JP6303959B2

JP6303959B2 - 水処理システム

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Publication number: JP6303959B2
Application number: JP2014197232A
Authority: JP
Inventors: 敦行真鍋; 野上　康雄; 康雄野上
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-09-26
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Description

本発明は、陰イオン交換樹脂床を有するイオン交換装置を備える水処理システムに関する。

従来より、陰イオン交換樹脂床を有するイオン交換装置と、原水をイオン交換装置に導入することによって製造された処理水のシリカ濃度を測定するシリカ計と、を備えた水処理システムが知られている（特許文献１参照）。このような水処理システムにおいては、シリカ計で処理水のシリカ濃度を測定し、測定されたシリカ濃度に基づいてイオン交換装置の再生の要否を判断している。

特開平８−２４８５２号公報

陰イオン交換樹脂床のイオン交換能力（交換容量）は、水道水や地下水等の原水に含まれる陰イオン及びシリカ（コロイド状シリカ及びイオン状シリカ）を吸着するに従って低下し、シリカの吸着量が飽和すると、シリカリークが起こるようになる。リークしたシリカは、処理水の使用機器において様々な不具合の原因となるが、特許文献１に係る水処理システムは、シリカリークの発生を検知することで、イオン交換装置の再生を行うものである。そのため、シリカリークを起こすことなく、イオン交換装置の陰イオン交換樹脂床を適切なタイミングで再生することが望まれる。

本発明は、シリカリークを起こすことなく、陰イオン交換樹脂床を適切なタイミングで再生することができる水処理システムを提供することを目的とする。

本発明は、陰イオン交換樹脂床を有するイオン交換装置と、前記イオン交換装置に原水を導入することにより処理水を製造する水処理モードと、前記イオン交換装置に再生液を導入することにより前記陰イオン交換樹脂床を再生させる再生モードと、を有する流通手段と、原水のシリカ濃度を測定する原水シリカ濃度測定部と、原水の電気伝導率を測定する原水電気伝導率測定部と、［原水シリカ濃度／（原水シリカ濃度＋原水電気伝導率／２×換算係数）］（ただし、原水シリカ濃度：前記原水シリカ濃度測定部が測定した原水のシリカ濃度、原水電気伝導率：前記原水電気伝導率測定部が測定した原水の電気伝導率、換算係数：所定の定数）で計算される原水のシリカ比率を計算する原水シリカ比率計算部と、前記陰イオン交換樹脂床が前記原水から除去した陰イオン量を推定する陰イオン量推定部と、前記陰イオン量推定部が推定した前記陰イオン量と、前記陰イオン交換樹脂床が前記原水から除去できる最大の陰イオン量と、の比を計算することによって求められる負荷率を計算する負荷状態計算部と、前記原水シリカ比率計算部が計算した前記シリカ比率、及び前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率に基づいて、前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御し、所定の移行条件に基づいて、前記再生モードから前記水処理モードに切り替えるように前記流通手段を制御する流通制御手段と、を備える水処理システムに関する。

また、前記流通制御手段は、前記原水シリカ比率計算部が計算した前記原水のシリカ比率が基準原水シリカ比率以下の場合において、前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率が第１負荷率を超えると、前記流通制御手段は前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御し、前記原水シリカ比率計算部が計算した前記原水のシリカ比率が前記基準原水シリカ比率よりも大きい場合において、前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率が前記第１負荷率よりも小さい第２負荷率を超えると、前記流通制御手段は、前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御することが好ましい。

本発明によれば、シリカリークを起こすことなく、陰イオン交換樹脂床を適切なタイミングで再生することができる水処理システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る水処理システム１の概略構成図である。水処理システム１の動作のフローチャートである。原水シリカ濃度測定部１４の全体構成を示す図である。試薬添加開始からの経過時間と、検査水Ｗ１０１の吸光度と、の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態による水処理システム１を示す概略図である。

図１に示すように、第１実施形態の水処理システム１は、陽イオン交換塔１１Ａ及び陰イオン交換塔１１Ｂを有するイオン交換装置１１と、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを有する流通手段１２と、陽イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ａ及び陰イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ｂを有する再生液タンク１３と、原水シリカ濃度測定部１４と、原水電気伝導率測定部１５と、原水流量測定部１６と、制御装置１７と、を備える。本実施形態におけるイオン交換装置１１は、いわゆる２床２塔式のイオン交換装置である。

水処理システム１は、原水供給ラインＬ１１と、通水ラインＬ１２と、処理水ラインＬ１３と、陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４と、陽イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１５と、陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６と、陰イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１７と、を備える。なお、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。

原水供給ラインＬ１１には、水道水や地下水等の原水Ｗ１１が流通する。原水供給ラインＬ１１の下流側端部は、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａに接続されている。原水供給ラインＬ１１の上流側端部は、原水供給部（不図示）に接続されている。

通水ラインＬ１２には、陽イオン交換塔１１Ａから陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａを介して排出される陽イオン除去水Ｗ１２が流通する。通水ラインＬ１２の上流側端部は、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａに接続され、通水ラインＬ１２の下流側端部は、陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂに接続されている。

処理水ラインＬ１３には、陰イオン交換塔１１Ｂから陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを介して排出される処理水Ｗ１３（純水、脱塩水）が流通する。処理水ラインＬ１３の上流側端部は、陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂに接続され、処理水ラインＬ１３の下流側端部は、例えば、処理水Ｗ１３の需要箇所（不図示）に接続される。

陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４には、陽イオン交換樹脂用再生液Ｗ１４が流通する。陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４の上流側端部は、陽イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ａに接続され、陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４の下流側端部は、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａに接続されている。陽イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１５には、陽イオン交換樹脂床の再生に使用された後の廃液Ｗ１５が流通する。陽イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１５の上流側端部は、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａに接続されている。陽イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１５の下流側端部は、再生液排出部（不図示）に接続されている。

陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６には、陰イオン交換樹脂用再生液Ｗ１６が流通する。陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６の上流側端部は、陰イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ｂに接続され、陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６の下流側端部は、陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂに接続されている。陰イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１７には、陰イオン交換樹脂床の再生に使用された後の廃液Ｗ１７が流通する。陰イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１７の上流側端部は、陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂに接続されている。陰イオン交換樹脂用再生液排出ラインＬ１７の下流側端部は、再生液排出部（不図示）に接続されている。

原水シリカ濃度測定部１４は、接続部Ｊ１において原水供給ラインＬ１１に接続されている。原水電気伝導率測定部１５は、接続部Ｊ２において原水供給ラインＬ１１に接続されている。接続部Ｊ２は、接続部Ｊ１の下流に位置する。原水流量測定部１６は、原水供給ラインＬ１１における接続部Ｊ１及び接続部Ｊ２の下流に設けられている。制御装置１７は、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ、陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂ、原水シリカ濃度測定部１４、原水電気伝導率測定部１５及び原水流量測定部１６に電気的に接続されている。図１において、電気的な接続の経路は、破線で示されている。

陽イオン交換塔１１Ａは、陽イオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂床（不図示）を収容した圧力タンクで構成されている。原水供給ラインＬ１１を介して原水Ｗ１１が陽イオン交換塔１１Ａに導入された場合、陽イオン交換塔１１Ａは、導入された原水Ｗ１１から陽イオンを除去し、原水Ｗ１１から陽イオンを除去したものを陽イオン除去水Ｗ１２として通水ラインＬ１２に流通させる。また、陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４を介して陽イオン交換樹脂用再生液Ｗ１４が陽イオン交換塔１１Ａに導入された場合、陽イオン交換樹脂床は再生される。

陰イオン交換塔１１Ｂは、陰イオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂床（図示せず）を収容した圧力タンクで構成されている。通水ラインＬ１２を介して陽イオン除去水Ｗ１２が陰イオン交換塔１１Ｂに導入された場合、陰イオン交換塔１１Ｂは、陽イオン除去水Ｗ１２から陰イオンを除去し、陽イオン除去水Ｗ１２から陰イオンを除去したものを処理水Ｗ１３（純水、脱塩水）として処理水ラインＬ１３に流通させる。また、陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６を介して陰イオン交換樹脂用再生液Ｗ１６が陰イオン交換塔１１Ｂに導入された場合、陰イオン交換樹脂床は再生される。

陽イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ａには、陽イオン交換塔１１Ａの陽イオン交換樹脂床の再生液として、例えば塩酸や硫酸等の無機酸が貯留されている。
陰イオン交換樹脂用再生液タンク１３Ｂには、陰イオン交換塔１１Ｂの陰イオン交換樹脂床の再生液として、例えば水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が貯留されている。

陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａは、原水供給ラインＬ１１を介して、陽イオン交換塔１１Ａに原水Ｗ１１を導入し、陽イオン除去水Ｗ１２を通水ラインＬ１２に流通させる流路と、陽イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１４を介して、陽イオン交換塔１１Ａに陽イオン交換樹脂用再生液Ｗ１４を導入し、陽イオン交換塔１１Ａの陽イオン交換樹脂床を再生させる流路と、を切換え可能な弁である。
陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂは、通水ラインＬ１２を介して、陰イオン交換塔１１Ｂに陽イオン除去水Ｗ１２を導入し、処理水Ｗ１３を処理水ラインＬ１３に流通させる流路と、陰イオン交換樹脂用再生液供給ラインＬ１６を介して、陰イオン交換塔１１Ｂに陰イオン交換樹脂用再生液Ｗ１６を導入し、陰イオン交換塔１１Ｂの陰イオン交換樹脂床を再生させる流路と、を切換え可能な弁である。

陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂは、イオン交換装置１１に原水Ｗ１１を導入することにより処理水Ｗ１３を製造する水処理モードと、陽イオン交換塔１１Ａ及び陰イオン交換塔１１Ｂのそれぞれに陽イオン交換樹脂用再生液Ｗ１４及び陰イオン交換樹脂用再生液Ｗ１６を導入することにより陽イオン交換樹脂床及び陰イオン交換樹脂床を再生させる再生モードと、を有する流通手段として機能する。

原水シリカ濃度測定部１４は、原水供給ラインＬ１１を流通する原水Ｗ１１のシリカ濃度を測定し、測定したシリカ濃度の値を制御装置１７に出力する計測器である。なお、原水シリカ濃度測定部１４の具体的な構成については、図３及び図４を用いて後述する。

原水電気伝導率測定部１５は、原水供給ラインＬ１１を流通する原水Ｗ１１の電気伝導率を測定し、測定した電気伝導率の値を制御装置１７に出力する計測器である。
原水流量測定部１６は、原水供給ラインＬ１１を流通する原水Ｗ１１の流量を測定し、測定した流量の値を制御装置１７に出力する流量センサである。原水流量測定部１６は、瞬間流量及び積算流量を検出可能に構成されており、例えば、接線式流量センサや軸流式流量センサを利用することができる。

