JP2020163347A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の膜処理装置を直結した水処理システムにおいて、高価な処理水圧力センサを用いずに安定した運転を可能とする。【解決手段】水処理システム１は、供給水Ｗ２から第１透過水Ｗ６を製造する第１純水ユニット７と、供給水Ｗ２を第１純水ユニット７に向けて吐出する第１ポンプ５と、第１純水ユニット７の膜入口圧力を検出圧力値として出力する圧力検出手段ＰＳ２と、第１透過水Ｗ６から第２透過水Ｗ１０を製造する第２純水ユニット１３と、第１透過水Ｗ６を第２純水ユニット１３に向けて吐出する第２ポンプ１１と、第２透過水Ｗ１０の流量を検出流量値として出力する流量検出手段ＦＭ４と、検出圧力値が予め設定された第１目標圧力値となるように、第１加圧ポンプ５を駆動する第１制御部と、検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、第２ポンプ１１を駆動する第２制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理システムに関する。

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（延いては供給水）を、膜分離装置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）で逆浸透膜処理することにより製造される。

従来、供給水をＲＯ膜モジュール及び電気式脱イオン装置により処理して純水を製造する水処理システムが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、供給水を直列に接続された２つのＲＯ膜モジュールにより処理して純水を製造する水処理システムも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２５９３７６号公報 特開２００６−２５５６５０号公報 特許第６０５６３７０号公報

２つのＲＯ膜モジュールが直列に接続された水処理システムにおいて、２つのＲＯ膜モジュールを中間タンク無しで直結して運転する際に、前段及び後段でそれぞれ定流量フィードバック制御をすると、誤差等で流量バランスが崩れるため、安定して運転できなかった。そのため前段で処理水圧力フィードバック制御をする必要があったが、そのためには、高価な処理水圧力センサが必要であった。

本発明は、複数の膜処理装置を直結した水処理システムにおいて、高価な処理水圧力センサを用いなくても、安定した運転をすることが可能な水処理システムを提供することを目的とする。

本発明は、供給水から第１透過水を製造する第１純水ユニットと、供給水を前記第１純水ユニットに向けて吐出する第１ポンプと、前記第１純水ユニットの膜入口における供給水の圧力である膜入口圧力を、検出圧力値として出力する圧力検出手段と、前記第１純水ユニットで製造された第１透過水から第２透過水を製造する第２純水ユニットと、第１透過水を前記第２純水ユニットに向けて吐出する第２ポンプと、前記第２純水ユニットで製造された第２透過水の流量を検出流量値として出力する流量検出手段と、前記圧力検出手段から出力された検出圧力値が予め設定された第１目標圧力値となるように、前記第１ポンプを駆動する第１制御部と、前記流量検出手段から出力された検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記第２ポンプを駆動する第２制御部と、を備える水処理システムに関する。

また、上記の水処理システムは、第１透過水の目標流量値、第１透過水の目標圧力値である第２目標圧力値、平均透過流束、モジュール差圧、及び浸透圧に基づいて、前記膜入口圧力の前記第１目標圧力値を算出する目標圧力算出部を更に備えることが好ましい。

また、上記の水処理システムは、入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記第１ポンプに出力する第１インバータと、入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記第２ポンプに出力する第２インバータと、を備え、前記第１ポンプは、前記第１インバータから入力された駆動周波数に応じて駆動され、前記第２ポンプは、前記第２インバータから入力された駆動周波数に応じて駆動され、前記第１制御部は、前記圧力検出手段から出力された前記検出圧力値が予め設定された前記第１目標圧力値となるように前記第１ポンプ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指令信号を前記第１インバータに出力するように構成され、前記第２制御部は、前記流量検出手段から出力された前記検出流量値が予め設定された前記目標流量値となるように前記第２ポンプ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指令信号を前記第２インバータに出力するように構成されることが好ましい。

本発明によれば、複数の膜処理装置を直結した水処理システムにおいて、高価な処理水圧力センサを用いなくても、安定した運転をすることが可能となる。

本実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。 本発明の実施形態で用いられる流量調整弁に係る圧力と流量の関係を示す図である。 第１膜処理装置Ｄ１が実行する、第１加圧ポンプ５の定圧フィードバック制御の動作を示す図である。 第２膜処理装置Ｄ２が実行する、第２加圧ポンプ１１の定流量フィードバック制御の動作を示す図である。

〔１ 実施形態の構成〕
図１は、本実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
図１に示すように、水処理システム１は、第１膜処理装置Ｄ１と、第２膜処理装置Ｄ２と、制御部３０（第１制御部、第２制御部）と備える。
また、第１膜処理装置Ｄ１は、給水ポンプ２と、給水側インバータ３と、給水圧力調整弁４と、第１圧力センサＰＳ１と、第１加圧ポンプ５（第１ポンプ）と、第１加圧側インバータ６（第１インバータ）と、第２圧力センサＰＳ２（圧力検出手段）と、第１逆浸透膜モジュール７（第１純水ユニット）と、第１流量調整弁８と、排水流量調整弁９と、第１流量センサＦＭ１と、第２流量センサＦＭ２と、第１三方弁１０とを備える。

