(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を昇圧して逆浸透膜モジュールに供給し、その透過水を得る逆浸透膜装置を運転するに際し、
逆浸透膜における溶質透過の物質収支を表す下記濃度分極モデルに基づいて、オンラインで測定された前記透過水中の全塩濃度から、予め求めておいたＴＤＳ透過係数と特定成分透過係数との関係を利用して前記透過水中の特定成分の濃度を推定し、推定された前記透過水中の特定成分の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御することを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法。
［Ｃｍ−Ｃｐ］／［Ｃｆ−Ｃｐ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）
但し、Ｃｍ：膜面溶質濃度
Ｃｐ：透過水溶質濃度
Ｃｆ：原水溶質濃度
Ｊｖ：溶媒の透過流束
ｋ：物質移動係数
【請求項２】
前記透過水中の特定成分の濃度が所定の範囲内になるように装置の運転条件を設定または制御する請求項１に記載の逆浸透膜装置の運転方法。
【請求項３】
前記透過水中に含まれる特定成分としてホウ素および／または臭素を選択する請求項１または２に記載の逆浸透膜装置の運転方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の運転方法を用いて透過水を得ることを特徴とする造水方法。
【請求項５】
海水を昇圧して逆浸透膜モジュールに供給し、その透過水を得る逆浸透膜装置の運転条件を設定または制御する逆浸透膜装置の制御装置であって、
前記透過水中の全塩濃度をオンラインで測定する測定手段と、逆浸透膜における溶質透過の物質収支を表す下記濃度分極モデルに基づいて、測定された全塩濃度から、予め求めておいたＴＤＳ透過係数と特定成分透過係数との関係を利用して前記透過水中に含まれる特定成分の濃度を推定する推定手段と、推定された特定成分の濃度を出力する出力手段または推定された特定成分の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御する制御手段とを備えていることを特徴とする逆浸透膜装置の制御装置。
［Ｃｍ−Ｃｐ］／［Ｃｆ−Ｃｐ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）
但し、Ｃｍ：膜面溶質濃度
Ｃｐ：透過水溶質濃度
Ｃｆ：原水溶質濃度
Ｊｖ：溶媒の透過流束
ｋ：物質移動係数
【請求項６】
海水を昇圧して逆浸透膜モジュールに供給し、その透過水を得る逆浸透膜装置の運転方法であって、
逆浸透膜における溶質透過の物質収支を表す下記濃度分極モデルに基づいて、オンラインで測定された前記透過水中の第１の溶質の濃度から、予め求めておいた第１の溶質の透過係数と第２の溶質の透過係数との関係を利用して前記透過水中の第２の溶質の濃度を推定し、推定された前記透過水中の第２の溶質の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御することを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法。
［Ｃｍ−Ｃｐ］／［Ｃｆ−Ｃｐ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）
但し、Ｃｍ：膜面溶質濃度
Ｃｐ：透過水溶質濃度
Ｃｆ：原水溶質濃度
Ｊｖ：溶媒の透過流束
ｋ：物質移動係数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜を用いてその供給水の透過水を得る逆浸透膜装置に係り、特に透過水中のホウ素濃度や臭素濃度が所定の水質基準に適合するようにそのプラント運転条件を設定または制御し得る逆浸透膜装置とその運転方法、造水方法および制御装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