制御装置１７は、流通制御手段としての流通制御部１７Ａと、原水シリカ比率計算部１７Ｂと、陰イオン量推定部１７Ｃと、負荷状態計算部１７Ｄと、を有している。

流通制御部１７Ａは、原水シリカ比率計算部１７Ｂが計算した原水Ｗ１１のシリカ比率の値Ｒｓ、及び負荷状態計算部１７Ｄが計算した負荷率の値ＲＬに基づいて、水処理モードから再生モードに切り替えるように、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを制御するとともに、所定の移行条件に基づいて再生モードから水処理モードに切り替えるように流通手段１２を制御する制御手段である。より具体的には、流通制御部１７Ａは、原水シリカ比率計算部１７Ｂが計算した原水のシリカ比率の値Ｒｓと、あらかじめ設定・保持しておいた基準原水シリカ比率の値Ｒ０とを比較する。流通制御部１７Ａは、Ｒｓ≦Ｒ０であると判定した場合において、負荷状態計算部１７Ｄが計算した負荷率の値ＲＬが第１負荷率の値ＲＬ１を超えたと判定すると、水処理モードから再生モードに切り替えるように陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを制御する。また、流通制御部１７Ａは、Ｒｓ＞Ｒ０であると判定した場合において、負荷状態計算部１７Ｄが計算した負荷率の値ＲＬが第１負荷率の値ＲＬ１よりも小さい第２負荷率の値ＲＬ２を超えたと判定すると、水処理モードから再生モードに切り替えるように陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを制御する。

原水シリカ比率計算部１７Ｂは、原水供給ラインＬ１１を流通する原水Ｗ１１のシリカ比率を計算し、シリカ比率の値Ｒｓを流通制御部１７Ａに出力する計算機である。
原水シリカ比率計算部１７Ｂにおいて、原水のシリカ比率は、以下のようにして計算される。
原水シリカ比率＝原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］／（原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］＋原水陰イオン濃度［ｇ／ｍ^３］）（１ａ）
ここで、原水陰イオン濃度は、原水Ｗ１１の全イオン濃度の５０％に相当する。原水Ｗ１１に含まれるイオンは、電気的中性の原理により陰イオンの合計と陽イオンの合計が常に等しいからである。
よって、式（１ａ）は、次の式に変形できる。
原水シリカ比率＝原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］／（原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］＋原水全イオン濃度［ｇ／ｍ^３］／２）（１ｂ）
原水全イオン濃度は、原水Ｗ１１の総溶解固形分（以下、「ＴＤＳ」ともいう。）で代用可能である。
原水全イオン濃度［ｇ／ｍ^３］＝ＴＤＳ［ｇ／ｍ^３］（１ｃ）
ＴＤＳは、次の式により求めることができる。
ＴＤＳ［ｇ／ｍ^３］＝原水Ｗ１１の電気伝導率［μＳ／ｃｍ］×換算係数（１ｄ）
なお、換算係数は、原水Ｗ１１の水質により０．４５〜１の範囲で決められる定数である。換算係数は、原水Ｗ１１の塩分濃度に依存し、塩分濃度が高いほど高い値となり、例えば、通常の水道水や工業用水においては、０．５（又は、０．４〜０．６）に設定される。

式（１ｂ）、式（１ｃ）及び式（１ｄ）から、原水シリカ比率は、以下の式で計算される。
原水シリカ比率＝［原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］／（原水シリカ濃度［ｇ／ｍ^３］＋原水電気伝導率［μＳ／ｃｍ］）／２×換算係数］（１ｅ）
このように、原水シリカ比率計算部１７Ｂは、原水電気伝導率測定部１５が出力した電気伝導率の値と、原水シリカ濃度測定部１４が出力したシリカ濃度の値と、式（１ｅ）と、を使用することによって、原水Ｗ１１のシリカ比率を計算する。

陰イオン量推定部１７Ｃは、陰イオン交換塔１１Ｂの陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量を推定し、陰イオン量の値を負荷状態計算部１７Ｄに出力する計算機である。
陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量は、式（２ａ）のように近似することによって推定される。アルカリ溶液で十分に再生されたＯＨ型の陰イオン交換樹脂床は、原水Ｗ１１に含まれるほぼすべての陰イオンを除去する。そのため、陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量と、陰イオン交換樹脂床に流入した陰イオン量は、ほぼ等しいと考えてよいからである。
陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量［ｇ］＝陰イオン交換樹脂床に流入した陰イオン量［ｇ］（２ａ）

次に、陰イオン交換樹脂床に流入した陰イオン量［ｇ］は、以下の式（２ｂ）で計算される。
陰イオン交換樹脂床に流入した陰イオン量［ｇ］＝原水Ｗ１１の陰イオン濃度［ｇ／ｍ３］×陰イオン交換樹脂床に流入した原水Ｗ１１の積算流入量［ｍ^３］（２ｂ）
上述したように、原水陰イオン濃度は、原水Ｗ１１の全イオン濃度の５０％に相当するので、式（２ｂ）は、次の式（２ｃ）に変形できる。
イオン交換樹脂床に流入した陰イオンの量［ｇ］＝原水全イオン濃度［ｇ／ｍ^３］／２×陰イオン交換樹脂床に流入した原水Ｗ１１の積算流入量［ｍ３］（２ｃ）
上述したように、原水全イオン濃度は、原水Ｗ１１のＴＤＳで代用可能であるであるから、式（２ｃ）は、次の式（２ｄ）に変形できる。
イオン交換装置１１に流入する陰イオンの量［ｇ］＝ＴＤＳ［ｇ／ｍ^３］／２×原水積算流量（２ｃ）
上述したように、ＴＤＳ［ｇ／ｍ^３］＝原水Ｗ１１の電気伝導率［μＳ／ｃｍ］×換算係数であるから、（２ｃ）は、次の式に変形できる。
イオン交換樹脂床に流入した陰イオンの量＝原水Ｗ１１の電気伝導率［μＳ／ｃｍ］／２×換算係数×陰イオン交換樹脂床に流入した原水Ｗ１１の積算流入量［ｍ^３］（２ｄ）
なお、換算係数は、上述の（１ｅ）で使用される換算係数と同一である。
そして、式（２ａ）に式（２ｄ）を代入することにより、以下の式（２ｅ）となる。
陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量［ｇ］＝原水Ｗ１１の電気伝導率［μＳ／ｃｍ］／２×換算係数×陰イオン交換樹脂床に流入した原水Ｗ１１の積算流入量［ｍ^３］（２ｅ）

