JP2007152271A - 水処理システム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原水を精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いた膜分離装置で直接処理してもＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしにくく、高機動車に搭載できるほど小型であって、飲料水を長期間安定して製造しうる飲料水製造用水処理システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 濁度計によって測定した原水の濁度と、膜分離装置の設定透過流量と膜面積とパラメータとに基づいて、設定回収率を式１から算出する設定工程と、
流量計によって測定した膜分離装置の原水流量又は濃縮水流量、及び膜透過流量に基づいて、実測回収率を式２から算出する実測工程と、
前記実測回収率が前記設定回収率と同じになるように、膜分離装置の膜透過流量、及び原水流量又は濃縮水流量を制御する制御工程とを有し、
原水濁度の変動に追従して膜分離装置の回収率を制御することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、河川水、湖沼水、海水等を原水として、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いた膜分離装置を用いて膜分離処理を行い、飲料水を製造する水処理システム及びその運転方法に関する。

ＭＦ膜及びＵＦ膜は、微粒子等の除去性能が高いため、原水中に含まれる微細な固形物、懸濁物質、微生物等を分離する固液分離手段として使用される。また、このＭＦ膜、ＵＦ膜を組み込んだＭＦ膜分離装置、ＵＦ膜分離装置は、操作が簡便であることから、医薬、化学、半導体等の分野的で工業的に広く利用されている。

また、逆浸透膜（ＲＯ膜）は、水中の塩類、有機物質（トリハロメタン、農薬等）、微細粒子（生菌、死菌、ウイルス等）を安定かつ効率的に除去できるため、超純水製造から海水淡水化まで広い範囲で利用されている。例えば、医薬品、半導体の分野において、注射用水、超純水等の製造に利用されている。

中空糸型又はスパイラル型ＲＯ膜は、膜充填密度が高く、膜の原水通過スペースが非常に小さいため、原水（例えば、工業用水）を、まずＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置を用いて前処理し、それらの処理水をＲＯ膜分離装置で膜分離処理することが一般的である。

一方、地震、津波等の災害時に飲料水を製造するため、被災地の原水を浄化する浄化装置として、長毛ろ過装置と珪藻土ろ過装置を用いる車載型の移動式浄水装置が、特許文献１に開示されている。

また、ＲＯ膜を用いる海水淡水化装置と、ＵＦ膜を用いる汚濁淡水の浄化装置等を備える車両搭載型清水製造装置が、特許文献２に開示されている。

また、回転するろ過筒を通じてろ過を行う第一ろ過器と、ＭＦ膜又はＲＯ膜処理を行う第二ろ過器と、ＲＯ膜を用いて純水を得る第三ろ過器とを備える移動式浄水設備が、特許文献３に開示されている。
実公昭６２−９９９７号公報 特開平９−１４１２６２号公報 特開平８−７１５６７号公報

しかし、特許文献１に開示される移動式浄水装置は、細菌、ウイルス、塩類、重金属類、農薬等の化学物質を除去することができず、原水の濁度が高い場合には、珪藻土ろ過器を頻繁に手動で逆流洗浄しなければならないという欠点があった。

また、特許文献２及び特許文献３に開示される移動式浄水設備は、原水タンク、凝集剤を添加した原水を貯留するタンク、前処理用の長毛ろ過器を有するため、大型車両でなければ浄水設備を搭載することが困難である。

その一方、災害地には大型車両を乗り入れることは困難な場合が多く、高機動車と呼ばれる小型車両に搭載できるような浄水設備が望まれているが、高機動車の荷台寸法は、縦2070mm×横2000mm×高さ1175mm程度であり、一般的な大型車両の荷台寸法である縦4500mm×横2990mm×高さ2080mmと比較すると、浄水設備のスペースが非常に限られることが大きな問題である。

海水を淡水化し、または、原水中に含まれる細菌、ウイルス、化学物質等を除去するためにはＲＯ膜分離装置を使用する必要があるが、上述したように、前処理としてＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置で原水を処理しなければならない。ここで、設置スペースの大きい長毛ろ過器等をＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置の前処理として使用せず、ＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置で原水を直接処理すれば、飲料水製造用水処理システムを小型化しうるが、原水濁度が高ければＭＦ膜がつまりやすくなるため、ＲＯ膜分離装置により長期間安定した飲料水の製造が困難になる。

