(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透（ＲＯ）またはナノ濾過ユニット、および濃縮物アキュムレータを含むシステム内の給水を処理するプロセスであって、
ａ．第１モードの運転において、
ｉ．      前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットが透過水と濃縮物を生成し、
ｉｉ．    前記プロセスが前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータに向け、前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータ内に蓄積することを含み、
ｉｉｉ．  前記プロセスが前記透過水を第１透過水ストリームと第２透過水ストリームに分けることを含み、
ｖ．      前記プロセスが前記給水を前記第２透過水ストリームと混合し、給水―透過水の混合物を形成することを含み、
ｖｉ．    前記プロセスが前記給水を前記第２透過水ストリームと混合した後、前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータから向け、前記給水―透過水の混合物を前記濃縮物と混合し、第２混合物を形成することを含み、
ｖｉｉ．  前記プロセスが前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットを通る前記第２混合物を加圧およびポンプで吸い出し、前記第１および第２透過水ストリームと、前記濃縮物を生成し、前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータに向けるよう続けることを含み、
ｖｉｉｉ．前記第１モードの運転の間に、前記給水、または、前記第１または第２透過水ストリームのいずれかが前記濃縮物アキュムレータ内に向けられず、
ｂ．第２モードの運転において、
ｉ．      前記プロセスが前記濃縮物の一部を前記濃縮物アキュムレータから排水することを含み、
ｉｉ．    前記プロセスが前記濃縮物の一部を前記濃縮物アキュムレータから排水する間に、前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットを通る前記給水―透過水の混合物を加圧および向け、前記濃縮物を生成するように続けることを含み、
ｉｉｉ．  前記プロセスが前記濃縮物の一部を前記濃縮物アキュムレータから排水する間に、濃縮物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットから前記濃縮物アキュムレータ内に向けるよう続けることを含み、
ｉｖ．    前記第２モードの運転の間に、前記給水、または、前記第１または第２透過水ストリームのいずれかが前記濃縮物アキュムレータ内に向けられず、
ｃ．前記第１および第２モードの双方において、前記プロセスが、濃縮物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットから前記濃縮物アキュムレータ内に向けるよう続ける、連続的なプロセスである、プロセス。
【請求項２】
前記第１モードの運転において、前記給水―透過水の混合物をポンプの高圧側に向けることと、前記第２モードの運転において、前記給水の前記流れのパターンを変更することと、前記給水を前記給水と前記第２透過水ストリームを混合前する前に前記ポンプの低圧側に向けることと、前記第２モードの運転において、前記第２透過水ストリームを前記ポンプの前記高圧側に向けることと、前記給水と第２透過水ストリームを前記ポンプの前記高圧側で混合することと、を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記第１モードの運転の間に、前記プロセスが前記濃縮物アキュムレータを加圧することと、前記濃縮物アキュムレータからの圧力下で前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータと前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットとの間に動作可能に接続されたポンプに向けることと、を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記第１モードの運転において、前記プロセスが前記給水―透過水の混合物をエネルギ回収装置を通り向けることを含み、前記エネルギ回収装置を出た後、前記給水―透過水の混合物が前記濃縮物アキュムレータからの前記濃縮物と混合される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
２つの異なるモードで運転される逆浸透（ＲＯ）またはナノ濾過ユニットを採用することによって給水から溶解固形物を回収するプロセスであって、前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットが透過水と濃縮物を生成し、
ａ．第１モードの運転において、
