特許 7181809 膜ろ過装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-22

(45)【発行日】2022-12-01

(54)【発明の名称】膜ろ過装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20221124BHJP

   B01D 65/08 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 C

B01D65/08 ZAB

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019031568

(22)【出願日】2019-02-25

(65)【公開番号】P2020131161

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-10-18

(73)【特許権者】

【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】佐藤 圭悟

(72)【発明者】

【氏名】田島 直幸

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３０５４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０６８８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１１３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１２６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５６１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７３１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０２３６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有するろ過手段と、前記ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、前記ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、前記ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、を有する膜ろ過装置であって、
前記ろ過手段に供給される被処理水と前記ろ過手段からの透過水と前記ろ過手段からの濃縮水とのいずれかの水温を検出する水温検出手段と、
前記透過水ラインを流れる透過水の流量を検出する第１の流量検出手段と、
前記供給ラインを流れる被処理水の導電率を検出する第１の導電率検出手段と、
前記透過水ラインを流れる透過水の導電率を検出する第２の導電率検出手段と、
前記供給ラインを流れる被処理水の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記透過水ラインを流れる透過水の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の圧力を検出する第３の圧力検出手段と、
前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記判定手段は、前記水温検出手段による検出値と、前記第１の流量検出手段による検出値とに基づいて、前記第１の圧力検出手段による検出値を補正することで、前記水温の変動による影響を排除した圧力補正値を算出するとともに、前記水温検出手段による検出値と、前記第１の導電率検出手段による検出値と、前記第１から第３の圧力検出手段による検出値とに基づいて、前記第２の導電率検出手段による検出値を補正することで、前記水温の変動、前記供給ラインを流れる被処理水の導電率の変動、および、前記透過水ラインを流れる透過水の流量と前記排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する前記透過水ラインを流れる透過水の流量の割合である回収率の変動による影響を排除した導電率補正値を算出し、前記圧力補正値の経時変化から得られる第１の回帰直線の傾きと、前記導電率補正値の経時変化から得られる第２の回帰直線の傾きとに基づいて、前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する、膜ろ過装置。

【請求項2】

前記判定手段は、前記第１の回帰直線の傾きがゼロを含む所定範囲内にあるか否か、および前記第２の回帰直線の傾きがゼロを含む所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する、請求項１に記載の膜ろ過装置。

【請求項3】

前記判定手段は、前記第１の回帰直線の傾きがゼロを含む所定範囲から外れた場合に、前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があると判定する、請求項２に記載の膜ろ過装置。

【請求項4】

前記判定手段は、第１の期間および該第１の期間よりも長い第２の期間における前記第１の回帰直線の傾きを算出し、前記第１の期間における前記傾きと前記第２の期間における前記傾きの一方がゼロを含む所定範囲から外れた場合に、前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があると判定する、請求項３に記載の膜ろ過装置。

【請求項5】

前記判定手段は、前記第２の回帰直線の傾きが所定値以上になった場合に、前記ろ過手段に劣化の予兆があると判定する、請求項２に記載の膜ろ過装置。

【請求項6】

前記判定手段は、第１の期間および該第１の期間よりも長い第２の期間における前記第２の回帰直線の傾きを算出し、前記第１の期間における前記傾きと前記第２の期間における前記傾きの一方が所定値以上になった場合に、前記ろ過手段に劣化の予兆があると判定する、請求項５に記載の膜ろ過装置。

【請求項7】

前記判定手段が、前記ろ過手段の使用開始直後、または、使用開始直後から一定時間経過した後の、前記水温検出手段による検出値と、前記第１の流量検出手段による検出値と、前記第１の導電率検出手段による検出値と、前記第１から第３の圧力検出手段による検出値とを、それぞれの参照値として記憶する手段を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。

【請求項8】

前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する第２の流量検出手段と、
前記透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第１の流量制御手段であって、前記供給ラインに設けられ、該供給ラインを流れる被処理水の圧力を調整する圧力調整手段と、前記第１の流量検出手段による検出値に基づいて、前記圧力調整手段を制御する制御部と、を有する第１の流量制御手段と、
前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第２の流量制御手段であって、前記排水ラインに設けられた流量調整弁と、前記第２の流量検出手段による検出値に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第２の流量制御手段と、を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。

【請求項9】

前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記判定手段が前記ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があると判定した場合に、前記回収率の目標値を変更し、該変更した目標値と、前記第１の流量検出手段による検出値とに基づいて、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量を決定する、請求項８に記載の膜ろ過装置。

【請求項10】

前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記判定手段が前記ろ過手段に劣化の予兆があると判定した場合に、前記回収率の目標値をより高い値に変更し、前記判定手段が前記ろ過手段に詰まりの予兆があると判定した場合に、前記回収率の目標値をより低い値に変更して、前記透過水ラインを流れる透過水の流量と前記排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量の割合である許容濃縮倍率を低下させる、請求項９に記載の膜ろ過装置。

【請求項11】

前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記第１の流量検出手段による検出値を前記回収率の目標値で除した値から、前記第１の流量検出手段による検出値を減じた値を、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量として決定する、請求項９または１０に記載の膜ろ過装置。

【請求項12】

前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記水温検出手段による検出値と予め測定された被処理水の不純物濃度とに基づいて、前記ろ過手段の前記逆浸透膜またはナノろ過膜の膜面にシリカまたはカルシウムが析出しない最大のシリカ濃度またはカルシウム濃度となる回収率を算出し、該算出した値に安全率を加味した値を前記回収率の初期目標値として設定する、請求項９から１１のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。

【請求項13】

前記第１の流量制御手段の前記制御部は、前記判定手段が前記ろ過手段に劣化の予兆があると判定した場合に、前記透過水ラインを流れる透過水の前記設定流量をより低い値に変更する、請求項８に記載の膜ろ過装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、逆浸透膜またはナノろ過膜を有する膜ろ過装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被処理水に含まれる不純物を除去する水処理装置として、逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を有する膜ろ過装置が知られている。この装置では、所定の供給圧力でＲＯ膜またはＮＦ膜に供給された被処理水（原水）が、ＲＯ膜またはＮＦ膜により、透過水と濃縮水とに分離される。これにより、不純物が除去された処理水（透過水）が得られている。

【0003】

ＲＯ膜またはＮＦ膜を有する膜ろ過装置では、多くの場合、水の有効利用（節水）の観点から、不純物を含む濃縮水の一部を濃縮排水として外部に排出し、残りを濃縮還流水としてＲＯ膜またはＮＦ膜の上流側に還流させる構成が採用されている。これにより、すべての濃縮水を濃縮排水として排出する場合に比べて、回収率（透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合）を向上させることができ、節水を実現することができる。これと同時に、膜ろ過装置では、水温の変化（すなわち、水の粘性の変化）による透過水の流量変化に対応するために、加圧ポンプの回転数を制御することでＲＯ膜またはＮＦ膜への原水の供給圧力を調整して、透過水の流量を一定に維持する流量制御が行われている。

