JP2013193075A - 淡水化システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆浸透膜への付着物が低減されることにより，低運転コストかつ安定して淡水を得られる淡水化システムを提供する。
【解決手段】本発明の淡水化システムは，逆浸透膜１３を用いて原水１から淡水４を得る淡水化システムＳ１であって，逆浸透膜１３より前段に配置されて，原水１を前処理する前処理装置１１と，前処理装置１１に供給される原水１，前処理装置１１の処理水２，逆浸透膜１３から排出される濃縮水５のいずれかひとつ以上の水質特性を計測する計測手段１９，２０，２２と，計測手段１９，２０，２２による計測値とあらかじめ与えた目標値とに基づいて，前処理装置１１の操作量を算出して制御信号を出力する制御手段２３とを備え，計測手段１９，２０，２２は，原水１中および処理水２中および濃縮水５中のうちの何れかの有機物を分離する分離手段１９，２０と，水質特性である当該有機物の濃度を検出する検出装置２２とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は，海水やかん水から淡水を得るための逆浸透膜を用いた淡水化システムに関する。

従来，逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では，逆浸透膜モジュールの圧力抵抗の増加に伴う淡水生産効率の低下や生産水質の悪化が問題となっている。この原因は，膜の洗浄の薬剤などによる不可逆的な劣化，およびその膜面や膜を隔てる流路スペーサへの付着物による流路閉塞である。

膜面への付着物は，主に１）海水に含まれる粒子性物質などの固形成分が直接付着するもの，２）溶解している無機物が膜面近傍での濃縮により析出したもの，３）溶解している有機物が膜面近傍での濃縮によりゲル化したもの，および４）固形成分に付着した細菌が有機物を資化して増殖し，その代謝物とともに形成したバイオフィルムなどから成る。３）および４）はバイオファウリングと呼称される。

逆浸透膜への供給水からこれらの付着物形成要因を除去するため，さまざまな前処理技術が開発され，単層や複層の砂ろ過や精密ろ過膜（ＭＦ膜：Microfiltration Membrane），限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ultrafiltration Membrane）を用いたろ過，殺菌のための塩素や重亜硫酸ソーダの薬剤注入などが導入されている。

ところで，前処理設備における付着物要因の除去性能を評価する際，ＳＤＩ（Silt Density Index）値が供給水の清澄度の指標として広く使用されており，一般に同値が３以下になるよう運転するとよいとされている。

しかし，非特許文献１によると，ＵＦ膜を前処理に採用した実プラントで，ＳＤＩ値は安定して３以下を維持しても後段の逆浸透膜で閉塞(目詰まり)が発生する場合が報告されている。ＳＤＩ値は一定量の試料が孔径０．４５μｍのメンブレンフィルタを通過する時間の比であり，０．４５μｍ以下の溶解している成分を評価しにくい。

非特許文献２によると，海水中の有機物の６０〜８０％は分子量１０００Ｄａ(dalton：ダルトン)以下と微小であり，かつ生物学的に不活性とされる。この低分子量の有機物は，一般に海水淡水化設備の前処理に使用されるＵＦ膜の孔径より小さく，砂ろ過や膜処理の前処理では除去されにくいと考えられる。

また，これらの有機物は細菌により資化困難なため，バイオフィルムの形成への寄与は低い。このため，前処理水の全有機炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）を測定しても，有機物の６０〜８０％は細菌により資化困難であることから逆浸透膜の閉塞との明確な相関関係は得にくい。

さらに，膜モジュールを解体して測定した蓄積した付着物量と逆浸透膜の圧力上昇幅との間には必ずしも比例の相関はないことが報告されている。これは，固形物の堆積物から成るケーク層と，コロイドや微小ゲルが膜面で濃縮されたものやバイオフィルムから成るゲル層では圧力抵抗が異なり，後者のほうが前者より重量あたりの圧力抵抗が大きい可能性を示唆する。つまり，逆浸透膜の閉塞を抑制するためには，前処理において，固形成分に加え，溶解成分やバイオフィルムの形成に影響の大きい成分を除去することが有効であると考えられる。

特許文献１によれば，原水である海水を用いて系外で海洋細菌を培養すると，細菌量や細菌が資化可能な有機物量を推定できる。或いは，同じ海水を試験片に連続的に接触させることでバイオフィルム形成速度を測定できる。これらの資化可能な有機物量，バイオフィルム形成速度，或いは細菌量を用いて殺菌剤の添加量を制御すると，海水の水質に対して過不足なく殺菌剤が添加されるため，後段の逆浸透膜におけるバイオフィルムの形成を抑制でき，逆浸透膜の運転圧力の上昇を低減することができる。

