(57)【要約】【課題】それぞれの圧力容器での回収率を容易に同程度に制御可能な水処理システムを提供する。【解決手段】水のろ過処理を行う膜モジュール２２と、膜モジュール２２が収容される圧力容器２１と、膜モジュール２２においてろ過処理されて得られた透過水を排出する透過水用配管２３と、膜モジュール２２を収容した圧力容器２１が複数備えられ、複数の圧力容器２１のそれぞれに収容された膜モジュール２２にろ過処理される供給水が供給されるように、圧力容器２１を並列に接続する供給水用配管２１ｈと、透過水用配管２３に設けられ、圧力容器２１に供給された供給水のうち、ろ過処理が行われずに排出された供給水残部のイオン濃度に基づき制御される、透過水用配管２３を通流する透過水の流量を制御する流量調整手段２５と、を備える。【選択図】図２
2014172010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水のろ過処理を行う膜モジュールと、
前記膜モジュールが収容される圧力容器と、
前記膜モジュールにおいてろ過処理されて得られた透過水を排出する透過水用配管と、
前記膜モジュールを収容した前記圧力容器が複数備えられ、前記複数の圧力容器のそれぞれに収容された前記膜モジュールにろ過処理される供給水が供給されるように、前記圧力容器を並列に接続する供給水用配管と、
前記透過水用配管に設けられ、前記圧力容器に供給された供給水のうち、ろ過処理が行われずに排出された供給水残部のイオン濃度に基づき制御される、前記透過水用配管を通流する透過水の流量を制御する流量調整手段と、を備えることを特徴とする、水処理システム。
【請求項２】
前記複数備えられる圧力容器のうちの最上流の圧力容器から排出された前記供給水残部のイオン濃度を測定する第一測定手段と、
前記複数の圧力容器のそれぞれから排出された前記供給水残部が合流して得られる供給水残部のイオン濃度を測定する第二測定手段と、を備え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】
前記複数備えられる圧力容器のうちの最上流の圧力容器から排出された前記供給水残部を外部に取水可能な第一取水口と、
前記複数の圧力容器のそれぞれから排出された前記供給水残部が合流して得られる供給水残部を外部に取水可能な第二取水口と、を備え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】
前記第一測定手段及び前記第二測定手段によりイオン濃度を測定し、測定されたイオン濃度に基づいて、前記流量制御手段を制御する演算制御部を備えることを特徴とする、請求項２に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記複数の圧力容器が前記供給水用配管によって並列に接続されて圧力容器群を構成し、前記圧力容器群は複数備えられ、
前記複数の圧力容器群は、供給水が通流する別の供給水用配管に対して並列に接続され、
前記複数の圧力容器群のそれぞれを構成する前記圧力容器の数は同数であり、隣接する前記圧力容器群を構成する前記圧力容器の透過水排出側では、隣接する前記圧力容器同士が、前記複数の圧力容器群を跨って前記透過水用配管により接続され、
隣接する前記圧力容器同士を接続する透過水用配管には、前記流量調整手段が備えられてい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。
【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】
逆浸透膜等の膜を備える膜モジュールを用いて、例えば海水等をろ過して淡水を得る技術が知られている。このような膜モジュールは、例えば圧力容器に収容されて使用される。海水から淡水を得る技術においては、逆浸透膜を備える圧力容器に海水（供給水）が供給され、膜処理される（逆浸透膜を透過させる）ことで、淡水（透過水）が得られる。一方で、膜処理されなかった（即ち、逆浸透膜を透過しなかった）海水の残部は、イオンを含む濃縮水として外部に排出される。
【０００３】
複数の圧力容器が接続された水処理システムにおいては、水処理システム全体の回収率（供給水量に対する透過水量の割合）をできるだけ大きくしたいという要望がある。しかしながら、システム全体の回収率（以下、「システム回収率」という）とそれぞれの圧力容器での回収率とは通常は相関せず、回収率には、通常、圧力容器毎にバラツキが生じている。そのため、システム回収率を単に大きくしようとすると、回収率が極端に大きくなる圧力容器が発生することがある。このような圧力容器においては、透過水量の増加に伴って濃縮水中のイオン濃度が上昇し、金属等の無機物質が膜表面に析出して通流を阻害することがある。この現象は、所謂スケーリングと呼称される。
【０００４】
そこで、圧力容器毎の回収率を同程度として、システム回収率を上昇させたときに、極端に回収率が大きくなる圧力容器の発生を抑制する試みが為されている。例えば、非特許文献１には、圧力容器同士を接続する配管を、供給水側では下流ほど径を小さく、濃縮水側では下流ほど径を大きくすることが記載されている。これにより、圧力容器間での回収率のバラツキが抑制されるようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Desalination and Water Treatment、Vol.5(2009)、pp.192-197.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それぞれの圧力容器における回収率を同程度すると、システム回収率は、それぞれ圧力容器の回収率と略一致する。そのため、非特許文献１に記載の技術において、圧力容器同士を接続する配管の径は、通常は、システム回収率によって決定される。
【０００７】