【0004】

ところで、透過水の流量変化は、ＲＯ膜またはＮＦ膜の性能低下によっても発生する。例えば、残留遊離塩素を含む原水がＲＯ膜またはＮＦ膜に供給されると、膜は酸化して劣化することがあるが、その場合、膜厚が薄くなり膜の透過孔が大きくなることで、透過水の流量は増加する。また、水の有効利用（節水）の観点から回収率を高くすると、膜面に不純物（特に、シリカまたはカルシウム）が析出するスケーリングが発生しやすくなり、それにより、ＲＯ膜またはＮＦ膜の詰まりが発生することがある。この場合、膜の透過孔が閉塞されることで、透過水の流量は減少する。このような透過水の流量変化は、上述した透過水の流量制御によって相殺されるが、その一方で、膜の劣化や詰まりは、膜の塩除去性能を低下させ、透過水の水質低下を引き起こしてしまう。また、膜の詰まりが進行すると、必要な原水の供給圧力が上昇して膜ろ過装置の運転ができなくなってしまう。そのため、ＲＯ膜またはＮＦ膜を有する膜ろ過装置では、膜に劣化や詰まりが発生しているか否かを正確に判定し、迅速な対応を行うことが求められている。

【0005】

特許文献１には、ＲＯ膜の一次側および二次側に接続された、流量センサ、温度センサ、および圧力センサの検出結果に基づいて、ＲＯ膜の透過流束を算出し、算出した透過流束と初期透過流束を比較することで、ＲＯ膜に劣化または詰まりが発生しているか否かを判定する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００５－２８８２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の判定方法では、膜の劣化または詰まりが発生しても、それがある程度進行した時点でしか判定することができない。そのため、膜ろ過装置が運転不能に陥るなどの重大な問題が発生する前に何らかの対策を講じることが困難な場合がある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、ろ過手段における劣化または詰まりの予兆を判定することができる膜ろ過装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した目的を達成するために、本発明の膜ろ過装置は、被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有するろ過手段と、前記ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、前記ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、前記ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、を有し、さらに、ろ過手段に供給される被処理水とろ過手段からの透過水とろ過手段からの濃縮水とのいずれかの水温を検出する水温検出手段と、透過水ラインを流れる透過水の流量を検出する第１の流量検出手段と、供給ラインを流れる被処理水の導電率を検出する第１の導電率検出手段と、透過水ラインを流れる透過水の導電率を検出する第２の導電率検出手段と、供給ラインを流れる被処理水の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、透過水ラインを流れる透過水の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、濃縮水ラインを流れる濃縮水の圧力を検出する第３の圧力検出手段と、ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する判定手段と、を有している。判定手段は、水温検出手段による検出値と、第１の流量検出手段による検出値とに基づいて、第１の圧力検出手段による検出値を補正することで、水温の変動による影響を排除した圧力補正値を算出するとともに、水温検出手段による検出値と、第１の導電率検出手段による検出値と、第１から第３の圧力検出手段による検出値とに基づいて、第２の導電率検出手段による検出値を補正することで、水温の変動、供給ラインを流れる被処理水の導電率の変動、および、透過水ラインを流れる透過水の流量と排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する透過水ラインを流れる透過水の流量の割合である回収率の変動による影響を排除した導電率補正値を算出し、圧力補正値の経時変化から得られる第１の回帰直線の傾きと、導電率補正値の経時変化から得られる第２の回帰直線の傾きとに基づいて、ろ過手段に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する。

【0010】

このような膜ろ過装置によれば、ろ過手段の劣化または詰まりを反映した算出結果の経時変化から得られる回帰直線の傾きを監視することで、可能な限り初期の段階でろ過手段における劣化または詰まりを検知することができる。その結果、膜ろ過装置が運転不能に陥るなどの重大な問題が発生する前に、例えば、ろ過手段の劣化または詰まりの進行を遅らせる延命運転に自動で移行することも可能になる。

【発明の効果】

【0011】

以上、本発明によれば、ろ過手段における劣化または詰まりの予兆を判定することができる膜ろ過装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。

【図2】ろ過手段に詰まりが発生する条件下での圧力補正値の経時変化を示すグラフである。

【図3】第１の期間における圧力回帰直線の傾きの経時変化を示すグラフである。

【図4】第２の期間における圧力回帰直線の傾きの経時変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。

【0015】

本実施形態の膜ろ過装置１０は、原水（被処理水）に含まれる不純物を除去して処理水を生成する装置であって、原水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離するろ過手段１１を有している。ろ過手段１１は、逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を有している。

【0016】

また、膜ろ過装置１０は、ろ過手段１１にそれぞれ接続された複数のライン、すなわち、ろ過手段１１に原水を供給する供給ライン１と、ろ過手段１１からの透過水を流通させる透過水ライン２と、ろ過手段１１からの濃縮水を流通させる濃縮水ライン３とを有している。加えて、膜ろ過装置１０は、濃縮水ライン３から分岐した２つのライン、すなわち、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ライン４と、濃縮水の残りを供給ライン１に還流させる還流水ライン５とを有している。還流水ライン５は、濃縮水ライン３から分岐した後、後述する加圧ポンプ２１の上流側で供給ライン１に接続されている。なお、還流水ライン５は、供給ライン１に直接接続される代わりに、供給ライン１に設けられた原水タンク（図示せず）に接続されていてもよい。

【0017】

さらに、膜ろ過装置１０は、透過水ライン２を流れる透過水の流量を検出する透過水流量計（第１の流量検出手段）１２と、その流量を設定流量に調整する透過水流量制御機構（第１の流量制御手段）２０を有している。

【0018】

透過水流量制御機構２０は、供給ライン１に設けられ、供給ライン１を流れる原水の圧力（ろ過手段１１への原水の供給圧力）を調整する加圧ポンプ（圧力調整手段）２１と、透過水流量計１２による透過水の検出流量（検出値）に基づいて、加圧ポンプ２１を制御する透過水流量制御部２２とを有している。

【0019】

透過水流量制御部２２は、加圧ポンプ２１の回転数を制御するインバータ（図示せず）を含み、透過水流量計１２による透過水の検出流量が一定になるように、加圧ポンプ２１の回転数を制御するものである。例えば、水温が変化すると、水の粘性が変化することで、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量も変化する。この変化に応じて、透過水流量制御部２２は、加圧ポンプ２１の回転数を制御するようになっている。すなわち、水温が低くなると、水の粘性は高くなり、その結果、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は減少する。そのため、透過水流量制御部２２は、この減少分を補うように、加圧ポンプ２１の回転数を上げることで、原水の供給圧力を増加させる。また、水温が高くなると、水の粘性は低くなり、その結果、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は増加する。そのため、透過水流量制御部２２は、この増加分を打ち消すように、加圧ポンプ２１の回転数を下げることで、原水の供給圧力を低下させる。なお、加圧ポンプ２１の回転数は、予め設定された上限値を上回ったり、同じく予め設定された下限値を下回ったりしないように、透過水流量制御部２２により制御される。そのため、加圧ポンプ２１の回転数が下限値になるように制御された場合でも、透過水の流量が設定流量を上回ってしまう可能性があるが、このような場合を考慮して、加圧ポンプ２１とろ過手段１１との間に、原水の供給圧力を調整するための手動弁や比例制御弁が設けられていてもよい。

