JP6189835B2 - プロセス流の水質の維持方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、プロセス流における汚染物質の除去またはプロセスパラメータの安定化のための自動化または半自動化方法に関する。さらに具体的には、本発明は、濾過システムを通るプロセス流の進路を切り替えるために作動および停止操作可能な自動化または半自動化濾過システムに関する。

工業用水システムの汚染が多くのプロセスにおける重要な問題であることはよく知られている。ボイラー、温水ヒーター、熱交換器、蒸気発生器、原子力電気システム、燃焼機関およびディーゼルクーラントシステム、蒸発器システム、熱脱塩システム、製紙工程、発酵プロセス、バラスト水、巡航客船生活排水、などは、多種多様な汚染を受ける水システムの例である。蒸発冷却塔は事実上の空気集塵機であるので、特に汚染されやすい。

冷却処理の結果として、冷却塔は、空気や風で運ばれる汚染物質を水相中に流す。例えば、これらの汚染物質は、最終的に熱交換器表面上に沈積し、その結果、熱伝達を低下させる可能性がある。このような汚染物質の例は、微粒子状物質、有機および無機汚染物質、油、プロセス汚染物質、などである。このような汚染物質に加えて、微生物も、水システム中に侵入する。冷却水中の懸濁物質は、生命の維持および繁殖のために、容易に利用可能な微生物の食物供給源となる。無機、有機、および微生物沈着物の存在が工業または非工業用水システムの操作パラメータに有害な影響を与え、操作効率の低下と操作コスト増に繋がるのが通例であることはよく知られている。

濾過システムは、多くの場合、これらの粒子状汚染物質を部分的に取り除き、効率的システム操作に悪影響する可能性のある量になるのを防ぐために使われる。近年、工業用水システムから懸濁固形物を取り除くのに使用される大抵の濾過システムは、装置の複雑さに応じて資本コストが変わる側流装置である。１つのよく使われる方法は、再循環ポンプ下流のシステム中の水のある量（例えば、通常、冷却塔の再循環率の所定％）を抜き出すこと、およびその後、ブースターポンプを使って濾過水をシステムに戻すことを含む。別の選択肢は、濾過水を冷却塔の水槽補給水リザーバーなどに直接戻すことである。この場合、追加のポンプを使用する必要はない。一般的に、非常に少ない割合（２〜４％）の再循環水が側流中に抜き出される。理由は、大量に抜き出すと、熱交換器の効率に影響すると思われる大きな圧力低下または流量低下を生ずる可能性があるためである。

よく使われる砂質系または膜系濾過装置は、一定の濾液流量で作動するように設計されている。一般的に、濾液流量は、生じうるどのような付着物があっても、印加圧力を高めることにより一定に維持される。多くの場合、印加圧力の差異、または流入および流出圧力間の差異は、濾過装置の逆流洗浄の引き金となりうる。側流濾過ユニットの必要な大きさは、冷却システムの再循環率を使って計算される。通常、冷却システムは大容量のプロセスで、側流フィルター装置までの全体容積を含めると非常に大きな濾過ユニットが必要になり、これは、現実的ではなく、しかも高価になるであろう。しかし、特定の小さな容量のシステムおよび灌漑システムなどのワンススルー方式であれば、側流濾過装置までの全容積を扱うことができる。例えば、自動濾過システムでは、典型的な例では、粒子状堆積物の取り出しは、ユニットを通る流量を減らして、システムが集めた堆積物を取り出すために「逆洗」洗浄を受け、堆積物を廃棄流中に送出することになる。システム汚染のピーク時には、濾過装置の付着物が増え、逆洗頻度の増加に直接つながることになる。高レベルの汚染を伴うシステムでは、システムを清浄に維持するために、大きな濾過ユニットまたはより多くの量の濾過媒体または一連の濾過装置が必要となる可能性がある。

従って、改善された、より高効率のプロセス流中の汚染を減らす方法およびシステムパラメータの制御方法に対する工業上の必要性が存在する。水システムのより清浄状態での保持、およびプロセス設備操作効率の維持に加えて、プロセス流中の汚染物質削減の必要性に繋がるいくつかの規制およびサステナビリティ促進要因がある。例えば、水および化学薬品の使用を減らすための規制圧力の高まりがあり、また、排出規制は、次第に厳格になってきている。側流濾過装置は、特定の化学物質、例えば、酸化性殺生物剤の使用の削減に関与しており、さらには、環境フットプリントおよび設備からの排出に関し影響を与える。

従って、本発明は、プロセス流から汚染物質を取り除く、またはプロセス流のシステムパラメータを安定化させる新規方法を提供する。一態様では、この方法は、コントローラと通信する濾過システムを提供することを含み、プロセス流のシステムパラメータが上限値を超える、および／または下限値未満の（例えば、ある範囲または所定の範囲の外側）場合、コントローラはプロセス流から濾過システムへの流れを自動的に開始するように動作可能であり、また、方法は、濾過システムを作動させることを含み、流れは、濾過システムを通る流量を含み、コントローラは、流量を調節するように動作可能である。

プロセス流中の汚染を減らし、また、プロセス流に適用される化学薬品に対する必要性を減らす方法を提供することが、本発明の利点である。

流入水質に応じてどの濾過システムの流入水量でも制御できる方法を提供することが、本発明の別の利点である。

汚染による液体の品質変動の抑制に努め、水性または非水性流体システムの効率と安全性を改善するために汚染物質のプロセス流からの除去を行う方法を提供することが、本発明のさらなる利点である。