本発明は、原水を直接ＭＦ膜又はＵＦ膜分離装置で処理してもＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしにくく、高機動車に搭載できるほど小型であって、飲料水を長期間安定して製造しうる飲料水製造用水処理システム及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明は、原水濁度に追従してＭＦ膜又はＵＦ膜分離装置の回収率を制御することにより、濁度の高い原水を処理する場合であっても、ＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしにくく、淡水又は海水を原水として飲料水を長期間安定して製造しうる飲料水製造用水処理システム及びその運転方法に関する。

具体的に、本発明は、
精密ろ過膜又は限外ろ過膜を用いた膜分離装置を用いて原水を処理する飲料水製造用水処理システムの運転方法であって、
濁度計によって測定した原水の濁度と、膜分離装置の設定透過流量と膜面積とパラメータとに基づいて、設定回収率を式１から算出する設定工程と、
流量計によって測定した膜分離装置の原水流量又は濃縮水流量、及び膜透過流量に基づいて、実測回収率を式２から算出する実測工程と、
前記実測回収率が前記設定回収率と同じになるように、膜分離装置の膜透過流量、及び原水流量又は濃縮水流量を制御する制御工程とを有し、
原水濁度の変動に追従して膜分離装置の回収率を制御することを特徴とする方法に関する（請求項１）。

（ここで、Rec._setは設定回収率[％]、TURは濁度[度]、Ｘはパラメータ、FI-P_setは設定透過流量[m³/日]、Aは膜面積[m²]、Rec.は実測回収率[％]、FI-Pは膜透過流量[m³/日]、FI-Fは原水流量[m³/日]、FI-Cは濃縮水流量[m³/日]である。）

前記制御工程は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる工程であることが好ましい（請求項２）。

前記制御工程は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる工程であってもよい（請求項３）。

前記制御工程は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させることによって膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させることによって膜分離装置の膜透過流量を減少させてもよい（請求項４）

前記制御工程は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させることにより膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させることにより膜分離装置の膜透過流量を減少させてもよい（請求項５）。

設定透過流量を膜分離装置の膜面積で除した値は、0.5m³/m²/日以上10m³/m²/日以下であることが好ましい（請求項６）。

原水の濁度は、400度以下であることが好ましい（請求項７）。

設定回収率は、30％以上100％以下であることが好ましい（請求項８）。

また、本発明は、
精密ろ過膜又は限外ろ過膜を用いた膜分離装置を用いて原水を処理する飲料水製造用水処理システムであって、
濁度計によって測定した原水の濁度と、膜分離装置の設定透過流量から算出される設定透過流束及びパラメータとに基づいて、設定回収率を式１から算出する設定手段と、
流量計によって測定した膜分離装置の原水流量又は濃縮水流量、及び透過流速に基づいて、実測回収率を式２から算出する実測手段と、
前記実測回収率が前記設定回収率と同じになるように、膜分離装置の膜透過流量及び原水流量又は濃縮水量を制御する制御手段とを有し、
原水濁度の変動に追従して精密ろ過膜分離装置の回収率を制御することを特徴とするシステムに関する（請求項９）。

（ここで、Rec._setは設定回収率[％]、TURは濁度[度]、Ｘはパラメータ、FI-P_setは設定透過流量[m³/日]、Aは膜面積[m²]、Rec.は実測回収率[％]、FI-Pは膜透過流量[m³/日]、FI-Fは原水流量[m³/日]、FI-Cは濃縮水流量[m³/日]である。）

前記制御手段は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる手段であることが好ましい（請求項１０）。

前記制御手段は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる手段であることが好ましい（請求項１１）。

前記制御手段は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させることにより膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させることにより膜分離装置の膜透過流量を減少させる手段であってもよい（請求項１２）。

前記制御手段は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させることにより膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させることにより膜分離装置の膜透過流量を減少させる手段であってもよい（請求項１３）。

本発明の飲料水用水処理システム及びその運転方法を使用すれば、ＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜膜分離装置の上流に長毛ろ過装置等の粗ろ過装置を設置しなくとも、ＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置の膜の目詰まりを防止することが可能である。このため、海水又は淡水のいずれを原水とする場合であっても、原水タンク、凝集沈殿タンク、長毛ろ過器等が不要となり、高機動車に搭載しうる程度に水処理装置全体を小型化することができる。その結果、道路状況が劣悪な被災地へも飲料水用水処理システムを搬送し、濁度が高い原水しか入手できない状況であっても、長期間安定して飲料水を製造することが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、これらに限定されるものではない。

はじめに、従来の車載型水処理システム全体の概略構成図を、図１に示す。河川水、湖沼水等の原水は、揚水ポンプによって一旦タンクに貯水され、凝集剤を添加される。その後、長毛ろ過器へと供給され、前処理が行われる。

