JP2017006833A - 監視制御装置及びそれを備える水処理システム並びに水処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
被処理水中の硫酸イオンを除去する硫酸イオン除去部の長寿命化を可能とし得る監視制御装置及び水処理システム並びに水処理方法を提供する。
【解決手段】
水処理システム1は、流入配管22より導入される油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管23へ送水する硫酸イオン除去部10、及び流入配管22より分岐し被処理水を流出配管23へ通水するバイパス配管24を有する水処理設備3と、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測するモニタリング部7、及びモニタリング部7より得られる硫酸イオン濃度に基づき、硫酸イオン除去部10への被処理水の供給流量Q2及びバイパス配管24への被処理水の供給流量Q1を求める流量制御部8を有する監視制御装置2を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、原油増進回収法(EOR:Enhanced Oil Recovery)向けの水処理システムに係り、特に、被処理水中の硫酸イオンの濃度管理を好適に行い得る監視制御装置及びそれを備える水処理システム並びに水処理方法に関する。
油層から原油を採取する方法として、従来、岩盤中に蓄えられた圧力を利用した自噴採油が用いられてきた。しかし、原油の回収率を向上させる目的で近年様々な採取法が開発されてきている。これらはEORと呼ばれるもので、その代表例として、水攻法やケミカル攻法などがある。水攻法は、油層に水を圧入することで人工的に排油エネルギーを付与して生産レートを維持し、究極採収率を向上させる方法である。また、その発展型としてのケミカル攻法は、化学薬剤或いはその混合物を油層に圧入して原油の採収率の向上を図る方法を総称するが、使用する薬剤により界面活性剤攻法(surfactant flood)、ポリマー攻法(polymer flood)、アルカリ攻法(caustic flood)に分類され、採収率向上の原理もそれぞれ異なる。界面活性剤攻法は、界面活性剤を主成分とする溶液を含む一連の流体を油層に圧入することで、原油と水との間の界面張力を低下させ、毛管現象により捕捉されている原油を引き出して採収する攻法である。
これらの方法で用いられる水の水質管理は、生産量に直結する重要な要素である。例えば、SS(Suspended Solids)は、原油が通過する経路となる油層岩の細孔や配管を閉塞させる原因となるため、粒径と濃度が管理される。また、地下は還元雰囲気であるため、これを維持し酸化物の析出を抑制するために、溶存酸素濃度が管理される。さらに、地中に含まれるBa又はSr等のアルカリ土類金属元素と結合して硫酸塩の固体を形成する硫酸イオンも管理項目の一つとなる。硫酸イオンは主として海水を淡水化してEORに適用する場合に混入する。水中の硫酸イオンを除去する方法として、近年、NF(nano filtration)膜が導入されている。NF膜はNaClを脱塩するRO膜に比べ膜透過にかかる圧損が小さいため、比較的簡便・低エネルギーで硫酸イオンの対策ができる点が特徴である。例えば、特許文献1では、海水淡水化システムにおいて、RO膜の前段にNF膜を配し、NF膜を透過させることで、海水中の硫酸イオン(SO ――)の大部分を硫酸マグネシウム(MgSO)として除去する技術が提案されている。これにより、後段に配されるRO膜に析出されるスケール、すなわち、硫酸カルシウムの析出を抑制するものである。
特開平9−141260号公報
しかしながら、特許文献1には、RO膜の前段にNF膜を配する海水淡水化システムが開示されるものの、水質目標に対してその運転管理方法を制御するものではない。そのため、一定の運転を行うと、例えば、被処理水である原水の水質が変動し、被処理水中の硫酸イオン濃度が低下した場合であっても、被処理水を常にNF膜処理することとなる。従って、NF膜のファウリングが促進され、或いは、ファウリングを抑制するため、仮に所定の運転期間毎に薬剤による膜の洗浄を行うと、逆に、NF膜の素材を劣化させ、NF膜の寿命が短縮化される課題がある。
また、上述の特許文献1に記載される技術を、EORに適用した場合、EORに用いる水の供給量が数万m/d規模の大型施設になると、NF膜処理設備に係る初期コストが大きくなるのに加え、消耗品であるNF膜の寿命の短縮化により、ランニングコストが増大し、石油生産に係る費用の増加を招くことになる。
そこで本発明は、被処理水中の硫酸イオンを除去する硫酸イオン除去部の長寿命化を可能とし得る監視制御装置及びそれを備える水処理システム並びに水処理方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の水処理システムは、流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備と、前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測するモニタリング部と、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を制御する流量制御部と、を有する監視制御装置と、を備え、前記流量制御部は、前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする。
また、本発明の監視制御装置は、流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備を制御する監視制御装置であって、前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測するモニタリング部と、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を制御する流量制御部と、を備え、前記流量制御部は、前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする。
更にまた、本発明の水処理方法は、流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備の水処理方法であって、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測し、前記計測された硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする。
本発明によれば、被処理水中の硫酸イオンを除去する硫酸イオン除去部の長寿命化を可能とし得る監視制御装置及びそれを備える水処理システム並びに水処理方法を提供できる。
例えば、硫酸イオン濃度をオンラインでモニタリングし、モニタリング結果に基づき水質目標を満たす最低限の硫酸イオンが、硫酸イオン除去部により処理されるため、硫酸イオン除去部の負荷を軽減でき、硫酸イオン除去部を長期間使用することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例に係る実施例1の水処理システムの全体概略構成図である。 図1に示す監視制御装置を構成する流量制御部の機能ブロック図である。 図1に示す監視制御装置による水処理設備の制御フロー図である。 図1に示す実施例1の水処理システムの変形例を示す全体概略構成図である。 本発明の他の実施例に係る実施例2の水処理システムの全体概略構成図である。 図5に示す監視制御装置による水処理設備の制御フロー図である。 本発明の他の実施例に係る実施例3の水処理システムの全体概略構成図である。 本発明の他の実施例に係る実施例4の水処理システムの全体概略構成図である。 本発明の他の実施例に係る実施例5の水処理システムの全体概略構成図である。
本明細書において、本実施形態に係る水処理システムは、被処理水として、随伴水、海水或いは汽水等を対象とし、以下では一例として水処理システムを構成する水処理設備をEORに適用した場合を想定し説明する。従って、被処理水は随伴水、すなわち、少なくとも油分を含む被処理水をその処理対象として説明するが、これに限られるものではない。
また、本明細書において、以下に説明する水処理設備は、図示しない前処理部及び後処理部を備える。前処理部は、例えば、少なくとも油分を含む被処理水へ凝集剤を投入し、凝集剤に被処理水中の有機物等のSS(Suspended Solids)を捕捉しフロックを形成する凝集槽、或いは、被処理水へpH調整剤を投入し、被処理水のpHを調整するpH調整部等、必要に応じて適宜設けられる。また、後処理部は、図示しない、硫酸イオンが除去された処理水、或いは、水質基準に適合する、硫酸イオンが低減された処理水を、RO膜等の膜分離部を透過させることにより造水する設備、或いは、上記硫酸イオンが低減された処理水を油層に注入する工程等が、必要に応じて適宜設けられる。
