(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜と、
前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜と、
前記第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、
前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、
前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサと、
前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサと、
前記第１センサおよび前記第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、を備えた、
前記第２逆浸透膜のブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に送水される海水淡水化装置。
【請求項２】
海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜と、
前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜と、
前記第２逆浸透膜から排出された硼素を含む脱塩水と原海水とが蓄えられる水槽と、
前記第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、
前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、
前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサと、
前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサと、
前記第１センサおよび前記第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、
前記原海水のｐＨとアルカリ度とを計測する第３センサと、
前記原海水のｐＨと前記第１注入機の酸注入率との関係をアルカリ度毎に示す酸注入曲線、および、前記原海水のｐＨと前記第２注入機のアルカリ注入率との関係をアルカリ度毎に示すアルカリ注入曲線を有し、前記酸注入曲線および前記アルカリ注入曲線から求められる酸注入率およびアルカリ注入率が適正注入率範囲であるか否か監視する過注入状態判定手段と、
前期過注入状態判定手段により適正注入率範囲でないと判断された場合に酸注入率およびアルカリ注入率を補正する注入率補正手段と、を備えた、
前記第２逆浸透膜のブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に返送される海水淡水化装置。
【請求項３】
海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜と、
前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜と、
前記第２逆浸透膜から排出された硼素を含む脱塩水と原海水とが蓄えられる水槽と、
前記第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、
前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、
前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサと、
前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサと、
前記第１センサおよび前記第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、
前記原海水のｐＨとアルカリ度とを計測する第３センサと、
前記第２逆浸透膜から前記水槽に供給される脱塩水の電気伝導度を計測する第４センサと、を備え、
前記コントローラは、前記第４センサで計測した値を取得して前記第２逆浸透膜から前記水槽に供給される脱塩水の硼素の親水性を判定するように構成された、
前記第２逆浸透膜のブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に返送される海水淡水化装置。
【請求項４】
海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜と、
前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜と、
前記第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、
前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、
前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサと、