次に、長毛ろ過器で前処理された処理水は、ろ過ポンプによってＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置に供給される。

次に、ＭＦ膜分離装置又はＵＦ膜分離装置の処理水（透過水）は、高圧ポンプによってＲＯ膜分離装置に供給される。ＲＯ膜分離装置の処理水（透過水）は、さらに活性炭吸着塔へと供給された後、飲料水として利用される。

ここで、従来の車載型水処理システムでは、ＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まりを防止するため、長毛ろ過器を使用するが、長毛ろ過器は設置スペースが大きく、さらに原水を凝集沈殿処理するためのタンクも必要であるため、大型車両でないと搭載できないという問題があった。

本発明の水処理システム及びその運転方法は、高機動車の荷台に搭載できるように、設置スペースの大きな長毛ろ過器及び凝集沈殿タンクを省略し、かつ、ＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まりを防止することを特徴とする。さらに、省電力化を図ることにより、発電機を小型化しうることも特徴とする。

以下、本発明の水処理システム及びその運転方法について、詳細に説明する。

（実施の形態１）
ＭＦ膜分離装置を中心とした、本実施の形態における水処理システムの一部配管図を、図２に示す。この水処理システムでは、原水ポンプ１が淡水又は海水を原水として採水する。原水ポンプ１で加圧された原水は、原水送水経路４を通じて複数のＭＦ膜モジュール７へと送水される。これら複数のＭＦ膜モジュール７と、配管、バルブ等からＭＦ膜分離装置が形成されている。

なお、飲料水の製造量が少量で足りる場合には、ＭＦ膜モジュール７は、単数であってもよい。また、ＭＦ膜に代えてＵＦ膜も使用可能であるが、高濁度（200度以上）でも長期に渡って安定した運転を継続して行うためには、ＭＦ膜を使用することが好ましい。

原水送水経路４には、濁度計２及び流量計３が設置されており、それぞれ原水濁度及び原水流量を測定する。そして、濁度計２及び流量計３の測定結果は、経路１７及び経路１８を通じてシーケンサ１２へと送られる。なお、原水ポンプ１と濁度計２の間には、計器類の保護やＭＦ膜モジュールの流路の閉塞を防止するために、フィルターユニット等の除濁装置を設置することが好ましい。

ＭＦ膜モジュール７の処理水（透過水）は、処理水送水経路８を経てＭＦ膜処理水タンク又はＲＯ膜モジュール（いずれも図示せず）へと送水される。

処理水送水経路８には、流量計９が設置されており、ＭＦ膜モジュール７の処理水の流量（膜透過流量）を測定する。膜透過流量は、経路１９を通じてシーケンサ１２へと送られる。

膜モジュール７には濃縮水を排出する濃縮水排水経路５が接続されており、濃縮水排水経路５には流量調整弁１４が設置されている。この流量調整弁１４を閉じると濃縮水排水経路５を流れる濃縮水流量が減少し、開くと濃縮水流量が増加するため、流量調整弁１４の開閉により膜モジュール７の実測回収率及び膜透過流量を制御することが可能である。また、シーケンサ１２からの制御信号は、経路１６を通じて流量調整弁１４へと送られる。

ＭＦ膜モジュール７は、ＭＦ膜の目詰まりを防止するため、定期的に洗浄する必要がある。図２の水処理システムでは、洗浄時には原水ポンプ１を停止すると共に、ＭＦ膜モジュール７の原水供給系路４に設置されている原水弁２０を閉じる。また、処理水送水経路８に設置された処理水弁２２と、濃縮水排水経路５に設置されている排水弁２３を閉じる。

次に、逆洗排水経路６に設置された逆洗排水弁２４と、逆洗経路１１に設置されている逆洗弁２１とを開き、逆洗経路１１により逆洗水１０をＭＦ膜モジュール７の二次側（透過水側）から供給する。同時に、エア管２７のエア弁２６を開き、ブロワ２８によって気泡を膜モジュール７に送ってエアスクラビングを行う。そして、逆洗排水は、逆洗排水経路６を通じてシステム外へと排水される。

洗浄終了後、逆洗排水弁２４と逆洗弁２１及びエア弁２６を閉じる。次に、原水ポンプ１を運転すると共に、原水弁２０、処理水弁２２及び排水弁２３を開き、原水の処理を再開する。

ＭＦ膜モジュール７の洗浄は、所定時間毎に、又はＭＦ膜モジュール７の膜間差圧を測定して膜間差圧の測定値が一定以上となったときに行うようにすることが好ましい。また、ＲＯ膜分離装置を連続的に運転するためには、ＭＦ膜処理水も連続して確保する必要があるため、弁操作のみによってＭＦ膜モジュール７を順番に洗浄することが好ましい。

