JP6562106B1 - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理の不調を解消するための交換部品の入手が容易である水処理装置を提供する。【解決手段】淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ装置６へ供給される。ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。予備系列２０は、淡水タンク１からの淡水を配管２１、バルブ２２及び給水ポンプ２４によってＭＦ膜装置２５に通水し、ＭＦ濾過水をイオン交換樹脂装置２６に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。装置に不調が生じたときには、不調原因となる部品データを管理部門に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置に係り、特に船舶内の純水製造装置に好適な水処理装置に関する。

海洋を航行する船舶では、飲料水や生活用水等の水を確保することが重要となる。そこで船舶には、海水から蒸留等により淡水を造水する造水装置が搭載されていることが多い。また、造水装置で製造した淡水は飲料水等のほかボイラ給水としても使用されることがある（特許文献１）。

ここで、船内におけるボイラは例えば以下のような用途で用いられている。
（１） タービン船では過熱蒸気をタービンに供給する蒸気発生装置として主ボイラを設置する。
（２） ディーゼル船では、燃料、潤滑油、冷却清水の加熱、調理、給湯、暖房などのために大量の蒸気が必要であり、ディーゼル機関を補うために飽和蒸気を供給する補助ボイラを設置する。
（３） タンカー船では、カーゴタンク内の揮発性ガスを押し出すためのイナートガスとして酸素濃度≦５％のボイラ排気（不燃性）を供給するためのボイラを設置する。

従来はいずれの用途においても船内ボイラとして低圧・中圧ボイラが主に用いられている。この場合は、ボイラ給水として淡水を用いたときに淡水の水質が運転不良につながるケースは顕在化しにくい。
ここで、特にタービン船は蒸気タービンを稼働するための蒸気を主にボイラで製造する必要があり燃費へのボイラ稼働台数の影響が大きい。そこで近年、ボイラとして高圧ボイラを使用して１台の高圧ボイラで複数の蒸気タービンを稼働することで、ボイラ稼働台数を削減して燃費の改善を図る取組みが検討されている。

しかし、船内ボイラとして高圧ボイラを使用する場合は、ボイラ給水が高温であるため水質の悪さ（例えば腐食性）がボイラの運転不良に繋がりやすい。ボイラが運転不良となったときの影響が甚大であることから、ボイラ給水の水質を淡水からさらに高度化して、脱塩していわゆる純水を製造して純水をボイラ給水として使用することが望ましいと考えられる。

ボイラ用純水製造装置として、ＵＦ膜装置とＲＯ装置と電気膜イオンとを直列に設置したものが知られている（特許文献２）。

特開２００７−１３２２２７号公報 特開２００３−１３６０６５号公報

通常の場合、船内には交換部品が保管されていないので、航行中に純水製造装置が部品の劣化、損傷、閉塞等によって運転が不調になっても、部品を交換できず、不調を解消できない。

本発明は、不調を解消するための交換部品の入手が容易である水処理装置を提供することを目的とする。

本発明の水処理装置は、被処理水を処理して処理水とする水処理装置において、該水処理装置に不調が生じたときに不調原因となる部品を管理部門又は配送部門に送信する送信手段を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様の水処理装置は、前記水処理装置は、被処理水を少なくともＲＯ装置又はＲＯ装置と電気脱イオン装置によって処理して純水を製造する純水製造装置である。

本発明の一態様の水処理装置は、前記水処理装置は、被処理水を少なくとも前記ＲＯ装置又はＲＯ装置と電気脱イオン装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有する。

本発明の一態様の水処理装置は、前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する。

本発明の一態様の水処理装置は、前記水処理装置の不調は、前記純水製造装置からの純水の水量が規定量を下回るか、又は、純水製造装置からの純水の電気伝導度もしくはＴＯＣ値が規定値を上回ることである。