しかしながら、あるシステム回収率となるように設定された配管を備えるシステムにおいて、システム回収率を新たな設定値に変更すれば、通常は、それぞれの圧力容器での回収率は単純には追従して変化しない。従って、システム回収率を変更すると、それぞれの圧力容器において回収率にバラツキが生じることがある。そして、回収率にバラツキが生じれば、前記のようなスケーリングが発生し、膜処理が停止してしまうことがある。
【０００８】
また、システム回収率が変更されるたびに配管径を再設定し、新たに配管を接続し直せば、それぞれの圧力容器における回収率を同程度とすることもできるが、配管を接続し直すためには手間と労力がかかる。また、接続し直している間はシステムを停止しなければならず、処理時間等のロスが大きくなる。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、それぞれの圧力容器での回収率を容易に同程度に制御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】
【００１０】
本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、膜処理が行われなかった供給水の残部のイオン濃度に基づいて、膜処理が行われた透過水の流量を制御す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】
【００１１】
本発明によれば、それぞれの圧力容器での回収率を容易に同程度に制御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】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る海水淡水化プラントの系統図である。
【図２】本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットの内部構造を示す図である。
【図３】本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットにおける、各圧力容器における（ａ）流量、（ｂ）濃縮水のイオン濃度、及び（ｃ）回収率を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットの変形例である。
【図５】本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットの変形例を示す図であり、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、及び（ｃ）背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を適宜参照しながら、本実施形態に係る水処理システムについて説明する。なお、以下の説明は本発明を実施するための一例であり、本発明は以下の内容に何ら制限されるものではない。
【００１４】
＜従来の技術が有していた課題＞
本実施形態に係る水処理システムを説明するために、はじめに、本実施形態に係る水処理システムが解決する課題について、さらに詳細に説明する。
【００１５】
水処理の手法において、膜モジュールへ供給する供給水（未処理水）を部分的に膜透過させるクロスフローろ過と呼ばれる手法がある。膜を透過して供給水に対して溶質が低下した水は透過水（ろ過水、処理水）と呼ばれる。また、膜を透過しなかった水（供給水残部）は、供給水に比べて溶質濃度が大きいため、濃縮水と呼ばれる。
【００１６】
特にクロスフローろ過の水処理システムにおいては、回収率をできるだけ大きくしたいという要求がある。これは、所定の透過水流量を得る場合に回収率が大きいと供給水流量が小さくて済み、膜モジュールへの流入前に供給水を浄化する前処理の設備規模が小さくなって、設備コストが小さくなるためである。ただし、前記のように、回収率が大きいと濃縮水のイオン濃度（無機物質等）が高くなり、スケーリングが生じやすくなる。スケーリングが生じると膜が閉塞して透過水が得られなくなるため、回収率は、スケーリングが生じる値以上に大きくすることが難しい。
【００１７】
水処理システムの設計においては、通常、供給水のイオン濃度に基づいて、システム全体の回収率が決定される。ただし、膜モジュールが収容された圧力容器が複数並列に接続されたシステムでは、前記のように、圧力容器毎の回収率にはバラツキが生じており、システム回収率に一致しない。
【００１８】
例えば、逆浸透膜を用いた海水淡水化システムの場合を例として、圧力容器毎の回収率にバラツキが生じる理由を説明する。
逆浸透膜を透過する透過水の流量Ｑｐは、以下の式（１）で表される。
【数１】
2014172010.tif 000003
【００１９】
式（１）中、Ａは逆浸透膜固有の比例定数、Ｐｆは供給水の圧力、ｄＰは供給水と濃縮水との差圧、Ｐｐは透過水の圧力、ｄΠは供給水の浸透圧、Ｓは逆浸透膜の面積である。一般的な海水淡水化システムの運転条件の例として、供給水の圧力Ｐｆは６ＭＰａ程度、供給水と濃縮水の差圧ｄＰは０．１ＭＰａ程度、透過水の圧力Ｐｐは０．１ＭＰａ程度、供給水の浸透圧ｄΠは２ＭＰａ程度である。
【００２０】
圧力容器の側面に配管を設置して各圧力容器を接続するサイドポート接続方式において、圧力容器同士を接続する配管（以下、「サイドポート配管」という）による圧力損失により、それぞれの供給水圧力に０．０１ＭＰａ程度の差がある。しかし、この圧力差は、供給水圧力Ｐｆの絶対値に対して無視できるほど小さい。従って、式（１）より、各圧力容器の透過水流量は同程度と考えることができる。
【００２１】
一方で、各圧力容器への供給水の流量は、各膜モジュールの供給水と濃縮水との差圧と、サイドポート配管による圧力容器間の圧力差とによって、決定される。各圧力容器の供給水と濃縮水との差圧ｄＰは０．１ＭＰａ、サイドポート配管による圧力容器間の圧力差が０．０１ＭＰａ程度であることから、差圧ｄＰに対して圧力差は無視できないほど大きい。そのため、各圧力容器への供給水流量は、数パーセント〜数十パーセントのバラツキが生じることが多い。