また、第１膜処理装置Ｄ１は、ラインとして、給水ラインＬ１と、第１供給水ラインＬ２と、第１濃縮水ラインＬ３と、循環水ラインＬ４と、濃縮排水ラインＬ５と、第１透過水ラインＬ６とを備える。「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。また、その由来（出所）やその水質によらず、給水ラインＬ１、第１濃縮水ラインＬ３又は循環水ラインＬ４を流通する水を、「給水」ともいい、第１濃縮水ラインＬ３、循環水ラインＬ４又は濃縮排水ラインＬ５を流通する水を、「濃縮水」ともいう。

給水ラインＬ１は、給水Ｗ１を、第１供給水ラインＬ２との合流部であるＪ１まで供給するラインである。給水ラインＬ１の上流側の端部は、給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。給水ラインＬ１には、上流側から下流側に向けて順に、給水ポンプ２、給水圧力調整弁４、接続部Ｊ１が設けられている。

なお、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１には、給水Ｗ１の供給源（不図示）から直接供給される給水に限らず、例えば、給水Ｗ１を濾過処理装置（除鉄除マンガン装置、活性炭濾過装置等）、硬水軟化装置等の前処理装置により前処理された給水も含まれる。

給水ポンプ２は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１を吸入し、第１供給水Ｗ２として第１加圧ポンプ５へ向けて圧送（吐出）する装置である。給水ポンプ２には、給水側インバータ３から周波数が変換された駆動電力が供給される。給水ポンプ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。

給水側インバータ３は、給水ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。給水側インバータ３は、制御部３０と電気的に接続されている。給水側インバータ３には、制御部３０から指令信号が入力される。給水側インバータ３は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を、給水ポンプ２に出力する。

給水圧力調整弁４は、給水ラインＬ１を流通する給水Ｗ１の圧力を調整する弁である。給水圧力調整弁４は、制御部３０と電気的に接続されている。給水圧力調整弁４の開度は、制御部３０により制御される。給水圧力調整弁４は、例えば電磁弁でもよい。
とりわけ本実施形態において、給水圧力調整弁４の開度は、後述の第１圧力センサＰＳ１によって測定される第１供給水Ｗ２の圧力値が一定値となるような開度に調整される。

第１供給水ラインＬ２は、給水Ｗ１を、第１供給水Ｗ２として第１逆浸透膜モジュール７に供給するラインである。第１供給水ラインＬ２の上流側の端部は、接続部Ｊ２に接続されている。第１供給水ラインＬ２の下流側の端部は、第１逆浸透膜モジュール７の一次側入口ポートに接続されている。第１供給水ラインＬ２には、上流側から下流側に向けて順に、接続部Ｊ１、第１圧力センサＰＳ１、第１加圧ポンプ５、第２圧力センサＰＳ２、第１逆浸透膜モジュール７が設けられている。

第１圧力センサＰＳ１は、第１供給水ラインＬ２中、接続部Ｊ１から第１加圧ポンプ５までの給水Ｗ１の圧力を検出する機器である。第１圧力センサＰＳ１で検出された第１供給水Ｗ２の圧力（以下、「第１検出圧力値」ともいう）は、制御部３０へ検出信号として送信される。

第１加圧ポンプ５は、第１供給水ラインＬ２に設けられる。第１加圧ポンプ５は、第１供給水ラインＬ２において、給水Ｗ１を吸入し、第１供給水Ｗ２として、第１逆浸透膜モジュール７へ向けて圧送（吐出）する装置である。第１加圧ポンプ５には、第１加圧側インバータ６から周波数が変換された駆動電力が供給される。第１加圧ポンプ５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。
とりわけ本実施形態において、第１加圧ポンプ５は、後述の第２圧力センサＰＳ２によって測定される第１供給水Ｗ２の圧力値が一定となるような回転速度で駆動される。

第１加圧側インバータ６は、第１加圧ポンプ５に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。第１加圧側インバータ６は、制御部３０と電気的に接続されている。第１加圧側インバータ６には、制御部３０から指令信号が入力される。第１加圧側インバータ６は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を、第１加圧ポンプ５に出力する。

第１逆浸透膜モジュール７は、第１加圧ポンプ５から吐出された第１供給水Ｗ２を、溶存塩類が除去された第１透過水Ｗ６と、溶存塩類が濃縮された第１濃縮水Ｗ３とに膜分離処理する設備である。第１逆浸透膜モジュール７は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。第１逆浸透膜モジュール７は、これらＲＯ膜エレメントにより第１供給水Ｗ２を膜分離処理し、第１濃縮水Ｗ３及び第１透過水Ｗ６を製造する。

