JP5067299B2 - 膜ろ過システム、及び膜ろ過システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は膜ろ過システム、及び膜ろ過システムの運転方法に関し、より詳しくは、分散剤の注入された原水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過システム、及び膜ろ過システムの運転方法に関する。

地下水や井戸水等の原水を処理して高純度の水を生産する水処理システムとして、膜ろ過分離技術を使用した膜ろ過システムが知られている。

この種の膜ろ過システムでは、原水に含まれるシリカ（ＳｉＯ_２）等の溶存塩類が、溶解度以上に濃縮されると、ろ過膜の表面にスケールが析出したり、目詰まりや有機物の堆積等によってファウリングが生じ、膜ろ過性能の低下を招くおそれがある。

このため従来より、特許文献１に示すように、原水中に分散剤（スケール防止剤）を注入し、これにより膜面へのスケール析出を防止することが行なわれている。

一方、上述した溶存塩類の溶解度は、水温や水質に応じて変動することから、特許文献２に示すように、水温又は水質に応じて濃縮水の排水量を制御するようにした技術も知られている。

この特許文献２では、水温が高い場合は、溶存塩類の溶解度が上昇して膜へのスケール析出が生じにくくなることから、濃縮水の排水量を少なくし、これにより濃縮水の排水量が必要以上に多くなるのを防止している。同様に、電気伝導率等で水質を評価し、濃縮水の排水量が適正量となるように制御している。

特開２００５−２２７４６１号公報 特開２００６−３０５４９９号公報

ところで、上記分散剤は濃縮に起因するスケールのろ過膜への付着を抑制するものであるため、注入量が過少の場合は、スケール析出の防止効果を発揮することができなくなるが、一方で注入量が過剰になると、分散剤自体がろ過膜に付着して目詰まりが生じるおそれがある。したがって、ろ過性能の低下を防止するためには、濃縮水中の分散剤が適正濃度となるように管理するのが望ましい。

しかしながら、特許文献１に示すような従来の膜ろ過システムでは、水温変化等の外乱によって透過水（生産水）の流量が変動すると、水回収率も変動し、濃縮倍率も変動することから、濃縮水中の分散剤濃度も変動する。

すなわち、上記水回収率ηは、数式（１）で示すように、ろ過膜を透過した透過水量Ｑｐとろ過膜に供給される供給水量Ｑｆとの比で表される。

η＝Ｑｐ／Ｑｆ×１００ …（１）
また、供給水量Ｑｆは、数式（２）に示すように、透過水量Ｑｐと濃縮水の排水量Ｑｃとの和で表される。

Ｑｆ＝Ｑｐ＋Ｑｃ …（２）
したがって、水温変化等の外乱によって透過水量Ｑｐが変動すると、排水量Ｑｃが一定のため水回収率ηが変動する。このため濃縮倍率も変動し、濃縮水中の分散剤濃度が変動することとなる。

そして、上述したように分散剤濃度が高い場合は、分散剤過剰の注入により該分散剤がろ過膜に付着して目詰まりが生じるおそれがある。一方、分散剤濃度が低い場合は、注入不足となって溶存塩類等がろ過膜にスケールとして析出し、目詰まりが生じるおそれがある。すなわち、いずれの場合も、ろ過膜に目詰まりが生じ、ろ過性能の低下を招くおそれがある。

また、特許文献２では、水温又は水質に応じて水回収率ηを切り替えているものの、常に一定量の分散剤を原水に注入しているため、特許文献１と同様、結果的に過剰注入となったり、注入不足となり、ろ過性能の低下を招くおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、濃縮水中の分散剤濃度を適正濃度に制御することにより、ろ過性能が低下するのを極力回避することのできる膜ろ過システム、及び膜ろ過システムの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る膜ろ過システムは、原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、水温検出手段及び水質検出手段のうちの少なくとも一方を有すると共に、前記水温及び前記水質のいずれか一方の検出値に基づいて水回収率の切替制御を行なう切替制御手段を有し、かつ、前記切替制御された水回収率に基づいて前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段を有しており、前記注入量制御手段は、前記水回収率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

