JP5780055B2 - 逆浸透膜分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、逆浸透膜モジュールを備えた逆浸透膜分離装置に関する。

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を、逆浸透膜モジュール（以下、「ＲＯ膜モジュール」ともいう）で逆浸透膜分離処理することにより製造される。ＲＯ膜モジュールで逆浸透膜分離処理することにより、原水は、溶存塩類等が除去された透過水と、溶存塩類等が濃縮された濃縮水とに分離される。

ＲＯ膜モジュールにおいては、原水に含まれる硬度成分がＲＯ膜の表面にスケールとして析出される現象が発生する。また、原水に含まれる懸濁物質（例えば、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の表面や細孔内に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象も発生する。ＲＯ膜の表面にスケールの析出やファウリングが発生すると、透水能力が低下する。このため、ＲＯ膜モジュールを備えた逆浸透膜分離装置においては、ＲＯ膜の表面にスケールの析出やファウリングが発生しないように運転することが肝要となる。

従来、シリカ系スケールの析出を抑制するために、濃縮水のシリカ濃度がシリカ溶解度を超えない範囲に回収率を設定して運転する逆浸透膜分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−８１２５４号公報

上記特許文献に記載された逆浸透膜分離装置では、シリカ溶解度により回収率が制限される。原水のシリカ濃度が高くなると、必然的に回収率を下げざるを得なくなる。そのため、原水のシリカ濃度が高い地域では、廃棄される濃縮水の量が増えるので、造水コストが高くなる。なお、回収率とは、ＲＯ膜モジュールへ供給された供給水の流量に対する透過水の流量の割合をいう。

従って、本発明は、シリカ系スケールの析出を抑制しつつ、回収率を向上させることができる逆浸透膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、供給水の温度を検出する温度検出手段と、（ｉ）予め取得された供給水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段による検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの基準濃縮倍率を算出し、（ｉｉ）濃縮水におけるシリカの実際濃縮倍率が前記基準濃縮倍率を超えるように、透過水の生産流量を予め設定された目標流量値に保持しながら濃縮水の排水流量を調節する高回収率運転モード、及び濃縮水におけるシリカの実際濃縮倍率が前記基準濃縮倍率以下となるように、透過水の生産流量を予め設定された目標流量値に保持しながら濃縮水の排水流量を調節する低回収率運転モードを交互に実行する制御部と、を備える逆浸透膜分離装置に関する。

また、前記逆浸透膜分離装置の前記制御部において、高回収率運転モードを実行する第１時間帯は、低回収率運転モードを実行する第２時間帯よりも長く設定されることが好ましい。

また、前記逆浸透膜分離装置において、透過水の流量を検出する流量検出手段と、供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、前記供給水ラインを流通する供給水を前記逆浸透膜モジュールに向けて圧送する加圧ポンプと、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、を備え、前記制御部は、前記流量検出手段による検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記加圧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電流値信号を前記インバータに出力することが好ましい。

また、前記逆浸透膜分離装置において、透過水を需要先へ送出する透過水ラインと、濃縮水を前記逆浸透膜モジュールから送出する濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の一部を装置外へ排出する濃縮水排出ラインと、前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の残部を前記供給水ラインにおける前記加圧ポンプよりも上流側に還流させる濃縮水還流ラインと、前記濃縮水還流ラインを流通する濃縮水の流量を調節可能な濃縮水還流弁と、を備え、前記制御部は、前記低回収率運転モードを実行する際に、前記濃縮水還流ラインを濃縮水が流通しないように前記濃縮水還流弁を制御することが好ましい。

また、前記逆浸透膜分離装置の前記制御部において、前記高回収率運転モードを複数回実行した後、前記逆浸透膜モジュールの一次側を洗浄するためのフラッシング運転モードを少なくとも１回実行することが好ましい。

また、前記逆浸透膜分離装置において、前記透過水ラインに設けられた透過水弁と、前記透過水ラインに送出された透過水を前記供給水ラインにおける前記加圧ポンプよりも上流側に返送させる透過水返送ラインと、前記透過水返送ラインに設けられた圧力逃し弁と、を備え、前記制御部は、前記フラッシング運転モードを実行する際に、（ｉ）前記濃縮水還流ラインを濃縮水が流通しないように前記濃縮水還流弁を制御し、（ｉｉ）前記透過水ラインを透過水が流通しないように前記透過水弁を制御することが好ましい。

本発明によれば、シリカ系スケールの析出を抑制しつつ、回収率を向上させることができる逆浸透膜分離装置を提供することができる。

実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。 制御部１０において高回収率運転モード、低回収率運転モード及びフラッシング運転モードの切り替え制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。 高回収率運転モード及び低回収率運転モードにおいて制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。 高回収率運転モードにおいて制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。 低回収率運転モードにおいて制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。 制御部１０においてフラッシング運転モードを実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る逆浸透膜分離装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図１は、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１の全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１は、加圧ポンプ２と、インバータ３と、温度検出手段としての温度センサ４と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール５と、流量検出手段としての流量センサ６と、透過水弁７と、を備える。また、逆浸透膜分離装置１は、濃縮水還流弁８と、圧力逃し弁としての安全弁９と、制御部１０と、第１排水弁１１〜第３排水弁１３と、を備える。図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。