海水・かん水からの淡水の生成、または河川・湖沼水からの上水の生成には、例えば逆浸透膜モジュールを備えた逆浸透膜装置が用いられる。この種の逆浸透膜装置は、基本的には図１０に示すように殺菌や濁質成分除去等の前処理を施した供給水（海水）を高圧ポンプ１を介して所定の圧力（例えば６.０ＭＰａ程度）に高めて逆浸透膜モジュール・ユニット２に供給し、この逆浸透膜モジュール・ユニット２にて逆浸透作用により透過した透過水（淡水）を得るように構成される。
【０００３】
尚、複数の逆浸透膜モジュール・ユニット２を２段に亘って設け、１段目のバンク（逆浸透膜モジュール・ユニット２）からその透過水を得ると共に、該１段目のバンクから排出される濃縮水を昇圧して更に２段目のバンクに供給し、この２段目のバンクからもその透過水を得ることで、透過水の生成効率（造水効率）を高めるようにした逆浸透膜装置も実用化されている。
【０００４】
ところで逆浸透膜モジュール・ユニット２は、例えば図１１に示すように複数の逆浸透膜エレメント１０を直列に接続して円筒状の圧力容器２１内に収納した逆浸透膜モジュール２０を、複数本並列に設けて構成される。尚、各逆浸透膜エレメント１０は、例えば図１２に示すようにセンタパイプ１１の周囲に、流路材１２を内包した袋状の逆浸透膜１３をメッシュスペーサ１４を介してスパイラル状に巻回し、その一端にブラインシール１５を設けた構造を有する。そして各逆浸透膜エレメント１０は、ブラインシール１５側から供給される所定圧力の供給水（海水）をメッシュスペーサ１４を介して逆浸透膜１３間に導き、逆浸透作用により逆浸透膜１３を透過した透過水（淡水）を上記センタパイプ１１を介して取り出すものとなっている。
【０００５】
逆浸透膜モジュール２０は、このような各逆浸透膜エレメント１０のセンタパイプ１１間を、図１１に示すように継手２２を介して順に連結しながら、ブラインシール１５にて圧力容器２１内を区画して構成される。そして圧力容器２１の一端側に設けられた供給水口２３から導入された供給水（海水）を、各逆浸透膜エレメント１０の逆浸透膜１３内に順に導いて、センタパイプ１１内にその透過水を得る。この透過水は、圧力容器２１の他端側に設けられてセンタパイプ１１に連結された透過水口２４から取り出される。また各逆浸透膜１３を透過しなかった供給水（海水）の残り、つまり濃縮水（海水）は、圧力容器２１の他端側に設けられた排出口２５から排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて上述した逆浸透膜装置によれば、原水（海水）から塩分を除去して高品質な淡水を生成することが可能である。しかしながら海水中には、塩分以外にもナトリウムや塩化物イオン、臭素、ホウ素等の特定成分が含まれており、所定の水質基準を満たす高純度な淡水を得るには、これらの特定成分をも除去することが必要である。従って透過水中に含まれる臭素やホウ素等の濃度を把握して、その水質を管理することが重要である。しかしながら臭素やホウ素の濃度を実測することは、一般的に非常に困難である。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、逆浸透膜モジュールから得られる透過水中の臭素やホウ素等の特定成分の濃度を監視しながらプラント運転条件を管理し、或いは制御することのできる逆浸透膜装置とその運転方法、造水方法および制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る逆浸透膜装置とその運転方法、造水方法および制御装置は、逆浸透膜の膜性能について解析したところ、逆浸透膜を介して求められる透過水中の全塩濃度と、透過水中における特定成分の濃度との間に所定の関係があることを見出し、これに着目してなされたものである。
