JP5361928B2 - 海水淡水化装置およびその制御方法 - Google Patents

海水淡水化装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、逆浸透膜を用いて海水を淡水化処理するプラントにおいて、運転条件を所望の値に制御し、消費電力量を抑制する海水淡水化装置およびその制御方法に関する。
世界的に水問題が深刻化するなかで水ビジネスを巨大市場と捉えた世界規模でのビジネス競争が加速している。河川などの表流水や地下水を水源として持たない中東諸国や、国内でも渇水リスクの高い地域では、水源確保のために海水淡水化技術を導入し、大型の海水淡水化プラントを建設している。これまでの海水淡水化技術は、海水を加熱・蒸発後に凝縮・回収する蒸発法が主流であったが、近年は経済性の観点から逆浸透膜（以下、ＲＯ膜）を用いた方式が拡大しつつある。
ＲＯ膜による海水淡水化プラントのランニングコスト（円/m3）のうち、電力費（動力費）が５０％以上を占める。そのため、運用・制御で改善可能なランニングコストで競争力を持つには、特に動力費を削減することが重要である。近時、例えば特許文献１および２に記載された装置では、高圧ポンプの動力を高効率で回収する動力回収装置を設置することが一般的となってきている。動力用消費エネルギー（電力量）を大幅に改善できる動力回収装置の効率は、運転点により変動するため、より効率的な運転点を常に実現する動力回収制御が求められている。また、水温や塩分濃度などの変動要因がＲＯ膜の透過特性に影響を与えることも効率的な運転の実現を難しくする一因である。
しかしながら、多くのプラントでは運転当初に決定した固定条件の運転であり、消費電力を限界まで削減できないのと同時に、運転条件をオンラインで最適に変更するために必要なセンサや制御方法が備わっていないのが現状である。
特開２００９−２７９４７２号公報 特開２００９−１５４０７０号公報
一般的な２段ＲＯ膜を用いた海水淡水化システムは、高圧ポンプ、高圧ＲＯ膜、動力回収装置、高圧回収率制御弁、調整水槽、低圧ポンプ、低圧ＲＯ膜、低圧回収率制御弁などから構成される。
取水された海水は、水質に応じて適当な前処理が行われ、高圧ポンプおよび動力回収装置へ送水される。高圧ポンプは前処理の施された海水を高圧な状態まで昇圧して高圧ＲＯ膜へ送水する。ＲＯ膜は、海水に含まれる塩分を除去し、透過水として淡水を生成する。除去した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮水として動力回収装置へ送水される。このとき、高圧ＲＯ濃縮水はＲＯ膜入口圧力と同程度の圧力であるため、動力回収装置は、高圧ＲＯ濃縮水の持つ圧力（動力）を回収し、送水された海水へ伝達する。回収した動力により昇圧された海水は、高圧ポンプにより送水された海水とともに、高圧ＲＯ膜へ送水される。
高圧ＲＯ膜透過水よりも純水に近い水質が生産水として望まれる場合、さらに低圧ＲＯ膜を透過させることで、高圧ＲＯ膜透過水に含まれる微量の塩分を除去する。その際、除去した塩分と除去されなかった水は低圧ＲＯ濃縮水として前処理された海水と混ぜられる。
一般に、ＲＯ膜へ入る供給水量に対する透過水量の比率を膜の回収率と呼ぶ。透過水量を一定とした場合、膜の回収率を上昇させることで供給水量を減少させることができるが、膜の入口圧が上昇する。膜を透過させる高圧ポンプや低圧ポンプの消費電力量は供給水量と膜入口圧の積に比例するため、単位透過水量当たりの消費電力量と膜の回収率との間には図９に示すような関係がある。
図９の特性線Ａに示すように、消費電力量を最小とする運転点Ｏ１は存在するが、水温や塩分濃度といった海水性状の変動により、膜の透過特性に対応する特性線（Ａ→Ｂ→Ｃ）が変化するため、最小消費電力量Ｗminのときの運転点（Ｏ１→Ｏ２→Ｏ３）および回収率（Ｒ１→Ｒ２→Ｒ３）も変化する。
また、表１に示すように、膜の回収率、水温、塩分濃度の変化により、透過水の塩分濃度も変化するため、制約条件となる透過水の塩分濃度基準などの水質を満たすように運転条件を考慮する必要がある。
Figure 0005361928
しかし、従来の海水淡水化装置においては、膜の回収率を一定にする回収率一定運転を行うため、水温や塩分濃度などの海水性状が変動すると消費電力量が増加することがあり、消費電力量を限界まで削減することができないでいた。
本発明は上記課題を解決するために成されたものであって、２段ＲＯ膜ろ過方式の海水淡水化システムにおいて、適切な運転条件を設定し、電力量を削減する海水淡水化装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る海水淡水化装置は、海水を透過水と濃縮水とに分離する高圧逆浸透膜モジュールと、前記高圧逆浸透膜モジュールに海水を供給する高圧ポンプと、海水と前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水とがそれぞれ供給され、前記濃縮水から回収した圧力エネルギーにより前記海水を高圧で送水する一方で、前記濃縮水を低圧で排出する動力回収装置と、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を調整する高圧逆浸透膜回収率調整弁と、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定する第１の流量計と、前記高圧逆浸透膜透過水を透過水と濃縮水とに分離する低圧逆浸透膜モジュールと、前記低圧逆浸透膜モジュールに前記高圧逆浸透膜透過水を供給する低圧ポンプと、前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を調整する低圧逆浸透膜回収率調整弁と、前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定する第２の流量計と、前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の水温を計測する温度計と、前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の電気伝導率を計測する電気伝導度計と、前記温度計で計測した海水の温度と前記電気伝導度計で計測した海水の電気伝導率と前記第１及び第２の流量計でそれぞれ測定した流量とに基づいて、前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制されるように、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および前記低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する制御部と、を具備することを特徴とする。
本発明に係る海水淡水化装置の制御方法は、（ａ）高圧ポンプ、動力回収装置及び高圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの高圧逆浸透膜モジュールと低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの低圧逆浸透膜モジュールとを有する海水淡水化装置を運転するための初期運転条件を設定し、（ｂ）前記初期運転条件により前記高圧ポンプ、動力回収装置、高圧逆浸透膜回収率調整弁、低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁の各々を動作させる間に、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記高圧逆浸透膜モジュールより上流側の海水の温度および電気伝導率をそれぞれ測定し、（ｃ）測定した動力回収装置排出濃縮水の流量、低圧逆浸透膜モジュール排出濃縮水の流量、海水の温度および電気伝導率に基づいて前記高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される最適の運転点をもつ最適運転条件を求め、前記初期運転条件から前記最適運転条件に設定を変更し、（ｄ）前記最適運転条件を用いて前記海水淡水化装置を運転する際に、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する、ことを特徴とする。
以下に、本明細書中において重要な用語を定義する。
「膜供給水量」とは、ポンプから逆浸透膜モジュールに圧力をかけて供給される水量をいう。
「膜入口圧力」とは、逆浸透膜モジュールの外装容器の入口部分に負荷される水の圧力をいう。
「膜の回収率」とは、逆浸透膜モジュールに入る供給水量（膜供給水量）に対する透過水量の比を百分率で表わした指数をいう。
「単位生産水量」とは、単位体積の海水または単位体積の逆浸透膜透過水または単位体積の海水／逆浸透膜透過水の混合水が逆浸透膜を透過した透過水の量をいう。
「単位生産水量当たりの消費電力量」とは、単位生産水量を得るために駆動されるポンプで消費される電力量をいう。単位はｋＷｈ/ｍ3である。