また、本明細書において、後述する硫酸イオン除去部により油分を含む被処理水中の硫酸イオンが除去され処理水タンクに導入される処理水、及び、硫酸イオン除去部を通流することなく、バイパス配管を介して処理水タンクに導入される被処理水の双方を、処理水と呼称する場合がある。すなわち、硫酸イオン除去部への通流の有無にかかわらず、処理水タンクに導入される水を、本明細書では処理水と呼称するものである。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る実施例1の水処理システムの全体概略構成図である。図1に示すように、水処理システム1は、水処理設備3と、水処理設備3を制御する監視制御装置2を備える。
水処理設備3は、少なくとも油分を含む被処理水の流れに沿って、その上流側より、油分を含む被処理水を一時的に蓄える被処理水タンク4、油分を含む被処理水中の硫酸イオンの濃度を調整する硫酸イオン濃度調整部5、及び硫酸イオン濃度調整後の処理水を一時的に貯留する処理水タンク6を有する。上述の通り、被処理水タンク4には、図示しない凝集槽によりSSが除去された被処理水、或いはpH調整後の被処理水が流入する。また、処理水タンク6に貯留される処理水は、後段の図示しないRO膜による脱塩処理、或いは、EOR用に処理水を油層へ注入する設備等へ供給される。
硫酸イオン濃度調整部5は、流入配管22を介して被処理水タンク4に接続される硫酸イオン除去部10、硫酸イオン除去部10により被処理水中の硫酸イオン濃度が調整された処理水を処理水タンク6へ送水する流出配管23を有する。また、硫酸イオン濃度調整部5は、流入配管22を介して硫酸イオン除去部10へ流入する、油分を含む被処理水の流量を計測するための流量計F2が取り付けられている。また、流入配管22の流量計F2よりも上流側に流量調整部11bが設けられ、流量調整部11bの上流側の流入配管22より分岐し、硫酸イオン除去部10を通流することなく被処理水が流出配管23へと合流するバイパス配管24を有する。バイパス配管24には、バイパス配管24内を通流する被処理水の流量を計測するための流量計F1が取り付けられ、バイパス配管24の流量計F1よりも上流側に流量調整部11aが設けられている。流出配管23には、バイパス配管24との合流部よりも下流側に、処理水タンク6へと送水される硫酸イオン除去部10により硫酸イオン濃度が調整された処理水及び/又はバイパス配管24を通流する被処理水の流量を計測するため流量計F3が取り付けられている。更に、硫酸イオン濃度調整部5は、バイパス配管24の分岐部と流量調整部11bの間に、流入配管22より分岐し、油分を含む被処理水の一部を、後述する監視制御装置2を構成するモニタリング部7へ導入するためのサンプリング配管25を備える。なお、サンプリング配管25の流入配管22における分岐部は、これに限らず、バイパス配管24の流入配管22の分岐部よりも上流側としても良い。
ここで、硫酸イオン除去部10は、例えば、NF膜、RO膜、凝集沈殿、又はイオン交換等の処理により構成される。流量調整部11a,11bは、ポンプ及び/又はバルブにより実現される。なお、流量調整部11a,11bとして用いられるポンプ及び/又はバルブは、少なくとも、硫酸イオン除去部10の処理を可能とする水量・水圧を供給できる仕様が必要である。本実施例では、これら流量調整部11a,11bを、インバータにより無段階の流量調整が可能なポンプを想定する。流量計F1,F2,F3は、それぞれ、バイパス配管24へ供給される油分を含む被処理水の流量、硫酸イオン除去部10へ供給される油分を含む被処理水の流量、及び、これらが合流した後に流出配管23を介して処理水タンク6へ送水される処理水の流量を計測する。
図1に示すように、監視制御装置2は、サンプリング配管24を介して導入される、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を所定の周期で計測するモニタリング部7、及び、流量計F1〜F3の計測値及びモニタリング部7により計測された硫酸イオン濃度に基づき流量調整部11a,11bを制御する流量制御部8を有する。また、監視制御装置2は、モニタリング部7、流量制御部8、各流量計F1〜F3、及び、流量調整部11a,11bを通信可能に接続するネットワーク9を備える。流量計F1〜F3の計測値は、ネットワーク9を介して、流量制御部8へ連続的に送信される。
モニタリング部7は、硫酸イオン検出用電極12、硫酸イオン選択透過膜13、前処理部14、及びサンプリング配管25に取り付けられるサンプリングポンプ15を備える。硫酸イオン検出用電極12は、例えば、Ag/AgCl電極が用いられ、KCl溶液中で使用される。また、硫酸イオン選択透過膜は、例えば、イオノフォア、すなわち、生体膜において、特定のイオンの透過性を増加させる能力を有する脂溶性分子の総称であり、本実施例においては、硫酸イオンのみを選択的に透過させるものとして、1,3−[Bis(3−phenylthioureidomethyl)]benzeneを用いることができる。前処理部14による処理対象は、サンプリングポンプ15によりサンプリング配管25を介して導入される、油分を含む被処理水中のSS成分及び油分を含む有機物である。SS成分は、MF(Micro filtration)膜等の膜処理、沈降、或いは凝集沈殿処理により除去する。一方、油分を含む有機物の除去は、活性炭、油水分離膜、凝集沈殿、或いはオゾン等を適用することができる。また、油分を含む被処理水中の塩や硫酸イオン濃度、または、硫酸イオンの水質目標値が、モニタリング部7にて計測可能な濃度領域を超える場合には、純水等により被処理水を希釈する希釈装置を設ける。これにより、適切な硫酸イオン濃度の計測が可能となり、流量制御部8による制御精度が向上する。サンプリングポンプ15は、サンプリング配管25より導入される油分を含む被処理水を、上述の前処理及び電気化学的な硫酸イオン濃度測定が可能な水量を連続的に採取する。以上のように、モニタリング部7は、サンプリング配管25を介して導入される油分を含む被処理水の一部に含まれる硫酸イオンを、電気化学的にその濃度を測定する。
なお、モニタリング部7を構成する前処理部14は、上述の通り、油分を含む被処理水の一部を、サンプリング配管25を介して導入し、その被処理水中の硫酸イオン濃度を、より高精度に計測するため設けられるものである。従って、前処理部14は、必ずしも必須の構成ではなく、補助的に用いられる構成であり、この前処理部14を省略する構成としても良い。すなわち、サンプリング配管25及びサンプリングポンプ15を介して導入される、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を、直接、硫酸イオン検出用電極12及び硫酸イオン選択透過膜13により計測する構成としても良い。
流量制御部8は、計測値取得部16、運転計画格納部17、硫酸イオン濃度算出部18、流量算出部19、入力部20、及び表示部21を備える。ここで、図2に、監視制御装置2を構成する流量制御部8の機能ブロック図を示す。図2に示すように、流量制御部8は、上記の構成に加え、入力I/F26、出力I/F27を有し、これらは、内部バスにより相互に電気的に接続されている。
運転計画格納部17は、予めオペレータにより入力部20を介して入力される、硫酸イオン濃度調整部5による処理水の水質目標のうち、少なくとも硫酸イオンの基準値(硫酸イオン水質目標値)及び処理量の計画値(計画処理流量)、並びに硫酸イオン除去部10の除去性能(除去率)を格納する。本実施例では、硫酸イオン除去部10の除去性能(除去率)は、流入配管22を介して硫酸イオン除去部10へ流入する油分を含む被処理水の水質或いは流入量によらず一定の割合と設定する場合を例に説明するが、例えば、凝集沈殿或いはイオン交換処理を用いる場合には、これらの関数として格納しても良い。
計測値取得部16は、ネットワーク9を介して、流量計F1〜F3及びモニタリング部7(硫酸イオン検出用電極12)から、それぞれ、流量の計測値及び硫酸イオン濃度の計測値を、入力I/F26及び内部バスを介して取り込む。硫酸イオン濃度算出部18は、運転計画格納部17に格納される情報及び計測値取得部16により取り込まれたモニタリング部7による硫酸イオン濃度の計測値に基づき、硫酸イオン除去部10の流出部での硫酸イオン濃度の予測値を算出する。
流量算出部19は、運転計画格納部17に格納される硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量、計測値取得部16により取り込まれたモニタリング部7による硫酸イオン濃度の計測値、及び硫酸イオン濃度算出部18により算出された硫酸イオン除去部10の流出部での硫酸イオン濃度の予測値に基づき、バイパス配管24へ供給される油分を含む被処理水の流量、及び流入配管22を介して硫酸イオン除去部10へ供給される油分を含む被処理水の流量を算出する。更に、流量算出部19は、算出されたバイパス配管24への被処理水の流量に対応する流量調整部11aへの制御量を、指令値として出力I/F27を介して流量調整部11aへ出力する。同様に、流量算出部19は、算出された硫酸イオン除去部10への被処理水の流量に対応する流量調整部11bへの制御量を、指令値として出力I/F27を介して流量調整部11bへ出力する。
表示部21は、硫酸イオン濃度算出部18により算出された硫酸イオン除去部10の流出部での硫酸イオン濃度の予測値が、運転計画格納部17に格納される硫酸イオン水質目標値を超える場合、警報を表示しオペレータに報知する。また、表示部21は、流量算出部19により算出されたバイパス配管24への被処理水の流量及び硫酸イオン除去部10への被処理水の流量を表示する。これにより、オペレータは、硫酸イオン除去部10及びバイパス配管24への被処理水の分配流量を容易に把握することが可能となる。
