JP2013169537A

JP2013169537A - 膜分離装置

Info

Publication number: JP2013169537A
Application number: JP2012036866A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋; Yukio Noguchi; 幸男野口; Hayato Watanabe; 隼人渡邉; Takuji Rokkaku; 卓司六角
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】膜モジュールの水透過係数の初期値の設定精度を高めることにより、膜モジュールの膜の閉塞や酸化による劣化の判定を的確に行うことができる膜分離装置を提供すること。
【解決手段】膜モジュール５と、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１を膜モジュール５に向けて圧送する加圧ポンプ２と、加圧ポンプ２の吐出圧力を検出する圧力検出手段２４と、透過水Ｗ２の流量を検出する流量検出手段２５と、供給水Ｗ１、透過水Ｗ２又は濃縮水Ｗ３の温度を検出する温度検出手段２３と、圧力検出手段２４の検出圧力値、流量検出手段２５の検出流量値、及び温度検出手段２３の検出温度値に基づいて、膜モジュール５の水透過係数の第１演算値と、第１演算値の演算後に演算した第２演算値との変化率を算出し、変化率が所定範囲内の場合に、第２演算値を膜モジュール５の水透過係数の初期値として設定する制御部１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆浸透膜モジュール等の膜モジュールを備えた膜分離装置に関する。

半導体の製造工程、電子部品や医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を、膜モジュールとしての逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）で逆浸透膜分離処理することにより製造される。

ＲＯ膜モジュールを使用した逆浸透膜分離装置では、システムの運転中に、系内の流量、圧力及び温度のデータに基づいて、ＲＯ膜モジュールの水透過係数を演算し、その演算値と、水透過係数の初期値との比較を行って、ＲＯ膜モジュールの膜が閉塞していることや、膜が酸化により劣化していることを判定している。この判定結果は、ＲＯ膜モジュールの洗浄や交換などのメンテナンスを実施するための情報として利用される（例えば、特許文献１参照）。

上記のような逆浸透膜分離装置においては、水透過係数の初期値を、試運転時のデータや本運転開始直後のデータに基づいて決定するのが一般的である。

特開２００５−２８８２１８号公報

しかしながら、運転初期のＲＯ膜モジュールにおいては、膜の保存環境などにより、水透過係数にばらつきが生じやすい。そのため、ＲＯ膜モジュールの膜の閉塞や酸化による劣化の判定を行う際には、誤判定を回避するために、余裕をもった判定基準を定める必要があった。この結果、メンテナンスが必要であるにも関わらず、メンテナンスを必要とする判定が遅れてしまう場合や、メンテナンスが必要でないにも関わらず、メンテナンスが必要であると判定されて、メンテナンスの回数が増えたりする場合があった。
また、この問題は、ＲＯ膜モジュール以外にも、ナノ濾過膜を有するＮＦ膜モジュールや、限外濾過膜を有するＵＦ膜モジュールや、精密濾過膜を有するＭＦ膜モジュール等の膜モジュールにおいて起こり得る。

本発明は、膜モジュールの水透過係数の初期値の設定精度を高めることにより、膜モジュールの膜の閉塞や酸化による劣化の判定を的確に行うことができる膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、供給水を透過水と濃縮水とに分離する膜モジュールと、供給水を前記膜モジュールに供給する供給水ラインと、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、前記供給水ラインを流通する供給水を前記膜モジュールに向けて圧送する加圧ポンプと、前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、透過水の流量を検出する流量検出手段と、供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、前記圧力検出手段の検出圧力値、前記流量検出手段の検出流量値、及び前記温度検出手段の検出温度値に基づいて、前記膜モジュールの水透過係数を演算し、前記膜モジュールの水透過係数の第１演算値と、前記第１演算値の演算後に演算した第２演算値との変化率を算出し、前記変化率が所定範囲内の場合に、前記第２演算値を前記膜モジュールの水透過係数の初期値として設定する制御部と、を備える膜分離装置に関する。

また、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータを更に備え、前記制御部は、前記流量検出手段からの流量検知信号に基づいて、前記インバータへ指令信号を出力することが好ましい。

また、前記膜モジュールの水透過係数の演算値を記憶する記憶部を更に備え、前記制御部は、供給水の残留塩素濃度及び濁度が所定値未満である場合に、前記膜モジュールの水透過係数の演算値を前記記憶部に記憶させることが好ましい。

また、前記制御部は、（ｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値の設定後、前記膜モジュールの一次側を洗浄するためのフラッシングを実行する毎に前記膜モジュールの水透過係数を演算し、（ｉｉ）前記フラッシングの実行時における前記膜モジュールの水透過係数の複数の演算値から平均値を算出し、（ｉｉｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値と前記平均値とから第１低下率を算出し、（ｉｖ）前記第１低下率が第１基準値以下の場合に、前記膜モジュールの膜が閉塞していることを判定し、（ｖ）前記第１低下率が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上の場合に、前記膜モジュールの膜が酸化により劣化していることを判定することが好ましい。

また、前記制御部は、（ｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値の設定後、前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値と前記初期値の設定後に演算した演算値とから第２低下率を算出し、（ｉｉ）前記第２低下率が第３基準値以下の場合に、前記流量検出手段又は前記圧力検出手段が故障であると判定することが好ましい。

