JP2006334470A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 給水の水温変動があっても、水処理部を通過した給水について、所定の水質を得ることができる水処理システムを実現する。
【解決手段】 ボイラ２への給水の水処理部４を備える水処理システム１であって、給水の温度検出手段として温度センサ６を備え、この温度センサ６の検出値に基づいて、前記水処理部４を通過した給水について、所定の水質が得られるように前記水処理部４の運転を制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、熱機器，水使用機器などの機器への給水の水処理システムに関する。

蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器等の熱機器や、洗浄装置等の水使用機器などの機器へは、水処理システムにより、所定の水処理を行った給水が供給されている。

たとえば、特許文献１には、ボイラへの給水の水処理システムとして、缶体内におけるスケール発生や腐食を防止するため、軟水化部，濾過膜部，脱気部などの水処理部を、前記ボイラへの給水ラインに備えた水処理システムが開示されている。
特開２００４−２９０８２９号公報

ところで、前記機器への給水の水温は、季節的な要因などによって変動する。このように給水の水温が変動したとき、前記水処理部における水処理性能が変化することから、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質を得ることができなくなるおそれがある。

この発明が解決しようとする課題は、給水の水温変動があっても、水処理部を通過した給水について、所定の水質を得ることができる水処理システムを実現することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、機器への給水の水処理部を備える水処理システムであって、給水の温度検出手段を備え、この温度検出手段の検出値に基づいて、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質が得られるように前記水処理部の運転を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質が得られるように、前記水処理部の運転が制御される。

請求項１に記載された発明によれば、給水の水温変動があっても、水処理部を通過した給水について、所定の水質を得ることができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態に係る水処理システムは、原水を水処理して得られた給水を機器へ供給するものであり、前記機器への給水ラインと接続された水処理部と、前記給水ラインに設けられた温度検出手段と、この温度検出手段の検出値に基づいて、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質が得られるように前記水処理部の運転を制御する制御部と、前記水処理部の通水流量を調節するためのポンプとを備えている。

前記機器としては、蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器などの熱機器を挙げることができる。また、前記機器としては、半導体製造における電子部品，医療器具等の各種洗浄装置などの水使用機器も挙げることができる。

前記水処理部としては、給水中の濁質を濾材によって除去する濁質除去部，給水中の次亜塩素酸ナトリウムなどに由来する酸化剤（たとえば、遊離塩素や結合塩素など）を活性炭などの吸着剤によって除去する酸化剤除去部，給水中の硬度分をイオン交換樹脂によって除去する軟水化部，給水中の不純物（たとえば、溶存塩類など）をナノ濾過膜（ＮＦ膜）や逆浸透膜（ＲＯ膜）などの濾過膜によって除去する濾過膜部，給水中の溶存気体（たとえば、溶存酸素）を除去する脱気部などを挙げることができる。ここで、前記水処理システムは、これらの前記各水処理部を全て備える必要はなく、原水の水質や、特定の前記機器へ供給される給水について要求される水質を考慮して、組合せおよび配列が適宜選択される。前記水処理部を複数備えているときには、これら各水処理部を前記給水ラインと直列に接続する。

さて、前記温度検出手段の検出値に基づく前記各水処理部の運転の制御について説明する。第一に、前記濁質除去部では、逆洗工程，水洗工程を含む公知の方法で行われる洗浄作動の後に、所定の水質として、前記濁質除去部を通過した給水の濁度が、特定の前記機器で使用される給水や下流側の前記水処理部（たとえば、前記濾過膜部や前記脱気部など）へ供給される給水に許容される予め定められた濁度，すなわち許容濁度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、洗浄作動の制御が行われる。具体的には、前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記濁質除去部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるような逆洗量（逆洗工程時に前記濾材へ流通させる洗浄水量）を求めて、この逆洗量で洗浄作動を行うよう制御する。ここで、前記濁質除去部では、給水が高温であるときには、前記濾材が展開しにくく、前記濾材に堆積した濁質を除去しにくい。したがって、給水が高温であるときには、相対的に逆洗量を増やす必要がある。一方、給水が低温であるときには、前記濾材が展開しやすく、前記濾材に堆積した濁質を除去しやすい。したがって、給水が低温であるときには、逆洗量を相対的に減らすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、前記濁質除去部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、逆洗量を相対的に増やして洗浄作動を行う。また、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、許容濁度を充足する範囲で、逆洗量を相対的に減らして洗浄作動を行い、水を節約する。

第二に、前記酸化剤除去部では、所定の水質として、前記酸化剤除去部を通過した給水の酸化剤濃度が、特定の前記機器で使用される給水や下流側の前記水処理部（たとえば、前記軟水化部や前記濾過膜部など）へ供給される給水に許容される予め定められた酸化剤濃度，すなわち許容酸化剤濃度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、通水流量の制御が行われる。また、前記酸化剤除去部を、前記各水処理部のうちで最上流部に設けて、前記吸着剤で給水中の濁質を除去する濁質除去部としても作用させるときには、洗浄作動後に、所定の水質として、前記酸化剤除去部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、洗浄作動の制御が行われる。

まず、前記酸化剤除去部の通水流量の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記酸化剤除去部を通過した給水の酸化剤濃度が、許容酸化剤濃度以下になるような通水流量を求めて、この通水流量になるように、前記ポンプを制御する。ここで、前記酸化剤除去部では、給水が低温であるときには、前記吸着剤の酸化剤分解効率が低いので、前記酸化剤除去部への通水流量を減らして、前記吸着剤との接触時間を長くする必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記吸着剤の酸化剤分解効率が高いので、前記吸着剤との接触時間が短くてもよく、通水流量を増やすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が低温であるときには、前記酸化剤除去部を通過した給水の酸化剤濃度が、許容酸化剤濃度以下になるように、通水流量を減らす。また、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、許容酸化剤濃度を充足する範囲で通水流量を増やし、短時間で前記機器への給水量を確保する。