【0020】

このように、本実施形態では、加圧ポンプ２１の回転数、すなわち原水の供給圧力を調整することで、透過水の流量は一定（予め設定された目標流量）に維持されるが、その原水の供給圧力の変化に応じて、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される濃縮水の流量も変化することになる。このような濃縮水の流量変化そのものを抑制するために、濃縮水ライン３には、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁１３が設けられている。これにより、透過水流量制御部２２により加圧ポンプ２１の回転数が変化して、ろ過手段１１への原水の供給圧力が変化した場合にも、濃縮水の流量を一定に保持することができる。

【0021】

ここで、定流量弁１３の規定流量は、一方では、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりが発生しない程度であればよく、他方では、圧力損失の増大によって膜を破損させない程度であればよい。ただし、定流量弁１３の規定流量を必要以上に大きくすることは、加圧ポンプ２１に要求される流量が必要以上に大きくなり、結果的に加圧ポンプ２１のサイズが大きくなるため、エネルギー消費の点で好ましくない。そのため、定流量弁１３の規定流量は、ろ過手段１１の透過流束とろ過手段１１に要求される濃縮水の最低流量も考慮して設定され、例えば、ろ過手段１１として直径が約２０．３２ｃｍ（８インチ）のＲＯ膜を用いる場合、１～１５ｍ^３／ｈの範囲である。なお、ろ過手段１１に要求される濃縮水の最低流量とは、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりが発生しないための濃縮水ライン３に流すべき濃縮水の最低流量を意味する。

【0022】

ところで、定流量弁１３には、定流量弁１３を正常に作動させるための作動差圧範囲（定流量弁の一次側と二次側の圧力差の許容範囲）が規定されている。そのため、例えば、ろ過手段１１として中高圧用のＲＯ膜を使用する場合や、水温が極端に低下した場合など、条件によっては、原水の供給圧力が著しく上昇して濃縮水の圧力が上昇し、定流量弁１３の一次側と二次側の圧力差が作動差圧範囲を超えてしまうことがある。その場合、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の流量が一定に保持されないおそれがある。

【0023】

そこで、定流量弁１３の上流側の濃縮水ライン３に、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の圧力を減圧する（すなわち、二次側の圧力を一次側の圧力よりも低くすることができる）減圧弁が設けられていてもよい。これにより、ろ過手段１１への原水の供給圧力が著しく上昇する場合であっても、定流量弁１３の一次側と二次側の圧力差を作動差圧範囲内に収めて定流量弁１３を正常に作動させることができ、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の流量を一定に保持することができる。また、減圧弁を設けることで、それよりも下流側の周辺部材（配管など）にそれほどの耐圧性能が要求されなくなる。そのため、減圧弁の設置は、安全面で有利であるだけでなく、耐圧性能がそれほど高くない安価な汎用品が利用可能になることで、コスト面でも有利である。なお、減圧弁の種類は、濃縮水の圧力を定流量弁１３の作動差圧範囲内に減圧することができるものであれば特に限定されるものではないが、定流量弁１３の規定流量以上の流量が流れるものや、二次側の圧力が排水ライン４や還流水ライン５の通水差圧よりも大きくなるものを選定する必要がある。

【0024】

上述したように、定流量弁１３の設置により、透過水の流量制御が濃縮水の流量に影響を及ぼすことがなくなり、その結果、排水ライン４または還流水ライン５を流れる濃縮水の流量制御が容易に実行可能になる。そこで、本実施形態の膜ろ過装置１０は、排水ライン４を流れる濃縮水（以下、「濃縮排水」という）の流量を検出する排水流量計（第２の流量検出手段）１４と、その流量を設定流量に調整する排水流量制御機構（第２の流量制御手段）３０とを有している。この排水流量制御機構３０による濃縮排水の流量制御は、透過水流量制御機構２０による透過水の流量制御とは独立して行われる。

【0025】

排水流量制御機構３０は、排水ライン４に設けられた流量調整弁３１と、排水流量計１４による濃縮排水の検出流量（検出値）に基づいて、流量調整弁３１の開度を調整する排水流量制御部３２とを有している。

【0026】

排水流量制御部３２は、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合である回収率を考慮して濃縮排水の設定流量を決定し、排水流量計１４による検出値がその設定流量となるように、流量調整弁３１の開度を調整するようになっている。このときの回収率は、水の有効利用（節水）の観点から、できるだけ高いことが好ましい。すなわち、濃縮排水の流量はできるだけ少ないことが好ましい。しかしながら、定流量弁１３により濃縮水の流量が一定に保持されているため、濃縮排水の流量が少なくなると、当然のことながら、還流水ライン５から供給ライン１に還流する濃縮水の流量が増加する。それにより、原水の不純物濃度が高まると、ろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜の膜面に不純物（特に、シリカまたはカルシウム）が析出するスケーリングが起こりやすくなってしまう。したがって、濃縮排水の流量は、濃縮水の不純物濃度が溶解度以上の濃度にならない範囲で回収率が最大になるように、すなわち、不純物であるシリカまたはカルシウムが析出しない範囲で回収率が最大になるように設定される。

【0027】

ただし、不純物の溶解度は、水温に応じて変化する。例えば、シリカの場合、その溶解度は温度に比例して増加し、カルシウム（炭酸カルシウム）の場合、温度が上昇するにつれてその溶解度は減少する。そのため、水温が低い場合には、シリカの溶解度が相対的に低く、シリカが析出しやすい（シリカスケールが発生しやすい）が、水温が高くなると、カルシウムの溶解度が相対的に低くなるため、カルシウムが析出しやすく（カルシウムスケールが発生しやすく）なる。そこで、本実施形態では、ろ過手段１１に供給される原水の水温を検出する温度センサ（水温検出手段）１６が供給ライン１に設けられており、この温度センサ１６で検出された水温に基づいて、濃縮排水の最適な設定流量が算出される。なお、温度センサ１６は、ろ過手段１１からの透過水と濃縮水のいずれかの水温を検出するようになっていてもよく、すなわち、透過水ライン２または濃縮水ライン３に設けられていてもよい。

【0028】

具体的には、まず、検出された水温でシリカが析出する理論上の回収率（以下、「シリカの析出回収率」という）と、検出された水温でカルシウム（炭酸カルシウム）が析出する理論上の回収率（以下「カルシウムの析出回収率」という）が算出される。なお、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率のそれぞれの算出方法については後述する。次に、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率とが比較され、目標回収率として、より小さい方の析出回収率が設定される。そして、この目標回収率と、透過水流量計１２による透過水の検出流量とに基づいて、以下の式（１）により、濃縮排水の目標流量が算出されて設定される。
（濃縮排水の目標流量）＝
（透過水の検出流量／目標回収率）－（透過水の検出流量） （１）