処理水送水経路８に設置されている定流量弁１５は、弁の前後の差圧によって弁のダイアフラムの開度調整を自動で制御して、弁を流れる流量を自動で一定に調整する。この定流量弁９を処理水送水経路８に設置しておけば、設定流量以上の流量で水が流れないので、ろ過流量過多によるＭＦ膜モジュール７のＭＦ膜の閉塞を防止することができる。

一方、シーケンサ１２は、インバータ１３に接続されており、さらにインバータ１３は、経路２５を通じて原水ポンプ１に接続されており、後述するように、シーケンサ１２によって原水ポンプ１の出力をインバータ制御できるようになっている。

また、シーケンサ１２は、経路１６を通じて流量調整弁１４にも接続されており、流量調整弁１４の開閉を制御できるようになっている。

以上、図２を参照しつつ、本実施の形態における水処理システムの構成及び各構成の動作について説明した。

次に、本実施の形態における水処理システムの運転方法を、図３に示す制御フローチャートを参照しながら説明する。

まず、濁度計２によって原水濁度を測定する（ステップＳ１）。

次に、(1) 設定透過流量及び膜分離装置の膜面積、(2) ステップＳ１で測定した原水濁度、及び(3) パラメータに基づいて、設定回収率（単位％）を式１から算出する（ステップＳ２：設定工程）。

式１において、Rec._setは設定回収率[％]、TURは濁度[度]、Ｘはパラメータ、Aは膜面積[m²]、FI-P_setは設定透過流量[m³/日]である。

設定透過流量とは、飲料水供給設備としての設計飲料水供給流量を確保するためにＲＯ膜分離装置に供給しなければならない流量であり、設計飲料水供給水量／ＲＯ膜分離装置の回収率、という式によって決定され、設定透過流束（m³/ m²/日）に膜面積（m²）を乗じることにより算出される。ＲＯ膜分離装置の回収率は、淡水を処理する場合には70％、海水を処理する場合には30％とするのが一般的である。
る。

ここで、設定回収率は、30％以上100％以下とすることが好ましい。回収率が低下するとポンプ及び発電機を大型化する必要があるが、30％未満では特にポンプ出力を大きくする必要があるために、特に大型のポンプ及び発電機を選択せざるを得ない。そうなると、飲料水製造システムとして高機動車に搭載しようとすると、後段のＲＯ膜分離装置及び活性炭吸着塔を設置するスペース的余裕がなくなってしまう。従って、式１から30％未満の設定回収率が算出された場合には、設定回収率を30％とする。

設定回収率を設定する技術的意義は、膜の目詰まりを軽減して、ＭＦ膜モジュール７の膜透過流量を一定に保つことにある。後述する実測回収率を設定回収率と同じになるように制御することにより、設定透過流量をＭＦ膜の膜面積で除した値（設定透過流束）と、安定的に運転したい期間に対して最適なＭＦ膜モジュール内の濁度を一定に保つことが可能となる。

ここで、パラメータＸは、膜分離装置を安定的に運転するための上限となる膜モジュール内の被処理水の濁度を、透過流束（透過流量／膜面積）が1m³/m²/日であるときの値に換算した値である。よって、このパラメータＸを透過流束で除すことで、その透過流束時の上限膜モジュール内濁度となる。なお、パラメータＸの値は、原水性状及び必要安定運転日数により実験的に算出される数値であり、Ｘ=250〜1000という数値は、災害時等の飲料水製造のために移動式（車載型）浄水装置に求められる原水性状、必要安定運転日数により決定されたものである。

次に、流量計３及び流量計９によってそれぞれ測定した原水流量及びＭＦ膜モジュール７の膜透過流量に基づいて、実測回収率を式２から算出する（ステップＳ３：実測工程）。

式２において、Rec.は実測回収率[％]、FI-Pは膜透過流量[m³/日]、FI-Fは原水流量[m³/日]、FI-Cは濃縮水流量[m³/日]である。

次に、実測回収率と設定回収率とを比較して（ステップＳ４）、実測回収率が設定回収率よりも低い（Rec._set＞Rec.）と判断すればステップＳ５に進み、実測回収率が設定回収率よりも低くなければステップＳ７に進む。

ステップＳ５では、シーケンサ１２が流量調整弁１４に弁を閉じる信号を送り、流量調整弁１４の開度を小さくする。すると、濃縮水排水経路５を流れる濃縮水量が減少するため、式２より膜透過流量（FI-P）が一定であれば実測回収率（Rec.）は増加する。