【００２２】
このように、透過水量は同程度であるものの供給水流量にバラツキがあるため、透過水と供給水との比である回収率には圧力容器毎にバラツキが生じ、前記したような課題が生じることになる。
【００２３】
そこで、本実施形態においては、透過水の流量を制御するようにしている。この時の指標として、濃縮水に含まれるイオン濃度（導電率）を利用している。これにより、各圧力容器で、回収率を略同程度にすることができる。以下、図面に即して、本実施形態に係る水処理システムを、海水淡水化システムを例に挙げて説明する。
【００２４】
＜構成＞
図１は、本実施形態に係る海水淡水化プラントＰの系統図である。海水淡水化プラントＰは、海から海水を汲み上げる取水部１Ａと、汲み上げた海水中の粒子（異物等）や比較的分子量の大きい有機物等を除去する前処理部１Ｂと、前処理部１Ｂを通過した海水から主にイオン等を除去する脱塩部１Ｃとを備えている。
【００２５】
取水部１Ａは、海から海水を汲み上げるものである。汲み上げられた海水は、後記する前処理部１Ｂに送液されるようになっている。取水部１Ａは、海から海水を汲み上げる取水ポンプ１１１と、汲み上げた海水を貯留する取水タンク１１２とを備えている。
【００２６】
前処理部１Ｂは、汲み上げた海水から、粒子（異物等）や比較的分子量の大きい有機物等を除去するものである。これらが除去された海水は、後記する脱塩部１Ｃに送液されるようになっている。前処理部１Ｂは、汲み上げた海水を供給する複層ろ過モジュール用ポンプ１２１と、供給される海水を２層以上でろ過する複層ろ過モジュール１２２と、複層ろ過した海水を後段に供給する限外ろ過膜モジュール用ポンプ１２３とを備えている。さらに、前処理部１Ｂは、複層ろ過後の海水を限外ろ過膜でろ過処理する限外ろ過膜モジュール１２４と、限外ろ過膜モジュール１２４を透過した前処理後の海水を貯留する脱塩部供給水用タンク１２５とを備えている。
【００２７】
脱塩部１Ｃは、前処理部１Ｂにおいて処理された後の海水からイオン（ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオン等）を除去するものである。汲み上げられた海水が脱塩部１Ｃにおいて処理されることにより、淡水が得られるようになっている。脱塩部１Ｃは、前処理後の海水（供給水ｗ１）を高圧で逆浸透ユニットＵ１（具体的な構造については、図２を参照しながら後記する）に供給する高圧ポンプ１３１と、前処理後の高圧の海水を逆浸透させ淡水化する複数の逆浸透膜モジュール（膜モジュール）を有する逆浸透ユニットＵ１と、逆浸透ユニットＵ１を透過してイオン濃度が下がった透過水ｗ２を貯留する透過水タンク１３５とを備えている。加えて、脱塩部１Ｃは、逆浸透ユニットＵ１を透過せずイオン濃度が上昇した濃縮水ｗ３を貯留する濃縮水タンク１３４と、濃縮水タンク１３４に流入する濃縮水がもつエネルギを回収し逆浸透ユニットＵ１への供給水ｗ１を昇圧するためのエネルギとする動力回収装置１３３とを備えている。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る海水淡水化プラントＰに備えられる逆浸透ユニットＵ１の内部構造を示す図である。図２においては、図示の便宜上、部材の厚さや大きさを、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変形して示している。図２に示す逆浸透ユニットＵ１は、供給水ｗ１が圧力容器の側面に設けられたポートから供給される、所謂サイドポート型の圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ（２１）を備えて構成されるものである。
【００２９】
前処理部１Ｂ（図１参照）において処理された海水は、供給水ｗ１として、供給水用配管２９を通流し、逆浸透ユニットＵ１の圧力容器２１ａに供給される。そして、供給された供給水ｗ１のうちの一部（供給水ｗ１ａ）は、圧力容器２１ａ内を通流して、透過水（淡水）ｗ２ａと濃縮水（供給水残部；即ち、膜処理されずに残った供給水であり、濃縮されたイオンを含む水）ｗ３ａとに分離される。また、供給水ｗ１ａのうちの残部は、供給水用サイドポート配管２１ｈ（供給水用配管）を通流して、圧力容器２１ｂ，２１ｃに供給され、それぞれの圧力容器２１ｂ，２１ｃにおいても、透過水ｗ２ｂ，ｗ２ｃと濃縮水ｗ３ｂ，ｗ３ｃとに分離される。
【００３０】
即ち、これらのことをまとめると、供給水用サイドポート配管２１ｈ及び供給水用配管２９は、逆浸透膜モジュール２２を収容した圧力容器２１が複数備えられ、複数の圧力容器２１のそれぞれに収容された逆浸透膜モジュール２２にろ過処理される供給水が供給されるように、圧力容器２１を並列に接続するものである。
【００３１】
本実施形態においては、圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、同じ部材を備え、同じ性能を有するものである。従って、以下の説明においては、主に圧力容器２１ａを例に、圧力容器２１の説明を行うものとする。
【００３２】
圧力容器２１ａには、水のろ過処理を行う略円筒形状の逆浸透膜モジュール２２ａ（２２）（膜モジュール）と、逆浸透膜モジュール２２ａ内に形成される集水管２３ａ（２３）（透過水用配管）とが収容されて備えられている。圧力容器２１ａに供給された供給水ｗ１は、はじめに、逆浸透膜モジュール２２ａに供される。そして、逆浸透膜モジュール２２ａにおいて、供給水ｗ１ａとしての海水が膜処理されて脱塩され、得られた透過水ｗ２ａとしての淡水は、集水管２３ａを通流して、圧力容器２１ｂ，２１ｃから排出された透過水ｗ２ｂ，ｗ２ｃとともに透過水用配管２４に合流され、外部に透過水ｗ２として排出されるようになっている。即ち、集水管２３と透過水用配管２４とは、逆信用膜モジュール２２ａにおいてろ過処理されて得られた透過水を排出するものである。