本発明によれば、膜モジュールの水透過係数の初期値の設定精度を高めることにより、膜モジュールの膜の閉塞や酸化による劣化の判定を的確に行うことができる膜分離装置を提供することができる。

本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。制御部１０がＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値を設定する場合の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０が、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、第１低下率に基づいて、ＲＯ膜モジュール５の膜の閉塞又は酸化による劣化を判定する場合の処理手順を示すフローチャートである。制御部１０が、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、第２低下率に基づいて、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を判定する場合の処理手順を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係る逆浸透膜分離装置１について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る膜分離装置としての逆浸透膜分離装置１は、加圧ポンプ２と、インバータ３と、膜モジュールとしての逆浸透膜モジュール５（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）と、制御部１０と、第１排水弁１１〜第３排水弁１３と、を備える。図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。

また、逆浸透膜分離装置１は、残留塩素濃度センサ２１と、濁度センサ２２と、温度検出手段としての温度センサ２３と、圧力検出手段としての圧力センサ２４と、流量検出手段としての流量センサ２５と、を備える。

また、逆浸透膜分離装置１は、供給水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３と、濃縮水Ｗ３の排水ライン（第１排水ラインＬ１１、第２排水ラインＬ１２及び第３排水ラインＬ１３）と、透過水返送ラインＬ４と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

供給水ラインＬ１は、供給水Ｗ１をＲＯ膜モジュール５に供給するラインである。供給水ラインＬ１の上流側の端部は、供給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。供給水ラインＬ１の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール５の一次側入口ポートに接続されている。

加圧ポンプ２は、供給水Ｗ１を吸入し、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１をＲＯ膜モジュール５に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ２は、インバータ３（後述）と電気的に接続されている。加圧ポンプ２には、インバータ３から、周波数が変換された駆動電力が入力される。加圧ポンプ２は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ３は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ３には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ３は、制御部１０から入力された電流値信号に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。

ＲＯ膜モジュール５は、加圧ポンプ２から吐出された供給水Ｗ１を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ２と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ３とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール５は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール５は、これらＲＯ膜エレメントにより供給水Ｗ１を膜分離処理し、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３を製造する。

透過水ラインＬ２は、ＲＯ膜モジュール５で製造された透過水Ｗ２を需要先へ送出するラインである。透過水ラインＬ２の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール５の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ２の下流側の端部は、需要先の装置等（不図示）に接続されている。

濃縮水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール５から濃縮水Ｗ３を送出するラインである。濃縮水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール５の一次側出口ポートに接続されている。また、濃縮水ラインＬ３の下流側は、分岐部Ｊ６及びＪ７において、第１排水ラインＬ１１、第２排水ラインＬ１２及び第３排水ラインＬ１３に分岐している。

第１排水ラインＬ１１には、第１排水弁１１が設けられている。第２排水ラインＬ１２には、第２排水弁１２が設けられている。第３排水ラインＬ１３には、第３排水弁１３が設けられている。第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、第１排水ラインＬ１１〜第３排水ラインＬ１３から装置外へ排出される濃縮水Ｗ３の排水流量を調節する弁である。

第１排水弁１１は、第１排水ラインＬ１１を開閉することができる。第２排水弁１２は、第２排水ラインＬ１２を開閉することができる。第３排水弁１３は、第３排水ラインＬ１３を開閉することができる。

第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、それぞれ定流量弁機構（不図示）を備える。定流量弁機構は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３において、それぞれ異なる流量値に設定されている。濃縮水ラインＬ３から排出される濃縮水Ｗ３の排水流量は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を選択的に開閉することにより、段階的に調節できる。

第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、それぞれ制御部１０と電気的に接続されている。第１排水弁１１〜第３排水弁１３における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

透過水弁７は、透過水ラインＬ２を開閉する装置である。透過水弁７は、制御部１０と電気的に接続されている。透過水弁７における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。透過水弁７は、フラッシング運転制御（後述）では、閉状態に制御される。

透過水返送ラインＬ４は、フラッシング運転制御（後述）において、透過水ラインＬ２に送出された透過水Ｗ２を、供給水ラインＬ１における加圧ポンプ２よりも上流側に返送させるラインである。透過水返送ラインＬ４の上流側の端部は、接続部Ｊ８において透過水ラインＬ２に接続されている。接続部Ｊ８は、ＲＯ膜モジュール５の二次側ポートと透過水弁７との間に配置されている。また、透過水返送ラインＬ４の下流側の端部は、接続部Ｊ９において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ９は、加圧ポンプ２の上流側に配置されている。透過水返送ラインＬ４には、安全弁９が設けられている。

安全弁９は、フラッシング運転制御（後述）において、透過水ラインＬ２の管内圧力が設定された圧力以上となった場合に開弁して、透過水Ｗ２を透過水返送ラインＬ４に流通させる弁である。すなわち、安全弁９は、設定された圧力以上の透過水Ｗ２を、透過水返送ラインＬ４を介して供給水ラインＬ１に戻すことにより、ＲＯ膜モジュール５の二次側に過剰な背圧が発生するのを防止する。

