(57)【要約】      （修正有）【課題】重金属イオンの濃度が種々変化する原水であっても、運転コストを従来よりも削減しつつ、より確実に逆浸透膜の劣化を防止可能な水処理システムを提供する。【解決手段】被処理水が通流する流路上に設けられている逆浸透膜装置（逆浸透膜２２）の上流側に、前記被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定装置（ｐＨ調整剤注入装置２６）と、前記逆浸透膜装置（逆浸透膜２２）に供給される前記被処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定装置（還元剤注入装置２７）とを備えることを特徴とする、水処理システム。【選択図】図１
2014223568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が通流する流路上に設けられている逆浸透膜装置の上流側に、
前記被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定装置と、
前記逆浸透膜装置に供給される前記被処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定装置とを備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理システムにおいて、
前記被処理水に対して還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記ｐＨ測定装置により測定された前記被処理水のｐＨと、前記酸化還元電位測定装置により測定される前記被処理水の酸化還元電位とに基づき、前記還元剤注入装置からの還元剤の注入量を制御する演算制御装置とを備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水処理システムにおいて、
前記ｐＨ測定装置の上流側に設けられ、前記ｐＨ測定装置に供給される前記被処理水に酸化剤を注入する酸化剤注入装置と、
前記被処理水中の重金属イオン濃度を検出する重金属イオン検出装置と、
前記逆浸透膜装置の上流側に設けられ、前記逆浸透膜装置に供給される直前の前記被処理水に還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記重金属イオン検出装置により検出された重金属イオン濃度及び前記ｐＨ測定装置により測定されたｐＨとに基づいて、前記還元剤注入装置からの還元剤の注入量を制御する演算制御装置と、を備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項４】
請求項３に記載の水処理システムにおいて、
前記還元剤注入装置の上流側には、前記酸化剤注入装置からの酸化剤が注入された後の前記被処理水に対してｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入装置が設けられ、
前記演算制御装置は、さらに、前記重金属イオン検出装置により検出された重金属イオン濃度に基づいて、前記ｐＨ調整剤注入装置からのｐＨ調整剤の注入量を制御することを特徴とする、水処理システム。
【請求項５】
請求項３に記載の水処理システムにおいて、
前記酸化剤注入装置の下流側に設けられ、前記酸化剤注入装置からの酸化剤が注入された後の前記被処理水中の残留塩素量を検出する残留塩素検出装置を備え、
前記演算制御装置は、前記残留塩素検出装置により検出された残留塩素量と、前記重金属イオン検出装置により検出された重金属イオン濃度と、前記ｐＨ測定装置により測定されたｐＨとに基づき、前記還元剤注入装置からの還元剤の注入量を制御することを特徴とする、水処理システム。
【請求項６】
請求項３に記載の水処理システムにおいて、
前記演算制御装置は、
予め記憶された、前記酸化剤流入装置から注入される酸化剤の量と注入される酸化剤に対応する還元剤の量との関係と、前記重金属イオン検出装置により検出された重金属イオン濃度と、前記ｐＨ測定装置により測定されたｐＨとに基づき、酸化剤注入後に発生する残留塩素発生量を決定し、
決定された残留塩素発生量に基づいて、前記還元剤注入装置からの還元剤の注入量を制御することを特徴とする、水処理システム。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の水処理システムにおいて、
前記ｐＨ測定装置の上流側であり、かつ、前記酸化還元電位測定装置の上流側に設けられる、前記被処理水の前処理を行う前処理装置を備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の水処理システムにおいて、
前記逆浸透膜がポリアミド系膜であることを特徴とする、水処理システム。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の水処理システムにおいて、
