(57)【要約】【課題】ＲＯ膜における硬度系スケールの析出やファウリングの発生を抑制することができる膜分離装置を提供すること。【解決手段】制御部１０が、透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、系内の物理量を用いて加圧ポンプ６の駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する演算値信号を加圧ポンプ６のインバータに出力すると共に、（ｉ）予め取得された供給水のｐＨ、硬度、Ｍアルカリ度、及び温度検出手段５の検出温度値より、炭酸カルシウム溶解度に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、排水流量調節手段１１を制御する。【選択図】図１
2019000804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、
入力された演算値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、
透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する演算値信号を前記インバータに出力する制御部と、
供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水流量調節手段と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）予め取得された供給水のｐＨ、硬度、Ｍアルカリ度 、及び前記温度検出手段の検出温度値より、炭酸カルシウム溶解度に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水流量調節手段を制御する、
膜分離装置。
【請求項２】
前記透過水の水質が要求水質を満たすように、前記制御部は前記許容濃縮倍率を演算する、請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記要求水質は、前記透過水の電気伝導度、及び／又は、シリカ濃度に係る基準に従って定められる、請求項２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記制御部は、濃縮倍率を係数として乗じて求められる濃縮水の炭酸イオン及び重炭酸イオンの濃度に基づいて、前記許容濃縮倍率を演算する請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜分離装置。
【請求項５】
供給水及び/又は濃縮水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を更に備え、
前記制御部は、供給水のｐＨとして前記ｐＨ検出手段により検出した検出ｐＨ値に基づいて、前記許容濃縮倍率を演算する、請求項４に記載の膜分離装置。
【請求項６】
前記透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出部と、
前記装置外へ排出する濃縮水の流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出部と、
前記許容濃縮倍率に基づいて演算される許容回収率から所定偏差内の操作目標である、目標回収率を設定する目標回収率設定部と、を更に備え、
前記排水流量調節手段は排水弁から構成され、
前記制御部は、前記１検出流量値と前記第２検出流量値とから算出される実測回収率が、前記目標回収率となるように、前記排水弁の開度を変更すると共に、前記実測回収率が、前記許容回収率から所定偏差内にある場合には、前記制御部は、前記排水弁の開度を固定し、前記実測回収率が、前記許容回収率から所定偏差外にある場合には、前記制御部は、前記排水弁の開度を変更する請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜分離装置。
【請求項７】
前記許容回収率の変化に応じて、該許容回収率が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更する、請求項６に記載の逆浸透膜分離装置。
【請求項８】
前記検出温度値の変化に応じて、前記検出温度値が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更する、請求項６に記載の逆浸透膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜により純水を製造する際、原水に含まれる硬度成分がＲＯ膜の表面にスケールとして析出する現象が発生する。また、原水に含まれる懸濁物質（例えば、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の表面や細孔内に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象も発生する。ＲＯ膜にスケールの析出やファウリングが発生すると、ＲＯ膜の透水能力（水透過係数）が低下する。その結果、透過水の流量が減少する。
【０００４】
そこで、炭酸カルシウム系スケールの析出を抑制するために、ＲＯ膜に軟水を供給するシステムが提案されている。このシステムは、ＲＯ装置の前処理として、陽イオン交換樹脂を用いた硬水軟化装置により、原水（硬水）を軟水化する（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、スケールの析出やファウリングの発生していない状態のＲＯ膜において、水透過係数は、供給される水（以下、「供給水」ともいう）の温度により変化する。ＲＯ膜は、供給水の温度が高くなるほど水透過係数が大きくなる。このため、ＲＯ膜に対して供給水を一定の圧力で供給しても、温度が高くなるほど透過水の流量は増加する。透過水の流量が増加すると、ＲＯ膜の一次側において溶質成分の濃縮が進行する。
【０００６】