特開２００２−１４３８４９号公報

膜を用いた水処理技術，中尾真一・渡辺義公，シーエムシー出版，p. 261，2004 海洋における溶存有機物の動態，小川浩史，水環境学会誌，Vol. 34(A)，No. 5，2011

しかしながら，特許文献１に記載の対策技術では，バイオフィルム形成量を高い精度で予測できる一方，溶解している有機物の濃縮によるゲル層の形成を予測できない。また，オフラインでの有機物量の測定或いはバイオフィルム形成速度の測定に３日以上要し，海水の水質変動に対応できない可能性がある。例えば，近海で油を運搬するタンカーが座礁し，運搬中の油が漏出し漂着した場合などに対応が困難となる可能性が潜在する。

本発明は上記実状に鑑み，逆浸透膜への付着物が低減されることにより，低運転コストかつ安定して淡水を得られる淡水化システムの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく，本発明に関わる淡水化システムは，逆浸透膜を用いて原水から淡水を得る淡水化システムであって，前記逆浸透膜より前段に配置されて，前記原水を前処理する前処理装置と，前記前処理装置に供給される原水，前記前処理装置の処理水，前記逆浸透膜から排出される濃縮水のいずれかひとつ以上の水質特性を計測する計測手段と，前記計測手段による計測値とあらかじめ与えた目標値とに基づいて，前記前処理装置の操作量を算出して制御信号を出力する制御手段とを備え，前記計測手段は，前記原水中および前記処理水中および前記濃縮水中のうちの何れかの有機物を分離する分離手段と，前記水質特性である当該有機物の濃度を検出する検出装置とを有している。

本発明によれば，逆浸透膜への付着物が低減されることにより，低運転コストかつ安定して淡水を得られる淡水化システムを実現できる。

本発明に係る第１実施形態の海水淡水化システムの構成模式図。 第１実施形態による切替弁が海水を有機物計測装置，分離装置に流通させる場合の制御を示すフローチャート。 第１実施形態による切替弁が前処理水を有機物計測装置，分離装置に流通させる場合の制御を示すフローチャート。 第１実施形態による切替弁が濃縮水を有機物計測装置，分離装置に流通させる場合の制御を示すフローチャート。 第２実施形態の海水淡水化システムの構成模式図。

以下，本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
なお，各図を通して同一の符号は同等の構成要素を示している。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態の海水淡水化システムの構成模式図である。
第１実施形態の海水淡水化システムＳ１は，原水の海水１の混入物の除去や殺菌の前処理が行われる前処理装置１１と，海水１を逆浸透処理により塩分を除いて淡水(透過水４)を得る逆浸透膜モジュール１３とを備えている。
海水淡水化システムＳ１は，原水の海水１中または処理水中に混入する有機物の濃度を計測し，当該濃度に従って前処理装置１１での前処理を制御することで逆浸透膜モジュール１３の汚染を抑制するシステムである。

海水淡水化システムＳ１においては，処理対象の海水１は取水ポンプ１０により前処理装置１１に送られ，懸濁物の除去や殺菌処理が施されて前処理水２となる。前処理水２は，高圧ポンプ１２により逆浸透膜モジュール１３に供給され，逆浸透膜モジュール１３において逆浸透処理により塩分(主にＮａＣｌ)が除去された透過水４と塩分が濃縮された濃縮水５に分離される。透過水４は原水の海水１の１／２の量の淡水となり，濃縮水５は原水の海水１の塩分濃度が２倍となった海水１の１／２の量の濃縮水となる。

海水１，前処理水２，濃縮水５は，それぞれ分岐流路１５，１６，１７を通って切替弁１８に至る。そして，切替弁１８の開弁により，海水１，前処理水２，濃縮水５の何れかが被計測水２７となり，高圧ポンプ２６により分離装置１９，２０へ供給される一方，その一部が有機物計測装置２２へ流入する。

例えば，海水１が切替弁１８の切り替えにより被計測水２７となり，分離装置１９，２０へ供給される一方，海水１の一部は有機物計測装置２２へ流入する。或いは，前処理水２が切替弁１８の切り替えにより被計測水２７となり，分離装置１９，２０へ供給される一方，前処理水２の一部は有機物計測装置２２へ流入する。或いは，濃縮水５が切替弁１８の切り替えにより被計測水２７となり，分離装置１９，２０へ供給される一方，濃縮水５の一部は有機物計測装置２２へ流入する。

分離装置１９のろ液は分離装置２０へ供給され，分離装置２０のろ液３は排水される。
分離装置１９，２０は，それぞれ，海水１，前処理水２，濃縮水５に含有される有機物を大きさ別に篩い分けする装置である。分離装置１９，２０は，それぞれ樹脂の粒などが充填された分離カラムやＵＦ膜で構成される。