流入水質パラメータが設定限界から外れている場合に、応需型濾過装置の使用方法を提供するのが、本発明の利点である。

流入水質に応じて必要な流入水量を調節することにより、濾過システムの全体エネルギー消費を下げる方法を提供するのが、本発明のまた別の利点である。

本発明の追加の利点は、プロセス液体および側流装置の運転性能の変化を、モニター、予測、および示す方法を提供することである。

別の本発明の利点は、パラメータのいずれかが設定値を超える場合に、プロセス液体の変化に起因する警報により誘発可能な方法を提供することである。

装置特異的ではなく、どの形式の側流濾過装置にも適用可能である方法を提供するのも、本発明の利点である。

以降の発明の詳細な説明によりさらに良く理解できるように、前述の事項は、むしろ広い範囲にわたり、本発明の特徴と技術的利点を概説してきた。本発明の請求項の主題を形成する本発明の追加の特徴と利点は、以降で記載される。当業者なら、開示された概念と具体的実施形態をベースとして利用して、本発明と同じ目的を実行するために、他の実施形態を容易に修正、または設計できることを理解されたい。また、このような等価な実施形態は、添付請求項で設定された本発明の趣旨および範囲から逸脱していないことを当業者なら認識すべきである。

冷却塔の循環流システムに取り付けられた側流濾過装置を示す本発明の実施形態の模式図である。 濁度センサーにより制御された濾過システムを示す本発明の実施形態の模式図である。

発明の詳細な説明
種々の実施形態では、コントローラを使用して本発明の方法が実施される。コントローラは、本発明の濾過システムと通信し、本明細書に記載の様々な部品（例えば、プロセスパラメータセンサー、濾過率センサー、など）から情報を受信し、その情報を処理するように動作可能であるのが好ましい。コントローラは、いずれかの、または全ての本発明の本明細書に記載の方法のステップを、部分的にまたは完全に実行するようにさらに動作可能である。「コントローラ」は、プロセッサ、メモリ装置、ディジタル記憶媒体、陰極線管、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、タッチスクリーン、またはその他のモニター、および／またはその他の部品、などの部品を有する電子装置を意味する。ある実施形態では、コントローラは、ユーザーをガイドし、ユーザーにプロンプトを提供するか、または本発明の方法のいずれかの部分に関する方法をユーザーに提供する対話型インターフェースを含む。このような情報には、例えば、較正モデル構築、データ収集、データ傾向分析、得られたデータセットの管理、などを含んでもよい。ある実施形態では、コントローラは、受信した、および／または処理したデータを無線で、または有線接続でコンピュータまたはデータ記憶システムなどの別の外部装置に送信する機能を含む。

コントローラは、１つまたは複数の用途特異的集積回路、プログラム、コンピュータ実行可能命令またはアルゴリズム、１つまたは複数の有線接続装置、無線接続装置、および／または１つまたは複数の機械的装置との一体化、および／または通信のための動作が可能であるのが好ましい。さらに、コントローラは、本発明を実施する際に使われるプロセスおよび濾過パラメータならびにその他のデータから得られるフィードバック、フィードフォワード、または予測ループを統合するように動作可能である。コントローラシステム機能の一部または全ては、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、無線ネットワーク、エクストラネット、インターネット、マイクロ波リンク、赤外線リンクなど、およびこれらの接続のいずれかの組み合わせ、またはその他の適切な接続による通信のために、ネットワークサーバーなどの中心部にあってもよい。さらに、シグナルコンディショナまたはシステムモニター、などの他の部品を加えて、シグナル伝達およびシグナル処理アルゴリズムを促進してもよい。

一実施形態では、コントローラは、半自動方式で、または完全自動化方式で本発明の方法を実施できるように動作可能である。別の実施形態では、コントローラは、マニュアル方式で、または半マニュアル方式で実施できるように動作可能である。

プロセスパラメータおよび濾過データに加えて、例えば、本発明の方法を実施する間に集められたデータセットは、他の変数またはシステムパラメータ、例えば、酸化−還元電位、ｐＨ、特定の化学薬品またはイオンのレベル（例えば、経験的、自動的、蛍光分析、電気化学的、比色測定、直接測定、計算、等の方法により決定されたレベル）温度、濁度、粒子数、粒子容量、圧力、プロセス流量、溶解もしくは懸濁固形物、など、およびこれらの任意の組み合わせ、を含んでもよい。このようなシステムパラメータは、典型的な例では、いずれの型の適切なデータ測定／感知／収集設備、例えば、ｐＨセンサー、酸化還元電位（ＯＲＰ）プローブ、イオン分析器、温度センサー、熱電対、圧力センサー、腐食プローブ、および／またはいずれかの他の適切な装置または方法により測定される。このようなデータ収集設備は、コントローラと通信できるのが好ましく、また、変わりの実施形態によれば、コントローラにより付与された先進機能（本明細書記載の制御アルゴリズムのいずれかの部分を含む）を含む場合もある。ある実施形態では、コントローラは、別のコントローラ、例えば、独立型コントローラまたは個別センサーまたはセンサー群を組み込むことができるマスターＤＣＳプラットフォーム（データ収集システム）からプロセス情報またはデータを受け、別々にまたは協同してコントローラとデータ通信してもよい。

測定パラメータまたはシグナルの、いずれかのユーザー、化学ポンプ、警告、またはその他のシステム要素へのデータ伝達は、いずれかの適切な装置、例えば、有線または無線ネットワーク、ケーブル、ディジタル加入者線、インターネットなど、を使って達成される。いずれかの適切なインターフェース規格、例えば、イーサネットインターフェース、無線インターフェース（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ、８０２．１６、ブルートゥース、光学的、赤外線、他の高周波、いずれか他の無線データ伝達方法、および前述のもののいずれかの組み合わせ）、ユニバーサルシリアルバス、電話網など、およびこのようなインターフェース／接続の組み合わせが、使用可能である。本明細書で使用される用語の「ネットワーク」は、これらのデータ伝達方法の全てを包含する。本明細書に記載のいずれかの部品、装置、センサー、などは、上記の、もしくは他の適切なインターフェースまたは接続を使って、相互に、および／またはコントローラに接続できる。