【0029】

スケーリングの発生を確実に抑制するという観点からは、安全率を加味し、上記式（１）で算出された目標流量を上回る流量を濃縮排水の設定流量として設定することもできるが、節水の観点からは、算出された目標流量を濃縮排水の設定流量として設定することが好ましい。なお、回収率（目標回収率）として、通常は、パーセントで表した値が用いられるが、上記式（１）では、小数で表した値が用いられることは言うまでもない。

【0030】

ここで、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率の算出方法についてそれぞれ説明する。

【0031】

（シリカの析出回収率の算出方法）
シリカの析出回収率Ｙ_Ｓは、検出された水温でのシリカの溶解度（ｍｇ／Ｌ）をＣ_Ｓとし、予め測定された原水のシリカ濃度（ｍｇ／Ｌ）をＦ_Ｓとしたとき、以下の式（２）から算出される。
Ｙ_Ｓ＝（Ｃ_Ｓ－Ｆ_Ｓ）／Ｃ_Ｓ （２）

【0032】

なお、シリカの溶解度の算出方法としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）Ｄ４９９３－８９などに規定された方法を用いることができる。

【0033】

（カルシウムの析出回収率の算出方法）
カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数を算出する方法を利用して算出される。ここで、ランゲリア指数（飽和指数）とは、カルシウム（炭酸カルシウム）の析出の可能性を示す指標であり、水の実際のｐＨと、理論ｐＨ（ｐＨｓ：水中の炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときのｐＨ）との差（ｐＨ－ｐＨｓ）を意味する。すなわち、ランゲリア指数が正の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しやすくなり、負の値では炭酸カルシウムは析出されない。そのため、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの回収率として算出される。なお、より安全側の値として設定するために、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数が負の値になるときの回収率であってもよい。

【0034】

濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨと、濃縮水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）と、検出された水温とから算出される。ランゲリア指数の算出方法としては、例えば、特開平１１－２６７６８７号公報（段落［００２５］～［００２７］）などに記載された方法を用いることができる。また、濃縮水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）は、予め測定された原水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）と、回収率とから算出される。したがって、カルシウムの析出回収率Ｙ_Ｃは、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの濃縮水の不純物濃度（ｍｇ／Ｌ）をＣ_Ｃとし、予め測定された原水の不純物濃度（ｍｇ／Ｌ）をＦ_Ｃとしたとき、以下の式（３）の関係で表されることになる。
Ｙ_Ｃ＝（Ｃ_Ｃ－Ｆ_Ｃ）／Ｃ_Ｃ （３）

【0035】

なお、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合である回収率は、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する濃縮水の流量の割合である許容濃縮倍率で表すことができる。すなわち、回収率Ｙは、許容濃縮倍率をＮとしたとき、以下の式（４）で表すことができる。
Ｙ＝（Ｎ－１）／Ｎ （４）

【0036】

したがって、上記式（１）～（３）は、上記式（４）を用いて、それぞれ以下のように表すことができる。
（濃縮排水の目標流量）＝（透過水の検出流量）／（許容濃縮倍率－１） （１’）
Ｎ_Ｓ＝Ｃ_Ｓ／Ｆ_Ｓ （２’）
Ｎ_Ｃ＝Ｃ_Ｃ／Ｆ_Ｃ （３’）
ここで、Ｎ_Ｓは、カルシウムの析出回収率に対応する許容濃縮倍率であり、Ｎ_Ｃは、シリカの析出回収率に対応する許容濃縮倍率である。

【0037】

シリカおよびカルシウムの析出回収率の算出方法や濃縮排水の設定流量の算出方法は、例えば加圧ポンプの容量や原水の流量などの装置設計上の制約によって、予め回収率や流量に制約がある場合には、上述した限りではない。また、濃縮排水の設定流量の算出には、予め設定された透過水の目標流量を用いることもできるが、この方法は、透過水の目標流量と実際の流量が一致していない場合に、実際の回収率が目標回収率からずれる可能性があるため好ましくない。すなわち、透過水の実際の流量が目標流量よりも大きい場合には、実際の回収率が目標回収率を上回ることでスケーリングが発生したり、透過水の実際の流量が目標流量よりも小さい場合には、実際の回収率が目標回収率を下回ることで節水を図ることができなくなったりする。

【0038】

したがって、濃縮排水の設定流量の算出には、上述したように、透過水流量計１２による透過水の検出流量を用いることが好ましい。これにより、透過水の流量制御が適切に実施されない事態が発生しても、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。なお、実際の算出には、透過水の検出流量のばらつきなどによる影響を最小限に抑えるために、所定検出時間や所定検出回数における平均流量を用いることが好ましい。

【0039】

ただし、装置起動時や運転再開時など、透過水の流量が安定せず、検出流量のばらつきが非常に大きい場合には、透過水の流量が安定するまでの一定期間、予め設定された透過水の目標流量を用いて、濃縮排水の設定流量を算出するようになっていてもよい。また、透過水の目標流量と実際の流量との差に応じて、濃縮排水の設定流量の算出に用いる透過水の流量を切り替えるようになっていてもよい。すなわち、その差が所定範囲内にある場合には、目標流量を用いて算出し、その差が所定範囲を外れた場合には、実際の流量を用いて算出するようになっていてもよい。

【0040】

上述のように回収率制御を行う場合、流量調整弁３１としては、電動比例制御弁を用いることが好ましい。これにより、電動比例制御弁の分解能に応じて開度調整を細かく行うことができ、電磁弁の組み合わせなどによる段階式での開度調整に比べて、回収率を滑らかに調整することができる。例えば、５０～７０％の範囲の回収率を５段階（５０％、５５％、６０％、６５％、７０％）にしか制御できない段階式では、目標回収率が６４％に設定された場合、回収率を６０％にしか調整することができず、無駄な濃縮排水が発生してしまう。したがって、流量調整弁３１として電動比例制御弁を用いることは、このような濃縮排水の無駄も削減することができるため、節水の観点からも有利である。

【0041】

ただし、流量調整弁３１として電動比例制御弁を用いる場合には、その開閉速度と、排水流量制御部３２による濃縮排水の設定流量の算出速度（演算速度）との関係に注意が必要である。例えば、２つの速度が大きく異なっている場合、電動比例制御弁の開閉が完了して濃縮排水の流量が安定する前に濃縮排水の設定流量が変更されると、ハンチングが発生する可能性がある。また、透過水流量計１２による透過水の検出流量に基づいて濃縮排水の設定流量が決定されるため、濃縮排水の流量制御は、加圧ポンプ２１の回転数を制御するインバータの応答速度にも影響を受ける可能性がある。したがって、排水流量制御部３２による濃縮排水の設定流量の演算速度を決定する際には、電動比例制御弁の開閉速度とインバータの応答速度とを考慮することが好ましい。すなわち、電動比例制御弁の開閉速度が遅い場合は、インバータの応答速度を遅くし、電動比例制御弁の開閉速度が速い場合は、インバータの応答速度を速くすることが好ましい。なお、本実施形態では、上述したように、定流量弁１３の設置により透過水の流量制御と濃縮水の流量制御とが独立して行われるため、互いの流量制御が干渉することを抑制することができる。その結果、上述のようなハンチングの発生を極力抑制することができ、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。この点からも、濃縮水ライン３に定流量弁１３が設けられていることが好ましい。