第１の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第２の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第３の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第４の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第５の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第６の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第７の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 第８の実施形態に係る海水淡水化装置を示す構成ブロック図。 単位生産水量当たりの消費電力量と膜の回収率との関係を示す特性線図。
以下に本発明の好ましい実施の形態を説明する。
（１）本実施形態の海水淡水化装置は、海水を透過水と濃縮水とに分離する高圧逆浸透膜モジュール(4)と、前記高圧逆浸透膜モジュールに海水を供給する高圧ポンプ(P1)と、海水と前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水とがそれぞれ供給され、前記濃縮水から回収した圧力エネルギーにより前記海水を高圧で送水する一方で、前記濃縮水を低圧で排出する動力回収装置(5)と、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を調整する高圧逆浸透膜回収率調整弁(V5)と、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定する第１の流量計(Q1)と、前記高圧逆浸透膜透過水を透過水と濃縮水とに分離する低圧逆浸透膜モジュール(7)と、前記低圧逆浸透膜モジュールに前記高圧逆浸透膜透過水を供給する低圧ポンプ(P2)と、前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を調整する低圧逆浸透膜回収率調整弁(V6)と、前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定する第２の流量計(Q2)と、前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の水温を計測する温度計(21)と、前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の電気伝導率を計測する電気伝導度計(22)と、前記温度計で計測した海水の温度と前記電気伝導度計で計測した電気伝導率と前記第１及び第２の流量計でそれぞれ測定した流量とに基づいて、前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制されるように、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および前記低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する制御部(11,12)と、を有する。
本実施形態によれば、制御部が、温度計で計測した海水の温度と電気伝導度計で計測した海水の電気伝導率と第１及び第２の流量計でそれぞれ測定した流量とに基づいて高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整しているので、高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制され、膜の回収率を実質的に低下させることなく低コストの運転を実現できる。
（２）上記（１）の装置において、さらに前記高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率を計測するための第２の電気伝導度計を有することが好ましい（図２）。本実施形態では、制御部は、第２の電気伝導度計により計測した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および電気伝導度計により計測した海水の電気伝導率に基づいて高圧逆浸透膜の状態を把握することができる。このように高圧逆浸透膜の状態を把握することにより、膜の逆洗浄を適正な時期に実施でき、また高圧逆浸透膜におけるファウリングの発生を未然に防止できるので、運転コストおよびメンテナンスコストをさらに低減することができる。
（３）上記（２）の装置において、さらに前記低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率を計測するための第３の電気伝導度計を有することが好ましい（図３）。本実施形態では、制御部は、第２の電気伝導度計により計測した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および第３の電気伝導度計により計測した低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率に基づいて低圧逆浸透膜の状態を把握することができる。このように低圧逆浸透膜の状態を把握することにより、膜の逆洗浄を適正な時期に実施でき、また低圧逆浸透膜におけるファウリングの発生を未然に防止できるので、運転コストおよびメンテナンスコストをさらに低減することができる。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１の装置において、さらに調整水槽または低圧ポンプ圧力制御回路のいずれか一方を有することが好ましい。
本実施形態では、調整水槽を有する場合に、高圧逆浸透膜モジュールと低圧ポンプとの間に設けられた調整水槽が、高圧逆浸透膜を透過した水を一時的に貯留し、高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させることができる（図３）。
一方、本実施形態では、調整水槽を有しない場合に、低圧ポンプ圧力制御回路は、高圧逆浸透膜透過水の圧力を計測する圧力計と、この圧力計で計測した圧力に基づいて低圧ポンプの駆動を制御するポンプ圧力制御部とを有するものであり、前記ポンプ圧力制御部が圧力計により計測した圧力に基づいて低圧ポンプの駆動を制御し、高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させることができる（図４）。
（５）上記（４）の装置において、さらに高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水のうちの少なくとも一方の温度を計測する第２の温度計を有することが好ましい。（図５）本実施形態では、制御部は、第２の温度計により計測した温度に基づいて高圧逆浸透膜モジュールおよび低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも一方の温度特性を補正することができる。
（６）上記（５）の装置において、さらに高圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを計測する第１のpH計と、低圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを計測する第２のpH計と、を有することが好ましい（図７）。本実施形態では、制御部は、第１及び第２のpH計により計測されたpH計測値に基づいて高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水の浸透圧をそれぞれ精度よく予測することができるので、それらの予測に基づいて高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量を抑制することができる。
（７）上記（６）の装置において、さらに高圧逆浸透膜モジュールよりも上流側の海水にpH調整剤を注入する第１のポンプを有する第１のpH調整剤注入機構と、前記高圧逆浸透膜を透過した透過水にpH調整剤を注入する第２のポンプを有する第２のpH調整剤注入機構と、を有することが好ましい（図８）。本実施形態では、制御部は、第１及び第２のpH計からのpH測定値に基づいて第１及び第２のポンプの駆動をそれぞれ制御し、高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水に対する第１のpH調整剤注入機構からのpH調整剤の注入量を制御するとともに、低圧逆浸透膜モジュールへ供給される高圧逆浸透膜透過水に対する第２のpH調整剤注入機構からのpH調整剤の注入量を制御することができる。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１の装置において、さらに前記温度計および前記電気伝導度計の各々から計測信号を受け、これらの計測信号に基づいて前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される運転点をもつ運転条件を求め、求めた運転条件を前記制御部に送る運転条件設定部を有することが好ましい。
本実施形態によれば、運転条件設定部は、計測した温度と電気伝導率および所定の算式を用いて最適の運転点（図９）をもつ運転条件を求め、求めた運転条件を制御部に送り、制御部に高圧ポンプおよび低圧ポンプの駆動をそれぞれ制御させる。これにより、高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される。