一般に、硬水軟化装置では、原水に含まれるシリカ成分や懸濁物質は除去できない。このため、ＲＯ膜の一次側において溶質成分の濃縮が進行すると、シリカ系スケールの析出やファウリングが発生しやすくなる。すなわち、ＲＯ膜に軟水を供給した場合、炭酸カルシウム系スケールの析出は抑制できても、温度によってはシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制できない。
【０００７】
そこで、供給水の温度に関わらず、ＲＯ膜における透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック制御を行うシステムが提案されている。この流量フィードバック制御では、ＲＯ膜で製造される透過水の流量が目標値となるように、ＲＯ膜に供給水を送出する加圧ポンプの運転周波数がインバータにより制御される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１０号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、供給水の水温やｐＨが変動した場合に、硬度系スケールが析出してしまうことがある。
【００１０】
本発明は、ＲＯ膜における硬度系スケールの析出やファウリングの発生を抑制することができる膜分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、供給水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプと、入力された演算値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する演算値信号を前記インバータに出力する制御部と、供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水流量調節手段と、を備え、前記制御部は、（ｉ）予め取得された供給水のｐＨ、硬度、Ｍアルカリ度、及び前記温度検出手段の検出温度値より、炭酸カルシウム溶解度に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水流量調節手段を制御する、膜分離装置に関する。
【００１２】
また、前記透過水の水質が要求水質を満たすように、前記制御部は前記許容濃縮倍率を演算することが好ましい。
【００１３】
また、前記要求水質は、前記透過水の電気伝導度、及び／又は、シリカ濃度に係る基準に従って定められることが好ましい。
【００１４】
また、前記制御部は、濃縮倍率を係数として乗じて求められる濃縮水の炭酸イオン及び重炭酸イオンの濃度に基づいて、前記許容濃縮倍率を演算することが好ましい。
【００１５】
また、供給水及び/又は濃縮水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を更に備え、前記制御部は、供給水のｐＨとして前記ｐＨ検出手段にて検出した検出ｐＨ値に基づいて、前記許容濃縮倍率を演算することが好ましい。
【００１６】
また、前記透過水の流量を第１検出流量値として検出する第１流量検出部と、前記装置外へ排出する濃縮水の流量を第２検出流量値として検出する第２流量検出部と、前記許容濃縮倍率に基づいて演算される許容回収率から所定偏差内の操作目標である、目標回収率を設定する目標回収率設定部と、を更に備え、前記排水流量調節手段は排水弁から構成され、前記制御部は、前記１検出流量値と前記第２検出流量値とから算出される実測回収率が、前記目標回収率となるように、前記排水弁の開度を変更すると共に、前記実測回収率が、前記許容回収率から所定偏差内にある場合には、前記制御部は、前記排水弁の開度を固定し、前記実測回収率が、前記許容回収率から所定偏差外にある場合には、前記制御部は、前記排水弁の開度を変更することが好ましい。
【００１７】
また、前記許容回収率の変化に応じて、該許容回収率が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更することが好ましい。
【００１８】
また、前記検出温度値の変化に応じて、前記検出温度値が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＲＯ膜における硬度系スケールの析出やファウリングの発生を抑制することができる膜分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の制御部１０が排水弁制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】許容回収率と目標回収率との関係を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について、図面を参照しながら説明する。水処理システム１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、再生液供給手段としての塩水タンク４と、温度検出手段としての温度センサ（以下では、「温度検出手段」とも呼称する）５と、を備える。また、水処理システム１は、加圧ポンプ６と、インバータ７と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール８と、流量検出手段としての流量センサ９と、制御部１０と、排水弁１１と、を備える。このうち、加圧ポンプ６、ＲＯ膜モジュール８、流量センサ９及び制御部１０は、本実施形態における膜分離装置を構成する。また、図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。
【００２３】
また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、を備える。更に、水処理システム１は、透過水ラインＬ５と、濃縮水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２４】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ（不図示）に接続されている。
【００２５】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された水道水や地下水等の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０と電気的に接続されている。原水ポンプ２の運転（駆動及び停止）は、制御部１０により制御される。