【０００９】
そこで本発明に係る逆浸透膜装置の運転方法は、海水を昇圧して逆浸透膜モジュールに供給し、その透過水を得る逆浸透膜装置を運転するに際し、
逆浸透膜における溶質透過の物質収支を表す下記濃度分極モデルに基づいて、オンラインで測定された前記透過水中の全塩濃度から、予め求めておいたＴＤＳ透過係数と特定成分透過係数との関係を利用して前記透過水中の特定成分の濃度を推定し、推定された前記透過水中の特定成分の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御することを特徴としている。
［Ｃｍ−Ｃｐ］／［Ｃｆ−Ｃｐ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）
但し、Ｃｍ：膜面溶質濃度
Ｃｐ：透過水溶質濃度
Ｃｆ：原水溶質濃度
Ｊｖ：溶媒の透過流束
ｋ：物質移動係数
【００１０】
好ましくは請求項２に記載するように、前記透過水中の特定成分の濃度が所定の範囲内になるように装置の運転条件を設定または制御するようにしている。
【００１１】
更には請求項３に記載するように前記透過水中に含まれる特定成分としてホウ素および／または臭素を選択し、その濃度を求めることを特徴としている。
また、請求項６に記載するように、オンラインで測定された前記透過水中の第１の溶質の濃度から、予め求めておいた第１の溶質の透過係数と第２の溶質の透過係数との関係を利用して前記透過水中の第２の溶質の濃度を推定し、推定された第２の溶質の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御することを特徴としている。
【００１２】
また本発明に係る造水方法は、上述した逆浸透膜装置の運転方法を用いて透過水を得ることを特徴とする。
更に本発明に係る逆浸透膜装置の制御装置は、請求項５に記載するように、前記透過水中の全塩濃度をオンラインで測定する測定手段と、逆浸透膜における溶質透過の物質収支を表す下記濃度分極モデルに基づいて、測定された全塩濃度から、予め求めておいた透過水中のＴＤＳ透過係数と特定成分透過係数との関係を利用して前記透過水中に含まれる特定成分の濃度を推定する推定手段と、推定された特定成分の濃度を出力する出力手段または推定された特定成分の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御する制御手段とを備えて構成される。
【００１３】
尚、本発明における全塩濃度とは、原水中に含まれる溶質全体（ＴＤＳ；Total Dossolved Salt）の濃度を指す。このＴＤＳ濃度は、例えば電気伝導度計により測定されるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に係る逆浸透膜装置の運転方法を実現する上での基本となる逆浸透膜の特性について説明する。
逆浸透膜は、基本的には水の透過を許容する一方で塩の透過を阻止するので、図１にその濃度分極モデルを示すように、逆浸透膜の膜面に塩が蓄積し、その膜面塩濃度Ｃmが原水濃度Ｃfよりも高くなるという濃度分極現象が生じる。ちなみに従来においては、原水濃度Ｃfをその濃度および流速の各実測値で補正する等して、逆浸透膜の特性を評価する上での膜輸送パラメータを予測している。しかし上述した濃度分極現象は、原水濃度やその温度、更にはプラントの運転条件等により大きく変動するので、実際のプラントでは正確な膜輸送パラメータの把握が困難である。
【００１５】
一方、逆浸透膜を透過する透過物質は溶媒および溶質からなり、溶媒は圧力差によって逆浸透膜を透過し、また溶質は濃度差によって逆浸透膜を透過する。そして逆浸透膜を透過する溶媒の透過流束Ｊvは、図２(ａ)にその溶媒透過モデルを示すように、