ある実施形態では、情報（本発明の方法により生成される全ての入力または出力データをまとめてこう呼ぶ）が、システムから受け取られ、アーカイブに保管される。別の実施形態では、このような情報は、予定表またはスケジュールに従って処理される。さらなる実施形態では、このような情報は、直ちにリアルタイム／実質的にリアルタイムで処理される。このようなリアルタイム受信は、また、例えば、コンピュータネットワークを介した「ストリーミングデータ」を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、所定の範囲内、もしくは範囲外、閾値を超える、または閾値未満であるとして、別々に、一括して、逐次的に、または同時に判定された複数のシステムパラメータを含む。

いくつかの実施形態では、各システムパラメータ間で、所定の範囲および閾値が独立している。

本発明は、プロセス流中の水質を維持する応需型システムのための新規方法である。本発明は、産業または非産業プロセスで使われるいずれの流体システムをも含む、工業または非工業用水システムの広範な種々のプロセス流への適用性を有することを理解されたい。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、工業用水システムに適用可能である。典型的な例では、工業用水システムは、製品の生産に使われるプロセスに関与するか、または生産プロセスに関与し、それにより、化学的、機械的、および生物学的プロセスを実行して、プロセスの所望の結果に到達することができる。プロセス水を有するプロセス流は、蒸発冷却塔、ボイラー、ボイラー凝集液、低温殺菌器、温水ヒーター、熱交換器、蒸気発生器、原子力電気システム、燃焼機関およびディーゼルクーラントシステム、蒸発器システム、熱脱塩システム、製紙工程、発酵プロセス、洗浄とすすぎ水、排水再生水、バラスト水、巡航客船生活排水、などを含み、これらは、多くの種類の汚染の影響を受ける水システム形態の例である。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、プロセス流が非水性の性質である流体を含む場合に、適用可能で、適合性があり、有益で、さらに有用である。このような非水性システムは、生産された製品、例えば、抽出または生産された油、を含んでもよく、また、記載された発明を使って、どの懸濁材料も効率的に取り除き、他のプロセスまたはシステムパラメータを補正し、または、解乳化もしくは他の精製方法を支援し、製品の品質を改善できる。別の例では、非水性のシステムは、異なる工業設備、例えば、コンベヤーチェーン潤滑またはポンプ潤滑用の潤滑油などのプロセス統合システムであろう。記載された発明の適用により、例えば、汚染物質として発生する懸濁固形物を取り除き、非水性システムの性能を改善し、システムの負荷を減らせるであろう。この適用は、インプロセスまたは遠隔再生利用モードであってもよい。さらに別の例では、調理油再生などのさらなる処理用に再生された後、バイオ燃料を生産する非水性のシステムは、記載された発明の適切な用途であろう。

いくつかの実施形態では、本発明は、非産業プロセス流に適用可能で、適合性があり、有益で、さらに有用である。このような非産業的システムの例には、病院、オフィスビル、大学、住居ビル、などの施設的環境の飲用または非飲用水システムが挙げられる。飲用水システムの供給源は、自治体の供給、井戸水、または別の適切な供給源、例えば、川または湖であってもよい。流入水は、使用前に処理プロセスを経てもよく、記載された発明は、水性システムから懸濁物質を取り除く処理プロセスの一部、または他のプロセスまたはシステムパラメータを補正する処理プロセスの一部として使用されるであろう。別の例では、記載された発明は、水泳プール、温泉、温水タブ、などの非産業水性システムに組み込まれ、これらに利益をもたらすであろう。さらに別の例では、記載された発明は、産業および非産業の定義間にまたがる用途に組み込まれ、これらに利益をもたらすであろう。このような適用の一例は、雨水流出で、これは集められて、その後、飲用水として使われる前、または産業適用水として使われる前に処理されるであろう。この例では、流入水の品質は、大きく変動してもよく、また変動すると思われ、記載された発明は、懸濁固形物の効率的除去のプロセスに大きな影響を与えるであろう。さらに別の例では、ヒトの活動の結果として生成された水、例えば、トイレ、シャワー、などの「生活排水」は、飲用水として、または産業または非産業適用のために、集めて再生できる。別の実施形態では、これらの例の水は、集めて、その場所で、または離れた場所で処理され、その後再送水できる。

いくつかの実施形態では、方法は、いずれかの所与の水システムのシステムニーズに基づくプロセス流の除染またはプロセス流のプロセスパラメータの安定化を含む。一態様では、本発明は、濾過される水質の自動化関数として実行される。濾過される水の質、すなわち濾過の必要性は、典型的な例では、１つまたは複数のシステムパラメータのモニタリングにより設置される。共通のシステムパラメータは、直接測定された値でも、または計算された値でもよく、限定されないが、酸化−還元電位、ｐＨ、特定の化学薬品またはイオンのレベル、ファウリングインデックス（ＦＩ）、供給側ファウリングインデックスス（ｆｅｅｄ ｆｏｕｌｉｎｇ ｉｎｄｅｘ）（ＦＦＩ）、温度、濁度、圧力、プロセス流量、溶解または懸濁固形物、およびこれらのいずれかの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、特定の操作パラメータのモニタリングを単独で、または他のシステムパラメータと組み合わせて使ってもよい。操作パラメータには、限定されないが、酸化性殺生物剤ポンプの操作／投薬速度、殺生物剤（例えば、遊離塩素として測定される残余殺生物剤）のオンラインモニタリング、微生物の活性のモニタリング、濾過装置（例えば、遊離塩素として測定される残余殺生物剤）の逆洗頻度、バイオレポーターシグナル、およびこれらの組み合わせが含まれる。

いくつかの実施形態では、流量は、少なくとも１つのシステムパラメータまたは複数の異なるシステムパラメータの関数であってもよい。いくつかの実施形態では、流量は、少なくとも１つのシステムパラメータまたは複数の異なるシステムパラメータの数学的導関数の関数であってもよい。