【００２６】
原水ラインＬ１及び原水ポンプ２は、軟化プロセスにおいて、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に供給する。
【００２７】
硬水軟化装置３は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を、陽イオン交換樹脂床においてナトリウムイオン（又はカリウムイオン）に置換して軟水Ｗ２を製造する設備である。
【００２８】
塩水タンク４は、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床を再生する塩水Ｗ３を貯留する。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブと連通し、プロセス制御バルブを構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００２９】
塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブに組み込まれている。塩水弁において、弁体の駆動部は、制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、再生プロセスにおいて、陽イオン交換樹脂床を再生する塩水Ｗ３を硬水軟化装置３の圧力タンクへ送出する。
【００３０】
温度センサ５は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２の温度を検出する機器である。また、温度センサ５は、制御部１０と電気的に接続されている。温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の温度（以下、「検出温度値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００３１】
加圧ポンプ６は、硬水軟化装置３から送出された軟水Ｗ２を吸入し、ＲＯ膜モジュール８に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ６は、インバータ７（後述）と電気的に接続されている。加圧ポンプ６には、インバータ７から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ６は、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。
【００３２】
インバータ７は、加圧ポンプ６に周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ７は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ７には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ７は、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を加圧ポンプ６に出力する。
【００３３】
ＲＯ膜モジュール８は、硬水軟化装置３により製造された軟水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ５と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ６とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール８は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール８は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ５及び濃縮水Ｗ６を製造する。ＲＯ膜モジュール８の一次側入口ポートは、軟水ラインＬ２を介して硬水軟化装置３（プロセス制御バルブ）の下流側に接続されている。
【００３４】
ＲＯ膜モジュール８の二次側ポートには、透過水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた透過水Ｗ５は、透過水ラインＬ５を介して需要箇所等に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８の一次側出口ポートには、濃縮水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた濃縮水Ｗ６は、濃縮水ラインＬ６を介して、ＲＯ膜モジュール８の外に排出される。濃縮水ラインＬ６の下流側には、排水弁１１（後述）が接続されている。
【００３５】
なお、濃縮水ラインＬ６から排出された濃縮水Ｗ６の一部を、加圧ポンプ６の上流側における軟水ラインＬ２に還流させてもよい。濃縮水Ｗ６の一部を軟水ラインＬ２に還流させることにより、ＲＯ膜モジュール８の表面での水流速を所定範囲に保つことができる。
【００３６】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール８は、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有する。この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となる性能を有する。
【００３７】
このような性能に設定された逆浸透膜は、淡水の脱塩処理において、供給水の硬度が低いほど、電気伝導率（ＥＣ）で評価したときの塩除去率（すなわち、（供給水ＥＣ−透過水ＥＣ）／供給水ＥＣ×１００）が高くなる。そのため、スプリット・フロー再生を行う硬水軟化装置３で製造された高純度の軟水Ｗ２（実力値として、０．８ｍｇＣａＣＯ３以下）を恒常的に供給することで、高い塩除去率（通常、９８．５％以上）を維持できる。
【００３８】