前記被処理水が油田随伴水を含むことを特徴とする、水処理システム。
【請求項１０】
被処理水が通流する流路上に設けられている逆浸透膜装置の上流側に備えられたｐＨ測定装置により、前記被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定ステップと、
酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定装置により、前記逆浸透膜装置に供給される前記被処理水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定ステップと、
前記ｐＨ測定装置により測定された前記被処理水のｐＨと、前記酸化還元電位測定装置により測定された前記被処理水の酸化還元電位とに基づき、演算制御装置が前記還元剤注入装置からの前記被処理水への還元剤の注入量を制御する注入量制御ステップとを備えることを特徴とする、水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水処理システム及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いて海水等の原水を処理する水処理システムにおいて、逆浸透膜に供給される原水には、逆浸透膜の目詰まり等を防止するために、ろ過処理等の前処理が行われる。これにより、異物が除去された後の原水が、逆浸透膜に供給されるようになっている。また、原水が通流する配管等にファウリングが生じないように、例えば前処理前に殺菌剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤）が添加（注入）される。この殺菌剤は、逆浸透膜を劣化させやすいため、逆浸透膜に海水等が供給される前に中和剤（例えば亜硫酸水素ナトリウム等の還元剤）により中和され、中和後の原水（即ち供給水）が逆浸透膜に供給されることになる。
【０００３】
このような技術に関連して、特許文献１には、前処理を施した供給液を逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた半透膜モジュールへ供給し膜分離を行うに際し、前記供給液に、前処理中もしくは前処理よりも上流側で酸化剤を供給するとともに、前処理よりも下流側かつ前記半透膜モジュールよりも上流側で還元剤を供給する膜分離方法が記載されている。より具体的には、特許文献１には、前処理よりも下流側かつ前記半透膜モジュールよりも上流側で供給液の酸化剤濃度または酸化還元電位を測定して還元剤供給の要否を決定するともに、還元剤供給よりも下流側かつ前記半透膜モジュールよりも上流側で供給液の酸化剤濃度または酸化還元電位を測定し還元剤の供給量を決定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】特開２００８−２９６１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水処理システムに供給される原水には、様々なイオンが含まれている。例えば、銅イオン等の重金属イオンが含まれていることがある。このような重金属イオンが含まれていると、海水等の原水の酸化還元電位が変化することがある。そのため、重金属イオンの存在によって酸化還元電位の変化した原水に対して、注入された殺菌剤（酸化剤）に対する化学量論比通りの中和剤（還元剤）を注入しても、高い酸化還元電位によって酸化剤が完全には中和されないことがある。これにより、例えば殺菌剤に起因する残留塩素が発生することがある。そして、残留塩素を含む供給水が逆浸透膜に供給されると、逆浸透膜の劣化が進行することがある。また、発生する残留塩素の量は、重金属イオンの濃度によっても変化することがある。
【０００６】
また、注入された殺菌剤を完全に中和するため、過剰量の中和剤を注入することも考えられる。しかし、過剰量の中和剤を注入すると、前記重金属イオンの存在と相まって供給水の酸化還元電位が上昇することがある。これにより、原水や供給水中の塩素（海水であれば塩化物イオン）に起因する残留塩素が発生することがある。また、過剰量の薬剤を使用するため、運転コストも増加する。
【０００７】
しかしながら、前記の特許文献１に記載の技術においては、これらの事情が考慮されていない。そのため、特許文献１に記載の技術によっては、残留塩素の発生を抑制することができず、逆浸透膜の劣化が進みやすいという課題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、本発明が解決する課題は、重金属イオンの濃度が種々変化する原水であっても、運転コストを従来よりも削減しつつ、より確実に逆浸透膜の劣化を防止可能な水処理システム及び水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、ｐＨ測定装置と酸化還元電位測定装置とを逆浸透膜の上流側にこの順で設けることで前記課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、重金属イオンの濃度が種々変化する原水であっても、運転コストを従来よりも削減しつつ、より確実に逆浸透膜の劣化を防止可能な水処理システム及び水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の海水淡水化システム１００の系統図である。