ｉ．    前記プロセスが前記濃縮物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットから濃縮物アキュムレータ内に向け、前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータ内に蓄積することを含み、
ｉｉ．  前記プロセスが前記濃縮物アキュムレータ内の前記濃縮物を低圧下で維持することを含み、
ｉｉｉ．前記プロセスが前記給水で前記濃縮物アキュムレータをバイパスし、前記給水を前記透過水の一部と混合し、給水―透過水の混合物を形成することを含み、
ｉｖ．  前記プロセスが前記給水―透過水の混合物を前記濃縮物アキュムレータからの濃縮物の一部と混合し、第２混合物を形成することを含み、
ｖ．    前記プロセスが前記第２混合物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニット内に、かつ前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットを通り向け、前記透過水と前記濃縮物を生成することを含み、
ｂ．第２モードの運転において、
ｉ．    前記プロセスが前記濃縮物の一部を前記濃縮物アキュムレータから排水することを含み、
ｉｉ．  前記プロセスが前記濃縮物の一部を前記濃縮物アキュムレータから排水する間に、前記給水で前記濃縮物アキュムレータをバイパスするよう続け、前記給水―透過水の混合物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットを通り向けることを含み、
ｉｉｉ．前記プロセスが前記濃縮物の前記一部を前記濃縮物アキュムレータから排水する間に、前記混合物を前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットから前記濃縮物アキュムレータ内に向けるよう続けることを含む、プロセス。
【請求項６】
前記第１モードの運転において、前記給水―透過水の混合物をポンプの高圧側に向けることと、前記第２モードの運転において、前記給水の前記流れのパターンを変更することと、前記給水を前記給水と前記透過水の前記一部を混合前する前に前記ポンプの低圧側に向けることと、前記第２モードの運転において、前記透過水の前記一部を前記ポンプの前記高圧側に向けることと、前記給水と前記透過水の前記一部を前記ポンプの前記高圧側で混合することと、を含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記第１モードの運転の間に、前記プロセスが前記濃縮物アキュムレータを加圧することと、前記濃縮物アキュムレータからの圧力下で前記濃縮物を前記濃縮物アキュムレータと前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットとの間に動作可能に接続されたポンプに向けることと、を含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項８】
給水を処理し、第１モードおよび第２モードで働くよう構成された膜システムであって、
透過水と濃縮物を生成するよう構成されたＲＯまたはナノ濾過ユニットと、
前記透過水の一部を送出点に向ける透過水送出ラインと、
前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットによって生成された前記透過水の一部を再生利用するよう構成された透過水再生利用ラインと、
前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットによって生成された濃縮物を蓄積するよう構成された加圧された濃縮物アキュムレータと、
前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットからの濃縮物を前記濃縮物アキュムレータに向けるため、前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットと前記濃縮物アキュムレータとの間に動作可能に接続された濃縮物ラインと、
低圧側と高圧側とを有し、前記濃縮物アキュムレータと前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットとの間に配置されたポンプと、
前記第１モードの運転の間に、前記給水が前記透過水再生利用ラインからの前記透過水と混合され、給水―透過水の混合物を形成する点に前記給水を向けるよう構成された第１給水ラインと、
前記給水―透過水の混合物を前記ポンプと前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットとの間の点に送るための給水―透過水の混合物ラインと、
前記濃縮物アキュムレータからの濃縮物を前記ポンプに向けるため、前記濃縮物アキュムレータと前記ポンプとの間に接続された濃縮物供給ラインであって、
前記濃縮物アキュムレータが、前記第１モードの運転の間に、前記濃縮物アキュムレータからの圧力下で前記ポンプに流れる前記濃縮物を誘発するよう構成される、濃縮物供給ラインと、
前記第２モードの運転の間に、前記給水を前記ポンプの低圧側に向けるよう構成された第２給水ラインと、