海水１中に，相対的に大，中，小の大きさの有機物が含有されるとした場合，分離装置１９は，海水１に含まれる有機物のうちから相対的に大なる大きさの有機物を捕捉して分離する分離装置であり，分離装置２０は，海水１に含まれる有機物のうちから相対的に中なる大きさの有機物を捕捉して分離する分離装置である。
つまり，分離装置１９では大なる大きさの有機物が捕捉されて除去され，分離装置２０では中なる大きさの有機物が捕捉されて除去される。

例えば，切替弁１８で，海水１が分離装置１９，２０，有機物計測装置２２に向けて流入するように切り替えた際には，切替弁１８から有機物計測装置２２に向けて流れる被計測水２７は海水１であり，海水１中の相対的に大，中，小の大きさの全有機物の濃度が有機物計測装置２２で計測される。

流入した海水１が分離装置１９，２０を通過した後，分離装置１９，２０をそれぞれ逆洗する逆洗用水６は逆洗用水タンク１４から逆洗ポンプ２１により分離装置１９と分離装置２０の各吐出側１９ｏ，２０ｏに注入される。分離装置１９を逆洗した逆洗用水６は大なる大きさの有機物を含む逆洗水７となり，有機物計測装置２２へ流入する。分離装置１９を逆洗した逆洗水７から，有機物計測装置２２では，分離装置１９で補足した大なる大きさの有機物の濃度が計測される。

また，分離装置２０を逆洗した逆洗用水６は中なる大きさの有機物を含む逆洗水８となり，有機物計測装置２２へ流入する。分離装置２０を逆洗した逆洗水８から，有機物計測装置２２では，分離装置２０で補足した中なる大きさの有機物の濃度が計測される。
これらより，海水１の全有機物の濃度から，分離装置１９で補足した大なる大きさの有機物の濃度および分離装置２０で補足した中なる大きさの有機物の濃度を減算することにより，小なる大きさの有機物の濃度を求めることもできる。
なお，逆洗用水６はろ過水３の一部を用いてもよい。

制御手段２３は，例えば，コントローラであり，制御プログラムが，ファラッシュメモリ，ＲＡＭ(Random Access Memory)などのメモリ上で実行されることにより，各種制御回路を用いて，海水淡水化システムＳ１が統括的に制御される。各種制御回路とは，取水ポンプ１０，高圧ポンプ１２，逆洗ポンプ２１，高圧ポンプ２６の各制御回路，切替弁１８の切替回路，有機物計測装置２２の制御回路，前処理装置１１の運転条件制御回路などである。図１では、主要な制御に関わる信号の送信を破線で示している。
なお，制御手段２３は，説明する所定の制御が行われれば，その機能の一部をＩＣ(Integrated Circuit)，ＬＳＩ(Large Scale Integration)などの回路で構成してもよく，その実施態様は限定されない。

入力手段２４は，ＬＡＮ(Local Area Network)などの閉域のネットワークで制御手段２３と接続される端末装置，例えばパソコン(Personal computer)，携帯端末(Personal Digital Assistant)などである。
制御手段２３，入力手段２４を一体に構成してもよく，例示した構成に限定されない。

有機物計測装置２２は，流入した各種の水の有機物濃度を計測し，計測値の信号(情報)を制御手段２３へ送信する。制御手段２３はユーザによる入力手段２４からの設定値と有機物計測装置２２からの計測値とを用いて，前処理装置１１の運転条件を算出する。

例えば，有機物濃度が高い場合には，前処理装置１１での前処理を厳しくし，海水１を前処理装置１１にゆっくり流す，逆浸透膜モジュール１３でのファウリングの起因となる雑菌を死滅させる殺菌剤の添加量を増加させるなどの運転条件とする。これに対して，有機物濃度が低い場合には，海水１を前処理装置１１に早めに流す，殺菌剤の添加量を減少させるなどの運転条件とする。
なお，有機物計測装置２２からの計測値と比較する入力手段２４からの設定値は，他システムからのシステムによる設定値としてもよい。

＜逆浸透膜モジュール１３の前段までの運転方法＞
海水淡水化システムＳ１における逆浸透膜モジュール１３の前段までの運転方法を，以下説明する。
逆浸透膜モジュール１３の前段までの運転(後記の（１），（２），（３）)は，前記したように，制御手段２３によって制御される。