操作圧力とは、ＪＩＳ  Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール８の一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。回収率とは、ＲＯ膜モジュール８への供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑｆに対する透過水の流量Ｑｐの割合（すなわち、Ｑｐ／Ｑｆ×１００）をいう。
【００３９】
水透過係数は、透過水の流量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値である。水透過係数は、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ  Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される。有効圧力は、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力（背圧）を差し引いた圧力である。
【００４０】
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値である。塩除去率は、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、供給水の濃度Ｃｆ及び透過水の濃度Ｃｐから、（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００により求められる。
【００４１】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００４２】
流量センサ９は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量を検出する機器である。流量センサ９は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００４３】
排水弁１１は、濃縮水ラインＬ６から排出される排水Ｗ４の排水流量を調節する弁である。濃縮水ラインＬ６から排出される排水Ｗ４の排水流量は、排水弁１１を開閉することにより、調節できる。排水弁１１は、制御部１０と電気的に接続されている。排水弁１１における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。
【００４４】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブの動作を制御する。制御部１０のメモリには、第１実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。制御部１０のＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブを制御する。
【００４５】
また、制御部１０は、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、透過水Ｗ５の検出流量値をフィードバック値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０は、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう）。この流量フィードバック制御は、流量センサ９により透過水Ｗ５の流量が正常に検出されているときに実行される制御モードである。
【００４６】
ここで、制御部１０による流量フィードバック水量制御について説明する。図２は、制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００４７】
図２に示すステップＳＴ１１において、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【００４８】
ステップＳＴ１２において、制御部１０は、内部のタイマ（不図示）による計時ｔが制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ１２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ１３へ移行する。また、ステップＳＴ１２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１２へ戻る。
【００４９】
ステップＳＴ１３（ステップＳＴ１２：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の検出流量値Ｑｐを取得する。
【００５０】
ステップＳＴ１４において、制御部１０は、ステップＳＴ１３で取得した検出流量値（フィードバック値）ＱｐとステップＳＴ１１で取得した目標流量値Ｑｐ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕを演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。
【００５１】
ステップＳＴ１５において、制御部１０は、操作量Ｕ、目標流量値Ｑｐ´及び加圧ポンプ６の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
【００５２】
ステップＳＴ１６において、制御部１０は、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ１７において、制御部１０は、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ１１へリターンする）。
【００５３】
また、制御部１０は、予め取得された供給水のｐＨ、硬度、Ｍアルカリ度、及び前記温度検出手段の検出温度値より、炭酸カルシウム溶解度に基づいて、濃縮水Ｗ６の排水流量制御を行う（以下、「排水流量制御」ともいう）。この排水流量制御は、上述した流量フィードバック水量制御と並行して実行される。
【００５４】
より具体的には、炭酸カルシウム溶解度は、供給水の水温、硬度、ｐＨ、Ｍアルカリ度によって影響を受け、変化する。従って、供給水を濃縮させた際、炭酸濃度が炭酸カルシウムの溶解度を超えない最大の濃縮倍率である許容濃縮倍率を、供給水の温度と水質を加味した上で求め、この許容濃縮倍率に基づいて、制御部１０は、濃縮水Ｗ６の排水流量を制御する。