第１濃縮水ラインＬ３は、第１逆浸透膜モジュール７で分離された第１濃縮水Ｗ３を送出するラインである。第１濃縮水ラインＬ３の上流側の端部は、第１逆浸透膜モジュール７の一次側出口ポートに接続されている。また、第１濃縮水ラインＬ３の下流側は、接続部Ｊ２において、循環水ラインＬ４及び濃縮排水ラインＬ５に分岐している。第１濃縮水ラインＬ３には、上流側から下流側に向けて順に、第１流量調整弁８、接続部Ｊ２が設けられている。

第１流量調整弁８は、当該第１流量調整弁８における差圧によらず、実質的に定流量の第１濃縮水Ｗ３を流通させる定流量要素と、当該第１流量調整弁８における差圧に実質的に比例して第１濃縮水Ｗ３の流量が高くなる比例要素とを備える。第１流量調整弁８における差圧は、具体的には、第１流量調整弁８の前後のラインの水圧の差圧である。定流量要素は、補助動力や外部操作を必要とせずに一定流量値を保持し、例えば水ガバナの名称で呼ばれるものを用いてもよい。また、比例要素としては、例えばオリフィスの名称で呼ばれるものを用いてもよく、オリフィスから流れる第１濃縮水Ｗ３の流量が、当該第１流量調整弁８における差圧に比例する。

図２は、第１逆浸透膜モジュール７の入口圧力と、第１流量調整弁８を流れる濃縮水の流量との関係の例を示すグラフである。第１流量調整弁８は、定流量要素を備えることから、入口圧力が発生すると、第１流量調整弁８を流れる濃縮水の流量は一気にＡ点まで上昇する。すなわち近似的には、入口圧力の発生と同時にＡ点の高さの流量が第１流量調整弁８に流れる。同時に、第１流量調整弁８は比例要素を備えることから、以降、入口圧力が上昇するに従い、第１流量調整弁８を流れる濃縮水の流量は、一次関数的に上昇する。

なお、第１流量調整弁８において、定流量要素と比例要素とは一体的に構成されていてもよく、別体として構成されていてもよい。一体的に構成されている場合には、例えば、比例要素の流れ方向が、第１流量調整弁８の長軸方向と一致し、定流量要素の流れ方向が第１流量調整弁８の長軸方向に直交するように構成してもよい。あるいは、比例要素の流れ方向が第１流量調整弁８の長軸方向に直交し、定流量要素の流れ方向が第１流量調整弁８の長軸方向と一致するように構成してもよい。あるいは、定流量要素の流れ方向と比例要素の流れ方向が、共に第１流量調整弁８の長軸方向と一致するように構成してもよい。

循環水ラインＬ４は、第１濃縮水ラインＬ３に接続され、給水としての濃縮水（循環水Ｗ４）を給水ラインＬ１に返送するラインである。本実施形態においては、循環水ラインＬ４は、第１濃縮水ラインＬ３を流通する第１濃縮水Ｗ３を循環水Ｗ４として、第１供給水ラインＬ２における第１加圧ポンプ５よりも上流側に返送（循環）させるラインである。循環水ラインＬ４の上流側の端部は、接続部Ｊ２において第１濃縮水ラインＬ３に接続されている。また、循環水ラインＬ４の下流側の端部は、接続部Ｊ１において、給水ラインＬ１及び第１供給水ラインＬ２に接続されている。

濃縮排水ラインＬ５は、第１濃縮水ラインＬ３に接続され、濃縮排水Ｗ５としての濃縮水を系外へ排出するラインである。本実施形態においては、濃縮排水ラインＬ５は、接続部Ｊ２において第１濃縮水ラインＬ３に接続され、第１逆浸透膜モジュール７で分離された第１濃縮水Ｗ３を、濃縮排水Ｗ５として装置外（系外）に排出するラインである。濃縮排水ラインＬ５には、排水流量調整弁９と第１流量センサＦＭ１が設けられる。

第１流量センサＦＭ１は、濃縮排水ラインＬ５を流通する濃縮排水Ｗ５の流量を第１検出流量値として検出する機器である。第１流量センサＦＭ１は、濃縮排水ラインＬ５に接続されている。第１流量センサＦＭ１は、制御部３０と電気的に接続されている。第１流量センサＦＭ１で検出された濃縮排水Ｗ５の第１検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第１流量センサＦＭ１として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

排水流量調整弁９は、濃縮排水ラインＬ５から装置外に排出される濃縮排水Ｗ５の流量を調節する弁である。排水流量調整弁９は、制御部３０と電気的に接続されている。排水流量調整弁９の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水流量調整弁９に送信して、弁開度を制御することにより、濃縮排水Ｗ５の排水流量を調節することができる。
とりわけ本実施形態において、排水流量調整弁９の開度は、後述の第１流量センサＦＭ１によって測定される濃縮排水Ｗ５の流量値が一定値となるような開度に調整される。