また、本発明に係る膜ろ過システムは、原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、前記透過水の流量を検出する透過水量検出手段と、前記系外に排出される排水量を検出する排水量検出手段と、前記透過水量検出手段及び前記排出量検出手段の検出結果に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出する算出手段と、該算出手段の算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段とを有し、前記注入量制御手段は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

また、本発明に係る膜ろ過システムは、原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、前記原水及び前記濃縮水の水質を検出する水質検出手段と、該水質検出手段に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出する算出手段と、該算出手段の算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段とを有し、前記注入量制御手段は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

さらに、本発明の膜ろ過システムは、前記分散剤の注入前後の有機炭素量を測定する有機炭素量測定手段と、該有機炭素量測定手段の測定結果に基づいて分散剤濃度を検出する分散剤濃度検出手段とを有していることを特徴としている。

また、本発明の膜ろ過システムは、前記有機炭素量が、全有機炭素量、化学的酸素要求量、及び生物化学的酸素要求量のうちの少なくともいずれかであることを特徴としている。

さらに、本発明の膜ろ過システムは、前記ろ過膜が、逆浸透膜及びナノろ過膜のうちの少なくともいずれか一方を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る膜ろ過システムの運転方法は、原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、水温及び水質のいずれか一方の検出値に基づいて水回収率の切替制御を行ない、前記切替制御された水回収率に基づいて前記分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

また、本発明に係る膜ろ過システムの運転方法は、原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、前記膜ろ過分離された透過水量と前記系外に排出される排水量とを検出し、これら透過水量及び排水量に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出し、該算出された水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

また、本発明に係る膜ろ過システムの運転方法は、原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、前記原水及び前記濃縮水の水質を検出し、該検出結果に基づいて水回収率及び濃縮倍率の少なくともいずれか一方を算出し、該算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴としている。

さらに、本発明の膜ろ過システムの運転方法は、前記分散剤の注入前後の有機炭素量を測定し、次いで該測定された有機炭素量に基づいて前記分散剤の濃度を検出することを特徴としている。

また、本発明の膜ろ過システムの運転方法は、前記有機炭素量は、全有機炭素量（Total Organic Carbon ; 以下、「ＴＯＣ」という。）、化学的酸素要求量（Chemical Oxygen Demand ; 以下、「ＣＯＤ」という。）、及び生物化学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand以下、「ＢＯＤ」という。）のうちの少なくともいずれかであることを特徴としている。

本発明の膜ろ過システム、及び膜ろ過システムの運転方法によれば、水温及び水質のいずれか一方の検出値に基づいて水回収率の切替制御を行ない、この切替制御された水回収率に基づいて分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理するので、水回収率が運転中に切り替えられても、濃縮水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に一定濃度に管理することが可能となり、分散剤の過剰注入に起因するろ過膜（逆浸透膜、ナノろ過膜）の目詰まりや分散剤の注入不足による前記ろ過膜へのスケール析出を防止することが可能となる。

また、膜ろ過分離された透過水量と系外に排出される排水量とを検出し、これら透過水量及び排水量に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出し、該算出された水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理するので、水回収率が運転中に変動しても、濃縮水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に一定濃度に管理することが可能となり、分散剤の過剰注入に起因するろ過膜の目詰まりや分散剤の注入不足による前記ろ過膜へのスケール析出を防止することが可能となる。

さらに、原水及び濃縮水の水質を検出し、該検出結果に基づいて水回収率及び濃縮倍率の少なくともいずれか一方を算出し、該算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入を制御すると共に、前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理するので、この場合も上述と同様、水回収率が運転中に変動しても、濃縮水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に一定濃度に管理することが可能となり、分散剤の過剰注入に起因するろ過膜の目詰まりや分散剤の注入不足による前記ろ過膜へのスケール析出を防止することが可能となる。

このように本発明によれば、ろ過膜に供給される濃縮水中の分散剤濃度を常に適正濃度に管理することができ、ろ過性能が低下するのを極力回避することができる。

さらに、前記分散剤の注入前後の有機炭素量（ＴＯＣ、ＣＯＤ、ＢＯＤ）を測定し、次いで該測定された有機炭素量に基づいて前記分散剤の濃度を検出するので、分散剤濃度が適正濃度を維持しているか否かを常時把握することができる。したがって、分散剤濃度が異常値を検出したときは、迅速に対処することが可能となり、システム障害が発生するのを未然に防止することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。