つぎに、前記酸化剤除去部の洗浄作動の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記酸化剤除去部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるような逆洗量を求めて、この逆洗量で洗浄作動を行うよう制御する。ここで、前記酸化剤除去部では、給水が高温であるときには、濾材として作用する前記吸着剤が展開しにくく、前記吸着剤に堆積した濁質を除去しにくい。したがって、給水が高温であるときには、相対的に逆洗量を増やす必要がある。一方、給水が低温であるときには、濾材として作用する前記吸着剤が展開しやすく、前記吸着剤に堆積した濁質を除去しやすい。したがって、給水が低温であるときには、逆洗量を相対的に減らすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、前記酸化剤除去部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、逆洗量を相対的に増やして洗浄作動を行う。また、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、許容濁度を充足する範囲で、逆洗量を相対的に減らして洗浄作動を行い、水を節約する。

第三に、前記軟水化部では、前記イオン交換樹脂へ再生塩を供給する再生作動の後に、所定の水質として、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、特定の前記機器で使用される給水や下流側の前記水処理部（たとえば、前記濾過膜部など）へ供給される給水に許容される予め定められた硬度分濃度，すなわち許容硬度分濃度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、再生作動の制御が行われる。また、前記軟水化部では、所定の水質として、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、通水流量の制御が行われる。さらに、前記軟水化部を、前記各水処理部のうちで最上流部に設けて、前記イオン交換樹脂で給水中の濁質を除去する濁質除去部としても作用させるときには、前記軟水化部では、逆洗工程と再生塩供給工程とを含む公知の方法で行われる再生作動後に、所定の水質として、前記軟水化部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、再生作動における逆洗工程の制御，すなわち洗浄作動の制御が行われる。

まず、前記軟水化部の再生作動の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるような再生塩消費量（再生作動時に用いる再生塩の量）を求めて、この再生塩消費量で再生作動を行うよう制御する。ここで、前記軟水化部では、給水が低温であるときには、前記イオン交換樹脂の再生効率が低いので、再生塩消費量を相対的に増やす必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記イオン交換樹脂の再生効率が高いので、再生塩消費量を相対的に減らすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるように、再生塩消費量を相対的に増やして再生作動を行う。また、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、許容硬度分濃度を充足する範囲で、再生塩消費量を相対的に減らして再生作動を行い、再生塩を節約する。

つぎに、前記軟水化部の通水流量の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるような通水流量を求めて、この通水流量になるように、前記ポンプを制御する。ここで、前記軟水化部では、給水が低温であるときには、前記イオン交換樹脂の特性として、硬度分に対するイオン選択性が相対的に小さく、前記イオン交換樹脂による硬度分の除去能力が劣るので、通水流量を減らして、前記イオン交換樹脂と硬度分との接触時間を長くする必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記イオン交換樹脂の特性として、硬度分に対するイオン選択性が相対的に大きく、前記イオン交換樹脂による硬度分の除去能力が優れているので、前記イオン交換樹脂と硬度分との接触時間を短くしてもよく、通水流量を増やすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、前記軟水化部を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるように、通水流量を減らす。また、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、許容硬度分濃度を充足する範囲で通水流量を増やし、短時間で前記機器への給水量を確保する。

つぎに、前記軟水化部の再生作動における逆洗工程の制御，すなわち洗浄作動の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記軟水化部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるような逆洗量を求めて、この逆洗量で洗浄作動を行うよう制御する。ここで、前記軟水化部では、給水が高温であるときには、濾材として作用する前記イオン交換樹脂が展開しにくく、前記イオン交換樹脂に堆積した濁質を除去しにくい。したがって、給水が高温であるときには、相対的に逆洗量を増やす必要がある。一方、給水が低温であるときには、濾材として作用する前記イオン交換樹脂が展開しやすく、前記イオン交換樹脂に堆積した濁質を除去しやすい。したがって、給水が低温であるときには、逆洗量を相対的に減らすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が高温であるときには、前記軟水化部を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、逆洗量を相対的に増やして洗浄作動を行う。また、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、許容濁度を充足する範囲で、逆洗量を相対的に減らして洗浄作動を行い、水を節約する。

第四に、前記濾過膜部では、所定の水質として、前記濾過膜部を通過した給水の不純物濃度が、特定の前記機器で使用される給水に許容される予め定められた不純物濃度，すなわち許容不純物濃度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、通水流量，すなわち前記濾過膜からの透過流量の制御が行われる。また、前記濾過膜部が、この濾過膜部と接続された排水ラインから濃縮水の一部のみを排水し、残部を前記濾過膜部の上流側へ還流させる構成（クロスフロー濾過）であるときには、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記濾過膜部からの濃縮水の排水量の制御が行われる。

まず、前記濾過膜部の透過流量の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記濾過膜部を通過した給水の不純物濃度が、許容不純物濃度以下になるような透過流量を求めて、この透過流量になるように、前記ポンプの加圧力，具体的には前記濾過膜に対する有効圧力を制御する。ここで、前記濾過膜は、一般的な膜特性として、給水が低温であるときには、水が透過しにくくなることにより、有効圧力が相対的に高くなり、濾過性能がよくなる。一方、給水が高温であるときには、水が透過しやすくなることにより、有効圧力が相対的に低くなり、濾過性能が悪くなる。したがって、給水が高温であるときには、前記濾過膜に対する有効圧力を上げ、透過流量を増やす必要がある。そこで、前記温度検出手段の検出値が高温であるときには、前記濾過膜部を通過した給水の不純物濃度が、許容不純物濃度以下になるように、前記ポンプの加圧力を上げて、透過流量を増やす。

