JP5899934B2 - 水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、供給水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置を備えた水処理システムに関する。

半導体製造工程や電子部品の洗浄、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供給水を膜分離装置で処理することにより製造される。膜分離装置は、少なくとも一つの逆浸透膜モジュールを備える。以下の説明においては、逆浸透膜モジュールを「ＲＯ膜モジュール」、逆浸透膜を「ＲＯ膜」ともいう。

ＲＯ膜モジュールに用いられるＲＯ膜は、供給水の温度や膜の状態（細孔の閉塞や材質の酸化劣化）により水透過係数が変化する。すなわち、透過水の流量は、供給水の温度や膜の状態により変化する。そこで、供給水の温度や膜の状態に係わらず、透過水の流量を一定に保つために、流量フィードバック水量制御を行う水質改質システムが提案されている（特許文献１参照）。また、ＲＯ膜モジュールの透水性能を維持するために、定期的にＲＯ膜モジュールの一次側表面を洗浄するフラッシング運転を行う水処理システムが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−２９６９４５号公報 特開２００５−２７９４６１号公報

フラッシング運転は、ＲＯ膜モジュールの一次側からの排水流量を増加させることにより行われるが、有効圧力の低下により透過水の純度が低下するため、透過水の製造は停止される。この間、需要箇所において透過水を利用することができない。そのため、通常は、ＲＯ膜モジュールの二次側に処理水タンクを設け、この処理水タンクが満水となり、且つフラッシング運転を実行するタイミングであると判定したときにフラッシング運転を実行している。しかし、需要箇所が高稼働であり、生産流量と消費水量とがほぼ同じであるような場合には、処理水タンクを満水にすることができなくなる。フラッシング運転が実行されないと、ＲＯ膜モジュールの透水性能を維持することが困難となる。

従って、本発明は、需要箇所が高稼働であっても、フラッシング運転を実行可能な水処理システムを提供することにある。

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を備えた膜分離装置と、透過水の流量を検出し、当該流量に応じた検出流量値を出力する流量検出手段と、前記膜分離装置から送出された透過水を貯留し、需要箇所に対し透過水を供給可能に接続される貯留タンクと、前記貯留タンクの水位を検出する水位検出手段と、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、供給水を吸入して前記膜分離装置に向けて吐出する加圧ポンプと、前記加圧ポンプの駆動周波数の演算値に対応する演算値信号が入力され、入力された当該演算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、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である第１目標流量値又は当該第１目標流量値よりも流量の多い第２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演算値信号を前記インバータに出力する流量制御部と、
を備え、前記流量制御部は、前記逆浸透膜モジュールの通常運転を実行する場合には、目標流量値として前記第１目標流量値を設定して前記第１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演算値信号を前記インバータに出力し、前記逆浸透膜モジュールの一次側を洗浄するフラッシング運転を実行する時期に達した場合には、（ｉ）目標流量値として前記第２目標流量値を設定して前記第２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演算値信号を前記インバータに出力し、（ｉｉ）前記水位検出手段の検出水位値が少なくとも前記フラッシング運転中に需要箇所で消費される水量の透過水を供給可能な水位に達した場合には、前記膜分離装置から前記貯留タンクへの透過水の給水を停止して前記フラッシング運転を実行し、（ｉｉｉ）前記フラッシング運転の実行を終了した場合には、目標流量を前記第２目標流量値から前記第１目標流量値に設定して前記第１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演算値信号を前記インバータに出力する水処理システムに関する。

また、前記流量制御部は、前回の前記フラッシング運転が終了した後、前記貯留タンクへ給水される透過水の積算給水時間又は積算給水量が設定値に達した場合には、前記フラッシング運転を実行する時期に達したと判定することが好ましい。

また、前記第２目標流量値は、前記第１目標流量値の１．１〜１．２倍の流量であることが好ましい。

また、前記流量制御部は、目標流量値として前記第２目標流量値を設定した場合には、目標流量値として前記第１目標流量値を設定したときよりも前記逆浸透膜モジュールの回収率が低くなるように濃縮水の排水流量を増加させることが好ましい。