残留塩素濃度センサ２１は、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１の残留塩素濃度を検出する機器である。残留塩素濃度センサ２１は、接続部Ｊ１において供給水ラインＬ１に接続されている。供給水Ｗ１の残留塩素濃度は、ＲＯ膜の化学的劣化（酸化による劣化）の原因物質に係る水質項目の一つである。化学的劣化が発生すると、ＲＯ膜の分子構造が破壊されるため、水透過係数の増大と共に塩除去率の低下が進行する。

残留塩素濃度センサ２１としては、例えば、ベンジジン化合物等の酸化発色試薬を添加した試料水の発色度合を透過光強度により測定し、測定された透過光強度に基づいて残留塩素濃度を判定する透過光式センサを用いることができる。残留塩素濃度センサ２１は、制御部１０と電気的に接続されている。残留塩素濃度センサ２１で検出された供給水Ｗ１の残留塩素濃度（以下、「検出塩素濃度」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

濁度センサ２２は、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１の濁度を検出する機器である。濁度センサ２２は、接続部Ｊ２において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ２は、接続部Ｊ１と接続部Ｊ３との間に配置されている。供給水Ｗ１の濁度は、ＲＯ膜のファウリングの原因物質に係る水質項目の一つである。ファウリングが発生すると、ＲＯ膜の細孔が閉塞されるため、水透過係数の低下が進行する。

濁度センサ２２としては、例えば、試料水の濁り度合を透過光強度から判定する透過光式センサや、散乱光強度から判定する散乱光式光センサを用いることができる。濁度センサ２２は、制御部１０と電気的に接続されている。濁度センサ２２で検出された供給水Ｗ１の濁度（以下、「検出濁度」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

温度センサ２３は、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１の温度を検出する機器である。温度センサ２３は、接続部Ｊ３において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ３は、接続部Ｊ２と加圧ポンプ２との間に配置されている。温度センサ２３は、制御部１０と電気的に接続されている。温度センサ２３で検出された供給水Ｗ１の温度（以下、「検出温度値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

圧力センサ２４は、加圧ポンプ２の吐出圧力を検出する。圧力センサ２４は、加圧ポンプ２の下流側において、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１の圧力を検出する機器である。圧力センサ２４は、接続部Ｊ４において、供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ４は、加圧ポンプ２とＲＯ膜モジュール５との間に配置されている。圧力センサ２４は、制御部１０と電気的に接続されている。圧力センサ２４で検出された供給水Ｗ１の圧力（以下、「検出圧力値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

流量センサ２５は、透過水ラインＬ２を流通する透過水Ｗ２の流量を検出する機器である。流量センサ２５は、接続部Ｊ５において透過水ラインＬ２に接続されている。接続部Ｊ５は、ＲＯ膜モジュール５と接続部Ｊ８との間に配置されている。流量センサ２５は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ２５で検出された透過水Ｗ２の単位時間当たりの流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）、制御プログラム等を記憶する記憶部１０ａ等を有して構成される。マイクロプロセッサには、時間の計時等を管理するインテグレーテッドタイマユニット（以下、「ＩＴＵ」ともいう）が組み込まれている。以下、制御部１０の機能について説明する。

（流量フィードバック水量制御）
制御部１０は、透過水Ｗ２を製造する際に、流量フィードバック水量制御を実行する。この制御では、制御部１０は、流量センサ２５からの流量検知信号に基づいて、インバータ３へ指令信号を出力する。具体的には、制御部１０は、流量センサ２５の検出流量値（フィードバック値）が予め設定された目標流量となるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより加圧ポンプ２の駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ３に出力する。すなわち、制御部１０は、一定流量の透過水Ｗ２が生産されるように、加圧ポンプ２の回転数を調節する。

（フラッシング運転制御）
制御部１０は、所定の条件を充足した場合に、透過水Ｗ２の製造（すなわち、流量フィードバック水量制御）を中断し、フラッシング運転制御を実行する。制御部１０は、例えば、制御部１０は、予め設定された透過水Ｗ２の積算製造時間又はＲＯ膜モジュール５の膜の汚染度に基づいて、実施が必要と判断される時期において、フラッシング運転制御を実施する。ＲＯ膜の汚染度は、例えば、ＲＯ膜モジュール５の一次側と二次側の差圧を差圧計（図示せず）で計測すること等により求められる。

フラッシング運転制御においては、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の一次側の洗浄を実行する。フラッシング運転制御では、供給水Ｗ１がＲＯ膜モジュール５の一次側に供給される。フラッシング運転制御において、透過水弁７は、閉状態に制御される。また、加圧ポンプ２は、最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも低い駆動周波数（例えば、３０Ｈｚ）に固定される。このとき、供給水Ｗ１のほとんどは、ＲＯ膜を透過することなく、ＲＯ膜の表面を流れ、フラッシング洗浄排水として第１排水ラインＬ１１〜第３排水ラインＬ１３から外部に排出される。このフラッシング運転制御により、ＲＯ膜の表面に析出したスケール核や沈着した懸濁物質が除去される。フラッシング運転制御が所定時間（例えば、２分）実行されると、透過水Ｗ２の製造が再開される。