このように、流量制御部8は、モニタリング部7による被処理水中の硫酸イオン濃度の測定値、硫酸イオン除去部10の流出部での硫酸イオン濃度の予測値、及び予め設定される硫酸イオン水質目標並びに計画処理流量に基づき、硫酸イオン除去部10及びバイパス配管24への被処理水の流量の分配を決定する。
なお、流量制御部8を構成する、計測値取得部16、硫酸イオン濃度算出部18及び流量算出部19は、例えば、上記演算を実行するための各種プログラムを格納するROM、演算結果又は演算過程の途中結果等を一時的に格納するRAM等の図示しない記憶部、及びROMに格納される各種プログラムを読み出し実行するCPU等のプロセッサにより実現される。なお、場合によっては、上記各種プログラム及び演算結果又は演算過程の途中結果を、ROM及びRAMに替えて、運転計画格納部17内の特定の記憶領域に格納するよう構成しても良い。
本実施例では、モニタリング部7において、硫酸イオンの計測方法として電気化学的な手法を適用したが、硫酸イオン濃度調整部5の制御に必要な頻度で計測可能な方法であれば、特に限定されるものではない。例えば、硫酸バリウムを析出させて濁度を計測する測定方法或いはイオンクロマトグラフによる分析を用いてもよい。計測頻度は、流入する油分を含む被処理水の水質変化の周期に依存するが、硫酸イオン濃度調整部5の制御頻度(制御周期の逆数)に対し10倍以上の頻度で計測できることが望ましい。ここで、硫酸イオン濃度調整部5の制御頻度は、例えば、1回/hr程度に設定され、更に、制御頻度を高くするほど好ましい。
図3に、図1に示す監視制御装置2による水処理設備3の制御フロー図を示す。まず、流量制御部8を構成する計測値取得部16は、モニタリング部7からネットワーク9を介して、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Cc[mg/L]を取得する(ステップS101)。次に、流量制御部8を構成する硫酸イオン濃度算出部18は、内部バスを介して運転計画格納部17を参照し、運転計画格納部17に格納される、硫酸イオン水質目標値Ct[mg/L]、硫酸イオン除去部10の除去率R[−]、及び計画処理流量Qp[m/d]を取得する(ステップS102)。ステップS103では、硫酸イオン濃度算出部18は、硫酸イオン水質目標値Ctと現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccとを比較し、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満であるか否かを判定する。判定の結果、現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満であれば、油分を含む被処理水が水処理設備3に流入した時点で、被処理水中の硫酸イオン濃度は水質目標を満たすため、硫酸イオン除去部10による処理は不要となる。そのため、硫酸イオン濃度算出部18は、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満である旨、内部バスを介して流量算出部19へ出力し、ステップS104へ進む。
ステップS104では、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1[m/d]を計画処理流量Qp[m/d]に設定し、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2[m/d]を0[m/d]に設定する。すなわち、流入する油分を含む被処理水の全量をパイパス配管24へ供給するよう設定し、ステップS110へ進む。ステップS110では、流量算出部19は、流量調整部11aへ出力I/F27を介して計画処理流量Qp[m/d]となるよう指令値を出力し、流量調整部11bへ0[m/d]となるよう指令値を出力する。
一方、ステップS103にて、判定の結果、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct以上の場合、水処理設備3へ流入する油分を含む被処理水に対し、硫酸イオン除去部10により硫酸イオンを除去する必要がある。そのためステップS105へ進む。ステップS105では、硫酸イオン濃度算出部18は、硫酸イオン除去部10の除去率R及びモニタリング部7から得られた現在の被処理水の硫酸イオンの濃度計測値Ccに基づき、以下の式(1)にて、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Ca[mg/L]を算出する。すなわち、硫酸イオン濃度Ccの油分を含む被処理水に対し硫酸イオン除去部10の処理によりどの程度まで硫酸イオン濃度が低減されるかを算出する。ここで、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caとは、上述の硫酸イオン除去部10の流出部での硫酸イオン濃度の予測値のことである。
Ca=(1−R)×Cc ・・・式(1)
ステップS106では、流量算出部19は、硫酸イオン濃度算出部18により算出された硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caを、内部バスを介して取り込む。そして流量算出部19は、取り込まれた硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caと硫酸イオン水質目標値Ctとを比較し、処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ctを超えるか否かを判定する。判定の結果、処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ctを超える場合、仮に、水処理設備3に流入する油分を含む被処理水の全量を硫酸イオン除去部10へ供給したとしても、硫酸イオン水質目標値Ctを満たすことはできない。そのため、ステップS107へ進む。ステップS107では、流量算出部19は、内部バスを介して、表示部21へ警報を出力し、表示部21は当該警報を表示し処理を終了する。これにより、オペレータは、水処理設備3へ流入する油分を含む被処理水が、例えば、その水質変動により硫酸イオン濃度が上昇し、水処理設備3を構成する硫酸イオン除去部10で対応できない状態にあることを、直ちに把握することができる。
一方、ステップS106による判定の結果、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ct以下である場合、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を、Q1+Q2=Qpを満たす範囲でそれぞれ設定する(ステップS108)。例えば、バイパス配管24への供給流量Q1の初期値として、計画処理流量Qp[m/d]を設定し、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2の初期値として、0[m/d]を設定し、次のステップS109へ進む。
ステップS109にて、流量算出部19は、ステップS108にて設定された、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2が、以下の式(2)の関係を満たすか否か判定する。
(Cc×Q1+Ca×Q2)/Qp<Ct ・・・式(2)
ステップS109にて、上記式(2)の関係を満たさない場合には、ステップS108へ戻り、流量算出部19は、再び、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2の設定値を更新する。ここで、供給流量Q1及びQ2の設定値の更新は、例えば、バイパス配管24への供給流量Q1の初期値として設定された計画処理流量Qp[m/d]を10%減少させ、すなわち、供給流量Q1の設定値を(Qp−0.1×Qp)に更新する。また、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2の設定を(0.1×Qp)に更新し、ステップS109にて、再び、上記式(2)の関係を満たすか否か判定する。
ステップS109による判定結果が、上記式(2)の関係を満たす場合には、流量算出部19は、そのときのバイパス配管24への供給流量Q1となるよう、内部バス及び出力I/F27を介して流量調整部11aへ指令値を出力する。また、同様に、流量算出部19は、そのときの硫酸イオン除去部10への供給流量Q2となるよう、内部バス及び出力I/F27を介して流量調整部11bへ指令値を出力する。
なお、上記ステップS108及びステップS109の繰り返しステップでは、例えば、上記バイパス配管24への供給流量Q1を、毎回10%減少させ更新し、上記式(2)の関係を満たすまで繰り返し実行される。これにより、上記式(2)の関係を満たす最大のバイパス配管24への供給流量Q1が得られる。換言すれば、上記式(2)の関係を満たす最小の硫酸イオン除去部10への供給流量Q2が得られることになる。従って、モニリング部7による水処理設備3へ流入する油分を含む被処理水の現在の硫酸イオン濃度Ccに基づき、硫酸イオン水質目標値Ctを満たす最低限の硫酸イオンが、硫酸イオン除去部10により処理されるため、硫酸イオン除去部10の負荷が低減され、硫酸イオン除去部10の長寿命化を図ることが可能となる。