本発明によれば、需要箇所が高稼働であっても、フラッシング運転を実行可能な水処理システムを提供することができる。

実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。 制御部１０において透過水Ｗ２の目標流量値及び回収率を設定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。 制御部１０において透過水Ｗ２の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。

本発明の実施形態に係る水処理システム１について、図面を参照しながら説明する。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。本実施形態に係る水処理システム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に示すように、本実施形態に係る水処理システム１は、加圧ポンプ２と、インバータ３と、膜分離装置４と、透過水弁５と、貯留タンクとしての処理水タンク６と、水位検出手段としての水位センサ７と、流量センサ８と、安全弁９と、を備える。また、水処理システム１は、流量制御部の機能を有する制御部１０と、第１排水弁１１〜第３排水弁１３と、濃縮水還流弁１４と、を備える。なお、図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。

また、水処理システム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、配水ラインＬ７と、濃縮水Ｗ３の排水ライン（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）と、を備える。本明細書における「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。

供給水ラインＬ１は、供給水Ｗ１を膜分離装置４に供給するラインである。供給水ラインＬ１の上流側の端部は、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の下流側の端部は、膜分離装置４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、膜分離装置４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。加圧ポンプ２の回転速度は、インバータ３から供給される駆動周波数に比例する。すなわち、加圧ポンプ２の回転速度は、インバータ３から供給される駆動周波数が低くなるにつれて遅くなり、駆動周波数が高くなるにつれて速くなる。

インバータ３は、周波数が変換された駆動電力を加圧ポンプ２に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。

膜分離装置４は、ＲＯ膜モジュール４ａを備える。ＲＯ膜モジュール４ａは、加圧ポンプ２から吐出された供給水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４ａ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４ａ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。

本実施形態におけるＲＯ膜モジュール４ａは、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成されたＲＯ膜（不図示）を有する。このＲＯ膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を供給水Ｗ１として、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０^−１１ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となるものである。

ここで、操作圧力とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール４ａの一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。

回収率とは、ＲＯ膜モジュール４ａへ供給される供給水Ｗ１の流量Ｑ_１に対する透過水Ｗ２の流量Ｑ_２の割合（すなわち、Ｑ_２／Ｑ_１×１００）をいう。

水透過係数は、透過水量［ｍ^３／ｓ］を膜面積［ｍ^２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値であり、ＲＯ膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義され、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。

塩除去率は、ＲＯ膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値であり、ＲＯ膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、ＲＯ膜モジュール４ａへ供給される供給水Ｗ１の濃度（Ｃ_１）及び透過水Ｗ２の濃度（Ｃ_２）から、（１−Ｃ_２／Ｃ_１）×１００により求められる。

本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たすＲＯ膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。

透過水ラインＬ２は、ＲＯ膜モジュール４ａで製造された透過水Ｗ２を処理水タンク６（後述）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４ａの二次側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、処理水タンク６に接続されている。

濃縮水ラインＬ３は、ＲＯ膜モジュール４ａ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４ａ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、分岐部Ｊ５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の一部又は全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、分岐部Ｊ６及びＪ７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４ａの回収率が８０％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４ａの回収率が７５％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４ａの回収率が７０％となるように排水流量が設定されている。

濃縮水排出ラインＬ４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４ａの回収率を７５％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４ａの回収率を７０％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５０％〜８０％までの間で、５％毎に段階的に調節できる。

本実施形態において、ＲＯ膜モジュール４ａの回収率は、６５％又は５０％のいずれかに設定される。回収率６５％の場合は、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を閉状態とする。また、回収率５０％の場合は、第１排水弁１１〜第３排水弁１３をすべて開状態とする。しかし、ＲＯ膜モジュール４ａの回収率は、通常運転時の回収率と、それよりも低いフラッシング運転の実行時期の回収率のいずれかに設定できればよい。上述のように、濃縮水Ｗ３の排水流量は段階的に調節できるため、回収率は５０％〜８０％までの間で適宜に選択することができる。従って、ＲＯ膜モジュール４ａの回収率を、例えば、８０％又は６０％のいずれかに設定する構成としてもよい。

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、分岐部Ｊ５において濃縮水ラインＬ３に接続されている。分岐部Ｊ５は、ＲＯ膜モジュール４ａの一次側出口ポートと分岐部Ｊ６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との間配置されている。