【0042】

なお、本実施形態では、回収率の目標値をより高く設定して、さらなる節水を実現するために、上述の析出回収率をより高くすることを目的として、スケール防止剤を原水に添加するようになっていてもよい。この場合、定流量弁１３の規定流量を小さくすることができ、結果として、より小さい容量の加圧ポンプ２１を用いることで省エネルギー化を実現することもできる。スケール防止剤の添加は、薬注ポンプによって行うことができる。

【0043】

スケール防止剤は、シリカやカルシウムなどのスケール成分の析出を抑制可能な物質であれば、特定のものに限定されるものではない。その種類としては、例えば、１－ヒドロキシエチリデン－１，１－ジホスホン酸、２－ホスホノブタン－１，２，４－トリカルボン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ニトリロトリメチルホスホン酸などのホスホン酸とその塩類などのホスホン酸系化合物；正リン酸塩、重合リン酸塩などのリン酸系化合物；ポリマレイン酸、マレイン酸共重合物などのマレイン酸系化合物；アクリル酸系ポリマーなどが挙げられ、アクリル酸系ポリマーとしては、ポリ（メタ）アクリル酸、マレイン酸／（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸／スルホン酸、（メタ）アクリル酸／ノニオン基含有モノマーなどのコポリマーや、（メタ）アクリル酸／スルホン酸／ノニオン基含有モノマー、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド－アルキルスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド－アリールスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーなどが挙げられる。ターポリマーを構成する（メタ）アクリル酸としては、例えば、メタアクリル酸およびアクリル酸と、それらのナトリウム塩などの（メタ）アクリル酸塩などが挙げられる。ターポリマーを構成するアクリルアミド－アルキルスルホン酸としては、例えば、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸とその塩などが挙げられる。また、ターポリマーを構成する置換（メタ）アクリルアミドとしては、例えば、ｔ－ブチルアクリルアミド、ｔ－オクチルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミドなどが挙げられる。

【0044】

これらの中でも、ホスホン酸系化合物とアクリル酸系ポリマーのうち少なくとも１種類を含むものを用いることが好ましい。また、カルシウムとシリカに由来するスケールを同時に抑制するためには、２－ホスホノブタン－１，２，４－トリカルボン酸と、アクリル酸と（メタ）アクリル酸／２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーとの混合物とからなるスケール防止剤を用いることが特に好ましい。

【0045】

なお、ＲＯ膜用の市販のスケール防止剤としては、オルガノ株式会社製の「オルパージョン」シリーズ、ＢＷＡ Ｗａｔｅｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ社製の「Ｆｌｏｃｏｎ（登録商標）」シリーズ、Ｎａｌｃｏ社製の「ＰｅｒｍａＴｒｅａｔ（登録商標）」シリーズ、ゼネラル・エレクトリック社製の「Ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ（登録商標）」シリーズ、栗田工業株式会社製の「クリバーター（登録商標）」シリーズなどが挙げられる。

【0046】

ところで、還流水ライン５との合流部よりも上流側の供給ライン１には、多くの場合、原水に含まれる残留遊離塩素を除去するために活性炭ろ過器が設けられている。しかしながら、活性炭ろ過器の塩素除去能力は、原水の水温や流量、残留遊離塩素の濃度に依存するため、場合によっては、活性炭ろ過器の下流側に残留遊離塩素が漏れることがあり、そのような残留遊離塩素がろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜を酸化させて劣化させる可能性がある。このような膜の劣化が発生すると、膜厚が薄くなり膜の孔径が大きくなることで、透過水の流量が増加するだけでなく、膜の塩除去性能が低下して透過水の水質低下につながる。

【0047】

一方、水の有効利用（節水）の観点から回収率はできるだけ高いことが好ましいが、このときの目標回収率は、上述したように、温度センサ１６による検出値と予め測定された原水の不純物濃度に基づいて算出される。そのため、原水の不純物濃度が変動して予め測定された設定値を上回ると、目標回収率を達成するように濃縮排水の流量制御が行われていても、スケール発生のリスクが高まり、ろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜に詰まりが発生する可能性がある。このような膜の詰まりが発生すると、膜の透過孔が閉塞されることで、透過水の流量が減少するだけでなく、膜の塩除去性能が低下して透過水の水質低下につながる。

【0048】

このような理由から、ろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜の性能、特に劣化または詰まりの有無を正確に判定し、劣化や詰まりが発生する場合にはそれを可能な限り初期の段階で検知することが望ましい。そこで、本実施形態では、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があるか否かを判定する予兆判定部（判定手段）４０が設けられている。さらに、本実施形態では、予兆判定部４０が予兆判定を行うために用いるデータを取得するために、複数の検出手段が設けられている。すなわち、供給ライン１を流れる原水の導電率を検出する原水導電率計（第１の導電率検出手段）１７ａと、透過水ライン２を流れる透過水の導電率を検出する透過水導電率計（第２の導電率検出手段）１７ｂと、供給ライン１を流れる原水の圧力を検出する原水圧力計（第１の圧力検出手段）１８ａと、透過水ライン２を流れる透過水の圧力を検出する透過水圧力計（第２の圧力検出手段）１８ｂと、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の圧力を検出する濃縮水圧力計（第３の圧力検出手段）１８ｃと、が設けられている。なお、これら検出手段の設置位置は図示した位置に限定されるものではない。

【0049】

以下、予兆判定部４０による、ろ過手段１１の劣化または詰まりの予兆判定方法について説明する。

【0050】

ろ過手段１１の劣化または詰まりは、上述したように、透過水の水質低下（すなわち、透過水の導電率上昇）として現れるとともに、透過水の流量変化として現れる。ただし、透過水流量制御機構２０によって透過水ライン２を流れる透過水の流量が一定に維持されている場合には、透過水の流量変化として現れる代わりに、原水の供給圧力の変化として現れる。したがって、ろ過手段１１の劣化または詰まりは、透過水の導電率の経時変化と原水の供給圧力の経時変化を詳細に解析することで、その有無を判定することが可能になる。しかしながら、透過水の導電率は、ろ過手段１１の劣化または詰まりの有無だけでなく、水温や原水の水質（導電率）によっても変化し、回収率によっても変化する。また、原水の供給圧力は、水温によっても変化する。そのため、ろ過手段１１の劣化または詰まりの有無を正確に判定するには、透過水の導電率の検出結果や原水の供給圧力の検出結果を直接解析するのではなく、劣化または詰まり以外の影響を排除した補正値を用いて解析を行うことが必要になる。

