JP2016221449A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆浸透膜の汚れをリアルタイムで予測しながら運転制御が可能な水処理システムを提供する。【解決手段】逆浸透膜１６と、逆浸透膜１６に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、逆浸透膜１６に付着する汚れの度合いを予測するファウラントセンサ１４と、連続運転中に、ファウラントセンサ１４によって予測された逆浸透膜１６の汚れの度合いに基づいて、逆浸透膜１６に供給する処理水の供給条件を制御する制御部５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は水処理システムに関する。

海水淡水化に使用される逆浸透膜を備えた水処理システムでは、逆浸透膜の汚染のコントロールが安定的な運転のための重要な課題となっている。この水処理システムの安定運転を妨げる要因として、逆浸透膜面上に蓄積する有機物汚れや、生物増殖による汚れ（バイオファウリング）が大きな課題となっている。また、これらの汚れの抑制のために薬剤が使用され、この薬剤の過剰な使用は水処理システムの運転コスト増大の一因となっている。

逆浸透膜の汚染の把握方法として、従来は、逆浸透膜ベッセルにおける入口と出口との間の圧力損失（ΔＰ）が測定され、この圧力損失の大きさに基づいて汚れの程度を評価していた。しかし、この方法では、急激な圧力上昇への対応や逆浸透膜の不可逆的な汚染を予防することが困難である。そこで、より正確な評価を目的として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、バイオフィルム形成基材を配しておき、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量を１日〜６ヶ月に１回の頻度で評価し、その評価結果に基づいて、逆浸透膜ろ過プラントの運転方法を制御することが記載されている。

国際公開第２００８／０３８５７５号

特許文献１に記載の技術では、バイオフィルム量の測定は、バイオフィルムが付着した逆浸透膜を切りだして、その付着しているバイオフィルム量を測定することで、行われている（特に、特許文献１の明細書段落００５３参照）。従って、特許文献１に記載の技術では、連続的（リアルタイム）に汚染の度合いを把握することは出来ない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものあり、本発明が解決しようとする課題は、逆浸透膜の汚れを連続的に把握しながら汚染の度合いに応じた運転の制御が可能な水処理システムを提供することである。

本発明者らは前記の課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、以下のようにすることで前記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明の要旨は、逆浸透膜と、当該逆浸透膜に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、当該逆浸透膜に付着する汚れの度合いを予測する汚れ予測装置と、連続運転中に、当該汚れ予測装置によって予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給する処理水の供給条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、水処理システムに関する。

本発明によれば、逆浸透膜の汚れを連続的に把握しながら汚染の度合いに応じた運転の制御が可能な水処理システムを提供することができる。

第一実施形態の海水淡水化システムの系統図である。 第一実施形態の海水淡水化システム（本発明）及び従来の海水淡水化システム（従来）における逆浸透膜についての、（ａ）連続運転時間に対する圧力損失ΔＰの変化、（ｂ）連続運転時間に対するファウラントセンサからの出力値の変化を示すグラフである。 第一実施形態の海水淡水化システムに備えられるファウラントセンサの斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３に示すファウラントセンサを構成する各部材の斜視図であり、（ａ）は上側部材の下方からの斜視図、（ｂ）は下側部材に評価膜及びスペーサを載置した状態の上方からの斜視図、（ｃ）は下側部材のみの上方からの斜視図である。 第一実施形態の海水淡水化システムに備えられるファウラントセンサの別の形態についての斜視図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 図６に示すファウラントセンサ６０の原理を説明する図であり、（ａ）は図６に示すファウラントセンサ６０を利用したインピーダンス測定による汚れの予測方法を説明する回路図、（ｂ）は逆浸透膜１６に汚れが付着していないときのファウラントセンサ６０の様子、（ｃ）逆浸透膜１６に汚れがやや付着したときのファウラントセンサ６０の様子、（ｄ）は逆浸透膜１６に大きな汚れが付着したときのファウラントセンサ６０を示す図である。 図６に示すファウラントセンサを構成する各部材の斜視図であり、（ａ）は上側部材の下方からの斜視図、（ｂ）は下側部材に評価膜及びスペーサを載置した状態の上方からの斜視図、（ｃ）は下側部材のみの上方からの斜視図である。 第一実施形態の海水淡水化システムにおいて行われる制御を示すフローチャートである。 第二実施形態の海水淡水化システムの系統図である。 第二実施形態の海水淡水化システムにおいて行われる制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について図面を参照しながら説明する。各図において同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する内容の説明は省略するものとする。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施可能である。