また、逆浸透膜分離装置１は、供給水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３と、濃縮水排出ラインＬ４と、濃縮水還流ラインＬ５と、透過水返送ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

供給水ラインＬ１は、供給水Ｗ１をＲＯ膜モジュール５に供給するラインである。供給水ラインＬ１の上流側における端部は、供給水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。供給水ラインＬ１の下流側における端部は、ＲＯ膜モジュール５の一次側入口ポートに接続されている。

加圧ポンプ２は、供給水Ｗ１を吸入し、ＲＯ膜モジュール５に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ２は、インバータ３（後述）と電気的に接続されている。加圧ポンプ２には、インバータ３から、周波数が変換された駆動電力が入力される。加圧ポンプ２は、供給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。

インバータ３は、加圧ポンプ２に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ３は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ３には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ３は、制御部１０から入力された電流値信号に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ２に出力する。

温度センサ４は、供給水Ｗ１の温度を検出する機器である。温度センサ４は、接続部Ｊ１において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ１は、供給水Ｗ１の供給源（不図示）と加圧ポンプ２との間に配置されている。温度センサ４は、制御部１０と電気的に接続されている。温度センサ４で検出された供給水Ｗ１の温度（以下、「検出温度値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

ＲＯ膜モジュール５は、加圧ポンプ２から送出された供給水Ｗ１を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ２と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ３とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール５は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール５は、これらＲＯ膜エレメントにより供給水Ｗ１を膜分離処理し、透過水Ｗ２及び濃縮水Ｗ３を製造する。

透過水ラインＬ２は、ＲＯ膜モジュール５で製造された透過水Ｗ２を需要先へ送出するラインである。透過水ラインＬ２の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール５の一次側出口ポートに接続されている。透過水ラインＬ２の下流側の端部は、需要先の装置等（不図示）に接続されている。

流量センサ６は、透過水ラインＬ２を流通する透過水Ｗ２の流量を検出する機器である。流量センサ６は、接続部Ｊ２において透過水ラインＬ２に接続されている。流量センサ６は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ６で検出された透過水Ｗ２の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。

透過水弁７は、透過水ラインＬ２を開閉する装置である。透過水弁７は、制御部１０と電気的に接続されている。透過水弁７における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。透過水弁７は、高回収率運転モード及び低回収率運転モード（後述）では、開状態に制御される。また、透過水弁７は、フラッシング運転モード（後述）では、閉状態に制御される。

濃縮水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール５から濃縮水Ｗ３を送出するラインである。濃縮水ラインＬ３の上流側の端部は、ＲＯ膜モジュール５の一次側出口ポートに接続されている。また、濃縮水ラインＬ３の下流側は、接続部Ｊ３において、濃縮水排出ラインＬ４及び濃縮水還流ラインＬ５に分岐している。

濃縮水排出ラインＬ４は、濃縮水ラインＬ３を流通する濃縮水Ｗ３の一部を装置外へ排出するラインである。濃縮水排出ラインＬ４の下流側は、接続部Ｊ５及びＪ６において、第１排水ラインＬ１１、第２排水ラインＬ１２及び第３排水ラインＬ１３に分岐している。

第１排水ラインＬ１１には、第１排水弁１１が設けられている。第２排水ラインＬ１２には、第２排水弁１２が設けられている。第３排水ラインＬ１３には、第３排水弁１３が設けられている。第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、濃縮水排出ラインＬ４から装置外へ排出される濃縮水Ｗ３の排水流量を調節する弁である。

第１排水弁１１は、第１排水ラインＬ１１を開閉することができる。第２排水弁１２は、第２排水ラインＬ１２を開閉することができる。第３排水弁１３は、第３排水ラインＬ１３を開閉することができる。

第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、それぞれ定流量弁機構（不図示）を備える。定流量弁機構は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３において、それぞれ異なる流量値に設定されている。例えば、第１排水弁１１は、開状態において、ＲＯ膜モジュール５の回収率が９５％となるように排水流量が設定されている。第２排水弁１２は、開状態において、ＲＯ膜モジュール５の回収率が９０％となるように排水流量が設定されている。第３排水弁１３は、開状態において、ＲＯ膜モジュール５の回収率が８０％となるように排水流量が設定されている。

濃縮水ラインＬ３から排出される濃縮水Ｗ３の排水流量は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を選択的に開閉することにより、段階的に調節できる。例えば、第２排水弁１２のみを開状態とし、第１排水弁１１及び第３排水弁１３を閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール５の回収率を９０％とすることができる。また、第１排水弁１１及び第２排水弁１２を開状態とし、第３排水弁１３のみを閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール５の回収率を８５％とすることができる。従って、本実施形態において、濃縮水Ｗ３の排水流量は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を選択的に開閉することにより、回収率を６５％〜９５％までの間で、５％毎に段階的に調節できる。

第１排水弁１１〜第３排水弁１３は、それぞれ制御部１０と電気的に接続されている。第１排水弁１１〜第３排水弁１３における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。