つぎに、濃縮水の排水量の制御について説明する。ここでは、給水のシリカ濃度に着目した濃縮水の排水量の制御について説明する。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記濾過膜部を通過した給水の不純物濃度が、許容不純物濃度以下になるような濃縮水の排水量を求めて、この排水量となるように、前記排水ラインに設けられた排水弁を制御する。ここで、前記濾過膜の表面付近における給水のシリカ濃度が、シリカ溶解度を超える濃度になると、シリカスケールが析出し、これが前記濾過膜に沈着し、前記濾過膜の詰まりが発生する。前記濾過膜の詰まりが発生すると、圧力損失の上昇によって前記濾過膜が破損しやすくなるため、不純物が透過水中へリークし、透過水の水質が悪化する。ここで、前記濾過膜部への給水中のシリカの溶解度は、水温が低くなるほど低くなり、水温が高くなるほど高くなる。したがって、給水が低温であるときには、シリカ溶解度が低いので、濃縮水の排水量を多くして前記濾過膜の表面付近におけるシリカ濃度を低下させ、前記濾過膜の詰まりを防止する必要がある。一方、給水が高温であるときには、シリカ溶解度が高いので、前記濾過膜の詰まりが発生しにくく、濃縮水の排水量を少なくすることができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が、低温であるときには、前記濾過膜部の詰まりを防止することにより、前記濾過膜部を通過した給水の不純物濃度が、許容不純物濃度以下を維持できるように、濃縮水の排水量を増やす。また、前記温度検出手段の検出値が、高温であるときには、前記濾過膜が詰まりにくいことにより、許容不純物濃度を維持できるので、濃縮水の排水量を減らし、水の利用効率を高くする。

第五に、前記脱気部では、所定の水質として、前記脱気部を通過した給水の溶存気体濃度が、特定の前記機器で使用される給水に許容される予め定められた溶存気体濃度，すなわち許容溶存気体濃度以下になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、運転が制御される。ここでの運転制御としては、前記脱気部が、気体は透過するが液体は透過しない脱気膜を用いたものである場合の通水流量の制御を挙げることができる。前記制御部は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記脱気部を通過した給水の溶存気体濃度が、許容溶存気体濃度以下になるような通水流量を求めて、この通水流量になるように、前記ポンプを制御する。ここで、前記脱気膜は、一般的な膜特性として、給水が高温であるときや通水流量が少ないときには、脱気性能がよくなり、また給水が低温であるときや通水流量が多いときには、脱気性能が悪くなる。したがって、給水が低温であるときには、通水流量を減らす必要がある。一方、給水が高温であるときには、通水流量を増やすことができる。そこで、前記温度検出手段の検出値が低温であるときには、前記脱気部を通過した給水の溶存気体濃度が、許容溶存気体濃度以下になるように、通水流量を減らす。また、前記温度検出手段の検出値が高温であるときには、許容溶存気体濃度を充足する範囲で通水流量を増やし、短時間で前記機器への給水量を確保する。

ところで、前記酸化剤除去部，前記軟水化部，前記濾過膜部および前記脱気部の通水流量の制御については、それぞれ単独での制御を説明したが、これらを複数備えた水処理システムでは、前記各水処理部の特性を考慮して、これらの各水処理部を全て通過した給水，すなわち前記機器へ供給される給水の水質が、所定の水質になるように、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記各水処理部の通水流量の制御が行われる。たとえば、前記酸化剤除去部，前記軟水化部，前記濾過膜部および前記脱気部を備えた水処理システムでは、これら各水処理部を通過した給水の水質（すなわち、酸化剤濃度，硬度分濃度，不純物濃度および溶存気体濃度）が、許容水質以下（すなわち、それぞれ酸化剤濃度以下，許容硬度分濃度以下，許容不純物濃度以下および許容溶存気体濃度以下）になるように、前記制御部が、前記温度検出手段の検出値に基づいて通水流量を求め、この通水流量になるように、前記ポンプを制御して、前記給水ラインと直列に接続された前記各水処理部の通水流量を調節する。具体的には、前記温度検出手段の検出値が低温であるときには、前記各水処理部を全て通過した給水について、その不純物濃度が、許容不純物濃度を充足する範囲で、酸化剤濃度，硬度分濃度および溶存気体濃度が、それぞれ許容酸化剤濃度以下，許容硬度分濃度以下および許容溶存気体濃度以下になるように、通水流量を減らす。また、前記温度検出手段の検出値が高温であるときには、前記各水処理部を全て通過した給水について、その酸化剤濃度，硬度分濃度および溶存気体濃度が、それぞれ許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度および許容溶存気体濃度を充足する範囲で、不純物濃度が、許容不純物濃度以下になるように、通水流量を増やす。

以上説明したように、この実施形態の水処理システムによれば、給水の水温変動があっても、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質を得ることができる。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る水処理システムの一実施例の構成を示す概略的な説明図である。

図１に示す水処理システム１は、水道水，工業用水，地下水などの水源から供給される原水を水処理して得られた給水をボイラ２へ供給するものである。この水処理システム１は、前記ボイラ２への給水ライン３を備え、さらにこの給水ライン３と接続された複数の水処理部４，４，…とを備えている。これら各水処理部４の運転は、制御部５により制御される。前記給水ライン３には、温度検出手段として温度センサ６が設けられており、前記制御部５は、前記各水処理部４を通過した給水について、前記ボイラ２の給水として許容される所定の水質が得られるように、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記各水処理部４の運転を制御する。