濃縮水還流弁１４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１４は、制御部１０と電気的に接続されている。濃縮水還流弁１４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１４の弁体は、ＲＯ膜モジュール４ａを通常運転する場合には、所定の開度に制御される。また、濃縮水還流弁１４の弁体は、ＲＯ膜モジュール４ａをフラッシング運転する場合には、閉状態（開度０％）に制御される。

透過水弁５は、透過水ラインＬ２を開閉する装置である。透過水弁５は、膜分離装置４と処理水タンク６との間（接続部Ｊ４と処理水タンク６との間）に配置されている。透過水弁５は、制御部１０と電気的に接続されている。透過水弁５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５は、ＲＯ膜モジュール４ａを通常運転する場合には、開状態に制御される。また、透過水弁５は、ＲＯ膜モジュール４ａをフラッシング運転する場合には、閉状態に制御される。

処理水タンク６は、ＲＯ膜モジュール４ａで製造された透過水Ｗ２を貯留するタンクである。処理水タンク６には、透過水ラインＬ２の下流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール４ａの二次側ポートから送出された透過水Ｗ２は、透過水ラインＬ２を介して処理水タンク６に補給される。また、処理水タンク６は、配水ラインＬ７を介して下流側の需要箇所（不図示）に接続されている。処理水タンク６に貯留された透過水Ｗ２は、配水ラインＬ７を介して、処理水Ｗ４として需要箇所に供給される。

本実施形態では、処理水タンク６の貯水量を判定するための基準水位として、水位Ｍ（図１参照）が設定されている。水位Ｍは、フラッシング運転中に需要箇所で消費される水量の透過水を供給可能な貯水量に対応する水位である。本実施形態において、水位Ｍは満水水位である。従って、処理水タンク６の貯水量が水位Ｍに達していれば、フラッシング運転の間、ＲＯ膜モジュール４ａから透過水Ｗ２を補給することなしに、需要箇所で消費される水量の透過水Ｗ２を供給することができる。

水位センサ７は、処理水タンク６に貯留された透過水Ｗ２の水位を検出する機器である。水位センサ７は、処理水タンク６に設けられている。また、水位センサ７は、制御部１０と電気的に接続されている。水位センサ７で検出された処理水タンク６の水位（以下、「検出水位値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。水位センサ７は、連続式レベルセンサであり、例えば、静電容量式センサ、圧力式センサ、超音波式センサ等が用いられる。

流量センサ８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８は、接続部Ｊ３において透過水ラインＬ２に接続されている。接続部Ｊ３は、膜分離装置４と処理水タンク６との間に配置されている。流量センサ８は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ８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へ検出値信号として送信される。

透過水返送ラインＬ６は、フラッシング運転中にＲＯ膜モジュール４ａから透過水ライン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Ｊ４において透過水ラインＬ２に接続されている。接続部Ｊ４は、ＲＯ膜モジュール４ａの二次側ポートと透過水弁５との間（接続部Ｊ３と透過水弁５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Ｊ２において供給水ラインＬ１に接続されている。接続部Ｊ２は、供給水Ｗ１の供給源と加圧ポンプ２との間（接続部Ｊ１と加圧ポンプ２との間）に配置されている。また、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、フラッシング運転中に、透過水ラインＬ２の管内圧力が予め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、予め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４ａの二次側に過剰な背圧が発生するのを防止する。

なお、ＲＯ膜モジュール４ａを通常運転する場合には、透過水弁５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、予め設定された圧力未満となる。その場合には、安全弁９が閉弁した状態となるため、透過水Ｗ２は処理水タンク６へ送出される。

制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。また、マイクロプロセッサには、時間の計時等を管理するインテグレーテッドタイマユニット（以下、「ＩＴＵ」ともいう）が組み込まれている。

制御部１０は、流量制御部の機能として、流量センサ８の検出流量値が予め設定された第１目標流量値又は第２目標流量値（いずれも後述）となるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより、加圧ポンプ２を駆動するため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に出力する流量フィードバック水量制御を実行する。流量フィードバック水量制御については後述する。

また、制御部１０は、流量制御部の機能として、ＲＯ膜モジュール４ａの通常運転を実行する場合には、目標流量値として第１目標流量を設定する。第１目標流量値は、通常運転時において、需要箇所の平均的な消費水量に基づいて設定された流量である。

