよい。
【符号の説明】
【0061】
10,81 前処理装置
12 薬液注入ポンプ(汚染防止剤注入ポンプ)
13 薬液タンク(汚染防止剤タンク)
14,60 ファウラントセンサ(汚れ予測装置)
16 逆浸透膜
28 評価膜(評価部材)
61,62 一組の電極
50 制御部
71 交流電源
73 整流装置
100,200 海水淡水化システム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12