図１は、第一実施形態の海水淡水化システム１００の系統図である。図１に示す海水淡水化システム１００（水処理システム）は、逆浸透膜１６を用いて、海水（処理水）から淡水を得るものである。海水淡水化システム１００は、砂濾過槽等の前処理装置１０と、逆浸透膜１６と、海水を送液するための供給ポンプ１１と高圧ポンプ１５とを備えている。従って、海水淡水化システム１００の通常運転時には、前処理装置１０によって異物が除去された後の海水が、高圧ポンプ１５によって逆浸透膜１６を供されることで、透過水（淡水）と濃縮水とが得られる。

また、海水淡水化システム１００では、淡水を得る際に用いる逆浸透膜１６に付着した汚れを予測し逆浸透膜１６の汚染防止を行うための、ファウラントセンサ１４（汚れ予測装置）と、薬液注入タンク１３（汚染防止剤タンク）と薬液注入ポンプ１２（汚染防止剤注入ポンプ）とこれらを制御する制御部５０とを備えている。ここでいう「薬液」は、逆浸透膜１６に生じうるファウラントを剥離させる効果のあるファウリング防止剤である。さらに、ファウラントセンサ１４に対して、逆浸透膜１６の先頭膜における膜面流速と同じか、あるいはより高い膜面流速（例えば数倍程度）の海水をファウラントセンサ１４に供給するためのポンプ１７が備えられている。ポンプ１７によって多くの量の海水がファウラントセンサ１４に供給されることで、逆浸透膜１６に対してよりも、ファウラントセンサ１４を構成する評価膜２８（図４を参照しながら後記する）に対して汚れの付着が促されている。そのため、逆浸透膜１６対する汚れの付着を、ファウラントセンサ１４によっていち早く検出することができる。
なお、逆浸透膜１６の先頭膜における海水の膜面流速、及び、ファウラントセンサ１４に対して供給する海水の膜面流速は、供給水量を膜面上（逆浸透膜１６及び評価膜２８の面上）の通水流路断面積で除することで算出することができる。

薬液タンク１３には、薬液の貯留量を監視するための液面センサ１３ａが備えられている。海水淡水化システム１００の連続運転時間が長くなると、逆浸透膜１６にファウリング等の汚れが付着（汚染）し、淡水化効率が低下する。そこで、海水淡水化システム１００では、ファウラントセンサ１４の出力値に基づいて注入する薬液の量を制御することで、逆浸透膜１６に供給される海水に含まれる薬液濃度（海水の供給条件）が制御され、これにより、逆浸透膜１６の汚染防止が適切に行われるようになっている。

ファウラントセンサ１４の詳細な構成については図３等を参照しながら後記するが、ファウラントセンサ１４には、逆浸透膜１６を模した評価膜２８（評価部材）が備えられている。そして、この評価膜２８に汚れが付着（汚染）することで、ファウラントセンサ１４からの出力値が変化し、これにより、逆浸透膜１６への汚れの度合いが予測されるようになっている。

なお、制御部５０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、制御部５０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

図２は、第一実施形態の海水淡水化システム１００（本発明）及び従来の海水淡水化システム（従来）における逆浸透膜についての、（ａ）連続運転時間に対する圧力損失ΔＰの変化、（ｂ）連続運転時間に対するファウラントセンサ１４からの出力値の変化を示すグラフである。図２（ｂ）の「従来」で示されるプロットは、もし従来の海水淡水化システムにファウラントセンサを設けていたならば検出されたと考えられる値を示したものである。

図２（ａ）の「本発明」のプロットに示されるように、海水淡水化システム１００では、ファウラントセンサ１４の出力値に基づいて逆浸透膜１６の汚染防止が行われているため、連続運転中、海水淡水化システム１００での圧力損失ΔＰはほとんど変化しない。一方で、従来の海水淡水化システムでは、図２（ａ）の「従来」のプロットに示されるように、連続運転時間が長くなると、圧力損失ΔＰが急激に大きくなるときがある。そこで、ファウラントセンサ１４を用いない従来の海水淡水化システムでは、このような圧力損失ΔＰの変化に基づいて、逆浸透膜の汚染防止が行われている。