また、制御部１０は、流量制御部の機能として、フラッシング運転を実行する時期に達した場合には、（ｉ）目標流量値として第２目標流量値を設定し、（ｉｉ）水位センサ７の検出水位値Ｗが水位Ｍに達した場合には、ＲＯ膜モジュール４ａから処理水タンク６への透過水Ｗ２の給水を停止してフラッシング運転を実行し、（ｉｉｉ）フラッシング運転の実行を終了した場合には、目標流量を第２目標流量値から第１目標流量値に設定し、ＲＯ膜モジュール４ａの通常運転を実行する。

第２目標流量値は、第１目標流量値よりも多い流量値である。第２目標流量値は、第１目標流量値の１．１〜１．２倍の流量とすることが好ましい。例えば、第２目標流量値を最大流量（１００％）とした場合に、第１目標流量値はその８３〜９１％の流量となる。なお、第１目標流量値及び第２目標流量値は、第１目標流量値＜第２目標流量値の関係を満たせば、適宜に設定することができる。

また、制御部１０は、流量制御部の機能として、前回のフラッシング運転が終了した後、処理水タンク６へ給水される透過水Ｗ２の積算給水時間が設定値に達した場合には、フラッシング運転を実行する時期に達したと判定する。積算給水時間は、ＩＴＵ（マイクロプロセッサ）により計時される。

また、制御部１０は、流量制御部の機能として、フラッシング運転の実行時期に目標流量値として第２目標流量値を設定した場合には、通常運転時に目標流量値として第１目標流量値を設定したときよりもＲＯ膜モジュール４ａの回収率が低くなるように、濃縮水Ｗ３の排水流量を増加させる。

具体的には、制御部１０は、通常運転時に目標流量値として第１目標流量値を設定した場合には、ＲＯ膜モジュール４ａにおける透過水Ｗ２の回収率を６５％に設定し、設定した回収率に基づいて濃縮水Ｗ３の排水流量（以下、「第１排水流量」ともいう）を演算する。そして、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール４ａにおける濃縮水Ｗ３の実際排水流量が第１排水流量となるように、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を制御する。

また、制御部１０は、フラッシング運転の実行時期に目標流量値として第２目標流量値を設定した場合には、ＲＯ膜モジュール４ａにおける透過水Ｗ２の回収率を５０％に設定する。フラッシング運転の実行時期に、目標流量値を第２目標流量値（＞第１目標流量値）に設定した場合、透過水Ｗ２の流量が増加するため、ＲＯ膜モジュール４ａの一次側表面では水の取られ過ぎによって過濃縮が起こりやすくなる。そこで、ＲＯ膜表面でのファウリング（閉塞）やスケール付着を回避するため、上述したように、フラッシング運転の実行時期における回収率を通常運転時の回収率よりも下げるように制御する。

制御部１０は、フラッシング運転の実行時期に目標流量値として第２目標流量値を設定した場合には、ＲＯ膜モジュール４ａにおける透過水Ｗ２の回収率を５０％に設定し、設定した回収率に基づいて濃縮水Ｗ３の排水流量（以下、「第２排水流量」ともいう）を演算する。そして、制御部１０は、ＲＯ膜モジュール４ａにおける濃縮水Ｗ３の実際排水流量が第２排水流量となるように、第１排水弁１１〜第３排水弁１３を制御する。

制御部１０は、流量制御部の機能として、設定された回収率Ｒ及び目標流量値Ｑ_ｐ´（第１又は第２目標流量値）に基づいて、濃縮水Ｗ３の排水流量Ｑ_ｃ（第１排水流量又は第２排水流量）を、下記の式（１）により演算する。
Ｑ_ｃ＝Ｑ_ｐ´／Ｒ−Ｑ_ｐ´ （１）

次に、制御部１０が透過水Ｗ２の目標流量値及び回収率を設定する場合の動作について説明する。図２は、制御部１０において透過水Ｗ２の目標流量値及び回収率を設定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、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２に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、フラッシング運転が終了したか否かを判定する。このステップＳＴ１０１において、制御部１０により、フラッシング運転が終了した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０２へ移行する。また、ステップＳＴ１０１において、制御部１０により、フラッシング運転が終了していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０１へ戻る。