Ｊv＝Ｌp・ΔＰe＝Ｌp［ΔＰ−σ｛π(Ｃm)−π(Ｃp)｝］
として逆浸透膜に固有な溶媒透過係数Ｌpと有効圧力差ΔＰeとの積で表される。また逆浸透膜を透過する溶質の透過流束Ｊsは、図２(ｂ)にその溶質透過モデルを示すように、逆浸透膜の平均濃度をＣsとして
Ｊs＝Ｐ・［Ｃm−Ｃp］＋（１−σ）Ｃs・Ｊv
として逆浸透膜に固有な溶質透過係数Ｐと膜間濃度差［Ｃm−Ｃp］との積で表される。但し、π(Ｃm)，π(Ｃp)はそれぞれ原水側膜面および透過側膜面における浸透圧である。尚、σは反射係数と称される逆浸透膜の固有値である。
【００１６】
従ってこれらの関係に示されるように逆浸透膜の性能、即ち、溶質除去機能は、溶媒透過係数Ｌpが大きく、また溶質透過係数Ｐが小さい程、良好であると言える。換言すればこれらの係数Ｌp,Ｐは逆浸透膜の性能を表すものであるから、係数Ｌp,Ｐを膜輸送パラメータとして把握することは逆浸透膜装置を運転する上で極めて有用である。
【００１７】
ところで逆浸透膜における溶媒透過の駆動力となる有効圧力差ΔＰeは、膜間圧力差ΔＰから浸透圧差を減じたものに等しい。この浸透圧差π(Ｃm)−π(Ｃp)は膜面濃度Ｃmによって変化し、従って溶媒透過流束Ｊvも膜面濃度Ｃmに応じて変化する。また溶質透過流束Ｊsを決める濃度差［Ｃm−Ｃp］も膜面濃度Ｃmに応じて変化する。この為、逆浸透膜における溶媒透過流束Ｊvおよび溶質透過流束Ｊsを把握する上で、上述した膜面濃度Ｃmの把握が重要になる。
【００１８】
この膜面濃度Ｃmを把握する上で、前述した濃度分極現象を考慮することが望ましい。この濃度分極現象は、図１に示すように、例えば透過流束に伴う溶質移動Ｊv・Ｃと、膜面に蓄積した溶質の拡散Ｄ・dＣ/dｘ、更には逆浸透膜を透過した溶質量Ｊv・Ｃpという３つの物質の収支関係から
Ｊv・Ｃ−Ｄ・dＣ/dｘ＝Ｊv・Ｃp
として表すことができる。尚、Ｄは溶質の拡散係数である。
【００１９】
しかして物質収支を表す上式を積分すれば、逆浸透膜の膜面における濃度分極を示す関係を
［Ｃm−Ｃp］／［Ｃf−Ｃp］＝exp（Ｊv／ｋ）
として求めることができる。但し、ｋは物質移動係数を表し、物質移動が行われる層（境膜）の厚みをδとした場合、ｋ＝Ｄ／δとして与えられる。
【００２０】
さて逆浸透膜を用いて淡水を生成する逆浸透膜装置において、逆浸透膜を透過する塩の膜面濃度ＣＭと、該逆浸透膜を透過する特定成分の膜面濃度ＣＺＭに着目すると、これらの塩および特定成分の膜面濃度ＣＭ，ＣＺＭは、その物質移動係数をｋ，ｋＺとした場合、上述した濃度分極モデルから
［ＣＭ−ＣＰ］／［ＣＦ−ＣＰ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）            …（１）
［ＣＺＭ−ＣＺＰ］／［ＣＺＦ−ＣＺＰ］＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋＺ）      …（２）
として与えられる。尚、逆浸透膜装置においては、その塩濃度として、一般的に溶質全体（ＴＤＳ；Ｔｏｔａｌ  Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｓａｌｔ）の濃度が用いられる。
【００２１】
しかして上記逆浸透膜装置において、逆浸透膜を介する溶媒と溶質の移動は、
Ｊv＝ＬP［ΔＰ−σ・｛π(ＣM)−π(ＣP)｝］                …(３)
Ｊs＝Ｐ・［ＣM−ＣP］＋（１−σ）・ＣS*・Ｊv                …(４)
ＪZ＝ＰZ・［ＣZM−ＣZP］＋（１−σZ）・ＣZ*・Ｊv             …(５)
として求めることができる。但し、ＣS*,ＣZ*は、逆浸透膜中の平均濃度を示している。
【００２２】
また逆浸透膜の両側における濃度差が大きい場合には、Spiegler-Kedemが、膜の厚み方向での積分計算によって解析した