ただし、圧力損失ΔＰの変化として検出されない範囲においても逆浸透膜１６の汚染は進行していると考えられるため、圧力損失ΔＰは感度の良い指標ではない。即ち、ファウラントセンサ１４の出力値は徐々に上昇しているにも関わらず（図２（ｂ）の「従来」）、圧力損失ΔＰは暫く上昇せず（図２（ａ）の「従来」）、ある運転時間で急激に増加している。そして、圧力損失ΔＰが明確に変化したときには、逆浸透膜には不可逆的な汚れが付着しているため、汚れを十分に除去できない可能性がある。

そこで、図２（ｂ）の「本発明」で示されるプロットのように、ファウラントセンサ１４からの出力値が所定値を超えたときに、逆浸透膜１６の汚染防止が行われている。特に、図２（ａ）の「本発明」のプロットで示されるように、圧力損失ΔＰを指標にすると検知できない程度の汚れが付着した比較的初期の段階で汚染防止が行われることで、逆浸透膜１６に回復が困難なほどの汚れが付着することが防止される。これにより、逆浸透膜１６が清浄に維持されて、逆浸透膜１６の長寿命化を図ることもできる。

図３は、第一実施形態の海水淡水化システム１００に備えられるファウラントセンサ１４の斜視図である。ファウラントセンサ１４は、内部に空間（評価流路、図４を参照しながら後記する）が形成されるように、下側部材２０と上側部材２１とが固定されている。これらは、ボルト穴２２に挿入されるボルト３３（図４では図示しない）により、固定される。また、ファウラントセンサ１４の上面には、下側部材２０と上側部材２１との間に形成される空間に対して海水が流入する流入口２３と、海水が流出する流出口２４とが形成されている。また、ファウラントセンサ１４の上面には、図３では図示しないＬＥＤ２７の光を検出するための受光素子２５が備えられている。

図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。下側部材２０と上側部材２１との間には、逆浸透膜１６（図１参照）を模した、逆浸透膜１６と同じ種類の逆浸透膜により構成される評価膜２８（評価部材）が配置されている。従って、流入口２３から流入した海水は、評価膜２８に接触しながら右側方向に進み、流出口２４から外部に流出するようになっている。なお、評価膜２８は、下側部材２０と上側部材２１との間に狭持され、Ｏリング２９，３０により、外部への海水の露出が防止されている。なお、下側部材２０と上側部材２１とは、前記のように、ボルト穴２２，３４及びボルト３３によって固定される。

評価膜２８の下方には、ＬＥＤ２７が配置されている。また、下側部材２０と上側部材２１との間に形成される空間（評価流路）を臨み、かつ、ＬＥＤ２７の上方には、ＬＥＤ２７からの光を受光する受光素子２５が配置されている。受光素子２５と当該空間との間には、レンズ２６が配置されている。従って、ＬＥＤ２７からの光は、評価膜２７を透過し、レンズ２６によって集光された後、受光素子２５に受光されることになる。

なお、図示はしないが、受光素子２５及びＬＥＤ２７には、制御部５０（図１参照）に接続される電気信号線が接続されている。従って、ＬＥＤ２７の点灯消灯の制御や、受光素子２５において受光された光量の把握等は、制御部５０によって行われることになる。

前記のように、流入口２３から流入した海水は、評価膜２８に接触しながら右側方向に進み、流出口２４から外部に流出する。そのため、連続運転時間（運転開始又は前回のＣＩＰ洗浄のうちの直近の時から経過した時間）が長くなると、評価膜２８には、逆浸透膜１６と同様に汚れが付着する。そのため、汚れが付着すれば、汚れによってＬＥＤ２７からの光が遮られることになり、これにより、受光素子２５によって受光される光量が低下することになる。そこで、この光量の低下量を検出し、逆浸透膜１６の汚れの度合いが予測されている。

なお、図４では図示しないが、評価膜２８の表面を覆うようにスペーサ３１が配置されている。スペーサ３１については図５を参照しながら後記する。

図５は、図３に示すファウラントセンサ１４を構成する各部材の斜視図であり、（ａ）は上側部材２１の下方からの斜視図、（ｂ）は下側部材２０に評価膜２８及びスペーサ３１を載置した状態の上方からの斜視図、（ｃ）は下側部材２０のみの上方からの斜視図である。図５には、図４では図示しなかったスペーサ３１も示されている。図５（ａ）に示すように、レンズ２６を覆うように、網目状のスペーサ３１が取り付けられている。また、図５（ｂ）に示すように、この網目状のスペーサ３１は評価膜２８の表面に載置されている。スペーサ３１を配置することにより、評価膜２８近傍の環境と、汚れの付着の度合いを予測する逆浸透膜１６の膜面上の環境とを似せることができ、逆浸透膜１６への汚れの付着の様子が、評価膜２８においても良好に再現される。なお、スペーサ３１によりレンズ２６の一部が覆われることがあるが、前記のように光量の変化量に基づいて汚れの度合いが予測されるため、スペーサ３１の位置がずれなければ影響はない。