このように、陰イオン量推定部１７Ｃは、原水電気伝導率測定部１５が出力した電気伝導率の値と、原水流量測定部１６が測定した原水積算流量の値と、式（２ｅ）と、を使用することにより、原水Ｗ１１から除去した陰イオン量を推定する。

なお、原水Ｗ１１の電気伝導率は、一定でない場合がある。そのため、例えば、陰イオン量推定部１７Ｃは、以下のように陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去した陰イオン量を計算する。まず、原水電気伝導率測定部１５がリアルタイムで測定した単位周期時間毎の電気伝導率と、原水流量測定部１６がリアルタイムで測定した単位周期時間毎の原水Ｗ１１の積算流入量との積を計算し、単位周期時間毎に流入する陰イオン量を計算する。その後、陰イオン量推定部１７Ｃは、単位周期時間毎に流入する陰イオン量を順次加算していくことにより、イオン交換装置１１に流入する陰イオンの量を計算することが可能である。また、単位周期時間は、予想される原水Ｗ１１の電気伝導率の変動に応じて、適宜変更し得る。

負荷状態計算部１７Ｄは、陰イオン量推定部１７Ｃが推定した陰イオンの量と、陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去できる最大の陰イオン量と、の比を計算することによって求められる負荷率（陰イオンによる交換能力の消費率：０〜１００％）を計算し、負荷率の値ＲＬを流通制御部１７Ａに出力する計算機である。負荷率が相対的に大きい場合、陰イオン交換樹脂床は、多くの陰イオンを既に除去した状態であり、陰イオンを除去する余力が少ない状態である。負荷率が相対的に小さい場合、陰イオン交換樹脂床は、まだ少しの陰イオンを除去しただけの状態であり、陰イオンを除去する余力が多い状態である。なお、陰イオン交換樹脂床が原水Ｗ１１から除去できる最大の陰イオン量は、陰イオン交換樹脂ビーズの銘柄毎にメーカーが保証している単位体積あたりの交換容量、陰イオン交換塔１１Ｂへの陰イオン交換樹脂ビーズの充填体積、陰イオン交換樹脂床への通水流速（空間速度ＳＶ；線速度ＬＶ）等によって決まる値である。

次に、一実施形態の水処理システム１の動作について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。図２は、水処理システム１の動作のフローチャートである。
図２に示すように、ステップＳＴ１０１において、流通制御部１７Ａは、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを水処理モードで動作させる。原水Ｗ１１は、原水供給ラインＬ１１及び陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａを介して陽イオン交換塔１１Ａに導入される。導入された原水Ｗ１１は、陽イオン交換塔１１Ａによって陽イオンが除去され、陽イオン除去水Ｗ１２として通水ラインＬ１２を流通する。陽イオン除去水Ｗ１２は、通水ラインＬ１２及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを介して陰イオン交換塔１１Ｂに導入される。導入された陽イオン除去水Ｗ１２は、陰イオン交換塔１１Ｂによって陰イオン及びシリカ（コロイド状シリカ及びイオン状シリカ）が除去され、処理水Ｗ１３（純水、脱塩水）として処理水ラインＬ１３を流通する。

ステップＳＴ１０２において、流通制御部１７Ａは、原水シリカ比率計算部１７Ｂからシリカ比率の値Ｒｓを取得する。
ステップＳＴ１０３において、流通制御部１７Ａは、負荷状態計算部１７Ｄから負荷率の値ＲＬを取得する。

ステップＳＴ１０４において、流通制御部１７Ａは、シリカ比率の値Ｒｓと、予め設定・保存しておいた基準原水シリカ比率の値Ｒ０とを比較する。流通制御部１７Ａにより、Ｒｓ≦Ｒ０であると判定された場合（ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１０５へ移行する。また、流通制御部１７Ａにより、Ｒｓ≦Ｒ０でないと判定された場合（ＮＯ）、処理はステップＳＴ１０６へ移行する。

ステップＳＴ１０５において、流通制御部１７Ａは、負荷率の値ＲＬと、予め設定・保存しておいた第１負荷率の値ＲＬ１とを比較する。流通制御部１７Ａにより、ＲＬ＞ＲＬ１であると判定された場合（ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１０７へ移行する。流通制御部１７Ａにより、ＲＬ＞ＲＬ１でないと判定された場合（ＮＯ）、処理はステップＳＴ１０２に戻り、水処理モードでの動作を継続する。