図１は本発明に係る膜ろ過システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示すシステム構成図である。

該膜ろ過システムは、原水が通過する原水ライン１と、分散剤２を貯留した分散剤注入装置（分散剤注入手段）３と、原水ライン１と分散剤注入装置３との間に介装されて原水への分散剤注入を制御する注入ポンプ４と、原水ライン１に接続されて原水を処理する逆浸透膜装置（以下、「ＲＯ装置」という。）５と、ＲＯ装置５からの生産水が通過する生産水ライン６と、システム全体の制御を司る制御部７とを備えている。

ＲＯ装置５は、例えばスパイラル形状に巻回されたＲＯ膜エレメント（以下、「ＲＯ膜」という。）８ａ（膜ろ過分離手段）を内蔵したＲＯモジュール８と、原水の水温を検出する水温センサ９と、加圧ポンプ１０とを有している。また、ＲＯモジュール８は、原水が供給される一次側とＲＯ膜８ａを透過した透過水を出力する二次側とに分離されている。

さらに、このＲＯ装置５には、ＲＯ膜８ａを透過しなかった濃縮水の一部を原水側に還流する循環水ライン（濃縮水還流手段）１１と、前記濃縮水の残部を系外に排水する排水ライン（濃縮水排水手段）１２とが接続されている。

循環水ライン１１は、排水ライン１２の途中から分岐されて前記加圧ポンプ１０の上流側に接続されると共に、定流量制御弁１３が介装されている。そして、濃縮水のうちの一部が原水と合流し、供給水としてＲＯモジュール８に供給されるように構成されている。

また、排水ライン１２は、循環水ライン１１との分岐点よりも下流側で第１〜第３の排水ライン１２ａ〜１２ｃに分岐されている。第１〜第３の排水ライン１２ａ〜１２ｃには定流量弁機構（不図示）を備えた第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃが介装されている。

第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃは、前記定流量弁機構により、それぞれ異なる排水量となるように設定されている。例えば、第１の排水弁１４ａのみを開状態としたときは、水回収率ηが９５％となるように排水量が設定され、第２の排水弁１４ｂのみを開状態としたときは、水回収率ηが９０％となるように排水量が設定され、第３の排水弁１４ｂのみを開状態としたときは、水回収率ηが８０％となるように排水量が設定される。

ここで、水回収率ηは、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、数式（１）、（２）で表される。

η＝Ｑｐ／Ｑｆ×１００ …（１）
Ｑｆ＝Ｑｐ＋Ｑｃ …（２）
尚、Ｑｐは透過水量、Ｑｆは供給水量、Ｑｃは排水量である。

そして、系外に排水される濃縮水の排水率は、（１００−η）であるから、水回収率ηは、第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃを全て開状態としたときは６５％、第１の排水弁１４ａのみを閉じたときは７０％、第２の排水弁１４ｂのみを閉じたときは７５％、第３の排水弁１４ｃのみを閉じたときは８５％となる。すなわち、水回収率ηは、６５％から９５％の広範囲に亙って５％毎に段階的に調節することが可能となる。

制御部７は、信号線１５を介して注入ポンプ４に電気的に接続されると共に、信号線１６を介してＲＯ装置５に電気的に接続されている。また、該制御部７は、ＲＯ装置５及び注入ポンプ４との間でインターフェース動作を司る入出力部と、所定の演算プログラムやテーブル等が格納されたＲＯＭと、演算結果を記憶したりワークエリアとして使用されるＲＡＭと、システム全体を制御するＣＰＵとを備えている。