（水透過係数のリアルタイム演算）
制御部１０は、流量フィードバック水量制御の実行中において、圧力センサ２４の検出圧力値、流量センサ２５の検出流量値、及び温度センサ２３の検出温度値に基づいて、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数をリアルタイムに演算する。このリアルタイムに演算された水透過係数の演算値を、リアルタイム演算値ともいう。制御部１０は、例えば、水透過係数の演算周期を１０００ｍｓとして、水透過係数のリアルタイム演算値を演算する。

ここで、水透過係数は、透過水Ｗ２の流量Ｑ_ｐ［ｍ^３／ｓ］を膜面積Ａ［ｍ^２］及び有効圧力Ｐ_ｅ［Ｐａ］で除した値である（後述の式（１）を参照）。水透過係数は、ＲＯ膜モジュールの透水性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力（背圧）を差し引いた圧力である（後述の式（２）を参照）。

基準温度（例えば、２５℃）における水透過係数Ｌ_ｐ［ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１］の演算値は、下記の式（１）及び（２）に基づいて求めることができる。
Ｌ_ｐ＝Ｑ_ｐ／（Ｋ・Ａ・Ｐ_ｅ）（１）
（但し、Ｋ：温度補正係数、Ａ：ＲＯ膜モジュールの膜面積、Ｐ_ｅ：有効圧力）
Ｐ_ｅ＝Ｐ_ｄ−（ΔＰ_１／２）−Ｐ_２−Δπ＋Ｐ_ｓ（２）
（但し、Ｐ_ｄ：加圧ポンプの吐出圧力、ΔＰ_１：ＲＯ膜モジュールの一次側における差圧、Ｐ_２：ＲＯ膜モジュールの二次側における背圧、Δπ：ＲＯ膜モジュールの浸透圧差、Ｐ_ｓ：加圧ポンプの吸入側における圧力）

式（１）において、温度補正係数Ｋは、検出温度値Ｔの関数であり、検出温度値Ｔが基準温度に等しいときに１となる。膜面積Ａは、逆浸透膜エレメントの使用本数により定まるので、予め設定した値を使用することができる。式（２）による有効圧力Ｐ_ｅの計算において、ΔＰ_１、Ｐ_２、Δπ、及びＰ_ｓの各値は、定常運転中は、ほぼ一定とみなせるため、予め設定した値を使用することができる。従って、ＲＯ膜モジュールの運転中に、温度センサ２３の検出温度値Ｔ、流量センサ２５の検出流量値Ｑ_ｐ、及び圧力センサ２４の検出圧力値Ｐ_ｄからなる少なくとも３つのパラメータを取得すれば、基準温度における水透過係数Ｌ_ｐを演算することができる。

（水透過係数のサンプリング処理）
制御部１０は、水透過係数のリアルタイム演算値を所定の周期でサンプリングする。水透過係数の初期値（後述）が設定されていない状態において、制御部１０は、水透過係数のリアルタイム演算値を所定の時間間隔（例えば、８〜２４時間）毎にサンプリングする。また、水透過係数の初期値（後述）の設定後において、制御部１０は、水透過係数のリアルタイム演算値をフラッシング運転制御の実行後（例えば、フラッシング終了からの透過水Ｗ２の積算製造時間が１０分に達した時）にサンプリングする。これらのサンプリングされた水透過係数のリアルタイム演算値を、サンプリング演算値ともいう。サンプリング演算値は、直近の１０回分が後述する記憶部１０ａに記憶されるようになっている。

サンプリング演算値は、水透過係数の初期値（後述）が設定されていない状態においては、供給水Ｗ１が所定の水質条件を充足する場合に、記憶部１０ａに記憶されるようになっている。すなわち、制御部１０は、残留塩素濃度センサ２１に検出された供給水Ｗ１の検出塩素濃度、及び、濁度センサ２２により検出された供給水Ｗ１の検出濁度が所定値未満である場合に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のサンプリング演算値を記憶部１０ａに記憶させる。つまり、供給水Ｗ１の水質がＲＯ膜の酸化劣化や閉塞を引き起こす虞のない良好な水質の場合にのみ、サンプリング演算値をその変化率の算出対象とし、水透過係数の初期値（後述）の設定精度を高めている。

また、サンプリング演算値は、水透過係数の初期値（後述）の設定後においては、供給水Ｗ１が所定の水質条件を充足していなくても、記憶部１０ａに記憶されるようになっている。すなわち、制御部１０は、残留塩素濃度センサ２１に検出された供給水Ｗ１の検出塩素濃度、及び、濁度センサ２２により検出された供給水Ｗ１の検出濁度の数値に関わらず、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のサンプリング演算値を記憶部１０ａに記憶させる。

（水透過係数の初期値の設定処理）
水透過係数の初期値が設定されていない状態において、制御部１０は、最新のサンプリング演算値が記憶部１０ａに記憶される都度、その変化率［％］を算出する。具体的には、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の第１演算値（前回のサンプリング演算値）と、第１演算値の演算後に演算した第２演算値（最新のサンプリング演算値）との変化率［％］を算出する。そして、変化率が所定範囲内の場合に、第２演算値をＲＯ膜モジュールの水透過係数の初期値として設定する。
変化率［％］は、次の式により求められる。
変化率［％］＝｛（第２演算値−第１演算値）／第１演算値｝×１００