前記第２モードの運転において、前記濃縮物アキュムレータから直接濃縮物を排水するよう構成された濃縮物排水ラインであって、前記加圧された濃縮物アキュムレータが前記濃縮物アキュムレータから前記排水ライン内への濃縮物の前記流れを誘発するよう動作する、濃縮物排水ラインと、を含み、
前記第１および第２給水ラインと、前記透過水再生利用ラインとが、給水、または透過水のいずれかが前記濃縮物アキュムレータ内に向けられないように前記濃縮物アキュムレータから分離されている、システム。
【請求項９】
前記濃縮物ラインを流れる前記濃縮物と関連するエネルギを回収し、前記給水―透過水の混合物に、またはエネルギ回収装置を通過する透過水ストリームに前記エネルギを移すため、前記濃縮物ラインと動作可能に関連する前記エネルギ回収装置を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＲＯまたはナノ濾過ユニットが第１のＲＯまたはナノ濾過ユニットであり、前記システムが前記第１のＲＯまたはナノ濾過ユニットの下流に配置された第２のＲＯまたはナノ濾過ユニットを含み、前記ポンプが可変可能速度ポンプであり、かつ前記濃縮物アキュムレータと前記第１のＲＯまたはナノ濾過ユニットの間に配置され、前記第１および第２のＲＯまたはナノ濾過ユニットの間に配置された第２の可変可能速度ポンプと、前記第１のＲＯまたはナノ濾過ユニットと前記第２の可変可能速度ポンプとの間の圧力を感知するよう構成された圧力制御器と、前記第１のＲＯまたはナノ濾過ユニットと前記第２の可変可能速度ポンプの間の前記流れを感知し、前記第１の可変可能速度ポンプを制御するよう構成された流量制御器とがある、請求項８に記載のシステム。
【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濾過膜を使用し、溶解固形物を給水から取り除く、システムおよびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透（ＲＯ）またはナノ濾過は、定常状態の運転において、通常行われる。透過水流は、運転の比較的狭い帯に制限され、および濃縮流は、膜モジュール内のクロスフローのための要求によって制限される。これは、膜運転システム内に多数の限定をもたらす。例えば、回収を増加させるため、膜の追加のステージが要求される。一般に、１つは、ステージ当たり５０％の回収を予期し得る。そのため、７５％の回収を達成するため、２つのステージが要求され、および３つのステージは８５％まで回収を可能にすることになる。追加のステージが採用される場合、これは、追加のポンピングまたはエネルギ管理が逆浸透膜を通る水の流量を制御する必要をしばしばもたらす。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、１以上の逆浸透またはナノ濾過モジュールを使用し、給水を処理する、システムおよびプロセスに関し、（１）一定の透過水流、（２）一定の供給流、または（３）水需要が変化するような要求に応じて可変的な透過水送出のいずれかで高い水回収を達成し得る。
【０００４】
一実施形態において、膜システムおよびプロセスは、給水を処理するために開示される。システムは、給水を処理するための逆浸透またはナノ濾過ユニットの１以上のステージを含む。ＲＯまたはナノ濾過ユニットは、透過水および濃縮物を生成する。２つの圧力帯がシステムに含まれ、低圧力帯および高圧力帯である。ＲＯまたはナノ濾過ユニットへの供給は、高圧力で行われる。一実施形態において、高圧ポンプが、逆浸透またはナノ濾過ユニットに、および逆浸透またはナノ濾過ユニットを通り、給水、透過水、および濃縮物の混合物（供給物）をポンプで吸い出すために利用される。濃縮物は、濃縮物が低圧力下で保持される、濃縮タンクまたはアキュムレータに向けられる。この間に、透過水または入口給水流は、透過水または入口給水の流量を概して一定に維持するように制御される。このプロセスは、第１モードと呼ばれるもので実施される。第２モードにおいて、濃縮物アキュムレータ内に蓄積された濃縮物の一部が排水させられ、一方で、システムに給水をさらに供給し、かつ透過水および濃縮物を生成する。
【０００５】
別の実施形態において、本発明は、逆浸透またはナノ濾過ユニット、および濃縮物アキュムレータを含むシステム内で給水を処理するプロセスを伴う。プロセスは、第１モードと第２モードの２つのモードの運転を含む。第１モードの運転において、プロセスは、給水を加圧すること、および透過水および濃縮物を生成するようにＲＯまたはナノ濾過ユニットを通り給水を向けることを含む。濃縮物は、ＲＯまたはナノ濾過ユニットから濃縮物アキュムレータに向けられる。アキュムレータからの濃縮物は、ＲＯまたはナノ濾過ユニットに、およびＲＯまたはナノ濾過ユニットを通りポンプで吸い出される。ＲＯまたはナノ濾過ユニットから出る透過水は、第１透過水ストリームと第２透過水ストリームに分けられる。第１透過水ストリームは、送出点に向けられ、第２透過水ストリームは、ＲＯまたはナノ濾過ユニットを通り再生利用される。第２モードの運転において、プロセスは、濃縮物の一部を濃縮物アキュムレータから取り除くことを伴い、一方で、加圧された給水および再生利用された第２透過水ストリームをＲＯまたはナノ濾過ユニットを通りさらに向け、および濃縮物をＲＯまたはナノ濾過ユニットから濃縮物アキュムレータに向ける。