第１透過水ラインＬ６は、第１逆浸透膜モジュール７で分離（製造）された第１透過水Ｗ６を送出するラインである。第１透過水ラインＬ６の上流側の端部は、第１逆浸透膜モジュール７の二次側ポートに接続されている。第１透過水ラインＬ６の下流側の端部は、第１三方弁１０に接続されている。第１透過水ラインＬ６には、第２流量センサＦＭ２（以下、「第２流量検出手段」とも呼称する）が設置される。

第２流量センサＦＭ２は、第１透過水ラインＬ６を流通する第１透過水Ｗ６の流量を第２検出流量値として検出する機器である。第２流量センサＦＭ２は、第１透過水ラインＬ６に接続されている。第２流量センサＦＭ２は、制御部３０と電気的に接続されている。第２流量センサＦＭ２で検出された第１透過水Ｗ６の第２検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第２流量センサＦＭ２として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

第１三方弁１０は、第１透過水ラインＬ６と、第１透過排水ラインＬ７と、第２膜処理装置Ｄ２に第２供給水Ｗ８を供給する第２供給水ラインＬ８とを接続する。第１三方弁１０は、第１透過水ラインＬ６を流れる第１透過水Ｗ６の供給先を、第１透過排水ラインＬ７と第２膜処理装置Ｄ２とで切り替える。すなわち、第１三方弁１０により第１透過水ラインＬ６から第１透過排水ラインＬ７への流路を閉止した状態では、第１透過水ラインＬ６を流通する第１透過水Ｗ６の全量が、第２供給水ラインＬ８側に流れる。第１三方弁１０が流路を切り替えると、第１三方弁１０により第１透過水ラインＬ６から第２供給水ラインＬ８への流路を閉止した状態では、第１透過水ラインＬ６を流通する第１透過水Ｗ６の全量が、第１透過排水ラインＬ７側に流れる。このように、第１三方弁１０は、第１透過排水ラインＬ７と第２供給水ラインＬ８とで流路を切り替える。

第２膜処理装置Ｄ２は、第３圧力センサＰＳ３と、第２加圧ポンプ１１（第２ポンプ）と、第２加圧側インバータ１２（第２インバータ）と、第２逆浸透膜モジュール１３（第２純水ユニット）と、第２流量調整弁１４と、第３流量センサＦＭ３と、第２三方弁１５と、第４流量センサＦＭ４（流量検出手段）とを備える。

また、第２膜処理装置Ｄ２は、ラインとして、第２供給水ラインＬ８と、第２濃縮水ラインＬ９と、第２透過水ラインＬ１０と、第２透過排水ラインＬ１１と、第３透過水ラインＬ１２とを備える。

第２供給水ラインＬ８は、第２供給水Ｗ８を、第２逆浸透膜モジュール１３に供給するラインである。第２供給水ラインＬ８の上流側の端部は、第１三方弁１０に接続されている。第２供給水ラインＬ８の下流側の端部は、第２逆浸透膜モジュール１３の一次側入口ポートに接続されている。第２供給水ラインＬ８には、上流側から下流側に向けて順に、第３圧力センサＰＳ３と、第２加圧ポンプ１１とが設けられている。

第３圧力センサＰＳ３は、第２供給水ラインＬ８中、第１三方弁１０から第２加圧ポンプ１１までの第２供給水Ｗ８の圧力を検出する機器である。第３圧力センサＰＳ３で検出された第２供給水Ｗ８の圧力（以下、「第３検出圧力値」ともいう）は、制御部３０へ検出信号として送信される。

第２加圧ポンプ１１は、第２供給水ラインＬ８において、第２供給水Ｗ８を吸入し、第２逆浸透膜モジュール１３へ向けて圧送（吐出）する装置である。第２加圧ポンプ１１には、第２加圧側インバータ１２から周波数が変換された駆動電力が供給される。第２加圧ポンプ１１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。
とりわけ本実施形態において、第２加圧ポンプ１１は、後述の第４流量センサＦＭ４によって測定される第３透過水Ｗ１２の流量値が一定となるような回転速度で駆動される。

第２加圧側インバータ１２は、第２加圧ポンプ１１に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。第２加圧側インバータ１２は、制御部３０と電気的に接続されている。第２加圧側インバータ１２には、制御部３０から指令信号が入力される。第２加圧側インバータ１２は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を、第２加圧ポンプ１１に出力する。

