JP2009285522A

JP2009285522A - 逆浸透膜装置

Info

Publication number: JP2009285522A
Application number: JP2008137427A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】原水の水質の変動、逆浸透膜の製造個体差や経年劣化等の影響を受けることなく、ボイラの給水水質として最適の水を安定して供給することが可能な逆浸透膜装置を提供する。
【解決手段】逆浸透膜装置１０は、原水ライン１２に設けられたポンプ１３を介して原水が供給され、原水中の不純物が除去された処理水を排出する処理水ライン１４ならびに不純物が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水ライン１５を備えた逆浸透膜モジュール１１と、濃縮水ライン１５と処理水ライン１４との間に接続され、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ライン１６と、処理水ライン１４に設けられ、処理水の水質を検出する処理水水質検出器６と、濃縮水混合ライン１６に設けられた流量調整弁８と、処理水水質検出器６の検出信号に基づいて流量調整弁８を制御する制御手段２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆浸透膜装置に関し、特に、濃縮水の一部を処理水と混合させることにより、ボイラにとって最適水質の水を得ることを可能にした逆浸透膜装置に関する。

ボイラ等の機器への給水の水処理装置として、給水中に含まれる溶存塩類等の不純物を濾過する濾過膜部を有する逆浸透膜装置がある（例えば、特許文献１参照）。この逆浸透膜装置では、透過水量の低下や透過水の水質悪化を防止するとともに、必要量以上の濃縮水の排水を防止することができるシステムを実現している。具体的には、給水中の不純物を除去する濾過膜部を備え、この濾過膜部からの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を濾過膜部の上流側へ還流させ、濾過膜部への給水、濾過膜部からの透過水および濾過膜部からの濃縮水のいずれかの水温、もしくは濾過膜部への給水の水質に基づいて濃縮水の排水量を調節するようにしている。

特開２００６−３０５４９９号公報

逆浸透膜装置は、濾過膜により、給水中に含まれる不純物を濾過するもので、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）等が用いられている。逆浸透膜は、分子量が数十程度のイオン類を濾別可能な液体分離膜であり、ナノ濾過膜は、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）の透過を阻止することができる液体分離膜である。

上記濾過膜、特にナノ濾過膜は、原水中の塩化物イオン、硫酸イオン等の腐食性イオンを除去し、シリカ等の防食性成分を透過する特殊な膜である。ナノ濾過膜の塩化物イオン除去率は約８０％、硫酸イオン除去率は約９９％以上と高いため、原水が硫酸イオンリッチの場合、ナノ濾過膜を通すことにより、硫酸イオンがほとんど除去され、このため一般水質の場合に比べて電気伝導率が大きく低減される。また、膜の製造個体差、膜の経年劣化、原水の水温によってもイオン除去率にばらつきがあり、同じ逆浸透膜装置であっても処理水のイオン除去率が２〜３倍程度異なることがある。このため、処理水の電気伝導率が低くなりすぎたり、Ｍアルカリ度が低くなりすぎたりという現象が生じることがある。例えば、電気伝導率が低すぎると、ボイラでの電極による水位制御が困難になるという問題が生じる。また、例えば、Ｍアルカリ度が低くなりすぎると、ボイラ水のｐＨが上昇し難く、ボイラ水と接触する伝熱面で腐食が起こりやすくなるという問題が生じる。

そこで、原水の水質の変動、逆浸透膜の製造個体差や経年劣化等の影響を受けることなく、ボイラの給水水質として最適の水を安定して供給することが可能な逆浸透膜装置が求められている。以上のことが本発明の課題である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、原水の水質の変動、逆浸透膜の製造個体差や経年劣化等の影響を受けることなく、ボイラの給水として最適水質の水を安定して供給することが可能な逆浸透膜装置を提供することを目的とする。