ステップＳ５の後、実測回収率が増加して設定回収率と等しく（Rec._set＝Rec.）なったか判断し（ステップＳ６）、等しいと判断すればステップＳ１０に進む。等しくないと判断すれば、ステップＳ６からステップＳ４に戻る。

一方、実測回収率が設定回収率よりも低くなければ、実測回収率が設定回収率よりも高い（Rec._set＜Rec.）か判断する（ステップＳ７）。実測回収率が設定回収率よりも高いと判断すれば、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、シーケンサ１２が流量調整弁１４に弁を開く信号を送り、流量調整弁１４の開度を大きくする。すると、濃縮水排水経路５を流れる濃縮水量が増加するため、式２より膜透過流量（FI-P）が一定であれば実測回収率（Rec.）は減少する。

ステップＳ８の後、実測回収率が減少して設定回収率と等しく（Rec._set＝Rec.）なったか判断し（ステップＳ９）、等しいと判断すればステップＳ１０に進む。等しくないと判断すれば、ステップＳ９からステップＳ４に戻る。

ここで、ステップＳ７において、実測回収率が設定回収率よりも高くないと判断する場合、実測回収率と設定回収率は等しいことになる（Rec._set＝Rec.）。この場合、シーケンサ１２によって流量調整弁１４の開度を変化させる必要がないため、ステップＳ７からステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、水処理システムの運転を停止するか判断し、停止するのであればエンドに進み、制御フローが終了する。さらに運転を続けるのであればステップＳ１に戻り、原水濁度を継続して測定することにより、ＭＦ膜モジュールの回収率を原水濁度に追従して制御する。

原水濁度が高い場合、ＭＦ膜モジュールが目詰まりしやすく、頻繁にＭＦ膜モジュールを上述したように逆洗浄する必要がある。しかし、本実施の形態では、原水濁度が高くなれば流量調整弁１４を開き、膜モジュール７の負荷を減らすことが可能である。しかも、原水濁度が低くなれば、流量調整弁１４を閉じ、実測回収率を増加させることができるため、高出力ポンプや大型発電機を必要とせず、水処理システムの小型化を図ることが可能である。

高機動車のような小型車両に淡水及び海水に対応した水処理システムを搭載して災害地に派遣する場合、水処理装置の小型化と共に、メインテナンスの頻度が低いことも重要であるが、本実施の形態は、水処理システムの運転方法として、この両方について有用である。

なお、濃縮水排水経路５に流量計（図示せず）を設置して濃縮水の排水流量（濃縮水量：FI-C、単位m³/日）を測定し、式２においてFI-Fの代わりに（FI-C+FI-P）を用い、実測回収率を算出することも可能である。

また、図３の制御フローチャートにおいて、ステップＳ４とステップＳ７の順序を入れ替えてもよい。この場合、ステップＳ７において、実測回収率が設定回収率よりも大きくないと判断した場合はステップＳ４に進む。ステップＳ４で実測回収率が設定回収率よりも小さくない、すなわちRec._set＝Rec.であると判断すれば、ステップＳ１０へと進む。それ以外の制御フローは、図３と同様である。

本実施の形態は、流量調整弁１４の開度を制御するだけであるため、水処理システムの運転制御が容易であるという特徴を有する。

（実施の形態２）
次に、本実施の形態における水処理システムの運転方法を、図４に示す制御フローチャートを参照しながら説明する。なお、水処理システムの配管図は、図２と同じであるが、流量調整弁１４及び経路１６は使用しない。

図４に示す制御フローチャートは、図３に示す制御フローチャートのステップＳ５及びステップＳ８が、ステップＳ２１及びステップＳ２２に置き換わった点でのみ異なる。以下、この相違点についてのみ説明する。

ステップＳ２１では、シーケンサ１２がインバータ１３を通じて原水ポンプ１の出力を低下させる。このため、原水送水経路４の原水流量（FI-F）が減少する。式２から明らかなように、FI-Pが一定であればFI-Fが減少することにより実測回収率は増加する。その結果、原水濁度が低下した場合にはポンプ出力を低下させて、発電機の負担を軽減することが可能である。

一方、ステップＳ２２では、シーケンサ１２がインバータ１３を通じて原水ポンプ１の出力を上昇させる。このため、原水送水経路４の原水流量（FI-F）が増加する。そして、FI-Pが一定であるため、FI-Fが増加することにより実測回収率は減少する。その結果、原水濁度が増加した場合には、ＭＦ膜モジュールの負担を軽減することができるため、原水を長時間安定して処理し、飲料水を製造することが可能となる。