【００３３】
一方で、逆浸透膜モジュール２２ａに供給された供給水ｗ１ａ中のイオンは、透過水ｗ２ａの生成に伴って濃縮される。そして、濃縮されたイオンを含む水（濃縮水ｗ３ａ）は、圧力容器２１ｂ，２１ｃから排出された濃縮水ｗ３ｂ，ｗ３ｃとともに、濃縮水ｗ３として、濃縮水用サイドポート配管２８ａ及び濃縮水用配管２８ｂを通じて外部に排出される。
【００３４】
本明細書においては説明を省略するが、前記のように、圧力容器２１ｂ，２１ｃも圧力容器２１ａと同様の構成を有している。ただし、本実施形態においては、圧力容器２１ａから排出される濃縮水中のイオン濃度を測定する導電率センサ２６ａ（２６）（第一測定手段）が備えられている。即ち、導電率センサ２６ａは、複数備えられる圧力容器２１のうちの最上流の圧力容器２１ａから排出された供給水残部（即ち濃縮水ｗ３ａ）の導電率を測定し、測定された導電率に基づいてイオン濃度を測定するものである。
【００３５】
導電率センサ２６ａは、圧力容器２１ａの側面に、濃縮水用サイドポート配管２８ａの開口部に対向するように、取り付け治具２８ｃによって固定されている。これにより、圧力容器２１ａに特別な加工をすることなく、容易に取り付けることができる。
【００３６】
また、圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれから排出されて合流された濃縮水ｗ３中のイオン濃度を測定する導電率センサ２６ｂ（第二測定手段）が備えられている。具体的には、濃縮水用配管２８ｂの途中に、導電率センサ２６ｂ（２６）が備えられている。即ち、導電率センサ２６ｂは、複数の圧力容器２１のそれぞれから排出された供給水残部（濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃ）が合流して得られる供給水残部（濃縮水ｗ３）の導電率を測定し、測定された導電率に基づいてイオン濃度を測定するものである。
【００３７】
さらには、集水管２３ａの下流であって透過水用配管２４に合流する前の位置には、集水管２３ａを通流する透過水の流量を制御する流量を制御する流量調整バルブ２５ａ（２５）（流量調整手段）が備えられている。また、集水管２３ｂの下流側には流量調整バルブ２５ｂ（２５）（流量調整手段）が、集水管２３ｃの下流側には流量調整バルブ２５ｃ（２５）（流量調整手段）が備えられている。これらの流量調整バルブ２５ａは、導電率センサ２６ａ，２６ｂにより測定される導電率（即ちイオン濃度）に応じて制御される。具体的な制御方法は、＜作用＞において後記する。
【００３８】
これらのことをまとめると、流量調整バルブ２５は、透過水用配管（本実施形態では集水管２３）に設けられ、圧力容器２１に供給された供給水のうち、ろ過処理が行われずに排出された供給水残部（即ち濃縮水）のイオン濃度に基づき制御される、透過水用配管（本実施形態では集水管２３）を通流する透過水の流量を制御するものである。
【００３９】
なお、流量調整バルブ２５は、演算制御部５０により制御される。即ち、演算制御部５０は、導電率センサ２６ａ及び導電率センサ２６ｂにより測定された導電率を介してイオン濃度を測定し、測定されたイオン濃度に基づいて、流量調整バルブ２５を制御するものである。
【００４０】
演算制御部５０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）とを備えて構成される。演算制御部５０は、流量調整バルブ２５及び導電率センサ２６に接続されている。
【００４１】
＜作用＞
次に、図２を参照しながら説明した逆浸透ユニットＵ１における、流量調整バルブ２５ａ、２５ｂ，２５ｃの制御方法を説明する。
【００４２】
本実施形態では、演算制御部５０は、導電率センサ２６により測定された導電率に基づいて透過水流量を決定し、その流量になるように、流量調整バルブ２５が制御されている。このように流量調整バルブ２５を制御することで、それぞれの圧力容器２１での回収率を容易に同程度に制御し、圧力容器２１毎での回収率のバラツキを抑制することができる。
【００４３】
なお、イオン濃度と導電率とは比例関係にある。従って、イオン濃度は、導電率に基づいて算出可能である。よって、「導電率に基づいて透過水流量を決定」とは、「イオン濃度に基づいて透過水流量を決定」とも読み替えることができる。以下、同様である。
【００４４】
はじめに、イオン濃度とシステム回収率との関係式の導出について説明する。
【００４５】
逆浸透ユニットＵ１に供給される供給水ｗ１の流量をＱｆ、逆浸透ユニットＵ１から排出される透過水ｗ２の流量をＱｐ、逆浸透ユニットＵ１から排出される濃縮水ｗ３の流量をＱｂとする。また、供給水ｗ１中のイオン濃度をＣｆ、透過水ｗ２中のイオン濃度をＣｐ、濃縮水ｗ３中のイオン濃度をＣｂとする。そうすると、逆浸透ユニットＵ１において、供給側と排出側とで、流量とイオン質量流量（イオン濃度と流量の積）とが保存されるので、以下の式（２）及び式（３）が成立する。
【数２】
2014172010.tif 000004
【数３】
2014172010.tif 000005
【００４６】
式（３）より、濃縮水ｗ３のイオン濃度Ｃｂは、以下の式（４）により表される。
【数４】
2014172010.tif 000006
【００４７】
ここで、透過水ｗ２のイオン濃度Ｃｐは供給水ｗ１のイオン濃度Ｃｆに比べて十分に小さい。従って、式（４）は、以下の式（５）のように近似できる。
【数５】
2014172010.tif 000007
【００４８】
一方、システム回収率をＲとすると、Ｒ＝Ｑｐ／Ｑｆであるため、前記の式（２）を考慮し、以下の式（６）が得られる。
【数６】
2014172010.tif 000008