（９）本実施形態の海水淡水化装置の制御方法は、（ａ）高圧ポンプ、動力回収装置及び高圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの高圧逆浸透膜モジュールと低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの低圧逆浸透膜モジュールとを有する海水淡水化装置を運転するための初期運転条件を設定し、（ｂ）前記初期運転条件により前記高圧ポンプ、動力回収装置、高圧逆浸透膜回収率調整弁、低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁の各々を動作させる間に、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記高圧逆浸透膜モジュールより上流側の海水の温度および電気伝導率をそれぞれ測定し、（ｃ）測定した動力回収装置排出濃縮水の流量、低圧逆浸透膜モジュール排出濃縮水の流量、海水の温度および電気伝導率に基づいて前記高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される最適の運転点をもつ最適運転条件を求め、前記初期運転条件から前記最適運転条件に設定を変更し、（ｄ）前記最適運転条件を用いて前記海水淡水化装置を運転する際に、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する。
本実施形態によれば、測定した２つの排出濃縮水の流量と海水の温度と電気伝導率とに基づいて高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の２つの弁開度をそれぞれ調整しているので、高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量がそれぞれ抑制され、膜の回収率を実質的に低下させることなく低コストの運転を実現できる。
（１０）上記（９）の方法において、前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率と海水の電気伝導率とに基づいて前記高圧逆浸透膜の状態を把握することが好ましい（図２）。
本実施形態によれば、高圧逆浸透膜の状態を把握することにより膜の逆洗浄を適正な時期に実施することができ、高圧逆浸透膜におけるファウリングの発生を未然に防止でき、トータルの運転コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。
（１１）上記（１０）の方法において、前記（ｂ）工程において、さらに前記低圧逆浸透膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率に基づいて前記低圧逆浸透膜の状態を把握することが好ましい（図３）。
本実施形態によれば、さらに低圧逆浸透膜の状態を把握することで低圧側においても膜の逆洗浄を適正な時期に実施することができ、高圧逆浸透膜におけるファウリングの発生を未然に防止でき、トータルの運転コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。
（１２）上記（９）の方法において、前記（ｂ）工程において、前記高圧逆浸透膜モジュールと前記低圧ポンプとの間に設けられた調整水槽に前記高圧逆浸透膜透過水を一時的に貯留し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させるか、または、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を計測する圧力計と、この圧力計で計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御するポンプ圧力制御部とを有する低圧ポンプ圧力制御回路において、前記ポンプ圧力制御部が前記圧力計により計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させることが好ましい（図３、図４）。
本実施形態によれば、調整水槽を無くして低圧ポンプ圧力制御回路を設けた場合は、水が滞留する部分がなくなるので、微生物の繁殖などによる水質の劣化を回避することができる。これに対して、低圧ポンプ圧力制御回路を無くして調整水槽を設けた場合は、ポンプ駆動がなくなるので省エネであり、また、ＲＯ膜モジュールなどの機器を保守点検するメンテナンス期間に調整水槽を利用して水抜き作業等を容易にできるという利点がある。
（１３）上記（１２）の方法において、前記（ｂ）工程において、さらに高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水のうちの少なくとも一方の温度を測定し、前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した温度に基づいて前記高圧逆浸透膜モジュールおよび低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも一方の温度特性を補正することが好ましい（図５）。
本実施形態によれば、測定した温度に基づいて高圧逆浸透膜モジュールおよび低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも一方の温度特性を補正することができるので、高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量をさらに高精度に抑制することができる。
（１４）上記（９）の方法において、前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを測定するとともに、前記低圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを測定し、前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定したpH計測値に基づいて前記高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水の浸透圧を精度よく予測することが好ましい（図７）。
本実施形態によれば、第１及び第２のpH計により計測されたpH計測値に基づいて高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水の浸透圧をそれぞれ精度よく予測することができるので、それらの予測に基づいて高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量を抑制することができる。
（１５）上記（１４）の方法において、前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜モジュールよりも上流側の海水にpH調整剤を注入するとともに、前記高圧逆浸透膜を透過した透過水にpH調整剤を注入し、前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定したpH測定値に基づいて前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水に対するpH調整剤の注入量を制御するとともに、前記低圧逆浸透膜モジュールへ供給される高圧逆浸透膜透過水に対するpH調整剤の注入量を制御することが好ましい（図８）。
本実施形態によれば、２つのpH測定値に基づいて高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水に対するpH調整剤の注入量を制御するとともに、低圧逆浸透膜モジュールへ供給される高圧逆浸透膜透過水に対するpH調整剤の注入量を制御することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の種々の実施の形態を具体的に説明する。
先ず対象とするプロセスの概要について、図１を用いて説明する。
対象プロセスを実施するための海水淡水化装置１は、高圧ポンプＰ１、高圧ＲＯ膜モジュール４、動力回収装置５、高圧ＲＯ膜回収率調整弁Ｖ５、調整水槽６、低圧ポンプＰ２、低圧ＲＯ膜モジュール７、低圧ＲＯ膜回収率調整弁Ｖ６および図示しないバルブやセンサ類などの多くの周辺機器を備えている。また、海水淡水化装置１は、高圧ポンプＰ１よりも上流側に海水取水装置２、前処理装置３、温度計２１および電気伝導度計２２を有している。
海水取水装置２により取水された海水は、前処理装置３で水質に応じて適当な前処理が行われ、高圧ポンプＰ１および動力回収装置５へ送水される。高圧ポンプＰ１は前処理の施された海水を６ＭＰａ程度の高圧の状態まで昇圧して高圧ＲＯ膜モジュール４へ送水する。ＲＯ膜は、海水に含まれる塩分を除去し、透過水として淡水を生成する。除去した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮水として動力回収装置４へ送水される。このとき、高圧ＲＯ濃縮水は逆浸透膜入口圧力と同程度の圧力であるため、動力回収装置５は、高圧ＲＯ濃縮水の持つ圧力（動力）を回収し、送水された海水へ伝達する。回収した動力により昇圧された海水は、高圧ポンプＰ１により送水された海水とともに、高圧ＲＯ膜モジュール４へ送られる。