冷却またはプロセス水の質を、いくつかの異なるパラメータ（例えば、濁度、酸化−還元電位、ｐＨ、など）を介してモニターして、最適運転性能を確実にする場合が多い。同じパラメータを利用して、本発明の応需型濾過システムのプロセスを自動化できる。例えば、濁度センサー、および／または付着物モニターの使用により、および／または微生物活性（システムへの殺生物剤の添加の制御に使われていても、そうでなくてもよい）のモニタリングにより、水質をモニターできる。さらに、濾過装置の圧力差異に基づく、または時間ベースの逆洗頻度を記録し、水質の尺度として使用できる。

ある実施形態では、ある期間にわたる少量の濾過水が全体システムの水質を改善するという理論に基づいて、プロセス流に対する濾過システムの再循環率の２〜４％が濾過される。また、何らかの大きな水質の変化は、濁度、ＦＩ、ＦＦＩ、酸化性殺生物剤ポンプの操作、オンライン殺生物剤モニタリング（例えば、遊離塩素）、微生物の活性、逆洗頻度、などの本明細書記載のプロセスパラメータに反映されることが想定される。これらのパラメータのいずれも、単独で、または組み合わされて、水質の変化の結果として変動する。水質の変化により、操作条件の設定限界から正（改善）また負（悪化）の方向に向かっていることを検知可能である。水質の変化の結果として、本発明の好ましい態様は、コントローラを介して濾過プロセスを修正することである。水質が一貫して負の側に進む（すなわち、悪化する）場合のシナリオでは、濾過装置を通る水の容量が自動的に増やされるか、または追加のフィルターがラインに加えられ、水質が回復される。水質が改善された場合は、この場合も本件の発明のように、コントローラを介して濾過プロセスを制御して、濾過装置を通る水の容量を減らすか、または使用中のフィルターの数を減らす契機となるであろう。このように、本発明は、水質の変化に応答して濾過装置に送られる実際の水の割合の修正、すなわち、正のまたは負の変化を加えるのに適する。

他の実施形態では、濾過システムを通る水の流量は、全体プロセス流量または再循環流量の比率として修正される。例えば、本発明の濾過システムは、濁度を減らすか、または他のプロセスパラメータを好ましいように変える。プロセス流の全体再循環容量の比較的低い割合（例えば、２〜４％）が処理される場合でも、長期にわたる連続濾過により、濁度の減少を含めて再循環水の質が改善できる。ある実施形態では、例えば、システムの濁度値が高い場合、初期に濾過される容量は、２〜４％の再循環率である。濁度値（例えば、オンライン記録の）がそれらの設定／初期値未満に低減された場合、濾過割合は、その後、減らされる。濁度値が１ＮＴＵに近い状況では、超微小物濾過膜装置を再循環率の０．４％に相当する流入水量で操作できる。

プロセス汚染の例には、冷却水用途におけるプロセス油汚染および付随する微生物の増殖が含まれる。これらおよび他のプロセス事象は、例えば、濁度、および／またはオンライン合計有機物含量（ＴＯＣ）測定により分析的に検出できる。望ましくないＴＯＣの増加は、操作上の問題、無制御微生物増殖およびバイオフィルム形成に繋がる場合がある。オイル含有供給水をオイル適合性フィルターを通すことにより、油性汚染物質の部分的または全体的除去を促進できるであろう。水流中の油性汚染物質の減少は、バイオフィルム増殖を減らし、、安全性および健康関連リスクを減らせる可能性がある。別の本発明の実施形態では、水質が有機プロセス油汚染により変化する場合には、流入水量を、例えば、再循環率の０％から１５〜２０％まで増やすことができ、オンライン記録ＴＯＣ、および／または濁度により表すこと、または実証することができる。ある実施形態では、ＴＯＣ値が許容可能レベルまで減らされる場合、濾過水流当量（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）は、例えば、２〜４％まで、もしくは再循環率のパーセンテージに相当する初期設定値まで低減、または完全に停止できる。

また、微生物の増殖は、細菌の生命維持栄養素、空気、および熱供給源を制限することにより制御できる。冷却水への適用では、これらの供給源を制限することは難しい。しかし、可溶性栄養素の偶発的増加、生物的防除装置（殺生物剤ポンプ、など）の故障、懸濁固形物の存在、または沈着物の存在は、微生物のための付着および増殖部位の提供を可能とする様に機能する。このシナリオは、多くの場合、無制御の微生物増殖、バイオフィルム形成、および安全性と健康に対する潜在的リスクを生ずる。別の実施形態では、オフラインまたはいずれかの他のオンライン微生物モニタリング装置により特定された微生物レベルの増加が原因で水質が変化した場合、流入量を、例えば、再循環率の２〜４％から５〜１０％まで増やすことができる。微生物レベルがプリセット限度または仕様レベルまで低減される場合、濾過水量当量は、元の、再循環率の２〜４％まで減らされるか、または完全に停止されうる。

本発明の別の実施形態では、流入水量は、例えば、汚染物レベルの増加が予期される場合、再循環率の２〜４％から５〜１０％または１５〜２０％まで増やし、予測される環境に適合させることができる。このような環境の例には、夏および乾燥期または暴風雨の続く条件、などの季節的変動が挙げられ、これは隣接部から水システム用集水域中へより多い汚染物負荷をもたらす。このような環境の別の例は、システムがシステムの１つの部分から主要水システム中へ物質を追い出す可能性のある機械的な操作または保守を受ける場合である。パイプの洗浄、表面の圧力洗浄、または貯水池の掘削により固まった物質が解放水系中に放出される場合がこの例であろう。