さらに、図５（ｃ）に示すように、評価膜２８（図５（ｂ）参照）により覆われるように評価膜２８の下方には、複数のＬＥＤ２７が配置されている。このＬＥＤ２７を囲うように、図５では図示しないＯリング２９，３０（図４参照）が配置される溝がレースウェイ状に形成されている。

さらに、この評価膜２８の大きさは、逆浸透膜１６が海水を透過するときの流路幅と同じ流路幅になるような大きさになっている。従って、ファウラントセンサ１４に備えられる評価膜２８は、逆浸透膜１６と同じ材質でかつ同じ流路幅になっており、これにより、逆浸透膜１６の汚れの付着の様子が精度よく予測可能となる。

図６は、第一実施形態の海水淡水化システム１００に備えられるファウラントセンサ１４の別の形態についての斜視図である。図６に示す形態に係るファウラントセンサ６０の上面には、受光素子等は備えられておらず、内部の空間（評価流路）に海水を流入させるための流入口２３と、内部の海水が排出されるための流出口２４と、のみが形成されている。

図７は、図６のＢ−Ｂ線断面図である。ファウラントセンサ６０には、評価膜２８（評価部材）を挟むようにして、一組の電極６１，６２が備えられている。そして、詳細は図８を参照しながら後記するが、ファウラントセンサ６０は、この一組の電極６１，６２を備えるコンデンサのような作用を生じさせることで、評価膜２８に付着した汚れの程度を判断している。なお、図示はしないが、電極６１，６２には、制御部５０（図１参照）に接続される電気信号線が接続されている。また、図４と同様に図７でも図示していないが、評価膜２８の表面にはスペーサ３２が配置されている。

また、評価膜２８の上側には、実線矢印で示す方向に海水が通流している。さらに、評価膜２８の下側には、破線矢印で示す方向に、純水又は塩水が通流している。評価膜２８の下側に純水又は塩水が通流することで、電極６１と電極６２との間が純水又は塩水で満たされ、電気的な測定が可能となる。また、場合によっては、海水よりも高浸透圧の塩水を通水することで、評価膜２８に対して機械的な圧力をかけることなくろ過フラックスを発生させながら運転を行うことが出来る。即ち、評価膜２８の上側と下側との間の水の行き来は評価膜２８の上側と下側に通流する液体の浸透圧差によってコントロールすることが可能である。

ここで、ファウラントセンサ６０による、逆浸透膜１６に付着した汚れの予測方法を説明する。

図８は、図６に示すファウラントセンサ６０の原理を説明する図であり、（ａ）は図６に示すファウラントセンサ６０を利用したインピーダンス測定による汚れの予測方法を説明する回路図、（ｂ）は逆浸透膜１６に汚れが付着していないときのファウラントセンサ６０の様子、（ｃ）逆浸透膜１６に汚れがやや付着したときのファウラントセンサ６０の様子、（ｄ）は逆浸透膜１６に大きな汚れが付着したときのファウラントセンサ６０を示す図である。図８（ａ）に示すように、ファウラントセンサ６０と、交流電源７１と、抵抗７２と、整流回路７３とを備えてインピーダンス測定回路が構成されている。

整流回路７３は、交流電流を直流電流に変換するものである。交流電源７１及び抵抗７２はファウラントセンサ６０に対して直列に、また、整流回路７３はファウラントセンサ６０に対して並列に接続されている。そして、図示しない電圧計は、整流回路７３の出力端子Ｖ１とＶ２との間の電位差（整流回路７３の出力電圧、端子Ｖ１とＶ２との間の端子間電圧）を測定するようになっている。即ち、この実施形態では、ファウラントセンサ６０をコンデンサとするＣＲ直列回路に対して、定電流で交流電圧を印加したときの電圧変化からＣＲ直列回路のインピーダンスを測定し、一組の電極６１，６２間の静電容量が測定されるようになっている。