高圧ＲＯ膜透過水よりも純水に近い水質が生産水として望まれる場合、さらに低圧ＲＯ膜モジュール７に透過させることで高圧ＲＯ膜透過水中に含まれる微量の塩分やホウ素を分離除去する。低圧ＲＯ濃縮水（除去した塩分・ホウ素を含む水）は、リターンラインＬ８を通って低圧ＲＯ膜モジュール７から前処理水ラインＬ２まで戻され、前処理された海水に混ぜられる。
海水淡水化装置１は、上記プロセスにおいて最終的な生産水量と水質を満足させることが求められる。これらの制約条件のもとで、膜の回収率を操作し、消費電力量を抑制することを考える。以下、高圧ＲＯ膜を例にとって考える。ＲＯ膜の透過水量Ｑｐ(m3/day)は下式（１）の関係を満たす。
Figure 0005361928
但し、ΔＰ(MPa)は膜に作用する圧力、Δπ(MPa)は膜面の浸透圧、Ａ(m3/day/MPa)は膜固有の水の透過係数である。
また、膜面浸透圧Δπ(MPa)は、水温と塩分濃度に依存し、下式（２）の関係を満たす。
Figure 0005361928
但し、Ｃｆは海水の塩分濃度(mg/L)、ｔは水温(℃)、Ｒは膜の回収率、k1は比例定数である。
また、高圧ポンプの消費電力Ｗ(kW)は、ΔＰ，Ｑｐ、ポンプ効率ηを用いて下式（３）で与えられる。
Figure 0005361928
つまり、変動要因（外乱）である塩分濃度や水温の変動に応じて、膜の回収率Ｒを操作することで、単位生産水量当たりの消費電力量Ｗを操作することができる。また、濃縮水の量はQp*R/(1-R)で与えられるため、膜の透過水量Ｑｐが決まれば、膜の回収率Ｒに応じて弁開度の制御目標値が決まる。
海水淡水化装置の実際の運転では、表１と図９に示すように変動要因（外乱）の影響を受けて膜の回収率Ｒが時々刻々様々に変化している。ちなみに、従来のプロセスでは膜の回収率Ｒを一定値とする回収率一定運転制御を行っているため、外乱が入るとポンプの消費電力Ｗが増減する。つまり、従来プロセスでは、アウトプットとなる膜の回収率Ｒを常時監視し、膜の回収率Ｒが一定値に保たれるように運転制御しているために、結果として単位生産水量当たりの消費電力量が増加することがあってもそれを無視して運転を続ける。これに対して、本実施形態のプロセスでは、膜の回収率Ｒを複数ある変数パラメータのうちの１つとしてとらえ、外乱による膜の回収率Ｒの変動に応じて弁開度の制御目標値を上記のように決定し、その制御目標値の弁開度となるように運転制御するので、単位生産水量当たりの消費電力量を限界まで低減することが可能になる。
（第１の実施形態）
次に図１を参照して第１の実施形態の海水淡水化装置の構成を説明する。
第１の実施形態の海水淡水化装置１は、海水をろ過する逆浸透膜プロセスを行う高圧・低圧の２段のＲＯ膜モジュール４，７を含むシステムであって、主要なラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５に沿って上流側から順に直列に配設された海水取水装置２、前処理装置３、高圧ポンプＰ１、高圧ＲＯ膜モジュール４、調整水槽６、低圧ポンプＰ２、低圧ＲＯ膜モジュール７および生産水貯槽８を備えている。
２段のＲＯ膜モジュールのうち高圧側の高圧ＲＯ膜モジュール４には動力回収装置５が取り付けられている。動力回収装置５は、複数の切替弁Ｖ１〜Ｖ４により水の出入りを切り替えられる上下２段のシリンダ/ピストン機構を内蔵している。動力回収装置５の高圧入口側は高圧ラインＬ６を介して高圧ＲＯ膜モジュール４の一次側スペースに接続され、動力回収装置５の高圧出口側は高圧ラインＬ２２を介して高圧ラインＬ２（高圧ポンプＰ１より下流側のライン）に接続されている。また、動力回収装置５の低圧入口側は低圧分岐ラインＬ２１を介して低圧ラインＬ２（高圧ポンプＰ１より上流側のライン）に接続され、動力回収装置５の低圧出口側はドレインラインＬ７を介して濃縮海水槽９に接続されている。
動力回収装置５では、切替弁Ｖ１〜Ｖ４により上下段のシリンダ/ピストン機構は圧力伝達もしくは排水のどちらかの機能を交互に担うため、上下段のピストン部は同方向に動くことはない。高圧側、低圧側の流量が適切である場合、上段ピストン部がシリンダ左端に到着するタイミングと下段ピストン部がシリンダ右端に到着するタイミングとがぴったりと一致し、上下段のピストンは無駄なく圧力伝達と排水の役割を切り替えることができるようになっている。
このような動力回収装置５を動作させると、先ず高圧ＲＯ膜モジュール４からの濃縮海水（ブライン）をシリンダ内に導入してピストンを押し、シリンダから海水（前処理水）を押し出し、高圧ブラインから圧力エネルギーを回収し、最終的には圧力エネルギー回収後のブラインがドレインラインＬ７を介して濃縮海水槽９へ排出される。
ドレインラインＬ７には高圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ５が取り付けられている。高圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ５は、制御部１１により弁体の開閉動作が制御される流量調整弁であり、制御部１１からの制御信号Ｓ６を受け、動力回収装置５から濃縮水槽９に排出される濃縮水の流量を高精度に調整するものである。
また、ドレインラインＬ７には、上述の調整弁Ｖ５よりも下流側に第１の流量計Ｑ１が取り付けられている。第１の流量計Ｑ１は、動力回収装置５から濃縮水槽９に排出される濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を制御部１１に送るようになっている。
低圧ＲＯ膜モジュール７は、入口がラインＬ４を介して高圧ＲＯ膜モジュール４の二次側スペースに接続され、出口がリターンラインＬ８を介して高圧ポンプＰ１より上流側のラインＬ２に接続されている。高圧ＲＯ膜モジュール４のＲＯ膜を透過した透過水は、低圧ポンプＰ２の駆動によりラインＬ４を通流し、調整水槽６を経由して入口から低圧ＲＯ膜モジュール７の一次側スペースに入り、低圧ＲＯ膜を透過した透過水が生産水としてラインＬ５を通って生産水貯槽８に送られる一方で、低圧ＲＯ膜を透過しない濃縮水がリターンラインＬ８を通って高圧ポンプＰ１より上流側のラインＬ２に戻され、濃縮水が前処理された海水と合流するようになっている。
リターンラインＬ８には低圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ６が取り付けられている。低圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ６は、制御部１２により弁体の開閉動作が制御される流量調整弁であり、制御部１２からの制御信号Ｓ８を受け、低圧ＲＯ膜モジュール７から排出される濃縮水の流量を高精度に調整するものである。
また、濃縮水リターンラインＬ８には、上述の調整弁Ｖ６よりも下流側に第２の流量センサＱ２が取り付けられ、低圧ＲＯ膜を透過しない濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ７を制御部１２に送るようになっている。
高圧ポンプＰ１より上流側のラインＬ２には温度計２１および電気伝導度計２２がそれぞれ取り付けられている。温度計１２は、ラインＬ２を流れる海水（前処理された海水、または前処理された海水と低圧ＲＯ膜濃縮水との混合水）の温度を測定し、温度測定信号Ｓ１を運転条件設定部１３に送るようになっている。また、電気伝導度計２２は、ラインＬ２を流れる海水の電気伝導率を測定し、電気伝導率測定信号Ｓ２を運転条件設定部１３に送るようになっている。
運転条件設定部１３は、海水淡水化プロセスに関する各種のデータや数式および過去の運転実績データを呼び出し可能に記録保存しておくデータベースを有しており、測定信号Ｓ１，Ｓ２が入力されると、上記数式（１）〜（３）などを用いて単位生産水当たりの消費電力量Ｗが最小になる最適運転条件を求め、運転開始時に設定した初期運転条件から最適運転条件に切替え設定し、設定した最適運転条件に対応する制御信号Ｓ３，Ｓ４を第１及び第２の制御部１１，１２にそれぞれ送るようになっている。運転条件設定部１３のデータベースは、例えば、高圧ポンプＰ１の消費電力量と膜供給水量と膜入口圧力との関係を示す相関データ、低圧ポンプＰ２の消費電力量と膜供給水量と膜入口圧力との関係を示す相関データ、海水の温度と溶質濃度との関係を示す相関データ、海水の電気伝導率と溶質濃度との関係を示す相関データなどを保存している。
第１の制御部１１は、運転条件設定部１３からの制御信号（最適運転条件設定信号）Ｓ３と第１の流量計Ｑ１からの流量測定信号Ｓ５がともに入力されると、それらに基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする高圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、調整弁Ｖ５の電源回路に制御信号Ｓ６を送り、調整弁Ｖ５の弁開度を調整するようになっている。
また、第２の制御部１２は、運転条件設定部１３からの制御信号（最適運転条件設定信号）Ｓ４と第２の流量計Ｑ２からの流量測定信号Ｓ７がともに入力されると、それらに基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする低圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、調整弁Ｖ６の電源回路に制御信号Ｓ８を送り、調整弁Ｖ６の弁開度を調整するようになっている。