いくつかの実施形態では、コントローラは、濾過装置を通る流量をプロセス流の全容積の０％から１００％まで調節するように動作可能である。

ある実施形態では、濾過システムは、プロセス流の圧力変化により誘発される。この環境では、プロセスは、入って来る水の圧力の増加または減少により影響を受ける。例えば、設定値を超える大きな変化は、濾過装置の操作条件を大きく変えることになる。このような環境下では、濾過装置は、濾過装置への流量を減らす、増やす、または停止する可能性がある。

さらに別の実施形態では、濾過装置の操作の修正を生ずる操作条件の変化は、注意を引くシグナル、例えば、音による、または眼に訴える警告の形で保存またはその形に変換できるシグナルを生成できるであろう。

ある実施形態では、濾過システムは、複数の部品を含む。その部品には、例えば、１つ、２つ、またはそれより多くのフィルター、分離器、紫外線光、などを含んでもよい。特定の環境またはシナリオの下では、プロセス条件または汚染物質が、異なる濾過装置を平行して同時に必要とする場合があるが、これらは、ただ１つのマスターコントローラにより制御され、次にいくつかの異なる個別コントローラまたはセンサーからの入力を受け取る。さらに、多段手法が採用される特定のシナリオであってもよい。特定のシナリオでは、同じ形式のフィルター装置を順番に使用することが必要となる場合があるが、汚染除去は段階的に行われる。例えば、汚染水と接触する最初の装置は、より大きな孔径の篩を有し、より大きなサイズの粒子を除去し、続けて、より小さい篩サイズを有する第２の装置で、最初の装置を通過するより小さい粒径の汚染物質を除去できる。汚染物負荷が常に高く、濾過装置での比較的に高頻度の逆洗を行うのが望ましくない場合に、この方式は特に有用である。さらに別の例では、オンライン遠心機を利用して、汚染物質を除去してもよく、遠心機からの生成物は、１つまたは複数の濾過装置によりさらに精製できる。さらに別の例では、汚染物除去装置は、水流中、または装置に含まれる媒体中で、酸化または死滅させる、または汚染物質を殺菌するように作用可能な紫外線光、などの補助的装置と連結してもよい。

いくつかの実施形態では、濾過システムは、砂濾過装置、シーブフィルター（ｓｉｅｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）、バグフィルター、カートリッジフィルター、遠心濾過機、加圧濾過器、膜濾過装置、など、その他の適切な濾過器および装置、およびそれらの組み合わせ、から選択される少なくとも１種の濾過装置を含む。

種々の実施形態では、本発明の濾過システムは、１つ、２つ、またはさらに多くのフィルター、フィルター装置、または濾過装置を含む。フィルターは、いずれの形式、例えば、砂フィルター、珪藻土フィルター、膜フィルター、逆浸透フィルターなど、その他の適切なフィルターおよびこれらの組み合わせ、であってもよい。水質および用途に応じて、部品および流量の組み合わせにより、本発明の方法を実施できる。この実施形態での複数の部品の使用は、例えば、それらの物理的、化学的、または生物学的特性に基づいて、異なる汚染物型の除去を行うのに有利であろう。例えば、全汚染物質を除去する濾過装置は、固定水量を濾過でき、一方、標的とする種類の汚染物質（例えば、細菌またはその他の微生物）を除去するフィルター装置を通過する流量は、水質に応じて調節可能である。

一部の実施形態では、砂または珪藻土フィルターを本発明の方法に使用できる。砂または類似のフィルターは、おそらく、最もよく使われる形式の濾過装置であろう。しかし、集めた汚染物質が効果的に取り除かれず、汚染物質が装置内の媒体床上に急激に増加し始めるために、または装置が逆洗中に媒体を失うために、これらの濾過形式は、時間の経過に伴い性能および効力が低下する場合がある。従って、このような装置は、媒体の補充、または洗浄による定期的保守が必要である。本発明により提供される警告機能を発する自動モニタリングは、性能改善を行うように動作可能である。

膜フィルターが使われる実施形態では、フィルターは、１種または複数の型の膜を含んでもよい。膜の数、膜の型、および膜の配置（浸漬／外膜）は、当業者には既知の種々の因子（例えば、プロセス流の組成）に依存する。

いくつかの実施形態では、膜分離システムは、限外濾過膜、精密濾過膜、逆浸透膜、ナノ濾過膜など、その他の適切な膜、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの膜を有する。

別の実施形態では、膜分離システムは、浸漬膜システム、外膜分離システム、またはこれらの組み合わせである。

いくつかの実施形態では、膜濾過装置は、高分子、金属、前出のものの複合体、およびこれらの組み合わせの群から選択される膜の種類を含む。

利用される膜の物理的および化学的パラメータは、種々の形式であってよい。物理的パラメータに関しては、一実施形態では、限外濾過膜は、０．００３〜０．１μｍの範囲の孔径である。別の実施形態では、精密濾過膜は、０．１〜１０μｍの範囲の孔径である。別の実施形態では、膜は、外側から内側へ、または内側から外側への濾過モードを備えた中空糸構造である。種々の実施形態では、膜は、平板配置、管状配置、多孔構造、毛細管配置、らせん状巻き付け配置、およびこれらの組み合わせからなる群の内の１つまたは複数の膜から選択される構造または配置である。化学的パラメータに関しては、一実施形態では、膜は高分子材料製である。別の実施形態では、膜は無機材料製である。さらに別の実施形態では、膜はステンレス鋼製である。