【図２】第１実施形態において還元剤注入量を決定する際のフローチャートである。
【図３】種々の海水のｐＨ及び重金属濃度に対応する、還元剤注入量と残留塩素発生量との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態の海水淡水化システム２００の系統図である。
【図５】第２実施形態において還元剤注入量を決定する際のフローチャートである。
【図６】第２実施形態において還元剤補充注入量を決定する際に参照するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。
【００１３】
［１．第１実施形態］
〔構成〕
図１は、水処理システムの一例である、第１実施形態の海水淡水化システム１００の系統図である。海水淡水化システム１００は、ろ過装置２１を用いて異物を除去した後の海水に対して逆浸透膜（ＲＯ膜）２２を用い、海水から淡水を得る系に適用される。海水は、ポンプ４１，４２により移送される。
【００１４】
海水淡水化システム１００は、重金属イオン検出装置２３と、酸化剤注入装置２４と、残留塩素検出装置２５と、ｐＨ調整剤注入装置２６と、還元剤注入装置２７と、これらを制御する演算制御装置３０とを備えている。そして、本実施形態では、海水から淡水を得る逆浸透膜２２の上流側に、海水の通流方向に向かって、これらがこの順で設けられている。
【００１５】
ろ過装置２１は、上流側からポンプ４１にて供給される海水（原水）中の懸濁物質（例えば微粒子）等を除去するものである。このろ過装置２１としては、例えば、二層ろ過装置、限外膜ろ過装置、精密膜ろ過装置等が挙げられるが、前記の被処理水１１中の微粒子を除去することができればこれらに限定されるものではない。そして、このろ過装置２１を通過した海水は、懸濁物質を含まない海水（供給水）として、下流側に設けられている逆浸透膜２２に供給されるようになっている。
【００１６】
逆浸透膜２２は、高圧ポンプであるポンプ４２によって浸透圧以上の圧力（例えば５ＭＰａ〜８ＭＰａ程度）で海水が供され、イオン等は透過せず、淡水が透過して外部に取り出されるものである。このとき、逆浸透膜２２を透過しなかったイオンは、濃縮され、濃縮水として外部に取り出されるようになっている。逆浸透膜２２の具体的な構成は特に制限されないが、例えばポリアミド系膜が適用可能である。
【００１７】
重金属イオン検出装置２３は、海水に含まれる重金属イオンの濃度を検出するものである。重金属イオン検出装置２３には、海水の流路上に設けられた検出部２３ａが接続されている。検出される重金属イオンは、本実施形態では、銅、コバルト、クロム、ニッケル、亜鉛、鉛、スズ等の重金属イオンである。
【００１８】
また、重金属イオン検出装置２３としては、具体的には例えば、イオン濃度計、ＩＣＰ発光分析装置、原子吸光光度計、イオンクロマトグラフ、吸光度測定装置、沈殿滴定装置等が挙げられる。重金属イオンの検出方法としては、オンライン及びオフラインのいずれであってもよい。また、これらを用いた具体的な検出方法としては、例えば自動で取水して、検出装置に供するようにすることができる。また、作業員が手動で取水して、検出装置に供するようにすることもできる。なお、重金属イオン検出装置２３により検出されたイオン濃度は、後記する演算制御装置３０により取得される。
【００１９】
酸化剤注入装置２４は、ろ過装置２１に供給される海水に酸化剤を注入するものである。酸化剤注入装置２４には、海水の流路上に設けられた流量センサ２４ａが接続されている。流量センサ２４ａにより測定された流量は、後記する演算制御部３０により取得される。これにより、酸化剤注入装置２４は、通流する海水の量（流量）に応じて、酸化剤を注入することができるようになっている。
【００２０】
また、酸化剤注入装置２４は、酸化剤を貯留するタンクや、このタンクから海水に酸化剤を注入するための配管、この配管を介して所定量の酸化剤を注入する注入ポンプ等を備えている（いずれも図示しない）。この注入ポンプの駆動は、後記する演算制御装置３０によって制御され、これにより、注入される酸化剤の量が制御されるようになっている。
【００２１】