【０００６】
また、本発明は、給水を処理する膜システムを伴う。一実施形態において、システムは、透過水および濃縮物を生成するよう構成されたＲＯまたはナノ濾過ユニットを含む。さらに、透過水の第１部分を送出点に向けるための透過水送出ラインが提供される。透過水の第２部分を受け取るよう構成された透過水再生利用ラインも提供される。また、システムは、濃縮物アキュムレータを含む。さらに、濃縮物をＲＯまたはナノ濾過ユニットから濃縮物アキュムレータに向けるため、ＲＯまたはナノ濾過ユニットと、濃縮物アキュムレータとの間に動作可能に接続された濃縮物ラインが提供される。さらに、ポンプがＲＯまたはナノ濾過ユニットの上流に提供され、かつ位置される。濃縮物供給ラインが、濃縮物を濃縮物アキュムレータからポンプに送るため、濃縮物アキュムレータと、ポンプとの間に動作可能に接続される。ポンプと、ＲＯまたはナノ濾過ユニットとの間に動作可能に接続されたＲＯまたはナノ濾過供給ラインが、また、提供される。第１給水供給ラインが、処理される給水を含むよう構成される。透過水再生利用ライン、第１給水供給ライン、およびＲＯまたはナノ濾過供給ラインが、濃縮物、給水、および透過水の第２部分がＲＯまたはナノ濾過ユニットに組み合わされ、およびポンプで吸い出されるように構成される。濃縮物を濃縮物アキュムレータから排水するため、濃縮物アキュムレータと動作可能に関連される濃縮物排水ラインが、また、提供される。
【０００７】
本発明の他の目的、および利点は、以下の記述、および、そのような発明の単なる実例である添付の図面の検討から明らかで、かつ自明となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、逆浸透アレイ、またはナノ濾過ユニットを採用している水処理システムの模式図である。
【図２】図２は、１以上の膜分離ユニットを採用している水処理システムの別の実施形態の模式図である。
【図３】図３は、２つのステージの膜分離システムを採用している水処理システムの別の実施形態の模式図である。
【図４】図４は、２つのステージの膜分離プロセスを採用している水処理システムの別の実施形態のさらに別の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１をさらに参照して、本発明の水処理システムがそこに示され、および番号１０によって一般に示される。まず、水処理システム１０の基本構成要素が記載され、その後、水処理システムによって実施される方法またはプロセスが述べられる。
【００１０】
水処理システム１０は、１以上の膜分離ユニット２０を含む。図１に示される実施形態において、膜分離ユニット２０は、逆浸透アレイを含む。続いて、本願明細書に記載される、図２−４に示される実施形態において、膜分離ユニットは、逆浸透またはナノ濾過ユニットのいずれかを含み得る。図１に示される実施形態が、まず、記載されることになる。
【００１１】
逆浸透アレイ２０は、およそ５０％回収率をもたらす、単一のステージまたはモジュールＲＯユニット、または、およそ７５％回収率をもたらす、２つのステージの逆浸透装置を含み得る。追加のステージは、回収率を増加させるために採用され得る。逆浸透アレイ２０の上流は、高圧ポンプ２２である。水処理システム１０は、従来のエネルギ回収ユニット２４を含む。以下に説明されることになるように、逆浸透アレイ２０からの濃縮物、および、いくつか場合において、逆浸透アレイへの給水の双方は、エネルギ回収ユニット２４を通過する。逆浸透アレイ２０を出る濃縮物に関連するエネルギは、エネルギ回収ユニット２４を通過する給水に効果的に移動される。エネルギ回収ポンプ２６は、エネルギ回収ユニット２４と逆浸透アレイ２０の入口側との間に動作可能に接続される。エネルギ回収ポンプ２６は、エネルギ回収ユニット２４を出る給水を逆浸透アレイ２０にポンプで吸い出すように動作する。
【００１２】
高圧ポンプ２２から上流は、低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８である。いくつかの場合において、低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８は、濃縮物保持タンクと呼ばれる。低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８は、閉鎖され、かつ加圧される。圧力が低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８内で変化し得、その中の圧力は高圧ポンプ２２の出口側における圧力より低圧に維持される。一例において、低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８内の圧力は、およそ３０ｐｓｉに維持され得る。タンクが必要でないことは理解される。タンクの代わりに、高圧ポンプ２２の上流の配管が、濃縮物を蓄積および保持するように単に拡張され得る。
【００１３】