本実施例では、ステップS108において、バイパス配管24への供給流量Q1を、毎回10%減少させる構成としたが、これに限られるものではない。例えば、バイパス配管24への供給流量Q1が単調減少する関数として設定しても良く、また、所定量毎に減少する値として設定しても良い。
また、本実施例では、ステップS106を、流量算出部19が実行する構成としたが、これに替えて、硫酸イオン濃度算出部18がステップS106を実行する構成としても良い。
図4は、本実施例の水処理システムの変形例を示す全体概略構成図である。図4に示すように、水処理システム1’は、図1に示した水処理システム1に、更に、硫酸イオン除去部10の流出部における硫酸イオン濃度、すなわち、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caを計測するモニタリング部7’を備える。図4に示すように、モニタリング部7’は、モニタリング部7と同様に、硫酸イオン検出用電極12’、硫酸イオン選択透過膜13’、前処理部14’及びサンプリング配管25aに取り付けられるサンプリングポンプ15’を備える。サンプリング配管25aの流出配管23との合流部は、硫酸イオン除去部10の流出側であって、バイパス配管24が流出配管23と合流する合流部よりも上流側に位置する。これにより、モニタリング部7’は、硫酸イオン除去部10による処理後の処理水のみをサンプリング配管25aを介して導入し、導入された処理水中の硫酸イオン濃度、すなわち、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caを計測する。なお、図4においては、モニタリング部7’に前処理部14’を有する構成を示すが、モニタリング部7と同様に必ずしも必須ではない。図4に示す水処理システム1’では、上述の図3に示すステップS105における硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caの算出は不要となる。従って、ステップS105では、モニタリング部7’から硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度の計測値Caを、ネットワーク9を介して取得することになる。その他の処理ステップは、上述の図3と同様であり、以下では説明を省略する。図4に示す水処理システム1’では、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caが実測値として得られる。よって、図3に示すステップS109にて得られる、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を、図1に示す水処理システム1に比べ、より高精度に求めることが可能となる。但し、図1に比べ、モニタリング部7’を更に設けることから設備コストは上昇する。
なお、本実施例では、硫酸イオン水質目標のみに着目して硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を設定したが、硫酸イオン除去部10が、例えば、NF膜或いはRO膜等の膜処理の場合、その性能を劣化させる指標として、SDI(Silt Density Index)、有機物濃度、或いは濁度の目標値を設定し、当該目標値に基づきバイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を求める構成としても良い。この場合、モニタリング部7は、例えば、更にSDI計測装置も備え、SDI計測装置による計測値により、水処理設備3へ流入する油分を含む被処理水中の懸濁物質(膜の目詰まりの要因物質)が少ない水質の場合は、硫酸イオン除去部10への被処理水の供給流量を増加させ、硫酸イオン除去部10により処理された処理水の水質を確実に担保する構成としても良い。
以上の通り、本実施例によれば、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度をオンラインでモニタリングし、モニタリング結果に基づき硫酸イオン水質目標を満たす最低限の硫酸イオンが、硫酸イオン除去部により処理されるため、硫酸イオン除去部の負荷を軽減でき、硫酸イオン除去部を長期間使用することが可能となる。
また、本実施例によれば、被処理水中の硫酸イオンを除去する硫酸イオン除去部の長寿命化を可能とし得る監視制御装置及びそれを備える水処理システム並びに水処理方法を実現することが可能となる。
図5は、本発明の他の実施例に係る実施例2の水処理システムの全体概略構成図である。本実施例では、複数の硫酸イオン除去部を並列に配する構成とした点が実施例1と異なる。図5において、実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付している。
図5に示すように、水処理システム1aは、水処理設備3aと、水処理設備3aを制御する監視制御装置2を備える。監視制御装置2の構成は、実施例1と同様であるため、以下では重複する説明を省略する。
図5に示すように、水処理設備3aは、少なくとも油分を含む被処理水の流れに沿って、その上流側より、油分を含む被処理水を一時的に貯留する被処理水タンク4、油分を含む被処理水中の硫酸イオンの濃度を調整する硫酸イオン濃度調整部5a、及び硫酸イオン濃度調整後の処理水を一時的に貯留する処理水タンク6を有する。
硫酸イオン濃度調整部5aは、流入配管22及び分岐配管28を介して被処理水タンク4に接続される複数の硫酸イオン除去部10a〜10c、複数の硫酸イオン除去部10a〜10cにより被処理水中の硫酸イオン濃度が調整された処理水を処理水タンク6へ送水する流出配管23を有する。また、硫酸イオン濃度調整部5aは、硫酸イオン除去部10aの上流側であって、流入配管22より分岐し、硫酸イオン除去部10aを通流することなく被処理水が流出配管23へと合流するバイパス配管24を有する。バイパス配管24には、バイパス配管24内を通流する油分を含む被処理水の流量を計測するための流量計F1が取り付けられ、バイパス配管24の流量計F1よりも上流側に流量調整部11aが設けられている。分岐配管28は、バイパス配管24の流入配管22からの分岐部よりも下流側にて、流入配管22より分岐する。分岐配管28の分岐部と硫酸イオン除去部10aの間に、流入配管22を介して硫酸イオン除去部10aへ流入する油分を含む被処理水の流量を計測するための流量計F2が取り付けられ、流量計F2の上流側であって分岐配管28の分岐部よりも下流側に流量調整部11bが設けられている。また、硫酸イオン除去部10aに対し並列に分岐配管28に接続される硫酸イオン除去部10bの上流側に、硫酸イオン除去部10bへ流入する油分を含む被処理水の流量を測定するための流量計F4、及び流量計F4の上流側に流量調整部11cが設けられている。同様に、硫酸イオン除去部10cの上流側に流量計F5、及び流量計F5の上流側に流量調整部11dが設けられている。また、硫酸イオン除去部10b及び硫酸イオン除去部10cによる処理後の処理水は、バイパス配管24の流出配管23への合流部で合流するよう配管が敷設されている。流出配管23には、上記バイパス配管24との合流部よりも下流側に、硫酸イオン除去部10a〜10cにより硫酸イオンが除去された処理水及び/又はバイパス配管24を通流し処理水タンク6へと送水される被処理水の流量を計測するため流量計F3が取り付けられている。
図5では、流入配管22及び分岐配管28により相互に並列に配される、硫酸イオン除去部を硫酸イオン除去部10a〜10cの3系列とする場合を示すが、これに限らず、相互に並列に配される硫酸イオン除去部を2系列、或いは4系列以上、所望の系列数としても良い。但し、この場合、系列毎にそれぞれ流量計及び流量調整部を設ける。
本実施例では、相互に並列に配される硫酸イオン除去部10a〜10c共に、流入する油分を含む被処理水の供給流量が、定格流量又は停止(供給流量なし)の何れかとするよう、流量調整部11b〜11dを制御し、処理水タンク6へ供給される処理水の水質が、硫酸イオン水質目標値Ctを満たすよう制御するものである。そのため、本実施例では、流量制御部8を構成する運転計画格納部17は、予めオペレータにより入力部20を介して入力される、硫酸イオン濃度調整部5aによる処理水の水質目標のうち、少なくとも硫酸イオンの基準値(硫酸イオン水質目標値)、処理量の計画値(計画処理流量)、及び硫酸イオン除去部10a〜10cの除去性能(除去率)に加え、更に、硫酸イオン除去部10a〜10cの定格流量を格納する。
図6に、図5に示す監視制御装置2による水処理設備3aの制御フロー図を示す。まず、流量制御部8を構成する計測値取得部16は、モニタリング部7からネットワーク9を介して、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Cc[mg/L]を取得する(ステップS201)。次に、流量制御部8を構成する硫酸イオン濃度算出部18は、内部バスを介して運転計画格納部17を参照し、運転計画格納部17に格納される、硫酸イオン水質目標値Ct[mg/L]、各硫酸イオン除去部の除去率Ri(i=1〜n)、各硫酸イオン除去部の定格流量Qj(j=2〜m)、及び計画処理流量Qp[m/d]を取得する(ステップS202)。ここで、図5に示す相互に並列に配される3系列の硫酸イオン除去部10a〜10cでは、上記nは「3」、mは「4」となる。すなわち、硫酸イオン除去部10aは、除去率R1、定格流量Q2であり、硫酸イオン除去部10bは、除去率R2、定格流量Q3であり、硫酸イオン除去部10cは、除去率R3、定格流量Q4である。