このように構成された膜ろ過システムでは、制御部７からの指令により注入ポンプ４が駆動すると、原水ライン１を通過する原水に分散剤２が注入され、斯かる原水がＲＯ装置５に供給される。加圧ポンプ１０が制御部７からの指令により駆動し、ＲＯ膜８ａに一次側から浸透圧以上の高圧が負荷されると、溶存塩類が除去された高純度の透過水が二次側に出水し、生産水として生産水ライン６を通過し、例えば、不図示の給水タンクに貯留される。一方、ＲＯ膜８ａを透過しなかった濃縮水の一部は循環水ライン１１を介して原水ライン１に還流され、残部は第１〜第３の排水ライン１２ａ〜１２ｃから系外に排水される。

そして、本膜ろ過システムは、原水の水温に基づいて水回収率ηの切替制御を行なう切替制御手段を有し、かつ、前記切替制御された水回収率ηに基づいて分散剤２の注入量を制御する注入量制御手段を有している。

以下、その制御手順を詳述する。

図２は、上記膜ろ過システムの制御手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、水温センサ９により原水の温度を検出し、続くステップＳ２では水回収率テーブルを検索し、原水の水温に応じた水回収率ηを算出する。

すなわち、水温が下がるとシリカ等の溶存塩類の溶解度が低下するため、スケールが析出し易くなる。したがって、スケールの析出を抑制するためには、排水量を増加させて水回収率ηを低下させるのが望ましい。一方、水温が上昇すると前記溶存塩類の溶解度が上がるため、スケールが析出し難くなる。したがって、この場合は水回収率ηを上げて透過水（生産水）の生産能力を向上させるのが望ましい。

そこで、本実施の形態では、スケールの析出を抑制しつつ、高効率で透過水（生産水）が得られるように、水温に応じた水回収率ηを算出している。

図３は、水回収率テーブルの一例を示す図であり、横軸が水温Ｔ、縦軸が水回収率ηである。

水回収率テーブルは、この図３に示すように、階段状に形成されており、Ｔ１〜Ｔ２間（例えば、５〜１０℃）は、水回収率ηがη１（例えば、６５％）に設定され、Ｔ２〜Ｔ３間（例えば、１０〜１５℃）は、水回収率ηがη２（例えば、７０％）に設定され、Ｔ３〜Ｔ４間（例えば、１５〜３５℃）は、水回収率ηがη３（例えば、７５％）に設定されている。すなわち、水回収率テーブルは、水温Ｔが高くなると水回収率ηが高くなるように、また水温Ｔが低くなると水回収率ηが低くなるように階段状に設定されており、水温Ｔに応じた水回収率ηを算出して制御部７（ＲＡＭ）に格納される。

次に、ステップＳ３に進んで分散剤注入テーブルを検索し、水回収率ηに応じた分散剤２の注入量を算出する。

図４は分散剤テーブルの一例を示す図である。横軸が水回収率η、縦軸は分散剤の注入量Ｄである。

水温の低下時に水回収率ηを低下させると（すなわち、排水量を増加させると）、濃縮倍率の低下により濃縮水中の分散剤濃度が低くなることから、分散剤２の注入量を増加させてスケールの析出を回避する。一方、水温の上昇時に水回収率ηを上昇させると（すなわち、排水量を減少させると）、濃縮倍率の上昇により濃縮水中の分散剤濃度が高くなることから、分散剤２の注入量を減少させて過剰注入による分散剤２のＲＯ膜８ａへの付着を防止する。

したがって、分散剤テーブルは、この図４に示すように、水回収率ηが上昇するに伴い、分散剤２の注入量が少なくなるように設定されている。そして、水回収率に応じた分散剤２の注入量が算出され、制御部７（ＲＡＭ）に保存される。

尚、この分散剤テーブルは、スケール析出や分散剤の付着によりＲＯ膜８ａに目詰まりが生じないような分散剤濃度となるように、水回収率ηと分散剤注入量との関係を予め測定しておき、斯かる測定結果をテーブルにしてＲＯＭに格納される。

次いで、ステップＳ４に進み、第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃ及び注入ポンプ４を制御する。すなわち、ステップＳ２で算出された水回収率ηに基づいて第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃを開閉制御し、さらに該水回収率ηに応じた分散剤濃度となるように注入ポンプ４で注入量を制御しながら原水中に分散剤２を注入する。