前記ボイラ２は、水管ボイラと称される多管式の貫流ボイラであって、このボイラ２は、所定の間隔で上下に配置される環状の下部ヘッダおよび環状の上部ヘッダ（それぞれ図示省略）と、これらの各ヘッダの間に配置される複数の伝熱管（図示省略）と、これらの各伝熱管により区画形成される燃焼室（図示省略）と、この燃焼室の上方に配置され、前記各伝熱管内の給水，いわゆるボイラ水を加熱して蒸気を発生させる，たとえばバーナなどの加熱装置（図示省略）とを備えて構成されている周知構造のボイラである。前記給水ライン３は、前記ボイラ２の前記下部ヘッダと接続されており、前記給水ライン３から供給された給水は、前記下部ヘッダ内においてボイラ水として貯留され、このボイラ水が前記加熱装置で加熱されて蒸気が生成されるようになっている。

前記各伝熱管および前記各ヘッダは、非不動態化金属を用いて形成されている。この非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属を云い、通常は、ステンレス鋼，チタン，アルミニウム，クロム，ニッケルおよびジルコニウムなどを除く金属である。具体的には、炭素鋼，鋳鉄，銅および銅合金などである。ここで、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって、中性水溶液中での自然な不動態化とは云いがたい。したがって、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅および銅合金は、電気化学列（ｅｍｆ ｓｅｒｉｅｓ）が貴な位置にあるので、通常は水分の影響による腐食が生じにくい金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。

前記各水処理部４は、濁質除去部７，酸化剤除去部８，軟水化部９，濾過膜部１０および脱気部１１であり、これらを上流側からこの順で備えている。前記温度センサ６は、前記酸化剤除去部８と前記軟水化部９の間に設けられている。前記各水処理部４を通過した給水は、給水タンク１２内に貯留され、この給水タンク１２から前記ボイラ２へ供給されるようになっている。

前記軟水化装置９と前記濾過膜部１０の間の前記給水ライン３には、前記各水処理部４における給水の流量を調節するためのポンプ１３が設けられている。前記制御部５は、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記各水処理部４の他に、前記ポンプ１３を制御する。このポンプ１３は、インバータ（図示省略）によりその回転数が制御され、これにより、前記各水処理部４を流れる給水の流量が調節されるようになっている。

ここで、前記各水処理部４について詳しく説明する。前記濁質除去部７は、給水中の濁質を濾材によって除去するものである。前記濁質除去部７で濾過された給水は、原水タンク（図示省略）内に貯留され、この原水タンクから、原水ポンプ（図示省略）によって前記酸化剤除去部８へと供給されるようになっている。ちなみに、前記原水タンク内に貯留された給水（すなわち、濾過処理された原水）は、逆洗工程，水洗工程を含む公知の方法で行われる前記濁質除去部７の洗浄作動時（後述）に、前記濁質除去部７の上流側へ供給されて、逆洗に用いられる。

前記酸化剤除去部８は、給水中に溶存する次亜塩素酸ナトリウムなどに由来する酸化剤を粒状の活性炭により吸着除去するものである。前記酸化剤は、前記酸化剤除去部８の下流側に配置される前記軟水化部９のイオン交換樹脂（図示省略）を酸化させ、イオン交換能力を早期に低下させるおそれがある。また、さらに下流に配置された前記濾過膜部１０を構成する濾過膜モジュール（図示省略）を酸化させ、濾過能力を早期に低下させるおそれがある。そこで、このような酸化による早期の能力低下を防止するために、酸化剤を吸着除去することにより、給水の処理効率の向上や処理された給水の水質の安定化などを図るようにしている。

前記軟水化部９は、前記酸化剤が除去された給水中の硬度分，すなわちカルシウムイオンやマグネシウムイオンを前記イオン交換樹脂により除去するものである。具体的には、前記軟水化部９は、給水中に含まれる硬度分をイオン交換反応によってナトリウムイオンやカリウムイオンなどの一価の陽イオンへ置換し、給水を軟水へ変換するように構成されている。

前記濾過膜部１２は、前記ボイラ２の前記各伝熱管や前記各ヘッダを形成する非不動態化金属体の腐食を引き起こす腐食促進成分を捕捉し、また前記腐食の抑制に寄与する腐食抑制成分を透過する前記濾過膜モジュールを備え、この濾過膜モジュールにより給水を濾過処理するように構成されている。

前記濾過膜モジュールは、具体的には、ナノ濾過膜（ＮＦ膜，ＮＦ：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）を使用して形成されている。前記ナノ濾過膜は、ポリアミド系，ポリエーテル系などの合成高分子膜であり、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止できる液体分離膜である。また、前記ナノ濾過膜は、その濾過機能の点において、分子量が１，０００〜３００，０００程度の物質を濾別可能な限外濾過膜（ＵＦ膜）と、分子量が数十程度の物質を濾別可能な逆浸透膜（ＲＯ膜）との中間に位置する機能を有する液体分離膜である。ちなみに、ナノ濾過膜は、各社から市販されており、容易に入手することができる。

前記ナノ濾過膜は、給水中の腐食促進成分を捕捉する。ここで、腐食促進成分について説明すると、この腐食促進成分とは、前記ボイラ２の前記各伝熱管の腐食が発生しやすい部位，とくに内側に水分（ここでは、ボイラ水）が接触し，かつ外側から加熱される前記各伝熱管の内面に作用し、その腐食を促進するものを云い、通常、硫酸イオン，塩化物イオンおよびその他の成分を含んでいる。ちなみに、腐食促進成分として重要なものは、硫酸イオンおよび塩化物イオンの両者である。ところで、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、これらボイラのボイラ水の水質に関する各種の管理項目および推奨基準を規定し、その中で、塩化物イオン濃度の基準値を設けている。一方、ボイラ水の硫酸イオン濃度については言及されていないが、本願出願人において、ボイラ水の水質と腐食との関係を長年研究した結果、ボイラ水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分として前記各伝熱管などに作用していることを確認している。