本実施形態の作用を説明する。
海水取水装置２で取水された海水は、水質に応じて前処理装置３で適当な前処理が行われ、高圧ポンプＰ１および動力回収装置５へ送水される。高圧ポンプＰ１は受水した前処理水を高圧な状態（例えば、6MPa）まで昇圧して高圧ＲＯ膜モジュール４へ送水する。海水淡水化装置では、生産水（淡水）を得るためにＲＯ膜へ海水中の塩分が持つ浸透圧以上の圧力で送水する。生産水量は高圧ポンプＰ１の性能に大きく依存している。生産水量（膜の回収率Ｒ）を増加させるとともにポンプの消費電力量Ｗを抑えるには、例えば高圧ポンプＰ１の回転数をPID制御することが好ましい。
高圧ＲＯ膜モジュール４内のＲＯ膜は、前処理水に含まれる塩分を分離し、生産水（淡水）を透過させる。膜分離した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮海水（ブライン）として動力回収装置５へ送水される。このとき、濃縮海水は逆浸透膜入口圧力と同程度の圧力（例えば、5.8MPa）であるため、動力回収装置５では、濃縮海水の持つ圧力（動力）を回収し、送水された前処理水を逆浸透膜入口圧力（例えば、6MPa）まで昇圧する。回収した動力により高圧となった前処理水は、高圧ポンプＰ１により送水された前処理水とともに、高圧ＲＯ膜モジュール４へ送水される。圧力を失った濃縮海水は動力回収装置５からドレインラインＬ７を通って濃縮海水貯槽９へ排出される。ドレインラインＬ７の末端側は大気開放された状態にある。高圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ５によりラインＬ７を流れる濃縮海水の排出流量が調整される。
高圧ＲＯ膜モジュール４における膜の回収率Ｒが例えば４０％の場合、高圧ＲＯ膜モジュール４からは、流入した流量の４０％の透過水と、６０％の濃縮海水（ブライン）とが排出される。このとき、透過水の圧力は、例えば０．２ＭＰａ程度まで低下するが、濃縮海水の圧力は例えば５．８ＭＰａである。高圧ＲＯ膜モジュール４からの透過水は低圧ポンプＰ２へ供給され、濃縮海水は動力回収装置５へ供給される。
高圧ＲＯ膜を透過した透過水は、低圧ポンプＰ２で再加圧され、低圧ＲＯ膜モジュール７を通過することで、含有ホウ素の除去等が施される。低圧ＲＯ膜を透過した透過水（生産水）は、生産水貯槽８に貯留される。
第１の流量計Ｑ１がドレインラインＬ７を流れる濃縮海水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
高圧ＲＯ膜を透過した透過水は、低圧ポンプＰ２の駆動によりラインＬ４を流れ、調整水槽６を経由して入口から低圧ＲＯ膜モジュール７の一次側スペースに入り、低圧ＲＯ膜を透過した透過水が生産水としてラインＬ５を通って生産水貯槽８に送られる。一方、低圧ＲＯ膜を透過しない濃縮水は、リターンラインＬ８を通って高圧ポンプＰ１より上流側のラインＬ２まで戻され、前処理された海水と合流した後に、高圧ポンプＰ１により昇圧され、高圧ＲＯ膜モジュール４へ送られて膜ろ過される。低圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ６によりリターンラインＬ８を流れる低圧ＲＯ膜濃縮水の流量が調整される。
第２の流量センサＱ２がリターンラインＬ８を流れる低圧ＲＯ膜濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
温度計１２がラインＬ２を流れる海水（前処理された海水、または前処理された海水と低圧ＲＯ膜濃縮水との混合水）の温度を測定し、温度測定信号Ｓ１を運転条件設定部１３に送る。また、電気伝導度計２２がラインＬ２を流れる海水の電気伝導率を測定し、電気伝導率測定信号Ｓ２を運転条件設定部１３に送る。
運転条件設定部１３は、信号Ｓ１，Ｓ２が入力されると、上記数式（１）〜（３）などを用いて単位生産水当たりの消費電力量Ｗが最小になる最適運転条件を求め、運転開始時に設定した初期運転条件から最適運転条件に切替え設定し、設定した最適運転条件に対応する制御信号Ｓ３，Ｓ４を第１及び第２の制御部１１，１２にそれぞれ送る。
第１の制御部１１は、運転条件設定部１３からの制御信号（最適運転条件設定信号）Ｓ３と第１の流量計Ｑ１からの流量測定信号Ｓ５がともに入力されると、それらの信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする高圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、調整弁Ｖ５の電源回路に制御信号Ｓ６を送り、調整弁Ｖ５の弁開度を調整する。
また、第２の制御部１２は、運転条件設定部１３からの制御信号（最適運転条件設定信号）Ｓ４と第２の流量計Ｑ２からの流量測定信号Ｓ７がともに入力されると、それらの信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする低圧逆浸透膜回収率調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、調整弁Ｖ６の電源回路に制御信号Ｓ８を送り、調整弁Ｖ６の弁開度を調整する。
本実施形態によれば、測定した２つの排出濃縮水の流量と海水の温度と電気伝導率とに基づいて高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の２つの弁開度をそれぞれ調整しているので、高圧ポンプＰ１および低圧ポンプＰ２の単位生産水量当たりの消費電力量Ｗがそれぞれ抑制され、膜の回収率Ｒを実質的に低下させることなく低コストの運転を実現することができる。
（第２の実施形態）
図２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ａでは、高圧ＲＯ膜モジュール４から調整水槽６までの間のラインＬ３に第２の電気伝導度計２３をさらに取り付け、高圧ＲＯ膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、その測定信号Ｓ９を運転条件設定部１３に送るようにしている。なお、第２の電気伝導度計２３の取り付け位置は、高圧ＲＯ膜モジュール４より下流側でかつ低圧ポンプＰ２より上流側であればどこでもよいので、調整水槽６から低圧ポンプＰ２までの間のラインＬ４に取り付けるようにしてもよく、また調整水槽６のなかに取り付けてもよい。
本実施形態の作用を説明する。
温度計２１からは前処理された海水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１が、第１の電気伝導度計２２からは前処理された海水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ２が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。さらに、第２の電気伝導度計２３からはラインＬ３を流れる高圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ９が運転条件設定部１３に送られる。
運転条件設定部１３は、入力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする２つの調整弁Ｖ５，Ｖ６の弁開度の制御量をそれぞれ求め、制御信号Ｓ３を第１の制御部１１に送り、制御信号Ｓ４を第２の制御部１２に送る。
流量計Ｑ１は、ドレインラインＬ７を通流する濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
第１の制御部１１は、信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ６を調整弁Ｖ５の電源回路に送り、調整弁Ｖ５の弁開度を制御する。
流量計Ｑ２は、リターンラインＬ８を通流する低圧ＲＯ膜排出濃縮水の流量を測定し、信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
第２の制御部１２は、信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ８を調整弁Ｖ６の電源回路に送り、調整弁Ｖ６の弁開度を制御する。
本実施形態によれば、高圧ＲＯ膜の透過前後の塩分濃度を測定することができるため、膜の劣化による特性の変化を捉えることができ、海水の水温、塩分濃度に加え、膜の経年劣化にも対応して単位生産水量あたりの消費電力量を抑制する運転を実現することができる。また、高圧ＲＯ膜透過水の塩分濃度を既知の膜の特性と海水の塩分濃度、水温から予測する必要がなくなり、予測誤差を抑えることもできる。
（第３の実施形態）
図３を参照して第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｂでは、上記装置１Ａに、低圧ＲＯ膜モジュール７から生産水貯槽８までの間のラインＬ５に第３の電気伝導度計２４をさらに取り付け、低圧ＲＯ膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、その測定信号Ｓ１０を運転条件設定部１３に送るようにしている。
本実施形態の作用を説明する。