酸化剤は、海水に含まれる微生物等を殺菌するために殺菌剤として使用されるとともに、ろ過装置２１の表面（所謂ファウリング）や内部、ろ過装置２１の前後の配管内に微生物が繁殖、あるいは付着するのを防止するために使用される。酸化剤としては、例えば、次亜塩素酸、次亜塩素酸のアルカリ金属塩、クロラミン類、過酸化水素類、過酢酸類等が挙げられる。中でも、価格及び取扱容易性の観点から、次亜塩素酸及び次亜塩素酸のアルカリ金属塩が好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがより好ましい。
【００２２】
酸化剤の注入量としては、海水の成分やろ過装置２１の構成等によって異なるため一概には言えないが、例えば、ろ過装置２１として二層ろ過装置を想定し、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム水溶液を想定した場合、当該注入量は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を注入した直後の海水における残留塩素濃度として、例えば０．１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度となる量の酸化剤を注入することができる。つまり、流量センサ２４ａにより測定される流量に基づいて、演算制御装置３０が注入ポンプを制御し、殺菌剤としての酸化剤が注入される。
【００２３】
ただし、注入量は、酸化剤を注入した後に下流側が十分に殺菌可能な量とすることが好ましい。さらには、詳細は後記するが、還元剤注入装置２７から注入される還元剤の量はできるだけ少ないことが好ましいことから、酸化剤注入装置２４から注入する酸化剤の量もできるだけ少ないことが好ましい。これらのことを考慮すると、還元剤注入装置２７から還元剤を注入する直前の海水中の残留塩素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ〜１ｍｇ／Ｌ程度になるような、酸化剤の注入量とすることが好ましい。
【００２４】
また、酸化剤注入装置２４から酸化剤を注入する際、酸化剤は、連続的に注入されてもよく間欠的に注入されてもよいが、間欠的に注入されることが好ましい。このようにすることにより、耐塩素性微生物の繁殖をより確実に抑制することができる。酸化剤を間欠的に注入するとき、具体的な注入のタイミングは特に制限されないが、たとえば、１日あたり１時間〜４時間、注入した直後の海水中の残留塩素濃度が３ｍｇ／Ｌ〜５ｍｇ／Ｌとなるように、酸化剤を間欠的に注入することが好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態における残留塩素濃度は、単位容積あたりの海水中の次亜塩素酸イオンを構成する塩素原子の質量であり、式［塩素原子（ｍｇ）／海水（Ｌ）］により算出される値である。塩素原子の質量は、後記する残留塩素検出装置２５により測定可能であり、海水量は、酸化剤注入装置２４に接続された流量センサ２４ａにより測定可能である。
【００２６】
残留塩素検出装置２５は、酸化剤が注入され、逆浸透膜２２に供給される海水中の残留塩素量を検出するものである。残留塩素検出装置２５には、海水の流路上に設けられた検出部２５ａが接続されている。残留塩素検出装置２５としては、具体的には例えば、ポーラログラフを使用した測定装置、ジエチルパラフェニレンジアミン（ＤＰＤ）を使用した吸光度測定装置等が挙げられる。
【００２７】
残留塩素の検出方法としては、オンライン及びオフラインのいずれであってもよい。また、これらを用いた具体的な検出方法としては、例えば自動で取水して、検出装置に供するようにすることができる。また、作業員が手動で取水して、検出装置に供するようにすることもできる。なお、残留塩素検出装置２５により検出された残留塩素量は、後記する演算制御装置３０により取得される。
【００２８】
ｐＨ調整剤注入装置２６は、逆浸透膜２２に供給される海水のｐＨが所定値になるように、ｐＨ調整剤を注入するものである。ｐＨ調整剤注入装置２６には、海水の流路上に設けられた検出部２６ａが接続されている。また、ｐＨ調整剤注入装置２６は、ｐＨ調整剤を貯留するタンク、このタンクから海水にｐＨ調整剤を注入するための配管、この配管を介して所定量のｐＨ調整剤を注入する注入ポンプ等を備えている（いずれも図示しない）。検出部２６ａにより測定された海水のｐＨは、後記する演算制御装置３０により取得される。また、注入ポンプの駆動は、演算制御装置３０によって制御され、これにより、注入されるｐＨ調整剤の量が制御されるようになっている。
【００２９】
ｐＨ調整剤により海水のｐＨを調整することにより、海水中のスケール成分（炭酸カルシウムや硫酸カルシウム等の低溶解性の塩等）が、逆浸透膜２２の膜面に析出することを防止することができる。これにより、透過不良等の膜機能の低下を防止することができる。ｐＨ調整剤の具体例として、例えばｐＨを低下させるためには、硫酸や塩酸等の酸、ｐＨを上昇させるためには、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウム等のアルカリが挙げられる。