本発明者は、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインを設け、処理水の水質情報又は原水の水質情報に基づいて濃縮水の混合量を調整することにより、ボイラの給水水質として最適の水を安定して供給することが可能であることを見出し、これに基づいて、以下のような新たな廃水処理装置を発明するに至った。

（１）原水ラインに接続され、該原水ラインから供給される原水から不純物を除去する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が除去された処理水を排出する処理水ラインと、前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインと前記処理水ラインとの間に接続され、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインと、前記処理水ライン１４に設けられ、処理水の水質を検出する処理水水質検出器と、前記濃縮水混合ラインに設けられた流量調整弁と、前記処理水水質検出器の検出信号に基づいて前記流量調整弁を制御する弁制御手段と、を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置。

（２）原水ラインに接続され、該原水ラインから供給される原水から不純物を除去する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が除去された処理水を排出する処理水ラインと、前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインと前記処理水ラインとの間に接続され、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインと、前記原水ラインに設けられ、原水の水質を検出する原水水質検出器と、前記濃縮水混合ラインに設けられた流量調整弁と、前記原水水質検出器の検出信号に基づいて前記流量調整弁を制御する弁制御手段と、を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置。

（３）前記濃縮水ラインに、濃縮水の水質を検出する濃縮水水質検出器が設けられ、該濃縮水水質検出器の検出信号に基づいて、前記弁制御手段により前記流量調整弁を制御することを特徴とする（１）又は（２）記載の逆浸透膜装置。
（４）前記濃縮水ラインに、濃縮水流量を調整可能な排水弁を設けたことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の逆浸透膜装置。

本発明によれば、原水の水質の変動、逆浸透膜モジュールの膜の製造個体差や経年劣化等の影響を受けることなく、ボイラの給水として最適水質の水を安定して供給することが可能になる。

以下、本発明の実施形態の逆浸透膜装置について説明する。第１実施形態に係わる逆浸透膜装置は、原水ラインを介して原水が供給され、原水中の不純物が除去された透過水ならびに不純物が濃縮された濃縮水として排出する逆浸透膜モジュールを備えている。この逆浸透膜モジュールの濃縮水ラインと処理水ラインとの間に、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインが設けられている。処理水ラインには処理水の水質を検出する処理水水質検出器が設けられ、この処理水水質検出器の検出信号に基づいて濃縮水混合ライン設けた流量調整弁を制御するようになっている。

図１は、本発明の第１実施形態による逆浸透膜装置のシステム構成図である。

逆浸透膜装置は、逆浸透膜モジュールを利用して、溶解塩、シリカ分等の不純物を含んだ被処理水の浸透圧より高い圧力をかけて、溶媒としての水だけを選択的に透過採取するものである。

逆浸透膜装置に用いられる逆浸透膜モジュールの濾過膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）等を挙げることができる。逆浸透膜は、分子量が数十程度のイオン類を濾別可能な液体分離膜である。また、ナノ濾過膜は、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）の透過を阻止することができる液体分離膜であり、濾過機能の点において、限外濾過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度の物質を濾別可能な膜）と前記逆浸透膜との中間に位置する機能を有するものである。

図１に示すように、逆浸透膜装置１０は、上記のような逆浸透膜モジュール１１と、この逆浸透膜モジュール１１の上流側に設けられた、原水タンク１からの原水が供給される原水ライン１２と、この原水ライン１２に設けられた、原水を加圧するためのポンプ１３と、逆浸透膜モジュール１１の下流側に設けられた、不純物が除かれた処理水（透過水）を排出する処理水ライン１４と、逆浸透膜モジュール１１の下流側に設けられた、不純物が濃縮された濃縮水を排水する濃縮水ライン１５とを備えている。処理水ライン１４には、流量調整弁５、処理水の水質（例えば電気伝導率）を検出する処理水水質検出器６および流量計７がこの順序で設けられている。