Ｒ≡（ＣM−ＣP）／ＣM＝σ(１−Ｆ)／(１−σＦ)            …(６)
Ｆ＝ exp［−Ｊv（１−σ）／Ｐ］                         …(７)
なる関係式を用い、前述した(４)(５)式を
ＲZ≡(ＣZM−ＣZP)／ＣZM＝σZ(１−ＦZ)／(１−σZＦZ)        …(８)
ＦZ＝ exp［−Ｊv（１−σZ）／ＰZ］                       …(９)
として求めるようにしても良い。
【００２３】
尚、ここでの逆浸透膜の性能は、純水透過係数ＬP，塩透過係数Ｐ，特定成分の透過係数ＰZ，塩反射係数σ，および特定成分の反射係数σZで表現されるが、ここでは脱塩率の高い膜を海水の淡水化に用いることを想定しているので、一般的には反射係数σは［１］に極めて近いと看做し得る。尚、除去性能が十分に高くない場合は、圧力を変化させて透過水量を変化させ、溶媒透過流束Ｊvが無限大のときの脱塩率を求めることによってその反射係数σを得ることができる。
【００２４】
ここで本発明における特定成分の濃度の推定例として、海水淡水化におけるホウ素除去性能を把握するべく、全芳香族架橋ポリアミド（ＰＡ）膜を塩素処理した平膜の逆浸透膜（東レ製；ＵＴＣ−８０膜）、および酢酸セルロース（ＣＡ）膜を熱処理することで上記ＵＴＣ−８０と同程度に脱塩性能を高めた平膜の逆浸透膜（東レ製；ＣＡ−８０００膜）をそれぞれ用い、塩（ＴＤＳ）濃度を電気伝導度計、ホウ素濃度をプラズマ発光分析装置を用いて測定した。ここでＴＤＳおよびホウ素の反射係数σB、更に塩反射係数σについては、上記の実験により、共に［０.９９９（≒１）］であることが確認された。
【００２５】
従って前述した逆浸透膜を介する溶媒と溶質の移動の関係を、
ＪＶ＝ＬＰ［ΔＰ−｛π（ＣＭ）−π（ＣＰ）｝］  ・・・（１０）
ＪＳ＝Ｐ・［ＣＭ−ＣＰ］                      ・・・（１１）
ＪＢ＝ＰＢ・［ＣＢＭ−ＣＢＰ］                  ・・・（１２）
として簡易的に表すことができる。なお、透過水中の塩濃度ＣＰおよび透過水中のホウ素濃度ＣＢＰを
ＣＰ＝［ＪＳ／ＪＶ］                          ・・・（１３）
ＣＢＰ＝［ＪＢ／ＪＶ］                        ・・・（１４）
として、それぞれ求めることが可能となる。
【００２６】
図３は前述した（ＰＡ）膜および（ＣＡ）膜を用いて海水から淡水を生成したときの実測データを示している。また図４は上記実測データから塩透過係数Ｐとホウ素透過係数ＰBとをそれぞれ求めて、その関係をプロットしたものである。そしてこの図４に示す関係から、（ＰＡ）膜および（ＣＡ）膜の双方においてその透過係数が直線的な関係を有し、しかもその傾きがほぼ等しく、更には圧力依存性がないと言う非常に興味深い結果が得られた。
【００２７】
ちなみに上記塩透過係数Ｐとホウ素透過係数ＰBとの関係は、前述した実測データから（ＰＡ）膜においては
ＰB＝９０.８×Ｐ＋９１.４×１０-9                        …(１５)
となり、また（ＣＡ）膜においては
ＰB＝８９.６×Ｐ＋７６６×１０-9                         …(１６)
となる。
【００２８】
尚、以上の説明は海水に含まれる単成分としてのホウ素に着目したものであるが、前述した（ＰＡ）膜および（ＣＡ）膜からなる逆浸透膜は、海水に含まれる他の単成分においてもほぼ同様な性質を示す。具体例として前述した（ＰＡ）膜の場合、特定成分としてのナトリウム，塩化物イオン，および臭素イオンの逆浸透膜を介する各透過係数ＰＮａ，ＰＣｌ，ＰＢｒは、図５に示すように透過水塩（ＴＤＳ）の透過係数Ｐに対してそれぞれ直線的な関係を有する。なお、図６に透過水中の塩濃度と臭素濃度との関係を示す。