【００３０】
還元剤注入装置２７は、ろ過装置２１から逆浸透膜２２に供給される海水に所定量の還元剤を注入するものである。還元剤注入装置２７には、海水の流路上に、海水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位センサ２７ａが接続されている。酸化還元電位センサ２７ａにより測定された海水の酸化還元電位は、後記する演算制御部３０により取得される。これにより、酸化還元電位センサ２７ａは、通流する海水の酸化還元電位に応じて、還元剤を注入することができるようになっている。
【００３１】
また、還元剤注入装置２７は、還元剤を貯留するタンクと、このタンクから海水に還元剤を注入するための配管と、この配管を介して所定量の還元剤を注入する注入ポンプ等を備えている（いずれも図示しない）。この注入ポンプの駆動は、後記する演算制御装置３０によって制御され、これにより、注入される還元剤の量が制御されるようになっている。
【００３２】
還元剤注入装置２７によって注入される還元剤は、逆浸透膜２２に供給される海水中の酸化剤を消費（中和、不活性化）するものである。このような還元剤は、還元性が高く、逆浸透膜２２への影響が少ないものが好ましく、中でも、価格及び取扱容易性の観点から、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等が好ましい。
【００３３】
還元剤注入装置２７から注入される還元剤の注入量は、海水中の酸化剤による逆浸透膜２２への影響が殆ど無い量とすることが好ましい。具体的には、例えば、逆浸透膜２２に供給される海水の酸化還元電位が、外部から取水する海水の酸化還元電位と同程度にできる量とすることが好ましい。注入量の具体例として、還元剤の量は、前記した酸化剤注入装置２４から注入される酸化剤の量に対して、例えば１倍当量以上、また、例えば１０倍当量以下、好ましくは５倍当量以下とする。（「当量」については後記する）。これにより、より確実に、酸化剤による逆浸透膜２２への影響を抑制することができる。
【００３４】
ここで、酸化剤注入装置２４から注入される酸化剤、及び、前記還元剤注入装置２７から注入される還元剤の当量について説明する。酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を用い、還元剤として亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ３）を用いる場合、これらの酸化還元反応は、次式（１）に示す反応式に従う。
ＮａＣｌＯ＋ＮａＨＳＯ３→ＮａＨＳＯ４＋ＮａＣｌ  ・・・・・式（１）
【００３５】
つまり、次亜塩素酸ナトリウム１ｍｏｌ（７４．４４ｇ）に対して、亜硫酸水素ナトリウム１ｍｏｌ（１０４．０６ｇ）が反応する。また、次亜塩素酸ナトリウム１ｍｏｌに含まれる塩素（Ｃｌ）は３５．４５ｇである。従って、「残留塩素濃度」が１ｍｇ／Ｌの海水１Ｌに亜硫酸水素ナトリウム（還元剤）を１倍当量注入することは、（１０４．０６／３５．４５）≒２．９ｍｇの亜硫酸水素ナトリウムを注入することを意味する。以下、本明細書において、「当量」と記載した場合には、同様の計算式によって算出される値が用いられるものとする。
【００３６】
演算制御装置３０は、重金属イオン検出装置２３からの重金属イオン濃度、酸化剤注入装置２４からの流量、残留塩素検出装置２５により検出された残留塩素量、ｐＨ調整剤注入装置２６からのｐＨ、還元剤注入装置２７からの酸化還元電位を取得するものである。また、演算制御装置３０は、図示しない記憶装置を備えており、必要に応じて、得られたデータや予め記憶されたデータが格納されるようになっている。
【００３７】
また、演算制御装置３０は、前記の取得値に基づいて、各装置を制御するようにもなっている。具体的には、演算制御装置３０は、後記する手順に従って、重金属イオン濃度と、ｐＨと、酸化還元電位とに基づいて、還元剤注入量を制御するようになっている。制御の具体的な方法は後記する。
【００３８】
なお、演算制御装置３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を備え、ＲＯＭに展開されている所定のプログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。
【００３９】
〔作用〕
図２は、第１実施形態において還元剤注入量を決定する際のフローチャートである。以下、図２等を参照しながら、図１における還元剤の注入量を決定する際の方法を説明する。
【００４０】
まず、演算制御装置３０は、重金属イオン検出装置２３から、海水中の重金属イオン濃度を取得する（ステップＳ１０１）。また、演算制御装置３０は、流量センサ２４ａにより測定された流量と残留塩素検出装置２５からの残留塩素量とに基づき、残留塩素濃度を取得する（ステップＳ１０２）。さらに、演算制御装置３０は、ｐＨ調整剤注入装置２６からの海水のｐＨを取得する（ステップＳ１０３）。