温度計２１からは前処理された海水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１が、第１の電気伝導度計２２からは前処理された海水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ２が、第２の電気伝導度計２３からはラインＬ３を流れる高圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ９がそれぞれ運転条件設定部１３に送られる。さらに、第３の電気伝導度計２４からはラインＬ５を流れる低圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ１０が運転条件設定部１３に送られる。
運転条件設定部１３は、入力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする２つの調整弁Ｖ５，Ｖ６の弁開度の制御量をそれぞれ求め、制御信号Ｓ３を第１の制御部１１に送り、制御信号Ｓ４を第２の制御部１２に送る。
流量計Ｑ１は、ドレインラインＬ７を通流する濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
第１の制御部１１は、信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ６を調整弁Ｖ５の電源回路に送り、調整弁Ｖ５の弁開度を制御する。
流量計Ｑ２は、リターンラインＬ８を通流する低圧ＲＯ膜排出濃縮水の流量を測定し、信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
第２の制御部１２は、信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ８を調整弁Ｖ６の電源回路に送り、調整弁Ｖ６の弁開度を制御する。
本実施形態によれば、高圧ＲＯ膜の透過前後の塩分濃度ばかりでなく、低圧ＲＯ膜の透過前後の塩分濃度も測定することができるため、膜の劣化による特性の変化を捉えることができ、海水の水温、塩分濃度に加え、膜の経年劣化にも対応して単位生産水量あたりの消費電力量を抑制する運転をさらに高精度に実現することができる。また、低圧ＲＯ膜透過水の塩分濃度を既知の膜の特性と海水の塩分濃度、水温から予測する必要がなくなり、予測誤差を抑えることもできる。
（第４の実施形態）
図４を参照して第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｃでは、上記装置１ＢのラインＬ３，Ｌ４から調整水槽６を取り除き、その代わりに低圧ポンプＰ２の吐出圧力を制御する低圧ポンプ圧力制御回路を取り付けている。低圧ポンプ圧力制御回路は、ラインＬ３，Ｌ４を流れる高圧ＲＯ膜透過水の圧力を測定する圧力計２５と、圧力測定信号Ｓ１１に基づいて求めた制御量に対応する制御信号Ｓ１２を低圧ポンプＰ２の電源回路に送り、低圧ポンプＰ２の吐出圧力を制御するポンプ圧力制御部１４と、を有している。
上述した装置１，１Ａ，１Ｂに設けた調整水槽６は、機器のメンテナンスなどの利便性により備え付けられることが多いが、高圧ＲＯ膜の透過水を低圧ＲＯ膜の透過水へ送水する前に滞留させることになるため、微生物の繁殖などにより、水質の劣化を招くことがある。調整水槽６を取り除いた場合、安定して運転を行うためには、高圧ＲＯ膜透過水の圧力を制御する必要がある。そのため、本実施形態の装置１Ｃでは、高圧ＲＯ膜透過水の圧力測定信号Ｓ１１を用いる制御操作により低圧ポンプＰ２の回転駆動を制御し、ポンプＰ２から吐出される圧力を制御する。
本実施形態によれば、高圧逆浸透膜透過水の圧力をさらに安定化させることができる。
（第５の実施形態）
図５を参照して第５の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｄでは、上記装置１ＣのラインＬ３に第２の温度計２６をさらに取り付け、高圧ＲＯ膜を透過した透過水の温度を測定し、その測定信号Ｓ１３を運転条件設定部１３に送るようにしている。
本実施形態の作用を説明する。
第１の温度計２１からは前処理された海水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１が、第１の電気伝導度計２２からは前処理された海水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ２が、第２の電気伝導度計２３からはラインＬ３を流れる高圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ９が、第３の電気伝導度計２４からはラインＬ５を流れる低圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ１０が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。さらに、第２の温度計２６からは高圧ＲＯ膜を透過した透過水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１３が運転条件設定部１３に送られる。
運転条件設定部１３は、入力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする２つの調整弁Ｖ５，Ｖ６の弁開度の制御量をそれぞれ求め、制御信号Ｓ３を第１の制御部１１に送り、制御信号Ｓ４を第２の制御部１２に送る。
流量計Ｑ１は、ドレインラインＬ７を通流する濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
第１の制御部１１は、信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ６を調整弁Ｖ５の電源回路に送り、調整弁Ｖ５の弁開度を制御する。
流量計Ｑ２は、リターンラインＬ８を通流する低圧ＲＯ膜排出濃縮水の流量を測定し、信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
第２の制御部１２は、信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ８を調整弁Ｖ６の電源回路に送り、調整弁Ｖ６の弁開度を制御する。
本実施形態では、ポンプＰ１，Ｐ２の排熱などにより加圧後の水の温度が上昇してＲＯ膜の特性が劣化した場合にも有効に対処することができる。水の浸透圧は温度に依存するため、本実施形態によれば、消費電力量Ｗや透過水の水質の予測誤差をさらに低減することができる。
（第６の実施形態）
図６を参照して第６の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｅでは、透過水送水ラインＬ３，Ｌ４から低圧ポンプＰ２を無くしている。
上記実施形態の装置１，１Ａ〜１Ｄでは、低圧ＲＯ膜へ作用する圧力は低圧ポンプＰ２の運転により決定する。一般に高圧ポンプＰ２がうず巻きポンプなどの遠心ポンプでは、流量に対してポンプにより加圧される圧力が一意に対応付けられる。この場合、低圧ＲＯ膜モジュール７の運転条件を満たす上で、低圧ポンプＰ２を取り除くことができないが、高圧ポンプＰ１が往復ポンプであれば、メンテナンス費、設備費を抑えるために低圧ポンプＰ２を取り除くことが可能である。
（第７の実施形態）
図７を参照して第７の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｆでは、ラインＬ２に第１のpH計２８を取り付け、かつラインＬ３，Ｌ４に第２のpH計２９を取り付け、第１のpH計２８により前処理された海水のpHを測定し、そのpH測定信号Ｓ１４を運転条件設定部１３に送るとともに、第２のpH計２９により高圧ＲＯ膜透過水のpHを測定し、そのpH測定信号Ｓ１５を運転条件設定部１３に送るようにしている。
本実施形態の作用を説明する。
第１の温度計２１からは前処理された海水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１が、第１の電気伝導度計２２からは前処理された海水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ２が、第２の電気伝導度計２３からはラインＬ３を流れる高圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ９が、第３の電気伝導度計２４からはラインＬ５を流れる低圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ１０が、第２の温度計２６からは高圧ＲＯ膜を透過した透過水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１３が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。さらに、第１のpH計２８からは前処理された海水のpHを測定したpH測定信号Ｓ１４が、第２のpH計２９からは高圧ＲＯ膜透過水のpHを測定したpH測定信号Ｓ１５が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。
運転条件設定部１３は、入力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする２つの調整弁Ｖ５，Ｖ６の弁開度の制御量をそれぞれ求め、制御信号Ｓ３を第１の制御部１１に送り、制御信号Ｓ４を第２の制御部１２に送る。