図２から図４は，それぞれ切替弁１８が海水１，前処理水２，濃縮水５を有機物計測装置２２，分離装置１９，２０に流通させる場合の制御を示すフローチャートである。
本淡水化システムＳ１を運転する場合は，所定の頻度でこれら３ヶ所の水を切替えて測定してもよく，いずれか1つまたは２つまたは３つを測定してもよい。

ここで，少なくともいずれか２つの水を切り替えて測定すると，海水１，前処理水２，濃縮水５の水質がより明確になるのでより好ましい。
また，計測数を海水１，前処理水２，濃縮水５の３つ(後記の（１），（２），（３）)とすれば，より多数の情報を把握でき，より精度が高い淡水化システムＳ１の運転が可能になる。

（１）有機物計測装置２２での被計測水２７が海水１の場合
切替弁１８で切り替えた被計測水２７が海水１の場合の制御手段２３による制御は次のように行われる。
図２のＳ１０１において，制御手段２３は切替弁１８を海水１が流れる分岐流路１５(図１参照)の側に開弁し，海水１が，分岐流路１５，切替弁１８を介して高圧ポンプ２６により分離装置１９，２０に流入するとともに，有機物計測装置２２に流入する。これにより，前記したように，分離装置１９には海水１に含まれる相対的に大なる大きさの有機物が補足されるとともに，分離装置２０には海水１に含まれる中なる大きさの有機物が補足される。

その後，有機物計測装置２２は，流入する海水１，分離装置１９を逆洗した逆洗水７，分離装置２０を逆洗した逆洗水８の各有機物濃度を計測し，それぞれ計測値Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２として制御手段２３へ送る。すなわち，海水１からは，海水１に含有される全有機物の濃度(計測値Ｃｐ０)が計測される。逆洗水７からは分離装置１９に補足された相対的に大なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｐ１)が計測される。逆洗水８からは分離装置２０に補足された相対的に中なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｐ２)が計測される(Ｓ１０２)。

続いて，制御手段２３は，入力手段２４から，海水１に関する逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜のファウリング生成能の指標Ｆｐを下記の（１）式で算出するための係数ｋｐ０，ｋｐ１，ｋｐ２，Ｒなどを取り込む。ｋｐ０，ｋｐ１，ｋｐ２は，それぞれ計測値Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２に関する逆浸透膜のファウリング生成量に対する寄与率(重み付けの係数)，Ｒは逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜における淡水の回収率である。

そして，海水１に対して逆浸透膜のファウリング生成能の指標Ｆｐを，式（１）を用いて算出する。
Ｆｐ＝（ｋｐ０・Ｃｐ０＋ｋｐ１・Ｃｐ１＋Ｒ・ｋｐ２・Ｃｐ２）／（Ｃｐ０＋Ｃｐ１＋Ｃｐ２） （１）
式（１）に示すように，ファウリング生成能の指標Ｆｐの算出には，各有機物濃度Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２にそれぞれ重み係数ｋｐ０，ｋｐ１，ｋｐ２を乗じた項を含む算出式を用いるとよい。

重み係数ｋｐ０，ｋｐ１，ｋｐ２は，ゲル濃縮に影響する，菌に代謝され易さなど逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜のファウリング生成に寄与する各有機物濃度Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２に適した値を割り当てるとよい。さらに，この低分子量(例えば分画分子量が１ｋＤａ(ダルトン)から０．２μｍの間)の有機物濃度の項には，逆浸透膜の膜面におけるゲル層形成に寄与する，淡水の回収率Ｒも加えるとよい。
なお，式（１）における（Ｃｐ０＋Ｃｐ１＋Ｃｐ２）による除算は，Ｆｐを無次元化するためであり，（Ｃｐ０＋Ｃｐ１＋Ｃｐ２）による除算を行わなくてもよい。

また，制御手段２３は過去のＦｐの計算値を蓄積し，ファウリング生成能の指標Ｆｐの時間変化を算出してＦｐの増加速度Ｖ_ＦＰを，
Ｖ_ＦＰ＝ｄ（Ｆｐ）／ｄｔ （２）
式（２）を用いて算出する(Ｓ１０３)。

続いて，入力手段２４から取り込んだファウリング生成能の稼働上限値の目標値Ｆｐｔと計算値Ｆｐとを比較し，Ｆｐ(計算値)＜Ｆｐｔ(稼働目標値)であるか否か判定する(Ｓ１０４)。ファウリング生成能の稼働上限値の稼働目標値Ｆｐｔは，前処理装置１１が定格運転の場合に，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜が通常に運転できる水準で設定するとよい。
つまり，Ｓ１０４では，実測による計算値Ｆｐがファウリング生成能の稼働上限値の稼働目標値Ｆｐｔ未満(正常範囲)であるか否か判定される。