水処理システム１０は、システムを通る、給水、濃縮物、および透過水の流れを制御するため、いくつかの流量制御弁を含み得る。図１に図示される実施形態において、水処理システム１０は、自動制御弁３０、３２、および３４を含む。さらに、逆止弁３６および３８が提供される。図1に図示されるように、逆止弁３６は左から右への流れだけ可能にし、および逆止弁３８は、右から左への流れだけ可能にする。
【００１４】
水処理システム１０は、顧客または選択された送出点に透過水ストリームを提供するよう設計される。図１において、表記「送出された透過水」とされている。それのまさに上流は、自動制御弁３４の下流に配置された流量制御弁４０である。以下に述べられることになるように、流量制御弁４０を選択的に調節することによって、１つは、システムによって送出された透過水の流量を制御し得る。
【００１５】
水処理システム１０は、２つの基本モードで働くように設計される。第１モードは、通常運転モードとして呼ばれる。第２モードは、濃縮物排出または排水モードとして呼ばれる。
【００１６】
初めに、第1通常運転モードにおいて、弁３０、３２、および３４は閉鎖される。加圧された水である、加圧された給水は、ライン４２を介してシステム内に向けられる。ライン４２内の給水は、逆止弁３８を通過することを防止される。そのため、加圧された給水は、ライン４４に入り、エネルギ回収ユニット２４を通過する。エネルギ回収ユニット２４を出る給水は、ＲＯアレイ２０内に、およびＲＯアレイ２０を通り、エネルギ回収ポンプ２６によって吸い出される。これは透過水および濃縮物を生成する。この時点で、自動制御弁３４は閉鎖されているので、逆浸透アレイ２０を出る透過水は、ライン５０を通り、逆止弁３８を通り向けられ、透過水はライン４２内の給水と混合し、および、混合物は、エネルギ回収ユニット２４を通り向けられ、エネルギ回収ポンプ２６はＲＯアレイ２０内に、およびＲＯアレイ２０を通り、同じものを吸い出す。給水および透過水のためのこの流れのパターンは、しばらくの間、続く。一方、逆浸透アレイ２０によって生成された濃縮物は、ライン４６を通り、かつエネルギ回収ユニット２４を通り、濃縮物を低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８に送出するライン４８内に向けられる。低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータは、エネルギ回収装置２４からの残圧を維持するようシールされる。タンクまたはアキュムレータ２８内の濃縮物は、濃縮物を逆浸透アレイ２０内に、および逆浸透アレイ２０を通り、ポンプで吸い出す高圧ポンプ２２に、逆止弁３６を通過する濃縮物を含むために、十分な圧力である。高圧ポンプ２２を出る濃縮物がエネルギ回収ポンプ２６からの流水と混合すること、および全混合物が逆浸透アレイ２０内に、および逆浸透アレイ２０を通り、ポンプで吸い出されることは、理解される。
【００１７】
第１モードの運転の最初の期間の間、透過水の品質が、感知され、または試験される。逆浸透アレイ２０によって生成された透過水の品質が受入可能な品質に達すると、それから、自動制御弁３４が開放される。下流の流量制御弁４０は、顧客に、または下流位置に特定の透過水の流量を送出するよう設定される。高圧ポンプ２２が、ＰＬＣのような制御器によって制御され、および、一実施形態において、逆浸透アレイからの透過水の一定流を維持するよう制御されることは、留意されるべきである。全透過水流が概して一定であるように、逆浸透アレイ２０を出る全透過水流は、高圧ポンプ２２を制御するため、制御器によって測定され、かつ使用されるということになる。逆浸透アレイからの透過水の流量が流量制御弁４０を通り、顧客に通過する透過水の流量を超え得る。これは、生成された透過水の一部が、ライン５０および４４を介して、逆浸透アレイ２０を通り、かつエネルギ回収ユニット２４を通り、それがエネルギ回収ポンプ２６によって逆浸透アレイに戻るようポンプで吸い出されるところに再生利用されることを意味する。
【００１８】
そのため、この第１モードの運転において、高水回収率（少なくとも、５０％回収率）が一定透過水流で達成され、および同時に、システム１０内への給水流が顧客へ送出される水に本質的に等しい。しかしながら、流量制御弁４０から顧客または下流への透過水の流れは、逆浸透アレイ２０を通り再生利用される透過水の流量が変化することになる場合において、変更され得る。
【００１９】