ある実施形態では、濾過装置またはそのいずれかの部品は、１つまたは複数のプロセス流のパラメータに基づく調整を受けてもよい。一実施形態では、コントローラは、上述のようにコントローラに従って自動的に濾過装置またはそのいずれかの部品を調整するように作動可能である。別の実施形態では、このような調整は、半自動またはマニュアル形式で行われる。例えば、本発明は、全ての個別水処理部品をスムーズにつながった水処理システムとして提供できるように識別と制御が可能なマスター制御システムを利用してもよい。例えば、異なるパラメータ、例えば、アルカリ度、ｐＨ、ＯＲＰ、ＴＯＣ、濁度、などに応答して添加化学薬品を頻繁にモニターし、適切な水処理の調整を可能とする。このようなモニタリングからのデータの利用／組み込みにより、フィルター装置の操作の調整または全体濾過システムの操作が可能となる。さらに別の例では、スケール制御または腐食制御に使用されるもの、などの化学薬品は、多くの場合、追跡され、モニターされる。これらの、またはその他の化学薬品の消費または投与量の増加または減少は、水質の変化を示し、フィルター装置の操作、または全体濾過システムの操作の調節に利用出来る。

図を参照すると、図１は、冷却塔の再循環システムに設置された本発明の実施形態の側流濾過装置の模式図である。冷却塔１００は、代表的粒子負荷または汚染源ならびに本実施形態である１つのフィルターを有する側流濾過システムを示す。粒子負荷は、システムの種々の発生源から発生する。例えば、汚染粒子は、１１０ａおよび１１０ｂの領域の冷却塔のルーバーを通って流れてくる空気を介してシステムに侵入する。蒸発領域１１２を通るシステム水の蒸発が領域１１０ａおよび１１０ｂからの粒子負荷をさらに濃縮する。追加の汚染源の例は、プロセス条件に由来する。例えば、熱交換器１１４は、システムの１つまたは複数のパラメータを変える粒子を生成する、または条件を作り出す可能性がある。

システム全体を通して、通信装置１３０（図１には、１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃとして示す）は、コントローラ（示さず）からの信号を送受信するように動作し、ポンプ１２６により冷却システムを通してポンプ圧送することにより、プロセス流中の流体として側流入口１２２を通るプロセス流の流れを開始する。コントローラは、フィルター装置１１６とポンプ１１８を作動させ、測定量のプロセス流体（例えば、水性または非水性流体）を濾過し、側流入口１２２を通り、フィルター装置１１６を経由して、最終的に側流出口１２０を通って濾過されたプロセス流を冷却システムの流動ループに戻すように作動可能である。また、抜き取り流１２４も、プロセス流中の汚染を減らすための独立した手段として当業者に既知の条件下で使用される。

図２は、プログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）を側流フィルター２０５と濁度センサー２１０と組み合わせた濾過システム２００を示す本発明の実施形態の模式図である。この実施形態では、冷却塔システム２１５を通って流れるプロセス流は、ＰＬＣおよび側流フィルター２０５、濁度センサー２１０、および／または粒子カウンター２２０と流体連通している。濁度センサー２１０および／または粒子カウンター２２０は、コントローラ（示さず）と通信している。このようなＰＬＣを伴う配置は、特定の実施形態では追加のコントローラを含めてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、流量を可変可能なプロセス流の試料は、ＰＬＣおよび側流フィルター２０５、濁度センサー２１０、粒子カウンター２２０、ならびにブースターポンプ２２５から構成される水質モニタリング、データ取得、および、コントロールシステムへ分岐される。ある実施形態では、ブーストポンプ２２５は、可変速度ポンプの一部として周波数変換器を含み、これにより、例えば、コントローラから受けたアナログまたはディジタルシグナルに連動して排出容量および圧力を制御する。

図２の実施形態では、濁度センサー２１０からのアナログまたはディジタルシグナルは、コントローラに伝達される。コントローラは、次に、側流量コントローラ（示さず）を介してＰＬＣおよび側流フィルター２０５への流れを開始させるように動作可能である。測定変数（この例の濁度）および設定値または変動可能設定範囲の間の偏差に応じて、コントローラが、出力を生成し、その後、これを使ってブースターポンプ２２５の速度を変化させ、ＰＬＣと側流フィルター２０５を通る流量を制御する。別の実施形態では、ＰＬＣと側流フィルター２０５の配置により、所望のレベルの濁度の維持が可能となる。図２に示す部品（示されていない部品と同様に）は、閉ループ制御回路を形成しても、または本明細書記載の追加の変数の測定および入力を含んでもよい。

前出の内容は、以下の実施例への参照によりさらに良好な理解が得られるであろうが、これらは例示の目的を意図するものであり、本発明の範囲を限定する意図はない。

実施例１
この実施例は、デッドエンド超微小物濾過装置に応需型変動水流量を付与する逆洗頻度の使用に関し例示する。側流濾過装置、例えば、約４０ｍ³のシステム容量および１２０〜１４０ｍ³／ｈｒの再循環率を有する冷却システムが必要なデッドエンド膜システムは、２．４〜４．８ｍ³／ｈｒの透過量を送出可能でなければならない。正常な操作の間に、水中に存在する懸濁固形物、無機および有機汚染物質（例えば、微生物）が濾過装置の付着物の原因となり、膜前後の圧力差異の増加に繋がる。特定の設定圧力差異により、濾過システムは、自動的に逆洗して、フィルターマトリックス上の付着物の積層を減らす。濾過により除去されるべき、さらに高いレベルの懸濁固形物および／または細菌は、より高い逆洗頻度に相関する傾向がある。従って、逆洗頻度は、再循環水の質の変化を反映できる。

濾過装置では、流入水の圧力は、流入ポンプ（存在する場合）の速度を変えることにより、または流入バルブの開口を変えることにより制御し、所望の流量を得ることができる。例えば、逆洗間隔が初期設定の５０％まで減らされる場合、流入水バルブの開口、または流入ポンプの速度が、５０％少ない水を濾過システムに送るように自動的に変えられて、それにより、濾過される水の割合を５０％だけ低下させる。例えば、２．４ｍ³／ｈｒの水を濾過する代わりに、装置は、１．２ｍ³／ｈｒを処理することになろう。逆洗間隔がさらに減らされる場合は、流入量が、さらに低減される。何らかの予期しない、例えば、プロセス漏洩からの汚染または変化が発生する場合は、水質の変化が検出され、ポンプまたは流入開口の動作は修正され、より多くの水が濾過され、水質を回復し、熱交換器などの水が関わる重大なプロセスの付着物を防ぐことができる。