計算値Ｆｐよりファウリング生成能の稼働上限値の稼働目標値Ｆｐｔが大きいと判定された場合(Ｓ１０４でＹｅｓ)，ファウリング生成能が正常範囲であるので，そのまま終了する。

一方，実測による計算値Ｆｐがファウリング生成能の稼働上限値の稼働目標値Ｆｐｔ以上と判定された場合(Ｓ１０４でＮｏ)，入力手段２４から取り込んだ，ファウリング生成能の停止上限値の停止目標値Ｆｐｈと比較し，Ｆｐ(計算値)＜Ｆｐｈ(停止上限値)であるか否か判定する(Ｓ１０５)。停止上限値Ｆｐｈは，前処理装置１１を最大の運転強度で運転した場合でも前処理水２の基準(目標)値を達成できない水準で設定するとよい。

実測によるＦｐ(計算値)が停止上限値Ｆｐｈ以上と判定された場合(Ｓ１０５でＮｏ)，海水淡水化システムＳ１の通常の稼動状態でないと判断し，取水を停止する(Ｓ１０６)。例えば，タンカーで運搬中の油が漂着したなど突発的事象が発生した場合などが想定される。

一方，実測によるＦｐ(計算値)の方が停止上限値Ｆｐｈより小さい場合(Ｓ１０５でＹｅｓ)，前処理装置１１の運転強度を増加させて(Ｓ１０７)，Ｓ１０１に移行し，再度，海水１のファウリング生成能が正常運転範囲であるか否かの判定を行う。なお，切替弁１８を海水１が流れる分岐流路１５の側に開弁している場合には，Ｓ１０７の後，Ｓ１０２に移行すればよい。

（２）図１の被計測水２７が海水１と前処理水２の場合
（１）の有機物計測装置２２での被計測水２７が海水１の場合の動作(制御)に続き，被計測水２７が海水１と前処理水２の場合の図３に示すフローの運転制御が行われる。

図３のＳ２０１において，制御手段２３は，切替弁１８を前処理水２が流れる分岐流路１６の側に開弁し，前処理水２が分岐流路１６，切替弁１８を介して，高圧ポンプ２６により分離装置１９，２０に流入するとともに，有機物計測装置２２に流入する。これにより，前記したように，分離装置１９には前処理水２に含有される相対的に大なる大きさの有機物が補足されるとともに，分離装置２０には前処理水２に含有される中なる大きさの有機物が補足される。

その後，有機物計測装置２２は，流入する前処理水２，分離装置１９を逆洗した逆洗水７，分離装置２０を逆洗した逆洗水８の有機物濃度を計測し，それぞれの計測値Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２として制御手段２３へ送る。前処理水２からは，前処理水２に含有される全有機物の濃度(計測値Ｃｓ０)が計測される。逆洗水７からは前処理水２から分離装置１９で補足した相対的に大なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｓ１)が計測される。逆洗水８からは前処理水２から分離装置２０で補足した相対的に中なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｓ２)が計測される(Ｓ２０２)。

続いて，制御手段２３は，入力手段２４から，前処理水２に関する逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜のファウリング生成能の指標係数ｋｓ０，ｋｓ１，ｋｓ２，Ｒなどを取り込む。ここで，ｋｓ０，ｋｓ１，ｋｓ２は，前処理水２における有機物濃度の各計測値Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２の逆浸透膜のファウリング生成量に対する寄与率(重み付けの係数)，Ｒは逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜における淡水の回収率である。
前記の（１）式と同様にして，前処理水２に対して逆浸透膜のファウリング生成能の指標Ｆｓを算出する。

すなわち，
Ｆｓ＝（ｋｓ０・Ｃｓ０＋ｋｓ１・Ｃｓ１＋Ｒ・ｋｓ２・Ｃｓ２）／（Ｃｓ０＋Ｃｓ１＋Ｃｓ２） （３）
なお，式（１）と同様に，式（３）を無次元化するための（Ｃｓ０＋Ｃｓ１＋Ｃｓ２）による除算を行わなくてもよい。
また，制御手段２３は過去のＦｓの計算値を蓄積し，前処理水２のファウリング生成能の指標Ｆｓの時間変化を計算してＦｓの増加速度Ｖ_ＦＳを，式（２）と同様にして，
Ｖ_ＦＳ＝ｄ（Ｆｓ）／ｄｔ （４）
式（４）で算出する(Ｓ２０３)。