濃縮水還流ラインＬ５は、濃縮水ラインＬ３を流通する濃縮水Ｗ３の残部を、供給水ラインＬ１における加圧ポンプ２よりも上流側に還流させるラインである。濃縮水還流ラインＬ５の上流側の端部は、接続部Ｊ３において濃縮水ラインＬ３に接続されている。接続部Ｊ３は、ＲＯ膜モジュール５の一次側出口ポートと接続部Ｊ５との間に配置されている。また、濃縮水還流ラインＬ５の下流側の端部は、接続部Ｊ４において、供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ４は、加圧ポンプ２の上流側に配置されている。

濃縮水還流弁８は、濃縮水還流ラインＬ５の流通量を調節する装置である。濃縮水還流弁８は、制御部１０と電気的に接続されている。濃縮水還流弁８における弁体の開度は、制御部１０からの駆動信号により制御される。濃縮水還流弁８は、高回収率運転モードでは、所定の開度に制御される。また、濃縮水還流弁８の弁体は、低回収率運転モード及びフラッシング運転モード（いずれも後述）では、閉状態（開度０％）に制御される。

透過水返送ラインＬ６は、フラッシング運転モードにおいて、透過水ラインＬ２に送出された透過水Ｗ２を、供給水ラインＬ１における加圧ポンプ２よりも上流側に返送させるラインである。透過水返送ラインＬ６の上流側の端部は、接続部Ｊ７において透過水ラインＬ２に接続されている。接続部Ｊ７は、ＲＯ膜モジュール５の二次側ポートと透過水弁７との間に配置されている。また、透過水返送ラインＬ６の下流側の端部は、接続部Ｊ８において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ８は、加圧ポンプ２の上流側に配置されている。透過水返送ラインＬ６には、安全弁９が設けられている。

安全弁９は、フラッシング運転モードにおいて、透過水ラインＬ２の管内圧力が設定された圧力以上となった場合に開弁して、透過水Ｗ２を透過水返送ラインＬ６に流通させる弁である。すなわち、安全弁９は、設定された圧力以上の透過水Ｗ２を、透過水返送ラインＬ６を介して供給水ラインＬ１に戻すことにより、ＲＯ膜モジュール５の二次側に過剰な背圧が発生するのを防止する。

なお、高回収率運転モード及び低回収率運転モードでは、透過水弁７が開状態に制御されるため、透過水ラインＬ２の管内圧力は、設定された圧力未満となる。そのため、高回収率運転モード及び低回収率運転モードでは、安全弁９が閉弁した状態で、透過水Ｗ２が需要先へ送出される。

制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。以下、制御部１０の機能について説明する。

（運転モードの切り替え制御）
制御部１０は、（ｉ）予め取得された供給水Ｗ１のシリカ濃度、及び温度センサ４による検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水Ｗ３におけるシリカの基準濃縮倍率（溶存限界濃縮倍率）を演算し、（ｉｉ）濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率を超えるようにＲＯ膜モジュール５へ供給する供給水Ｗ１の流量を制御する高回収率運転モード、及び濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率以下となるようにＲＯ膜モジュール５へ供給する供給水Ｗ１の流量を制御する低回収率運転モードを交互に実行する。本実施形態においては、高回収率運転モードと低回収率運転モードとを交互に９回実行し、１０回目の高回収率運転モードの実行後には、１０回目の低回収率運転モードの実行に代えて、フラッシング運転モードを１回実行する。

（高回収率運転モード制御）
制御部１０は、高回収率運転モードにおいて、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率を超えるように供給水Ｗ１の流量を制御する。具体的には、流量フィードバック水量制御（後述）により、透過水Ｗ２の流量を予め設定された目標流量値に制御しながら、温度フィードフォワード回収率制御（後述）により、濃縮水Ｗ３の排水流量を演算された目標流量値に制御する。また、制御部１０は、高回収率運転モードを実行する際に、透過水弁７を開状態に制御するとともに、濃縮水還流弁８を所定の開度に制御する。

高回収率運転モードにおいては、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率の２〜３倍となるように供給水Ｗ１の流量（すなわち、透過水Ｗ２の流量及び濃縮水Ｗ３の排水流量）を制御することが好ましい。以下、実際濃縮倍率が基準濃縮倍率の２〜３倍となる濃縮倍率を「第１目標濃縮倍率」ともいう。例えば、供給水Ｗ１のシリカ濃度が２０ｍｇＳｉＯ_２／Ｌで、２５℃でのシリカ溶解度が１００ｍｇＳｉＯ_２／Ｌである場合、基準濃縮倍率は５となるので、第１目標濃縮倍率は１０〜１５となる。このときの回収率は、９０〜９３％である。

（低回収率運転モード制御）
制御部１０は、低回収率運転モードにおいて、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率以下となるように供給水Ｗ１の流量を制御する。具体的には、流量フィードバック水量制御（後述）により、透過水Ｗ２の流量を予め設定された目標流量値に制御しながら、温度フィードフォワード回収率制御（後述）により、濃縮水Ｗ３の排水流量を演算された目標流量値に制御する。また、制御部１０は、低回収率運転モードを実行する際に、濃縮水Ｗ３が濃縮水還流ラインＬ５を流通しないように、濃縮水還流弁８を閉状態（開度０％）に制御する。なお、透過水弁７の開閉は、高回収率運転モードの場合と同じである。