水透過係数の初期値を設定するか否かの判断基準である変化率の所定範囲は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数が安定しているとみなせる範囲に設定される。例えば、変化率の所定範囲は、−５％〜＋５％に設定する。この例では、前回のサンプリング演算値（第１演算値）に対して、最新のサンプリング演算値（第２演算値）の変化率が−５％〜＋５％の範囲内であれば、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数が安定しているとみなしている。

（水透過係数の平均化処理及び膜の状態判定）
制御部１０は、（ｉ）ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、ＲＯ膜モジュール５の一次側を洗浄するためのフラッシングを実行する毎にＲＯ膜モジュール５の水透過係数を演算し、（ｉｉ）フラッシングの実行時におけるＲＯ膜モジュール５の水透過係数の複数の演算値から平均演算値（平均値）を算出し、（ｉｉｉ）ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値と平均演算値とから第１低下率を算出し、（ｉｖ）第１低下率が第１基準値以下の場合に、ＲＯ膜モジュール５の膜が閉塞していることを判定し、（ｖ）第１低下率が第１基準値よりも大きい第２基準値以上の場合に、ＲＯ膜モジュール５の膜が酸化により劣化していることを判定する。

平均演算値は、例えば、次のように算出される。
水透過係数の初期値の設定後において、制御部１０は、フラッシング運転制御を実行する毎に水透過係数のリアルタイム演算値をサンプリングする。このサンプリング処理は、例えば、フラッシング終了からの透過水Ｗ２の積算製造時間が１０分に達した時に行われる。そして、制御部１０は、記憶部１０ａに記憶された直近１０回分のサンプリング演算値について、最大側の２個の値及び最小側の２個の値を除いた残りの６個の値を平均化（以下、「平均化処理」ともいう）し、当該平均化処理により得られた数値を水透過係数の平均演算値として算出する。

また、第１低下率［％］は、次の式により求められる。
第１低下率［％］＝（水透過係数の平均演算値／水透過係数の初期値）×１００
膜の閉塞状態を判定するための第１基準値は、例えば、７０％に設定される。一方、膜の劣化状態を判定するための第２基準値は、例えば、１３０％に設定される。

（センサ類の故障判定）
制御部１０は、（ｉ）ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値と、初期値の設定後に演算した演算値（リアルタイム演算値）とから第２低下率を算出し、（ｉｉ）第２低下率が第３基準値以下の場合に、流量センサ２５又は圧力センサ２４が故障であると判定する。

制御部１０は、リアルタイム演算値が更新される都度、第２低下率の算出を行う。第２低下率［％］は、次の式により求められる。
第２低下率［％］＝（水透過係数のリアルタイム演算値／水透過係数の初期値）×１００
流量センサ２５及び圧力センサ２４の故障を判定するための第３基準値は、例えば、６０％に設定される。なお、第２低下率が第３基準値以下となるのは、流量センサ２５の検出流量値が実際の流量よりも低い側の故障モード、若しくは圧力センサ２４の検出圧力値が実際の圧力よりも高い側の故障モードを発生した場合である。

記憶部１０ａは、本実施形態の逆浸透膜分離装置１の運転を実施する制御プログラムを予め記憶する。また、記憶部１０ａは、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値や、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のサンプリング演算値や、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の平均演算値や、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値を記憶する。更に、記憶部１０ａは、第１基準値、第２基準値、第３基準値及び変化率の所定値等を記憶する。

次に、逆浸透膜装置１において、図２に示すフローチャートを参照して、制御部１０によるＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定について説明する。図２は、制御部１０がＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値を設定する場合の処理手順を示すフローチャートである。

図２に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、温度センサ２３により検出された供給水Ｗ１の検出温度値、圧力センサ２４により検出された供給水Ｗ１の検出圧力値及び流量センサ２５に検出された透過水Ｗ２の検出流量値を取得する。

ステップＳＴ１０２において、制御部１０は、前のステップで取得した検出温度値、検出圧力値及び検出流量値に基づいて、例えば、１０００ｍｓ毎に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値を演算する。水透過係数のリアルタイム演算値の演算は、流量フィードバック水量制御の実行中に繰り返し実行される。

ステップＳＴ１０３において、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値を、予め設定された時間間隔（例えば、８〜２４時間）毎に、サンプリング演算値としてサンプリングする。

ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、残留塩素濃度センサ２１に検出された供給水Ｗ１の検出塩素濃度、及び、濁度センサ２２により検出された供給水Ｗ１の濁度が所定値未満であるか否かを判定する。残留塩素濃度センサ２１に検出された供給水Ｗ１の検出塩素濃度、及び、濁度センサ２２により検出された供給水Ｗ１の濁度が、それぞれ所定値未満の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ１０５に進む。一方、残留塩素濃度センサ２１に検出された供給水Ｗ１の検出塩素濃度、及び、濁度センサ２２により検出された供給水Ｗ１の濁度のうちのいずれかが、所定値よりも大きい場合（ＮＯ）には、ステップＳＴ１０１に戻る。