【0051】

そこで、原水圧力計１８ａにより原水の供給圧力が検出されると、その供給圧力の検出値が補正され、水温の変動による影響が排除された補正値（以下、「圧力補正値」という）が算出される。具体的には、温度センサ１６による検出値と、透過水流量計１２による検出値とに基づいて、原水圧力計１８ａによる検出値が補正されて圧力補正値が算出される。原水圧力計１８ａにより検出された原水の供給圧力をＰ_ｆｏ［ｂａｒ］とすると、圧力補正値Ｐ_ｆｓ［ｂａｒ］は、以下の式（５）によって与えられる。

【数1】

ここで、Ｑ_ｐｏは透過水流量計１２により検出された透過水の流量［Ｌ／ｈ］、Ｑ_ｐｓはその参照値である。また、Ｋ_Ｔは水温補正係数であり、以下の式（６）によって与えられる。

【数2】

ここで、Ａは水温によって決まる定数、Ｔ_ｏは温度センサ１６により検出された原水の水温［℃］、Ｔ_ｓはその参照値である。

【0052】

また、透過水導電率１７ｂにより透過水の導電率が検出されると、その導電率の検出値が補正され、水温の変動、原水の水質（導電率）の変動、および回収率の変動による影響が排除された補正値（以下、「導電率補正値」という）が算出される。具体的には、温度センサ１６による検出値と、原水導電率計１７ａによる検出値と、原水圧力計１８ａ、透過水圧力計１８ｂ、および濃縮水圧力計１８ｃによる検出値とに基づいて、透過水導電率計１７ｂによる検出値が補正されて導電率補正値が算出される。透過水導電率計１７ｂにより検出された透過水の導電率をＣ_ｐｏ［μＳ／ｃｍ］とすると、導電率補正値Ｃ_ｐｓ［μＳ／ｃｍ］は、以下の式（７）によって与えられる。

【数3】

Ｐ_ｆｏ：原水圧力計１８ａにより検出された原水の供給圧力［ｂａｒ］
Ｐ_ｆｓ：式（５）により算出された圧力補正値［ｂａｒ］
ΔＰ_ｏ：原水がろ過手段１１の一次側を通過する際の圧力損失［ｂａｒ］
ΔＰ_ｓ：同参照値［ｂａｒ］
Ｐ_ｐｏ：透過水圧力計１８ｂにより検出された透過水の圧力［ｂａｒ］
Ｐ_ｐｓ：同参照値［ｂａｒ］
Ｃ_ｆｏ：原水導電率計１７ａにより検出された原水の導電率［μＳ／ｃｍ］
Ｃ_ｆｓ：同参照値［μＳ／ｃｍ］
Ｃ_ｐｏ：透過水導電率計１７ｂにより検出された透過水の導電率［μＳ／ｃｍ］
Ｃ_ｐｓ：同参照値［μＳ／ｃｍ］
Ｔ_ｏ：温度センサ１６により検出された原水の水温［℃］
Ｔ_ｓ：同参照値［℃］

【0053】

ここで、圧力損失ΔＰ_ｏ，ΔＰ_ｓは、原水圧力計１８ａと濃縮水圧力計１８ｃにより間接的に検出（算出）され、供給ライン１を流れる原水と濃縮水ライン３を流れる濃縮水との圧力差として表される。なお、式（５）～（７）における各参照値としては、ろ過手段１１の使用開始直後（膜ろ過装置１０の運転開始直後）の検出値（算出値）や、使用開始直後から一定時間経過してから性能が安定した後の検出値（算出値）を用いることができる。ただし、ろ過手段１１の使用開始直後には、特に、運転開始前に拡散したイオンによって透過水の導電率が時間と共に変化する。そのため、参照値としては、ろ過手段１１の使用開始直後から一定時間経過して性能が安定した後で取得した値を用いることが好ましい。ろ過手段１１（ＲＯ膜またはＮＦ膜）の性能が安定するまでの期間は、それまで膜がどのように保管されていたかによって変化するが、その保管状態が適切であれば、ドライタイプ（乾燥状態で保管）とウェットタイプ（湿潤状態で保管）のどちらの膜でも、一般に数時間から数日である。すなわち、膜の塩除去性能は、使用開始後、数時間から数日の間に向上し、それ以降は安定するのが一般的である。したがって、参照値としては、ろ過手段１１の使用開始直後から、予め設定された時間または日数を経過した後に取得した値を用いることができる。

【0054】

圧力補正値および導電率補正値は連続的または周期的に算出され、こうして算出された値がそれぞれの経時変化を示すデータ（時系列データ）として収集される。なお、ろ過手段１１の劣化または詰まりは急激に起こるわけではなく、圧力補正値および導電率補正値にもその影響が急激に現れるわけではないため、時系列データとして、それぞれの一定期間における移動平均値を収集してもよく、移動平均を算出する期間は数時間から数日であってよい。

【0055】

そして、時系列データの収集と並行して、時系列データに対して回帰分析（線形回帰）が行われ、算出される回帰直線の傾きに基づいて、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があるか否かが判定される。ろ過手段１１に劣化または詰まりがない場合、圧力補正値および導電率補正値にそれぞれ変化はなく、回帰直線の傾きもそれぞれゼロとなる。したがって、この予兆判定では、圧力補正値の時系列データに対する回帰直線（以下、単に「圧力回帰直線」ともいう）の傾きがゼロを含む所定範囲内であるか否かが判定され、かつ導電率補正値の時系列データに対する回帰直線（以下、単に「導電率回帰直線」ともいう）の傾きがゼロを含む所定範囲内であるか否かが判定される。その結果、圧力回帰直線の傾きが所定範囲から外れるか、導電率回帰直線の傾きが所定範囲から外れた場合に、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定される。

【0056】

圧力補正値は、ろ過手段１１の劣化が発生すると、原水がろ過手段１１を透過しやすくなることで減少し、ろ過手段１１の詰まりが発生すると、原水がろ過手段１１を透過しにくくなることで増加する。したがって、圧力回帰直線の傾きが所定の下限値以下になった場合に、ろ過手段１１に劣化の予兆があると判定され、圧力回帰直線の傾きが所定の上限値以上になった場合に、ろ過手段１１に詰まりの予兆があると判定される。一方、導電率補正値は、ろ過手段１１の劣化が発生しても詰まりが発生しても、ろ過手段１１の塩除去性能が低下することで増加するが、実際には、ろ過手段１１に詰まりが発生した場合、それがかなり進行してからでないと導電率補正値に変化が現れない。そのため、ろ過手段１１の詰まりに対応する上限値は設定されず、導電率回帰直線の傾きが所定の上限値以上になった場合に、ろ過手段１１に劣化の予兆があると判定される。

【0057】

なお、ろ過手段１１の劣化または詰まりには、比較的短期間で発生するものと長期間かけて緩やかに発生するものとがある。すなわち、圧力補正値および導電率補正値にはそれぞれ、比較的短期間で現れる変化と長期間かけて緩やかに現れる変化とがある。このような２種類の変化を検知するために、短期間である第１の期間とそれよりも長期間である第２の期間の２種類の時系列データに対して回帰分析が実施されることが好ましい。ここで、第１の期間の時系列データとは、例えば、現時点を含む直近の５～９０日分の時系列データである。また、第２の期間の時系列データとは、現時点を含む直近の、第１の期間よりも長い期間の時系列データ、あるいは、上述した参照値を取得した時点から現時点までの期間が第１の期間を超えていた場合、その全期間の時系列データである。このような２種類の時系列データに対して回帰分析を実施した場合にも、それぞれの回帰直線の傾きに基づいて、上述したのと同様の基準でろ過手段１１の劣化または詰まりの有無を判定することができる。