流量計Ｑ１は、ドレインラインＬ７を通流する濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
第１の制御部１１は、信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ６を調整弁Ｖ５の電源回路に送り、調整弁Ｖ５の弁開度を制御する。
流量計Ｑ２は、リターンラインＬ８を通流する低圧ＲＯ膜排出濃縮水の流量を測定し、信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
第２の制御部１２は、信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ８を調整弁Ｖ６の電源回路に送り、調整弁Ｖ６の弁開度を制御する。
浸透圧は溶液中に含まれる塩分などの溶質の濃度に依存する。海水中の溶質は大部分が塩分であるが、浸透圧は塩分以外の溶質（例えばホウ素）の影響も受ける。溶質の種類によっては、pHにより溶存の状態が変わり、膜により除去される割合も異なる。ちなみに、海水は一般的にはpH 8.2〜8.4程度の弱アルカリ性であるが、二酸化炭素の溶存量が増えるに従ってpH値が下降して酸性側に移行する。
本実施形態によれば、ＲＯ膜に流入する供給水のpHを測定することにより、上記の実施形態に比べて、透過水の浸透圧の予測誤差をさらに抑えることができる。
（第８の実施形態）
図８を参照して第８の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
本実施形態の海水淡水化装置１Ｇでは、ラインＬ２に第１の薬品注入ポンプＰ３を取り付け、かつラインＬ３，Ｌ４に第２の薬品注入ポンプＰ４を取り付け、運転条件設定部１３からの制御信号Ｓ１６を受けて第１の薬品注入ポンプＰ３からラインＬ２を流れる前処理水にpH調整剤が注入されるとともに、運転条件設定部１３からの制御信号Ｓ１７を受けて第２の薬品注入ポンプＰ４からラインＬ３，Ｌ４を流れる高圧ＲＯ膜透過水にpH調整剤が注入されるようになっている。
本実施形態の作用を説明する。
第１の温度計２１からは前処理された海水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１が、第１の電気伝導度計２２からは前処理された海水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ２が、第２の電気伝導度計２３からはラインＬ３を流れる高圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ９が、第３の電気伝導度計２４からはラインＬ５を流れる低圧ＲＯ膜透過水の電気伝導率を測定した電気伝導率信号Ｓ１０が、第２の温度計２６からは高圧ＲＯ膜を透過した透過水の温度を測定した温度測定信号Ｓ１３が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。さらに、第１のpH計２８からは前処理された海水のpHを測定したpH測定信号Ｓ１４が、第２のpH計２９からは高圧ＲＯ膜透過水のpHを測定したpH測定信号Ｓ１５が、それぞれ運転条件設定部１３に送られる。
運転条件設定部１３は、入力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする２つの調整弁Ｖ５，Ｖ６の弁開度の制御量をそれぞれ求め、制御信号Ｓ３を第１の制御部１１に送り、制御信号Ｓ４を第２の制御部１２に送る。
流量計Ｑ１は、ドレインラインＬ７を通流する濃縮水の流量を測定し、流量測定信号Ｓ５を第１の制御部１１に送る。
第１の制御部１１は、信号Ｓ３，Ｓ５に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ５の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ６を調整弁Ｖ５の電源回路に送り、調整弁Ｖ５の弁開度を制御する。
流量計Ｑ２は、リターンラインＬ８を通流する低圧ＲＯ膜排出濃縮水の流量を測定し、信号Ｓ７を第２の制御部１２に送る。
第２の制御部１２は、信号Ｓ４，Ｓ７に基づいて単位生産水当たりの消費電力量Ｗを最小とする調整弁Ｖ６の弁開度の制御量を求め、求めた制御量に対応する制御信号Ｓ８を調整弁Ｖ６の電源回路に送り、調整弁Ｖ６の弁開度を制御する。
さらに、運転条件設定部１３は、pH測定信号Ｓ１４に基づいて演算した制御量に対応する制御信号Ｓ１６を第１の薬品注入ポンプＰ３の電源回路に送り、これにより第１の薬品注入ポンプＰ３からラインＬ２を流れる前処理水にpH調整剤が注入される。また、運転条件設定部１３は、pH測定信号Ｓ１５に基づいて演算した制御量に対応する制御信号Ｓ１７を第２の薬品注入ポンプＰ４の電源回路に送り、これにより第２の薬品注入ポンプＰ４からラインＬ３，Ｌ４を流れる高圧ＲＯ膜透過水にpH調整剤が注入される。
透過水の浸透圧は、透過させるＲＯ膜の流入する水のpHに依存する。したがって、薬品注入ポンプＰ３，Ｐ４により膜へ流入する水のpHを制御することによって、ＲＯ膜の透過水の圧力を制御することができる。
本実施形態によれば、ＲＯ膜の回収率に加え、薬品注入量を操作量とすることで、単位生産水量あたりの消費電力量の抑制効果を高めることができる。
１，１Ａ〜１Ｇ…海水淡水化装置、２…海水取水装置、３…前処理装置、
４…高圧逆浸透膜モジュール（高圧ＲＯ膜ろ過器）、
５…動力回収装置、６…調整水槽、
７…低圧逆浸透膜モジュール（低圧ＲＯ膜ろ過器）、
８…生産水貯留槽、９…濃縮海水貯留槽、
１１，１２…制御部、１３…運転条件設定部、
１４…低圧ポンプ圧力制御回路の制御部、
２１，２６…温度計、２２，２３，２４，２７…電気伝導度計（EC計）、
２５…圧力計、
２８…第１のｐＨ計、２９…第２のｐＨ計、
Ｑ１…第１の流量計、Ｑ２…第２の流量計、
Ｐ１…高圧ポンプ、Ｐ２…低圧ポンプ、
Ｐ３…第１の薬品注入ポンプ、Ｐ４…第２の薬品注入ポンプ、
Ｖ１〜Ｖ４…バルブ、
Ｖ５…高圧逆浸透膜回収率調整弁（高圧ＲＯ膜回収率コントロールバルブ）、
Ｖ６…低圧逆浸透膜回収率調整弁（低圧ＲＯ膜回収率コントロールバルブ）、
Ｌ１〜Ｌ８…ライン、Ｓ１〜Ｓ１７…信号。

Claims (15)

  1. 海水を透過水と濃縮水とに分離する高圧逆浸透膜モジュールと、
    前記高圧逆浸透膜モジュールに海水を供給する高圧ポンプと、
    海水と前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水とがそれぞれ供給され、前記濃縮水から回収した圧力エネルギーにより前記海水を高圧で送水する一方で、前記濃縮水を低圧で排出する動力回収装置と、
    前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を調整する高圧逆浸透膜回収率調整弁と、
    前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定する第１の流量計と、
    前記高圧逆浸透膜透過水を透過水と濃縮水とに分離する低圧逆浸透膜モジュールと、
    前記低圧逆浸透膜モジュールに前記高圧逆浸透膜透過水を供給する低圧ポンプと、
    前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を調整する低圧逆浸透膜回収率調整弁と、
    前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定する第２の流量計と、
    前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の水温を計測する温度計と、
    前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水の電気伝導率を計測する電気伝導度計と、
    前記温度計で計測した海水の温度と前記電気伝導度計で計測した海水の電気伝導率と前記第１及び第２の流量計でそれぞれ測定した流量とに基づいて、前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制されるように、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および前記低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する制御部と、
    を具備することを特徴とする海水淡水化装置。
  2. さらに、前記高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率を計測するための第２の電気伝導度計を有し、
    前記制御部は、前記第２の電気伝導度計により計測した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および前記電気伝導度計により計測した海水の電気伝導率に基づいて前記高圧逆浸透膜の状態を把握することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. さらに、前記低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率を計測するための第３の電気伝導度計を有し、