このように本第１の実施の形態では、水温センサ９で検出された水温に基づいて水回収率ηの切替制御を行ない、この切替制御された水回収率ηに基づいて分散剤２の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、水回収率ηが低下する場合は、分散剤２の注入量を増加させる一方、水回収率ηが上昇する場合は、分散剤２の注入量を減少させることにより、濃縮水中の分散剤濃度を分散剤２の付着によるＲＯ膜８ａの目詰まりが生じない一定濃度に管理している。したがって、水回収率ηが運転中に切り替えられても原水中の分散剤濃度は過不足が生じることなく、常に一定濃度に管理することが可能となり、分散剤２の過剰注入に起因するＲＯ膜８ａの目詰まりや分散剤２の注入不足によるＲＯ膜８ａへのスケール析出を防止することが可能となる。

図５は、本発明者らの実験結果に基づき、水回収率ηと分散剤濃度及び濃縮倍率との関係をプロットした図である。図中、実線が濃縮倍率、破線が原水の分散剤濃度、一点鎖線が濃縮水の分散剤濃度を示している。尚、横軸が水回収率η（％）、左縦軸は分散剤濃度（ｍｇ／Ｌ）、右縦軸は濃縮倍率（倍）である。

この図５の実線に示すように、水回収率ηが上昇するに伴い濃縮倍率も上昇し、水回収率ηが低下するに連れて濃縮倍率も低下し、水回収率ηが８０％のときは、濃縮倍率は５倍であるが、水回収率ηが５０％のときは濃縮倍率が２倍となる。そして、破線で示すように、水回収率ηが５０％のときに原水の分散剤濃度が２．５ｍｇ／Ｌ、水回収率ηが８０％のときに原水の分散剤濃度が１ｍｇ／Ｌとなるように、分散剤２の注入量を略直線的に変化させることにより、一点鎖線に示すように濃縮水の分散剤濃度を略一定値（５ｍｇ／Ｌ）に制御することができる。

図６は本発明に係る膜ろ過システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。

本第２の実施の形態では、水温センサ９（図１）に代えて、電気伝導率測定装置１７（水質検出手段）が設けられており、これによりＲＯモジュール８に供給される原水の水質を検出している。

図７は第２の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１１では、電気伝導率測定装置１７で原水の電気伝導率を測定し、ステップＳ１２では、図３と略同様の水回収率テーブルを検索し、電気伝導率に応じた水回収率ηを算出する。

すなわち、原水中の溶存塩類が多い場合は電気伝導率が大きくなるが、この場合はスケールが析出し易くなることから水回収率ηを下げる必要がある。一方、原水中の溶存塩類が少ない場合は電気伝導率が小さくなるが、この場合はスケールが析出し難く、したがって水回収率ηを上げることができる。そして、制御部７に予め格納された上記水回収率テーブルを検索し、原水の電気伝導率に応じた水回収率ηを算出する。

その後は第１の実施の形態と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ１３に進んで分散剤注入テーブルを検索し、水回収率ηに応じた分散剤２の注入量を算出し、ステップＳ１４では、ステップＳ１２で算出された水回収率ηに基づいて第１〜第３の排水弁１４ａ〜１４ｃを開閉制御し、さらに該水回収率ηに応じた分散剤濃度となるように注入ポンプ４で注入量を制御しながら原水中に分散剤２を注入する。

このように本第２の実施の形態では、電気伝導率測定装置１７で検出された電気伝導率に基づいて水回収率ηの切替制御を行ない、この切替制御された水回収率ηに基づいて分散剤２の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、水回収率ηが低下する場合は、分散剤２の注入量を増加させる一方、水回収率ηが上昇する場合は、分散剤２の注入量を減少させることにより、濃縮水中の分散剤濃度を分散剤２の付着によるＲＯ膜８ａの目詰まりが生じない一定濃度に管理している。したがって、水回収率ηが運転中に切り替えられても原水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に過不足なく一定濃度に管理することが可能となり、分散剤の過剰注入に起因するＲＯ膜８ａの目詰まりや分散剤２の注入不足によるＲＯ膜８ａへのスケール析出を防止することが可能となる。

