(57)【要約】 【課題】  パイロットプラントを建設することなく、建設地の海水の水質に応じた海水淡水化プラントの設計を支援することが可能な設計支援装置を提供する。【解決手段】  設計支援装置は、計測部及び算出部を具備する。計測部は、海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータを計測する。算出部は、海水淡水化装置における前処理機器の性能を示す指標値と、前記計測されるデータとの関係を予め記憶し、前記データが計測されると、前記関係を用い、前記指標値を算出する。【選択図】図２
2014176810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータを計測する計測部と、
海水淡水化装置における前処理機器の性能を示す指標値と、前記計測されるデータとの関係を予め記憶し、前記データが計測されると、前記関係を用い、前記指標値を算出する算出部と
を具備する設計支援装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記懸濁物質に関するデータとしてＴＯＣ（Total Organic Carbon）を計測し、
前記算出部は、前記計測されるＴＯＣと、前記前処理機器の性能を示すＴＯＣ低減量との関係を予め記憶し、前記ＴＯＣが計測されると、前記ＴＯＣ低減量を算出する請求項１記載の設計支援装置。
【請求項３】
前記計測部は、前記懸濁物質に関するデータとして前記懸濁物質の粒子径を取得し、
前記算出部は、前記取得する粒子径と、前記前処理機器の性能を示すＴＯＣ低減量との関係を予め記憶し、前記粒子径が計測されると、前記ＴＯＣ低減量を算出する請求項１記載の設計支援装置。
【請求項４】
前記計測部は、前記懸濁物質に関するデータとしてＳＤＩ（Silt Density Index）を計測し、
前記算出部は、前記計測されるＳＤＩと、前記前処理機器の性能を示すＳＤＩ低減量との関係を予め記憶し、前記ＳＤＩが計測されると、前記ＳＤＩ低減量を算出する請求項１乃至３のいずれかに記載の設計支援装置。
【請求項５】
前記計測部は、前記懸濁物質に関するデータとしてＭＦＩ（Modified Fouling Index）を計測し、
前記算出部は、前記計測されるＭＦＩと、前記前処理機器の性能を示すＭＦＩ低減量との関係を予め記憶し、前記ＭＦＩが計測されると、前記ＭＦＩ低減量を算出する請求項１乃至４のいずれかに記載の設計支援装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記前処理機器の性能を示すＴＯＣ低減量と、圧力損失との関係を予め記憶し、前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記圧力損失を算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の設計支援装置。
【請求項７】
前記計測部は、前記海水の溶質濃度をさらに計測し、
前記算出部は、前記海水淡水化装置における逆浸透膜の性能を示す除去率、前記計測される溶質濃度、及び、前記計測される懸濁物質に関するデータの関係を予め記憶し、前記溶質濃度及び前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記関係を用い、前記除去率を算出する請求項１記載の設計支援装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記海水淡水化装置における逆浸透膜の性能を示す膜抵抗と、前記計測される懸濁物質に関するデータとの関係を予め記憶し、前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記関係を用い、前記膜抵抗を算出する請求項１又は７に記載の設計支援装置。
【請求項９】
前記計測部は、海水のｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度をさらに計測し、
前記算出部は、前記無機質が析出する発生確率を示す指標値と、前記ｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度との関係を予め記憶し、前記ｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度が計測されると、前記関係を用い、前記発生確率を示す指標値を算出する請求項７又は８に記載の設計支援装置。
【請求項１０】
前記算出部は、バイオファウリングの発生確率を示す指標値を算出する請求項７乃至９のいずれかに記載の設計支援装置。
【請求項１１】
海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータと、前記海水の溶質濃度とを計測する計測部と、
海水淡水化装置における逆浸透膜の性能を示す除去率、前記計測される溶質濃度、及び、前記計測される懸濁物質に関するデータの関係を予め記憶し、前記溶質濃度及び前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記関係を用い、前記除去率を算出する算出部と
を具備する設計支援装置。
【請求項１２】