第２逆浸透膜モジュール１３は、第２加圧ポンプ１１から吐出された第２供給水Ｗ８を、溶存塩類が除去された第２透過水Ｗ１０と、溶存塩類が濃縮された第２濃縮水Ｗ９とに膜分離処理する設備である。第２逆浸透膜モジュール１３は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。第２逆浸透膜モジュール１３は、これらＲＯ膜エレメントにより第２供給水Ｗ８を膜分離処理し、第２濃縮水Ｗ９及び第２透過水Ｗ１０を製造する。

第２濃縮水ラインＬ９は、第２逆浸透膜モジュール１３で分離された第２濃縮水Ｗ９を送出するラインである。第２濃縮水ラインＬ９の上流側の端部は、第２逆浸透膜モジュール１３の一次側出口ポートに接続されている。第２濃縮水ラインＬ９には、上流側から下流側に向けて順に、第２流量調整弁１４、第３流量センサＦＭ３が設けられている。

第２流量調整弁１４は、当該第２流量調整弁１４における差圧によらず、実質的に定流量の第２濃縮水Ｗ９を流通させる定流量要素と、当該第２流量調整弁１４における差圧に実質的に比例して第２濃縮水Ｗ９の流量が高くなる比例要素とを備える。
なお、第２流量調整弁１４の構成及び機能は、第１流量調整弁８と同一であるため、その説明を省略する。

第３流量センサＦＭ３は、第２濃縮水ラインＬ９を流通する第２濃縮水Ｗ９の流量を第３検出流量値として検出する機器である。第３流量センサＦＭ３は、制御部３０と電気的に接続されている。第３流量センサＦＭ３で検出された第２濃縮水Ｗ９の第３検出流量値は、制御部３０へ検出信号として送信される。第３流量センサＦＭ３として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（不図示）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。

第２透過水ラインＬ１０は、第２逆浸透膜モジュール１３で分離（製造）された第２透過水Ｗ１０を送出するラインである。第２透過水ラインＬ１０の上流側の端部は、第２逆浸透膜モジュール１３の二次側ポートに接続されている。第２透過水ラインＬ１０の下流側の端部は、第２三方弁１５に接続されている。第２透過水ラインＬ１０には、第４流量センサＦＭ４（以下、「第４流量検出手段」とも呼称する）が設置される。

第２三方弁１５は、第２透過水ラインＬ１０と、第２透過排水ラインＬ１１と、第３透過水ラインＬ１２とを接続する。第２三方弁１５は、第２透過水ラインＬ１０を流れる第２透過水Ｗ１０の供給先を、第２透過排水ラインＬ１１と第３透過水ラインＬ１２とで切り替える。すなわち、第２三方弁１５により第２透過水ラインＬ１０から第２透過排水ラインＬ１１への流路を閉止した状態では、第２透過水ラインＬ１０を流通する第２透過水Ｗ１０の全量が、第３透過水ラインＬ１２側に流れる。第２三方弁１５が流路を切り替えると、第２三方弁１５により第２透過水ラインＬ１０から第３透過水ラインＬ１２への流路を閉止した状態では、第２透過水ラインＬ１０を流通する第２透過水Ｗ１０の全量が、第２透過排水ラインＬ１１側に流れる。このように、第２三方弁１５は、第２透過排水ラインＬ１１と第３透過水ラインＬ１２とで流路を切り替える。

第３透過水ラインＬ１２は、第２三方弁１５で分離された第３透過水Ｗ１２を送出するラインである。第３透過水ラインＬ１２の上流側の端部は、第２三方弁１５に接続されている。第３透過水ラインＬ１２の下流側の端部は、需要箇所の装置等に接続されている。

制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。

ＣＰＵは水処理システム１を全体的に制御するプロセッサである。該ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種プログラムを、バスを介して読み出し、該各種プログラムに従って水処理システム１全体を制御することで、上記の各フィードバック制御を実現するように構成される。
より詳細には、ＣＰＵは、給水圧力調整弁４の開度を、第１圧力センサＰＳ１によって測定される給水Ｗ１の圧力値が一定値となるような開度に調整する。また、ＣＰＵは、第１加圧ポンプ５を、第２圧力センサＰＳ２によって測定される第１供給水Ｗ２の圧力値が一定値となるような回転速度で駆動させる。また、ＣＰＵは、排水流量調整弁９の開度を、第１流量センサＦＭ１によって測定される濃縮排水Ｗ５の流量値が一定値となるような開度に調整する。また、ＣＰＵは、第２加圧ポンプ１１を、第４流量センサＦＭ４によって測定される第３透過水Ｗ１２の流量値が一定となるような回転速度で駆動させる。

ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、水処理システム１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。

〔２ 実施形態の動作〕
図３は、第１膜処理装置Ｄ１が実行する、第１加圧ポンプ５の定圧フィードバック制御の動作を示す図である。また、図４は、第２膜処理装置Ｄ２が実行する、第２加圧ポンプ１１の定流量フィードバック制御の動作を示す図である。以下、図３及び図４を参照することにより、水処理システム１の動作について詳述する。