低回収率運転モードにおいては、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率の０．５〜１倍となるように供給水Ｗ１の流量（すなわち、透過水Ｗ２の流量及び濃縮水Ｗ３の排水流量）を制御することが好ましい。以下、実際濃縮倍率が基準濃縮倍率の０．５〜１倍となる濃縮倍率を「第２目標濃縮倍率」ともいう。例えば、供給水Ｗ１のシリカ濃度が２０ｍｇＳｉＯ_２／Ｌで、２５℃でのシリカ溶解度が１００ｍｇＳｉＯ_２／Ｌである場合、基準濃縮倍率は５となるので、第２目標濃縮倍率は２．５〜５となる。このときの回収率は、５０〜８０％である。

（フラッシング運転モード制御）
制御部１０は、高回収率運転モードと低回収率運転モードとを交互に９回実行し、１０回目の高回収率運転モードの実行後には、１０回目の低回収率運転モードの実行に代えて、フラッシング運転モードを１回実行する。フラッシング運転モードは、ＲＯ膜モジュール５の一次側を洗浄するための運転モードである。

フラッシング運転モードでは、濃縮水Ｗ３が混合されていない低濃度の供給水Ｗ１がＲＯ膜モジュール５の一次側に供給される。フラッシング運転モードにおいて、加圧ポンプ２は、最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも低い駆動周波数（例えば、３０Ｈｚ）に固定される。このとき、供給水Ｗ１のほとんどは、ＲＯ膜を透過することなく、ＲＯ膜の表面を流れ、フラッシング洗浄排水として濃縮水排出ラインＬ４から外部に排出される。このフラッシング運転モードを実行することにより、ＲＯ膜の表面に析出したスケール核や沈着した懸濁物質を除去することができる。なお、フラッシング運転モードは、高回収率運転モードを１０〜２０回程度実行した後に実行することが好ましい。

制御部１０は、フラッシング運転モードを実行する際に、（ｉ）濃縮水還流ラインＬ５を濃縮水Ｗ３が流通しないように濃縮水還流弁８を閉状態に制御し、（ｉｉ）透過水ラインＬ２を透過水Ｗ２が流通しないように透過水弁７を閉状態に制御する。濃縮水還流弁８を閉状態に制御するのは、除去したスケール核や懸濁物質をＲＯ膜の表面に再付着させないためである。また、透過水弁７を閉状態に制御するのは、供給された供給水Ｗ１を効率的にフラッシング洗浄に利用するためである。

（各運転モードの時間制御）
制御部１０において、高回収率運転モードを実行する第１時間帯は５０分に設定され、低回収率運転モードを実行する第２時間帯は１０分に設定されている。例えば、回収率９０％の高回収率運転モードによる運転を５０分を設定し、回収率７５％の低回収率運転モードによる運転を１０分に設定した場合、１時間あたりの平均回収率は８７％となる。ちなみに、供給水Ｗ１のシリカ濃度が２０ｍｇＳｉＯ_２／Ｌで、２５℃でのシリカ溶解度が１００ｍｇＳｉＯ_２／Ｌである場合、通常の基準濃縮倍率は５となる。この基準濃縮倍率で運転を行った場合、回収率は８０％となる。また、制御部１０において、フラッシング運転モードを実行する第３時間帯は２分に設定されている。

（流量フィードバック水量制御）
制御部１０は、高回収率運転モード及び低回収率運転モードの実行中において、流量フィードバック水量制御を実行する。この制御では、制御部１０は、流量センサ６による検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、加圧ポンプ２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電流値信号をインバータ３に出力する。すなわち、制御部１０は、一定流量の透過水Ｗ２が生産されるように、加圧ポンプ２の回転数を調節する。なお、流量フィードバック水量制御における目標流量値は、需要先で必要とされる透過水Ｗ２の流量に基づいて設定される。

（温度フィードフォワード回収率制御）
制御部１０は、高回収率運転モード及び低回収率運転モードの実行中において、温度フィードフォワード回収率制御を実行する。この制御では、制御部１０は、高回収率運転モードを実行する際に維持する第１目標濃縮倍率に基づいて、高回収率運転モードにおける排水流量（以下、「第１目標排水流量」ともいう）を演算する。そして、制御部１０は、高回収率運転モードを実行する際に、濃縮水Ｗ３の実際排水流量が第１目標排水流量となるように第１排水弁１１〜第３排水弁１３の開閉を制御する。

また、制御部１０は、低回収率運転モードを実行する際に維持する第２目標濃縮倍率に基づいて、低回収率運転モードにおける排水流量（以下、「第２目標排水流量」ともいう）を演算する。そして、制御部１０は、低回収率運転モードを実行する際に、濃縮水Ｗ３の実際排水流量が第２目標排水流量となるように第１排水弁１１〜第３排水弁１３の開閉を制御する。

次に、制御部１０による運転モードの切り替え制御について説明する。図２は、制御部１０において、高回収率運転モード、低回収率運転モード及びフラッシング運転モードの切り替え制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの処理は、逆浸透膜分離装置１の運転中において、繰り返し実行される。

図２に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、高回収率運転モードを実行する。高回収率運転モードの実行中には、後述する流量フィードバック水量制御（図３）及び温度フィードフォワード回収率制御（図４）が並行して実行される。