前記算出部は、前記海水淡水化装置における逆浸透膜の性能を示す膜抵抗と、前記計測される懸濁物質に関するデータとの関係を予め記憶し、前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記関係を用い、前記膜抵抗を算出する請求項１１記載の設計支援装置。
【請求項１３】
前記計測部は、海水のｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度をさらに計測し、
前記算出部は、前記無機質が析出する発生確率を示す指標値と、前記ｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度との関係を予め記憶し、前記ｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度が計測されると、前記関係を用い、前記発生確率を示す指標値を算出する請求項１１又は１２に記載の設計支援装置。
【請求項１４】
前記算出部は、バイオファウリングの発生確率を示す指標値を算出する請求項１１乃至１３のいずれかに記載の設計支援装置。
【請求項１５】
前記算出した指標値を送信する送信部をさらに具備する請求項１記載の設計支援装置。
【請求項１６】
前記計測部及び前記算出部の電源は、再生可能エネルギーにより賄われる請求項１記載の設計支援装置。
【請求項１７】
海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータを計測し、
海水淡水化装置における前処理機器の性能を示す指標値と、前記計測されるデータとの関係を予め記憶し、前記データが計測されると、前記関係を用い、前記指標値を算出する設計支援方法。
【請求項１８】
海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータと、前記海水の溶質濃度とを計測し、
海水淡水化装置における逆浸透膜の性能を示す除去率、前記計測される溶質濃度、及び、前記計測される懸濁物質に関するデータの関係を予め記憶し、前記溶質濃度及び前記懸濁物質に関するデータが計測されると、前記関係を用い、前記除去率を算出する設計支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、逆浸透膜を透過させて海水を淡水化処理するプラントを建設する際に、海水淡水化プラントの設計を支援する設計支援装置及びこの装置で用いられる設計支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に水問題が深刻化する中で水ビジネスを巨大市場と捉えた世界規模でのビジネス競争が加速している。河川等の表流水及び地下水を水源として持たない中東諸国、及び、国内でも渇水リスクの高い地域では、水源確保のために海水淡水化技術を導入し、大型の海水淡水化プラントを建設している。これまでの海水淡水化技術は、海水を加熱・蒸発後に凝縮・回収する蒸発法が主流であったが、近年は経済性の観点から逆浸透膜（以下、ＲＯ膜：reverse osmosis membrane）を用いた方式が拡大しつつある。
【０００３】
ＲＯ膜を用いた海水淡水化では、海水中の水は透過するが、塩分を透過しないというＲＯ膜の性質を用いて、海水から淡水を得る。ＲＯ膜は長期間の運転により、海水中の懸濁物質の付着、無機質の析出（スケーリング）、又は、微生物由来の物質による目詰まり（バイオファウリング）等により性能が劣化する。そのため、ＲＯ膜の前段階において、懸濁物質の除去、及び、薬品による水質調整等の前処理を実施するが、前処理機器自体も除去した懸濁物質の付着及び／又は目詰まり等によって性能が劣化することが知られている。
【０００４】
海水淡水化プラントを建設する際、これらＲＯ膜及び前処理機器の劣化を考慮して海水淡水化プラントを設計する必要があるが、ＲＯ膜及び前処理機器の劣化を考慮するためには、建設地にパイロットプラントを試験的に組み立てる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０４６６６８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Dick van der Kooij, Harm R. Veenendaal, Cynthia Baars-Lorist, Daan W. van der Klift, and Yvonne C. Drost, “Biofilm formation on surfaces of glass and Teflon exposed to treated water”, Water Research, 29(7):1655-1662, 1995.
【非特許文献２】Eli Kotzer, Luba Kolik, and Robert Armon, “Early Biofouling Detection Bio-Sensor”, IDA World Congress Proc., 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、海水淡水化プラントを建設する際、建設地にパイロットプラントを試験的に組み立てる必要があるが、パイロットプラントの建設には多大な費用がかかる。
【０００８】