ステップS203では、硫酸イオン濃度算出部18は、硫酸イオン水質目標値Ctと現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccとを比較し、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満であるか否かを判定する。判定の結果、現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満であれば、油分を含む被処理水が水処理設備3aに流入した時点で、被処理水中の硫酸イオン濃度は水質目標を満たすため、硫酸イオン除去部10a〜10cによる処理は不要となる。そのため、硫酸イオン濃度算出部18は、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満である旨、内部バスを介して流量算出部19へ出力し、ステップS204へ進む。ステップS204では、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1[m/d]を計画処理流量Qp[m/d]に設定し、硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qj[m/d]を0[m/d]に設定する。すなわち、流入する油分を含む被処理水の全量をパイパス配管24へ供給するよう設定し、ステップS210へ進む。ステップS210では、流量算出部19は、流量調整部11aへ出力I/F27を介して計画処理流量Qp[m/d]となるよう指令値を出力し、流量調整部11b〜11dへ0[m/d]となるよう指令値を出力する。
一方、ステップS203にて、判定の結果、現在の被処理水中の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct以上の場合、水処理設備3aへ流入する油分を含む被処理水に対し、硫酸イオン除去部10a〜10cにより硫酸イオンを除去する必要がある。そのためステップS205へ進む。ステップS205では、硫酸イオン濃度算出部18は、硫酸イオン除去部10a〜10cの除去率Ri、及びモニタリング部7から得られた現在の被処理水の硫酸イオンの濃度計測値Ccに基づき、以下の式(3)にて、水処理設備3aに流入する油分を含む被処理水の全量を、硫酸イオン除去部10a〜10cにて処理した場合の硫酸イオン濃度Ca[mg/L]を算出する。
Ca={Σ((1−Ri)×Cc×Qj)}/ΣQj ・・・式(3)
ここで、Ri=R1〜R3、Qj=Q2〜Q4である。
ステップS206では、流量算出部19は、硫酸イオン濃度算出部18により算出された硫酸イオン除去部10a〜10cによる処理後の硫酸イオン濃度Caを、内部バスを介して取り込む。そして流量算出部19は、取り込まれた硫酸イオン除去部10a〜10cによる処理後の硫酸イオン濃度Caと硫酸イオン水質目標値Ctとを比較し、処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ctを超えるか否かを判定する。判定の結果、処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ctを超える場合、仮に、水処理設備3aに流入する油分を含む被処理水の全量を硫酸イオン除去部10a〜10cへ供給したとしても、硫酸イオン水質目標値Ctを満たすことはできない。そのため、ステップS207へ進む。ステップS207では、流量算出部19は、内部バスを介して、表示部21へ警報を出力し、表示部21は当該警報を表示し処理を終了する。これにより、オペレータは、水処理設備3aへ流入する油分を含む被処理水が、例えば、その水質変動により硫酸イオン濃度が上昇し、水処理設備3aを構成する硫酸イオン除去部10a〜10cで対応できない状態にあることを、直ちに把握することができる。
一方、ステップS206による判定の結果、硫酸イオン除去部10a〜10cによる処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ct以下である場合、流量算出部19は、各硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qj(Qjは、定格流量又はゼロ)、バイパス配管24への供給流量Q1を、Q1=Qp―ΣQjを満たす範囲でそれぞれ設定する(ステップS208)。本実施例では、硫酸イオン除去部10a〜10cの3系列は、それぞれに稼働されるものであり、上述のように定格流量又は停止の何れかである。従って、硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量の設定は、それぞれ、定格流量又は流量ゼロの組み合わせとなる。例えば、硫酸イオン除去部10aへの供給流量を定格流量Q2、硫酸イオン除去部10bへの供給流量を定格流量Q3、及び硫酸イオン除去部10cへの供給流量をゼロと設定した場合、バイパス配管24への供給流量Q1は、Q1=Qp―(Q2+Q3)となる。
ステップS209では、流量算出部19は、ステップS208にて設定された、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qjが、以下の式(4)の関係を満たすか否か判定する。
{Cc×Q1+Σ((1−Ri)×Ct×Qj)}<Ct ・・・式(4)
ステップS209にて、上記式(4)の関係を満たさない場合には、ステップS108へ戻り、流量算出部19は、再び、バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qjの設定値を更新し、ステップS209にて、再び、上記式(4)の関係を満たすか否か判定する。このようにステップS208及びステップS209を繰り返し実行することにより、上記式(4)の関係を満たし、バイパス配管24への供給流量Q1が最大となる、硫酸イオン除去部10a〜10cの供給流量Qjの組み合わせを求め、ステップS210へ進む。
ステップS210では、流量算出部19は、求めたバイパス配管24への供給流量Q1となるよう、内部バス及び出力I/F27を介して流量調整部11aへ指令値を出力する。また、同様に、上記供給流量Q1が最大となるときの硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qjの組み合わせとなるよう、内部バス及び出力I/F27を介して流量調整部11b〜11dへ指令値を出力する。
なお、上述のステップS208において、3系列の硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給量Qjの組み合わせを設定する場合、例えば、稼働時間の長短、定格流量の大小、メンテナンス時期までの期間、又は実際の硫酸イオン除去性能の実績値に基づいて各系列に対し優先順位を割り付ければ、上述のステップS208及びステップS209の繰り返し数を低減することができる。すなわち、バイパス配管24への供給流量Q1が最大となるときの、硫酸イオン除去部10a〜10cへの供給流量Qjの組み合わせを、短時間で求めることが可能となる。また、硫酸イオン除去部がNF膜或いはRO膜等の膜処理を用いる場合、差圧等を用いて運転する系列の優先順位を高く割り付ければ良い。
上述の優先順位の割り付けは、硫酸イオン除去部の系列数が多くなるほど効果的に機能する。
本実施例によれば、実施例1による効果に加え、並列に配される複数系列の硫酸イオン除去部を備える水処理設備であっても、処理水の硫酸イオン水質目標値を満たすよう容易に各系列の硫酸イオン除去部を制御することができる。
また、本実施例によれば、並列に配される複数系列の硫酸イオン除去部を稼働(定格流量供給)又は停止(供給流量ゼロ)のみで、水処理設備3aの制御が可能となるため、各系列の硫酸イオン除去部の負荷を分散化或いは平均化でき、更に、硫酸イオン除去部の長寿命化を図ることが可能となる。
図7は、本発明の他の実施例に係る実施例3の水処理システムの全体概略構成図である。本実施例では、硫酸イオン濃度調整部から処理水タンクへ流入する処理水中の硫酸イオン濃度を計測するようモニタリング部を配する点が実施例1と異なる。図7において、実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付している。以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