【００４９】
従って、前記の式（３）及び式（６）により、濃縮水ｗ３についてのイオン濃度Ｃｂは、以下の式（７）で表される。
【数７】
2014172010.tif 000009
【００５０】
そして、式（７）を変形して、システム回収率Ｒは、以下の式（８）で表される。
【数８】
2014172010.tif 000010
【００５１】
式（８）に示すように、システム回収率Ｒは、圧力容器２１の数によらず、供給水ｗ１のイオン濃度Ｃｆと、濃縮水ｗ３のイオン濃度Ｃｂとにより決定されることがわかる。また、前記の導出は、システム回収率Ｒとイオン濃度との関係に関するものであるが、各圧力容器２１における回収率についても、式（８）が適用可能である。
【００５２】
各圧力容器２１において、同じイオン濃度の供給水ｗ１ａ，ｗ１ｂ，ｗ１ｃ（即ち、供給水ｗ１）が供給されるため、一定である。従って、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃから排出される濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃのイオン濃度が等しいとき、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃでの回収率が同程度になることになる。ここで、濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃは、合流して濃縮水ｗ３として外部に排出される。従って、濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃのイオン濃度が等しければ、外部に排出される濃縮水ｗ３のイオン濃度もこれらと等しくなる。即ち、各圧力容器２１の回収率が同程度になるのは、外部に排出される濃縮水ｗ３のイオン濃度と、例えば濃縮水ｗ３ａのイオン濃度とが等しいときである。
【００５３】
これを言い換えると、導電率センサ２６ａにより測定される濃縮水ｗ３ａの導電率と、導電率センサ２６ｂにより測定される濃縮水ｗ３中の導電率とが同程度であれば、圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃでの回収率は同程度であると考えることができる。このとき、システム回収率は、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃの回収率と同程度と考えることができる。この知見によれば、システム回収率を任意に変更した場合でも、それに追従させて、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃの回収率を同程度に維持することができる。
【００５４】
なお、前記のように、水の導電率はイオン濃度に比例するため、導電率を測定することでイオン濃度を間接的に測定可能である。従って、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃでの回収率を実際に算出しなくても、本実施形態のように回収率の異同を決定するだけであれば、イオン濃度Ｃｆ，Ｃｐ，Ｃｂに代えて、導電率をそのまま用いることができる。従って、本実施形態においては、導電率センサ２６ａの測定値と導電率センサ２６ｂの測定値が等しくなるように流量調整バルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを制御することで、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃの回収率を同程度にすることができる。
【００５５】
流量調整バルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの調整は、どのようにしてもよい。例えば、導電率センサ２６ａにより測定された導電率が、導電率センサ２６ｂにより測定された導電率よりも大きい場合、圧力容器２１ａから排出された濃縮水ｗ３ａのイオン濃度が高いと考えることができる。そこで、このような場合には、流量調整バルブ２５ｂ，２５ｃの開度を大きくして、透過水ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量を増加させる。これにより、濃縮水ｗ３ｂ，ｗ３ｃに含まれる水分量をそれぞれ減少させることができ、濃縮水ｗ３ｂ，ｗ３ｃのイオン濃度をそれぞれ上昇させることができる。その結果、導電率センサ２６ｂにより測定される導電率を上昇させることができ、導電率センサ２６ｂにより測定される導電率を、導電率センサ２６ａにより測定される導電率と同程度とすることができる。
【００５６】
一方で、導電率センサ２６ａにより測定された導電率が、導電率センサ２６ｂにより測定された導電率よりも小さい場合、圧力容器２１ａから排出された濃縮水ｗ３ａのイオン濃度が低いと考えることができる。そこで、このような場合には、流量調整バルブ２５ａの開度を大きくして、透過水ｗ２ａの流量を増加させる。これにより、濃縮水ｗ３ａに含まれる水分量を減少させることができ、濃縮水ｗ３ａのイオン濃度を上昇させることができる。その結果、導電率センサ２６ａにより測定される導電率を上昇させることができ、導電率センサ２６ａにより測定される導電率を、導電率センサ２６ｂにより測定される導電率と同程度とすることができる。
【００５７】
流量調整バルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの開度の設定は、例えば試運転等で決定可能なグラフや表に基づいて行ってもよいし、配管や供給水等の設計値に基づいて算出される値に基づいて行ってもよい。また、導電率センサ２６ａ，２６ｂにより測定される導電率の値を監視しながら、流量調整バルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの開度を徐々に調整するようにしてもよい。