前記のように、ファウラントセンサ６０はコンデンサのような作用を示す。即ち、図７に示したように、ファウラントセンサ６０においては、評価膜２８（図７参照）を挟むようにして一組の電極６１，６２が配置されている。そのため、電極６１と電極６２との間に存在する海水や評価膜２８、汚れが付着したときにはファウラント等の全てを「一つの誘電体」と考え、誘電率の変化を測定することで、評価膜２８に付着した汚れを評価することができる。そして、誘電率の変化は、図８（ａ）に示した回路の端子Ｖ１とＶ２との電位差を測定することで、評価することができる。

例えば、図８（ｂ）に示すように、評価膜２８に汚れが付着していない状態は、電極６１と電極６２との間は一定の状態と考えることでき、Ｖ１とＶ２との電位差も一定となる。しかし、連続運転時間が長くなり、図８（ｃ）に示すように評価膜２８に汚れが付着し始めると、Ｖ１とＶ２との電位差に変化が生じ始める。そして、図８（ｄ）に示すように評価膜２８にさらなる汚れが付着すると、Ｖ１とＶ２との電位差は、汚れが付着していなかった図８（ｂ）に示すときの電位差から大きく変化する。これらのように、評価膜２８への汚れの付着の度合いにより電位差が変化するため、この変化に基づいて、逆浸透膜１６の汚れの度合いが予測される。

図９は、図６に示すファウラントセンサ６０を構成する各部材の斜視図であり、（ａ）は上側部材２１の下方からの斜視図、（ｂ）は下側部材２０に評価膜２８及びスペーサ３１を載置した状態の上方からの斜視図、（ｃ）は下側部材２０のみの上方からの斜視図である。図９（ａ）に示すように、電極６１は、流入口２３と流出口２４との間に、上側部材の下表面に固定されている。また、図９（ｂ）に示すように、前記のファウラントセンサ１４と同様に、評価膜２８の表面にはスペーサ３１が載置されている。さらに、図９（ｃ）に示すように、純水の流入口６３と流出口６４との間の下側部材２０の上表面には、電極６２が固定されている。

図１０は、第一実施形態の海水淡水化システム１００において行われる制御を示すフローチャートである。海水淡水化システム１００では、連続運転中、ファウラントセンサ１４の出力値に基づいて、逆浸透膜１６の汚染防止をするための薬液（汚染防止剤）の注入量が制御される。なお、図１０に示すフローは、特に断らない限り、図１において示した制御部５０によって実行される。

連続運転中、制御部５０は、ファウラントセンサ１４からの出力値を監視している。ここでいう「出力値」とは、受光素子２５（図４参照）により測定される光量に基づいて算出される、初期運転時の光量からの差分である。そして、制御部５０は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Ｓが予め決定された薬液注入開始閾値Ｓ１を超えたかどうかを判断している（ステップＳ１０１）。そして、センサ出力値Ｓが薬液注入開始閾値Ｓ１を超えたと判断した場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ方向）、制御部５０は、薬液注入ポンプ１２を制御して、逆浸透膜１６に供する海水への薬液注入を開始する（ステップＳ１０２）。このときの注入量は、薬液の海水への注入率（濃度）としてＲ１になる量である。

薬液注入開始後、制御部５０は、引き続きファウラントセンサ１４からの出力値を監視する。そして、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Ｓが、予め決定された薬液注入停止閾値Ｓ２を超えているかどうかを判断している（ステップＳ１０３）。そして、センサ出力値Ｓが薬液注入停止閾値Ｓ２を超えていない場合（センサ出力値Ｓと薬液注入停止閾値Ｓ２とが等しい場合を含む、ステップＳ１０３のＮｏ方向）、前記の薬液注入により逆浸透膜１６の汚染防止が十分に行われていると判断して、制御部５０は薬液注入を停止する（ステップＳ１０９）。その後は、前記のステップＳ１０１以降のステップが繰り返される。

一方で、前記のステップＳ１０３において、センサ出力値Ｓが薬液注入停止閾値Ｓ２を超えている場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ方向）、制御部５０は、センサ出力値Ｓが薬液注入率増加閾値Ｓ３を超えているかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。判断の結果、センサ出力値Ｓが薬液注入率増加閾値Ｓ３を超えていない場合（センサ出力値Ｓと薬液注入率増加閾値Ｓ３とが等しい場合を含む、ステップＳ１０４のＮｏ方向）、逆浸透膜１６の汚れはまだ存在するものの、前記の薬液注入率Ｒ１の薬液注入により十分な汚染防止が行われていると判断し、再度ステップＳ１０３以降のステップが繰り返される。一方で、センサ出力値Ｓが薬液注入率増加閾値Ｓ３を超えている場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ方向）、制御部５０は、薬液注入率Ｒ１の薬液注入では逆浸透膜１６の汚れは十分に除去できないと判断する。そこで、制御部５０は、薬液注入ポンプ１２を制御して、薬液の注入率をＲ１からＲ２に上昇させる（ステップＳ１０５）。