【００２９】
このような関係は、カルシウムやマグネシウム等の硬度成分に対しても成立し、上述したホウ素濃度の場合と同様にその濃度を推定することができる。更に全塩濃度からホウ素やナトリウム。塩化物イオン、臭素、カルシウム、マグネシウム等の特定成分を推定することのみならず、透過係数に関して一定の関係があることを上記と同様に利用して、透過水中の任意の第１の溶質の濃度から、透過水中の任意の第２の溶質の濃度を推定することが可能となる。
【００３０】
この場合、第１の溶質として測定が容易なものを選択し、第２の溶質として含有量が微量であり、その測定が困難であるようなものを選択すると、透過水の品質制御に非常に効果的である。また上述した全塩濃度は、オンラインで測定することができ、測定手段も極簡便なもので済むので、第１の溶質の濃度として選択する上で好適である。しかしその他にも、例えば塩素イオン濃度を第１の溶質の濃度として選択し、ホウ素濃度を第２の溶質の濃度として選択することも可能である。
【００３１】
本発明の一実施形態に係る逆浸透膜装置の運転方法は、このような塩（ＴＤＳ）透過係数Ｐとホウ素透過係数ＰＢとの関係、更にはナトリウム透過係数ＰＮａ、塩化物イオン透過係数ＰＣｌ、および臭素イオン透過係数ＰＢｒとの関係に着目してなされている。そして、海水から淡水を生成する逆浸透膜装置において、例えば電気伝導度計を用いて実測される透過水塩濃度ＣＰに従って、透過水中のホウ素濃度ＣＢＰやナトリウム濃度、塩化物イオン濃度、および臭素濃度等を推定することで、これらの各濃度を実測することなく透過水中のホウ素濃度等の把握を可能とし、推定したホウ素濃度CＢＰ等に従って該ホウ素濃度CＢＰを一定の水質基準値（１ｍｇ／ｌ）以下に抑えるべく、プラントの運転条件を管理または制御することを特徴としている。
【００３２】
図７はこのような技術思想に立脚して構築される逆浸透膜装置の概略的な構成の一例を示しており、殺菌や濁質成分除去等の前処理が施された供給水（海水）は高圧ポンプ１を介して昇圧されて逆浸透膜モジュール・ユニット２に供給される。この実施形態に示すプラントにおいては、複数の逆浸透膜モジュール・ユニット２ａ,２ｂ,〜２ｎが並列に設けられており、その供給側に設けられたバルブ３ａ,３ｂ,〜３ｎの開閉により、選択的に運転されるようになっている。尚、複数の逆浸透膜モジュール・ユニット２ａ,２ｂ,〜２ｎの運転数を制御することに代えて、逆浸透膜モジュール・ユニット２を構成する逆浸透膜エレメントの運転本数を切換制御することも勿論可能である。
【００３３】
しかして各逆浸透膜モジュール・ユニット２ａ,２ｂ,〜２ｎをそれぞれ透過した透過水（淡水）は、生成水としてまとめて取り出され、また各浸透膜モジュール・ユニット２ａ,２ｂ,〜２ｎを透過しなかった成分は、逆浸透膜により濃縮された海水として排出されて海に戻される。
さてプラントの運転管理・制御部４は、基本的には逆浸透膜モジュール２に対する海水の供給圧力ΔＰ、原海水濃度Ｃf、透過水濃度（透過水質）Ｃpo、透過水流量（造水量）Ｑpo等に従ってその運転条件を制御するが、ここでは特に電気伝導度計等からなる塩濃度計５によって実測される透過水中の塩濃度に従って、高圧ポンプ１の駆動条件や、バルブ３ａ,３ｂ,〜３ｎの開閉による逆浸透膜モジュール・ユニット２（逆浸透膜エレメント）の運転本数を切り替え制御する如く構成されている。
【００３４】
具体的には運転管理・制御部４は、前述した濃度分極モデルに基づいて、運転条件や原水濃度から透過水中の特定成分濃度を算出し、その値が基準を越えた場合にはアラーム（警報）を発したり、その値が基準値以下になるように制御する。即ち、透過水ＴＤＳ濃度ＣＰと特定成分濃度ＣＺＰとの比が、
ＣＺＰ／ＣＰ＝ＰＺ（ＣＺＭ−ＣＺＰ）／Ｐ（ＣＭ−ＣＰ）      …（１７）