本発明の一態様の水処理装置は、船舶搭載用である。

本発明の水処理装置を搭載した船舶は、水処理装置の性能が低下したり、故障したときでも、不調の原因となる部品が管理部門に送信されるので、次の寄港地で直ちに交換部品を入手して、部品を交換することができる。

本発明の一態様の水処理装置にあっては、純水製造装置が予備系列を備えるので、主系列の性能が低下したり、本系列が故障したときに直ちに予備系列を作動させることにより、良好な水質の純水製造を続行することができる。

実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。 実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。 実施の形態に係る純水製造装置のフローチャートである。

図１は実施の形態に係る水処理装置としての純水製造装置を示すものである。海水を蒸留して得られた淡水が淡水タンク１内に導入される。この淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ（逆浸透）装置６へ供給される。ＲＯ装置６の濃縮水は、配管７を介して淡水タンク１に返送され、その一部は配管７から分岐したブロー配管８及びブロー弁９を介して系外に排出される。

ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。電気脱イオン装置１１は、特許文献２の通り、陰極及び陽極と、該陰極と陽極の間に配列された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらの膜同士の間に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該陽極と陰極との間に電圧を印加する電源装置とを有する。ＲＯ透過水は、該脱塩室を通過する間に脱イオン処理され、純水となる。この純水は、配管１２及びバルブ１３を介して一部が取り出され、高圧ボイラ等の給水として使用される。純水の残部は、配管１５を介して淡水タンク１へ返送される。

この純水製造装置において、電気脱イオン装置１１からの純水の水量が規定値よりも少なかったり、電気脱イオン装置からの純水の水質が悪い（具体的には、例えば電気伝導度やＴＯＣ値が規定値よりも高い）などの不調が生じたときには、不調原因となる部品を管理部門のサーバに送信手段（例えば衛星通信システム）によって送信する。該サーバは、該交換部品情報と次の寄港地情報（場所、時期）とを交換部品納入部門に送信（発注）し、次の寄港地で直ちに部品を交換できるように手配しておく。

図２を参照して別の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図１に示した純水製造装置を主系列として備えると共に、これとは別にさらに予備系列２０を備える。

予備系列２０は、淡水タンク１からの淡水を配管２１、バルブ２２、配管２３及び給水ポンプ２４によってＭＦ膜装置２５に通水し、ＭＦ濾過水をイオン交換樹脂装置２６に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。予備系列２０からの純水は配管２７からバルブ２９Ａ、前記配管１２，１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を開きバルブ１３を介して一部が取り出される。

電気脱イオン装置１１からの純水の水質（比抵抗又は電気伝導度など）が比抵抗計、電気伝導度計などのセンサで計測されると共に、電気脱イオン装置１１からの純水流量が流量センサで計測され、これらのセンサの検出信号が制御器（図示略）に入力される。該制御器は、以上の主系列１０の運転の間中、純水の水質及び水量を監視しており、水質及び水量の少なくとも一方が所定期間以上、設定値を下回る（水質が悪い又は水量が少ない）場合には、主系列１０に何らかの異常が生じたものと判断し、図３のように、純水製造装置の管理部門に衛星通信システム等を利用して異常を通知すると共に、予備系列２０による純水製造を開始させる。また、管理部門に交換部品を通知する。

予備系列２０を作動させる場合、主系列１０を停止し、純水製造装置で製造する純水の全量を予備系列２０で製造してもよく（バルブ３，２９Ｂを閉、バルブ２２，２９Ａを開、バルブ１３は使用時のみ開とする。）、主系列１０及び予備系列２０の双方を作動させ、主系列１０からの純水と予備系列２０からの純水とを合流させて取り出してもよい（バルブ２９Ｂを閉、バルブ３，２２，２９Ａを開、バルブ１３は使用時のみ開とする。）。

上記説明の図２では、主系列１０と予備系列２０とを並列に設置しているが、図２中に二点鎖線で示される直列接続用配管３０を設けてもよい。電気脱イオン装置１１からの純水の水量は十分であるが、水質が不良の場合には、電気脱イオン装置１１からの純水を予備系列２０に通水して仕上げ処理し、良好な水質の純水を配管２７，１２を介して取り出す。