薬液注入率Ｒ２での薬液注入開始後も、制御部５０は、引き続きファウラントセンサ１４からの出力値を監視している。そして、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Ｓが、前記の薬液注入停止閾値Ｓ２を超えているかどうかを判断している（ステップＳ１０６）。この判断の結果、センサ出力値Ｓが薬液注入停止閾値Ｓ２を超えていない場合（センサ出力値Ｓと薬液注入停止閾値Ｓ２とが等しい場合を含む、ステップＳ１０６のＮｏ方向）、前記のステップＳ１０３と同様に、制御部５０は薬液注入を停止する（ステップＳ１１１０）。その後は、前記のステップＳ１０１以降のステップが繰り返される。

一方で、前記のステップＳ１０６において、センサ出力値Ｓが薬液注入停止閾値Ｓ２を超えている場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ方向）、制御部５０は、センサ出力値ＳがＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ４を超えているかどうかを判断する（ステップＳ１０７）。判断の結果、センサ出力値ＳがＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ４を超えていない場合（ステップＳ１０７のＮｏ方向）、逆浸透膜１６の汚れはまだ存在するものの、前記の薬液注入率Ｒ２の薬液注入により十分な汚染防止が可能であると判断し、再度ステップＳ１０６以降のステップが繰り返される。

一方で、センサ出力値ＳがＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ４を超えている場合（ステップＳ１０７のＹｅｓ方向）、制御部５０は、薬液注入率Ｒ２の薬液注入では逆浸透膜１６の汚れは十分に除去できないと判断する。即ち、薬液注入だけでは、逆浸透膜１６の汚染防止は不十分であると判断する。そこで、制御部５０は、供給ポンプ１１を停止して海水淡水化運転を停止した後、図示しないＣＩＰ洗浄剤タンクに貯留されたＣＩＰ洗浄剤を用いて逆浸透膜１６のＣＩＰ洗浄を行う（ステップＳ１０８）。

図１０に示すフローでは、逆浸透膜１６の汚れの度合いを予測しながら、薬液の注入率の変化やＣＩＰ洗浄の時期が判断されている。そのため、薬液の注入量や注入時期を最適化しながら連続的に海水淡水化を行うことができ、過剰な薬液の注入を抑制することができる。また、汚れの度合いがさほど大きくない段階から薬液を注入することで、不可逆な汚れの付着が防止され、長寿命化を図ることができる。また、汚れの度合いがさほど大きくないにも関わらずＣＩＰ洗浄が行われることを防止でき、ＣＩＰ洗浄剤の不必要な使用や、ＣＩＰ洗浄に伴う長時間の運転停止を抑制することができる。

図１１は、第二実施形態の海水淡水化システム２００の系統図である。前記の海水淡水化システム１００では、ファウラントセンサ１４からの出力値に基づいて、薬液の注入量や注入時期を決定するようにしたが、図１１に示す海水淡水化システム２００では、当該出力値に基づいて、前処理装置８１（特許請求の範囲でいう「前処理装置」に相当）の接続の有無が切り替えられるようになっている。具体的には、制御部５０は、ファウラントセンサ１４からの出力値に基づいて、三方弁８０を切り替える。これにより、前処理装置１０から逆浸透膜１６に至る処理水流路が分岐して分岐流路が形成され、この分岐流路に海水を通流させることで、前処理装置１０により処理された後の海水をさらに前処理装置８１に供給するようになっている。

海水の取水場所や季節、時間帯等によっては、海水に含まれる異物の大きさが異なり、砂濾過槽等の前処理装置１０のみでは十分な異物の除去を行うことができない場合がある。例えば、赤潮が発生した海水の水質は悪いため、通常運転時の前処理装置１０のみでは不十分となり、異物が十分に除去できない結果、逆浸透膜１６に汚れが付着し易くなる。即ち、逆浸透膜１６に汚れが付着する速度が速くなる。そこで、海水淡水化システム２００では、ファウラントセンサ１４からの出力値に基づいて、砂濾過槽等の前処理装置１０に加えて、さらに細かな濾過が可能な例えば限外濾過膜（ＵＦ）や精密濾過膜（ＭＦ）等の前処理装置８１が併用されるようになっている。