濃縮水ライン１５と処理水ライン１４との間に濃縮水混合ライン１６が接続され、この濃縮水混合ライン１６を介して濃縮水の一部が処理水ライン１４に流入し、処理水と濃縮水が混合されるようになっている。この濃縮水混合ライン１６には流量調整弁８およびオリフィス９が設けられている。また、濃縮水ライン１５と、原水ライン１２におけるポンプ１３の上流との間に循環水ライン１７が接続されている。

濃縮水ライン１５における、上記濃縮水混合ライン１６の分岐部分より下流には、３本に分岐した分岐ライン１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設けられ、それぞれの分岐ライン１５ａ、１５ｂ、１５ｃに第１排水弁１８ａ、第２排水弁１８ｂ、第３排水弁１８ｃが設けられている。それぞれの排水弁１８ａ〜１８ｃには定流量弁機構（図示せず）を備えている。この定流量弁機構は、各排水弁１８ａ〜１８ｃにおいて異なる流量値に設定されている。各排水弁１８ａ〜１８ｃからの排水量は、一例として以下のように設定される。すなわち、逆浸透膜モジュール１１からの処理水量（透過水量）と排水量（濃縮水量）との和に対する排水量の割合で述べると、例えば、第１排水弁１８ａのみを開状態にしたときの排水量は５％排水、また第２排水弁１８ｂのみを開状態にしたときの排水量は１０％排水、さらに第３排水弁１８ｃのみを開状態にしたときの排水量は２０％排水となるように設定されている。濃縮水ライン１５の分岐ライン１５ａ〜１５ｃの下流には、濃縮水の水質（例えば電気伝導率）を検出する濃縮水水質検出器１９が設けられている。

制御部２０は、信号受信線２１ａ、信号受信線２１ｂおよび信号受信線２１ｃを介して、それぞれ処理水水質検出器６、流量計７および濃縮水水質検出器１９から信号を受信し、信号送信線２２ａ、信号送信線２２ｂ、信号送信線２２ｃおよび信号送信線２２ｄを介して、それぞれポンプ１３の電源部２３、流量調整弁５、流量調整弁８および排水弁１８ａ〜１８ｃに制御信号を送信し、これらを制御するようになっている。

原水タンク１には、例えば、水道水、工業用水等の原水が貯留され、原水タンク１からの原水は、ポンプ１３により原水ライン１２から逆浸透膜モジュール１１に供給され、逆浸透膜モジュール１１において処理される。逆浸透膜モジュール１１において処理された処理水は、処理水ライン１４から給水タンク２に排出され、不純物が濃縮された濃縮水は、濃縮水ライン１５から濃縮水として排出される。排出される濃縮水の一部は、循環水ライン１７からポンプ１３の上流の原水ライン１２に還流し、残りの一部は濃縮水ライン１５から分岐した濃縮水混合ライン１６から処理水ライン１４に流入して処理水と混合され、さらに、残りの一部は排水弁１８ａ〜１８ｃを介して分岐ライン１５ａ〜１５ｃに流れて排出される。濃縮水混合ライン１６から処理水ライン１４に流入する濃縮水の量は、以下のようにして決定される。

処理水ライン１４を通過する処理水の水質（特に電気伝導率）が処理水水質検出器６により検出され、この検出信号は制御部２０に送信され、制御部２０はこの検出信号に基づいて流量調整弁８および排水弁１８ａ〜１８ｃに制御信号を送信し、濃縮水混合ライン１６に流れる濃縮水の量を調整する。これにより、給水タンク２に供給されるブレンド水（濃縮水混合ライン１６の濃縮水と処理水ライン１４の処理水とが混合された混合水）の水質、特に電気伝導率（ＥＣ）が適正範囲になるように調整することができる。給水タンク２に貯留されたブレンド水は、例えばボイラ３等の機器に給水される。