このように、主系列１０と並列又は直列に通水可能な予備系列２０を設置しているので、主系列１０にトラブルが生じた場合でも純水を安定して製造することができる。また、高圧ボイラに純水が安定して供給されるので、船舶を次の寄港地まで航行させることができる。

上記図１，２の実施の形態では、淡水タンク１内の淡水を予備系列２０へ供給する配管２１は淡水タンク１に直接に接続されているが、該配管２１は配管２から分岐されてもよい。

上記実施の形態ではＭＦ膜装置５が用いられているが、ＵＦ膜装置が用いられてもよい。また、これらの膜装置は省略されてもよい。図１，２では、ＲＯ装置６は１段だけ図示されているが、２段以上に設置されてもよい。

なお、イオン交換樹脂装置２６は、省スペースである；立ち上がりが早い；原水水質の変動に耐えられる；メンテナンス作業が簡易または不要である等の特徴を有している。イオン交換樹脂装置は、電気脱イオン装置等に比べて、破過までの寿命が短いが、次の寄港地まで短期間だけ安定して脱塩処理できればよいので、予備系列２０にイオン交換樹脂装置を用いることができる。特に装置の単純化による省スペース化を図るため非再生型のイオン交換樹脂装置とすることが好ましい。

イオン交換樹脂装置としては１塔のみ、または２塔直列で配置すればよい。２塔の場合、カチオン交換→アニオン交換、アニオン交換→カチオン交換、アニオン・カチオン混合→アニオン・カチオン混合など各種の組み合わせを採用することができる。また、塔内に層状態でカチオン樹脂とアニオン樹脂を充填する方式や、塔内に水平遮水板で上室・下室に区分すると共に上室から排水して下室に導入する配管を設ける方式など１塔でカチオン交換・アニオン交換の２段処理を行うようにしてもよい。

さらに、より安定処理が求められる場合には、図２の通り予備系列においてＭＦ膜やＵＦ膜などにより膜濾過処理を行うことが好ましい。

このように主系列１０とは異なる除去メカニズムの予備系列２０を設置することにより、主系列と同じ原因でのトラブルを回避できるというメリットもある。

図２の場合、主系列１０が正常運転している間は、予備系列は基本的に脱塩には使用せず、浸漬状態で通水停止してもよいが、菌の発生を抑制して、切替え後にすぐに採水できるように、配管２８を用いて予備系列内で水を循環させてスタンバイしておくことが好ましい（バルブ２２，２９Ａを閉、バルブ３，２９Ｂを開、バルブ１３は使用時のみ開とする。）。ただしこの場合、予備系列内の水温の上昇（５０℃超）やイオン交換樹脂からの溶出有機物の蓄積が懸念されるため、定期的に系外にブローするなどして水温や水質が所定範囲内になるよう制御するのが好ましい。また、配管２８からの戻り水を淡水タンク１に戻すと、大気中のＣＯ_２が溶解した水を取込むことになりイオン交換樹脂に負荷がかかるので、配管２３に返送するのが好ましい。

上記説明では、純水製造装置の不調現象として、純水の水量と電気伝導度又はＴＯＣ値が示されているが、不調現象としては、ＲＯ装置の圧損の過度な上昇、純水の水温の過度な上昇なども例示される。

前記制御器のデータベースには、これらの水量、電気伝導度、圧損、水温、ＴＯＣ濃度などの基準値が登録されていると共に、各測定値が基準値を超える不調現象の発生原因となる部品が登録されている。不調現象が生じたときには、不調現象をもたらす部品が管理部門に送信される。

なお、上記の基準値や不調原因部品は、管理部門のサーバに登録されていてもよい。この場合、管理部門のサーバに上記各測定項目のデータが送信され、サーバが純水製造装置を監視している。現場での純水製造装置に不調が生じた場合には、該サーバから交換部品納入部門に発注データが送信される。