続いて，入力手段２４から取り込んだ前処理水２のファウリング生成能の稼働上限値の稼働目標値Ｆｓｔと前処理水２の計算値Ｆｓとを比較し，Ｆｓ(前処理水２の計算値)＜Ｆｓｔ(稼働目標値)であるか否か判定する(Ｓ２０４)。
Ｆｓ(前処理水２の計算値)がＦｓｔ(稼働目標値)以上と判定される場合(Ｓ２０４でＮｏ)，前処理装置１１の運転強度を増加させて(Ｓ２０５)，Ｓ２０１に移行し，再び水質測定に戻る。

一方，Ｆｓ(前処理水２の計算値)方がＦｓｔ(稼働目標値)より小さい場合(Ｓ２０４でＹｅｓ)，海水１のファウリング生成能Ｆｐを算出して求めた海水１のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＰ(式（２）参照)と前処理水２のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＳとが，Ｖ_ＦＳ＜Ｖ_ＦＰであるか否か判定する(Ｓ２０６)。つまり，Ｓ２０６で，前処理装置１１が正常に稼動しているか判定する。前処理装置１１が正常に稼動している場合，Ｖ_ＦＳ＜Ｖ_ＦＰの関係になるからである。

前処理水２のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＳの方が海水１のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＰより小さいと判定される場合(Ｓ２０６でＹｅｓ)は，前処理装置１１が正常に稼動しているので，そのまま終了する。

一方，前処理水２のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＳが海水１のファウリング生成能の増加速度Ｖ_ＦＰ以上と判定される場合(Ｓ２０６でＮｏ)は，前処理装置１１が正常に稼動してないので前処理装置１１の前処理運転の異常を示す警報を発動し(Ｓ２０７)，終了する。Ｓ２０７の警報は，制御手段２３の制御による不図示の警報発生手段で発音・点灯させる警報音，警告灯でもよいし，制御手段２３の制御による不図示の電子連絡手段で電子メール，ＦＡＸなどをユーザ(管理者)宛に電子連絡することとしてもよい。

（３）被計測水２７が前処理水２と濃縮水１７の場合
（２）の運転制御に続き，図４に示すフローによる被計測水２７が前処理水２と濃縮水１７の場合の制御が行われる。

図４のＳ３０１において，制御手段２３は切替弁１８を濃縮水５が流出される分岐流路１７の側に開弁し，濃縮水５は，分岐流路１７，切替弁１８を介して，高圧ポンプ２６により分離装置１９，２０に流入するとともに，有機物計測装置２２に流入する。これにより，前記したように，分離装置１９には濃縮水５に含有される相対的に大なる大きさの有機物が補足されるとともに，分離装置２０には濃縮水５に含有される中なる大きさの有機物が補足される。

その後，有機物計測装置２２は，流入する濃縮水５，分離装置１９を逆洗した逆洗水７，分離装置２０を逆洗した逆洗水８の有機物濃度を計測し，それぞれ計測値Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２として制御手段２３へ送る。すなわち，濃縮水５からは，濃縮水５に含有される全有機物の濃度(計測値Ｃｂ０)が計測される。逆洗水７からは濃縮水５から分離装置１９に補足された相対的に大なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｂ１)が計測される。逆洗水８からは濃縮水５から分離装置２０に補足された相対的に中なる大きさの有機物の濃度(計測値Ｃｂ２)が計測される(Ｓ３０２)。

続いて，制御手段２３は，入力手段２４から，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の回収率Ｒと，逆浸透膜モジュール１３の通過中に減少する前処理水２の有機物濃度Ｃｓ０から濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ０への減少率上限値ｆ０ｈ，前処理水２の有機物濃度Ｃｓ１から濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ１への減少率上限値ｆ１ｈ，前処理水２の有機物濃度Ｃｓ２から濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ２への減少率上限値ｆ２ｈを取り込む。

ここで，有機物濃度の減少率上限値ｆ０ｈ，ｆ１ｈ，ｆ２ｈは，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜が詰まった場合や有機物が微生物に沢山食された場合などに逆浸透膜モジュール１３の通過中に有機物濃度が大きく減少するので，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の異常を検出するために設定したものである。

前処理水２が逆浸透膜モジュール１３の通過中に減少する有機物濃度をΔＣ，その減少率をｆ(有機物濃度Ｃｓを１とするとどの位に減少したかの数値)，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の有機物阻止率を１００％とすると，前処理水２の有機物濃度Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２と，濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２に関して，下記の式（５）の関係から式（６）と表せる。
ΔＣｓ＝Ｃｂ×（１−Ｒ）＝Ｃｓ×（１−ｆ） （５）
∴ Ｃｂ／Ｃｓ＝（１−ｆ）／（１−Ｒ）
∴ ｆ＝１−Ｃｂ（１−Ｒ）／Ｃｓ （６）