図８は本発明に係る膜ろ過システムの第３の実施の形態を示すシステム構成図である。

すなわち、本第３の実施の形態では、水回収率η（排水量）の切替制御機構を設ける代わりに、排水ライン１８に１個の排水弁１９のみが設けられている。そして、生産水ライン６に第１の流量計２０ａ（透過水量検出手段）が介装されると共に、前記排水ライン１８に第２の流量計２０ｂ（排水量検出手段）が介装されている。

図９は第３の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。

すなわち、ステップＳ２１では、第１の流量計１７ａでＲＯ膜８ａを透過した透過水量を検出し、第２の流量計１７ｂで濃縮水の排水量を検出し、続くステップＳ２２では、上記数式（１）、（２）に基づいて水回収率ηを算出する。

そして、ステップＳ２３に進み、第１の実施の形態と同様、分散剤注入テーブルを検索し、水回収率ηに応じた分散剤２の注入量を算出する。

次に、ステップＳ２４に進んで注入ポンプ４を制御して濃縮水中の分散剤濃度が適正濃度となるように原水に分散剤を注入する。

このように本第３の実施の形態では、透過水量と系外に排出される排水量を検出し、これら透過水量及び排水量に基づいて水回収率を算出し、該算出された水回収率に基づいて原水への分散剤の注入量を制御すると共に、前記注入量の制御は、水回収率ηが低下する場合は、分散剤２の注入量を増加させる一方、水回収率ηが上昇する場合は、分散剤２の注入量を減少させることにより、濃縮水中の分散剤濃度を分散剤２の付着によるＲＯ膜８ａの目詰まりが生じない一定濃度に管理している。したがって、水回収率ηが運転中に変動しても原水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に過不足なく一定濃度に管理することが可能となり、分散剤２の過剰注入に起因するＲＯ膜８ａの目詰まりや分散剤２の注入不足によるＲＯ膜８ａへのスケール析出を防止することが可能となる。

尚、図５に示したように水回収率ηと濃縮倍率とは相関関係があることから、上記ステップ２２では、水回収率ηに代えて濃縮倍率を算出するようにしてもよい。

図１０は本発明に係る膜ろ過システムの第４の実施の形態を示すシステム構成図である。

本第４の実施の形態では、第３の実施の形態における第１及び第２の流量計２０ａ、２０ｂに代えて、原水ライン１及び排水ライン１８に電気伝導率測定装置（第１及び第２の電気伝導率測定装置２１ａ、２１ｂ）（水質検出手段）が設けられている。

本第４の実施の形態では、第１の電気伝導率測定装置２１ａにより得られた原水の電気伝導率ｋ１と第２の電気伝導率測定装置２１ｂにより得られた濃縮水の電気伝導率ｋ２との比ｋ２／ｋ１を濃縮倍率として近似し、この濃縮倍率から水回収率η{＝（１−１／濃縮倍率）×１００}を算出する。そして、その後は第３の実施の形態と同様の方法で分散剤の注入量を算出し、これにより濃縮水中の分散剤濃度を適正値に管理することができる。

このように本第４の実施の形態は、原水及び濃縮水の水質を検出し、該検出結果に基づいて水回収率を算出し、該算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入を制御すると共に、前記注入量の制御は、水回収率が低下する場合は、分散剤２の注入量を増加させる一方、水回収率が上昇する場合は、分散剤２の注入量を減少させることにより、濃縮水中の分散剤濃度を分散剤２の付着によるＲＯ膜８ａの目詰まりが生じない一定濃度に管理している。したがって、第３の実施の形態と同様、水回収率ηが運転中に変動しても原水中の分散剤濃度は過不足が生じることもなく、常に一定濃度に管理することが可能となり、分散剤２の過剰注入に起因するＲＯ膜８ａの目詰まりや分散剤２の注入不足によるＲＯ膜８ａへのスケール析出を防止することが可能となる。

尚、本第４の実施の形態では、濃縮倍率を算出した後、水回収率ηを算出しているが、濃縮倍率と水回収率ηとの間には相関関係があることから、水回収率ηを別途算出しなくとも、濃縮倍率と分散剤の注入量との関係を予め制御部７に記憶させておくことにより、濃縮倍率から直接分散剤の適正注入量を算出することもできる。