【００４１】
そして、演算制御装置３０は、海水中の残留塩素を除去するために必要となる還元剤注入量の最小値（還元剤最小注入量）を算出する（ステップＳ１０４）。なお、この「還元剤最小注入量」は、ステップＳ１０２で取得した残留塩素濃度と１倍当量（前記「還元剤注入装置２７」の説明の記載を参照）で反応する還元剤の注入量である。
【００４２】
次いで、演算制御装置３０は、薬剤注入コストが最小になるように、ｐＨ調整剤注入装置２６によるｐＨ調整剤注入量の目標値（ｐＨ調整剤目標注入量）と、還元剤注入装置２７による還元剤注入量の目標値（還元剤目標注入量）とを決定する（ステップＳ１０５）。
【００４３】
ここで、「ｐＨ調整剤目標注入量」及び「還元剤目標注入量」は、海水にｐＨ調整剤及び還元剤を注入したときに発生する残留塩素による逆浸透膜への影響が殆ど無いときの、ｐＨ調整剤及び還元剤の注入量である。具体的には、海水にｐＨ調整剤及び還元剤を注入したときの海水の酸化還元電位が、外部から取得される海水の酸化還元電位と同程度になるときの、ｐＨ調整剤及び還元剤の注入量である。よって、本実施形態では、酸化還元電位センサ２７ａにより測定された海水の酸化還元電位に基づいて、還元剤の注入量が制御されるともいえる。
ステップＳ１０５における決定方法について、図３を参照しながら詳細に説明する。
【００４４】
図３は、種々の海水のｐＨ及び重金属濃度に対応する、還元剤注入量と残留塩素発生量との関係を示すグラフである。図３は、海水中の重金属イオン濃度［μｇ／Ｌ］と、海水のｐＨと、海水に注入する還元剤注入量［ｍｇ／Ｌ］と、還元剤を海水に所定の注入量で注入した際の残留塩素発生量［ｍｇ／Ｌ］との関係を示すグラフである。図３は、本発明者らの実験により得られたグラフであり、ステップＳ１０４において決定された還元剤最小注入量が１０ｍｇ／Ｌであるとしている。
【００４５】
図３に示すように、残留塩素発生量は、海水への還元剤注入量のほかにも、海水のｐＨ等によっても異なる。また、図３では、重金属イオン濃度が１００μｇ／Ｌの場合のグラフを示しているが、このグラフは海水中の重金属イオン濃度によっても異なり、演算制御装置３０の記憶部は、重金属イオン濃度が異なる複数のグラフ（例えば１００μｇ／Ｌ、３００μｇ／Ｌ及び５００μｇ／Ｌの３つのグラフ）を記憶している。なお、例えば１００μｇ／Ｌのグラフ、３００μｇ／Ｌのグラフ及び５００μｇ／Ｌのグラフ以外の記憶されていない重金属イオン濃度とｐＨについては、周知の線形補間法によって残留塩素発生量と還元剤注入量との関係が導出可能である。
【００４６】
本実施形態では、薬剤注入コストが最小となるように、ｐＨ調整剤及び還元剤を注入する。そこで、演算制御装置３０は、次式（２）を用いて、薬剤注入コストが最小となる「還元剤目標注入量」と「ｐＨ調整剤目標注入量」を演算する。なお、「還元剤目標注入量」は、ステップＳ１０４で求めた「還元剤最小注入量」以上の値である。
（薬剤注入コスト）＝（ｐＨ調整剤目標注入量）×（単位量当たりのｐＨ調整剤コスト）＋（還元剤目標注入量）×（単位量当たりの還元剤コスト）  ・・・式（２）
【００４７】
この点をより具体的に説明する。例えば、ステップＳ１０１で取得した海水中の重金属イオン濃度が１００μｇ／Ｌ、ステップＳ１０３で取得した海水のｐＨが８、ステップＳ１０４で算出した還元剤注入量（還元剤最小注入量）が１０ｍｇ／Ｌの場合を考える（図３のケース０の位置）。
【００４８】
図３において、「還元剤目標注入量」が１０ｍｇ／Ｌである場合は、ｐＨを６にするように「ｐＨ調整剤目標注入量」を設定すれば、発生する残留塩素量による逆浸透膜への影響が殆どないことになる（ケース１）。また、ｐＨを８のままで、還元剤注入量（還元剤目標注入量）を５０ｍｇ／Ｌに設定しても、同様である（ケース２）。さらには、ｐＨを６．５にするように「ｐＨ調整剤目標注入量」を設定し、還元剤注入量（還元剤目標注入量）を３０ｍｇ／Ｌに設定しても、同様である（ケース３）。
【００４９】
また、図３に示すように、重金属イオン濃度１００μｇ／Ｌの条件下では、ｐＨが５以下では、還元剤注入量によらず、残留塩素発生量は逆浸透膜に影響のない量になることがわかる。
【００５０】
以上の図３と前記の式（２）に基づき、薬剤注入コストが最小となる、ｐＨ調整剤目標注入量及び還元剤目標注入量を決定する。
【００５１】
そして、演算制御部３０は、ｐＨ調整剤の注入量が決定したｐＨ調整剤目標注入量になるように、ｐＨ調整剤注入装置のポンプの駆動を制御する（ステップＳ１０６）。それに加えて、演算制御部３０は、還元剤の注入量が決定した還元剤目標注入量になるように、還元剤注入装置のポンプの駆動を制御する（ステップＳ１０７）。これにより、第１実施形態の海水淡水化システム１００における、薬剤注入制御が完了する。
【００５２】