制御手段２３は，濃縮水５の各有機物濃度Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２の測定値と前処理水２の各有機物濃度Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２の測定値とのf０〜ｆ２(f)を計算(算出)する(Ｓ３０３)。
そして，減少率ｆ０〜ｆ２の全てが減少率上限値ｆ０ｈ，ｆ１ｈ，ｆ２ｈ(fｈ)未満であるか否か判定する(Ｓ３０４)。

減少率ｆ０〜ｆ２の１つ以上がそれぞれ減少率上限値ｆ０ｈ〜ｆ２ｈ以上と判定される場合(Ｓ３０４でＮｏ)，逆浸透膜モジュール１３の内部に付着物が増加しているとみなし，前処理装置１１の運転強度を増加させて(Ｓ３０５)，Ｓ３０１に移行し，再び水質測定に戻る。なお，切替弁１８を濃縮水５が流れる分岐流路１７の側に開弁している場合には，Ｓ３０５の後，Ｓ３０２に移行すればよい。

一方，減少率ｆ０〜ｆ２の全てが減少率上限値ｆ０ｈ〜ｆ２ｈより小さい場合(Ｓ３０４でＹｅｓ)，そのまま終了する。
前記（１）のみ，または（２）の前処理水のみを分析してもよい。この場合，切替弁１８は不要である。
分離装置１９，２０は，ＭＦ膜やＵＦ膜を用いることができ，例示した２段以外の１段でも３段以上でもよい。複数段の分離装置を用いる場合は，各分離装置のろ液の有機物濃度を測定して差分をその分離装置の分画量(分離する分子の大きさ)としてもよい。

逆洗水７，８を測る場合は，逆洗開始時と逆洗終了時で濃度が減少するため，複数点の濃度を測り，積分値を用いる，または，不図示のバッファタンクを設けて逆洗開始時から逆洗終了時までの逆洗水７，８をそれぞれ均等にしてから測ると望ましい。
有機物計測装置２２は，水中に含まれる有機物の量を示すＴＯＣ(Total Organic Carbon：全有機炭素)，糖などの分析装置を用いるとよい。

図２のＳ１０７，図３のＳ２０５，図４のＳ３０５の前処理の運転強度の増加とは，例えば前処理装置１１の前処理が砂ろ過装置の場合，制御手段２３による凝集剤の注入率の増加や洗浄頻度の増加である。一方，前処理装置１１の前処理が膜処理の場合には，膜処理への通水割合の増加（原水と膜処理水を混合する方式の場合），或いは洗浄頻度の増加，膜に対する運転圧力の低減などである。前処理が吸着処理や生物処理の場合，処理水に対する滞留時間の増加や曝気量の増加である。

なお，分離装置１９，２０のいずれか一つに孔径１ｋＤａ(ダルトン)のＵＦ膜を用いると，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜面の付着への寄与が少なく，かつ有機物濃度としては大部分を占める大きさ(最大長さ)が１ｋＤａ以下の低分子成分を除去し，ＵＦ膜面に捕捉された成分，すなわち濃縮によりゲル化し，かつ細菌に資化される有機物を逆洗水７，８として濃縮して分析できる。

その結果，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜への供給水中のファウリング寄与成分を高い精度で把握することができる。
このように，第１実施形態の構成を採ることで，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の付着物による圧力抵抗増加を緩和し，逆浸透膜の洗浄頻度を低減する，或いは交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。

逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の洗浄には，次亜塩素酸(ＨＣｌＯ)，クエン酸などの薬剤を使用するため，膜の経時劣化が促進され膜の寿命が短くなる。また，逆浸透膜の洗浄，交換には人手もかかり，コスト上昇の起因となる。
そのため，逆浸透膜モジュール１３の逆浸透膜の洗浄頻度を低減する，或いは交換までの使用期間を伸張するような運転を実現することで，コスト低減を図ることができる。
さらに，薬剤の使用を抑制できるので薬剤の廃棄量を低減でき，環境汚染を軽減できる。

その結果，海水淡水化システムＳ１の運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
また，リアルタイムで海水淡水化システムＳ１の原水(海水１)、処理水の状態を把握できるので、原水(海水１)の状況にリアルタイムに応じた海水淡水化システムＳ１の制御が可能になる。

（第２実施形態）
図５に示す第２実施形態の海水淡水化システムＳ２は，分離装置１９のろ液１９ｒを有機物計測装置２２により分析する構成としたものである。
これ以外の構成は，第１実施形態と同様であるから，同一の構成要素には同一の符号を付して示し，詳細な説明は省略する。