図7に示すように、本実施例の水処理システム1bは、水処理設備3、及び水処理設備3を制御する監視制御装置2bを備える。サンプリング配管25は、硫酸イオン濃度調整部5及び処理水タンク6の間において流出配管23より分岐し、硫酸イオン濃度調整部5により処理された後の処理水の一部をモニタリング部7へ導入するよう敷設される。モニタリング部7は、実施例1と同様に、硫酸イオン検出用電極12、硫酸イオン選択透過膜13、前処理部14、及びサンプリング配管25に取り付けられるサンプリングポンプ15を備える。流量制御部8は、モニタリンク部7からネットワーク9を介して取得される、硫酸イオン濃度調整部5により処理された処理水中の硫酸イオン濃度Cb[mg/L]に基づき、フィードバック制御により、水処理設備3に流入する被処理水のバイパス配管24への供給流量Q1[m/d]を求める。流量制御部8を構成する計測値取得部16は、ネットワーク9及び入力I/F26並びに内部バス(図2)を介して、モニタリング部7から、計測された現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbを取り込む。流量制御8を構成する流量算出部19は、内部バスを介して運転計画格納部17(図2)を参照し、予め運転計画格納部17に格納される硫酸イオン水質目標値Ct[mg/L]を取得する。その後、流量算出部19は、現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbと硫酸イオン水質目標値Ctを直接比較し、現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbが硫酸イオン水質目標値Ctを超える場合、硫酸イオン除去部10への油分を含む被処理水の供給流量を増加させる。一方、現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbが硫酸イオン水質目標値Ct以下の場合、流量算出部19は、バイパス配管24への油分を含む被処理水の供給流量を増加させる。ここで、硫酸イオン除去部10への被処理水の供給流量の増加量及びバイパス配管24への被処理水の供給量の増加量は、現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbと硫酸イオン水質目標値Ctとの差分に応じ、運転計画格納部17に予め格納される硫酸イオン除去部10の除去率Rに基づき求められる。
なお、計測される現在の処理水中の硫酸イオン濃度Cbによるフィードバック制御は、既知のPI制御或いはPID制御を適用し実行される。
なお、本実施例では、モニタリング部7を、処理水中の硫酸イオン濃度Cbの測定のみに用いたが、実施例1に示す構成と組み合わせ、モニタリング部7により、流入配管22を介して硫酸イオン除去部10へ流入する、油分を含む被処理水の硫酸イオン濃度Ccを同時に測定する構成としても良い。このように構成することにより、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の組み合わせが可能となり、より安定した水処理設備の制御が可能となる。
本実施例によれば、実施例1の効果に加え、処理水中の硫酸イオン濃度を直接計測してフィードバックすることから、確実に水質目標を満足するより安定した水質管理が可能となる。
図8は、本発明の他の実施例に係る実施例4の水処理システムの全体概略構成図である。本実施例では、処理水タンクに更にモニタリング部を配すると共に、硫酸イオン濃度調整部へ動力を供給するため、再生可能エネルギーによる電力供給設備30、エネルギー貯蔵部31、及び従来型電力供給設備32を備える点が実施例1と異なる。図8において、実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付している。以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
図8に示すように、本実施例の水処理システム1cは、水処理設備3b、及び水処理設備3bを制御する監視制御装置2aを備える。水処理設備3bは、硫酸イオン濃度調整部5内の流量調整部11a及び11bを構成するポンプ等へ動力を供給するため、再生可能エネルギーによる電力供給設備30、エネルギー貯蔵部31、及び従来型の電力供給設備32を備える。また、監視制御装置2aは、流入配管22内を通流する油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測するためのモニタリング部7a、及び処理水タンク6内に貯留される処理水中の硫酸イオン濃度を計測するためのモニタリング部7bを備える。また、処理水タンク6から、油層へ処理水を注入する等の後工程へ送水される処理水の流量を計測するための流量計F6が、処理水タンク6に設置されている。モニタリング部7aは、硫酸イオン検出用電極12a、硫酸イオン選択透過膜13a、前処理部14a、及びサンプリング配管25aに取り付けられるサンプリングポンプ15aを備える。また、同様に、モニタリング部7bは、硫酸イオン検出用電極12b、硫酸イオン選択透過膜13b、前処理部14b、及びサンプリング配管25bに取り付けられるサンプリングポンプ15bを備える。サンプリング配管25aは、流量調整部11bより上流側にて流入配管22より分岐し、油分を含む被処理水の一部をモニタリング部7aへ導入する。また、サンプリング配管25bは、一端が処理水タンク6内に貯留される処理水中に浸漬し、処理水タンク6内の処理水の一部をモニタリング部7bへ導入する。
再生可能エネルギーによる電力供給設備30は、例えば、太陽光発電設備であり、発電電力を硫酸イオン濃度調整部5内のポンプ等へ供給すると共に、エネルギー貯蔵部31へ発電電力を供給し蓄電するよう構成される。一方、従来型電力供給設備32は、電力会社との契約に基づき火力或いは原子力発電所から安定的に送電可能となっている。
流入配管22に設けられる流量調整部11bは、油分を含む被処理水を、硫酸イオン除去部10を通過させるため、バイパス配管24に設けられる流量調整部11aに比べ、圧損が大きいことから、エネルギー消費量が大きい。そのため、流量調整部11bを使用する際は、再生可能エネルギーによる電力供給設備30から優先的に給電し、不足する電力を従来型電力供給設備32から給電する。再生可能エネルギーによる電力供給設備30からの給電が所定量に満たない場合、エネルギー貯蔵部31からも給電する。
また、流量調整部11aのみの運転の際、すなわち、油分を含む被処理水の全量をバイパス配管24へ供給する場合は、再生可能エネルギーによる電力供給設備30からの発電電力は、まずエネルギー貯蔵手部31へ供給される。エネルギー貯蔵部31での貯蔵量(蓄電量)が所定の値を超えた時点で、再生可能エネルギーによる電力供給設備30からの発電電力の全量と、不足分を従来型電力供給設備32から硫酸イオン濃度調整部5へ給電する。
なお、流量制御部8による、バイパス配管24への油分を含む被処理水の供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への被処理水の供給流量Q2は、上述の図3に示す制御フローと同様に、流量制御部8を構成する流量算出部19により算出される。流量制御部8は、モニタリング部7aにより計測される、油分を含む被処理水中の現在の硫酸イオン濃度Ccに基づくフィードフォワード制御、及びモニタリング部7bにより計測される処理水タンク6内に貯留される処理水中の現在の硫酸イオン濃度に基づくフィードバック制御を実行する。
本実施例は、実施例1の効果に加え、再生可能エネルギーによる電力供給設備とエネルギー貯蔵部を用いることにより、硫酸イオンの除去に要する外部電力購入費用を削減する効果がある。すなわち、硫酸イオンの除去に係るエネルギーコストを低減できる。
図9は、本発明の他の実施例に係る実施例5の水処理システムの全体概略構成図である。本実施例では、処理水タンク内に貯留される処理水の水位を計測する水位計を設ける構成とした点が実施例1と異なる。図9において、実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付している。以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
図9に示すように、本実施例の水処理システム1cは、水処理設備3cと、水処理設備3cを制御する監視制御装置2を備える。水処理設備3cは、硫酸イオン濃度調整部5により、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度が調整された処理水を、流出配管23を介して導入する処理水タンク6内に、水位計33を備える。ここで、水位計33は、例えば、フローティング型の水位計、超音波照射型水位計、或いは静電容量検知型水位計等が用いられる。水位計33により計測された処理水タンク6内の処理水の水位は、ネットワーク9を介して、流量制御部8へ送信される。
流量制御部8を構成する運転計画格納部17(図2)は、予め、硫酸イオン水質目標値Ct、硫酸イオン除去部10の除去率R、及び計画処理流量Qpに加え、更に、水位上限設定値H及び水位下限設定値Lを格納する。これら、運転計画格納部17に格納される情報は、オペレータにより、予め入力部20(図2)及び内部バスを介して運転計画格納部17に格納される。
流量制御部8を構成する流量算出部19(図2)は、まず、内部バスを介して運転計画格納部17を参照し、運転計画格納部17に格納される水位上限設定値H、水位下限設定値L、硫酸イオン水質目標値Ct、及び計画処理流量Qpを取り込む。また、流量制御部8を構成する計測値取得部16(図2)は、ネットワーク9を介して、モニタリング部7により計測された油分を含む被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccを取り込む。そして、計測値取得部16は、取り込まれた被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccを、内部バスを介して流量算出部19へ出力する。