【００５８】
＜効果＞
本実施形態に係る水処理システムによれば、それぞれの圧力容器での回収率を容易に同程度に制御可能な水処理システムを提供することができる。この点を、本発明者らの検討により得られた図３を参照しながら、より具体的に説明する。
【００５９】
図３は、本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットにおける、各圧力容器における（ａ）流量、（ｂ）濃縮水のイオン濃度及び（ｃ）回収率を示すグラフである。図３中、黒塗りの記号は流量調整前、白抜きの記号は流量調整後の結果である。流量は、図２に示す逆浸透ユニットＵ１において、導電率センサ２６ａにより測定される導電率と、導電率センサ２６ｂにより測定される導電率とが略同程度になるように、制御している。
【００６０】
図３（ａ）の黒塗りの記号に示すように、透過水流量調整前は、前記のように、サイドポート配管２１ｈにおける圧力損失等により、各圧力容器２３ａ，２３ｂ，２３ｃにおける供給水ｗ１ａ，ｗ１ｂ，ｗ１ｃの流量は同程度にならず、バラツキが生じている（図３（ａ）の■参照）。同様に、各圧力容器２３ａ，２３ｂ，２３ｃにおける濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃの流量も同程度にはならず、バラツキが生じている（図３（ａ）の▲参照）。ただし、前記のように、透過水流量を特に調整しなければ、各圧力容器２３ａ，２３ｂ，２３ｃにおける透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量は同程度になる（図３（ａ）の◆参照）。
【００６１】
さらには、図３（ｂ）の黒塗りの記号に示すように、濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃのイオン濃度も、各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいて異なるものになっている（図３（ｂ）の■参照）。また、前記のように、供給水ｗ１ａ，ｗ１ｂ，ｗ１ｃの流量は同程度にはなっていないため、図３（ｃ）の黒塗りの記号に示すように、回収率も各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいてバラツキが生じている（図３（ｃ）の■参照）。
【００６２】
これに対して、図３（ａ）の白抜きの記号に示すように、同程度であった透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量を、導電率センサ２６ａにより測定される導電率と、導電率センサ２６ｂにより測定される導電率とが略同程度になるように、制御している（図３（ａ）の◇参照）。その結果、イオン濃度が同程度になるとともに（図３（ｂ）の□参照）、回収率が同程度になっている（図３（ｃ）の□参照）。
【００６３】
このように、圧力容器２１ａからの濃縮水ｗ３ａの導電率と、逆浸透ユニットＵ１から排出される濃縮水ｗ３の導電率とが同程度になるように透過水流量を制御することで、回収率を各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいて同程度とすることができる。これにより、主にサイドポート配管２１ｈに起因する各圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃでの回収率のバラツキを補正することができる。
【００６４】
そして、システム回収率に関係なく各圧力容器２１の回収率のバラツキを抑制できると、同一の配管構成のままで、システム回収率を任意に設定できる。これによって、水温、供給水濃度、膜の透過性能等の変化に応じてシステム回収率を変更できるといった、水処理プラントの柔軟な運用が可能となる。
【００６５】
また、本実施形態においては、流量調整バルブ２５は、透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流路である集水管２３の途中に設けられている。透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃに含まれるイオンの濃度は低いため、流量調整バルブ２５の材質には、高度な耐腐蝕性は必ずしも必要とされない。そのため、高度な耐腐蝕性を有する流量調整バルブを設ける必要がなく、通常の流量調整バルブを設けることで、水処理システムの信頼性やメンテナンス性を向上させることができる。
【００６６】
＜変形例＞
以上、本実施形態に係る水処理システムを実施するための形態を説明したが、本実施形態は前記の例に何ら限定されるものではない。以下、いくつか例示するが、前記のものと同じものについては同じ符号を付して説明するものとする。
【００６７】
例えば、本実施形態に係る水処理システムとしての海水淡水化システムＰに備えられる逆浸透ユニットは、図２に示す構造に限られず、例えば図４に示すような逆浸透ユニットＵ２であってもよい。
【００６８】
図４は、本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットの変形例である。図２に示すように、導電率センサ２６が設けられていると、導電率を常時測定できるため、流量制御バルブ２５を所望のときに適宜調整することができる。しかしながら、通常、流量制御バルブ２５の制御頻度は低い。従って、導電率センサ２６を設けず、透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量を制御する際に適宜導電率を測定する形態としてもよい。
【００６９】