なお、本実施の形態においても、濃縮水排水経路５に流量計（図示せず）を設置して濃縮水の排水流量（濃縮水量：FI-C、単位m³/日）を測定し、式２においてFI-Fの代わりに（FI-C+FI-P）を用い、実測回収率を算出することが可能である。

また、図４の制御フローチャートにおいて、ステップＳ４とステップＳ７の順序を入れ替えてもよい。

本実施の形態は、原水ポンプ１の出力を制御するだけであるため、水処理システムの運転制御が容易であるという特徴を有する。

（実施の形態３）
次に、本実施の形態における水処理システムの運転方法を、図５に示す制御フローチャートを参照しながら説明する。なお、水処理システムの配管図は、図２と同じである。

図５に示す制御フローチャートは、図３に示す制御フローチャートのステップＳ９とステップＳ１０の間に、ステップＳ３１及びステップＳ３２が加わった点でのみ異なる。以下、この相違点についてのみ説明する。

ステップＳ９で実測回収率が設定回収率と等しいと判断した場合、ステップＳ３１において、さらに膜透過流量が設定透過流量と等しい（FI-P_set.=FI-P）か判断する。

実測膜透過流量が設定透過流量と等しくないと判断すれば、ステップＳ３２へ進み、原水ポンプ１の出力を増加させる。そして、ステップＳ９に戻る。一方、実測透過流量が設定透過流量と等しいと判断すれば、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ８では、流量調整弁１４の開度を大きくして濃縮水流量を増加することによって、実測回収率を減少させるように制御するが、流量調整弁１４を開くことにより差圧が変化して膜透過流量も変化する。ステップＳ３２では、この膜透過流量の変化を、原水ポンプ１の出力を増加させる制御をすることによって調整する。そして、ステップＳ９→ステップＳ３１→ステップＳ３２→ステップＳ９を繰り返すことにより、膜透過流量と回収率の両者を調整することが可能となる。

ここで、流量調整弁１４を閉じることによって膜間差圧が変化し、膜透過流量が増加しても、定流量弁１５によって膜透過流量が設定値以上に増加しない構成となっているため、回収率を増加させる場合には原水ポンプ１の出力を減少させるように制御する必要はない。

なお、本実施の形態においても、濃縮水排水経路５に流量計（図示せず）を設置して濃縮水の排水流量（濃縮水量：FI-C、単位m³/日）を測定し、式２においてFI-Fの代わりに（FI-C+FI-P）を用い、実測回収率を算出することが可能である。

また、図５の制御フローチャートにおいて、ステップＳ４とステップＳ７の順序を入れ替えてもよい。

本実施の形態は、原水ポンプ１の動力が小さく、実測回収率を減少させる際の制御が容易であるという特徴を有する。

（実施の形態４）
次に、本実施の形態における水処理システムの運転方法を、図６に示す制御フローチャートを参照しながら説明する。なお、水処理システムの配管図は、定流量弁１５がない点でのみ、図２の配管図と異なる（図示せず）。

図６に示す制御フローチャートは、図５に示す制御フローチャートのステップＳ６とステップＳ１０の間に、ステップＳ４１及びステップＳ４２が加わった点でのみ異なる。以下、この相違点についてのみ説明する。

ステップＳ６で実測回収率が設定回収率と等しいと判断した場合、ステップＳ４１において、さらに膜透過流速が設定透過流速と等しい（FI-P_set.=FI-P）か判断する。

実測透過流量が設定透過流量と等しくないと判断すれば、ステップＳ４２へ進み、原水ポンプ１の出力を減少させる。そして、ステップＳ６に戻る。一方、実測膜透過流量が設定透過流量と等しいと判断すれば、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ５では、流量調整弁１４の開度を小さくして濃縮水量を減少させることによって、実測回収率を増加させるように制御するが、流量調整弁１４を閉じることにより差圧が変化して膜透過流量も変化する。ステップＳ４２では、この膜透過流量の変化を、原水ポンプ１の出力を減少させるように制御することによって調整する。そして、ステップＳ６→ステップＳ４１→ステップＳ４２→ステップＳ６を繰り返すことにより、膜透過流量と回収率の両者を調整することが可能となる。

ここで、本実施の形態の水処理システムにおいては、処理水送水経路８に定流量弁１５が設置されていないため、ステップＳ６において流量調整弁１４の開度を小さくすることにより、膜透過流量が大きくなりすぎる場合もあるため、原水ポンプ１の出力を減少させることにより、膜透過流量を設定透過流量と等しくなるように制御することが好ましい。