しかしながら、最後には、低圧濃縮タンクまたはアキュムレータ２８に送出された濃縮物は、非常に濃縮されるので、排出または排水が必要とされることになる。濃縮物の濃度を測定する種々の方法があり、および種々の閾値または設定点が確立され得る。1つの適切な手段は、濃縮物に導電率試験を受けさせることであり、および導電率が設定点に到達したら、水処理システム１０は第２モードの運転に自動的に切り替えられ、低圧濃縮物タンクまたはアキュムレータ２８からの少なくともいくつかの濃縮物を排出または排水することを伴う。この第２モードの運転において、制御弁３０および３２は、開放される。ここで、タンクまたはアキュムレータ２８内の濃縮物は、低圧下に保持される。濃縮物の一部は、タンクまたはアキュムレータ２８からライン５２内に、かつ自動制御弁３２を通り、流れるよう誘導されることになる。排水される濃縮物は、適切な方法で、さらに処理され、または処分され得る。このときの間に、加圧された給水は、ライン５４を通り、かつ自動制御弁３０を通り、高圧ポンプ２２に向けられる。最後に、高圧ポンプ２２は、ライン５４を通り、高圧ポンプ２２の入口側内に流れるよう給水を誘導する。そのため、濃縮物の一部がタンクまたはアキュムレータ２８から排水され、水処理システムは、高圧ポンプ２２内に、および逆浸透アレイ２０に、かつ逆浸透アレイ２０を通り、まさに直接向けられている給水と動作するよう続く。さらに、濃縮物の一部がタンクまたはアキュムレータ２８から排水される間にも、逆浸透アレイ２０は透過水ストリームを生成し、およびこの透過水ストリームの少なくとも一部が流量制御弁４０を通り下流位置に送出され得、および再度、透過水の一部がライン５０、逆止弁３８、ライン４４、エネルギ回収ユニット２４、およびエネルギ回収ポンプ２６を通り、および逆浸透アレイ２０に戻り、再生利用され得る。そのため、同時に、逆浸透アレイ２０は、ライン４６を通り、エネルギ回収ユニット２４を通り、タンクまたはアキュムレータ２８に戻り向けられる濃縮物を生成するように続いている。好ましい実施形態において、タンクまたはアキュムレータ２８を通る濃縮物の流れは、プラグ流であり、そのため、タンクまたはアキュムレータ内の濃縮物は給水だけ、または給水と透過水のブレンドを処理することから生じる低濃縮水によって代えられる。第２モードの運転の間、タンクまたはアキュムレータ２８内の濃縮物は、あまり濃縮されなくなる。言い換えれば、タンクまたはアキュムレータ２８に送出されるフレッシュ濃縮物は、少なくとも始めに、タンクまたはアキュムレータ２８内の濃縮物よりあまり濃縮されない。いずれにしても、濃縮物は、連続的に監視され、および、いくつかの点で、水処理システム１０を第１モードまたは通常運転モードに戻す切り替えることが適切である。すなわち、導電率試験によって、例えば、タンクまたはアキュムレータ２８内の濃縮物が分析され得、および導電率が第１モードの運転を可能にする設定点に到達したとき、水処理システム１０は、述べられた種々の弁を自動的に制御することによって、第１モードの運転に自動的に切り替えられ得る。代替において、第２モードまたは濃縮物排出モードは、��定期間の間、および一定期間の経過後に動作され得、システムは第１モードの運転に戻るよう切り替えられ得る。
【００２０】
いくつかの場合において、流量制御弁４０は、顧客によって連続的または断続的に制御される。例えば、顧客は、流量制御弁４０の下流に透過水保持タンクを有し得る。流量制御弁４０は、透過水保持タンク内のレベルセンサによって変更および制御され得る。そのため、透過水保持タンク内の透過水のレベルが上昇すると、これは、弁を通る流れを制限するよう作動させられた流量制御弁を生じる。これは、いくつかの逆浸透システムで通常生じるような、すっかり閉鎖されることを流量制御弁に必ずしも要求しないであろう。これは、顧客の水使用または水需要に応じて、０％から１００％の透過水のいくつかの部分の再循環を生じることになる。このモードの運転は、ＲＯシステムが自動可変透過水流量を提供することを可能とし、逆浸透モジュール内で最小のクロスフロー速度を維持するニーズのため一般に利用可能でない、高レベルの水回収を維持する。
【００２１】
上記される逆浸透システムに多くの利点がある。第１に、システムおよびプロセスは、概して一定の透過水流で高水回収を達成する。用語「概して一定の透過水流」は、選択された期間に亘り、透過水の流量が５％未満で変化することを意味する。第２に、システムおよびプロセスは、一定の給水流で高水回収を達成する。最後に、システムおよびプロセスは、可変透過水送出で同じ高水回収を達成する。
【００２２】
図２は、１以上の膜分離ユニットで水を処理するための代替のシステムおよびプロセスを示す。図２に開示されるシステムおよびプロセスは、上記され、かつ図１に示されたものと実質的に同様である。しかしながら、２つのプロセスの間にいくつかの違いがある。
【００２３】
図２に関して、給水入口ラインに動作可能に接続された給水タンクまたは容器１００が提供される。給水タンク１００の機能は、いくらかの給水を蓄え、かつ選択されたときに、蓄えられ給水をシステム内に排出することである。入口の給水の流れが、最適に働くためにシステムのため不十分であるときがあり得る。特に、システムへの給水の流れを急に増加させることは、常に現実的でない。そのため、タンク１００内に蓄えられた給水は、効率的に働き、かつ意図されるように、種々の時期でシステムによって要求または需要され得る追加の給水を提供する。給水タンク１００と動作可能に関連する対の空気ラインがあることに留意されたい。入口空気ライン１０２、および出口空気ライン１０４は、給水タンク１００内に、かつ給水タンク１００の外に空気を向けるよう動作する。蓄積および排出状態下で空気の流れを制御するため、２つの弁１０６および１０８が提供される。
【００２４】