前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサと、
前記第１センサおよび前記第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、
前記第１注入機の注入率の変化、前記第２注入機の注入率の変化、前記第１センサで計測されるｐＨ値の変化、および、前記第２センサで計測されるｐＨ値の変化を取得し、前記注入率の変化に対するｐＨ値の応答感度を指標として過注入状態を判定する過注入状態判定手段と、
前記過注入状態判定手段で過注入状態であると判断された場合に、酸注入率およびアルカリ注入率を補正する注入率補正手段と、を備えた、
前記第２逆浸透膜のブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に返送される海水淡水化装置。
【請求項５】
海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、
前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜であってブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に返送される前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、
前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサおよび前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、を備える薬品注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、海水淡水化装置および薬品注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に水問題が深刻化する中、水ビジネスを巨大市場と捉え、世界規模で水ビジネス競争が加速している。河川などの表流水や地下水を水源として持たない中東諸国や、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設置している。
【０００３】
海水淡水化の方法としては、海水を蒸留して真水を得る蒸発法と呼ばれる方法と、逆浸透膜（以下、ＲＯ（reverse osmosis）膜と称する）を用いて海水を高圧で濾過する膜法とが実用化されている。膜法では、高圧ＲＯポンプにより昇圧された海水をＲＯ膜に通すことにより、海水の脱塩を行う。膜法は、一般的に蒸発法と比較して淡水化コストが安いため、現在では蒸発法に代わって普及が進みつつある。
【０００４】
ところで、海水中に含まれるホウ素（４〜６ｍｇ／Ｌ）は、１段のＲＯ膜分離処理では基準値（飲料水基準１．０ｍｇ／Ｌ、ＷＨＯは０．３ｍｇ／Ｌ）を満足できないことがあり、その場合には、１段ＲＯ膜の透過水にアルカリ剤を添加してＲＯ膜を２段にして処理するプラントも存在する（以下、２段ＲＯ膜）。
【０００５】
なお、２段ＲＯ膜によるホウ素の阻止率は、ホウ素が弱電解質の硼酸として存在しｐＨによって変化するため、例えばｐＨを９．０〜１０．０に調整して飲料水基準の１．０ｐｐｍ（ＷＨＯは０．３ｐｐｍ）のホウ素濃度にすることが求められる。
【０００６】
また、１段ＲＯ膜でのカルシウムスケール防止のために、硫酸や塩酸などの酸を注入して１段ＲＯ膜入口でのｐＨを６．５〜７．０に調整する必要がある（海水のｐＨは８．０〜８．５程度）。
【０００７】
なお、下記式に示すように、酸としてＨ＋を添加することで、平衡点を左にシフトさせ炭酸カルシウムを溶解させることができる。
【０００８】
Ｃａ２＋  ＋  ＨＣＯ３  ⇔  Ｈ＋  ＋  ＣａＣＯ３
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−２０６４６０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３８１６５号公報
【特許文献３】特開平１０−０８５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、２段ＲＯ膜からのブライン水は脱塩水であるため、そのまま放流するのではなく、１段ＲＯ膜の前段に返水するのが効率の観点からも一般的であるが、ｐＨが９．０〜１０．０に調整されている脱塩水が返水されるため、１段ＲＯ膜のカルシウムスケール防止に必要な酸注入率に影響される。
【００１１】
例えば、酸注入によってｐＨを６．８に調整している場合に、２段ＲＯ膜のブライン水の流量やｐＨが増加すると、ｐＨを６．８に保つために必要な酸注入量は増加する。酸注入量が増加すると、アルカリ度が減少するために（酸度が増加するために）、２段ＲＯ膜入口のｐＨを９．０に保つために必要なアルカリ注入量も増加する。酸注入量は１段ＲＯ膜前段のｐＨにより制御し、アルカリ注入量は２段ＲＯ膜前段のｐＨにより制御すると、薬品注入量が徐々に増加してしまうことがあった。
【００１２】