ステップＳＴ１０２において、制御部１０は、内部タイマ（不図示）による計時ｔ_１が５０分に達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０２において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_１が５０分に達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ１０３へ移行する。また、ステップＳＴ１０２において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_１が５０分に達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０１へ戻り、高回収率運転モードを継続する。

ステップＳＴ１０３において、制御部１０は、内部タイマによる計時ｔ_１をリセットする。
ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、高回収率運転モードの実行回数をカウントするカウンタｎ（不図示）のカウント値を１つインクリメントする。カウンタｎは、制御部１０の内部機能として動作する。

ステップＳＴ１０５において、制御部１０は、カウンタｎのカウント値が１０回に達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０５において、制御部１０により、カウンタｎのカウント値が１０回に達した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０９へ移行する。また、ステップＳＴ１０５において、制御部１０により、カウンタｎのカウント値が１０回に達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０６へ移行する。

ステップＳＴ１０６において、制御部１０は、低回収率運転モードを実行する。低回収率運転モードの実行中には、後述する流量フィードバック水量制御（図３）及び温度フィードフォワード回収率制御（図５）が並行して実行される。

ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、内部タイマによる計時ｔ_２が１０分に達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０７において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_２が１０分に達したと（ＹＥＳ）判定された場合には、処理はステップＳＴ１０８へ移行する。また、ステップＳＴ１０７において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_２が１０分に達していない（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１０６へ戻り、低回収率運転モードを継続する。

ステップＳＴ１０８において、制御部１０は、内部タイマによる計時ｔ_２をリセットし、処理はステップＳＴ１０１へリターンする。

ステップＳＴ１０９（ステップＳＴ１０５：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、フラッシング運転モードを実行する。フラッシング運転モードについては後述する。

ステップＳＴ１１０において、制御部１０は、内部タイマによる計時ｔ_３が２分に達したか否かを判定する。このステップＳＴ１１０において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_３が２分に達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ１１１へ移行する。また、ステップＳＴ１１０において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_３が２分に達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１１０へ戻る。

ステップＳＴ１１１において、制御部１０は、内部タイマによる計時ｔ_３をリセットする。
ステップＳＴ１１２において、制御部１０は、カウンタｎのカウント値をリセットし、処理はステップＳＴ１０１へリターンする。

次に、制御部１０による流量フィードバック水量制御について説明する。図３は、制御部１０において、流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの処理は、高回収率運転モード及び低回収率運転モードでの運転中に、繰り返し実行される。

図３に示すステップＳＴ２０１において、制御部１０は、透過水弁７を開状態に制御する。
ステップＳＴ２０２において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´を取得する。この目標流量値Ｑ_ｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。

ステップＳＴ２０３において、制御部１０は、内部タイマ（不図示）による計時ｔ_４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ＳＴ２０３において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_４が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ２０４へ移行する。また、ステップＳＴ２０３において、制御部１０により、内部タイマによる計時ｔ_４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ＳＴ２０３へ戻る。

ステップＳＴ２０４（ステップＳＴ２０３：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、流量センサ６で検出された透過水Ｗ２の検出流量値Ｑ_ｐを取得する。

ステップＳＴ２０５において、制御部１０は、ステップＳＴ２０４で取得した検出流量値（フィードバック値）Ｑ_ｐとステップＳＴ２０２で取得した目標流量値Ｑ_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Ｕ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ＳＴ２０６において、制御部１０は、操作量Ｕ、目標流量値Ｑ_ｐ´及び加圧ポンプ２の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ２の駆動周波数Ｆを演算する。

ステップＳＴ２０７において、制御部１０は、駆動周波数Ｆ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ＳＴ２０８において、制御部１０は、変換した電流値信号をインバータ３に出力し、処理はステップＳＴ２０１へリターンする。インバータ３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加圧ポンプ２に供給する。その結果、加圧ポンプ２は、インバータ３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。

次に、高回収率運転モードにおける温度フィードフォワード回収率制御について説明する。図４は、高回収率運転モードにおいて、制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートの処理は、高回収率運転モードでの運転中に、繰り返し実行される。

図４に示すステップＳＴ３０１において、制御部１０は、供給水Ｗ１のシリカ（ＳｉＯ_２）濃度Ｃを取得する。このシリカ濃度Ｃは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。供給水Ｗ１のシリカ濃度は、事前に供給水Ｗ１を水質分析することにより得ることができる。また、供給水ラインＬ１において、不図示の濃度センサにより供給水Ｗ１のシリカ濃度を計測してもよい。

ステップＳＴ３０２において、制御部１０は、温度センサ４から供給水Ｗ１の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ３０３において、制御部１０は、取得した検出温度値Ｔに基づいて、水に対するシリカ溶解度Ｓを決定する。なお、温度とシリカ溶解度との関係は、数値テーブル又は数式としてメモリに予め記憶されている。