本発明では、好ましくは、上記各項目を検出するための各センサの検知結果に基づいて必要な交換部品の候補を自動演算して管理者端末に送信する。例えば検知結果と交換部品の候補を紐付けるマスタを事前に作成しておくことで自動演算が可能となる。

航行する船の時間毎の位置と、部品在庫の位置と配送先の寄港地の位置、予備系列の残り運転可能予測期間を関連づけて、どの在庫拠点からどの寄港地に配送するのが効率的かを自動演算して結果を管理者端末に送信する。

これらの結果に基づいて管理者は発注手続を行う。

なお寄港地に配送するよりも海上に船で配送するのが効率的であれば寄港地に配送でなく船で海上に配送することを選択することもある。

図３では通知と発注を順次行うフローになっているが、通知を介さず発注処理することもできる。例えば、必要な交換部品を自動的に決定し、配送方法の選定から発注手続までを自動的に完了し、発注結果を管理者に連絡することもできる。このとき管理者が在庫拠点の配送準備と並行して内容確認、顧客承認などを事後処理として行うことで対応期間の短縮を図ることができる。

１ 淡水タンク
６ ＲＯ装置
１０ 主系列
１１ 電気脱イオン装置
１８ スライムコントロール剤添加装置
２０ 予備系列
２６ イオン交換樹脂装置

Claims (6)

1. 航行中の船舶にて被処理水を処理して純水とする純水製造装置と、
   該純水製造装置の制御器と、
   該制御器と通信する管理部門のサーバと
   を有する純水製造システムであって、
   該制御器は、純水の水質と純水流量の基準値が登録されると共に、純水の水質と純水流量の測定値が基準値を超える不調現象の発生原因となる部品が交換部品として登録されており、純水の水質と純水流量の計測データが入力され、基準値と入力値とから純水製造装置に不調現象が生じたか判断し、不調現象が生じたと判断した場合、不調現象の発生原因となる交換部品を特定し、特定された交換部品の情報を前記管理部門のサーバに送信し、
   前記管理部門のサーバは、航行する船舶の時間毎の位置と、交換部品在庫拠点の位置と配送先の寄港地の位置を関連づけて、交換部品を発送する在庫拠点及び交換部品が配送される寄港地を演算する
   純水製造システム。
2. 前記純水製造装置は、被処理水を少なくともＲＯ装置又はＲＯ装置と電気脱イオン装置によって処理して純水を製造する純水製造装置である請求項１の純水製造システム。
3. 前記純水製造装置は、被処理水を少なくとも前記ＲＯ装置又はＲＯ装置と電気脱イオン装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有することを特徴とする請求項２の純水製造システム。
4. 前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する請求項２又は３の純水製造システム。
5. 前記純水製造装置の不調は、前記純水製造装置からの純水の水量が規定量を下回るか、又は、純水製造装置からの純水の電気伝導度もしくはＴＯＣ値が規定値を上回ることである請求項２〜４のいずれかの純水製造システム。
6. 航行中の船舶にて被処理水を処理して純水とする純水製造装置を監視する管理部門のサーバであって、
   該サーバは、純水の水質と純水流量の基準値が登録されると共に、純水の水質と純水流量の測定値が基準値を超える不調現象の発生原因となる部品が交換部品として登録されており、純水製造装置から送信された純水の水質と純水流量の計測データが入力され、基準値と入力値とから純水製造装置に不調現象が生じたか判断し、不調現象が生じたと判断した場合、不調現象の発生原因となる交換部品を特定し、航行する船舶の時間毎の位置と、交換部品在庫拠点の位置と配送先の寄港地の位置を関連づけて、交換部品を発送する在庫拠点及び交換部品が配送される寄港地を演算する
   純水製造装置監視サーバ。

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