ステップＳＴ１０５（ステップＳＴ１０４：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のサンプリング演算値を記憶部１０ａに記憶させる。
これは、逆浸透膜装置１に供給される供給水Ｗ１の水質が、ＲＯ膜の酸化劣化や閉塞を引き起こす虞のない良好な水質の場合にのみ、次のステップＳＴ１０６におけるサンプリング演算値をその変化率の算出対象とする意図である。つまり、水透過係数の初期値を設定する場合においては、供給水Ｗ１の残留塩素濃度及び濁度が充分に低く、ＲＯ膜の状態が安定している時のサンプリング演算値が初期値に反映されるように操作している。

ステップＳＴ１０６において、制御部１０は、前回のサンプリング演算値である第１演算値と、第１演算値の演算後に演算した最新のサンプリング演算値である第２演算値との変化率［％］を算出する。

ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、変化率が所定範囲内にあるか否かを判定する。変化率の所定範囲は、例えば、−５％〜＋５％に設定される。変化率が所定範囲内の場合（ＹＥＳ）には、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数が安定しているとみなせるため、ステップＳＴ１０８に進む。一方、変化率が所定範囲内にない場合（ＮＯ）には、変化率が未だ大きくＲＯ膜モジュール５の水透過係数が安定していないため、ステップＳＴ１０１へ戻る。

ステップＳＴ１０８（ステップＳＴ１０７：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、第２演算値（最新のサンプリング演算値）をＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値として設定する。この理由は、第１演算値（前回のサンプリング演算値）と、第１演算値の演算後に演算した第２演算値（最新のサンプリング演算値）との変化率が、例えば−５％〜＋５％の範囲内であれば、サンプリング演算値が経時的に収束してきており、水透過係数が安定したものとみなせるためである。従って、変化率が所定範囲内にある場合には、第２演算値を水透過係数の初期値として設定する。以上の処理により、逆浸透膜装置１において、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定精度を高めることができる。
ステップＳＴ１０８の後、一連の処理は終了する。

次に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後において、ＲＯ膜モジュール５の膜の閉塞又は酸化による劣化を判定する場合について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。図３は、制御部１０が、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、第１低下率に基づいて、ＲＯ膜モジュール５の膜の閉塞又は酸化による劣化を判定する場合の処理手順を示すフローチャートである。

以下に示すステップＳＴ２０１からの処理は、前述のステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０８の処理後に実行される処理である。つまり、本処理は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後に実行される。

図３に示すステップＳＴ２０１において、制御部１０は、所定の条件を充足した場合に、ＲＯ膜モジュール５の一次側を洗浄するためのフラッシング運転制御を実行する。フラッシング運転制御を実行する際には、透過水Ｗ２の製造（すなわち、流量フィードバック水量制御）は中断される。フラッシング運転制御が所定時間（例えば、２分）実行されると、透過水Ｗ２の製造が再開される。

ステップＳＴ２０２において、前述のステップＳＴ１０１と同様に、制御部１０は、温度センサ２３により検出された供給水Ｗ１の検出温度値、圧力センサ２４により検出された供給水Ｗ１の検出圧力値及び流量センサ２５に検出された透過水Ｗ２の検出流量値を取得する。

ステップＳＴ２０３において、前述のステップＳＴ１０２と同様に、制御部１０は、検出温度値、検出圧力値及び検出流量値に基づいて、例えば、１０００ｍｓ毎に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値を演算する。ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値の演算は、流量フィードバック水量制御の実行中に繰り返し継続して実行される。

ステップＳＴ２０４において、制御部１０は、フラッシングを実行する毎（例えば、フラッシング終了からの透過水Ｗ２の積算製造時間が１０分に達した時）に、水透過係数のリアルタイム演算値をサンプリング演算値として記憶部１０ａに記憶させる。

ステップＳＴ２０５において、制御部１０は、フラッシングを実行する毎に得た複数のサンプリング演算値のうちの最新のサンプリング演算値を含む直近１０回分について、最大側の２個の値、及び最小側の２個の値を除いた残りの６個の値を平均化処理する。このようにして、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のサンプリング演算値から平均演算値を算出する。

ステップＳＴ２０６において、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値と平均演算値とから第１低下率を算出する。

ステップＳＴ２０７において、制御部１０は、水透過係数の平均演算値が低くなっていないかを判定するため、第１低下率が第１基準値以下であるか否かを判定する。第１基準値は、例えば、７０％に設定される。第１低下率が第１基準値超過の場合（ＮＯ）には、ステップＳＴ２０８に進む。第１低下率が第１基準値以下の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ２０９に進む。

ステップＳＴ２０８（ステップＳＴ２０７：ＮＯ判定）において、水透過係数の平均演算値が高くなっていないかを判定するため、制御部１０は、第１低下率が第２基準値以上であるか否かを判定する。第２基準値は、第１基準値よりも大きく、例えば、１３０％に設定される。第１低下率が第２基準値未満の場合（ＮＯ）には、ＲＯ膜モジュール５の膜が閉塞しているか、ＲＯ膜モジュールの膜が酸化により劣化しているかの判定を継続して実行するため、処理はステップＳＴ２０１へリターンする。第１低下率が第１基準値以上の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ２１１に進む。

ステップＳＴ２０９（ステップＳＴ２０７：ＹＥＳ判定）において、水透過係数の平均演算値が低くなっているため、ＲＯ膜モジュール５の膜が閉塞していると判定する。
ステップＳＴ２１０において、表示部（不図示）や報知灯（不図示）等により、ＲＯ膜モジュール５の膜の閉塞を報知する。報知が行われると、処理はステップＳＴ２０１へリターンする。