ステップＳＴ３０４において、制御部１０は、ステップＳＴ３０３で取得又は決定したシリカ濃度Ｃ、及びシリカ溶解度Ｓに基づいて、濃縮水Ｗ３におけるシリカの基準濃縮倍率（溶存限界濃縮倍率）Ｎを演算する。シリカの基準濃縮倍率Ｎは、下記の式（１）により求めることができる。
Ｎ＝Ｓ／Ｃ （１）
例えば、シリカ濃度Ｃが２０ｍｇＳｉＯ_２／Ｌで、２５℃におけるシリカ溶解度Ｓが１００ｍｇＳｉＯ_２／Ｌであれば、基準濃縮倍率Ｎは“５”となる。

ステップＳＴ３０５において、制御部１０は、ステップＳＴ３０４で演算した基準濃縮倍率Ｎに基づいて、濃縮水３におけるシリカの第１目標濃縮倍率Ｎ_１´を演算する。シリカの第１目標濃縮倍率Ｎ_１´は、下記の式（２）により求めることができる。
Ｎ_１´＝α_１×Ｎ （２）
式（２）において、α_１は、基準濃縮倍率Ｎを超えた濃縮倍率で運転する際の係数であり、その範囲は２〜３である。なお、α_１の数値は、予めメモリに記憶されている。

ステップＳＴ３０６において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´を取得する。目標流量値Ｑ_ｐ´は、図３のステップＳＴ２０３で取得したものと同じ数値である。

ステップＳＴ３０７において、制御部１０は、ステップＳＴ３０６で演算又は取得した第１目標濃縮倍率Ｎ_１´及び目標流量値Ｑ_ｐ´に基づいて、高回収率運転モードにおける排水流量（以下、「第１目標排水流量Ｑ_ｄ１´」ともいう）を演算する。第１目標排水流量Ｑ_ｄ１´は、下記の式（３）により求めることができる。
Ｑ_ｄ１´＝Ｑ_ｐ´／（Ｎ_１´−１） （３）

ステップＳＴ３０８において、制御部１０は、濃縮水Ｗ３の実際排水流量Ｑ_ｄがステップＳＴ３０７で演算した第１目標排水流量Ｑ_ｄ１´となるように、第１排水弁１１〜第３排水弁１３の開閉を制御する。

ステップＳＴ３０９において、制御部１０は、濃縮水還流弁８を所定の開度に制御し、処理はステップＳＴ３０１へリターンする。なお、濃縮水還流弁８の開度は、例えば、ＲＯエレメント１本あたりの透過水の流量に対して、濃縮水ラインＬ３を流通する濃縮水の流量が３〜５倍程度になるように調節される。

次に、低回収率運転モードにおける温度フィードフォワード回収率制御について説明する。図５は、低回収率運転モードにおいて、制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートの処理は、低回収率運転モードでの運転中に、繰り返し実行される。なお、図５において、ステップＳＴ４０１〜ＳＴ４０４の処理は、図４におけるステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０４の処理と同じであるので、上述の説明を援用して、ここでの説明を省略する。

ステップＳＴ４０５において、制御部１０は、ステップＳＴ４０４で演算した基準濃縮倍率Ｎに基づいて、濃縮水３におけるシリカの第２目標濃縮倍率Ｎ_２´を演算する。シリカの第２目標濃縮倍率Ｎ_２´は、下記の式（４）により求めることができる。
Ｎ_２´＝α_２×Ｎ （４）
式（４）において、α_２は、基準濃縮倍率Ｎ以下の濃縮倍率で運転する際の係数であり、その範囲は０．５〜１である。なお、α_２の数値は、予めメモリに記憶されている。

ステップＳＴ４０６において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´を取得する。目標流量値Ｑ_ｐ´は、図３のステップＳＴ２０３で取得したものと同じ数値である。

ステップＳＴ４０７において、制御部１０は、ステップＳＴ４０６で演算又は取得した第２目標濃縮倍率Ｎ_２´及び目標流量値Ｑ_ｐ´に基づいて、低回収率運転モードにおける排水流量（以下、「第２目標排水流量Ｑ_ｄ２´」ともいう）を演算する。第２目標排水流量Ｑ_ｄ２´は、下記の式（５）により求めることができる。
Ｑ_ｄ２´＝Ｑ_ｐ´／（Ｎ_２´−１） （５）

ステップＳＴ４０８において、制御部１０は、濃縮水Ｗ３の実際排水流量Ｑ_ｄがステップＳＴ４０７で演算した第２目標排水流量Ｑ_ｄ２´となるように、第１排水弁１１〜第３排水弁１３の開閉を制御する。
ステップＳＴ４０９において、制御部１０は、濃縮水還流弁８を閉状態に制御し、処理はステップＳＴ３０１へリターンする。

次に、制御部１０によるフラッシング運転モード制御について説明する。図６は、制御部１０において、フラッシング運転モードを実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、図２のステップＳＴ１０９において実行される。

ステップＳＴ５０１において、制御部１０は、透過水弁７を閉状態に制御する。
ステップＳＴ５０２において、制御部１０は、濃縮水還流弁８を閉状態に制御する。
ステップＳＴ５０３において、制御部１０は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３のうち、所定の弁を開状態に制御する。開状態に制御する排水弁の数は、効果的なフラッシングを行うのに必要な供給水Ｗ１の流量に基づいて、予め決定される。

ステップＳＴ５０４において、制御部１０は、フラッシング運転モードにおける駆動周波数Ｆ_ｆを取得する。この駆動周波数Ｆ_ｆは、例えば、予めメモリに記憶された設定値である。