また、前記ナノ濾過膜は、給水中の腐食抑制成分を透過する。腐食抑制成分とは、前記ボイラ２の前記各伝熱管の腐食が発生しやすい部位，とくに内側に水分（ここでは、ボイラ水）が接触し，かつ外側から加熱される前記各伝熱管の内面に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものを云い、通常、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素）を含んでいる。ところで、給水に含まれるシリカは、給水として用いる水道水，工業用水，地下水などにおいて、通常含有されている成分で、一般に、前記各伝熱管におけるスケール生成成分と認識されており、可能な限りその濃度を抑制することが好ましいと考えられている。しかし、本願出願人において、ボイラ水の水質と腐食との関係を長年研究した結果、ボイラ水に含まれるシリカが腐食抑制成分として前記各伝熱管などに作用していることを確認している。

前記濾過膜部１０では、前記ポンプ１３から送り出された給水が一側から流入し、この給水が前記ナノ濾過膜で濾過されて、他側から腐食抑制成分を多く含む透過水と腐食促進成分を多く含む濃縮水とが分離されて流出するようになっている。透過水は、前記給水ライン３を流れ、前記脱気部１１を経て前記給水タンク１２内に貯留されるようになっている。一方、濃縮水は、図２に示すように、その一部が、前記濾過膜部１０と接続された排水ライン１４から系外へ排水され、残部が前記排水ライン１４と前記ポンプ１３の上流側の前記給水ライン３とを接続する循環水ライン１５を流れて、前記給水ライン３へ環流されるように構成されている（図１では、前記排水ライン１４および前記循環水ライン１５は、図示省略されている。）。

前記脱気部１１は、気体透過膜を多数備えた気体透過膜モジュールと、水封式真空ポンプ（それぞれ図示省略）とを備えた膜式脱気装置であり、給水中の溶存気体，具体的には溶存酸素を前記気体透過膜モジュールを介して前記水封式真空ポンプで真空吸引するように構成されている。

ここにおいて、前記脱気部１１は、たとえばスプレー塔や充填塔内へ給水を噴霧するとともに、この塔内を減圧して排気するように構成された真空式脱気装置や、スプレー塔や充填塔内へ給水を噴霧するとともに、この塔内へ窒素ガスを供給して接触させるように構成された窒素置換式脱酸素装置であってもよい。

前記制御部５は、いわゆるマイクロコンピュータであり、具体的には、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよびインターフェース（それぞれ図示省略）を備えて構成されている。前記ＲＯＭには、プログラムや固定データなどが格納されている（具体的には後述する）。前記ＣＰＵは、中央演算処理装置であり、前記ＲＯＭに予め格納された制御プログラムにしたがって作動するようになっている。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵの処理の過程で利用する各種のデータを格納するデータエリアと、処理の際に使用するワークエリアとを有している。その他、各種の設定値情報などが格納される電気的消去／書換え可能な読出し専用のメモリも備えられている。

そして、前記制御部５には、前記温度センサ６と、前記各水処理部４（すなわち、前記濁質除去部７，前記酸化剤除去部８，前記軟水化部９，前記濾過膜部１０および前記脱気部１１）と、前記ポンプ１３とが、信号線１６，１６，…を介してそれぞれ接続されている。また、前記制御部５には、前記給水タンク１２に設けられた水位センサ１７も、前記信号線１６を介して接続されている。

つぎに、前記水処理システム１の作用について説明する。前記ボイラ２を運転する場合には、水源から供給される原水の水処理を行って給水を生成し、この給水を前記給水タンク１２内に貯留する必要がある。ここまでの過程について説明すると、水源から供給された原水は、まず前記濁質除去部７を通過し、濁質が除去されて前記原水タンク（図示省略）に貯留される。そして、この原水タンクから前記酸化剤除去部８へ供給された給水は、この酸化剤除去部８を通過し、酸化剤が除去された状態の給水になる。つぎに、この給水は、前記軟水化部９を通過して軟水になる。続いて、この軟水化された給水は、前記濾過膜部１０において、前記ナノ濾過膜（図示省略）を通過する際に、硫酸イオン，塩化物イオンなどの腐食促進成分が前記ナノ濾過膜により捕捉される一方で、シリカ，すなわち腐食抑制成分が前記ナノ濾過膜を透過する。さらに、前記濾過膜部１０からの透過水は、前記脱気部１１で脱気される。そして、前記脱気部１１からの給水は、前記ボイラ２への給水として前記給水タンク１２内に貯留される。

前記給水タンク１２内に貯留された給水は、前記給水タンク１２および前記ボイラ２の間に配置される給水ポンプ（図示省略）を介して前記ボイラ２へ供給され、前記下部ヘッダ（図示省略）内にボイラ水として貯留される。貯留されたボイラ水は、前記加熱装置により加熱されながら、前記各伝熱管（図示省略）内を上昇し、徐々に蒸気になる。そして、前記各伝熱管内で生成された蒸気は、前記上部ヘッダ（図示省略）内で集められ、負荷装置（図示省略）へと供給される。