ステップＳＴ１０２（ステップＳＴ１０１：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´として第１目標流量値を設定する。第１目標流量値は、通常運転時に設定される目標流量値である。

ステップＳＴ１０３において、制御部１０は、透過水Ｗ２の回収率Ｒとして回収率６５％を設定する。回収率６５％は、通常運転時に設定される回収率である。

ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、ＩＴＵ（マイクロプロセッサ）による計時Ｔ_ｃをスタートさせる。計時Ｔ_ｃは、前回のフラッシング運転が終了してからの積算給水時間である。

ステップＳＴ１０５において、制御部１０は、ＩＴＵによる計時Ｔ_ｃが予め設定された時間Ｔ_ｄに達したか否かを判定する。時間Ｔ_ｄは、フラッシング運転を実行する時期を判定するための設定値である。

ステップＳＴ１０５において、制御部１０により、ＩＴＵによる計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｄに達した（ＹＥＳ）と判定された場合、すなわちフラッシング運転を実行する時期に達したと判定された場合に、処理はステップＳＴ１０６へ移行する。また、ステップＳＴ１０５において、制御部１０により、計時Ｔ_ｃが時間Ｔ_ｄに達していない（ＮＯ）と判定された場合、すなわちフラッシング運転を実行する時期に達していないと判定された場合に、処理はステップＳＴ１０５へ戻る。

ステップＳＴ１０６（ステップＳＴ１０５：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´として第２目標流量値を設定する。第２目標流量値は、フラッシング運転の実行時期に設定される目標流量値である。フラッシング運転の実行時期には、目標流量値として、第１目標流量値よりも流量の多い第２目標流量値を設定する。これにより、処理水タンク６には、通常運転時よりも多くの流量で透過水Ｗ２が補給される。

ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、透過水Ｗ２の回収率Ｒとして回収率５０％を設定する。回収率５０％は、フラッシング運転の実行時期に設定される回収率である。

ステップＳＴ１０８において、制御部１０は、水位センサ７で検出された検出水位値Ｗを取得する。

ステップＳＴ１０９において、制御部１０は、検出水位値Ｗが水位Ｍ（満水水位）以上か否かを判定する。このステップＳＴ１０９において、制御部１０により、検出水位値Ｗ≧水位Ｍである（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１１０へ移行する。また、ステップＳＴ１０９において、制御部１０により、検出水位値Ｗ＜水位Ｍである（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０９へ戻る。

ステップＳＴ１１０において、制御部１０は、フラッシング運転を実行する。フラッシング運転を実行する場合の動作については後述する。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、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３に示すステップＳＴ２０１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、図２に示すフローチャートのステップＳＴ１０２又はステップＳＴ１０６において設定された目標流量値である。

ステップＳＴ２０２において、制御部１０は、ＩＴＵによる計時Ｔ_ｓ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ＳＴ２０２において、制御部１０により、ＩＴＵによる計時Ｔ_ｓが１００ｍｓに達した（ＹＥＳ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ２０３へ移行する。また、ステップＳＴ２０２において、制御部１０により、ＩＴＵによる計時Ｔ_ｓ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ＳＴ２０２へ戻る。

ステップＳＴ２０３（ステップＳＴ２０２：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、流量センサ８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ＳＴ２０４において、制御部１０は、ステップＳＴ２０３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ＳＴ２０１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、これを前回の制御周期時点の操作量に加算することで現時点の操作量を決定する。

ステップＳＴ２０５において、制御部１０は、現時点の操作量Ｕ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ＳＴ２０６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ＳＴ２０７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ＳＴ２０１へリターンする）。

次に、制御部１０による透過水Ｗ２の回収率制御について説明する。図４は、制御部１０において透過水Ｗ２の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、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ＳＴ３０１において、制御部１０は、透過水Ｗ２の目標流量値Ｑ_ｐ´を設定する。この目標流量値Ｑ_ｐ´は、図２に示すフローチャートのステップＳＴ１０２又はステップＳＴ１０６において設定された目標流量値である。