ステップＳＴ１０６において、流通制御部１７Ａは、負荷率の値ＲＬと、予め設定・保存しておいた第２負荷率の値ＲＬ２とを比較する。なお、第２負荷率の値ＲＬ２は、第１負荷率の値ＲＬ１よりも小さい値である。流通制御部１７Ａにより、ＲＬ＞ＲＬ２であると判定された場合（ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１０７へ移行する。流通制御部１７Ａにより、ＲＬ＞ＲＬ２でないと判定された場合（ＮＯ）、処理はステップＳＴ１０２に戻り、水処理モードでの動作を継続する。

ステップＳＴ１０７において、流通制御部１７Ａは、陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを再生モードで動作させる。すなわち、ステップＳＴ１０７において、流通制御部１７Ａは、イオン除去能力が喪失したイオン交換樹脂床を再生させるために、陽イオン交換塔１１Ａ及び陰イオン交換塔１１Ｂのそれぞれに再生液を導入させるように陽イオン交換塔流路切換弁１２Ａ及び陰イオン交換塔流路切換弁１２Ｂを制御する。

ステップＳＴ１０８において、流通制御部１７Ａは、所定の移行条件を満たすか否か、例えば、再生工程、押出工程及びリンス工程からなる一連の再生動作を完了したか否かを判定する。流通制御部１７Ａにより、所定の移行条件が満たされていないと判定された場合に、処理はステップＳＴ１０８へ戻り、再生モードでの動作を継続する。陽イオン交換塔１１Ａの陽イオン交換樹脂床及び陰イオン交換塔１１Ｂの陰イオン交換樹脂床は、所定の移行条件が満たされるまで再生処理され、元のイオン交換能力に戻される。
流通制御部１７Ａにより、所定の移行条件を満たすと判定された場合に、処理はステップＳＴ１０１へリターンし、再び水処理モードでの動作を開始する。

ステップＳＴ１０４において、流通制御部１７Ａが、シリカ比率の値Ｒｓと、予め設定・保存しておいた基準原水シリカ比率の値Ｒ０とを比較する理由は、次の通りである。
陰イオン交換樹脂床の負荷率（陰イオンによる交換能力の消費率）は、流入する原水Ｗ１１の量が増加するに従って増加していく。原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に小さい場合（Ｒｓ≦Ｒ０の場合）、陰イオン交換樹脂床の吸着負荷の大部分は陰イオンによるものである。そのため、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に小さい場合（Ｒｓ≦Ｒ０の場合）は、シリカ吸着に対する交換能力の余裕度が十分にあるので、陰イオン交換樹脂床の負荷率が大きくなったタイミングで陰イオン交換樹脂床を再生しても、再生前にシリカリークを起こすことがないと考えられる。一方、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に大きい場合（Ｒｓ＞Ｒ０の場合）、陰イオン交換樹脂床の吸着負荷の多くをシリカが占めるようになる。そのため、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に大きい場合（Ｒｓ＞Ｒ０の場合）は、シリカ吸着に対する交換能力の余裕度が余りないので、陰イオン交換樹脂床の負荷率が大きくなったタイミングで陰イオン交換樹脂床を再生すると、再生前にシリカリークを起こす可能性があると考えられる。

このように、再生モードへ移行する最適なタイミングは、原水Ｗ１１のシリカ比率に応じて変動する。シリカリークを起こすことなく再生モードへ移行する最適なタイミングは、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に小さい場合（Ｒｓ≦Ｒ０の場合）、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなったタイミングで十分間に合うし、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に大きい場合（Ｒｓ＞Ｒ０の場合）、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなる前のタイミングが適切である。よって、ステップＳＴ１０４の処理は、再生モードへ移行する最適なタイミングを判定するために行われる。

ステップＳＴ１０５において、負荷率の値ＲＬと、予め設定・保存しておいた第１負荷率の値ＲＬ１とを比較し、ステップＳＴ１０６において、負荷率の値ＲＬと、予め設定・保存しておいた第２負荷率の値ＲＬ２（ＲＬ１よりも小さい）とを比較する理由は、以下の通りである。
ステップＳＴ１０５及びステップＳＴ１０６は、再生モードへ移行するか否かを判定するためのステップである。ここで、ステップＳＴ１０５は、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に小さい（Ｒｓ≦Ｒ０）と判定された場合に行われる処理である。一方、ステップＳＴ１０６は、原水Ｗ１１のシリカ比率が相対的に大きい（Ｒｓ＞Ｒ０）と判定された場合に行われる処理である。そのため、ステップＳＴ１０５においては、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなったタイミング（すなわち、ＲＬ≧ＲＬ１になったタイミング）で再生モードへ移行するようにし、ステップＳＴ１０６においては、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなる前のタイミング（ＲＬ≧ＲＬ２になったタイミング）で再生モードへ移行するようにする。
よって、ステップＳＴ１０５は、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなったタイミング（ＲＬ≧ＲＬ１になったタイミング）で再生モードへ移行するために行われる。また、ステップＳＴ１０６は、イオン交換樹脂床の負荷率が相対的に大きくなる前のタイミング（ＲＬ≧ＲＬ２になったタイミング）で再生モードへ移行するために行われる。

一実施形態の水処理システム１によれば、原水のシリカ比率、及び陰イオン交換樹脂床の負荷率に基づいて、水処理モードから再生モードに切り替えるタイミングを最適化することができる。より具体的には、一実施形態の水処理システム１は、原水のシリカ比率の値Ｒｓが基準原水シリカ比率の値Ｒ０以下の場合においては、陰イオン交換樹脂床の負荷率の値ＲＬが第１負荷率の値ＲＬ１を超えると、流通制御部１７Ａが水処理モードから再生モードに切り替えるようにしている。また、原水のシリカ比率の値Ｒｓが基準原水シリカ比率の値Ｒ０よりも大きい場合においては、陰イオン交換樹脂床の負荷率の値ＲＬが第２負荷率の値ＲＬ２を超えると、流通制御部１７Ａが水処理モードから再生モードに切り替えるようにしている。
そのため、水処理システム１においては、シリカリークを起こすことなく、陰イオン交換樹脂床を適切なタイミングで再生することが可能となる。