ステップＳＴ２１１（ステップＳＴ２１１：ＹＥＳ判定）において、水透過係数の平均演算値が高くなっているため、ＲＯ膜モジュールの膜が酸化により劣化していると判定する。
ステップＳＴ２１２において、表示部（不図示）や報知灯（不図示）等により、ＲＯ膜モジュールの膜の酸化による劣化を報知する。報知が行われると、処理はステップＳＴ２０１へリターンする。

次に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後において、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を判定する場合ついて、図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４は、制御部１０が、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、第２低下率に基づいて、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を判定する場合の処理手順を示すフローチャートである。

以下に示すステップＳＴ３０１からの処理は、前述のステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０８の処理後に実行される処理である。つまり、本処理は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後に実行される。

図４に示すステップＳＴ３０１において、前述のステップＳＴ１０１と同様に、制御部１０は、温度センサ２３により検出された供給水Ｗ１の検出温度値、圧力センサ２４により検出された供給水Ｗ１の検出圧力値及び流量センサ２５に検出された透過水Ｗ２の検出流量値を取得する。

ステップＳＴ３０２において、前述のステップＳＴ１０２と同様に、制御部１０は、検出温度値、検出圧力値及び検出流量値に基づいて、例えば、１０００ｍｓ毎に、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値を演算する。ＲＯ膜モジュール５の水透過係数のリアルタイム演算値の演算は、流量フィードバック水量制御の実行中に繰り返し実行される。

ステップＳＴ３０３において、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値と初期値の設定後に演算したリアルタイム演算値とから第２低下率を算出する。この第２低下率の算出は、リアルタイム演算値が更新される都度行われる。

ステップＳＴ３０４において、制御部１０は、第２低下率が第３基準値以下であるか否かを判定する。第３基準値は、例えば、６０％に設定される。第２低下率が第３基準値以下の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ３０６に進む。第２低下率が第３基準値超過の場合（ＮＯ）には、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障の判定を継続して実行するため、処理は、ステップＳＴ３０１へリターンする。

ステップＳＴ３０５において、制御部１０は、流量センサ２５又は圧力センサ２４が故障であると判定する。
ここでは、温度センサ２３、流量センサ２５又は圧力センサ２４のいずれが故障したかは区別できないが、水透過係数の急激な変化（低下）が起こった場合に、可動部のない温度センサ２３は、故障する確率が低いと考えられる。そのため、第２低下率が第３基準値以下である場合に、流量センサ２５及び圧力センサ２４の２つを故障したセンサの対象とする。例えば、流量センサ２５として羽根車式のセンサを使用する場合には、異物により羽根車の回転がロックすると、検出流量値が実際の流量よりも低い側の故障モードを発生する可能性がある。また、圧力センサ２４としてダイヤフラムゲージ式のセンサを使用する場合には、異物によりダイヤフラムが加圧変形すると、検出圧力値が実際の流量よりも高い側の故障モードを発生する可能性がある。

ステップＳＴ３０６において、表示部（不図示）や報知灯（不図示）等により、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を報知する。報知が行われると、処理はステップＳＴ３０１へリターンする。

上述した本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
本実施形態における逆浸透膜分離装置１においては、制御部１０は、圧力センサ２４の検出圧力値、流量センサ２５の検出流量値、及び温度センサ２３の検出温度値に基づいて、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数を演算する。また、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の第１演算値と、第１演算値の演算後に演算した第２演算値との変化率を算出し、変化率が所定値以内の場合に、第２演算値をＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値として設定する。

そのため、安定した状態の水透過係数をＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値として設定することができる。これにより、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定精度を高めることができる。その結果、精度が高められた水透過係数の初期値を利用することで、ＲＯ膜モジュール５の膜の閉塞や、膜の酸化による劣化の判定を的確に行うことができる。

また、本実施形態における逆浸透膜分離装置１においては、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の演算値を記憶する記憶部１０ａを更に備え、制御部１０は、供給水Ｗ１の残留塩素濃度及び濁度が所定値未満である場合に、ＲＯ膜モジュールの水透過係数の演算値を記憶部１０ａに記憶させる。そのため、供給水Ｗ１の残留塩素濃度が高い場合や濁度が高い場合には、水透過係数の演算値をその変化率の算出対象としない。これにより、水質の状態が良好に確保された供給水Ｗ１について、水透過係数の演算値からその変化率を算出して、水透過係数の初期値を設定することができる。従って、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定精度をより高めることができる。

また、本実施形態における逆浸透膜分離装置１においては、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、ＲＯ膜モジュール５の一次側を洗浄するためのフラッシングを実行する毎にＲＯ膜モジュールの水透過係数を演算する。また、制御部１０は、フラッシングの実行時におけるＲＯ膜モジュール５の水透過係数の複数の演算値から平均演算値を算出し、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値と平均演算値とから第１低下率を算出する。また、制御部１０は、第１低下率が第１基準値以下の場合に、ＲＯ膜モジュール５の膜が閉塞していることを判定し、第１低下率が第１基準値よりも大きい第２基準値以上の場合に、ＲＯ膜モジュール５の膜が酸化により劣化していることを判定する。