このように上記第１〜第４の実施の形態によれば、濃縮水中の分散剤濃度を常に適正濃度に管理することができ、ろ過性能が低下するのを極力防止することができる。

また、図１１は本発明に係る膜ろ過システムの第５の実施の形態を示すシステム構成図である。

本５の実施の形態は、分散剤の注入箇所の前後で原水中のＴＯＣを測定し、分散剤濃度を常時検出している。すなわち、本第５の実施の形態は、分散剤の注入箇所を挟んでバイパスライン２１が設けられると共に、該バイパスライン２１には三方切替弁２３が介装され、さらに該三方切替弁２３の１ポートにはＴＯＣ計２４が接続されている。

バイパスライン２１は、三方切替弁２３のポート切替を行うことにより分散剤注入前の原水又は分散剤注入後の原水が流入し、これら原水はＴＯＣ計２４に供給される。そして、ＴＯＣ計２４では、通過湿式紫外線酸化法等の方法によりＴＯＣ値が測定され、測定後の原水は不図示の排水孔より排水される。

一方、測定されたＴＯＣ値は信号線２５を介して制御部７に送信される。制御部７では、分散剤注入後のＴＯＣ値と分散剤注入前のＴＯＣ値との差分ΔＴ、すなわちＴＯＣ増減量を算出し、ＴＯＣ増減量に応じた目標分散剤濃度を算出し、適正注入が行なわれているか否かを常時監視する。

図１２は、本発明者らの実験結果に基づき、目標分散剤濃度とＴＯＣ増減量との関係をプロットした図である。横軸は目標分散剤濃度（ｐｐｍ）、縦軸はＴＯＣ増減量（ｐｐｍ）である。

この図１２から明らかなように、目標分散剤濃度とＴＯＣ増減量とは直線関係にあり、斯かる直線関係をテーブル化して制御部７に格納しておくことにより、分散剤の注入量が適正か否かを常時把握することが可能となり、分散剤の過剰注入や注入不足に対して迅速に対応することができる。すなわち、分散剤濃度が異常値を検出したときは、迅速に対処することが可能となり、システム障害が発生するのを未然に防止することができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、膜ろ過装置としてＲＯ装置５を使用したが、必要に応じてＲＯ装置５以外の膜ろ過装置を使用することもでき、ＲＯ膜８ａよりも除去対象物質が若干大きいナノろ過膜を備えたナノろ過膜装置（以下、「ＮＦ装置」という。）を使用したり、或いはＲＯ装置とＮＦ装置を併用してもよい。

また、分散剤としてはろ過膜へのスケール析出を効果的に防止できるのであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリル酸を主成分とした分散剤を使用することができる。

また、上記第５の実施の形態では、ＴＯＣ計２４で分散剤注入前後のＴＯＣ増加量を監視し、これにより分散剤注入量を把握しているが、ＴＯＣ以外に化学的酸素要求量（ＣＯＤ）や生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を分散剤の注入前後で測定し、これにより分散剤注入量を常時把握するようにしてもよい。

本発明に係る膜ろ過システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示すシステム構成図である。 第１の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。 水温に対する水回収率の設定状態の一例を示す水回収率テーブルである。 水回収率と分散剤の注入量との関係の一例を示す分散剤注入テーブルである。 水回収率と分散剤濃度及び濃縮倍率との関係を示す図である。 本発明に係る膜ろ過システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。 第２の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係る膜ろ過システムの第３の実施の形態を示すシステム構成図である。 第３の実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係る膜ろ過システムの第４の実施の形態を示すシステム構成図である。 本発明に係る膜ろ過システムの第５の実施の形態を示すシステム構成図である。 目標分散剤濃度と分散剤注入前後のＴＯＣ増加量との関係を示す図である。