次に、図３及び図４を用いて、原水シリカ濃度測定部１４（シリカ濃度センサ）の構造について、説明する。原水シリカ濃度測定部１４は、モリブデンイエロー法（モリブデン黄吸光光度法）により原水Ｗ１１のシリカ濃度を測定する装置である。ここでは、説明の便宜上、原水シリカ濃度測定部１４により測定する原水Ｗ１１を検査水Ｗ１０１として説明する。

原水シリカ濃度測定部１４は、測定波長の切り替えにより、低濃度のシリカ濃度と、高濃度シリカ濃度とを測定することができる。図３に示すように、原水シリカ濃度測定部１４は、測定セル１２０と、試薬注入部１３０と、吸光度測定部の一部を構成する光学検出部１４０と、攪拌部１５０と、センサ表示部１６０と、センサ制御部１１０と、検査水導入ラインＬ１０１と、検査水排出ラインＬ１０２と、を備える。

測定セル１２０は、シリカ濃度を測定する検査水Ｗ１０１を収容する容器である。測定セル１２０は、不透明の樹脂材料により形成されている。測定セル１２０は、その側壁に一対の光透過窓１２１，１２２が形成されている。光透過窓１２１，１２２には、透明な板材１２１ａ，１２２ａが嵌め込まれている。

検査水導入ラインＬ１０１は、測定セル１２０への検査水Ｗ１０１の導入を行うラインである。検査水導入ラインＬ１０１は、図３に示すように、測定セル１２０の光透過窓１２１，１２２よりも下方の側壁に接続されている。検査水導入ラインＬ１０１は、測定セル１２０へ検査水Ｗ１０１を導入する流路である。検査水導入ラインＬ１０１には、電磁弁１２３が設けられている。電磁弁１２３は、検査水Ｗ１０１を採取する際に用いられる弁である。電磁弁１２３の開閉は、センサ制御部１１０から出力される駆動信号により制御される。センサ制御部１１０は、制御装置１７により制御される。

検査水排出ラインＬ１０２は、測定セル１２０からの検査水Ｗ１０１（試薬Ｗ１０２を含む）の排出を行うラインである。検査水排出ラインＬ１０２は、図３に示すように、測定セル１２０の光透過窓１２１，１２２よりも上方の側壁に接続されている。検査水排出ラインＬ１０２は、測定セル１２０から検査水Ｗ１０１を排出する流路である。

試薬注入部１３０は、測定セル１２０の内部へ試薬Ｗ１０２を注入する設備である。試薬注入部１３０は、試薬Ｗ１０２を内部に保持しており、所望の量の試薬Ｗ１０２を測定セル１２０の内部に吐出して供給する。試薬Ｗ１０２には、検査水Ｗ１０１に含まれるシリカと反応して、発色する呈色物質が配合されている。本実施形態では、モリブデンイエロー法によりシリカ濃度を測定しており、試薬としては、七モリブデン酸六アンモニウムおよび無機酸を含む水溶液を用いる。本実施形態に好適な一液型の試薬水溶液の組成は、本願の出願人による特許第５１６９８０９号公報に詳細に開示されているため、当該特許文献を引用して詳細な説明を省略する。

試薬注入部１３０は、試薬カートリッジ１３１と、ローラポンプ機構１３２と、を備える。試薬カートリッジ１３１は、試薬Ｗ１０２（上述した一液型の試薬水溶液）が充填された試薬パック（不図示）と、試薬パックに一端側が接続され且つ他端にノズルを有する弾性チューブとからなる注入体（不図示）とが収納された容器である。

ローラポンプ機構１３２は、図３に示すように、測定セル１２０の上方に設けられている。ローラポンプ機構１３２の上部には、カートリッジ差込口１３３が設けられている。試薬カートリッジ１３１は、カートリッジ差込口１３３に着脱自在に装着される。

ローラポンプ機構１３２は、ローラポンプ１３４を備える。ローラポンプ１３４を駆動して、試薬カートリッジ１３１に収納された注入体の弾性チューブをしごくことにより、試薬パック内の試薬Ｗ１０２をノズルから測定セル１２０に向けて注入することができる。ローラポンプ１３４の駆動は、センサ制御部１１０から出力される駆動信号により制御される。

光学検出部１４０は、試薬Ｗ１０２と共に攪拌された検査水Ｗ１０１の吸光度を測定する設備である。光学検出部１４０は、図３に示すように、第１発光素子１４１と、第２発光素子１４２と、発光基板１４３と、第１受光素子１４４と、第２受光素子１４５と、受光基板１４６と、を備える。

第１発光素子１４１及び第２発光素子１４２は、発光基板１４３に実装されている。第１発光素子１４１及び第２発光素子１４２は、測定セル１２０の光透過窓１２１に向けて光を照射する素子である。第１発光素子１４１及び第２発光素子１４２は、それぞれ発光波長の異なるＬＥＤ（発光ダイオード）により構成される。本実施形態においては、第１発光素子１４１は、低濃度のシリカ濃度を測定するために、３７５ｎｍの波長（低濃度測定波長）の光を発光可能な発光素子である。第２発光素子１４２は、高濃度のシリカ濃度を測定するために、４５０ｎｍの波長（高濃度測定波長）の光を発光可能な発光素子である。
第１発光素子１４１及び第２発光素子１４２の点灯／消灯は、センサ制御部１１０から出力される駆動信号により制御される。