【0058】

すなわち、第１の期間における圧力回帰直線の傾きが所定範囲から外れるか、第２の期間における圧力回帰直線の傾きが所定範囲から外れた場合に、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定される。具体的には、第１の期間または第２の期間における圧力回帰直線の傾きが所定範囲の下限値以下になった場合に、ろ過手段１１に劣化の予兆があると判定される。また、第１の期間または第２の期間における圧力回帰直線の傾きが所定範囲の上限値以上になった場合に、ろ過手段１１に詰まりの予兆があると判定される。これら上限値および下限値は、劣化または詰まりが発生しないぎりぎりの範囲を実験的に検証することで設定することができる。なお、装置構成やろ過手段１１に使用する膜の違いによって、第１の期間と第２の期間でそれぞれ所定範囲（上限値および下限値）を変更して設定してもよい。一例として、上限値は＋０．０００１～＋０．０１に設定され、下限値は－０．０００１～－０．０１に設定される。一方で、第１の期間における導電率回帰直線の傾きが所定値以上になるか、第２の期間における導電率回帰直線の傾きが所定値以上になった場合に、ろ過手段１１に劣化の予兆があると判定される。一例として、所定値は＋０．０１～＋１．０に設定される。

【0059】

ここで、本実施形態の予兆判定部４０による効果を確認するための実験結果について説明する。

【0060】

本発明者らは、図１に示す膜ろ過装置を用いて２４時間連続運転を行い、第１および第２の期間における圧力回帰直線の傾きに基づいて、それぞれろ過手段に詰まりの予兆があると判定されるまでの期間を測定した。なお、原水として水道水を用い、ろ過手段として、ダウケミカル社製のＲＯ膜（品番：ＸＬＥ－４０４０）を用いた。また、時系列データの要素として、式（５）から算出された圧力補正値の日平均値（１日あたりの平均値）を用い、第１の期間の時系列データとしては、現時点を含む直近の３０日分の時系列データを用い、第２の期間の時系列データとしては、現時点を含む全期間の時系列データを用いた。したがって、実際には、第１の期間における圧力回帰直線の傾きの算出は、ろ過手段の使用開始日から数えて３０日後から行い、第２の期間における圧力回帰直線の傾きの算出は、ろ過手段の使用開始日から数えて３１日後から行った。例えば、ろ過手段の使用開始日（１日目）から３５日目の場合、第１の期間における圧力回帰直線の傾きの算出は、６～３５日分の３０点の時系列データに対して行い、第２の期間における圧力回帰直線の傾きの算出は、１～３５日分の３５点の時系列データに対して行った。なお、式（５）～（７）における各参照値としては、ろ過手段の使用開始日の検出値（算出値）を用いた。

【0061】

膜ろ過装置の運転は、ろ過手段に詰まりが発生する条件下、具体的には、式（５）から算出された圧力補正値（日平均値）の経時変化が図２に示すような条件下で行った。この条件では、圧力補正値が１．０ＭＰａを超えた時点（１０９日目）でろ過手段に詰まりが発生したものとした。

【0062】

図３および図４は、それぞれ第１の期間および第２の期間における圧力回帰直線の傾きの経時変化を示すグラフである。第１の期間および第２の期間のいずれの場合においても、詰まりの予兆判定のための閾値（上限値）を＋０．００１とすると、第１の期間における圧力回帰直線の傾きでは、図３に示すように７８日目に、第２の期間における圧力回帰直線の傾きでは、図４に示すように９４日目に、それぞれろ過手段に詰まりの予兆があることを判定できた。すなわち、圧力回帰直線の傾きに着目することで、実際にろ過手段に詰まりが発生するときの圧力（１．０ＭＰａ）よりも低い圧力（０．７～０．８ＭＰａ）の段階で、ろ過手段に詰まりの予兆があることを判定できた。また、第１の期間における圧力回帰直線の傾きにおいてより早い時点で詰まりの予兆判定が行われたことは、より短期間での圧力上昇を観測することができたと考えられる。したがって、ろ過手段の詰まりという同じ症状であっても進行速度が異なる場合にも、それらを区別して判定可能になることも確認された。

【0063】

このように、本実施形態によれば、圧力補正値と導電率補正値の経時変化から得られる回帰直線の傾きを監視することより、初期値との単純な比較により劣化または詰まりの有無を判定する従来の方法に比べて、可能な限り初期の段階でろ過手段１１の劣化または詰まりを検知することが可能になる。

【0064】

予兆判定部４０によりろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定された場合、ろ過手段１１の交換または洗浄を行うことが好ましい。しかしながら、ろ過手段１１の交換または洗浄を行うには膜ろ過装置１の運転を停止する必要があり、それができない場合、ろ過手段１１の劣化または詰まりが進行し、膜ろ過装置１０が運転不能に陥るなどの重大な問題に発展する可能性がある。そこで、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定されたにもかかわらず、膜ろ過装置１の運転を停止することができない場合には、ろ過手段１１の劣化または詰まりの進行を遅らせる延命運転を行うことが好ましい。さらに、ろ過手段１１の交換を行うか洗浄を行うかなどの具体的な対策の検討に十分な時間が必要な場合にも、ろ過手段１１の延命運転を行うことができる。具体的な延命運転の方法は、以下に示すように、ろ過手段１１の劣化または詰まりの原因に応じて適切なものが選択される。なお、このような延命運転は、予兆判定部４０による予兆判定後に自動的に実施されてもよい。

【0065】

ろ過手段１１の劣化の主な原因としては、例えば、上述したように、ろ過手段１１の上流側に設置された活性炭ろ過器の塩素除去能力が低下したことにより、残留遊離塩素を含む原水がろ過手段１１に供給されたことが考えられる。この場合には、回収率を当初の目標値よりも高い値に設定することで、濃縮排水の流量を減少させ、それに応じて還流水ライン５を流れる濃縮水（以下、「濃縮還流水」という）の流量を増加させることができる。あるいは、予め設定された透過水の目標流量よりもユースポイントでの透過水の使用量が少ない場合には、その目標流量をより低い必要最小限の値に変更し、透過水の流量を減少させることもできる。その結果、還流水ライン５との合流部よりも上流側の供給ライン１を流れて活性炭ろ過器に流入する原水の流量を減少させ、活性炭ろ過器への塩素負荷を下げることができる。こうして、活性炭ろ過器からの残留遊離塩素の漏れを最小限に抑え、ろ過手段１１の劣化の進行を遅らせて延命を図ることができる。なお、回収率の初期目標値として、シリカまたはカルシウムが析出しない最大のシリカ濃度またはカルシウム濃度となる回収率が設定されている場合、そこからさらに回収率を高くすることは、スケール発生のリスクを高めることにつながる。そのため、活性炭ろ過器からの残留遊離塩素の漏れが懸念される場合、回収率の初期目標値としては、シリカまたはカルシウムが析出しない最大のシリカ濃度またはカルシウム濃度となる回収率に安全率を加味した値を設定しておくことが好ましい。