図１２は、第二実施形態の海水淡水化システム２００において行われる制御を示すフローチャートである。図１２に示すフローも、特に断らない限り、図１１において示した制御部５０によって実行される。

海水淡水化システム２００では、連続運転中、前処理装置１０によってのみ、逆浸透膜１６に供給する海水の前処理が行われている。即ち、前処理装置１０からの海水は直接逆浸透膜１６に供給されている。さらに、連続運転中、制御部５０は、ファウラントセンサ１４からの出力値を監視している。また、この出力値は、図示しないＨＤＤ等に記録されている。ここでいう「出力値」とは、受光素子２５（図４参照）により測定される光量に基づいて算出される、初期運転時の光量からの差分である。

そして、制御部５０は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Ｓが予め決定されたＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ５を超えたかどうかを判断している（ステップＳ２０１）。そして、センサ出力値ＳがＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ５を超えたと判断した場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ方向）、逆浸透膜１６に付着した汚れの度合いが大きいと判断し、前記の図１０に示したフローと同様にしてＣＩＰ洗浄が行われる（ステップＳ１０８）。

一方で、ステップＳ２０１において、センサ出力値ＳがＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ５を超えていない判断した場合（センサ出力値ＳとＣＩＰ洗浄実行閾値Ｓ５とが等しい場合、ステップＳ２０１のＮｏ方向）、制御部５０は、センサ出力値Ｓの変化速度ΔＳが前処理装置切り替え閾値ΔＳ６を超えたかどうかを判断する（変化速度ΔＳと前処理装置切り替え閾値ΔＳ６とが等しい場合を含む、ステップＳ２０２）。変化速度ΔＳは、ＨＤＤに記録された時間ごとのファウラントセンサ１４からの出力値を用いて算出される。そして、センサ出力値Ｓの変化速度ΔＳが前処理装置切り替え閾値ΔＳ６を超えた場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ方向）、制御部５０は、汚れの付着速度が速すぎると判断し、海水に対してさらなる前処理が必要であると判断する。そこで、制御部５０は三方弁８０を切り替え（ステップＳ２０３）、前処理装置１０に加えて前処理装置８１による前処理の実行が開始される（ステップＳ２０４）。これにより、前処理装置１０からの海水は、前処理装置８１を経由し、逆浸透膜１６に供給されることになる。

その後、前処理装置１０に加えて前処理装置８１による前処理の実行中においても、制御部５０は、引き続きファウラントセンサ１４からの出力値を監視し、変化速度ΔＳを算出している。そして、制御部５０は、この監視中所定時間ごとに、センサ出力値Ｓの変化速度ΔＳが予め決定された緊急停止閾値ΔＳ７を超えたかどうかを判断している（ステップＳ２０５）。そして、センサ出力値Ｓの変化速度ΔＳが予め決定された緊急停止閾値ΔＳ７を超えたと判断した場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ方向）、制御部５０は、前処理装置１０，８１の双方を用いても汚れの付着速度の抑制を行うことはできないと判断する。そこで、制御部５０は、供給ポンプ１１を停止させて、前記の図１０に示したフローと同様にしてＣＩＰ洗浄を行う（ステップＳ１０８）。

図１２に示すフローにより、逆浸透膜１６への汚れの付着速度を予測しながら、連続的に海水淡水化を行うことができる。そのため、単一の前処理装置１０のみを使用した場合と比較して逆浸透膜１６への汚れの付着速度を遅くすることができ、ＣＩＰ洗浄の頻度を抑制することができる。これにより、ＣＩＰ洗浄に伴うＣＩＰ洗浄剤の使用コストや海水淡水化システム２００の停止に伴う淡水調製コストの増大を抑制することができる。

また、第二実施形態の海水淡水化システム２００では、前記の海水淡水化システム１００と同様に、ファウラントセンサ１４に対する汚れの付着が促されている。そのため、赤潮等によって海水の水質が急激に悪化した場合でも、ファウラントセンサ１４を用いることで、逆浸透膜１６での汚れの度合いを速やかに予測することができる。これにより、逆浸透膜１６に対して不可逆的な汚れが付着することが防止され、逆浸透膜１６の急閉塞を防止することができる。