第１受光素子１４４及び第２受光素子１４５は、受光基板１４６に実装されている。第１受光素子１４４及び第２受光素子１４５は、測定セル１２０の光透過窓１２２を通過した透過光を受光する素子である。第１受光素子１４４及び第２受光素子１４５は、フォトトランジスタにより構成される。第１受光素子１４４及び第２受光素子１４５は、受光した透過光量に対応した検出値信号をセンサ制御部１１０に出力する。

攪拌部１５０は、測定セル１２０の内部に収容された検査水Ｗ１０１及び試薬Ｗ１０２を攪拌する設備である。図３に示すように、攪拌部１５０は、測定セル１２０の底部に設けられている。攪拌部１５０は、攪拌子１５１と、ステータコイル１５２と、を備える。攪拌子１５１は、測定セル１２０の底部に、回転可能に配置されている。ステータコイル１５２は、測定セル１２０の周囲を囲むようにリング状に形成された電磁誘導コイルである。ステータコイル１５２に駆動電流を供給すると、電磁誘導の作用により、測定セル１２０の底部に配置された攪拌子１５１が非接触で回転する。ステータコイル１５２の動作は、センサ制御部１１０から供給される駆動電流により制御される。

センサ表示部１６０は、測定した検査水Ｗ１０１のシリカ濃度の測定値や原水シリカ濃度測定部１４の動作状況等を表示する装置である。センサ表示部１６０は、液晶表示パネルにより構成される。

センサ制御部１１０は、シリカ濃度センサの動作を制御する装置である。センサ制御部１１０は、制御装置１７に接続され、制御装置１７により制御される。センサ制御部１１０は、第１発光素子１４１、第２発光素子１４２を制御する。センサ制御部１１０は、第１受光素子１４４及び第２受光素子１４５からの出力を受信する。センサ制御部１１０は、光学検出部１４０により検出された吸光度に基づいて、検査水Ｗ１０１に含まれるシリカ成分の濃度を測定する。センサ制御部１１０は、測定した検査水Ｗ１０１のシリカ濃度の測定値をセンサ表示部１６０に表示させる。センサ制御部１１０は、後述する検量線を、測定波長毎に内部のメモリに格納している。

センサ制御部１１０は、低濃度のシリカ濃度を測定するために、吸光度測定部の一部を構成する吸光度算出部１１１と、変化量算出部１１２と、計時部１１３と、シリカ濃度検出部１１４と、を有する。

吸光度算出部１１１は、光学検出部１４０により検出された透過光量の検出値に基づいて、第１時間ｔ１及び第２時間ｔ２（図４参照）において、検査水Ｗ１０１の吸光度を算出する。これにより、本実施形態においては、光学検出部１４０及び吸光度算出部１１１は、試薬Ｗ１０２が添加された検査水Ｗ１０１における３７５ｎｍの吸光度を測定する。

第１時間ｔ１は、試薬Ｗ１０２が添加された直後の時間である（図４参照）。第１時間ｔ１は、好ましくは、検査水Ｗ１０１に試薬Ｗ１０２が添加されてから３分以内である。なお、第１時間ｔ１は、規定量の試薬Ｗ１０２の添加を実行可能な範囲で、規定量の試薬Ｗ１０２の添加が完了された直後に近い時間が採用される。本実施形態においては、第１時間ｔ１は、２分程度である（図４参照）。また、試薬Ｗ１０２の添加操作に要する時間が極く短時間の場合には、第１時間ｔ１は、検査水Ｗ１０１に試薬Ｗ１０２が添加された時間と同時である０分であってもよい。

第２時間ｔ２は、検査水Ｗ１０１と試薬Ｗ１０２との反応が終了した試薬反応終了時間である（図４参照）。第２時間ｔ２は、検査水Ｗ１０１と試薬Ｗ１０２との呈色反応がほぼ完結し、検査水Ｗ１０１の発色が安定する時間であり、予め試験等により求められた時間であって、予めセンサ制御部１１０のメモリ（不図示）に記憶されている。本実施形態においては、第２時間ｔ２は、試薬Ｗ１０２の添加が開始されてから、２０分程度である（図４参照）。

計時部１１３は、第２時間ｔ２を計時する。計時部１１３により計時された第２時間ｔ２において、吸光度算出部１１１は、検査水Ｗ１０１の吸光度を算出する。

変化量算出部１１２は、光学検出部１４０及び吸光度算出部１１１により測定される試薬Ｗ１０２が添加された検査水Ｗ１０１の吸光度について、試薬Ｗ１０２が添加されてから第１時間ｔ１経過後の検査水Ｗ１０１の吸光度Ａ１と、試薬Ｗ１０２が添加されてから第１時間ｔ１よりも長い第２時間ｔ２経過後の検査水Ｗ１０１の吸光度Ａ２との変化量、すなわち差分Ａ２−Ａ１を算出する。