流量算出部19は、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccと硫酸イオン水質目標値Ctとを比較し、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満か否かを判定する。判定の結果、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct未満である場合、油分を含む被処理水が水処理設備3cに流入した時点で、硫酸イオン水質目標値Ctを満たしていることから、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1を計画処理流量Qp[m/d]、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を0[m/d]に設定する。そして、流量算出部19は、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2が0[m/d]となるよう指令値を、出力I/F27(図2)及びネットワーク9を介して流量調整部11bへ出力する。また、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q2が計画処理流量Qp[m/d]となるよう指令値を、出力I/F27及びネットワーク9を介して流量調整部11aへ出力する。これにより、水処理設備3cに流入する油分を含む被処理水は、バイパス配管24へ全量バイパスされる。このとき、流量算出部19は、バイパス配管24及び流出配管23を介して流量Q1(Qp)の被処理水が処理水タンク6内へ流入した場合、処理水タンク6内の水位が水位上限設定値H以内となるよう制御する。
具体的には、処理水タンク6の容量、水平断面積及び高さは既知であり、また、流量算出部19が、上記バイパス配管24への供給流量Q1及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を求める時点における、処理水タンク6内の処理水の水位は、水位計33により計測されている。なお、水位計33により計測された水位は、ネットワーク9及び入力I/F26を介して計測値取得部16に取り込まれ、当該取り込まれた水位計33による計測水位は、内部バスを介して流量算出部19へ出力される。流量算出部19は、処理水タンク6内の現在の計測水位と水位上限設定値Hに基づき、処理水タンク6の水位が水位上限設定値Hに達するまでの、空き容量Qvを容易に求めることができる。従って、仮に、上記バイパス配管24への供給流量Q1をQpに設定した場合に、供給流量Q1(Qp)が処理水タンク6内の空き容量Qvを超える場合には、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1として設定されたQpに替えて、処理水タンク6内の空き容量Qvに補正することで、処理水タンク6内の水位は、水位上限設値H以内に維持される。また、これとは逆に、予め格納された計画処理流量Qpが処理水タンク6の空き容量Qv以下の場合、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1として、処理水タンク6の空き容量Qvを設定し、硫酸イオン除去部10への供給流量Q2を0[m/d]に設定しても良い。このように、流量配分することで、水処理設備3cへ流入する油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度が硫酸イオン水質目標値Ctより低い状態の期間中に、計画処理流量Qpよりも多量の処理水を処理水タンク6へ供給し貯留することが可能となる。
一方、被処理水中の現在の硫酸イオン濃度の計測値Ccが硫酸イオン水質目標値Ct以上であり、且つ、処理水タンク6の計測水位が水位下限設定値Lを超える場合、流出配管23に取り付けられた流量計F3の流量が、ゼロ以上で計画処理流量Qpより小さい値(Q3)となるようにする。例えば、Q3=0.5×Qpとする。そして、この流量Q3において、実施例1の場合と同様に、硫酸イオン除去部10による処理後の硫酸イオン濃度Caが硫酸イオン水質目標値Ct未満となるよう、流量算出部19は、バイパス配管24への供給流量Q1’及び硫酸イオン除去部10への供給流量Q2’を設定する。ここで、流量算出部19は、Q3=Q1’+Q2’の関係を満たす、最大のQ1’と、その時のQ2’を求める。
本実施例によれば、実施例1による効果に加え、水処理設備に流入する油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度が水質目標値より低い期間中に、EOR水の必要流量(計画処理流量)よりも多くの流量の処理水が処理水タンクへ供給されバッファリングされる。これにより、油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度が上昇した場合であっても、硫酸イオン除去部への供給流量を更に低減することが可能となる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1,1’,1a,1b,1c,1d・・・水処理システム
2,2a,2b・・・監視制御装置
3,3a,3b,3c・・・水処理設備
4・・・被処理水タンク
5,5a・・・硫酸イオン濃度調整部
6・・・処理水タンク
7,7’,7a,7b・・・モニタリング部
8・・・流量制御部
9・・・ネットワーク
10,10a,10b,10c・・・硫酸イオン除去部
11a,11b,11c,11d・・・流量調整部
12,12’,12a,12b・・・硫酸イオン検出用電極
13,13’,13a,13b・・・硫酸イオン選択透過膜
14,14’,14a,14b・・・前処理部
15,15’,15a,15b・・・サンプリングポンプ
16・・・計測値取得部
17・・・運転計画格納部
18・・・硫酸イオン濃度算出部
19・・・流量算出部
20・・・入力部
21・・・表示部
22・・・流入配管
23・・・流出配管
24・・・バイパス配管
25,25a,25b・・・サンプリング配管
26・・・入力I/F
27・・・出力I/F
28・・・分岐配管
30・・・再生可能エネルギーによる電力供給設備
31・・・エネルギー貯蔵部
32・・・従来型電力供給設備
33・・・水位計

Claims (20)

  1. 流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備と、
    前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測するモニタリング部と、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を制御する流量制御部と、を有する監視制御装置と、を備え、
    前記流量制御部は、前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理システム。
  2. 請求項1に記載の水処理システムにおいて、
    前記流量制御部は、
    予め、少なくとも硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量を格納する運転計画格納部と、
    前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度、前記運転計画格納部に格納される硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求める流量算出部と、を備えることを特徴とする水処理システム。
  3. 請求項2に記載の水処理システムにおいて、
    前記モニタリング部は、少なくとも、前記油分を含む被処理水及び/又は前記流出配管内を通流する処理水から硫酸イオンを選択的に透過させる硫酸イオン選択透過膜と、硫酸イオン検出用電極を有することを特徴とする水処理システム。
  4. 請求項3に記載の水処理システムにおいて、
    前記モニタリング部は、前記油分を含む被処理水及び/又は前記流出配管内を通流する処理水から、少なくとも油分を分離する前処理部を備えることを特徴とする水処理システム。
  5. 請求項3に記載の水処理システムにおいて、
    前記水処理設備は、前記流入配管に設けられた第1流量調整部と、前記バイパス配管に設けられた第2流量調整部を備え、
    前記流量算出部は、前記求めた硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量となるよう、前記第1流量調整部を制御すると共に、前記求めたバイパス配管への被処理水の供給流量となるよう前記第2流量調整部を制御することを特徴とする水処理システム。
  6. 請求項5に記載の水処理システムにおいて、