実施例２
この実施例は、合計生存可能数（ＴＶＣ）または微生物活性（アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）測定値、バイオレポーター、および／または微生物活性、酸素欠乏をモニターするその他のいずれかのバイオマーカー）をマニュアルまたは自動モードで使って、濾過システムの応需型制御を付与する場合の実施形態の例である。微生物活性は、多くの場合、プロセス条件および運転性能を維持するようにある程度厳密にモニターされる。微生物活性またはその他のプロセスパラメータ、例えば、酸化還元電位（ＯＲＰ）または本明細書記載のいずれかのパラメータの自動モニタリングを使って、殺生物剤添加プロセスを制御する。所与のパラメータのための値が、特定の設定値または設定範囲未満になる場合、殺生物剤添加の引き金が引かれ、値が設定値を超えるか、または設定範囲内にある場合は、添加が停止される。また、この殺生物剤添加制御ロジックを使って、濾過装置も制御できる。システムパラメータがより多くの殺生物剤を求めている場合、濾過水の量は、より多くでき、逆に、より少ない殺生物剤が必要な場合は、より少ない水が濾過される。微生物活性が増加状態にある場合は、ポンプの作動も同様に増加する。殺生物剤消費を減らすために、濾過される水流量を増やし、より多くの懸濁物質と微生物をシステムからから除去し、殺生物剤消費を低減させることができる。しかし、システムで検出された微生物活性は、処理の結果として低下するために、投薬ポンプ出力は減り、フィルターを通る水の容量はそれに合うように低減できる。いくつかの実施形態では、周波数変換器は、ポンプのモーターに組み込まれ、ポンプの速度を変え、それにより、アナログまたはディジタルシグナルおよびコントローラから受けた命令に従って、排出容量および圧力を制御する。

実施例３
さらに別の実施例では、プロセス流パラメータを水質の指標として使用し、また、これを使って濾過システムの応需型制御を行う。濁度、ｐＨ、屈折率などのプロセス流パラメータ、またはスケール制御薬剤または腐食制御薬剤などのプロセス処理化学薬品の使用により、水質の変化の徴候を示すことができる。このようなパラメータのいずれかで増加または減少がある場合は、濾過装置を通る水流を調節して、変化に順応させ、必要な性能を維持できる。例えば、突然の濁度の増加は、汚染物質の水システムへの流入を示唆し、従って、濾過装置を通る水の容量は、増やされるか、または追加のフィルターがライン中に導入され、増加に順応させることができるであろう。対照的に、濁度が減少する場合は、水は、低減された濁度でより清浄になってきているので、より少ない容量の水がユニットを通して送られるか、またはいくつかのフィルターがラインから外されることになろう。

別のシナリオの例では、水システムが保守用の洗浄を受けている場合は、濾過装置を通して送られる水の容量を変えて、全体水容量に適応させることが可能となる。これは、追い出された物質の除去を助け、また、追い出された物質が、洗浄されている水システムの他の領域に再析出するのを防ぐ。

本開示を考慮すると、必要以上の実験をしなくても、本明細書で開示され、請求された全ての組成物および方法を作成および実行できる。本発明は、多くの異なる形態で具体化できるが、特に好ましい本発明の実施形態が本明細書で詳細に記載されている。本開示は、本発明の原理の例証であり、本発明を例示された特定の実施形態に限定する意図はない。さらに、逆の意味が明示的に示されない限り、用語の「ａ」の使用は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を含むことが意図され、例えば、「ａ ｄｅｖｉｃｅ」は、「少なくとも１つの装置」または「１つまたは複数の装置」を含むことが意図されている。

絶対値を示す用語または近似値を示す用語で規定されるいずれの範囲も、その両方を含むことが意図され、また、本明細書で使われるいずれの定義も、明確にすることを意図し、限定することを意図していない。本発明の広範な範囲を記述する数値範囲およびパラメータは、近似値であるにも関わらず、具体的な例中で記述される数値は、可能な限り正確に報告される。しかし、いずれの数値も、それらそれぞれの試験測定において認められる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。さらに、本明細書で開示される全ての範囲は、その中に包含されるいずれかの、および全てのサブレンジ（全ての小数値および整数値を含む）を包含するものと理解されたい。