また、排水弁１８ａ〜１８ｃの調整により、濃縮水ライン１５の出口１５ｄから排出される濃縮水排出量が決定され、排出される濃縮水の残りが循環水ライン１７と濃縮水混合ライン１６に分岐される。循環水ライン１７と濃縮水混合ライン１６とに流れる濃縮水の割合は、流量調整弁８により調整される。すなわち、濃縮水混合ライン１６に流れる濃縮水の割合が多くなるほど循環水ラインに流れる濃縮水は少なくなる。以上のように、処理水の水質に応じて流量調整弁８の制御により濃縮水の混合量を調整し、適正なブレンド水を得ることができる。

また、制御部２０には、流量計７からの検出信号も入力され、この信号に基づいてポンプ１３の回転数をインバータ２３により制御し、原水の送水量を調整することができる。また、濃縮水水質検出器１９からの検出信号も入力され、排出される濃縮水の水質に基づいて排水弁１８ａ〜１８ｃの開度を調整し、濃縮水排出量を調整することも可能である。

以上のように、第１実施形態では、処理水ライン１４に設けた処理水水質検出器６が検出した処理水水質に基づいて濃縮水混合ライン１６の流量調整弁８を制御し、処理水へ混合する濃縮水量を調整することにより、ボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係わる逆浸透膜装置は、原水ラインを介して原水が供給され、原水中の不純物が除去された透過水ならびに不純物が濃縮された濃縮水として排出する逆浸透膜モジュールを備えている。この逆浸透膜モジュールの濃縮水ラインと処理水ラインとの間に、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインが設けられている。原水ラインには原水の水質を検出する原水水質検出器が設けられ、この原水水質検出器の検出信号に基づいて濃縮水混合ライン設けた流量調整弁を制御するようになっている。

図２は、本発明の第２実施形態による逆浸透膜装置のシステム構成図である。なお、第１実施形態と同一部材、同一機能のものは同一符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態の逆浸透膜装置では、原水ライン１２のポンプ１３の上流に原水水質検出器２４が設けられ、原水水質検出器２４の検出信号が制御部２０に送信され、この信号に基づいて制御部２０は流量調整弁８および排水弁１８ａ〜１８ｃを制御するようになっている。その他の構成は第１実施形態と同一であるので説明を省略する。なお、処理水水質検出器６からの検出信号も制御部２０に送信されるようになっているが、第２実施形態では原水水質検出器２４のみを使用し、処理水水質検出器６の検出信号は使用しないようにしてもよい。

以上のように、第２実施形態では、原水ライン１２に設けた原水水質検出器２４が検出した原水水質に基づいて濃縮水混合ライン１６の流量調整弁８を制御し、処理水へ混合する濃縮水量を調整することにより、ボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

上記した第１実施形態および第２実施形態では、処理水又は原水の水質に基づいて濃縮水混合ラインからの濃縮水の混合量を調整し、適正水質の処理水を得るようにしたものであるが、処理水の給水対象がボイラである場合、ブレンド水の目標電気伝導率（ＥＣ）は、ボイラの運転情報やボイラ水の要求水質に基づき計算・決定すればよい。以下、ボイラを給水対象とする場合の逆浸透膜装置において、ボイラの運転情報により適正水質を得るように構成した実施例を説明する。

＜実施例１＞
濃縮ブロー率１０％（濃縮倍率１０倍）で運転している蒸気ボイラにおいて、電極による水位制御を正常に行う観点から、ボイラ水の電気伝導率（ＥＣ）を１０ｍＳ／ｍ以上に維持する場合、ブレンド水のＥＣが１ｍＳ／ｍ以上になるように、濃縮水混合ライン１６における濃縮水の混合割合を調節する。

＜実施例２＞
濃縮ブロー率１０％（濃縮倍率１０倍）で運転している蒸気ボイラにおいて、腐食防止の観点からボイラ水のｐＨを１１〜１２の範囲に維持する場合、ブレンド水のＭアルカリ度（ＥＣと相関があり、ＥＣで代替測定可能）が１５〜５０ｍｇ／Ｌの範囲になるように、濃縮水混合ライン１６における濃縮水の混合割合を調節する。