【0066】

ろ過手段１１の劣化の原因は他にも考えられ、例えば、原水への酸化剤の混入なども考えられる。さらには、ろ過手段１１の破損や配管接続部におけるＯリングの取り付けミスなどにより、劣化によるものと類似した変化が圧力補正値および導電率補正値に現れることもある。したがって、ろ過手段１１に劣化の予兆があると判定された場合、まず、その原因が残留遊離塩素であるか否か、すなわち、ろ過手段１１に供給される原水に残留遊離塩素が含まれているか否かが特定（検出）され、その上で、ろ過手段１１の適切な延命運転が選択される。残留遊離塩素の検出方法としては、例えば、ジエチル－Ｐ－フェニレンジアミン（ＤＰＤ）試薬を用いた比色法が挙げられ、あるいは、残留塩素計を用いて原水中の残留遊離塩素を直接検出することもできる。なお、残留遊離塩素が検出されなかった場合には、回収率を当初の目標値よりも低い値に設定することで、透過水の水質悪化を抑制することを優先してもよい。

【0067】

一方、ろ過手段１１の詰まりの主な原因としては、上述したように、原水の不純物濃度の変動によるスケーリングが挙げられ、その他にも、原水中の有機物や微粒子などの付着によるファウリングが挙げられる。スケーリングによってろ過手段１１に詰まりが発生する場合、そもそもの原因は回収率が高いことであるため、回収率を当初の目標値よりも低い値に設定することで、許容濃縮倍率（式（４）参照）を下げることができ、ろ過手段１１の詰まりの進行を遅らせて延命を図ることができる。なお、ここで設定する回収率は、例えば加圧ポンプの容量や原水の流量などの装置設計上の制約によって決まる許容最低回収率よりも高い値であることが好ましい。一方、ファウリングによってろ過手段１１に詰まりが発生する場合、フラッシングを実施することで、ろ過手段１１の詰まりの進行を遅らせたり、場合によっては詰まりを回復したりすることができる。フラッシングは、フラッシング用の排水ライン（図示せず）から濃縮水を排出することで実施され、これにより、フラッシングに必要な膜面流速が得られることになる。ろ過手段１１の詰まりの原因は、原水をサンプリングし、その水質分析を行うことで特定することができるが、その原因が特定されるまでに時間を要する場合がある。この場合には、まず、フラッシングを複数回実施するか、あるいは数日間フラッシングを実施し、それでも詰まりが回復しない場合、詰まりの原因としてはスケーリングの可能性が高いため、回収率変更に基づいた延命運転に移行することが好ましい。

【0068】

なお、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定された場合、そのことを通知する警報が出力されることが好ましい。これにより、膜ろ過装置１の操作員に対し、ろ過手段１１の交換または洗浄を行うかどうかの判断を促したり、ろ過手段１１の延命運転を行う場合には、劣化または詰まりの原因を特定する作業のタイミングを知らせたりすることができる。

【0069】

また、ろ過手段１１に劣化または詰まりの予兆があると判定され、例えば、ろ過手段１１の交換を行った場合、式（５）～（７）における各参照値は、新たなろ過手段１１に対して取得され、そうして新たに取得した参照値を用いて、圧力補正値および導電率補正値が算出される。したがって、予兆判定部４０は、式（５）～（７）における各参照値を記憶する記憶手段を備えていることが好ましく、記憶手段に記憶された各参照値は、ろ過手段１１が交換されるたびにリセットされて更新される。

【0070】

上述したように、本実施形態では、定流量弁１３により濃縮水の流量が一定に維持されるため、排水ライン４および還流水ライン５の一方を流れる濃縮水の流量を規定するだけで、他方を流れる濃縮水の流量も規定することができる。そのため、図示した実施形態では、排水ライン４に排水流量計１４と流量制御手段（流量調整弁３１）が設けられ、還流水ライン５には、排水ライン４および還流水ライン５を流れる濃縮水の圧力バランスを調整するための手動弁（圧力調整弁）１５が設けられているが、その逆であってもよい。すなわち、還流水ライン５に、流量計と流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）とが設けられ、排水ライン４に、圧力バランス調整のための手動弁が設けられていてもよい。あるいは、排水ライン４および還流水ライン５の両方に、流量計と流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）とを設けることもできる。また、上述した実施形態では、透過水流量制御部と排水流量制御部とが別個に設けられているが、１つの流量制御部により、透過水の流量調整と濃縮排水の流量調整とが行われるようになっていてもよい。

【0071】

また、ろ過手段の数は１つに限定されるものではなく、２つ以上のろ過手段が直列に接続されて設けられていてもよい。その場合にも、定流量弁は、２つ以上のろ過手段のうち最も上流側のろ過手段に接続された濃縮水ラインに設けられ、最も下流側のろ過手段で分離された透過水が設定流量（予め設定された目標流量）に調整されることになる。ただし、最も上流側のろ過手段を除いたすべてのろ過手段において、任意の流量調整手段により透過水と濃縮水の流量分配が適切に設定・調整される必要があることは言うまでもない。さらに、最も上流側のろ過手段からの濃縮排水の設定流量の算出には、最も下流側のろ過手段で分離された透過水ではなく、最も上流側のろ過手段で分離された透過水の流量（検出流量）が用いられることに留意されたい。なお、ここでいう「直列に接続される」とは、被処理水が複数のろ過手段で順次処理されることを意味し、隣接する２つのろ過手段において、上流側のろ過手段で分離された透過水が下流側のろ過手段に被処理水として供給されることを意味する。また、各ろ過手段は、複数のＲＯ膜またはＮＦ膜から構成されていてもよい。この場合、複数のＲＯ膜またはＮＦ膜は、一次側（原水および濃縮水の流通側）が直列に接続されて最終的に濃縮水ラインに接続され、二次側（透過水の流通側）が並列に接続されて最終的に透過水ラインに接続されることになる。

【符号の説明】

【0072】

１ 供給ライン
２ 透過水ライン
３ 濃縮水ライン
４ 排水ライン
５ 還流水ライン
１０ 膜ろ過装置
１１ ろ過手段
１２ 透過水流量計
１３ 定流量弁
１４ 排水流量計
１５ 手動弁
１６ 温度センサ
１７ａ 原水導電率計
１７ｂ 透過水導電率計
１８ａ 原水圧力計
１８ｂ 透過水圧力計
１８ｃ 濃縮水圧力計
２０ 透過水流量制御機構
２１ 加圧ポンプ
２２ 透過水流量制御部
３０ 排水流量制御機構
３１ 流量調整弁
３２ 排水流量制御部
４０ 予兆判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】