前記ボイラ２の運転中において、前記各伝熱管は、その下端部分，すなわち前記下部ヘッダと連続する部分がボイラ水と継続的に接触することになる。このため、前記各伝熱管は、下端部分において、通常、ボイラ水の影響を受け腐食しやすくなる。とくに、前記各伝熱管は、下端部分において、内周面の減肉的な腐食に加えて局部的な腐食が生じやすく、これが原因で微少な穴開きを起こして破損する場合がある。

前記の局部的な腐食とは、前記各伝熱管のボイラ水との接触面側から厚さ方向の反対側へ向かう孔状の腐食，すなわち前記各伝熱管の厚さ（肉厚）方向に発生する孔状の腐食を云う。以下、このような局部的腐食の発生現象を「孔食」と云い、この孔食により生じた孔状の腐食を「食孔」と云う。ちなみに、孔食は、通常、ボイラ水中の溶存酸素の影響により発生するものと理解されている。

しかしながら、前記水処理システム１によれば、前記ボイラ２の運転中に、前記各伝熱管に対し、腐食抑制成分を含む軟水がボイラ水として供給されることになるので、ボイラ水に含まれる腐食抑制成分が前記各伝熱管の下端部分に作用し、これら部分の腐食を抑制するようになる。より具体的には、腐食抑制成分は、前記各伝熱管のボイラ水との接触部分における減肉的な腐食を抑制するとともに、食孔の発生および成長も抑制し、腐食による前記各伝熱管の破損を抑制する。この際、ボイラ水は、前記濾過膜部１０により腐食促進成分が除去されるため、腐食抑制成分による前記のような腐食抑制作用は、腐食促進成分により阻害されにくく、効果的に発揮されるようになる。

ところで、ボイラ水に含まれる腐食抑制成分により、前記各伝熱管の腐食が抑制されるのは、ボイラ水に含まれる溶存酸素など（前記各伝熱管の腐食促進成分）の影響により、前記各伝熱管から溶出する成分に腐食抑制成分（とくに、シリカ）が作用し、前記各伝熱管の内面に耐食性の皮膜（防食皮膜）が形成されるためと考えられる。とくに、溶存酸素は、前記各伝熱管に局部的なアノードを発現させ、これにより孔食を進行させる場合があるが、ボイラ水に含まれる腐食抑制成分（シリカ）は、アニオンまたは負電荷のミセルとして存在するため、前記のようなアノードに吸着しやすく、この部分で選択的に防食皮膜を形成しやすい。このため、ボイラ水に含まれる腐食抑制成分（シリカ）は、前記各伝熱管における孔食の進行をとくに効果的に抑制することができるものと考えられる。

さて、前記水処理システム１の運転時において、前記各水処理部４は、前記温度センサ６の検出値に基づいて、その運転が制御される。以下、前記各水処理部４の運転制御の一例について具体的に説明する。

前記濁質除去部７では、逆洗工程，水洗工程を含む公知の方法で行われる洗浄作動の後に、所定の水質として、前記濁質除去部７を通過した給水の濁度が、前記ボイラ２で使用される給水や下流側の前記濾過膜部１０へ供給される給水に許容される予め定められた濁度，すなわち許容濁度以下になるように、前記温度センサ６の検出値に基づいて、洗浄作動の制御が行われる。具体的には、前記制御部５は、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記濁質除去部７を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるような逆洗量（逆洗工程時に前記濾材（図示省略）へ流通させる洗浄水量）を求めて、この逆洗量で洗浄作動を行うよう制御する。もう少し詳しく説明すると、前記制御部５の前記ＲＯＭには、水温に対応する逆洗量の演算プログラムが記憶されている。この演算プログラムは、洗浄作動後における前記濁質除去部７を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるような逆洗量を求めるためのプログラムである。ここで、前記濁質除去部７では、給水が高温であるときには、前記濾材が展開しにくく、前記濾材に堆積した濁質を除去しにくい。したがって、給水が高温であるときには、相対的に逆洗量を増やす必要がある。一方、給水が低温であるときには、前記濾材が展開しやすく、前記濾材に堆積した濁質を除去しやすい。したがって、給水が低温であるときには、逆洗量を相対的に減らすことができる。このようなことから、前記逆洗量の演算プログラムは、給水が高温であるときには、前記濁質除去部７を通過した給水の濁度が、許容濁度以下になるように、逆洗量を相対的に増やすような演算を行い、また給水が低温であるときには、許容濁度を充足する範囲で、逆洗量を相対的に減らすような演算を行うプログラムである。そして、前記濁質除去部７では、前記演算プログラムにしたがって求めた逆洗量で、洗浄作動が行われる。

前記軟水化部９では、前記イオン交換樹脂（図示省略）へ再生塩を供給する再生作動の後に、所定の水質として、前記軟水化部９を通過した給水の硬度分濃度が、前記ボイラ２で使用される給水や下流側の前記濾過膜部１０へ供給される給水に許容される予め定められた硬度分濃度，すなわち許容硬度分濃度以下になるように、前記温度センサ６の検出値に基づいて、再生作動の制御が行われる。具体的には、前記制御部５は、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記軟水化部９を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるような再生塩消費量（再生作動時に用いる再生塩の量）を求めて、この再生塩消費量で再生作動を行うよう制御する。もう少し詳しく説明すると、前記制御部５の前記ＲＯＭには、水温に対応する再生塩消費量の演算プログラムが記憶されている。この演算プログラムは、再生作動後における前記軟水化部９を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるような再生塩消費量を求めるためのプログラムである。ここで、前記軟水化部９では、給水が低温であるときには、前記イオン交換樹脂の再生効率が低いので、再生塩消費量を相対的に増やす必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記イオン交換樹脂の再生効率が高いので、再生塩消費量を相対的に減らすことができる。このようなことから、前記再生塩消費量の演算プログラムは、給水が低温であるときには、前記軟水化部９を通過した給水の硬度分濃度が、許容硬度分濃度以下になるように、再生塩消費量を相対的に増やすような演算を行い、また給水が高温であるときには、許容硬度分濃度を充足する範囲で、再生塩消費量を相対的に減らすような演算を行うプログラムである。そして、前記軟水化部９では、前記演算プログラムにしたがって求めた再生塩消費量で、再生作動が行われる。