＜実施例３＞
実施例２の蒸気ボイラにおいて、蒸気ボイラへの給水タンク２で復水（蒸気ドレン水）の回収が行われており、補給水がドレン水により１／３の濃度に希釈される場合、ブレンド水のＭアルカリ度が４５〜１５０ｍｇ／Ｌの範囲になるように、濃縮水混合ライン１６における濃縮水の混合割合を調節する。

ブレンド水の目標値は、手計算した後に濃縮水混合ライン１６側に設定するか、あるいはボイラ側に設定された運転情報や要求水質を通信等で取り込み、自動計算させることも可能である。後者の場合は、ボイラの運転条件に応じて目標値が変更される。

以上、説明したように、本発明の実施形態によれば、濃縮水ラインと処理水ラインとの間に、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインを設け、処理水の水質を検出する処理水水質検出器の検出信号に基づいて濃縮水混合ラインの流量調整弁を制御し、処理水へ混合する濃縮水量を調整することにより、ボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

また、本実施形態によれば、濃縮水ラインと処理水ラインとの間に、濃縮水の一部を処理水と混合させる濃縮水混合ラインを設け、原水の水質を検出する原水水質検出器の検出信号に基づいて濃縮水混合ラインの流量調整弁を制御し、処理水へ混合する濃縮水量を調整することにより、ボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

また、本実施形態によれば、処理水水質又は原水水質の情報に加えて、濃縮水の水質情報も、流量調整弁の制御に使用するので、より高精度にボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

また、本実施形態によれば、濃縮水ラインに、濃縮水流量を調整可能な排水弁を設けたので、濃縮水のブロー量（回収率）を制御し、より高精度にボイラにとって最適の水質の水を給水することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、逆浸透膜モジュール１１、原水ライン１２、濃縮水混合ライン１６、処理水水質検出器６、濃縮水水質検出器１９、流量調整弁８、排水弁１８ａ〜１８ｃ等の具体的構成および配置は適宜設計変更可能である。また、上記の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態の逆浸透膜装置のシステム構成図である。本発明の第２実施形態の逆浸透膜装置のシステム構成図である。

符号の説明

１原水タンク
２給水タンク
３ボイラ
６処理水水質検出器
８流量調整弁
１１逆浸透膜モジュール
１２原水ライン
１４処理水ライン
１５濃縮水ライン
１６濃縮水混合ライン
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ排水弁
１９濃縮水水質検出器
２０制御部

Claims

原水ラインに接続され、該原水ラインから供給される原水から不純物を除去する逆浸透膜モジュールと、
前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が除去された処理水を排出する処理水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインと前記処理水ラインとの間に接続され、該濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を該処理水ラインを流れる処理水と混合させる濃縮水混合ラインと、
前記処理水ラインに設けられ、処理水の水質を検出する処理水水質検出器と、
前記濃縮水混合ラインに設けられた流量調整弁と、
前記処理水水質検出器の検出信号に基づいて前記流量調整弁を制御する弁制御手段と、を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置。
原水ラインに接続され、該原水ラインから供給される原水から不純物を除去する逆浸透膜モジュールと、
前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が除去された処理水を排出する処理水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールに接続され、該逆浸透膜モジュールにより不純物が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインと前記処理水ラインとの間に接続され、該濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を該処理水ラインを流れる処理水と混合させる濃縮水混合ラインと、
前記原水ラインに設けられ、原水の水質を検出する原水水質検出器と、
前記濃縮水混合ラインに設けられた流量調整弁と、
前記原水水質検出器の検出信号に基づいて前記流量調整弁を制御する弁制御手段と、を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置。
前記濃縮水ラインに、濃縮水の水質を検出する濃縮水水質検出器が設けられ、該濃縮水水質検出器の検出信号に基づいて、前記弁制御手段により前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の逆浸透膜装置。
前記濃縮水ラインに、濃縮水流量を調整可能な排水弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の逆浸透膜装置。