    前記モニタリング部は、前記第1流量調整部より上流側にて前記流入配管より分岐するサンプリング配管から導入される前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測し、
    前記流量制御部は、前記運転計画格納部に更に前記硫酸イオン除去部の除去性能である除去率を格納すると共に、前記硫酸イオン除去部の除去率及び前記モニタリング部により計測された被処理水中の硫酸イオン濃度に基づき前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度を算出する硫酸イオン濃度算出部を備え、
    前記流量算出部は、前記硫酸イオン水質目標値、前記計画処理流量、前記モニタリング部により得られた被処理水中の硫酸イオン濃度、及び前記硫酸イオン濃度算出部により得られた前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理システム。
  7. 請求項6に記載の水処理システムにおいて、
    前記水処理設備は、前記第1流量調整部より上流側であって前記バイパス配管の分岐部よりも下流側にて前記流入配管より分岐する分岐配管に相互に並列接続される複数の硫酸イオン除去部を更に備え、前記相互に並列接続される複数の硫酸イオン除去部に対応して複数の流量調整部を有し、
    前記流量算出部は、前記各硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理システム。
  8. 請求項5に記載の水処理システムにおいて、
    前記監視制御装置は、
    前記第1流量調整部より上流側にて前記流入配管より分岐する第1サンプリング配管から導入される前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測する第1モニタリング部と、
    前記流出配管であって前記バイパス配管との合流部よりも上流側より分岐又は、前記流出配管からの処理水を貯留する処理水タンク内の処理水に一端が浸漬するよう配される第2サンプリング配管から導入される処理水中の硫酸イオン濃度を計測する第2モニタリング部と、を備え、
    前記流量算出部は、前記硫酸イオン水質目標値、前記計画処理流量、前記第1モニタリング部により得られた被処理水中の硫酸イオン濃度、及び前記第2モニタリング部より得られた処理水中の硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理システム。
  9. 請求項8に記載の水処理システムにおいて、
    前記水処理設備は、
    少なくとも前記第1流量調整部及び前記第2流量調整部へ給電する、再生可能エネルギーによる電力供給設備及び従来型電力供給設備並びに前記再生可能エネルギー電力供給設備からの発電電力を蓄電するエネルギー貯蔵部を備え、
    前記第1流量調整部へ給電する場合、前記再生可能エネルギー電力供給設備からの発電電力を優先的に給電することを特徴とする水処理システム。
  10. 請求項6に記載の水処理システムにおいて、
    前記水処理設備は、前記流出配管からの処理水を貯留する処理水タンク及び前記処理水タンク内の処理水の水位を計測する水位計を備え、
    前記運用計画格納部は、更に、水位上限設定値及び水下限設定値を格納し、
    前記流量算出部は、前記モニタリング部により計測された被処理水の硫酸イオン濃度が前記硫酸イオン水質目標値未満の場合、前記バイパス配管への被処理水の供給流量を、前記水位計により計測された水位に基づく前記処理水タンクの空き容量又は前記計画処理流量とすることを特徴とする水処理システム。
  11. 請求項6又は請求項7に記載の水処理システムにおいて、
    前記流量制御部は、表示部を有し、
    前記硫酸イオン濃度算出部により得られた前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度が前記硫酸イオン水質目標値を超える場合、前記表示部に警報を表示することを特徴とする水処理システム。
  12. 流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備を制御する監視制御装置であって、
    前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測するモニタリング部と、
    前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を制御する流量制御部と、を備え、
    前記流量制御部は、前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする監視制御装置。
  13. 請求項12に記載の監視制御装置において、
    前記流量制御部は、
    予め、少なくとも硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量を格納する運転計画格納部と、
    前記モニタリング部より得られる硫酸イオン濃度、前記運転計画格納部に格納される硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求める流量算出部と、を有することを特徴とする監視制御装置。
  14. 請求項13に記載の監視制御装置において、
    前記モニタリング部は、少なくとも、前記油分を含む被処理水及び/又は前記流出配管内を通流する処理水から硫酸イオンを選択的に透過させる硫酸イオン選択透過膜と、硫酸イオン検出用電極を有することを特徴とする監視制御装置。
  15. 請求項14に記載の監視制御装置において、
    前記モニタリング部は、前記油分を含む被処理水及び/又は前記流出配管内を通流する処理水から、少なくとも油分を分離する前処理部を備えることを特徴とする監視制御装置。
  16. 請求項15に記載の監視制御装置において、
    前記モニタリング部は、前記流入配管より分岐するサンプリング配管から導入される前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測し、
    前記流量制御部は、前記運転計画格納部に更に前記硫酸イオン除去部の除去性能である除去率を格納すると共に、前記硫酸イオン除去部の除去率及び前記モニタリング部により計測された被処理水中の硫酸イオン濃度に基づき前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度を算出する硫酸イオン濃度算出部を備え、
    前記流量算出部は、前記硫酸イオン水質目標値、前記計画処理流量、前記モニタリング部により得られた被処理水中の硫酸イオン濃度、及び前記硫酸イオン濃度算出部により得られた前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする監視制御装置。
  17. 請求項16に記載の監視制御装置において、
    前記流入配管より分岐する第1サンプリング配管から導入される前記油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度を計測する第1モニタリング部と、
    前記流出配管であって前記バイパス配管との合流部よりも上流側より分岐又は、前記流出配管からの処理水を貯留する処理水タンク内の処理水に一端が浸漬するよう配される第2サンプリング配管から導入される処理水中の硫酸イオン濃度を計測する第2モニタリング部と、を備え、
    前記流量算出部は、前記硫酸イオン水質目標値、前記計画処理流量、前記第1モニタリング部により得られた被処理水中の硫酸イオン濃度、及び前記第2モニタリング部より得られた処理水中の硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする監視制御装置。
  18. 請求項16に記載の監視制御装置において、
    前記流量制御部は、表示部を有し、
    前記硫酸イオン濃度算出部により得られた前記硫酸イオン除去部による処理後の硫酸イオン濃度が前記硫酸イオン水質目標値を超える場合、前記表示部に警報を表示することを特徴とする監視制御装置。
  19. 流入配管より導入される少なくとも油分を含む被処理水中の硫酸イオンを除去し、硫酸イオン除去後の処理水を流出配管へ送水する硫酸イオン除去部と、前記流入配管より分岐し前記油分を含む被処理水を前記流出配管へ通水するバイパス配管と、を有する水処理設備の水処理方法であって、
    油分を含む被処理水中の硫酸イオン濃度及び/又は前記流出配管内を通流する処理水中の硫酸イオン濃度を計測し、
    前記計測された硫酸イオン濃度に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理方法。
  20. 請求項19に記載の水処理方法において、
    予め、少なくとも硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量を格納し、
    前記計測された硫酸イオン濃度、前記硫酸イオン水質目標値及び計画処理流量に基づき、前記硫酸イオン除去部への前記被処理水の供給流量及び前記バイパス配管への前記被処理水の供給流量を求めることを特徴とする水処理方法。
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