前記濾過膜部１０では、所定の水質として、前記濾過膜部１０を通過した給水の腐食促進成分濃度が、前記ボイラ２で使用される給水に許容される予め定められた腐食促進成分濃度，すなわち許容腐食促進成分濃度以下になるように、前記温度センサ６の検出値に基づいて、濃縮水の排水量の制御が行われる。ここでは、給水のシリカ濃度に着目した濃縮水の排水量の制御について説明する。

前記制御部５は、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記濾過膜部１０を通過した給水の不純物濃度が、許容腐食促進成分濃度以下になるような濃縮水の排水量を求めて、この排水量になるように、前記排水ライン１４に設けられた排水弁（図示省略）を制御する。もう少し詳しく説明すると、前記制御部５のＲＯＭには、給水の温度と、その温度における給水のシリカ溶解度とを基に、水温に対応する濃縮水の排水量を求める演算プログラムが記憶されている。この演算プログラムは、透過水の腐食促進成分濃度が、許容腐食促進成分濃度以下を維持できるような濃縮水の排水量を求めるためのプログラムである。ここで、前記ナノ濾過膜（図示省略）の表面付近における給水のシリカ濃度が、シリカ溶解度を超える濃度になると、シリカスケールが析出し、これが前記ナノ濾過膜に沈着し、前記ナノ濾過膜の詰まりが発生する。前記ナノ濾過膜の詰まりが発生すると、圧力損失の上昇によって前記ナノ濾過膜が破損しやすくなるため、腐食促進成分が透過水中へリークし、透過水の水質が悪化する。ここで、給水中のシリカの溶解度は、水温が低くなるほど低くなり、水温が高くなるほど高くなる。したがって、給水が低温であるときには、シリカ溶解度が低いので、濃縮水の排水量を多くして、前記ナノ濾過膜の表面付近におけるシリカ濃度を低下させ、前記ナノ濾過膜の詰まりを防止する必要がある。一方、給水が高温であるときには、シリカ溶解度が高いので、前記ナノ濾過膜の詰まりが発生しにくく、濃縮水の排水量を少なくすることができる。このようなことから、濃縮水の排水量の演算プログラムは、給水が低温であるときには、前記ナノ濾過膜の詰まりを防止することにより、前記濾過膜部１０を通過した給水の腐食促進成分濃度が、許容腐食促進成分濃度以下を維持できるように、濃縮水の排水量を増やすような演算を行い、また給水が高温であるときには、前記ナノ濾過膜が詰まりにくいことにより、許容腐食促進成分濃度を維持できるので、濃縮水の排水量を減らすような演算を行うプログラムである。そして、前記濾過膜部１０では、前記演算プログラムにしたがって求めた濃縮水の排水量になるよう、前記制御部５が前記排水弁を制御する。

さらに、前記水処理システム１においては、前記酸化剤除去部８，前記軟水化部９，前記濾過膜部１０および前記脱気部１１の特性を考慮して、前記温度センサ６の検出値に基づいて、前記各水処理部４の通水流量の制御が行われる。

ここで、前記酸化剤除去部８では、給水が低温であるときには、前記活性炭の酸化剤分解効率が低いので、前記酸化剤除去部８を通過した給水の酸化剤濃度を、前記ボイラ２で使用される給水や前記軟水化部９および前記濾過膜部１０へ供給される給水に許容される予め定められた酸化剤濃度，すなわち許容酸化剤濃度以下にするためには、前記酸化剤除去部８の通水流量を減らして、前記活性炭との接触時間を長くする必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記活性炭の酸化剤分解効率が高いので、前記活性炭との接触時間が短くてもよく、通水流量を増やすことができる。

また、前記軟水化部９では、給水が低温であるときには、前記イオン交換樹脂の硬度分に対するイオン選択性が相対的に小さく、前記イオン交換樹脂による硬度分の除去能力が劣るので、前記軟水化部９を通過した給水の硬度分濃度を、許容硬度分濃度以下にするためには、通水流量を減らして、前記イオン交換樹脂と硬度分との接触時間を長くする必要がある。一方、給水が高温であるときには、前記イオン交換樹脂の硬度分に対するイオン選択性が相対的に大きく、前記イオン交換樹脂による硬度分の除去能力が優れているので、前記イオン交換樹脂と硬度分との接触時間が短くてもよく、通水流量を増やすことができる。

また、前記ナノ濾過膜は、給水が低温であるときには、水が透過しにくくなることにより、腐食促進成分（すなわち、硫酸イオンや塩化物イオンなど）の濾過性能がよくなる。一方、給水が高温であるときには、水が透過しやすくなることにより、有効圧力が相対的に低くなり、腐食促進成分の濾過性能が悪くなる。したがって、給水が高温であるときには、前記濾過膜部１０を通過した給水の腐食促進成分濃度を、許容腐食促進成分濃度以下にするために、有効圧力を上げ、透過流量を増やす必要がある。一方、給水が低温であるときには、有効圧力を下げ、透過流量を減らすことができる。