なお、本実施の形態においても、濃縮水排水経路５に流量計（図示せず）を設置して濃縮水の排水流量（濃縮水量：FI-C、単位m³/日）を測定し、式２においてFI-Fの代わりに（FI-C+FI-P）を用い、実測回収率を算出することが可能である。

また、図６の制御フローチャートにおいて、ステップＳ４とステップＳ７の順序を入れ替えてもよい。

本実施の形態は、原水ポンプ１の動力が最も小さくて済み、省エネルギーであるという特徴を有する。

［実施例］
次に、本発明の実施例として、濁質としてカオリン、有機物としてフミン酸を添加した淡水を原水として、本発明の水処理システムの運転方法（実施の形態４）によってＭＦ膜モジュールを連続運転し、膜圧の変化を経時的に測定した。

［比較例］
また、比較例として、実施例と同じＭＦ膜モジュールと原水を用いて、ＭＦ膜モジュールの回収率を50％に固定して連続運転し、膜圧の変化を経時的に測定した。

実施例及び比較例で使用したＭＦ膜モジュールは、旭化成ケミカルズ株式会社製であり、ＭＦ膜の材質はポリフッ化ビニリデン（PVDF）、平均孔径0.1μm、膜面積12 m²である。また、設定透過流束は、1.0 m³/m²/日（設定透過流量は、12m³/日）であり、式１のパラメータは、600とした。

原水として、水道水にフミン酸15 mg/Lを溶解させ、さらにカオリンを添加して濁度をつけた淡水を使用した。また、膜モジュールの運転中は、30分に1回、設定透過流量（12 m³/日）の1.5倍の流量でＭＦ膜モジュールを逆洗すると共に、エアスクラビング（ＭＦ膜モジュール1本当たり7 Nm³/時）を1分間行い、さらに設定透過流量の3倍（36 m³/日）の流量で30秒フラッシングした。

原水濁度は、濁度計を用いて測定し、膜間差圧（ΔP）は、ＭＦ膜モジュールの入口（P1）、出口（P2）及び透過水出口（P3）の圧力を、隔膜式圧力センサーを用いて測定し、ΔP={(P1+P2)/2}-P3という式により算出した。実施例及び比較例の原水濁度、膜間差圧等の変化を、図７に示す。

原水濁度は、120度〜380度の範囲内で変動していた。実施例では、原水濁度に追従して実測回収率を流量調整弁及びポンプ出力のインバータ制御により制御するため、実測回収率は35％〜80％の範囲内で変動した。

膜間差圧が上昇することは、ＭＦ膜が目詰まりして、交換しなければならない状態になったことを意味する。比較例では、運転日数60日前後で膜間差圧が0.1MPaを超えたが、
実施例では、膜間差圧が0.1MPaを超えるのが運転日数120日以上であった。従って、実施例の運転方法は、同じ原水を、同じＭＦ膜モジュールを用いて処理しても、比較例と比べてＭＦ膜の寿命が２倍以上となった。

また、膜間差圧が低いことにより、水処理システム全体の動力も低く維持することができた。

このように、本発明の水処理システム及びその運転方法は、ＭＦ膜モジュールを使用した水処理システムにおいて、ＭＦ膜の目詰まりを防止して寿命を２倍以上にすると共に、原水濁度が減少すればＭＦ膜モジュールの回収率を増加させ、水処理システムの動力低減により発電機の負担を軽減することが可能である。

また、高濁度（例えば、濁度200度以上）の原水であっても、長毛ろ過器や凝集タンク等が不要で、ポンプ及び発電機も小型化しうるため、従来の車載型水処理システムでは不可能であった高機動車への搭載が可能である。

本発明の水処理システムの運転方法は、水処理装置の小型化及び省メインテナンス性が求められる、小型車両搭載型の水処理システムの運転方法として有用である。

従来の車載型水処理システム全体の概略構成図である。 実施の形態１における水処理システムの一部配管図である。 実施の形態１における水処理システムの運転方法を示す制御フローチャートである。 実施の形態２における水処理システムの運転方法を示す制御フローチャートである。 実施の形態３における水処理システムの運転方法を示す制御フローチャートである。 実施の形態４における水処理システムの運転方法を示す制御フローチャートである。 実施例と比較例の連続運転処理の結果を示すグラフである。