具体的には、図４に示す逆浸透ユニットＵ２は、図２に示す逆浸透ユニットＵ１における導電率センサ２６ａ，２６ｂに代えて、濃縮水ｗ３ａを取水可能な取水口２７ａ、（２７）（第一取水口）及び、濃縮水ｗ３を取水可能な取水口２７ｂ（２７）（第二取水口）が備えられている。即ち、逆浸透ユニットＵ２においては、複数備えられる圧力容器２１のうちの最上流の圧力容器２１ａから排出された供給水残部（濃縮水ｗ３ａ）を外部に取水可能な取水口２７ａと、複数の圧力容器２１のそれぞれから排出された供給水残部（濃縮水ｗ３ａ，ｗ３ｂ，ｗ３ｃ）が合流して得られる供給水残部（濃縮水ｗ３）を外部に取水可能な取水口２７ｂと、が備えられている。取水口２７ａ，２７ｂの口径は非常に小さく、取水口２７ａ，２７ｂからの取水量は微量であるため、濃縮水ｗ３ａ及び濃縮水ｗ３等の取水量は、回収率に影響しない。
【００７０】
図４に示す逆浸透ユニットＵ２においては、濃縮水ｗ３ａの導電率及び濃縮水ｗ３の導電率は、取水口２７ａ，２７ｂを通じて濃縮水ｗ３ａ，ｗ３が取水された後、外部で測定されるようになっている。これにより、導電率センサの設置を省略することができ、設備コストを削減することができる。また、塩濃度の高い濃縮水ｗ３ａ，ｗ３に導電率センサを常に接触させておく必要が無いため、導電率センサの耐久性を向上させることができる。
【００７１】
また、他にも、図２に示す逆浸透ユニットＵ１に代えて、図５に示す逆浸透ユニットＵ３を用いてもよい。
【００７２】
図５は、本実施形態に係る海水淡水化プラントに備えられる逆浸透ユニットの変形例を示す図であり、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、及び（ｃ）背面図である。なお、図５においては、図示の簡略化のために、部材の一部を省略して示している。
【００７３】
図５（ａ）に示すように、逆浸透ユニットＵ３においては、３本の圧力容器２１が並列に接続されてなる圧力容器群３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（３１）が備えられている。これらのうち、圧力容器群３１ａは、圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより構成され、圧力容器群３１ｂは、圧力容器２１ｄ，２１ｅ，２１ｆにより構成され、圧力容器群３１ｃは、圧力容器２１ｇ，２１ｈ，２１ｉにより構成されている。即ち、逆浸透ユニットＵ３においては、備えられる圧力容器２１のうち、複数の圧力容器２１が供給水用配管（本実施形態においては供給水用サイドポート配管２１ｈ）によって並列に接続されて圧力容器群３１ａ，３１ｂ，３１ｃを構成し、圧力容器群３１は複数（本実施形態では３つ）備えられている。
【００７４】
そして、これらの圧力容器群３１は、供給水ｗ１が通流する供給水用ヘッダ管３２（供給水用配管）に対して並列に接続されている。具体的には、圧力容器群３１ａは、供給水用配管２９ａを介して、供給水用ヘッダ管３２に接続されている。また、圧力容器群３１ｂは、供給水用配管２９ｂを介して、供給水用ヘッダ管３２に接続されている。さらに、圧力容器群３１ｃは、供給水用配管２９ｃを介して、供給水用ヘッダ管３２に接続されている。
【００７５】
また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、圧力容器群３１ａ，３１ｂ，３１ｃからの濃縮水が濃縮水用ヘッダ管３３において合流可能になるように、濃縮水用ヘッダ管３３が接続されている。さらに、各圧力容器２１ａ〜２１ｉから排出される透過水が通流する透過水用配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（２４）を介して、各圧力容器２１ａ〜２１ｉは、透過水用ヘッダ管３４（透過水用配管）に接続されている。
【００７６】
ただし、各圧力容器群３１内で分岐される供給水ｗ１側とは異なり、各圧力容器群３１を跨って、透過水用配管２４が接続されている。具体的には例えば、圧力容器２１ａ，２１ｄ，２１ｇは、透過水用配管２４ａに接続され、これらの圧力容器２１ａ，２１ｄ，２１ｇから排出された透過水が合流されて、透過水用ヘッダ管３４に供給されるようになっている。
【００７７】
これらのことをまとめると、複数の圧力容器群３１のそれぞれを構成する圧力容器２１の数は同数（本実施形態では３本）であり、隣接する圧力容器群３１を構成する圧力容器２１の透過水排出側では、隣接する圧力容器２１同士（例えば圧力容器２１ｇ，２１ｄ，２１ａ）が、複数の圧力容器群３１を跨って透過水用配管２４ａにより接続されている。
他の圧力容器２１においても同様である。
【００７８】
透過水用配管２４の下流であって、透過水用ヘッダ管３４と合流する直前の位置には、各透過水用配管２４を通流する透過水の流量を制御する流量調整バルブ２５が備えられている。即ち、隣接する圧力容器２１同士を接続する透過水用配管２４には、流量調整バルブ２５が備えられている。本実施形態では、圧力容器群３１を構成する３つの圧力容器２１のそれぞれについて透過水用配管２４が接続されているため、流量調整バルブ２５も３つ備えられている。
【００７９】
供給水ｗ１側に関して、供給水ヘッダ管３２の内径は大きく、圧力損失は十分に小さい。そのため、圧力容器群３１ａ、３１ｂ、３１ｃで流れの状態（圧力損失、流量等）は同様であると考えることができる。即ち、例えば図５（ａ）において、圧力容器群３１ｃを構成する圧力容器２１ｇから圧力容器２１ｈに供給水が供給される際の圧力損失と、圧力容器群３１ｂを構成する圧力容器２１ｄから圧力容器２１ｅに供給水が供給される際の圧力損失とは、同程度と考えることができる。
【００８０】
そうすると、例えば、圧力容器群３１ｃの最上流に配置される圧力容器２１ｇから排出される濃縮水の導電率と、圧力容器群３１ａの最上流に配置される圧力容器２１ａから排出される濃縮水の導電率とは同程度であると考えることができる。また、例えば、圧力容器２１ｇから排出される透過水の流量と、圧力容器２１ａから排出される透過水の流量とも、同程度であると考えることができる。