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、薬品注入量を制御することにより薬品が過剰に注入されることを回避する海水淡水化装置および薬品注入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】
【００１３】
実施形態に係る海水淡水化装置は、海水をろ過して脱塩水と濃縮海水とに分離して排水する第１逆浸透膜と、前記脱塩水をろ過して硼素を除去する第２逆浸透膜と、前記第１逆浸透膜の前段に酸注入を行う第１注入機と、前記第２逆浸透膜の前段にアルカリ注入を行う第２注入機と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨを計測する第１センサと、前記第２逆浸透膜入口のｐＨを計測する第２センサと、前記第１センサおよび前記第２センサの計測値を取得するとともに、前記第１逆浸透膜入口のｐＨ目標値と前記第２逆浸透膜入口のｐＨ目標値とが入力され、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第１逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第１注入機による酸注入率の伝達関数と、前記第２逆浸透膜入口のｐＨの目標値に対する前記第２注入機によるアルカリ注入率の伝達関数とを用いて、前記第１注入機から注入される酸の注入率、および、前記第２注入機から注入されるアルカリの注入率を、制御するように構成されたコントローラと、を備え、前記第２逆浸透膜のブライン水が前記第１逆浸透膜の前段に送水される海水淡水化装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す海水淡水化装置において、酸注入率およびアルカリ注入率を演算する方法の一例を説明するための図である。
【図３】図２に示す酸注入率およびアルカリ注入率を演算に用いる伝達関数の演算方法の一例を説明するための図である。
【図４】第２実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図５】第３実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図６】第４実施形態に係る海水淡水化装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図７】図６に示す海水淡水化装置において用いられる注入率変化に対するｐＨの応答感度の指標の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に、第１実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置の一構成例を示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、水槽ＴＫと、送水ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、ブースターポンプＰ３、動力回収装置２０、ブライン流量調節弁（排水弁）３０、第１逆浸透（ＲＯ）膜１２、第２逆浸透（ＲＯ）膜１４、コントローラＣＴＲ、薬品の注入量を調整して注入する第１注入機４０、第２注入機５０、センサ（第３センサ）Ｓ１、センサ（第１センサ）Ｓ２、センサ（第２センサ）Ｓ３を備えている。薬品注入装置は、コントローラＣＴＲと第１注入機４０と第２注入機５０とを備える。なお、海水淡水化装置は各種バルブを備えているが図１では省略している。
【００１７】
送水ポンプＰ１は、水槽ＴＫから海水または海水１次処理水（殺菌、除濁された海水）を吸引し、海水淡水化装置内に海水を送り込む。送水ポンプＰ１から排水された海水は、高圧ポンプＰ２と動力回収装置２０とに供給される。
【００１８】
高圧ポンプＰ２は、送水ポンプＰ１から供給された海水を高圧状態（例えば６ＭＰａ程度）まで昇圧して排水する。高圧ポンプＰ２から排水された海水は、第１逆浸透膜１２に供給される。
【００１９】
第１逆浸透膜１２および第２浸透膜１４は、海水をろ過して海水に含まれるイオンや塩類などの溶質を除去し、脱塩水を生成する。第１逆浸透膜１２でろ過された脱塩水は第２逆浸透膜１４に供給される。第２逆浸透膜１４は、供給された脱塩水からさらに硼素を除去して排出する。第２逆浸透膜１４のブライン水は水槽ＴＫに貯留される。
【００２０】
第１逆浸透膜１２によって除去された塩分は、濃縮海水として高圧で排水される。第１逆浸透膜１２から排水された濃縮海水は、動力回収装置２０に供給される。動力回収装置２０は、例えば容積型動力回収装置である。動力回収装置２０は、高圧側入口２２と、高圧側出口２４と、低圧側入口２６と、低圧側出口２８と、を備えている。
【００２１】
動力回収装置２０は、濃縮海水に含まれる圧力エネルギーを利用して送水ポンプＰ１から低圧側入口２６より流入する海水を昇圧し、ブースターポンプＰ３へ出力する。動力回収装置２０は、圧力エネルギーを回収した後の濃縮海水を、低圧側出口２８および排水弁３０を介して排水する。
【００２２】