〔２．１ 定圧フィードバック制御〕
上記のように、制御部３０は、第１加圧ポンプ５を、第２圧力センサＰＳ２によって測定される第１供給水Ｗ２の圧力が一定値となるような回転速度で駆動させる。より詳細には、制御部３０は、第２圧力センサＰＳ２によって測定される第１供給水Ｗ２の圧力が、以下の数式（１）で算出される目標圧力値となるように、第１加圧ポンプ５を駆動させる。

ここで、「目標処理流量」とは、第１膜処理装置Ｄ１によって生成される処理水、すなわち第１透過水Ｗ６の流量の目標値である。なお、目標処理流量は、第２流量センサＦＭ２の測定流量としてもよい。
「バックアップ係数」とは、第３流量センサＦＭ３及び第４流量センサＦＭ４の流量誤差を補うために必要に応じて設定する。例えば、第３流量センサＦＭ３及び第４流量センサＦＭ４がそれぞれ実際よりも５％低く流量を検知している場合には、バックアップ係数を１０５％とする。
「平均透過流束」とは、第１逆浸透膜モジュール７の透過流束と、第２逆浸透膜モジュール１３の透過流束の平均値である。なお「透過流束」とは、第１逆浸透膜モジュール７又は第２逆浸透膜モジュール１３の膜の詰まり状態を示す指標であり、単位時間当たり、単位膜面積を通過する水の量を単位膜差圧当たりとして標準温度条件下に換算したものである。
温度補正は、以下の理由のために行われる。例えば水温が低いほど透過流束が低くなる等、水温によって透過流束は変化する。数式（１）中にある平均透過流束値は２５℃補正値であり、実際の測定水温での透過流束で目標圧力値の演算が必要である。例えば、実際の水温が５℃であれば透過流束は約５０％となるため、目標圧力値は高く計算される。
「膜本数」とは、第１逆浸透膜モジュール７及び第２逆浸透膜モジュール１３の双方に含まれる膜の本数の合計値である。
「モジュール差圧」とは、第１逆浸透膜モジュール７の一次側入口と一次側出口との間の差圧のことである。
「処理水圧力」とは、第１膜処理装置Ｄ１によって生成される処理水、すなわち第１透過水Ｗ６の圧力の目標値である。
「浸透圧」とは、第１逆浸透膜モジュール７の膜の一次側の第１供給水Ｗ２の浸透圧であり、例えば、電気伝導率センサ（不図示）で検出された第１供給水Ｗ２の電気伝導率を、換算式や換算テーブル等を用いて、浸透圧に換算してもよい。

制御部３０は、目標圧力算出部（不図示）を備え、当該目標圧力算出部は、目標処理流量、目標とする処理水圧力等を上記の数式（１）に代入して、第１逆浸透膜モジュール７において必要とされる膜入口圧力の目標値を算出する。制御部３０は、第２圧力センサＰＳ２によって測定される圧力値が、当該目標値となるように、第１加圧ポンプ５を駆動させる。

次に、制御部３０による上記の圧力フィードバック制御を、図３を参照して説明する。図３に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。

ステップＳ１１において、制御部３０は、上記の数式（１）に基づいて、第１供給水Ｗ２の目標圧力値Ｐ´を算出する。

ステップＳ１２において、制御部３０は、内部のタイマ（不図示）による計時ｔが制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳ１２において、制御部３０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳ１３へ移行する。また、ステップＳ１２において、制御部３０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０２へ戻る。なお、ここで、制御部３０はタイマによる計時ｔが１００ｍｓに達したか否かを判定するが、これは一例であって、他の長さの時間を計時してもよい。

ステップＳ１３（ステップＳ１２：ＹＥＳ判定）において、制御部３０は、第２圧力センサＰＳ２で検出された第１供給水Ｗ２の検出圧力値Ｐを取得する。

ステップＳ１４において、制御部３０は、ステップＳ１３で取得した検出圧力値（フィードバック値）ＰとステップＳ１１で取得した目標圧力値Ｐ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕ１を演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。

ステップＳ１５において、制御部３０は、操作量Ｕ１、目標圧力値Ｐ´及び第１加圧ポンプ５の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、第１加圧ポンプ５の駆動周波数Ｆ１を演算する。

ステップＳ１６において、制御部３０は、駆動周波数Ｆ１の演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。

ステップＳ１７において、制御部３０は、変換した電流値信号を第１加圧側インバータ６に出力する。なお、ステップＳ１７において、制御部３０が電流値信号を第１加圧側インバータ６へ出力すると、第１加圧側インバータ６は、入力された電流値信号に対応する周波数に変換された駆動電力を第１加圧ポンプ５に供給する。その結果、第１加圧ポンプ５は、第１加圧側インバータ６から入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳ１１へリターンする）。