有機物計測装置２２の分析精度が十分に高い場合は，逆洗水ではなく分離装置１９のろ液１９ｒを分析してもよい。この場合，サイズ分離できる充填カラムを用いて液体クロマトグラムで分離してもよい。液体クロマトグラムでは，有機物の大きさで順番にピークがでるので，時間とピーク部の積の面積で濃度を求めることができる。
また，第１実施形態に比べ，装置構成が削減されるので，コスト低減を図れる。

（その他の実施形態）
なお，第１実施形態の構成に代替して，第１実施形態で説明した海水１の各有機物濃度Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２に，それぞれ海水１中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当て，また，前処理水２の有機物濃度Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２に，それぞれ前処理水２中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当て，また，濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２に，それぞれ濃縮水５中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当てるように構成してもよい。なお、大・中・小なる有機物の濃度を求める場合には、有機物計測装置２２での各有機物の計測値の差分をとることで、それぞれ大・中・小なる有機物の濃度を求めることができる。

また，第１実施形態の構成に代替して，有機物計測装置２２により，海水１または前処理水２または濃縮水５の有機物濃度，分離装置１９のろ液の有機物濃度，分離装置２０のろ液３の有機物濃度を計測して，それぞれ有機物濃度Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２とする構成としてもよい。

この場合も，各有機物濃度Ｃｐ０，Ｃｐ１，Ｃｐ２に，それぞれ海水１中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当て，また，前処理水２の有機物濃度Ｃｓ０，Ｃｓ１，Ｃｓ２に，それぞれ前処理水２中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当て，また，濃縮水５の有機物濃度Ｃｂ０，Ｃｂ１，Ｃｂ２に，それぞれ濃縮水５中の相対的に大・中・小なる有機物の濃度を割り当てるように構成してもよい。なお、前記したように、大・中・小なる有機物の濃度を求める場合には、有機物計測装置２２での各有機物の計測値の差分をとることで、それぞれ大・中・小なる有機物の濃度を求めることができる。

なお，前記第１，第２実施形態では，海水を例示して説明したが，海水以外のかん水などの淡水化にも本発明を適用することが可能である。つまり，本発明の作用効果を奏すれば，海水以外の水の淡水化にも本発明は幅広く適用可能である。

１ 海水(原水)
２ 前処理水(処理水)
４ 透過水(淡水)
５ 濃縮水
１１ 前処理装置
１３ 逆浸透膜モジュール(逆浸透膜，逆浸透膜面)
１９ 分離装置(計測手段，分離手段)
２０ 分離装置(計測手段，分離手段)
２２ 有機物計測装置(計測手段，検出装置)
２３ 制御手段
Ｓ１，Ｓ２ 海水淡水化システム(淡水化システム)

Claims (7)

1. 逆浸透膜を用いて原水から淡水を得る淡水化システムであって，
   前記逆浸透膜より前段に配置されて，前記原水を前処理する前処理装置と，
   前記前処理装置に供給される原水，前記前処理装置の処理水，前記逆浸透膜から排出される濃縮水のいずれかひとつ以上の水質特性を計測する計測手段と，
   前記計測手段による計測値とあらかじめ与えた目標値とに基づいて，前記前処理装置の操作量を算出して制御信号を出力する制御手段とを備え，
   前記計測手段は，
   前記原水中および前記処理水中および前記濃縮水中のうちの何れかの有機物を分離する分離手段と，前記水質特性である当該有機物の濃度を検出する検出装置とを有する
   ことを特徴とする淡水化システム。
2. 請求項１に記載の淡水化システムにおいて，
   前記分離手段は，前記有機物をその大きさで分離する
   ことを特徴とする淡水化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の淡水化システムにおいて，
   前記制御手段は，前記計測手段による前記有機物の濃度の計測値から求められ，前記前処理装置の処理水の前記逆浸透膜に付着物を形成する能力を示す指標に基づいて，前記前処理装置の操作量を算出する
   ことを特徴とする淡水化システム。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の淡水化システムにおいて，
   前記分離手段は，前記有機物を１ｋＤａから１μｍの範囲の大きさで分離する機能を備える
   ことを特徴とする淡水化システム。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の淡水化システムにおいて，
   前記分離手段は，大きさが１ｋＤａ以下の有機物を除去する機能を備える
   ことを特徴とする淡水化システム。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の淡水化システムにおいて，
   前記分離手段は，有機物を濃縮する機能を備える
   ことを特徴とする淡水化システム。
7. 請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載の淡水化システムにおいて，
   前記制御手段は，前記前処理装置の処理水と前記逆浸透膜の濃縮水との有機物濃度の差に基づいて前記前処理装置の操作量を算出する
   ことを特徴とする淡水化システム。

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