〔効果〕
図３等に示したように、海水中の重金属イオン濃度やｐＨが変化すると、還元剤注入量が同じ量であっても、残留塩素の発生量が変化する。しかしながら、前記のような、第１実施形態の海水淡水化システム１００における薬剤注入制御によれば、重金属イオンの濃度が種々変化しうる海水であっても、残留塩素の発生量を許容可能なレベルまで抑制し、より確実に逆浸透膜２２の劣化を防止することができる。特に、逆浸透膜２２としてポリアミド系膜を用いる場合、残留塩素による劣化が進行し易いため、本実施形態の海水淡水化システム１００は特に好適である。
【００５３】
さらには、海水淡水化システム１００においては、単に逆浸透膜２２の劣化を防止するだけではなく、薬剤注入コストを考慮して、ｐＨ調整剤及び還元剤を注入している。そのため、ｐＨ調整剤及び還元剤の注入量が必要最小限となり、残留塩素の発生による逆浸透膜２２の劣化を抑制しつつ、運転コストを削減することができる。
【００５４】
［２．第２実施形態］
次に、図４〜図６を参照しながら、第２実施形態の海水淡水化システム２００における薬剤注入制御について説明する。なお、図４において、前記の図１に示す第１実施形態の海水淡水化システム１００と同じものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図４は、第２実施形態の海水淡水化システム２００の系統図である。海水淡水化システム２００においては、第１実施形態の海水淡水化システム１００とは異なり、残留塩素検出装置２５及び検出部２５ａが設けられておらず、図２に示したフローとは異なる制御で、還元剤注入量が制御される。
【００５６】
以下、還元剤の注入量制御を、図５を参照しながら説明する。なお、図２に示すフローと同様の部分のステップの詳細な説明は省略する。
【００５７】
図５は、第２実施形態において還元剤注入量を決定する際のフローチャートである。演算制御装置３０の記憶部には、注入された酸化剤の量に対応させて、注入する還元剤の量（還元剤基準注入量）が記憶されている。そこで、演算制御装置３０は、まず、海水流量に応じて注入される酸化剤注入量に対応する「還元剤基準注入量」を、記憶部から取得する（ステップＳ２０１）。この「還元剤基準注入量」は、前記のように、注入された酸化剤の例えば１倍当量以上であり、例えば１０倍当量以下、好ましくは５倍当量以下である。
【００５８】
そして、演算制御装置３０は、図２のステップＳ１０１及びステップＳ１０３と同様にして、海水中の重金属イオン濃度を取得し（ステップＳ２０２）、海水のｐＨを取得する（ステップＳ２０３）。
【００５９】
次いで、演算制御装置３０は、第１実施形態において説明した図３のグラフを参照し、ステップＳ２０１で取得した「還元剤基準注入量」（還元剤注入量）と、ステップＳ２０２で取得した重金属イオン濃度と、ステップＳ２０３で取得したｐＨとに基づき、残留塩素発生量を決定する（ステップＳ２０４）。そして、演算制御装置３０は、ステップＳ２０４において決定された残留塩素発生量の１倍当量となる還元剤注入量（還元剤追加注入量）を算出する（ステップＳ２０５）。なお、この「還元剤注入量（還元剤追加注入量）」は、海水にｐＨ調整剤及び還元剤を注入したときに発生する残留塩素量による逆浸透膜２２への影響が殆ど無い、還元剤の注入量である。具体的には、海水にｐＨ調整剤及び還元剤を注入したときの海水の酸化還元電位が、外部から取得される海水の酸化還元電位と同程度になるときの、還元剤の注入量である。よって、本実施形態では、酸化還元電位センサ２７ａにより測定された海水の酸化還元電位に基づいて、還元剤の注入量が制御されるともいえる。
【００６０】
その後、演算制御装置３０は、ステップＳ２０１で取得した「還元剤基準注入量」に、ステップＳ２０５で算出した「還元剤追加注入量」を加えて、「還元剤目標注入量」を算出する（ステップＳ２０６）。即ち、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０６において、還元剤の注入量についての基準値（還元剤基準注入量）が、図３等に基づいて、各条件を考慮して決定された注入量（還元剤目標注入量）に補正されていることになる。
【００６１】
そして、演算制御装置３０は、還元剤注入装置２７からの還元剤注入量が、ステップＳ２０６で算出した「還元剤注入量目標値」となるように、還元剤注入装置２７を制御する（ステップＳ２０７）。
【００６２】
ステップＳ２０７における還元剤注入装置２７の制御後、演算制御装置３０は、還元剤注入装置２７から酸化還元電位を取得する（ステップＳ２０８）。そして、演算制御装置３０は、予め記憶部に記憶された、逆浸透膜に殆ど影響がない程度の酸化剤濃度に相当する酸化還元電位（酸化還元電位目標値。例えば流入する海水の酸化還元電位と同程度）と、ステップＳ２０８で算出した酸化還元電位とを比較し、取得された酸化還元電位が、酸化還元電位目標値以下であるかを判定する（ステップＳ２０９）。