として表されることに着目して、塩濃度計５によって実測される透過水中の塩濃度ＣＰから透過水中の特定成分濃度ＣＺを推定している。
尚、海水ＴＤＳとホウ素に着目した場合、簡略的には前記運転管理・制御部４は、海水の淡水化用の逆浸透膜における濃度分極がせいぜい１．５倍程度であり、またその物質移動係数ｋ，ｋＢが
ｋ／ｋＢ＝（Ｄ／ＤＢ）０．７５≒０．９７                …（１８）
であることを考慮して、例えば
ＣＦ／ＣＰ＝（ＰＢ／Ｐ）・［（ＣＢＦ−ＣＢＰ）／ＣＢＰ］    …（１９）
なる簡略化された関数に基づいて、透過水中の塩濃度ＣＰから透過水中のホウ素濃度ＣＢＰを推定している。臭素濃度等についても同様に推定される。
【００３５】
ちなみに本発明において検討した（ＰＡ）膜の場合には、前述した（１５）〜（１９）式を用いて透過水ホウ素濃度ＣBPを求める。（ＰＡ）膜の結果を図８に示す。尚、図９は（ＣＡ）膜を用いた場合の結果である。これらの結果に示されるように、（ＰＡ）膜の場合にはホウ素透過係数ＰBと塩（ＴＤＳ）透過係数Ｐとがほぼ比例するため、塩（ＴＤＳ）透過係数Ｐに拘わらず単一の関係を有するが、（ＣＡ）膜の場合には、図９に示すように塩（ＴＤＳ）透過係数Ｐによってその関係が変化する。そこで運転管理・制御部４は、上述した如く推定したホウ素濃度ＣBPに従って逆浸透膜に対する塩（ＴＤＳ）透過係数Ｐを制御している。
【００３６】
具体的には運転管理・制御部４は、推定したホウ素濃度ＣBが高い場合には、例えば高圧ポンプ１による海水の供給圧力を高めることで透過水中のホウ素濃度ＣBを抑えている。この際、運転圧力の増大に伴って逆浸透膜モジュール・ユニット２を介する淡水の生成量（逆浸透膜の透過水量）が増加することを補償するべく、逆浸透膜モジュール・ユニット２（逆浸透膜エレメント）の運転本数を減らして、一定量の淡水を生成するようにプラントを運転管理するものとなっている。
【００３７】
かくして上述した如く逆浸透膜装置の運転を管理・制御する本システムによれば、リアルタイムな実測が困難な透過水中の臭素やホウ素等の濃度を、比較的容易に実測可能な透過水中の塩濃度から推定することで簡易にして効果的に把握して、その運転管理・制御に用いることができる。そして推定した透過水中の臭素やホウ素等の濃度に応じてプラントの運転条件を制御するので、透過水中に含まれるオンライン測定が困難な臭素、ホウ素等の単成分の濃度を抑えることができ、所定の水質基準を満たす高純度な淡水を得ることが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば臭素やホウ素等の濃度の推定に用いる関係式については、予めシミュレーション計算等によって求めておけば良いものである。また温度条件や逆浸透膜の経時的な膜性能の変化を考慮して定めることも可能である。その他、運転条件の制御についてはプラントの構成（仕様）等に応じて定めれば良いものである。
【００３９】
例えば透過水中の全塩濃度を測定する電気伝導度系などの測定手段と、測定された全塩濃度から透過水中に含まれるホウ素等の特定成分の濃度を推定する推定手段と、推定された特定成分の濃度を出力する出力手段または推定された特定成分の濃度に基づいて装置の運転条件を設定または制御する制御手段とを備えた制御装置を、既存の逆浸透膜装置に接続することにより同様の目的を達成することができる。これは、例えば図７における運転管理・制御部と塩濃度系とを別ユニット（制御装置）として、ホウ素等の微量成分の制御を行っていない既設の逆浸透膜装置に適用することに相当し、これにより既設の逆浸透膜装置の性能を向上させることができる。また逆浸透膜に供給する原水の水質が変化して透過水の水質が悪化したり、飲料水の水質基準が変更となったりした場合でも、上記制御装置を必要に応じて接続することにより迅速に対応することが可能となる。
【００４０】