ステップＳＴ３０２において、制御部１０は、透過水Ｗ２の回収率Ｒを設定する。この回収率Ｒは、図２に示すフローチャートのステップＳＴ１０３又はステップＳＴ１０７において設定された回収率である。

ステップＳＴ３０３において、制御部１０は、ステップＳＴ３０１で設定した目標流量値Ｑ_ｐ´及びステップＳＴ３０２で設定した回収率Ｒに基づいて、濃縮水Ｗ６の排水流量Ｑ_ｃを、式（１）により演算する。

ステップＳＴ３０４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ＳＴ３０３で演算した排水流量Ｑ_ｃとなるように第１排水弁１１〜第３排水弁１３を制御する。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について説明する。図５は、制御部１０においてフラッシング運転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、図２に示すフローチャート（ステップＳＴ１１０）のサブルーチンとして実行される。

図５に示すステップＳＴ４０１において、制御部１０は、透過水弁５を閉状態に制御する。
ステップＳＴ４０２において、制御部１０は、濃縮水還流弁１４を閉状態に制御する。

ステップＳＴ４０３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ＳＴ４０４において、制御部１０は、フラッシング運転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ＳＴ４０５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ＳＴ４０６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に出力する。これにより、本フローチャートの処理は終了する。なお、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。

上述した加圧ポンプ２、透過水弁５、第１排水弁１１〜第３排水弁１３及び濃縮水還流弁１４の制御により、ＲＯ膜モジュール４ａ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ラインＬ３を介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４ａ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。

なお、フラッシング運転は、濃縮水排出ラインＬ４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、少なくとも供給水Ｗ１の１．１倍以下となるまで継続する。

上述した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において、制御部１０は、フラッシング運転を実行する時期に達した場合には、目標流量値として第２目標流量値を設定して透過水Ｗ２の流量を増加し、水位センサ７の検出水位が満水水位（水位Ｍ）に達した場合に、透過水Ｗ２の給水を停止してフラッシング運転を実行する。

これによれば、フラッシング運転を実行する時期に達した場合には、処理水タンク６に補給される透過水Ｗ２の流量が通常運転時よりも多くなるため、需要箇所の消費水量を上回る流量で処理水タンク６を満水にすることができる。従って、需要箇所が高稼働であっても、フラッシング運転を実行することが可能となる。

また、制御部１０は、フラッシング運転の実行を終了した場合には、目標流量を第２目標流量値から前記第１目標流量値に設定する。このため、処理水タンク６に補給される透過水Ｗ２の流量を、速やかに通常運転時のレベルに戻すことができる。

また、制御部１０は、前回のフラッシング運転が終了した後、処理水タンク６へ給水される透過水Ｗ２の積算給水時間が設定値に達した場合には、フラッシング運転を実行する時期に達したと判定する。そのため、フラッシング運転を実行する時期を正確に判定することができる。

また、制御部１０は、フラッシング運転の実行時期に目標流量値として第２目標流量値を設定した場合には、通常運転時に目標流量値として第１目標流量値を設定したときよりもＲＯ膜モジュール４ａの回収率が低くなるように、濃縮水Ｗ３の排水流量を増加させる。

これによれば、フラッシング運転の実行時期に透過水Ｗ２の流量を増加させても、ＲＯ膜モジュール４ａの一次側表面における過濃縮が抑制されるため、ＲＯ膜表面でのファウリング（閉塞）やスケール付着を回避することができる。

また、本実施形態に係る水処理システム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、フラッシング運転時に、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でも、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）に逃がすことができる。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、制御部１０は、フラッシング運転を実行する際に、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１４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５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。

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、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより加圧ポンプ２の駆動周波数を演算する例について説明したが、これに限らず、位置形デジタルＰＩＤアルゴリズムや、他の比較演算アルゴリズムにより加圧ポンプ２の駆動周波数を演算してもよい。

本実施形態では、フラッシング運転を実行する時期に達したと判定した場合に、処理水タンク６が満水水位（水位Ｍ）に達した時点でフラッシング運転を実行する例について説明した。これに限らず、少なくともフラッシング運転中に需要箇所で消費される水量の透過水Ｗ２を供給可能な水位（例えば、満水水位の９５％）に達した時点でフラッシング運転を実行してもよい。