    前記制御部は、前記第２の電気伝導度計により計測した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および前記第３の電気伝導度計により計測した低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率に基づいて前記低圧逆浸透膜の状態を把握することを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. さらに、調整水槽または低圧ポンプ圧力制御回路のいずれか一方を有し、
    前記調整水槽は、前記高圧逆浸透膜モジュールと前記低圧ポンプとの間に設けられ、高圧逆浸透膜を透過した水を一時的に貯留し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させ、
    前記低圧ポンプ圧力制御回路は、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を計測する圧力計と、この圧力計で計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御するポンプ圧力制御部とを有し、
    前記ポンプ圧力制御部が前記圧力計により計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
  5. さらに、高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水のうちの少なくとも一方の温度を計測する第２の温度計を有し、
    前記制御部は、前記第２の温度計により計測した温度に基づいて前記高圧逆浸透膜モジュールおよび低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも一方の温度特性を補正することを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. さらに、前記高圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを計測する第１のpH計と、前記低圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを計測する第２のpH計と、を有し、
    前記制御部は、前記第１及び第２のpH計により計測されたpH計測値に基づいて前記高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水の浸透圧を精度よく予測することを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. さらに、高圧逆浸透膜モジュールよりも上流側の海水にpH調整剤を注入する第１のポンプを有する第１のpH調整剤注入機構と、
    前記高圧逆浸透膜を透過した透過水にpH調整剤を注入する第２のポンプを有する第２のpH調整剤注入機構と、を有し、
    前記制御部は、前記第１及び第２のpH計からのpH測定値に基づいて前記第１及び第２のポンプの駆動をそれぞれ制御し、前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水に対する前記第１のpH調整剤注入機構からのpH調整剤の注入量を制御するとともに、前記低圧逆浸透膜モジュールへ供給される高圧逆浸透膜透過水に対する前記第２のpH調整剤注入機構からのpH調整剤の注入量を制御することを特徴とする請求項６記載の装置。
  8. さらに、前記温度計および前記電気伝導度計の各々から計測信号を受け、これらの計測信号に基づいて前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される運転点をもつ運転条件を求め、求めた運転条件を前記制御部に送る運転条件設定部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の装置。
  9. （ａ）高圧ポンプ、動力回収装置及び高圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの高圧逆浸透膜モジュールと低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁にそれぞれ接続された少なくとも１つの低圧逆浸透膜モジュールとを有する海水淡水化装置を運転するための初期運転条件を設定し、
    （ｂ）前記初期運転条件により前記高圧ポンプ、動力回収装置、高圧逆浸透膜回収率調整弁、低圧ポンプ及び低圧逆浸透膜回収率調整弁の各々を動作させる間に、前記動力回収装置から排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記低圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の流量を測定し、かつ前記高圧逆浸透膜モジュールより上流側の海水の温度および電気伝導率をそれぞれ測定し、
    （ｃ）測定した動力回収装置排出濃縮水の流量、低圧逆浸透膜モジュール排出濃縮水の流量、海水の温度および電気伝導率に基づいて前記高圧ポンプおよび低圧ポンプの単位生産水量当たりの消費電力量が抑制される最適の運転点をもつ最適運転条件を求め、前記初期運転条件から前記最適運転条件に設定を変更し、
    （ｄ）前記最適運転条件を用いて前記海水淡水化装置を運転する際に、前記高圧逆浸透膜回収率調整弁および低圧逆浸透膜回収率調整弁の弁開度をそれぞれ調整する、ことを特徴とする海水淡水化装置の制御方法。
  10. 前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、
    前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率と海水の電気伝導率とに基づいて前記高圧逆浸透膜の状態を把握することを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 前記（ｂ）工程において、さらに前記低圧逆浸透膜を透過した透過水の電気伝導率を測定し、
    前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した高圧逆浸透膜透過水の電気伝導率および低圧逆浸透膜透過水の電気伝導率に基づいて前記低圧逆浸透膜の状態を把握することを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 前記（ｂ）工程において、前記高圧逆浸透膜モジュールと前記低圧ポンプとの間に設けられた調整水槽に前記高圧逆浸透膜透過水を一時的に貯留し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させるか、または
    前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を計測する圧力計と、この圧力計で計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御するポンプ圧力制御部とを有する低圧ポンプ圧力制御回路において、前記ポンプ圧力制御部が前記圧力計により計測した圧力に基づいて前記低圧ポンプの駆動を制御し、前記高圧逆浸透膜透過水の圧力を安定化させることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の方法。
  13. 前記（ｂ）工程において、さらに高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水のうちの少なくとも一方の温度を測定し、
    前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定した温度に基づいて前記高圧逆浸透膜モジュールおよび低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも一方の温度特性を補正することを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを測定するとともに、前記低圧逆浸透膜モジュールへの供給水のpHを測定し、
    前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定したpH計測値に基づいて前記高圧逆浸透膜透過水および低圧逆浸透膜透過水の浸透圧を精度よく予測することを特徴とする請求項９記載の方法。
  15. 前記（ｂ）工程において、さらに前記高圧逆浸透膜モジュールよりも上流側の海水にpH調整剤を注入するとともに、前記高圧逆浸透膜を透過した透過水にpH調整剤を注入し、
    前記（ｃ）工程において、前記（ｂ）工程で測定したpH測定値に基づいて前記高圧逆浸透膜モジュールへ供給される海水に対するpH調整剤の注入量を制御するとともに、前記低圧逆浸透膜モジュールへ供給される高圧逆浸透膜透過水に対するpH調整剤の注入量を制御することを特徴とする請求項１４記載の方法。
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