すなわち、高圧側入口２２には、第１逆浸透膜１２から排水された濃縮海水が供給される。濃縮海水は、その圧力エネルギーが回収された後、低圧側出口２８から排水される。低圧側入口２６には、送水ポンプＰ１から海水が供給される。この海水は、濃縮海水が持つ圧力（動力）を利用することにより高圧側出口２４から排水される。高圧側出口２４から排水された海水は、ブースターポンプＰ３に供給される。
【００２３】
排水弁３０は、例えばブライン流量調節弁であって濃縮海水の流量を調節する目的で、アクチュエータとして設置される。排水弁３０の弁開度は、コントローラＣＴＲからの制御信号により制御される。
【００２４】
ブースターポンプＰ３は、動力回収装置２０からの海水を、高圧ポンプＰ２からの海水と同程度の圧力まで昇圧する。そして、ブースターポンプＰ３から排水された昇圧後の海水は、高圧ポンプＰ２からの海水に合流されて、第１逆浸透膜１２へ送水される。
【００２５】
第１注入機４０は、流路に硫酸や塩酸などの酸を注入して第１逆浸透膜１２入口でのｐＨを調整する。第１注入機４０は、送水ポンプＰ１と高圧ポンプＰ２との間の流路に酸を注入するように構成されている。
【００２６】
第２注入機５０は、流路にアルカリ剤を注入して第２浸透膜１４入口でのｐＨを調整する。第２注入機４０は、第１逆浸透膜１２出口と第２浸透膜１４入口との間の流路にアルカリ剤を注入するように構成されている。
【００２７】
センサＳ１は、水槽ＴＫの前段に設置され、海水（または海水１次処理水）のｐＨおよびアルカリ度を計測する。センサＳ２は、第１逆浸透膜１２入口の近傍に設置され、海水（または海水１次処理水）のｐＨを計測する。センサＳ３は、第２逆浸透膜１４入口の近傍に設置され、脱塩水のｐＨを計測する。センサＳ２およびセンサＳ３で計測されたｐＨの値は、コントローラＣＴＲに送信される。
【００２８】
コントローラＣＴＲは、センサＳ３、Ｓ３から受信したｐＨを監視するとともに、クロスリミット制御、最適レギュレータといった２入力２出力の多変数制御により酸注入率およびアルカリ注入率の制御を行なうように構成されている。
【００２９】
図２に、コントローラＣＴＲでの制御方法を説明するための図を示す。コントローラＣＴＲには、第１逆浸透膜１２入口ｐＨの目標値Ｙ１と、第２逆浸透膜１４ｐＨの目標値Ｙ２とが入力される。コントローラＣＴＲは目標値Ｙ１、Ｙ２から、伝達関数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を用いて酸注入率Ｕ１とアルカリ注入率Ｕ２とを演算する。目標値Ｙ１、Ｙ２と、酸注入率Ｕ１およびアルカリ注入率Ｕ２と、の関係を伝達関数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を用いて下記式（１）のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
0005349435.tif 000002
【００３１】
伝達関数Ｐ１１は、酸注入から第１逆浸透膜１２入口ｐＨまでの伝達関数である。伝達関数Ｐ１２は、アルカリ注入から第１逆浸透膜１２入口ｐＨまでの伝達関数である。伝達関数２１は、酸注入から第２逆浸透膜１４入口ｐＨまでの伝達関数である。伝達関数２２は、アルカリ注入から第２逆浸透膜１４入口ｐＨまでの伝達関数である。
【００３２】
ここで、伝達関数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２は、水槽ＴＫでの海水の混合をモデル化した混合モデルと、酸注入による添加直後のアルカリ度をモデル化した酸注入モデルと、アルカリ注入による添加直後のアルカリ度をモデル化したアルカリ注入モデルと、逆浸透膜でのイオン分離をモデル化したＲＯ膜イオン分離モデルと、により算出される。伝達関数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２は、水槽ＴＫに供給される海水の特性により決定されるため、海水淡水化装置が設置された際に１度演算されればよい。
【００３３】
混合モデルは、水槽ＴＫにおいてプロトン受容物質の濃度和であるアルカリ度と、溶液に含まれる全炭酸濃度との物理収支が保存されることを利用して以下のようにモデル化される。
【００３４】
なお、Ｑ１は水槽ＴＫ流入海水の容量、Ａｌｋ１は水槽ＴＫ流入海水（原海水）のアルカリ度、Ｃｔ１は水槽ＴＫ流入海水の全炭酸濃度である。Ｑ２は第２逆浸透膜１４ブライン水の容量、Ａｌｋ２は第２逆浸透膜１４ブライン水のアルカリ度、Ｃｔ２は第２逆浸透膜１４ブライン水の全炭酸濃度である。Ｑ３は水槽ＴＫから排出される海水の容量、Ａｌｋ３は水槽ＴＫから排出される海水のアルカリ度、Ｃｔ３は水槽ＴＫから排出される海水の全炭酸濃度である。Ｖは水槽ＴＫの水槽容量である。
【００３５】
【数２】
0005349435.tif 000003
【００３６】
【数３】
0005349435.tif 000004
【００３７】
酸注入モデルは、添加される硫酸等の酸の注入量［ｍｌ／ｍｉｎ］、濃度［％］、希釈率、および、分子量から、プロトン（Ｈ＋）のモル濃度［ｍｏｌ／Ｌ］を下記式により演算する。
【００３８】
プロトン（Ｈ＋）モル濃度［ｍｏｌ／Ｌ］＝２×Ｃｈ×希釈率／１０００／分子量