タンク１００は、種々のモードを取り得る。１つのモードにおいて、入口給水は、タンク内に向けられる。第２のモードにおいて、タンク１００は、単に給水を保持し、かつ、含む。第３のモードにおいて、含まれた給水、またはその一部は、給水タンク１００からシステム内に排出される。給水を蓄積するために、弁１０６は閉鎖され、および、弁１０８は開放される。このように、蓄積モードの間、空気はライン１０４から排出される。給水タンク１００が、給水を排出しているとき、弁１０８は閉鎖され、および、弁１０６は開放される。この状況において、圧縮空気はライン１０２に向けられ、および、圧縮空気は給水タンク１００からシステム内に蓄積された給水を動かす。
【００２５】
図２に示されるシステムおよびプロセスは、システム１０を通る、給水、透過水、および濃縮物の流れを制御するために、いくつかの制御要素を含む。特に、ＦＣで表示された一連の流量制御器が示される。流量制御器の詳細は示されておらず、かつ本願明細書で議論されないが、それは、そのようなものが本発明にとって本質的な材料でなく、さらに、流量制御器が膜システムにおける当業者にとって公知で、かつ使用されているためである。いずれにしても、流量制御器ＦＣは、例えば、パイプまたは導管を通る液体の流量を感知する流量センサを一般的に含む。さらに、流量制御器は、流量センサで測定される流れの制御を果たす制御器を一般に含み得る。一般的に、そのような制御器は、ポンプ、例えば、可変速度ポンプと動作可能に関連しており、および所望または所定の流量を生じるようにポンプを制御するようにプログラムされる。図２において、３つの流量制御器１１０、１１２および１１４が示される。図２に図示される実施形態における流量制御器１１０は、入口給水ラインに位置され、および、この特定のケースにおいて、給水タンク１００の上流に配置される。給水ラインにおける流量制御器１１０は、製品流れと併せて使用され、システムの水圧回復を決定し、そのためフラッシングサイクルを始める。流量制御器１１２は、膜分離ユニット２０から延びる透過水ラインに動作可能に接続される。それは、膜分離ユニット２０から上流に位置する可変速度ポンプ２２に動作可能に接続される。流量制御器１１２は、高圧ポンプ２２を制御するよう動作し、概して一定の透過水流を膜分離ユニット２０から生成する。流量制御器１１４は、エネルギ回収ポンプ２６のまさに下流に配置される。それは、エネルギ回収ポンプ２６と動作可能に接続され、高圧ポンプ２２を膜分離ユニット２０と接続するラインの方へエネルギ回収ポンプ２６から通過する水の流量を制御、および変更する。さらに、自動制御弁３２のまさに下流の排水ライン５２内に配置された流量制御装置ＦＣＤが提供される。この流量制御装置は、ライン５２を通り濃縮物の排出を制御するために使用される。
【００２６】
図２におけるシステム１０は、また、一連の導電率センサＣを含む。導電率センサＣは、給水または濃縮物中の導電率を感知および決定するよう機能し、および、システムがモード１からモード２に、およびその逆へ移されなければならないときについて決定することに特に役立つ。給水入口ラインに配置された導電率センサ１１６があることに留意すべきである。さらに、前に述べられたように、蓄積された濃縮物を保持および維持し得る、タンク、または拡大されたパイプまたは他の装置を含み得る、濃縮物アキュムレータ２８のまさに下流に配置された別の導電率センサ１１８がある。典型的なシステムにおいて、これらの導電率センサは、メインシステムの制御ユニットに動作可能に接続され、およびシステムの制御ユニットに導電率の測定結果を提供し、システムの制御ユニットは、システムが、モード１からモード２、およびその逆に切り替えられなければならないときについて決定するために、その情報、またはデータを順番に使用する。
【００２７】
図３に関して、別の実施形態では、逆浸透またはナノ濾過ユニットを含むシステム中で給水を処理するシステムおよびプロセスを伴うことが示される。図３に示されるシステムおよびプロセスは、上記され、かつ図２に示されたものと実質的に同様である。主な特徴は、図３に示されるシステムおよびプロセスが、２つパス膜システムを含むことである。この実施形態は、比較的高回収率の必要がある場合、および／または、透過水の純度要求が比較的高い場合に役に立つ。
【００２８】
図３に関して、第１パス膜分離ユニットが数字２０によって示される点に留意すべきである。第２パス膜分離ユニットは、数字１２０によって概して示される。特に、第２パス膜分離ユニットは、膜分離ユニット１２２および１２４を含む。
【００２９】
膜分離ユニット２０からの透過水は、高圧可変速度ポンプ１２６に向けられる。ポンプ１２６は、膜分離ユニット１２２内に透過水を導く。膜分離ユニット１２２は、透過水および濃縮物を生産する。膜分離ユニット１２２によって生成された濃縮物は、膜分離ユニット１２４に順番に供給されるライン１２８内に向けられる。膜分離ユニット１２４も、透過水および濃縮物を生成する。膜分離ユニット１２４からの透過水は、膜分離ユニット１２２によって生成された透過水に加わるライン１３２内に向けられる。膜分離ユニット１２４によって生成された濃縮物は、ライン１３０内に向けられ、および再生利用され、および、ライン４２内に供給され、濃縮物が入口給水と混合される。
【００３０】