さらに、本発明は、本明細書記載の種々の実施形態の一部または全部の内のいずれかの、および全ての可能な組み合わせを包含する。本出願で引用されたいずれかの、および全ての特許、特許出願、科学論文、およびその他の文献、ならびにその中に引用された全ての文献は、本明細書による参照によってその全体が組み込まれる。また、現時点で好ましい本明細書記載の実施形態に対する種々の変更および修正が当業者には自明であろうことも理解されたい。本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、また、その意図された利点を減らすことなく、このような変更と修正を行うことができる。従って、このような変更と修正は、添付請求項に包含されることが意図されている。
以下、本発明の実施形態を列記する。
〔１〕
プロセス流から汚染物質を除去、または上記プロセス流のシステムパラメータを安定化する方法であって、
（ａ）コントローラと通信する濾過システムの提供であって、
上記プロセス流のシステムパラメータが上限値を超える、および／または下限値未満である場合に、上記コントローラが上記プロセス流から上記濾過システム中への流れを自動的に開始するように作動可能である濾過システムの提供、および、
（ｂ）上記濾過システムの作動化であって、
上記流れが上記濾過システムを通る流量を含み、上記コントローラが上記流量を調節するように動作可能である濾過システムの作動化、
を含む方法。
〔２〕
上記上限値を越える、および／または、上記下限値未満であるとして、別々に、一括して、逐次、または同時に判定された複数のシステムパラメータをさらに含み、上記閾値が各システムパラメータに対し独立している、項目１に記載の方法。
〔３〕
上記システムパラメータが、酸化−還元電位、ｐＨ、特定の化学薬品またはイオンのレベル、ファウリングインデックス、供給側ファウリングインデックスス、温度、濁度、圧力、プロセス流流量、溶解または懸濁固形物、殺生物剤ポンプの操作または投薬速度、殺生物剤のレベル、バイオレポーターシグナル、アデノシン三リン酸測定値、任意の微生物の活性またはレベルモニター、逆洗頻度、およびこれらのいずれかの組み合わせよりなる群から選択される、項目１に記載の方法。
〔４〕
上記システムパラメータのオンラインまたはオフラインモニタリングをさらに含む、項目１に記載の方法。
〔５〕
上記コントローラが、自動化、半自動化、またはマニュアル法により少なくとも１つのデータセットを受け取るように動作可能であることをさらに含む、項目１に記載の方法。
〔６〕
複数の異なるシステムパラメータをさらに含む、項目１に記載の方法。
〔７〕
上記濾過システムが、砂濾過装置、シーブフィルター、バグフィルター、カートリッジフィルター、遠心濾過機、加圧濾過器、膜濾過装置、およびこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの濾過装置を含む、項目１に記載の方法。
〔８〕
上記膜濾過装置が、精密濾過、ナノ濾過、逆浸透、限外濾過、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、項目７に記載の方法。
〔９〕
上記膜濾過装置が、高分子、セラミック、金属、前出のものの複合体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される膜の種類を含む、項目７に記載の方法。
〔１０〕
上記膜濾過装置が、平板配置、管状配置、多孔構造、毛細管配置、らせん状巻き付け配置、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される配置または構造を含む、項目７に記載の方法。
〔１１〕
上記膜濾過装置が、加圧されている、浸漬されている、またはこれらの組み合わせである、項目７に記載の方法。
〔１２〕
上記コントローラが、上記プロセス流の全容量の０％〜１００％の流量を調節するように動作可能であることをさらに含む、項目１に記載の方法。
〔１３〕
上記流量が、上記システムパラメータの関数である、項目１２に記載の方法。
〔１４〕
上記流入量が、複数の異なるシステムパラメータの関数である、項目１２に記載の方法。
〔１５〕
上記流入量が、上記システムパラメータまたは複数の異なるシステムパラメータの数学的導関数の関数である、項目１２に記載の方法。
〔１６〕
上記コントローラが、絞り装置を調整して上記流量を調節するように動作可能である、項目１２に記載の方法。
〔１７〕
上記コントローラが、供給ポンプの速度を調整して上記流量を調節するように動作可能である、項目１２に記載の方法。
〔１８〕
上記濾過システムまたはその部品が、少なくとも１つのシステムパラメータの変化に応答してオンラインまたはオフラインにされる、項目１に記載の方法。
〔１９〕
少なくとも上記方法の一部を、ネットワークを経由して操作することをさらに含む、項目１に記載の方法。
〔２０〕
上記プロセス流が、工業用水システム、非工業用水システム、水性プロセス流システム、非水性プロセス流システムの内の少なくとも１種に関連する、項目１に記載の方法。

Claims (13)

1. プロセス流から微生物を含む汚染物質を除去、及び前記プロセス流のシステムパラメータを安定化する方法であって、
   （ａ）コントローラと通信する側流濾過システムの提供であって、
   前記プロセス流のシステムパラメータが上限値を超える、および／または下限値未満である場合に、前記コントローラが前記プロセス流から前記側流濾過システム中への流れを自動的に開始するように作動可能であり、前記側流濾過システムは膜濾過装置を含み、側流濾過システムの提供、
   （ｂ）前記側流濾過システムの作動化であって、
   前記流れが前記側流濾過システムを通る流量を含み、前記コントローラが前記流量を調節するように動作可能である側流濾過システムの作動化、及び
   （ｃ）前記プロセス流への殺生物剤の添加
   を含み、
   前記プロセス流は、工業用水システムにおける水性のプロセス流であり、
   前記システムパラメータは、前記上限値を越える、および／または、前記下限値未満であるとして、別々に、一括して、逐次、または同時に判定された複数のシステムパラメータを含み、
   前記複数のシステムパラメータが、膜前後の圧力差異、及び逆洗頻度であり、
   前記上限値及び前記下限値が、各システムパラメータに対し独立している、方法。
2. 前記システムパラメータのオンラインまたはオフラインモニタリングをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記コントローラが自動的に少なくとも１つの前記システムパラメータを受け取るように動作可能であることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 複数の異なるシステムパラメータをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記膜濾過装置が、精密濾過、ナノ濾過、逆浸透、限外濾過、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
6. 前記膜濾過装置が、高分子、セラミック、金属、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される膜の種類を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記膜濾過装置が、平板配置、管状配置、多孔構造、らせん状巻き付け配置、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される配置または構造を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記膜濾過装置が、加圧されている、浸漬されている、またはこれらの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
9. 前記コントローラが、前記プロセス流の全容量の０％〜１００％の流量を調節するように動作可能であることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記コントローラが、バルブの開口を調整して前記流量を調節するように動作可能である、請求項９に記載の方法。
11. 前記コントローラが、流入ポンプの速度を調整して前記流量を調節するように動作可能である、請求項９に記載の方法。
12. 前記側流濾過システム、または１つ、２つ、若しくはそれより多くのフィルター、分離器、及び紫外線光からなる群から選択される前記側流濾過システムの部品が、少なくとも１つのシステムパラメータの変化に応答してオンラインまたはオフラインにされる、請求項１に記載の方法。
13. 少なくとも前記方法の一部を、ネットワークを経由して操作することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

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