【００５５】
次に、制御部１０による排水流量制御について説明する。図３は、制御部１０が排水流量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳＴ２１において、制御部１０は、ＲＯ膜に供給されるＲＯ供給水である軟水Ｗ２の水質、具体的には、予め取得された軟水Ｗ２のｐＨ値、及びＭアルカリ度から、理論式に基づき、軟水Ｗ２中のＨＣＯ３−（重炭酸イオン）、ＣＯ３２−（炭酸イオン）、ＣＯ２（遊離炭酸）の各濃度（以下ではこれを、「各炭酸濃度」とも呼称する）を算出する。
【００５７】
ステップＳＴ２２において、制御部１０は、「理論式に基づいて算出された軟水Ｗ２中の上記の各炭酸濃度のうち、遊離炭酸はＲＯ膜を通過するため濃縮されず、重炭酸イオン及び炭酸イオンは濃縮される」と仮定した上で、重炭酸イオン濃度と炭酸イオン濃度とにそれぞれ、濃縮倍率を係数として乗じることにより、濃縮倍率毎に濃縮水Ｗ６中の各炭酸濃度を算出する。更に、制御部１０は、算出された濃縮水Ｗ６中の当該炭酸濃度と検出温度値における炭酸カルシウム溶解度に基づいて許容濃縮倍率を算出する。ここで、許容濃縮倍率の算出方法としては、例えば、
（１）算出された濃縮水Ｗ６中の各炭酸濃度に基づいて、ステップＳ２１で用いたのと同一の理論式から、濃縮水Ｗ６のｐＨ値、及びＭアルカリ度を算出し、それらと、検出温度値、及び硬度とから、ランゲリア指数を計算し、ランゲリア指数にて許容される濃縮倍率を求める。具体的には、ランゲリア指数がプラスにならないような濃縮倍率のうちで最大の濃縮倍率を、許容濃縮倍率とする；
（２）濃縮水Ｗ６中の炭酸濃度から計算される炭酸カルシウムの溶解度積が、検出温度値に基づいて定められる炭酸カルシウムの溶解度積未満となる許容濃縮倍率を求める；
といった方法を用いることが可能である。
【００５８】
ステップＳＴ２３において、制御部１０は、算出された許容濃縮倍率と透過水Ｗ５の水量より、目標とする濃縮水Ｗ６の排水流量を決定し、その目標排水流量となるように、排水弁１１を制御する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ２１へリターンする）。
【００５９】
なお、ステップＳ２２で算出した許容濃縮倍率を用いて、許容回収率を算出することができる。具体的には、濃縮倍率をＮ、許容回収率をＸとした場合に、「許容回収率Ｘ［％］＝１００×（Ｎ−１）／Ｎ」なる数式を用いて、濃縮倍率から許容回収率を算出することができる。図４は、この許容回収率と目標回収率との関係を示す。なお、上記のように、許容回収率を決定するパラメータには、軟水Ｗ２中の炭酸濃度、硬度、ｐＨ、水温等が含まれるが、図４は、これらのパラメータのうち、水温のみが変化したと仮定した場合の、許容回収率と目標回収率との変化の例を示す。
【００６０】
図４に見られるように、水温が１０℃→１５℃→２０℃→２５℃→３０℃→３５℃→４０℃と５℃刻みで上昇するのに従い、許容回収率は、７３％→７３％→７１％→６９％→６７％→６４％→６２％と変化するものとする。なお、図４のグラフにおいては、許容回収率は、直線状に順次変化しているが、これには限定されず、例えば曲線状に変化してもよい。
【００６１】
この際、例えば、水温が１５℃から２０℃に上昇するのに従い、許容回収率は７３％から７１％に下降するが、目標回収率設定部としての制御部１０は、目標回収率を、許容回収率の変化に合致するように７３％から７１％に直線状に下降させるのではなく、許容回収率が下降し始めた時点において、目標回収率を７３％から７１％に、２％分だけ、階段状に下降させる。
その後、許容回収率が７１％となり更に下降し始めた時点をもって、目標回収率設定部としての制御部１０は、目標回収率を、７１％から７０％に、１％分だけ、階段状に下降させる。
以下、許容回収率の下降に応じて、目標回収率設定部としての制御部１０は、目標回収率を１％刻みで下降させる。
【００６２】
上記のように、図４に示す例においては、許容回収率が７０％以上の領域においては、目標回収率設定部としての制御部１０は、目標回収率を２％刻みで下降させる一方で、許容回収率が７０％未満の領域においては、目標回収率設定部としての制御部１０は、目標回収率を１％刻みで、下降させる。節水効果の大きい低回収率領域においては、目標回収率を、例えば１％刻みのように小さなスパンで変化させ、濃縮度への影響度の大きい高回収率領域においては、目標回収率を、例えば２％刻みのように、大きなスパンで変化させる。これにより、流量センサとして、安価で高精度ではない流量センサを使用しても、膜詰まりリスクと節水効果のバランスが取れた回収率制御を実現することが可能となる。
【００６３】
なお、図４に示す例においては、許容回収率の変化分が、１％刻み又は２％刻みで変化する毎に、目標回収率が段階的に変化しているが、これはあくまで一例であって、これには限定されない。例えば、水温の変化分が、所定の幅だけ変化する毎に、目標回収率が段階的に変化してもよい。
【００６４】
図４に示すように、段階的に変化する目標回収率に合わせて、制御部１０が排水弁１１を制御する際には、実測回収率が、許容回収率から所定偏差内にある場合には、制御部１０は、排水弁１１の開度を固定し、実測回収率が、許容回収率から所定偏差外にある場合には、制御部１０は、排水弁１１の開度を変更することが可能である。
【００６５】
また、上記のように、制御部１０は、流量フィードバック水量制御と排水流量制御の２つの制御を並行して実行するが、例えば、特許第５７８７０４０号に記載の技術を援用することにより、これらの制御に加えて、制御部１０は、透過水Ｗ５の水質を検知し、この水質が要求水質を満たすように、許容濃縮倍率を演算してもよい。
より具体的には、特許第５７８７０４０号においては、制御部が、ユーザから入力された、透過水に要求される純度の指標である目標電気伝導度と、電気伝導度センサで測定された測定電気伝導度とを取得し、測定電気伝導度と目標電気伝導度との偏差がゼロになるよう、排水バルブを制御している。本実施形態においてもこれと同様に、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標電気伝導度と、実際に検知される測定電気伝導度とに基づいて、許容濃縮倍率を演算し、この許容濃縮倍率を満たすように、排水弁１１の開度を変更してもよい。