そこで、目的は、パイロットプラントを建設することなく、建設地の海水の水質に応じた海水淡水化プラントの設計を支援することが可能な設計支援装置及びこの装置で用いられる設計支援方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、設計支援装置は、計測部及び算出部を具備する。計測部は、海水から、前記海水中に含まれる懸濁物質に関するデータを計測する。算出部は、海水淡水化装置における前処理機器の性能を示す指標値と、前記計測されるデータとの関係を予め記憶し、前記データが計測されると、前記関係を用い、前記指標値を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る設計支援装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す設計支援装置により、設計が支援される海水淡水化プラントを示すブロック図である。
【図３】図１に示す設計支援装置で用いられる粒径分布を示す図である。
【図４】図１に示す設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係る設計支援装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す設計支援装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】第１及び第２の実施形態に係る設計支援装置のその他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）  
図２は、第１の実施形態に係る設計支援装置１０の機能構成を示すブロック図である。図１は、設計支援装置１０により、設計が支援される海水淡水化プラントの構成例を示すブロック図である。以下では、まず、図１に示す海水淡水化プラントについて説明する。海水淡水化プラントは、前処理プロセス２０及びＲＯプロセス３０を具備する。
【００１３】
前処理プロセス２０は、取水ポンプ２１、取水槽２２、前処理機器２３及び前処理水槽２４を備える。前処理プロセス２０では、懸濁物質の除去を目的としたろ過処理、及び、水質調整に必要な薬品注入等が行われる。
【００１４】
ＲＯプロセス３０は、送水ポンプ３１、高圧ポンプ３２、ＲＯ膜３３、動力回収装置３４、ブースターポンプ３５及びブライン調節弁３６を備える。
【００１５】
送水ポンプ３１は、前処理プロセス２０から供給される海水を、高圧ポンプ３２及び動力回収装置３４へ送水する。高圧ポンプ３２は、送水ポンプ３１から送水される海水を、高圧な状態まで昇圧してＲＯ膜３３へ送水する。ＲＯ膜３３は、海水に含まれる塩分を除去し、透過水として淡水を生成する。除去した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮水として動力回収装置３４へ送水される。このとき、濃縮水は高圧な状態（６ＭＰａ程度）であるため、エネルギー回収の観点から動力回収装置３４を設置することが一般的である。動力回収装置３４は、濃縮水の持つ圧力（動力）を回収し、回収した動力を送水ポンプ３１から送水される海水へ伝達する。ブースターポンプ３５は、回収した動力により昇圧された海水を、０．２ＭＰａ程度昇圧し、高圧ポンプ３２により送水された海水と共に、ＲＯ膜２３へ送水する。
【００１６】
図１に示す設計支援装置１０は、計測部１１、蓄積部１２及び算出部１３を備える。設計支援装置１０は、海水の水質を計測し、計測した水質に基づいて前処理機器２３の性能劣化の指標となる値（以下では、指標値と称する。）を算出する。ここで、前処理機器２３としては、砂ろ過、ＭＦ（Micro Filtration）膜又はＵＦ（Ultra Filtration）膜等を用いる種々の方式がある。
【００１７】
前処理機器２３の主な目的は懸濁物質の除去である。前処理機器２３の性能を示す指標値として、海水中の懸濁物質の量を定量的に示すＴＯＣ（Total Organic Carbon）、ＳＤＩ（Silt Density Index）及びＭＦＩ（Modified Fouling Index）の低減量が挙げられる。ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量及びＭＦＩ低減量は、除去した懸濁物質が前処理機器２３に蓄積あるいは、前処理機器２３の細孔が目詰まりする等によって前処理機器の懸濁物質除去性能が劣化することで減少する。また、前処理機器２３の性能を示す指標値として、圧力損失も挙げられる。圧力損失は、除去した懸濁物質が前処理機器２３の細孔を塞ぐことにより増加する。前処理機器２３の性能の劣化具合は、海水中の懸濁物質の量に依存する。そこで、第１の実施形態に係る設計支援装置１０は、海水のＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ及び水温を計測し、計測結果に基づいてＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量及びＭＦＩ低減量の減少具合、並びに、圧力損失の増加具合を前処理機器の性能劣化として算出し、海水淡水化プラントの設計支援を図る。
【００１８】
以下では、まず、前処理機器２３が砂ろ過を用いる場合について説明し、その後に、ＭＦ膜及びＵＦ膜を用いる場合について説明する。
【００１９】
＜砂ろ過について＞