また本発明は、図１０に示したいわゆる１段法に適用した場合について説明したが、図１３に示すように、第１段目の逆浸透膜モジュール２ｘを透過した透過水を、更に第２段目の逆浸透膜モジュール２ｙに供給してその透過水を得る透過水２段法や、図１４に示すように第１段目の逆浸透膜モジュール２ｘで得られた濃縮水を第２段目の逆浸透膜モジュール２ｙに供給する濃縮水２段法の逆浸透膜装置等にも適用することができる。特に濃縮水２段法の逆浸透膜装置等に適用する場合には、図１５に示すように第２段目の逆浸透膜モジュール２ｙに供給水を供給するためのポンプ１ｙを、第２段目の逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水のエネルギを回収できるターボチャージャ等の無動力圧縮機とすることにより、透過水をより低コストに製造することが可能となる。
【００４１】
また以上の説明は、海水から淡水を得る場合を例に説明したが、河川水や湖沼水を原水として用いることもできるし、工場排水等を浄化する場合にも本発明を好適に用いることができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、実測が困難な透過水中の臭素やホウ素等の濃度を、その透過水の塩濃度から高精度に推定してプラントの運転制御・管理に用いるので、簡易にして効果的に高度な水質基準を満たす透過水を生成することができる。しかも透過水中の臭素やホウ素等の濃度を日常的に監視することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００４３】
また本発明によれば、透過水の水質分析に要する労力やコストを著しく低減させつつ、実測が困難な成分の濃度を推定することができるので、水質基準等を満たした高品位な透過水を廉価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】逆浸透膜における濃度分極現象を示す図である。
【図２】逆浸透膜における溶媒透過モデルと溶質透過モデルとをそれぞれ示す図。
【図３】逆浸透膜を介した透過水中の塩（ＴＤＳ）濃度とホウ素濃度との関係を示す図。
【図４】逆浸透膜を介する塩（ＴＤＳ）透過係数とホウ素透過係数との関係を示す図。
【図５】逆浸透膜を介する塩（ＴＤＳ）透過係数とナトリウム透過係数，塩化物イオン透過係数，および臭素イオン透過係数との関係をそれぞれ示す図。
【図６】逆浸透膜を介した透過水中の塩（ＴＤＳ）濃度と臭素濃度との関係を示す図。
【図７】本発明の一実施形態に係る逆浸透膜装置の運転方法を適用した逆浸透膜装置の構成例を示す図。
【図８】逆浸透膜（ＰＡ膜）に対する塩透過係数Ｐが異なる場合の、透過水中の塩（ＴＤＳ）濃度ＣPとホウ素濃度ＣBとの関係を示す図。
【図９】逆浸透膜（ＣＡ膜）に対する塩透過係数Ｐが異なる場合の、透過水中の塩（ＴＤＳ）濃度ＣPとホウ素濃度ＣBとの関係を示す図。
【図１０】逆浸透膜装置の基本的な概略構成を示す図。
【図１１】逆浸透膜モジュールの一般的な構造を示す図。
【図１２】逆浸透膜モジュールに組み込まれる逆浸透膜エレメントの構成例を示す図。
【図１３】透過水２段法を採用した逆浸透膜装置の概略構成図。
【図１４】濃縮水２段法を採用した逆浸透膜装置の概略構成図。
【図１５】濃縮水２段法を採用し、第２段目の逆浸透膜モジュールに対するポンプとして無動力圧縮機を採用した逆浸透膜装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  高圧ポンプ
２,２ａ,２ｂ,〜２ｎ  逆浸透膜モジュール・ユニット
３ａ,３ｂ,〜３ｎ  バルブ
４  運転管理・制御部
５  塩（ＴＤＳ）濃度計
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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