更に、制御部１０は、電気伝導度の代わりに、又は、電気伝導度に加えて、シリカ濃度に基づく要求水質を満たすように、許容濃縮倍率を演算し、この許容濃縮倍率を満たすように、排水弁１１の開度を変更してもよい。
【００６６】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
【００６７】
第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、系内の物理量を用いて加圧ポンプ６の駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する演算値信号を加圧ポンプ６のインバータ７に出力すると共に、予め取得された供給水のｐＨ、硬度、Ｍアルカリ度、及び検出温度値より、炭酸カルシウム溶解度に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の目標流量値から排水流量を演算し、濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、排水弁１１を制御する。
これにより、供給水の水温やｐＨが変動した場合でも、透過水の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール８における炭酸カルシウム系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
また、第１実施形態においては、濃縮倍率に応じて算出される各炭酸イオン濃度を加味して、許容濃縮倍率を求めることができると共に、更に検出ｐＨ値を用いることで、その各炭酸イオン濃度をより正確に求めることができる。
【００６８】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、透過水の水質が要求水質を満たすように、許容濃縮倍率を演算すると共に、この要求水質は、透過水の電気伝導度、及び／又は、シリカ濃度に係る基準に従って定められる。
これにより、透過水の水質を維持した上で、透過水の回収率を最大とすることが可能となる。
【００６９】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、濃縮倍率を係数として乗じて求められる濃縮水の炭酸イオン及び重炭酸イオンの濃度に基づいて、許容濃縮倍率を演算する。
これにより、ランゲリア指数を用いて許容濃縮倍率を求めようとする際には、各炭酸イオン濃度より予め濃縮水のＭアルカリを演算しておく必要があるが、溶解度積から許容濃縮倍率を求める場合には、必ずしも濃縮水のＭアルカリを介在させなくとも、濃縮水の各炭酸イオン濃度があれば、制御部１０は、許容濃縮倍率を演算できる。
【００７０】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、実測回収率が目標回収率となるように、排水弁１１の開度を変更すると共に、実測回収率が許容回収率から所定偏差内にある場合には、制御部１０は、排水弁１１の開度を固定し、実測回収率が、許容回収率から所定偏差外にある場合には、制御部１０は、排水弁１１の開度を変更する。
これにより、実測回収率が許容回収率から所定偏差内にある場合には、制御部１０は、排水弁１１の開度を固定することにより、排水弁１１の制御頻度を減らすこととなり、排水弁１１が延命される。
【００７１】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、目標回収率設定部としての制御部１０は、許容回収率の変化に応じて、許容回収率が所定量変化する毎に、目標回収率を非連続的に変更してもよく、検出温度値の変化に応じて、検出温度値が所定量変化する毎に、目標回収率を非連続的に変更してもよい。
目標回収率を段階的に制御することにより、排水弁１１の制御頻度が更に減らされ、排水弁１１が延命される。
【００７２】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と重複する説明を適宜に省略する。
【００７３】
図５に示すように、第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、温度センサ５と、加圧ポンプ６と、インバータ７と、ＲＯ膜モジュール８と、制御部１０Ａと、排水弁１１と、ｐＨ測定手段としての第１ｐＨセンサ１２及び第２ｐＨセンサ１３と、硬度測定手段としての硬度センサ１４と、流量測定手段としての第１流量センサ１５及び第２流量センサ１６と、透過水弁１７とを備える。
【００７４】
第１ｐＨセンサ１２は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２のｐＨを測定する機器である。第１ｐＨセンサ１２は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。第１ｐＨセンサ１２で測定された軟水Ｗ２のｐＨ値（以下、「測定ｐＨ値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００７５】
第２ｐＨセンサ１３は、濃縮水ラインＬ６を流通する濃縮水Ｗ６のｐＨを測定する機器である。第２ｐＨセンサ１３は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。第２ｐＨセンサ１３で測定された濃縮水Ｗ６のｐＨ値（以下、「測定ｐＨ値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００７６】
硬度センサ１４は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２のカルシウム硬度（硬度リーク量：炭酸カルシウム換算値）を測定する機器である。硬度センサ１４は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。硬度センサ１４で測定された軟水Ｗ２のカルシウム硬度（以下、「測定硬度値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００７７】