本実施形態では、前回のフラッシング運転が終了した後、処理水タンク６へ給水される透過水Ｗ２の積算給水時間が設定値に達した場合に、フラッシング運転を実行する時期に達したと判定する例について説明した。これに限らず、処理水タンク６へ給水される透過水Ｗ２の積算給水量が設定値に達した場合に、フラッシング運転を実行する時期に達したと判定してもよい。

なお、積算給水時間及び積算給水量は、供給水Ｗ１の水質（例えば、濁度やシリカ濃度等）に応じて設定される。積算給水時間の場合は、例えば、１０〜１２０分の範囲で設定される。また、積算給水量の場合は、積算給水時間に定格流量（すなわち、通常運転時における第１目標流量値）を乗じた値となる。例えば、定格流量が２ｍ^３／ｈの場合に、積算給水量は、０．３３〜４ｍ^３の範囲となる。積算給水時間は、供給水Ｗ１の水質が悪化するに従い、相対的に設定値を短くすることが好ましい。一方、積算給水量は、供給水Ｗ１の水質が悪化するに従い、相対的に設定値を少なくすることが好ましい。

本実施形態において、供給水Ｗ１は、地下水や水道水等の原水であってもよい。また、供給水Ｗ１は、原水を除鉄除マンガン装置、活性炭濾過装置、硬水軟化装置等により前処理された水であってもよい。

本実施形態では、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を分岐せずに１本とし、このラインに比例制御バルブを設けた構成としてもよい。この場合は、制御部１０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を比例制御バルブ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、比例制御バルブ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。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 水処理システム
２ 加圧ポンプ
３ インバータ
４ 膜分離装置
４ａ ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜モジュール）
６ 処理水タンク（貯留タンク）
７ 水位センサ（水位検出手段）
８ 流量センサ
９ 安全弁
１０ 制御部（流量制御部）
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
Ｌ７ 配水ライン
Ｗ１ 供給水
Ｗ２ 透過水
Ｗ３ 濃縮水
Ｗ４ 処理水

Claims (4)

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を備えた膜分離装置と、
   透過水の流量を検出し、当該流量に応じた検出流量値を出力する流量検出手段と、
   前記膜分離装置から送出された透過水を貯留し、需要箇所に対し透過水を供給可能に接続される貯留タンクと、
   前記貯留タンクの水位を検出する水位検出手段と、
   入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、供給水を吸入して前記膜分離装置に向けて吐出する加圧ポンプと、
   前記加圧ポンプの駆動周波数の演算値に対応する演算値信号が入力され、入力された当該演算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、
   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である第１目標流量値又は当該第１目標流量値よりも流量の多い第２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演算値信号を前記インバータに出力する流量制御部と、
   を備え、
   前記流量制御部は、前記逆浸透膜モジュールの通常運転を実行する場合には、目標流量値として前記第１目標流量値を設定して前記第１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演算値信号を前記インバータに出力し、前記逆浸透膜モジュールの一次側を洗浄するフラッシング運転を実行する時期に達した場合には、（ｉ）目標流量値として前記第２目標流量値を設定して前記第２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演算値信号を前記インバータに出力し、（ｉｉ）前記水位検出手段の検出水位値が少なくとも前記フラッシング運転中に需要箇所で消費される水量の透過水を供給可能な水位に達した場合には、前記膜分離装置から前記貯留タンクへの透過水の給水を停止して前記フラッシング運転を実行し、（ｉｉｉ）前記フラッシング運転の実行を終了した場合には、目標流量を前記第２目標流量値から前記第１目標流量値に設定して前記第１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演算値信号を前記インバータに出力する、
   水処理システム。
2. 前記流量制御部は、前回の前記フラッシング運転が終了した後、前記貯留タンクへ給水される透過水の積算給水時間又は積算給水量が設定値に達した場合には、前記フラッシング運転を実行する時期に達したと判定する、
   請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記第２目標流量値は、前記第１目標流量値の１．１〜１．２倍の流量である、
   請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 前記流量制御部は、目標流量値として前記第２目標流量値を設定した場合には、目標流量値として前記第１目標流量値を設定したときよりも前記逆浸透膜モジュールの回収率が低くなるように濃縮水の排水流量を増加させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理システム。

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