【００６３】
このステップＳ２０９の判定の結果、取得された酸化還元電位が酸化還元電位目標値以下であれば（Ｙｅｓ方向）、酸化剤による逆浸透膜２２への影響は許容範囲内であるとして、還元剤注入量の変更制御が終了する。一方で、取得された酸化還元電位が酸化還元電位目標値を上回っていれば（Ｎｏ方向）、酸化還元電位を「酸化還元電位目標値」にまで低下させるため、演算制御装置３０は、還元剤補充注入量を決定する（ステップＳ２１０）。還元剤補充注入量の決定方法について、図６を参照しながら説明する。
【００６４】
図６は、第２実施形態において還元剤補充注入量を決定する際に参照するグラフである。図６に示すグラフは、海水の酸化還元電位［ｍＶ］と、還元剤補充注入量［ｍｇ／Ｌ］と、の関係を示している。このグラフは本発明者らの実験により得られたものであり、予め実験等により決定され、演算制御装置３０の記憶部に記憶されている。
【００６５】
演算制御装置３０は、ステップＳ２０８において測定された酸化還元電位が例えばＥ１［ｍＶ］である場合、図６に基づいて、還元剤補充注入量をＭ１［ｍｇ／Ｌ］であると決定する。そして、演算制御装置３０は、ステップＳ２０６において算出された還元剤目標注入量に対して、ステップＳ２１０において決定された還元剤補充注入量を加えることで、補正後の還元剤目標注入量を算出する（ステップＳ２１１）。その後は、ステップＳ２０７〜ステップＳ２０９が繰り返され、制御が完了する。これらのように、ステップＳ２０８〜ステップＳ２１１において、還元剤注入装置２４のポンプを制御する際の指標である「還元剤注入量目標値」の補正が行われることになる。
【００６６】
〔効果〕
以上説明した第２実施形態の海水淡水化システム２００によれば、前記の海水淡水化システム１００と同様の効果が得られる。特に、海水淡水化システム２００においては、前記の海水淡水化システム１００とは異なり、残留塩素検出装置２５が設けられていない。そのため、残留塩素検出装置２５の設置コストや運転コストを削減することができる。
【００６７】
［３．変形例］
以上、本実施形態を２つの実施形態を挙げて説明したが、本実施形態は前記の内容に何ら制限されるものではない。即ち、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。
【００６８】
例えば、本実施形態の水処理システムは、海水淡水化システムに何ら限定されず、例えば、被処理水としての海水に代えて、重金属イオンを含みうる油田随伴水、かん水等に対しても摘要可能である。即ち、本実施形態の水処理システムは、逆浸透膜によって被処理水から淡水を得る（還元すれば、イオンを除去する）系において、どのような被処理水であっても好適である。
【００６９】
また、各装置の配置は、被処理水が通流する流路上に設けられている逆浸透膜装置の上流側にｐＨ測定装置及び酸化還元電位測定装置が設けられていれば、適宜に変更することができる。また、必要に応じて、任意の装置を付加したり、転換したり、削除したりしてもよい。
【００７０】
例えば、図示の例では、重金属イオン検出装置２３は最上流（具体的には、酸化剤注入装置２４の上流側）に設けられ、酸化剤注入装置２４により酸化剤が注入される前の海水中の重金属イオン濃度を検出するようになっているが、重金属イオン検出装置２３は、例えばろ過装置２１とｐＨ調整剤注入装置２６との間に設けられるようにしてもよい。このように配置した場合、主な各装置の具体的な配置順としては、上流側から、酸化剤注入装置２４、ポンプ４１、ろ過装置２１、重金属イオン検出装置２３、ｐＨ調整剤注入装置２６、還元剤注入装置２７、ポンプ４２及び逆浸透膜２２等のようになる。なお、これに、適宜、残留塩素検出装置２５を組み合わせることもできる。
【００７１】
また、前記の各実施形態においては、前処理装置としてろ過装置２１を設けたが、前処理装置はこれに限られず、どのようなものであってもよい。また、被処理水の種類（例えば濁度等）によっては、前処理装置自体が設けられなくてもよい。
【００７２】
さらに、図３や図６においてグラフを示したが、これらは表や計算式等の形態にて記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
２１  ろ過装置（前処理装置）
２２  逆浸透膜（逆浸透膜装置）
２３  重金属イオン検出装置
２４  酸化剤注入装置
２５  残留塩素検出装置
２６  ｐＨ調整剤注入装置（ｐＨ測定装置、ｐＨ調整剤注入装置）
２７  還元剤注入装置（酸化還元電位測定装置）
３０  演算制御装置
１００  海水淡水化システム（水処理システム）
２００  海水淡水化システム（水処理システム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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