シリカ濃度検出部１１４は、変化量算出部１１２により算出された吸光度の変化量（差分）に基づいて、シリカ濃度を検出する。具体的には、シリカ濃度検出部１１４は、算出された吸光度の変化量（差分）を検査水Ｗ１０１の吸光度と見做し、この吸光度に対してシリカ濃度と吸光度との検量線を用いて検査水Ｗ１０１中のシリカ濃度を求める。検量線は、予めシリカ標準液を用いてシリカ濃度と吸光度との関係線として作成されており、センサ制御部１１０のメモリ（不図示）に記憶されている。本実施形態においては、メモリ（不図示）には、検査水Ｗ１０１の吸光度とシリカ濃度との検量線として、検査水Ｗ１０１と試薬Ｗ１０２との呈色反応が完結された状態で作成された検量線が記憶されている。

以上のように構成されるシリカ濃度センサは、測定波長を切り替えることより、高濃度のシリカのシリカ濃度（１０〜８０ｍｇＳｉＯ_２／Ｌ）を測定可能な高濃度レンジと、低濃度のシリカのシリカ濃度（０．１〜１ｍｇＳｉＯ_２／Ｌ）を測定可能な低濃度レンジとを、切替可能である。なお、このシリカ濃度センサは、測定範囲を高濃度レンジに設定することにより、原水シリカ濃度測定部１４として使用できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記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。

上記実施形態においては、イオン交換装置１１は、２床２塔式のイオン交換装置であったが、陽イオン交換塔１１Ａと陰イオン交換塔１１Ｂの間に脱炭酸塔を設けた、いわゆる２床３塔式のイオン交換装置であってもよい。また、混床式のイオン交換装置であってもよい。さらに、陽イオン交換樹脂を有さず、陰イオン交換樹脂のみを有するイオン交換装置であってもよい。

上記実施形態においては、ステップＳＴ１０４において、基準原水シリカ比率は１つ（Ｒ０）であったが、基準原水シリカ比率は２つ以上であってもよい。
例えば、上記実施形態のように、基準原水シリカ比率が１つの場合、表１のような対応関係になる。表１においては、例えば、Ｒ０＝０．２５に対し、ＲＬ１＝９０％，ＲＬ２＝７０％のように設定する。

これに対し、基準原水シリカ比率が２つ（Ｒ０１及びＲ０２、Ｒ０１＜Ｒ０２）の場合、表２のような対応関係となる。表２においては、例えば、Ｒ０１＝０．２５，Ｒ０２＝０．４に対し、ＲＬ１´＝９０％，ＲＬ２´＝７０％，ＲＬ３´＝５０％のように設定する。

上記実施形態において、原水シリカ濃度測定部１４は、原水供給ラインＬ１１に設けられていたが、通水ラインＬ１２に設けられていてもよい。陽イオン交換塔１１Ａでは、陽イオン交換樹脂床へのシリカの吸着が起こらないので、原水Ｗ１１のシリカ濃度と陽イオン除去水Ｗ１２のシリカ濃度が等しくなるからである。

上記実施形態において、原水流量測定部１６は、原水供給ラインＬ１１に設けられていたが、通水ラインＬ１２又は処理水ラインＬ１３に設けられていてもよい。陽イオン交換塔１１Ａ及び陰イオン交換塔１１Ｂが共に通水モードで作動しているときには、原水Ｗ１の流量、陽イオン除去水Ｗ１２の流量及び処理水Ｗ１３の流量が同じであるからである。

１水処理システム
１１イオン交換装置
１２流通手段
１４原水シリカ濃度測定部
１５原水電気伝導率測定部
１７Ａ流通制御部（流通制御手段）
１７Ｂ原水シリカ比率計算部
１７Ｃ陰イオン量推定部
１７Ｄ負荷状態計算部
Ｗ１１原水
Ｗ１３処理水

Claims

陰イオン交換樹脂床を有するイオン交換装置と、
前記イオン交換装置に原水を導入することにより処理水を製造する水処理モードと、前記イオン交換装置に再生液を導入することにより前記陰イオン交換樹脂床を再生させる再生モードと、を有する流通手段と、
原水のシリカ濃度を測定する原水シリカ濃度測定部と、
原水の電気伝導率を測定する原水電気伝導率測定部と、
［原水シリカ濃度／（原水シリカ濃度＋原水電気伝導率／２×換算係数）］（ただし、原水シリカ濃度：前記原水シリカ濃度測定部が測定した原水のシリカ濃度、原水電気伝導率：前記原水電気伝導率測定部が測定した原水の電気伝導率、換算係数：所定の定数）で計算される原水のシリカ比率を計算する原水シリカ比率計算部と、
前記陰イオン交換樹脂床が前記原水から除去した陰イオン量を推定する陰イオン量推定部と、
前記陰イオン量推定部が推定した前記陰イオン量と、前記陰イオン交換樹脂床が前記原水から除去できる最大の陰イオン量と、の比を計算することによって求められる負荷率を計算する負荷状態計算部と、
前記原水シリカ比率計算部が計算した前記シリカ比率、及び前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率に基づいて、前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御し、所定の移行条件に基づいて、前記再生モードから前記水処理モードに切り替えるように前記流通手段を制御する流通制御手段と、
を備える水処理システム。
前記流通制御手段は、前記原水シリカ比率計算部が計算した前記原水のシリカ比率が基準原水シリカ比率以下の場合において、前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率が第１負荷率を超えると、前記流通制御手段は前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御し、前記原水シリカ比率計算部が計算した前記原水のシリカ比率が前記基準原水シリカ比率よりも大きい場合において、前記負荷状態計算部が計算した前記負荷率が前記第１負荷率よりも小さい第２負荷率を超えると、前記流通制御手段は、前記水処理モードから前記再生モードに切り替えるように前記流通手段を制御する請求項１に記載の水処理システム。