計測部１１は、建設地の海水について、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ及び水温を計測する。計測部１１は、計測結果を蓄積部１２へ出力する。
【００２０】
蓄積部１２は、計測部１１から供給される計測結果を蓄積する。
【００２１】
算出部１３は、蓄積部１２に蓄積される計測結果を用い、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を算出する。
【００２２】
算出部１３は、（１）式のＣｉｎに計測部１１で計測されるＴＯＣを入力することで、ＴＯＣ低減量を求める。
【００２３】
ΔＣ＝（１−ｅｘｐ（κＬ））Ｃｉｎ                （１）
ここで、Ｃｉｎは供給水懸濁物質濃度［ｋｇ／ｍ３］、ΔＣは懸濁物質低減量［ｋｇ／ｍ３］を示し、Ｌはろ槽高さ［ｍ］を示す。ＣｉｎにＴＯＣを入力した場合、ΔＣはＴＯＣ低減量となる。κは、ろ槽の阻止率［ｍ−１］を示し、（２）式で表される。
【００２４】
κ＝（１＋ασ／ε）κ０                          （２）
ここで、εはろ槽の空隙率を示し、κ０は初期ろ槽の阻止率［ｍ−１］を示し、αは係数を示す。σは、ろ槽で捕捉した懸濁物質とろ槽との体積比を示し、前処理機器２３が海水をろ過することで、海水中の懸濁物質により時々刻々と変化する。σの時刻による変動は、（３）式により表される。
【数１】
2014176810.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｑはろ過水量［ｍ３／ｓ］を示し、ρｃは懸濁物質の平均密度［ｋｇ／ｍ３］を示し、Ａはろ槽面積［ｍ２］を示す。
【００２６】
また、算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量ΔＣを（３）式に入力することで、σの変化を算出する。
【００２７】
また、算出部１３は、ＳＤＩ低減量ΔＳＤＩを、（４）乃至（７）式により求める。ここで、ＳＤＩ（Ｃ）は懸濁物質濃度ＣをＳＤＩに換算する関数であり、（４）乃至（７）式により構成される。
【００２８】
ΔＳＤＩ＝ＳＤＩ（Ｃｉｎ）−ＳＤＩ（Ｃｏｕｔ）                （４）
【数２】
2014176810.tif 000004
【００２９】
ここで、ＣｏｕｔはＣｉｎ−ΔＣであり、μは測定時の海水粘度［Ｐａ・ｓ］を示し、Ｒｍは測定に使用するフィルターの初期抵抗［ｍ−１］を示し、Ａｍは測定に使用するフィルターの面積［ｍ２］を示し、ΔＰは測定時の供給圧力［Ｐａ］を示し、Ｔは測定に使用する経過時間［ｓ］（通常９００秒＝１５分）を示し、Ｖ（Ｔ）はＴ秒までの累積ろ過水量［ｍ３］を示し、ｔｉは測定開始時から５００ｍＬ透過するまでの時間［ｓ］を示し、ｔｆはＴ秒経過後５００ｍＬ経過するまでの時間［ｓ］を示す。このうち、測定時の海水粘度μは、計測部１１により計測される水温から換算される。
【００３０】
また、算出部１３は、計測部１１で計測されるＳＤＩを、（５）乃至（７）式へ入力することで、Ｃｉｎを算出し、算出したＣｉｎを、（１）乃至（３）式へ入力することで、ＴＯＣ低減量ΔＣを算出するようにしてもよい。また、算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量ΔＣを（３）式に入力することで、σの変化を算出することも可能である。ＴＯＣ低減量ΔＣからＣｏｕｔを算出し、（５）乃至（７）式をへ入力することで、ＳＤＩ（Ｃｏｕｔ）を算出し、ＳＤＩ低減量ΔＳＤＩを算出することも可能である。
【００３１】
また、算出部１３は、ＭＦＩ低減量ΔＭＦＩを、（８）、（９）式により求める。
【００３２】
ΔＭＦＩ＝ＭＦＩ（Ｃｉｎ）−ＭＦＩ（Ｃｏｕｔ）                （８）
ＭＦＩ＝μαＣ／２Ａｍ２ΔＰ                              （９）
また、算出部１３は、計測部１１で計測されるＭＦＩを、（８）、（９）式へ入力することで、Ｃｉｎを算出し、算出したＣｉｎを、（１）乃至（３）式へ入力することで、ＴＯＣ低減量ΔＣを算出するようにしてもよい。また、算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量ΔＣを（３）式に入力することで、σの変化を算出することも可能である。ＴＯＣ低減量ΔＣからＣｏｕｔを算出し、（９）式をへ入力することで、ＭＦＩ（Ｃｏｕｔ）を算出し、ＭＦＩ低減量ΔＭＦＩを算出することも可能である。
【００３３】
また、算出部１３は、圧力損失ΔＰを、（１０）、（１１）式により求める。
【数３】
2014176810.tif 000005
【００３４】
ここで、εはろ材の空隙率を示し、ｄはろ材の粒子径［ｍ］を示し、Ｋはろ槽の砂ろ過抵抗［ｍ−１］を示し、Ｋ０は初期ろ槽の砂ろ過抵抗［ｍ−１］を示し、βは係数を示す。算出部１３は、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量又はＭＦＩ低減量を算出する際に算出したσを用いて圧力損失ΔＰを算出する。
【００３５】
算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を、設計支援装置１０のユーザへ提示する。
【００３６】