ステップＳＴ５０５において、制御部１０は、駆動周波数Ｆ_ｆの値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。

ステップＳＴ５０６において、制御部１０は、変換した電流値信号をインバータ３に出力し、本フローチャートの処理は終了する。インバータ３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加圧ポンプ２に供給する。その結果、加圧ポンプ２は、インバータ３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。

以上の透過水弁７、濃縮水還流弁８、第１排水弁１１〜第３排水弁１３及び加圧ポンプ２の制御により、ＲＯ膜モジュール５の一次側に供給された供給水Ｗ１は、ＲＯ膜の表面を流れ、フラッシング洗浄排水として濃縮水排出ラインＬ４から排出される。また、ＲＯ膜モジュール５の二次側ポートから送出された透過水Ｗ２は、安全弁９の開弁動作により透過水返送ラインＬ６を流通して供給水ラインＬ１に返送される。

上述した実施形態に係る逆浸透膜分離装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率を超えるように供給水Ｗ１の流量を制御する高回収率運転モード、及び濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率以下となるように供給水Ｗ１の流量を制御する低回収率運転モードを交互に実行する。高回収率運転モード及び低回収率運転モードを交互に実行した場合の平均回収率は、濃縮水Ｗ３におけるシリカの実際濃縮倍率が基準濃縮倍率となるように供給水Ｗ１の流量を制御した場合の回収率よりも高くなる。また、低回収率運転モードを実行することにより、高回収率運転モードの実行中にＲＯ膜の表面でスケール核が生成したとしても、スケール核が成長する前に洗い流すことができる。従って、供給水Ｗ１のシリカ濃度が高い場合においても、高回収率運転モードと低回収率運転モードとを交互に実行することにより、シリカ系スケールの析出を抑制しつつ、回収率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、高回収率運転モードを実行する第１時間帯は、低回収率運転モードを実行する第２時間帯よりも長く設定されている。このため、高回収率運転モード及び低回収率運転モードを交互に実行することにより向上させた平均回収率を、安定して維持することができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、高回収率運転モード及び低回収率運転モードを実行する際に、流量フィードバック水量制御を実行する。このため、高回収率運転モード及び低回収率運転モードのいずれの実行中においても、安定した流量の透過水Ｗ２を需要先に供給することができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、低回収率運転モードを実行する際に、濃縮水Ｗ３が濃縮水還流ラインＬ５を流通しないように濃縮水還流弁８を閉状態に制御する。これによれば、低回収率運転モードにおいて、ＲＯ膜モジュール５から排出された濃縮水Ｗ３がＲＯ膜モジュール５の一次側に還流しないので、ＲＯ膜の表面に生成したスケール核を効率的に洗い流すことができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、高回収率運転モードを１０回実行した後、フラッシング運転モードを１回実行する。フラッシング運転モードでは、ＲＯ膜モジュール５内の濃縮水Ｗ３が供給水Ｗ１で置換されながら、膜表面が洗浄される。このため、短時間で膜表面を清浄な状態に復帰させることができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、透過水返送ラインＬ６には、安全弁９が設けられている。このため、フラッシング運転モードにおいて、透過水返送ラインＬ６の管内圧力が設定された圧力以上となった場合に、安全弁９を介して高圧の透過水Ｗ２を低圧側（加圧ポンプ２の一次側）に逃すことができる。従って、過剰な背圧によるＲＯ膜の破損を防止することができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、フラッシング運転モードを実行する際に、濃縮水還流ラインＬ５を濃縮水Ｗ３が流通しないように濃縮水還流弁８を閉状態に制御し、且つ透過水ラインＬ２を透過水Ｗ２が流通しないように透過水弁７を閉状態に制御する。このため、供給水Ｗ１の濃縮を抑制しながら、供給水Ｗ１を洗浄水として有効利用することができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１において、制御部１０は、流量フィードバック水量制御と並行して、温度フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、高回収率運転モード及び低回収率運転モードを交互に実行することにより向上させた平均回収率を維持しつつ、ＲＯ膜モジュール５におけるシリカ系スケールの析出をより確実に抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、本実施形態では、高回収率運転モードを実行する第１時間帯を５０分に設定し、低回収率運転モードを実行する第２時間帯を１０分に設定した例について説明した。この例に限らず、各時間帯は任意に設定することができる。その場合に、第１時間帯＞第２時間帯となるように設定することが好ましい。

本実施形態では、高回収率運転モードと低回収率運転モードとを交互に９回実行し、１０回目の高回収率運転モードの実行後には、１０回目の低回収率運転モードの実行に代えて、フラッシング運転モードを１回実行する例について説明した。これに限らず、各運転モードの実行回数は、任意に設定することができる。

本実施形態では、フラッシング運転モードを実行する第３時間帯を２分に設定した例について説明した。しかし、フラッシング運転モードは、濃縮水ラインＬ３から排出される洗浄排水の電気伝導率又はシリカ濃度が供給水Ｗ１の１．１倍以下となるまで継続すればよい。従って、フラッシング運転モードを実行する第３時間帯は、この条件の範囲において、任意に設定することができる。