さらに、上記プロトン（Ｈ＋）のモル濃度を用いて酸添加直後のアルカリ濃度を下記のように演算するようにモデル化されている。
【００３９】
【数４】
0005349435.tif 000005
【００４０】
なお、アルカリ注入モデルも同様に、アルカリ（ＯＨ−）のモル濃度を演算し、アルカリのモル濃度を用いてアルカリ添加直後のアルカリ濃度を演算するようにモデル化されている。
【００４１】
ＲＯ膜イオン分離モデルは、第１逆浸透膜１２のアルカリ度透過率Ａ１、および全炭酸濃度透過率Ｃ１を用いて、下記式により第１逆浸透膜１２から排出された脱塩水のアルカリ度および全炭酸濃度を演算するようにモデル化されている。
【００４２】
Ａｌｋ５＝Ａｌｋ４×透過率Ａ１、  Ａｌｋ６＝Ａｌｋ４×（１−透過率Ａ１）
Ｃｔ５＝Ｃｔ４×透過率Ｃ１、  Ｃｔ６＝Ｃｔ４×（１−透過率Ｃ１）
第２逆浸透膜１４についても同様に、アルカリ度透過度Ａ２、および全炭酸濃度透過率Ｃ２を用いて、第２逆浸透膜１４から排出された脱塩水のアルカリ度および全炭酸濃度を演算するようにモデル化されている。
【００４３】
上記のようなモデルを用いて、目標値Ｙ１、Ｙ２と、酸注入率Ｕ１およびアルカリ注入率Ｕ２と、の関係から伝達関数Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２を演算する。コントローラＣＴＲは、上記式（１）から、酸注入率Ｕ１およびアルカリ注入率Ｕ２を演算し、演算結果により、注入機４０および注入機５０によって流路に注入される酸およびアルカリ剤の量を調整するように構成されている。
【００４４】
酸注入率Ｕ１を第１逆浸透膜１２入口ｐＨにより調整し、アルカリ注入率Ｕ２を第２逆浸透膜１４入口ｐＨにより調整して、それぞれの注入量を独立に制御すると、薬品注入量が過剰となることがある。
【００４５】
一方、目標値Ｙ１、Ｙ２を設定して、上記のように２入力２出力の多変数制御を行なうことにより、薬品注入量が過剰となることを抑制することができる。
【００４６】
すなわち、本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置によれば、薬品注入量を制御することにより薬品が過剰に注入されることを回避する海水淡水化装置および薬品注入装置を提供することができる。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図４に本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置の一構成例を示す。この例では、予め酸とアルカリとの適正注入率の範囲が設定されている。図４に示す海水淡水化装置は、原海水のｐＨと酸注入率との関係をアルカリ度毎に示す酸注入曲線、および原海水のｐＨとアルカリ注入率との関係をアルカリ度毎に示すアルカリ注入曲線を有し、酸注入曲線およびアルカリ注入曲線から求まる酸注入率およびアルカリ注入率が適正注入率範囲であるか否か監視する過注入状態判定手段６０と、過注入状態判定手段６０により適正注入率範囲でないと判断された場合に酸注入率およびアルカリ注入率を補正する注入率補正手段７０と、をさらに備えている。
【００４９】
過注入状態判定手段６０には、センサＳ１で計測されたｐＨおよびアルカリ度が供給される。過注入状態判定手段６０は、センサＳ１から送信されたアルカリ度から酸注入曲線を選択し、選択した酸注入曲線とセンサＳ１から送信されたｐＨとから酸注入率を算出するように構成されている。さらに、過注入状態判定手段６０は算出した酸注入率が適正注入率範囲内か否かを判断し、適正注入範囲ではない場合に、注入率補正手段７０へ酸注入率を大きくする又は小さくする信号（又は補正量）を出力するように構成されている。
【００５０】
注入率補正手段７０は、過注入状態判定手段６０から酸注入率を大きくする又は小さくする信号（又は補正量）を受信した場合に、コントローラＣＴＲで演算される酸注入率を補正するように構成されている。
【００５１】
過注入状態判定手段６０は、アルカリ注入率が適正注入率範囲であるか否かも同様に判定するように構成されている。注入率補正手段７０も同様に、アルカリ注入率が適正注入率範囲でない場合に、コントローラＣＴＲで演算されるアルカリ注入率を補正するように構成されている。
【００５２】
上記のように、原海水のｐＨ、アルカリ度に基づいて適正な酸注入率範囲を設定し、範囲を逸脱した場合には過剰な薬品使用量であると判断することにより、警報または、注入率補正により酸注入およびアルカリ注入を自動制御することができる。
【００５３】
すなわち、本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置によれば、薬品注入量を制御することにより薬品が過剰に注入されることを回避する海水淡水化装置および薬品注入装置を提供することができる。
【００５４】
次に、第３実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置について図面を参照して説明する。
【００５５】