なお、以上では、計測部１１がＴＯＣを計測する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、計測部１１は、ＴＯＣの代わりに図３に示す粒径分布を計測しても構わない。算出部１３は、計測した粒径分布を、（１２）式を用いて供給水懸濁物質濃度Ｃｉｎに換算するようにしても構わない。
【数４】
2014176810.tif 000006
【００３７】
ここで、ｒは粒子径［ｍ］を示し、ｗ（ｒ）は粒子径ｒの体積濃度［ｍ３／ｍ３］を示す。算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量ΔＣを（３）式に入力することで、σの変化を算出することも可能である。
【００３８】
また、以上では、設計支援装置１０は、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を、前処理機器２３の性能を示す指標値としてユーザへ提示する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。設計支援装置１０は、体積比σを前処理機器２３の性能を示す指標値としてユーザへ提示するようにしても構わない。
【００３９】
＜ＭＦ膜及びＵＦ膜について＞
計測部１１は、建設地の海水について、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ及び水温を計測する。計測部１１は、計測結果を蓄積部１２へ出力する。
【００４０】
蓄積部１２は、計測部１１から供給される計測結果を蓄積する。
【００４１】
算出部１３は、蓄積部１２に蓄積される計測結果を用い、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量、及び圧力損失を算出する。
【００４２】
算出部１３は、ＴＯＣ低減量ΔＣを、（１３）、（１４）式により求める。
【００４３】
ΔＣ＝ｘＣｉｎ                                    （１３）
【数５】
2014176810.tif 000007
【００４４】
ここで、ｘは懸濁物質除去率を示す。なお、ＭＦ膜及びＵＦ膜の孔径が、砂ろ過の孔径に比べて小さいため、ｘの変化は（３）式で表すσの変化よりも小さい。
【００４５】
また、算出部１３は、ＳＤＩ低減量ΔＳＤＩを、（４）乃至（７）式により求める。また、算出部１３は、計測部１１で計測されるＳＤＩを、（５）乃至（７）式へ入力することで、Ｃｉｎを算出し、算出したＣｉｎを、（１３）、（１４）式へ入力することで、ＴＯＣ低減量ΔＣを算出することも可能である。
【００４６】
また、算出部１３は、ＭＦＩ低減量ΔＭＦＩを、（８）、（９）式により求める。また、算出部１３は、計測部１１で計測されるＭＦＩを、（８）、（９）式へ入力することで、Ｃｉｎを算出し、算出したＣｉｎを、（１３）、（１４）式へ入力することで、ＴＯＣ低減量ΔＣを算出することも可能である。
【００４７】
また、算出部１３は、圧力損失ΔＰを、（１５）、（１６）式により求める。
【数６】
2014176810.tif 000008
【００４８】
ここで、Ｒｃは懸濁物質による抵抗［ｍ−１］を示し、Ａｍは膜面積［ｍ２］を示し、Ｒｍは初期膜抵抗［ｍ−１］を示し、αはろ過比抵抗［ｍ／ｋｇ］を示す。算出部１３は、ＴＯＣから算出したＴＯＣ低減量、又は、ＳＤＩ低減量又はＭＦＩ低減量を算出する際に算出したＴＯＣ低減量を用いて圧力損失ΔＰを算出する。
【００４９】
算出部１３は、算出したＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を、設計支援装置１０のユーザへ提示する。
【００５０】
なお、以上では、計測部１１がＴＯＣを計測する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、計測部１１は、ＴＯＣの代わりに粒子径を計測しても構わない。算出部１３は、計測した粒子径から求められる粒径分布を、（１２）式を用いて供給水懸濁物質濃度Ｃｉｎに換算するようにしても構わない。
【００５１】
また、以上では、設計支援装置１０は、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を、前処理機器２３の性能を示す指標値としてユーザへ提示する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、設計支援装置１０は、懸濁物質除去率ｘ及び懸濁物質による抵抗Ｒｃをユーザに提示するようにしても構わない。
【００５２】
次に、以上のように構成される設計支援装置１０の処理手順を説明する。図４は、設計支援装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００５３】
設計支援装置１０は、計測部１１により、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ及び水温を計測する（ステップＳ４１）。設計支援装置１０は、蓄積部１２に、計測したＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ及び水温を記憶する（ステップＳ４２）。設計支援装置１０は、ユーザからＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失の提示要求があるか否かを判断する（ステップＳ４３）。ユーザからの要求があった場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、設計支援装置１０は、算出部１３により、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失の時刻による変動を算出し（ステップＳ４４）、算出したＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失の時刻による変動をユーザへ提供する（ステップＳ４５）。