また、本実施形態に係る逆浸透膜分離装置１で得られた透過水Ｗ２を需要先に供給する場合に、透過水Ｗ２を処理水タンクに受水させた後に供給するように構成してもよい。上記構成において、制御部１０は、高回収率運転モードを１０回実行した後、処理水タンクの満水を検知してからフラッシング運転モードを実行する。これにより、フラッシング運転モードを実行している間も需要先へ透過水Ｗ２を供給することができる。

本実施形態では、ＲＯ膜モジュール５に供給される供給水Ｗ１の温度を温度センサ４により検出する例について説明した。これに限らず、透過水ラインＬ２に温度センサを設け、ＲＯ膜モジュール５で得られた透過水Ｗ２の温度を温度センサにより検出してもよい。

本実施形態では、温度フィードフォワード回収率制御において、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を選択的に開閉することにより、濃縮水Ｗ３の排水流量を段階的に調節する例について説明した。これに限らず、濃縮水排出ラインＬ４を分岐させずに、当該濃縮水排出ラインＬ４に比例制御弁を設けた構成としてもよい。この場合、制御部１０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を比例制御弁に送信して弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ３の排水流量を調節することができる。

また、比例制御弁を設けた構成において、濃縮水排出ラインＬ４に流量センサを設けた構成としてもよい。この場合は、流量センサで検出された流量値を、制御部１０にフィードバック値として入力する。これにより、濃縮水Ｗ３の実際排水流量をより正確に制御することができる。

１ 逆浸透膜分離装置
２ 加圧ポンプ
３ インバータ
４ 温度センサ（温度検出手段）
５ ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜モジュール）
６ 流量センサ（流量検出手段）
７ 透過水弁
８ 濃縮水還流弁
９ 安全弁（圧力逃し弁）
１０ 制御部
１１ 第１排水弁
１２ 第２排水弁
１３ 第３排水弁
Ｌ１ 供給水ライン
Ｌ２ 透過水ライン
Ｌ３ 濃縮水ライン
Ｌ４ 濃縮水排出ライン
Ｌ５ 濃縮水還流ライン
Ｌ６ 透過水返送ライン
Ｗ１ 供給水
Ｗ２ 透過水
Ｗ３ 濃縮水

Claims (6)

1. 供給水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
   供給水の温度を検出する温度検出手段と、
   （ｉ）予め取得された供給水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段による検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの基準濃縮倍率を算出し、（ｉｉ）濃縮水におけるシリカの実際濃縮倍率が前記基準濃縮倍率を超えるように、透過水の生産流量を予め設定された目標流量値に保持しながら濃縮水の排水流量を調節する高回収率運転モード、及び濃縮水におけるシリカの実際濃縮倍率が前記基準濃縮倍率以下となるように、透過水の生産流量を予め設定された目標流量値に保持しながら濃縮水の排水流量を調節する低回収率運転モードを交互に実行する制御部と、
   を備える逆浸透膜分離装置。
2. 前記制御部において、高回収率運転モードを実行する第１時間帯は、低回収率運転モードを実行する第２時間帯よりも長く設定されている、
   請求項１に記載の逆浸透膜分離装置。
3. 透過水の流量を検出する流量検出手段と、
   供給水を前記逆浸透膜モジュールに供給する供給水ラインと、
   入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、前記供給水ラインを流通する供給水を前記逆浸透膜モジュールに向けて圧送する加圧ポンプと、
   入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、
   を備え、
   前記制御部は、前記流量検出手段による検出流量値が予め設定された目標流量値となるように、前記加圧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電流値信号を前記インバータに出力する、
   請求項１又は２に記載の逆浸透膜分離装置。
4. 透過水を需要先へ送出する透過水ラインと、
   濃縮水を前記逆浸透膜モジュールから送出する濃縮水ラインと、
   前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の一部を装置外へ排出する濃縮水排出ラインと、
   前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の残部を前記供給水ラインにおける前記加圧ポンプよりも上流側に還流させる濃縮水還流ラインと、
   前記濃縮水還流ラインを流通する濃縮水の流量を調節可能な濃縮水還流弁と、
   を備え、
   前記制御部は、前記低回収率運転モードを実行する際に、前記濃縮水還流ラインを濃縮水が流通しないように前記濃縮水還流弁を制御する、
   請求項３に記載の逆浸透膜分離装置。
5. 前記制御部は、前記高回収率運転モードを複数回実行した後、前記逆浸透膜モジュールの一次側を洗浄するためのフラッシング運転モードを少なくとも１回実行する、
   請求項４に記載の逆浸透膜分離装置。
6. 前記透過水ラインに設けられた透過水弁と、
   前記透過水ラインに送出された透過水を前記供給水ラインにおける前記加圧ポンプよりも上流側に返送させる透過水返送ラインと、
   前記透過水返送ラインに設けられた圧力逃し弁と、
   を備え、
   前記制御部は、前記フラッシング運転モードを実行する際に、（ｉ）前記濃縮水還流ラインを濃縮水が流通しないように前記濃縮水還流弁を制御し、（ｉｉ）前記透過水ラインを透過水が流通しないように前記透過水弁を制御する、
   請求項５に記載の逆浸透膜分離装置。

Images