そのため、平均演算値は、フラッシングが実行され、可逆的な膜面汚れが除去された状態での水透過係数の複数の演算値から算出される。これにより、制御部１０は、平均演算値に基づいて算出されるため、第１低下率を精度よく算出することができ、ＲＯ膜モジュール５の膜が閉塞していることや、ＲＯ膜モジュール５の膜が酸化により劣化していることを的確に判定することができる。

また、本実施形態における逆浸透膜分離装置１においては、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール５の水透過係数の初期値の設定後、ＲＯ膜モジュールの水透過係数の初期値と初期値の設定後に演算した演算値とから第２低下率を算出し、第２低下率が第３基準値以下の場合に、流量センサ２５又は圧力センサ２４が故障であると判定する。
そのため、制御部１０は、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を的確に判定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、前記実施形態では、膜モジュールをＲＯ膜（逆浸透膜）モジュール５として構成し、膜分離装置を逆浸透膜装置１として構成したが、これに制限されない。膜モジュールとして、ＲＯ膜モジュール以外にも、逆浸透膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜を有するＮＦ膜モジュールや、限外濾過膜を有するＵＦ膜モジュールや、精密濾過膜を有するＭＦ膜モジュール等を適用することもできる。

また、前記実施形態では、温度センサ２３について、ＲＯ膜モジュール５に供給される供給水Ｗ１の温度を検出する例について説明したが、これに制限されない。温度センサ２３は、ＲＯ膜モジュール５で得られた透過水Ｗ２の温度を検出してもよいし、ＲＯ膜モジュール５で得られた濃縮水Ｗ３の温度を検出してもよい。

また、前記実施形態においては、逆浸透膜装置１が、流量フィードバック水量制御を実行する構成としたが、他の水量制御を実行する構成であってもよい。例えば、圧力フィードバック水量制御では、圧力センサ２４の検出圧力値（フィードバック値）が予め設定された目標圧力となるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより加圧ポンプ２の駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ３に出力する。また、温度フィードフォワード水量制御では、温度センサ２３の検出温度値に応じて所定の透過水Ｗ２の流量が得られる加圧ポンプ２の駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ３に出力する。

また、前記実施形態においては、第２低下率が第３基準値以下の場合に、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を判定するように構成した。しかし、これに制限されず、第２低下率が第４基準値以上の場合に、電源ノイズ等の影響で電気系統に異常があるとして、流量センサ２５又は圧力センサ２４の故障を判定するように構成してもよい。

１逆浸透膜分離装置（膜分離装置）
２加圧ポンプ
３インバータ
５逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュール（膜モジュール）
１０制御部
１０ａ記憶部
２３温度センサ（温度検出手段）
２４圧力センサ（圧力検出手段）
２５流量センサ（流量検出手段）
Ｌ１供給水ライン
Ｗ１供給水
Ｗ２透過水
Ｗ３濃縮水

Claims

供給水を透過水と濃縮水とに分離する膜モジュールと、
供給水を前記膜モジュールに供給する供給水ラインと、
入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、前記供給水ラインを流通する供給水を前記膜モジュールに向けて圧送する加圧ポンプと、
前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
透過水の流量を検出する流量検出手段と、
供給水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧力検出手段の検出圧力値、前記流量検出手段の検出流量値、及び前記温度検出手段の検出温度値に基づいて、前記膜モジュールの水透過係数を演算し、前記膜モジュールの水透過係数の第１演算値と、前記第１演算値の演算後に演算した第２演算値との変化率を算出し、前記変化率が所定範囲内の場合に、前記第２演算値を前記膜モジュールの水透過係数の初期値として設定する制御部と、
を備える膜分離装置。
入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータを更に備え、
前記制御部は、前記流量検出手段からの流量検知信号に基づいて、前記インバータへ指令信号を出力する
請求項１に記載の膜分離装置。
前記膜モジュールの水透過係数の演算値を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、供給水の残留塩素濃度及び濁度が所定値未満である場合に、前記膜モジュールの水透過係数の演算値を前記記憶部に記憶させる
請求項１又は２に記載の膜分離装置。
前記制御部は、（ｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値の設定後、前記膜モジュールの一次側を洗浄するためのフラッシングを実行する毎に前記膜モジュールの水透過係数を演算し、（ｉｉ）前記フラッシングの実行時における前記膜モジュールの水透過係数の複数の演算値から平均値を算出し、（ｉｉｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値と前記平均値とから第１低下率を算出し、（ｉｖ）前記第１低下率が第１基準値以下の場合に、前記膜モジュールの膜が閉塞していることを判定し、（ｖ）前記第１低下率が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上の場合に、前記膜モジュールの膜が酸化により劣化していることを判定する
請求項１から３のいずれかに記載の膜分離装置。
前記制御部は、（ｉ）前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値の設定後、前記膜モジュールの水透過係数の前記初期値と前記初期値の設定後に演算した演算値とから第２低下率を算出し、（ｉｉ）前記第２低下率が第３基準値以下の場合に、前記流量検出手段又は前記圧力検出手段が故障であると判定する
請求項１から４のいずれかに記載の膜分離装置。