〔２．２ 定流量フィードバック制御〕
次に、制御部３０による上記の定流量フィードバック制御を、図４を参照して説明する。図４に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。

図４に示すステップＳ２１において、制御部３０は、第３透過水Ｗ１２の目標流量値Ｑ´を取得する。この目標流量値Ｑ´は、例えば、システムの管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介して制御部３０のメモリに入力した設定値である。

ステップＳ２２において、制御部３０は、内部のタイマ（不図示）による計時ｔが制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳ２２において、制御部３０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳ２３へ移行する。また、ステップＳ２２において、制御部３０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳ２２へ戻る。なお、ここで、制御部３０はタイマによる計時ｔが１００ｍｓに達したか否かを判定するが、これは一例であって、他の長さの時間を計時してもよい。

ステップＳ２３（ステップＳ２２：ＹＥＳ判定）において、制御部３０は、第４流量センサＦＭ４で検出された第３透過水Ｗ１２の検出流量値Ｑを取得する。

ステップＳ２４において、制御部３０は、ステップＳ２３で取得した検出流量値（フィードバック値）Ｑ´とステップＳ２１で取得した目標流量値Ｑとの偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕ２を演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。

ステップＳ２５において、制御部３０は、操作量Ｕ２、目標流量値Ｑ´及び第２加圧ポンプ１１の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、第２加圧ポンプ１１の駆動周波数Ｆ２を演算する。

ステップＳ２６において、制御部３０は、駆動周波数Ｆ２の演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。

ステップＳ２７において、制御部３０は、変換した電流値信号を第２加圧側インバータ１２に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳ２１へリターンする）。

なお、ステップＳ２７において、制御部３０が電流値信号を第２加圧側インバータ１２へ出力すると、第２加圧側インバータ１２は、入力された電流値信号に対応する周波数に変換された駆動電力を第２加圧ポンプ１１に供給する。その結果、第２加圧ポンプ１１は、第２加圧側インバータ１２から入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。

また、単一の制御部３０が、図３に記載の定圧フィードバック制御と、図４に記載の定流量フィードバック制御を実行するとしたが、これには限定されない。例えば二つの制御部の各々が、図３に記載の定圧フィードバック制御と、図４に記載の定流量フィードバック制御を実行してもよい。

更に、第１逆浸透膜モジュール７の後段（例えば、第１逆浸透膜モジュール７と第２流量センサＦＭ２との間）に、第１透過水の圧力を測定するための処理水圧力センサが設置されている場合、例えば断線により当該処理水圧力センサが故障した際に、制御部３０は、バックアップ運転として上記の動作を実行してもよい。この場合、後段の第２膜処理装置Ｄ２は、前段の第１膜処理装置Ｄ１に設置された処理水圧力センサ故障を判別する必要がない。

上述した本実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

本実施形態に係る水処理システム１は、第１供給水Ｗ２から第１透過水Ｗ６を製造する第１逆浸透膜モジュール７と、第１供給水Ｗ２を第１逆浸透膜モジュール７に向けて吐出する第１加圧ポンプ５と、第１逆浸透膜モジュール７の膜入口における第１供給水Ｗ２の圧力である膜入口圧力を、検出圧力値として出力する第２圧力センサＰＳ２と、第１逆浸透膜モジュール７で製造された第１透過水Ｗ６から第２透過水Ｗ１０を製造する第２逆浸透膜モジュール１３と、第１透過水Ｗ６を第２逆浸透膜モジュール１３に向けて吐出する第２加圧ポンプ１１と、第２逆浸透膜モジュール１３で製造された第３透過水Ｗ１２の流量を検出流量値として出力する第４流量センサＦＭ４と、第２圧力センサＰＳ２から出力された検出圧力値が予め設定された第１目標圧力値となるように、第１加圧ポンプ５を駆動する第１制御部（制御部３０）と、第４流量センサＦＭ４から出力された検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、第２加圧ポンプ１１を駆動する第２制御部（制御部３０）と、を備える。

これにより、第１逆浸透膜モジュール７の後段に、第１透過水の圧力を測定するための処理水圧力センサを用いなくても、安定して直結運転ができる。また、処理水圧力フィードバック制御を行う際に、処理水圧力センサが故障した場合のバックアップ運転としても実施できる。

また、本実施形態に係る水処理システム１は、第１透過水Ｗ６の目標流量値、第１透過水Ｗ６の目標圧力値である第２目標圧力値、平均透過流束、モジュール差圧、及び浸透圧に基づいて、第１逆浸透膜モジュールの膜入口圧力の第１目標圧力値を算出する目標圧力算出部を更に備えてもよい。