膜分離ユニット１２２および１２４によって生成された透過水流を制御するために、圧力制御器１３４が提供される。図３において、圧力制御器１３４がポンプ１２６の上流に置かれることを留意すべきである。圧力制御器１３４は、高圧可変速度ポンプ１２６と動作可能に接続されている。圧力制御器１３４、および可変速度ポンプ１２６を含む、この圧力制御ループは、ポンプのＶＦＤを制御するよう作用する。
【００３１】
図４は、図３に示されるシステムおよびプロセスと実質的に同様である。しかしながら、この場合、膜分離ユニット１２２および１２４の下流に置かれる流量制御器１３５がある。流量制御器１３５は、高圧可変速度ポンプ１２６と動作可能に関係しており、および膜分離ユニット１２２および１２４によって生成された透過水の流量を制御するよう機能する。図４に示されるプロセスは、代替の制御アプローチであり、第１パスＲＯまたはナノ濾過ユニットは第２のパスポンプ１２６に吸引圧を発生ように圧力制御（圧力制御器１１５）下で運転され、および、第２パスポンプは第２パス高圧ポンプ１２６を制御するよう動作する流量制御器１３４に基づく流量制御で動作する。
【００３２】
上記され、かつ図１−３で図示された、システムおよびプロセスを動作および制御するための種々の方法および手段がある。しかしながら、プロセスは、上述の第１および第２モードにおいて動作される膜システム中で給水を処理することに集中する。概して、上記されるように、給水の処理のうち、モード１運転が、通常、２０と９０分の間で続くことになることと考えられる。モード２のプロセスは、およそ１分から５分までである、比較的短くなると考えられる。通常、モード１と２の間で切り替わるための制御は、導電率センサ１１８で濃縮物の測定された導電率に基づくことになり得る。図２−４を参照。２つの導電率の閾値または設定点があり得、１つ目はモード１からモード２からモード１へのシフトを誘発し、２つ目はモード２からモード１へのシフトを誘発する。これらの閾値または設定点は、給水品質、アプリケーション、処理された給水の顧客の使用に応じて、変化し得る。上述のもののような主要な制御手順に重ねられ、および導電率に基づく、他の制御手順があり得る。例えば、タイマー無視があり得る。ここで、導電率センサ１１８で測定された導電率にかかわりなく、システムは、モード１からモード２へ切り替えるようプログラムされ得、および予め選択された時間間隔に基づきモード１に戻るようプログラムされ得る。さらに、第３レベルの制御は、容積測定の回収に基づき得る。容積測定の回収は、単に、全入口給水流量によって分けられた全透過水流量である。これらのパラメータの全３つは、上述され、かつ図１−４に示された、システムおよびプロセスを制御するよう一体化され得る。代替的に、これらの制御パラメータのいずれか一つ、または種々の組合せが採用され得る。
【００３３】
上記され、かつ、図１−４に示されたシステムおよびプロセスは、高圧および低圧域を伴う。すなわち、システム中のパイプまたは導管は、高圧下で水を含み、および、いくつかのパイプまたは導管は低圧下で水または濃縮物を含むことになる。図１−４に示されたシステムおよびプロセスの目的のため、用語「高圧」は、１００ｐｓｉから１６００ｐｓｉの範囲内の圧力を意味する。用語「低圧」は、１００ｐｓｉ未満の圧力を意味する。特に、本願明細書に示された実施形態の場合、高圧ポンプ２２と第１膜分離ユニット２０の間のライン内の給水の圧力は、１００―１６００ｐｓｉの範囲内にある。高圧ポンプ２２の入口側の圧力は、一般に、２０ｐｓｉから１００ｐｓｉ未満である。一実施形態において、例えば、タンクまたはアキュムレータ２８のまさに下流の圧力は、およそ２０ｐｓｉである。そのため、図１に示されるシステムの高圧帯または領域が、例えば、膜分離ユニット２０への高圧ポンプ２２からのライン、ならびにエネルギ回収ユニット２４までの膜分離ユニット２０の間に延びるライン４６の一部、ならびに高圧ポンプ２６を通りエネルギ回収ユニット２４から、高圧ポンプ２２と膜分離ユニット２０の間に延びるラインまでのラインを含むことが理解される。これの外側で、システムの残りの部分または地帯は、低圧と考えられる。特に、図１−３に示される実施形態における、タンクまたはアキュムレータ２８は、高圧域の外にあり、および、低圧に維持される。いくつかの場合において、本発明のシステムは、高圧帯と低圧帯に関する。用語「低圧」および「高圧」の定義と一致して、低圧帯は、システムの水が１００ｐｓｉ未満の圧力に維持される地帯である。高圧帯は、水の圧力が１００−１６００ｐｓｉの範囲内に維持されるシステム内の地帯である。
【００３４】
本発明は、当然ながら、本発明の範囲および本質的な特徴から逸脱することなく、本願明細書に示されているものとは異なる他の特定の方法で実施され得る。したがって、本発明の実施形態は、全ての態様において、実例として、かつ限定的でないものとして解釈されることになり、および、添付の特許請求の範囲の意味する範囲および均等の範囲内にある全ての変更が、本願明細書に含まれるよう意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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