【００８１】
従って、逆浸透ユニットＵ１と同様に、圧力容器群３１ａに設置される導電率センサ２６ａ，２６ｂの測定値が等しくなるように流量調整バルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを調整することで、逆浸透ユニットＵ３に備えられる９本の圧力容器２１の回収率を同程度にすることができる。さらには、９本の圧力容器２１の全てに流量調整バルブ２５を設ける必要がないため、設備コストの削減や逆浸透ユニットＵ３の耐久性を向上させることができる。また、流量調整バルブ２５が３つで済むため、制御が容易になる。
【００８２】
また、図４及び図５に示す変形例の他にも、例えば以下のような変形例が挙げられる。
【００８３】
例えば、図２の逆浸透ユニットＵ１においては、３本の圧力容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃから排出される透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃのそれぞれについて流量制御を行っているが、例えば、透過水ｗ２ｂ，ｗ２ｃについてのみ制御してもよい。具体的には、図２に示した流量調整バルブ２５ａを設けず、導電率センサ２６ａ，２６ｂにより測定される導電率に基づいて、流量調整バルブ２５ｂ，２５ｃを制御するようにしてもよい。即ち、圧力容器２１ａでの回収率に合わせるように、圧力容器２１ｂ，２１ｃでの回収率を制御するようにしてもよい。流量調整バルブ２５ａが設けられなければ、透過水ｗ３ａの水圧が小さくなるため、集水管２３ａのうち、膜モジュール２２ａと透過水用配管２４とを接続する部分を塩化ビニル等の樹脂材料で構成することができる。これにより、設備コストを低減することができる。
【００８４】
さらに、供給水用サイドポート配管２１ｈ及び濃縮水用サイドポート配管２８ａは、位置によらず同一の径でもよいし、配置される位置によって径が異なっていてもよい。全てのサイドポート配管の形状が同一の場合、部品管理の手間が少ないため施工時のコストが小さいという利点がある。さらに、サイドポート配管の径を小径に統一する場合、配管の物量コストが小さいという利点がある。
【００８５】
また、図示の例では、圧力容器２１の形態として、供給水ｗ１を圧力容器２１の側面側から供給するサイドポート型の圧力容器を例示したが、圧力容器の軸方向から供給するエンドポート型の圧力容器であってもよい。ただし、サイドポート型の圧力容器においては、前記のように、圧力容器２１同士を接続する供給水用サイドポート配管２１ｈにおいて圧力損失が大きくなり易いため、回収率によりバラツキが生じ易い。そのため、本実施形態の水処理システムには、サイドポート型の圧力容器が好適である。
【００８６】
さらに、前記の実施形態においては、流量調整バルブ２５は演算制御部５０により制御されるようにしたが、人手によって制御されるようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量制御手段としてバルブを用いたが、透過水ｗ２ａ，ｗ２ｂ，ｗ２ｃの流量制御手段としてはバルブに何ら制限されず、どのようなものを用いてもよい。
【００８８】
さらに、本実施形態では、イオン濃度の測定方法として、導電率センサにより測定された導電率に基づいてイオン濃度を測定しているが、イオン濃度が直接測定可能なイオン濃度計を用いてもよい。
【００８９】
また、図１に示す海水淡水化プラントにおいて、逆浸透ユニットＵ１以外の手段は任意であり、どのように構成してもよい。
【００９０】
さらに、前記の実施形態においては、水処理システムの具体例として、海水を淡水化して飲料水や工業用水等を得る海水淡水化システムを例示したが、水処理システムはこれに限定されるものではない。即ち、本実施形態に係る水処理システムは、例えば、飲料水を得る上水処理プラント、下水道の汚水を浄化処理する下水処理プラント、産業排水を環境に適合するよう処理する産業排水処理プラント等、膜モジュールを用いた様々な水処理システムに適用可能である。
【００９１】
本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  圧力容器
２１ｈ  供給水用サイドポート配管（供給水用配管）
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  逆浸透膜モジュール（膜モジュール）
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  集水管（透過水用配管）
２４  透過水用配管
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  流量調整バルブ（流量調整手段）
２６，２６ａ，２６ｂ  導電率センサ（第一測定手段、第二測定手段、）
２７，２７ａ，２７ｂ  取水口（第一取水口、第二取水口）
２８ａ  濃縮水用サイドポート配管
２８ｂ  濃縮水用配管
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ  供給水用配管
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  圧力容器群
３４  透過水用ヘッダ管（透過水用配管）
３２  供給水用ヘッダ管（供給水用配管）
５０  演算制御部
Ｐ  海水淡水化プラント
Ｕ１  逆浸透ユニット
Ｕ２  逆浸透ユニット
Ｕ３  逆浸透ユニット
ｗ１  供給水
ｗ２  透過水
ｗ３  濃縮水（供給水残部）
【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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