符号の説明

２ 分散剤
３ 分散剤注入手段（分散剤注入装置）
７ 制御部（切替制御手段、注入量制御手段、算出手段）
８ａ ＲＯ膜（膜ろ過分離手段）
９ 水温センサ（水温検出手段）
１１ 循環水ライン（濃縮水還流手段）
１２ａ〜１２ｃ 第１〜第３の排水ライン（濃縮水排水手段）
１４ａ〜１４ｃ 第１〜第３の排水弁
１７ 電気伝導率測定装置（水質検出手段）
１８ 排水ライン
１９ 排水弁
２０ａ 第１の流量弁（透過水量検出手段）
２０ｂ 第２の流量弁（排水量検出手段）
２１ａ、２１ｂ 第１及び第２の電気伝導率測定装置（水質検出手段）
２４ ＴＯＣ計（有機炭素量測定手段）

Claims (11)

1. 原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、
   水温検出手段及び水質検出手段のうちの少なくとも一方を有すると共に、前記水温及び前記水質のいずれか一方の検出値に基づいて水回収率の切替制御を行なう切替制御手段を有し、
   かつ、前記切替制御された水回収率に基づいて前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段を有しており、
   前記注入量制御手段は、前記水回収率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システム。
2. 原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、
   前記透過水の流量を検出する透過水量検出手段と、前記系外に排出される排水量を検出する排水量検出手段と、前記透過水量検出手段及び前記排出量検出手段の検出結果に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出する算出手段と、該算出手段の算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段とを有し、
   前記注入量制御手段は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システム。
3. 原水に分散剤を注入する分散剤注入手段と、前記分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離する膜ろ過分離手段と、前記濃縮水の一部を原水側に還流する濃縮水還流手段と、前記濃縮水の残部を系外に排水する濃縮水排水手段とを備えた膜ろ過システムにおいて、
   前記原水及び前記濃縮水の水質を検出する水質検出手段と、該水質検出手段に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出する算出手段と、該算出手段の算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御する注入量制御手段とを有し、
   前記注入量制御手段は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システム。
4. 前記分散剤の注入前後の有機炭素量を測定する有機炭素量測定手段と、該有機炭素量測定手段の測定結果に基づいて分散剤濃度を検出する分散剤濃度検出手段とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の膜ろ過システム。
5. 前記有機炭素量は、全有機炭素量、化学的酸素要求量、及び生物化学的酸素要求量のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項４記載の膜ろ過システム。
6. 前記ろ過膜は、逆浸透膜及びナノろ過膜のうちの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の膜ろ過システム。
7. 原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、
   水温及び水質のいずれか一方の検出値に基づいて水回収率の切替制御を行ない、
   前記切替制御された水回収率に基づいて前記分散剤の注入量を制御すると共に、
   前記注入量の制御は、前記水回収率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システムの運転方法。
8. 原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、
   前記膜ろ過分離された透過水量と前記系外に排出される排水量とを検出し、これら透過水量及び排水量に基づいて水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方を算出し、該算出された水回収率及び濃縮倍率のうちの少なくともいずれか一方に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御すると共に、
   前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システムの運転方法。
9. 原水に分散剤を注入した後、該分散剤の注入された原水をろ過膜を介して透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、前記濃縮水の一部を原水側に還流しながら、前記濃縮水の残部を系外に排水する膜ろ過システムの運転方法において、
   前記原水及び前記濃縮水の水質を検出し、該検出結果に基づいて水回収率及び濃縮倍率の少なくともいずれか一方を算出し、該算出結果に基づいて前記原水への前記分散剤の注入量を制御すると共に、
   前記注入量の制御は、前記水回収率又は前記濃縮倍率が低下する場合は、前記分散剤の注入量を増加させる一方、前記水回収率又は前記濃縮倍率が上昇する場合は、前記分散剤の注入量を減少させることにより、前記濃縮水中の分散剤濃度を前記分散剤の付着による前記ろ過膜の目詰まりが生じない一定濃度に管理することを特徴とする膜ろ過システムの運転方法。
10. 前記分散剤の注入前後の有機炭素量を測定し、次いで該測定された有機炭素量に基づいて分散剤濃度を検出することを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の膜ろ過システムの運転方法。
11. 前記有機炭素量は、全有機炭素量、化学的酸素要求量、及び生物化学的酸素要求量のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の膜ろ過システムの運転方法。

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