第１流量センサ１５は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量を検出する機器である。第１流量センサ１５は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。第１流量センサ１５で検出された透過水Ｗ５の流量（以下、「第１検出流量値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００７８】
第２流量センサ１６は、濃縮水ラインＬ６を流通する濃縮水Ｗ６の流量を検出する機器である。第２流量センサ１６は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。第２流量センサ１６で検出された濃縮水Ｗ６の流量（以下、「第２検出流量値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００７９】
透過水弁１７は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量を調節する弁である。透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量は、透過水弁１７を開閉することにより、調節できる。透過水弁１７は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。透過水弁１７における弁体の開閉は、制御部１０Ａからの駆動信号により制御される。
【００８０】
前述の第１実施形態に係る水処理システム１では、ステップＳＴ２１において、制御部１０は、予め取得された軟水Ｗ２のｐＨ、及びＭアルカリ度から、理論式に基づき、軟水Ｗ２中のＨＣＯ３−（重炭酸イオン）、ＣＯ３２−（炭酸イオン）、ＣＯ２（遊離炭酸）の各濃度を算出する。また、ステップＳＴ２２において、制御部１０は、算出された濃縮水Ｗ６中の当該炭酸濃度と検出温度値における炭酸カルシウム溶解度に基づいて許容濃縮倍率を算出する。
【００８１】
一方、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいて、制御部１０Ａは、図３と同様のフローチャートにより、許容濃縮倍率を算出し、排水弁１１を制御するが、ステップＳＴ２２において、予め取得されたデータではなく、リアルタイムで得られた、軟水Ｗ２の硬度、ｐＨ値、水温を考慮して求めた濃縮水Ｗ６中の炭酸濃度と検出温度値における炭酸カルシウム溶解度に基づいて、許容濃縮倍率を算出する。更に、制御部１０Ａは、軟水Ｗ２のｐＨ値だけではなく、濃縮水Ｗ６のｐＨ値にも基づいて、許容濃縮倍率を算出する。具体的には、第１実施形態に係る水処理システム１において演算により得られた濃縮水Ｗ６中の炭酸濃度から理論式により算出された濃縮水の算出ｐＨ値を用いたのに代えて、リアルタイムで得られる濃縮水Ｗ６の検出ｐＨ値を用いる。
【００８２】
上述した第２実施形態に係る水処理システム１Ａによれば、例えば、以下のような効果が得られる。
【００８３】
上記の繰り返しとなるが、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいては、制御部１０Ａは、予め取得されたデータではなく、リアルタイムで得られた、軟水Ｗ２の硬度、ｐＨ値、水温を考慮して求めた炭酸カルシウム溶解度と比較して、炭酸濃度が、当該炭酸カルシウム溶解度を超えない最大の濃縮倍率を、許容濃縮倍率として算出する。更に、制御部１０Ａは、軟水Ｗ２のｐＨ値だけではなく、濃縮水Ｗ６のｐＨ値にも基づいて、許容濃縮倍率を算出する。
これにより、水温のみならず時間経過によって水質変動があった場合にも、正確な許容濃縮倍率の算出が可能になると共に、制御部１０Ａは、軟水Ｗ２のｐＨ値だけではなく、濃縮水Ｗ６のｐＨ値にも基づくため、より正確に、許容濃縮倍率を算出できる。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００８５】
排水弁１１の弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を調節する例について説明した。これに限らず、複数の排水バルブを並列に設けた構成とし、排水バルブの開弁数を増減することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を段階的に調節するように制御してもよい。これによれば、濃縮水Ｗ６の排水流量を調節することができる。
【００８６】
また、上記の実施形態に係る水処理システム１及び１Ａは、硬水軟化装置３を備えるが、これは必須ではない。更に、温度センサ５による温度検出位置や、温度センサ５自体の数は、原水ラインＬ１及び軟水ラインＬ２の長さや、外気と水温の温度差を踏まえて、適宜変更や増設をしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１，１Ａ  水処理システム
３  硬水軟化装置
５  温度センサ（温度検出手段）
６  加圧ポンプ
７  インバータ
８  ＲＯ膜モジュール
９  流量センサ（流量検出手段）
１０，１０Ａ  制御部
１１  排水弁
１２  第１ｐＨセンサ
１３  第２ｐＨセンサ
１４  硬度センサ（硬度測定手段）
１５  第１流量センサ（流量検出手段）
１６  第２流量センサ（流量検出手段）
Ｌ１  原水ライン
Ｌ２  軟水ライン
Ｌ３  塩水ライン
Ｌ４  排水ライン
Ｌ５  透過水ライン
Ｌ６  濃縮水ライン
Ｗ１  原水
Ｗ２  軟水
Ｗ３  塩水
Ｗ４  排水
Ｗ５  透過水
Ｗ６  濃縮水
【図１】
2019000804.tif 000003
【図２】
2019000804.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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