【００５４】
ユーザからの要求がない場合（ステップＳ４３のＮｏ）、設計支援装置１０は、要求があるまで待機する。
【００５５】
以上のように、第１の実施形態では、計測部１１は、建設地の海水の水質データを計測する。算出部１３は、水質データからＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を算出する。算出部１３は、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量及びＭＦＩ低減量の減少具合、並びに圧力損失の増加具合を、設計支援装置１０のユーザへ提示する。これにより、設計支援装置１０は、海水淡水化プラントの前処理機器２３の性能劣化を判断するための指標としてユーザへ提供することが可能となる。
【００５６】
したがって、第１の実施形態に係る設計支援装置１０によれば、パイロットプラントを建設することなく、建設地の海水の水質に応じた海水淡水化プラントの設計を支援することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）  
図５は、第２の実施形態に係る設計支援装置４０の機能構成を示すブロック図である。第１の実施形態で説明した設計支援装置１０が前処理機器２３の性能を示す指標値を算出するのに対し、図５に示す設計支援装置４０は、ＲＯ膜３３の性能を示す指標値を算出する。
【００５８】
ＲＯ膜３３の主な目的は塩分の除去である。ＲＯ膜３３の性能を示す指標値としては、塩分除去率が挙げられる。また、海水淡水化により得る淡水を飲料水などに使用する場合は、海水中のホウ素を十分に除去する必要がある。そのため、ＲＯ膜３３の性能を示す指標値として、ホウ素除去率も挙げられる。また、ＲＯ膜３３の性能を示す指標値として、前処理機器２３で除去しきれなかった懸濁物質により劣化する膜抵抗も挙げられる。ＲＯ膜３３の膜抵抗の劣化具合は、供給される海水の懸濁物質の量に依存する。また、ＲＯ膜３３の塩分除去率及びホウ素除去率は、供給される海水中の懸濁物質の量、塩分濃度及びホウ素濃度に依存する。そこで、第２の実施形態に係る設計支援装置４０は、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ、水温、電気伝導率及びホウ素濃度を計測し、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗の変動を算出する。なお、電気伝導率は、海水の塩分濃度へ換算することが可能である。
【００５９】
計測部４１は、建設地の海水について、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ、水温、電気伝導率及びホウ素濃度を計測する。計測部４１は、計測結果を蓄積部４２へ出力する。
【００６０】
蓄積部４２は、計測部４１から供給される計測結果を蓄積する。
【００６１】
算出部４３は、蓄積部４２に蓄積される計測結果を用い、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗を算出する。
【００６２】
算出部４３は、（１７）式のＣｆに計測部４１で計測される電気伝導率から換算される塩分濃度［ｋｇ／ｍ３］を入力することで、ＲＯ膜３３による塩分除去率Ｒｒｅｊを求める。
【００６３】
Ｒｒｅｊ＝１−Ｃｐ／Ｃｆ                              （１７）
ここで、Ｃｐは透過水溶質濃度［ｋｇ／ｍ３］を示し、（１８）式で表される。
【数７】
2014176810.tif 000009
【００６４】
ここで、ＣｍはＲＯ膜面溶質濃度［ｋｇ／ｍ３］を示し、Ｂは溶質透過係数［ｍ／ｓ］を示し、Ｑは透過水量［ｍ３／ｓ］を示し、Ａｍは膜面積［ｍ２］を示す。Ｃｆ、Ｃｐ及びＣｍの関係は、（１９）式で表される。
【数８】
2014176810.tif 000010
【００６５】
ここで、ｋは物質移動係数［ｍ／ｓ］であり、膜面における溶質の拡散速度を示すパラメータである。ｋは、ＲＯ膜供給水中の懸濁物質がＲＯ膜３３に付着することにより、時々刻々と変化する。ＲＯ膜に付着する懸濁物質の量は、ＲＯ膜供給水中の懸濁物質の量に依存する。そのため、ｋは、（２０）式により表される。
【数９】
2014176810.tif 000011
【００６６】
ここで、Ｃは供給水懸濁物質濃度［ｋｇ／ｍ３］を示し、第１の実施形態で示したＣｏｕｔに相当し、Ｃｉｎ−ΔＣである。また、ｑは供給水量［ｍ３／ｓ］を示す。
【００６７】
また、算出部４３は、（１７）式のＣｆに計測部４１で計測されるホウ素濃度［ｋｇ／ｍ３］を入力することで、ＲＯ膜３３によるホウ素除去率Ｒｒｅｊを求める。
【００６８】
また、算出部４３は、ＲＯ膜抵抗Ｒ［ｍ−１］を（２１）式により求める。
【００６９】
Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒｆ                            （２１）
ここで、Ｒｍは初期ＲＯ膜抵抗［ｍ−１］を示す。また、Ｒｆはファウリングによる抵抗［ｍ−１］を示し、ＲＯ膜供給水中の懸濁物質がＲＯ膜３３に付着することにより、時々刻々と変化する。そのため、Ｒｆは、（２２）式により表される。
【数１０】
2014176810.tif 000012
【００７０】
ここで、Ｃは供給水懸濁物質濃度［ｋｇ／ｍ３］を示し、第１の実施形態で示したＣｏｕｔに相当し、Ｃｉｎ−ΔＣである。また、ｑは供給水量［ｍ３／ｓ］を示す。
【００７１】
算出部４３は、算出した塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗をユーザへ提示する。
【００７２】
次に、以上のように構成される設計支援装置４０の処理手順を説明する。図６は、設計支援装置４０の動作を示すフローチャートである。
【００７３】
設計支援装置４０は、計測部４１により、ＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ、水温、電気伝導率及びホウ素濃度を計測する（ステップＳ６１）。設計支援装置４０は、蓄積部４２に、計測したＴＯＣ、ＳＤＩ、ＭＦＩ、水温、電気伝導率及びホウ素濃度を記憶する（ステップＳ６２）。設計支援装置４０は、ユーザから塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗の要求があるか否かを判断する（ステップＳ６３）。ユーザからの要求があった場合（ステップＳ６３のＹｅｓ）、設計支援装置４０は、算出部４３により、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗を算出し（ステップＳ６４）、算出した塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗をユーザへ提供する（ステップＳ６５）。
【００７４】
ユーザからの要求がない場合（ステップＳ６３のＮｏ）、設計支援装置４０は、要求があるまで待機する。
【００７５】
以上のように、第２の実施形態では、計測部４１は、建設地の海水の水質データを計測する。算出部４３は、水質データから塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗を算出する。算出部４３は、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗の変動を、設計支援装置４０のユーザへ提示する。これにより、海水淡水化プラントのＲＯ膜３３の性能劣化を判断するための指標としてユーザへ提供することが可能となる。
【００７６】
したがって、第２の実施形態に係る設計支援装置４０によれば、パイロットプラントを建設することなく、建設地の海水の水質に応じた海水淡水化プラントの設計を支援することができる。
【００７７】
なお、第２の実施形態では、算出部４３は、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗を算出し、算出した塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗をユーザへ提示する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、算出部４３は、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗に加え、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を算出し、算出したＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失をユーザへ提示するようにしても構わない。これにより、設計支援装置４０は、ＲＯ膜２３の性能に加え、前処理機器２３の性能を判断するための指標値をユーザへ提供することが可能となる。
【００７８】
また、第２の実施形態に示す算出部４３は、（２３）式を用いて圧力損失ΔＰを算出するようにしても構わない。
【数１１】
2014176810.tif 000013
【００７９】
ここで、Ｑは透過水量［ｍ３／ｓ］を示し、Ａｍは膜面積［ｍ２］を示し、μは海水粘度［Ｐａ・ｓ］を示し、Δπは浸透圧［Ｐａ］を示す。算出部４３は、算出した圧力損失をユーザへ提示する。
【００８０】
また、第２の実施形態では、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗をＲＯ膜３３の性能を示す指標値として利用する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、ＲＯ膜３３の性能劣化は、ＲＯ膜３３への懸濁物質の付着によるものだけではなく、無機質の析出であるスケーリングといった現象も原因となる。
【００８１】