図５に、本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置の一構成例を示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、第２逆浸透膜１４のブライン水の電気伝導度と、ｐＨと、アルカリ度とを計測するセンサＳ４をさらに備えている。センサＳ４で計測されたｐＨ、アルカリ度、および、電気伝導度は、コントローラＣＴＲに送信される。
【００５６】
コントローラＣＴＲは、センサＳ４で計測した電気伝導度、ｐＨ、および、アルカリ度の値を取得して、これらの値より第２逆浸透膜１４のブライン水の硼素の親水性を判定するように構成されている。コントローラＣＴＲは、原海水のｐＨと酸注入率との関係をアルカリ度毎に示す酸注入曲線、および、原海水のｐＨとアルカリ注入率をアルカリ度毎に示すアルカリ注入曲線を、センサＳ１で計測された値と酸注入率とに基づいて演算し、センサＳ４で計測された値により演算された酸注入曲線およびアルカリ注入曲線の適正注入率範囲を設定するように構成されている。
【００５７】
例えば、ｐＨ、アルカリ度、および電気伝導度に対するホウ素除去性能を事前に測定さし、ｐＨ、アルカリ度、および電気伝導度から適正注入率範囲を推定するためのソフトウェアセンサを用いてもよい。
【００５８】
コントローラＣＴＲは、酸注入率およびアルカリ注入率が適正注入率範囲であるか否かにより、過注入状態か否かを判定するように構成されている。
【００５９】
このように、コントローラＣＴＲが第２逆浸透膜１４のブライン水のｐＨ、アルカリ度、および、電気伝導度を取得するように構成することにより、予め酸注入曲線およびアルカリ注入曲線を用意する必要がなくなる。
【００６０】
すなわち、本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置によれば、薬品注入量を制御することにより薬品が過剰に注入されることを回避する海水淡水化装置および薬品注入装置を提供することができる。
【００６１】
次に、第４実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置について図面を参照して説明する。
【００６２】
図６に、本実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置の一構成例を示す。本実施形態に係る海水淡水化装置は、感度分析手段８０と、注入率補正手段９０と、をさらに備えている。
【００６３】
感度分析手段８０は、第１注入機４０および第２注入機５０の注入率の変化と、センサＳ２、Ｓ３で計測されるｐＨの変化とを取得し、注入率変化に対するｐＨの応答感度を指標として過注入状態を判定するように構成されている。
【００６４】
また、感度指標としては様々なものを用いることが可能である。たとえば、感度指標として図７に示す相対ゲイン（干渉の指標）λ１１などを用いることができる。相対ゲインとは干渉の指標であって、フィードバックのループを開ループにした場合の伝達関数Ｙ１／Ｕ１（open）と閉ループにした場合の伝達関数Ｙ１／Ｕ１（close）との比で表し、１に近ければ干渉は弱い（すなわち過注入ではない）と判断できる。なお、開ループの際の伝達関数は、上述の第１実施形態で説明した完全混合モデルを無視して演算することにより、求めることができる。
【００６５】
なお、図７には、酸注入率の変化に対する感度指標としての相対ゲインを示しているが、アルカリ注入率の変化に対する感度指標としての相対ゲインも第２逆浸透膜１４入口ｐＨＹ２とアルカリ注入率Ｕ２とから同様に算出することができる。
【００６６】
注入率補正手段９０は、感度分析手段８０での判断結果に基づいて、コントローラＣＴＲで演算された第１注入機４０および第２注入機５０の注入率Ｕ１、Ｕ２を補正する。例えば、感度分析手段８０で干渉が強いと判断された場合には、過注入であると判断して注入率Ｕ１、Ｕ２を減らすように補正する。
【００６７】
上記のように、感度分析手段８０および注入率補正手段９０をさらに設けることによって、薬品が過剰に注入されることを回避する海水淡水化装置および薬品注入装置を提供することができる。さらに、本実施形態では第１乃至第３実施形態に係る海水淡水化装置および薬品注入装置よりも必要なセンサが少ないため、初期の投資コストの少ない海水淡水化装置および薬品注入装置を提供することができる。
【００６８】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【００６９】
ＴＫ…水槽、Ｐ１…送水ポンプ、Ｐ２…高圧ポンプ、Ｐ３…ブースターポンプ、Ｓ１〜Ｓ４…センサ、ＣＴＲ…コントローラ、１２…第１逆浸透膜、１４…第２逆浸透膜、２０…動力回収装置、３０…ブライン流量調節弁、４０…第１注入機、５０…第２注入機、６０…過注入状態判定手段、７０…注入率補正手段、８０…感度分析手段、９０…注入率補正手段。
【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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【図７】
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