符号の説明

１：原水ポンプ
２：濁度計
３：流量計
４：原水送水経路
５：濃縮水排水経路
６：逆洗排水経路
７：ＭＦ膜モジュール
８：処理水送水経路
９：定流量弁
１０：逆洗水
１１：逆洗経路
１２：シーケンサ
１３：インバータ
１４：流量調整弁
１５：定流量弁
１６，１７，１８，１９，２５：経路
２０：原水弁
２１：逆洗弁
２２：処理水弁
２３：排水弁
２４：逆洗排水弁
２６：エア弁
２７：エア経路
２８：ブロア

Claims (13)

1. 精密ろ過膜又は限外濾過膜を用いた膜分離装置を用いて原水を処理する飲料水製造用水処理システムの運転方法であって、
   濁度計によって測定した原水の濁度と、膜分離装置の設定透過流量と膜面積とパラメータとに基づいて、設定回収率を式１から算出する設定工程と、
   流量計によって測定した膜分離装置の原水流量又は濃縮水流量、及び膜透過流量に基づいて、実測回収率を式２から算出する実測工程と、
   前記実測回収率が前記設定回収率と同じになるように、膜分離装置の膜透過流量、及び原水流量又は濃縮水流量を制御する制御工程とを有し、
   原水濁度の変動に追従して膜分離装置の回収率を制御することを特徴とする方法。
   

   

   

   （ここで、Rec._setは設定回収率[％]、TURは濁度[度]、Ｘはパラメータ、FI-P_setは設定透過流量[m³/日]、Aは膜面積[m²]、Rec.は実測回収率[％]、FI-Pは膜透過流量[m³/日]、FI-Fは原水流量[m³/日]、FI-Cは濃縮水流量[m³/日]である。）
2. 前記制御工程は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
   前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる工程である請求項１に記載の運転方法。
3. 前記制御工程は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
   前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる工程である請求項１に記載の運転方法。
4. 前記制御工程は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させることによって膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
   膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させることによって膜分離装置の膜透過流量を減少させる請求項２に記載の運転方法。
5. 前記制御工程は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させることにより膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
   膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させることにより膜分離装置の膜透過流量を減少させる請求項２に記載の運転方法。
6. 設定透過流量を膜分離装置の膜面積で除した値が、0.5m³/m²/日以上10m³/m²/日以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の運転方法。
7. 原水の濁度が、400度以下である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の運転方法。
8. 設定回収率が、30％以上100％以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の運転方法。
9. 精密ろ過膜又は限外濾過膜を用いた膜分離装置を用いて原水を処理する飲料水製造用水処理システムであって、
   濁度計によって測定した原水の濁度と、膜分離装置の設定透過流量と膜面積とパラメータとに基づいて、設定回収率を式１から算出する設定手段と、
   流量計によって測定した膜分離装置の原水流量又は濃縮水流量、及び膜透過流量に基づいて、実測回収率を式２から算出する実測手段と、
   前記実測回収率が前記設定回収率と同じになるように、膜分離装置の膜透過流量及び原水流量又は濃縮水流量を制御する制御手段とを有し、
   原水濁度の変動に追従して膜分離装置の回収率を制御することを特徴とするシステム。
   

   

   

   （ここで、Rec._setは設定回収率[％]、TURは濁度[度]、Ｘはパラメータ、FI-P_setは設定透過流量[m³/日]、Aは膜面積[m²]、Rec.は実測回収率[％]、FI-Pは膜透過流量[m³/日]、FI-Fは原水流量[m³/日]、FI-Cは濃縮水流量[m³/日]である。）
10. 前記制御手段は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
    前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる手段である請求項９に記載のシステム。
11. 前記制御手段は、前記実測回収率が前記設定回収率よりも高い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させ、濃縮水流量を増加させることによって実測回収率を低下させ、
    前記実測回収率が前記設定回収率よりも低い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させ、濃縮水流量を減少させることによって実測回収率を増加させる手段である請求項９に記載のシステム。
12. 前記制御手段は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、膜分離装置に原水を送水する原水ポンプの出力をインバータ制御によって増加させることにより膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
    膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、前記原水ポンプの出力をインバータ制御によって減少させることにより膜分離装置の膜透過流量を減少させる手段である請求項１０に記載のシステム。
13. 前記制御手段は、実測回収率を制御した後、さらに膜透過流量が設定透過流量よりも低い場合には、前記流量調整弁の開度を低下させることによって膜分離装置の膜透過流量を増加させ、
    膜透過流量が設定透過流量よりも高い場合には、膜分離装置からの濃縮水排水経路に設けられた流量調整弁の開度を上昇させることによって膜分離装置の膜透過流量を減少させる手段である請求項１０に記載のシステム。

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