そこで、計測部４１は、ｐＨ、アルカリ度及びイオン濃度を計測する。そして、算出部４３は、計測されたｐＨと、予め設定された酸／アルカリの注入濃度及び注入率とを用いて、酸／アルカリ注入後にＲＯ膜３３へ供給される水のｐＨを算出する。算出部４３は、算出したｐＨと、計測されたＲＯ膜供給水の水温、電気伝導率、アルカリ度及びイオン濃度により、スケーリングの発生確率を示す指標値ＬＳＩ（Langelier Saturation Index）及び／又はＳ＆ＤＳＩ（Stif & Davis Saturation Index）を算出する。例えば、算出部４３は、ＬＳＩを（２４）〜（２９）式を用いて算出する。
【００８２】
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨｓａｔ                            （２４）
ｐＨｓａｔ＝（９．３＋Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）  （２５）
Ａ＝（ｌｏｇ（ＴＤＳｓ）−１）／１０              （２６）
Ｂ＝−１３．１２×ｌｏｇ（ｔ＋２７３）＋３４．５５       （２７）
Ｃ＝ｌｏｇ（Ｃａｓ）−０．４                      （２８）
Ｄ＝ｌｏｇ（Ａｌｋｓ）                            （２９）
ここで、ｔは水温［℃］を示し、Ａｌｋはアルカリ度［ｍｇ／Ｌ］を示し、Ｃａはカルシウム濃度［ｍｇ／Ｌ］を示し、ＴＤＳは溶解性固形物（電気伝導率より換算）［ｍｇ／Ｌ］を示す。
【００８３】
このように、算出部４３がスケーリングの発生確率を示す指標値を算出することにより、設計支援装置４０は、薬品の注入率等の設計を支援することが可能となる。
【００８４】
また、第２の実施形態では、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗をＲＯ膜３３の性能を示す指標値として利用する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、ＲＯ膜３３の性能劣化は、ＲＯ膜３３への懸濁物質の付着によるものだけではなく、微生物由来の物質による目詰まりであるバイオファウリングも原因となる。
【００８５】
そこで、設計支援装置４０は、バイオファウリングの発生確率を定量的に表すＢＦＲ（Biofilm Formation Rate）（非特許文献１参照）及び／又はバイオファウリングインデックス（非特許文献２参照）等を算出し、ユーザへ提示するようにしても構わない。なお、ＢＦＲ及び／又はバイオファウリングインデックスは連続して算出される。このように、算出部４３がバイオファウリングの発生確率を示す指標値を算出することにより、設計支援装置４０は、バイオファウリングのリスクの存在を設計時に評価することが可能となる。
【００８６】
（その他の実施形態）  
第１及び第２の実施形態に記載される設計支援装置１０，４０は、図７に示すように、送信部１４，４４を備えていても構わない。送信部１４は、有線及び無線に係らず、ＴＯＣ低減量、ＳＤＩ低減量、ＭＦＩ低減量及び圧力損失を送信する。また、送信部４４は、有線及び無線に係らず、塩分除去率、ホウ素除去率及びＲＯ膜抵抗を送信する。
【００８７】
また、複数の設計支援装置１０，４０と、これらの設計支援装置から送信されるデータを受信するサーバ５０とを備える設計支援システムが存在しても構わない。サーバ５０は、複数の設計支援装置１０，４０から出力されるデータを比較し、どの海水が最も海水淡水化に適しているかを判別する。これにより、例えば、海水淡水化プラントの建設予定候補地が複数存在する場合、サーバ５０は、最も海水淡水化に適した候補地を、パイロットプラントを複数建設する必要なく、選択することが可能となる。
【００８８】
また、第１及び第２の実施形態に係る設計支援装置１０，４０は、電源に再生可能エネルギーを利用するようにしても構わない。
【００８９】
例えば、設計支援装置１０，４０において、電源線と電源とが有線で接続されている場合、可搬性は高くない。そこで、設計支援措置１０，４０の電源に再生可能エネルギーを使用することで、電源線が不要となり、可搬性が向上することになる。設計支援装置１０，４０の可搬性を高めることで、例えば、複数存在する海水淡水化プラントの建設予定候補地を選択する際に、設計支援装置１０，４０を移動させてデータを蓄積することが可能となる。このため、少ない設計支援装置１０，４０でもデータの蓄積・解析を効率よく実施することができる。なお、再生可能エネルギーには、太陽光、風力、波力、海流、潮汐及び浸透圧等の発電方法を使用することが可能である。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９１】
１０，４０…設計支援装置、１１，４１…計測部、１２，４２…蓄積部、１３，４３…算出部、１４，４４…送信部、２０…前処理プロセス、２１…取水ポンプ、２２…取水槽、２３…前処理機器、２４…前処理水槽、３０…ＲＯプロセス、３１…送水ポンプ、３２…高圧ポンプ、３３…ＲＯ膜、３４…動力回収装置、３５…ブースターポンプ、３６…ブライン調節弁、
【図１】
2014176810.tif 000014
【図２】
2014176810.tif 000015
【図３】
2014176810.tif 000016
【図４】
2014176810.tif 000017
【図５】
2014176810.tif 000018
【図６】
2014176810.tif 000019
【図７】
2014176810.tif 000020