さらに、前記脱気膜（図示省略）は、給水が高温であるときや通水流量が少ないときには、溶存酸素の脱気性能がよくなり、また給水が低温であるときや通水流量が多いときには、溶存酸素の脱気性能が悪くなる。したがって、給水が低温であるときには、前記脱気部１１を通過した給水の溶存酸素濃度を、前記ボイラ２で使用される給水に許容される予め定められた溶存酸素濃度，すなわち許容溶存酸素濃度以下にするためには、通水流量を減らす必要がある。一方、給水が高温であるときには、通水流量を増やすことができる。

したがって、前記水処理システム１では、このような前記各水処理部４の特性を考慮して、これらの各水処理部４を全て通過した給水，すなわち前記ボイラ２へ供給される給水の水質（すなわち、酸化剤濃度，硬度分濃度，腐食促進成分濃度および溶存酸素濃度）が、許容水質以下（すなわち、それぞれ許容酸化剤濃度以下，許容硬度分濃度以下，許容腐食促進成分濃度以下および許容溶存酸素濃度以下）になるように、前記制御部５が前記ポンプ１３を制御して、前記各水処理部４の通水流量を調節する。

具体的な通水流量の制御について説明すると、前記制御部５の前記ＲＯＭには、前記給水ライン３を流れる給水の流量と温度とに対応する酸化剤濃度，硬度分濃度，腐食促進成分濃度および溶存酸素濃度と、許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度，許容腐食促進成分濃度および許容溶存酸素濃度と、前記給水タンク１２内に貯留する必要給水量とが記憶されている。

また、前記ＲＯＭには、前記温度センサ６からの給水の温度検知信号に基づいて、前記インバータ（図示省略）へ指令信号を出力し、このインバータにより前記ポンプ１３の回転数を制御して、前記各水処理部４の通水流量を調節する流量制御プログラムが記憶されている。この流量制御プログラムは、前記温度センサ６の検出値が、許容水質（すなわち、許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度，許容腐食促進成分濃度および許容溶存酸素濃度）のうち、一以上を充足しない水質になる温度と判断される値となったとき、前記各水処理部４における通水流量が、前記許容水質を全て充足できる通水流量となる流量を演算し、この通水流量へ変更する指令信号を出力する流量変更プログラムと、前記給水タンク１２内の水量が必要給水量以下となったとき、前記水位センサ１７からの水位検知信号に基づいて、流量変更プログラムによる通水流量の減量を解除する減量解除プログラムとを有している。

前記各水処理部４における通水流量は、通水流量および給水の温度に対する処理後の水質の関係において、給水が所定の水温にある場合に、前記許容水質を全て充足できる流量に設定されている。前記制御部５は、このような通水流量になるよう、前記ポンプ１３を制御する。

そして、運転時に、たとえば給水の温度が下がり、前記温度センサ６により、前記給水の設定流量下で、給水の温度が、前記ＲＯＭに記憶されている許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度または許容溶存酸素濃度を超える水質を示す温度になったことを検知したとき、前記温度センサ６からの温度検知信号に基づいて、前記制御部５が流量変更プログラムにしたがい、通水流量を減らす。具体的には、前記制御部５は、前記インバータへ指令信号を出力し、前記インバータにより前記ポンプ１３の回転数を可変させて、許容腐食促進成分濃度を充足している範囲で、許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度および許容溶存酸素濃度を超えない水質を示す量まで通水流量を減らす。

以上により、前記酸化剤除去部８，前記軟水化部９および前記脱気部１１による水処理性能が向上し、給水の温度が低くなることによる水処理性能の低下が相殺される。この結果、前記濾過膜部１０からの給水の腐食促進成分濃度が、許容腐食促進成分濃度を充足した状態で、給水の酸化剤濃度，硬度分濃度および溶存酸素濃度が、それぞれ許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度および許容溶存酸素濃度を超えない値に維持することができる。

この後、給水の温度が上昇し、給水が設定された流量となっても、酸化剤濃度，硬度分濃度および溶存酸素濃度が、それぞれ許容酸化剤濃度，許容硬度分濃度および許容溶存酸素濃度を充足できる温度となったときは、前記温度センサ６がこれを検知し、この温度検知信号に基づき前記制御部５が流量変更プログラムにしたがい、前記インバータへ指令信号を出力し、このインバータにより前記ポンプ１３の回転数を可変させて通水流量を設定した流量へ戻す。

また、流量変更プログラムを実行し、通水流量が減量状態にあるときに、前記水位センサ１７により、前記給水タンク１２の水量が必要水量を下回ったことが検知されたとき、前記制御部５は、減量解除プログラムを実行する。すなわち、前記制御部５は、前記水位センサ１７からの水位検知信号に基づいて、減量解除プログラムにしたがい通水流量の減量を解除し、前記温度検知信号に基づく前記ポンプ１３の回転数の可変を解除させる。

以上により、前記給水タンク１２の水量が必要水量を下回ったときに通水流量の減量を回避することにより、前記ボイラ２の給水不足による蒸気の供給不能状態を回避することができる。

ただし、前記各水処理部４における通水流量の制御は、前記ポンプ１３で行う場合に限られるものではない。たとえば、前記給水ライン３に設けたバルブ（図示省略）により、前記各水処理部４の通水流量を制御してもよい。

この発明の水処理システムの一実施例の構成を示す概略説明図である。 図１の水処理システムの一部拡大図である。

符号の説明

１ 水処理システム
２ ボイラ（機器）
４ 水処理部
６ 温度センサ（温度検出手段）

Claims (1)

1. 機器への給水の水処理部を備える水処理システムであって、
   給水の温度検出手段を備え、この温度検出手段の検出値に基づいて、前記水処理部を通過した給水について、所定の水質が得られるように前記水処理部の運転を制御する
   ことを特徴とする水処理システム。

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