第１透過水Ｗ６の第２目標圧力値を一定に保つための、第１逆浸透膜モジュール７への第１供給水Ｗ２の第１目標圧力値を簡便に算出すると共に、第１供給水Ｗ２の圧力が算出された第１目標圧力値となるように運転することにより、処理水圧力を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係る水処理システム１は、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第１加圧ポンプ５に出力する第１加圧側インバータ６と、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第２加圧ポンプ１１に出力する第２加圧側インバータ１２と、を備え、第１加圧ポンプ５は、第１加圧側インバータ６から入力された駆動周波数に応じて駆動され、第２加圧ポンプ１１は、第２加圧側インバータ１２から入力された駆動周波数に応じて駆動され、第１制御部（制御部３０）は、第２圧力センサＰＳ２から出力された検出圧力値が予め設定された第１目標圧力値となるように第１加圧ポンプ５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指令信号を第１加圧側インバータ６に出力するように構成され、第２制御部（制御部３０）は、第４流量センサＦＭ４から出力された検出流量値が予め設定された目標流量値となるように第２加圧ポンプ１１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指令信号を第２加圧側インバータ１２に出力するように構成されている。

第１加圧ポンプ５を、第１逆浸透膜モジュール７や管路抵抗の状態に応じて駆動することが出来るため、膜入口圧力を安定して第１目標圧力値に保つことができる。また第２加圧ポンプ１１を、需要先における第３透過水Ｗ１２の水量を常に確保するように駆動することができる。そのため、第２逆浸透膜モジュール１３において、より安定した流量の第２透過水Ｗ１０を製造することができる。

〔３ 変形例〕
上記の実施形態は、１段目に第１逆浸透膜モジュール７を備え、２段目に第２逆浸透膜モジュール１３を備えるものであったが、これには限定されない。本発明の水処理システムは、２段の純水ユニットを備えるものに制限されない。段数は、３段以上であってもよい。純水ユニットは、電気再生式イオン交換装置、脱炭酸膜装置であってもよい。

段数及び純水ユニットの組合せの例を以下に示す。
ＲＯ：逆浸透膜モジュール
ＥＤＩ：電気再生式イオン交換装置
脱炭酸膜：脱炭酸膜装置

１ 水処理システム
４ 給水圧力調整弁
５ 第１加圧ポンプ（第１ポンプ）
６ 第１加圧側インバータ（第１インバータ）
７ 第１逆浸透膜モジュール（第１純水ユニット）
１１ 第２加圧ポンプ（第２ポンプ）
１２ 第２加圧側インバータ（第２インバータ）
１３ 第２逆浸透膜モジュール（第２純水ユニット）
３０ 制御部（第１制御部、第２制御部）
ＰＳ１ 第１圧力センサ
ＰＳ２ 第２圧力センサ（圧力検出手段）
ＰＳ３ 第３圧力センサ
ＦＭ１ 第１流量センサ
ＦＭ２ 第２流量センサ
ＦＭ３ 第３流量センサ
ＦＭ４ 第４流量センサ（流量検出手段）
Ｗ２ 第１供給水（供給水）
Ｗ６ 第１透過水
Ｗ１０ 第２透過水

Claims (3)

1. 供給水から第１透過水を製造する第１純水ユニットと、
   供給水を前記第１純水ユニットに向けて吐出する第１ポンプと、
   前記第１純水ユニットの膜入口における供給水の圧力である膜入口圧力を、検出圧力値として出力する圧力検出手段と、
   前記第１純水ユニットで製造された第１透過水から第２透過水を製造する第２純水ユニットと、
   第１透過水を前記第２純水ユニットに向けて吐出する第２ポンプと、
   前記第２純水ユニットで製造された第２透過水の流量を検出流量値として出力する流量検出手段と、
   前記圧力検出手段から出力された検出圧力値が予め設定された第１目標圧力値となるように、前記第１ポンプを駆動する第１制御部と、
   前記流量検出手段から出力された検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記第２ポンプを駆動する第２制御部と、
   を備える水処理システム。
2. 第１透過水の目標流量値、第１透過水の目標圧力値である第２目標圧力値、平均透過流束、モジュール差圧、及び浸透圧に基づいて、前記膜入口圧力の前記第１目標圧力値を算出する目標圧力算出部を更に備える、請求項１に記載の水処理システム。
3. 入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記第１ポンプに出力する第１インバータと、入力された指令信号に対応する駆動周波数を前記第２ポンプに出力する第２インバータと、を備え、
   前記第１ポンプは、前記第１インバータから入力された駆動周波数に応じて駆動され、前記第２ポンプは、前記第２インバータから入力された駆動周波数に応じて駆動され、
   前記第１制御部は、前記圧力検出手段から出力された前記検出圧力値が予め設定された前記第１目標圧力値となるように前記第１ポンプ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指令信号を前記第１インバータに出力するように構成され、前記第２制御部は、前記流量検出手段から出力された前記検出流量値が予め設定された前記目標流量値となるように前記第２ポンプ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指令信号を前記第２インバータに出力するように構成される、
   請求項１又は２に記載の水処理システム。

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