以上、図面を適宜参照しながら本実施形態を説明したが、本実施形態は前記の内容になんら制限されるものではない。

例えば、図１に示す形態では、ファウラントセンサ１４を構成する評価膜２８への汚れの付着を促すため、ポンプ１７を備えたが、ポンプ１７に代えて、又はポンプ１７とともに、高温（例えば３７℃程度）の海水を評価膜２８に供給するための加温装置を備えてもよい。バイオファウリングの原因となる微生物が繁殖し易い温度の海水を通流させることで、評価膜２８への微生物の繁殖をより促すことができる。

さらに、前記の実施形態では、ファウラントセンサ１４に供給される海水の膜面流速と、逆浸透膜１６に供給される海水の膜面流速とを比較した際に、ファウラントセンサ１４に供給される海水の膜面流速の方が早くなるようにポンプ１７を制御したが、ファウラントセンサ１４を構成する評価膜２８への汚れの付着を促すことができれば、膜面に対する流速でなくても、単なる流速を指標にポンプ１７を制御してもよい。具体的には例えば、ファウラントセンサ１４の直前に設けられたポンプ１７を駆動させて流速を加速させることでも、評価膜２８への汚れの付着を促すことができる。

また、評価膜２８への汚れをよりいっそう促す観点から、評価膜２８の表面電荷を変化させて、微生物の繁殖が行われ易い環境にしてもよい。表面電荷を変化させる方法としては、例えば、評価膜２８の表面に多糖類等を塗布する方法がある。

さらに、図１１に示す形態では、前処理装置８１は、前処理装置１０とともに設置されているが、この前処理装置１０は使用されなくてもよい。即ち、通常運転時には前処理装置を経ずに逆浸透膜１６に直接供給されているが、三方弁８０が切り替えられることで、前処理装置８１が接続されるようにしてもよい。

また、前記の実施形態では処理水として海水を用いたが、処理水は海水に限られず、どのようなものであってもよい。

１０，８１ 前処理装置
１２ 薬液注入ポンプ（汚染防止剤注入ポンプ）
１３ 薬液タンク（汚染防止剤タンク）
１４，６０ ファウラントセンサ（汚れ予測装置）
１６ 逆浸透膜
２８ 評価膜（評価部材）
６１，６２ 一組の電極
５０ 制御部
７１ 交流電源
７３ 整流装置
１００，２００ 海水淡水化システム

Claims (5)

1. 逆浸透膜と、
   当該逆浸透膜に供給される処理水が通流する処理水流路に対して並列に接続され、当該処理水流路を通流する処理水の一部が供給されることで、前記逆浸透膜に付着する汚れの度合いを予測する汚れ予測装置と、
   連続運転中に、当該汚れ予測装置によって予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給する処理水の供給条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、水処理システム。
2. 前記逆浸透膜の汚染を防止する汚染防止剤を貯留する汚染防止剤タンクと、
   当該汚染防止剤タンクに貯留された汚染防止剤を、前記逆浸透膜に供給される処理水に注入する汚染防止剤注入ポンプと、を備え、
   前記制御部は、前記汚れ予測装置により予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記逆浸透膜に供給される処理水に対して注入する汚染防止剤の量を変更するように、前記汚染防止剤注入ポンプを制御することを特徴とする、請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記逆浸透膜に供給される海水を、前記逆浸透膜に供給される前に処理する前処理装置と、
   前記処理水流路から分岐して、前記前処理装置に接続される分岐流路と、を備え、
   前記演算部は、前記汚れ予測装置により予測された前記逆浸透膜の汚れの度合いに基づいて、前記処理水流路を通流して直接前記逆浸透膜に、又は、前記前処理装置を経由して前記逆浸透膜に処理水が供給されるように、処理水の流路を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 前記汚れ予測装置は、
   前記処理水流路を通流する処理水の一部が通流する評価流路と、
   前記評価流路を通流する処理水に接触可能に配置されることで、処理水の通流に伴って汚れが付着する評価部材と、
   前記評価膜を挟むようにして配置された一組の電極と、
   当該一組の電極に対して直列に接続された交流電源と、
   前記一組の電極に直列に接続され、交流電流を直流電流に変換する整流装置と、
   当該整流装置での出力電圧を測定する電圧計と、を備えて構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の水処理システム。
5. 前記汚れ予測装置は、供給される処理水に接触可能に配置されることで、処理水の通流に伴って汚れが付着する評価部材を備えて構成され、
   前記汚れ予測装置に供給される処理水の流速が前記逆浸透膜に供給される処理水の流速よりも速い速度になるように前記汚れ予測装置に処理水が供給されることで、前記評価部材への汚れの付着が促されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の水処理システム。

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