JP6662407B2

JP6662407B2 - 逆浸透システムの診断装置

Info

Publication number: JP6662407B2
Application number: JP2018102582A
Authority: JP
Inventors: 英邦亀田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP2019202305A

Description

本発明は、凝集処理水を除濁膜処理した後、逆浸透（ＲＯ）処理する逆浸透システムの動作不調に対する対策を決定するための診断装置に関する。

井戸水、工業用水、水道水などを原水とする用水処理や、各種排水処理、排水回収等においては、原水に凝集剤を添加し、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質等を凝結かつ粗大化させた後、沈殿、浮上、濾過、膜濾過等により固液分離する方法や、膜濾過単独で除濁・除菌して処理水を回収することが行われている。

一般に、ＲＯ膜の膜閉塞原因としては、(i)給水の濁質過多や(ii)スケール、スライムの付着、(iii)前処理がある場合は前処理不良等があげられる。その対策として、次のようなことが行われている。

(i)については、例えばＲＯ給水のＳＤＩを測定する。所定ＳＤＩ以上の場合、前処理条件の変更等で対応する。(ii)については、例えばＲＯ給水、ＲＯ処理水、及びＲＯ濃縮水の水質を測定し、回収率の適正化を行う。(iii)については、前処理の凝集剤の添加濃度を確認し、許容添加濃度以上の場合、それ以下となるように調整する。

ＲＯ膜の濾過抵抗が上昇した場合、逆洗や酸、アルカリ等による薬品洗浄が行われる（特許文献１等）。

また、一般に、ＲＯ膜は経時劣化した場合、フラックスが規定範囲を超えて増大することがある。

特開２０１６−１８５５２０号公報

ＲＯ膜の閉塞原因としては、給水の濁質過多、スケールやスライムの付着、前処理不良等の多くの原因があり、原因によって対応策が異なるため、原因を正確に判断して、迅速かつ適切に対応策を立案することが求められている。

本発明は、逆浸透（ＲＯ）システムの動作不調に対する対策を的確に決定することができる逆浸透システムの診断装置を提供することを目的とする。

本発明の逆浸透システムの診断装置は、前処理装置と、該前処理装置からの前処理水を逆浸透処理する逆浸透装置とを有する逆浸透システムの動作状態を診断する診断装置であって、逆浸透装置の透過性に関する指標データの受信部と、該逆浸透システムの動作状態情報の入力部と、該逆浸透システムの動作不調状態と対策との関係を表わすデータを記憶する記憶部と、前記入力部で入力された動作状態情報と該記憶部に記憶されたデータとに基づき逆浸透装置の動作不調に対する対策を判定する判定部とを有する。

本発明の一態様では、前記入力部は、複数の質問を表示する表示手段及び質問に対する回答の入力手段を備えている。

本発明の一態様では、前記透過性に関する指標データは補正フラックスである。

本発明の一態様では、前記動作状態情報は、逆浸透装置の濃縮水と給水のＳＤＩ値との比を含む。

本発明の一態様では、前記動作状態情報は、逆浸透装置への給水のＳＤＩ値を含む。

本発明の一態様では、前記前処理装置は、凝集処理装置及び凝集処理水の濾過膜装置を有しており、前記動作状態情報は、さらに、該濾過膜装置の濾過水のＳＤＩ値を含む。

本発明の一態様では、前記動作状態情報は、前記逆浸透装置での非析出性の標準物質の濃縮倍率と、スケール形成性物質の濃縮倍率とを含む。

本発明の一態様では、前記動作状態情報は、逆浸透装置への給水及び透過水の電気伝導率、逆浸透給水の遊離塩素濃度、並びに逆浸透給水のＯＲＰを含む。

本発明の一態様では、前記判定部は、前記逆浸透装置の補正フラックスが所定範囲外となった場合、又は補正フラックスの低下速度が所定値以上となった場合に前記診断を行う。

本発明によると、ＲＯシステムの動作状態を的確に診断することができる。

本発明の一態様によると、ＲＯシステムの不調の原因を適切に特定することができる。

ＲＯシステムの構成図である。ＲＯシステムの診断装置の構成図である。ＲＯシステムの診断方法を示すフローチャートである。前処理装置の構成図である。

本発明において、透過性に関する指標データとは、逆浸透膜の被処理水の透過性と相関性のある指標データであり、通常は透過流束（フラックス）や透過流量を採用することができる。また、逆浸透処理においては、処理水量（透過水量）を一定とする定流量濾過が多く採用されており、このような場合には、操作圧、平均操作圧、膜間差圧、有効圧を透過性に関する指標データとして採用することができる。

なお、フラックスや透過流量は温度や膜間差圧によって異なるため、標準膜間差圧、標準温度条件下に換算した補正フラックスや補正透過流量を透過性に関する指標データとすることが好ましい。

ここで、透過流束、透過流量、操作圧、平均操作圧、膜間差圧、有効圧、補正フラックスは、ＪＩＳＫ３８０２：２０１５（膜用語）で定義される用語であり、以下の通りである。

透過流束（ｆｌｕｘ）：単位時間当たり単位膜面積を透過する水の量。
透過流量（ｐｅｒｍｅａｔｅｆｌｏｗｒａｔｅ）：単位時間に膜を透過する水の量。
操作圧（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ）：加圧型モジュールで、供給水が装置に入る前の圧。
平均操作圧（ａｖｅｒａｇｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ）：加圧型モジュールにおいて、次式（１）に示される、供給水圧（Ｐ_ｉｎ）と濃縮水圧（Ｐ_ｏｕｔ）とを平均した圧力（Ｐ_０）。なお、膜間差圧とは異なり、二次側圧（Ｐ_ｐｒｏｄ）は、差し引かない。
Ｐ_０＝（Ｐ_ｉｎ＋Ｐ_ｏｕｔ）／２膜間差圧（１）
膜間差圧（ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅ）：膜、エレメント又はモジュールの一次側圧と二次側圧との差。なお、クロスフロー濾過では、一次側圧として上記平均操作圧が一般的に用いられる。
有効圧（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ）：加圧型モジュールにおいて、平均操作圧（Ｐ_０）から浸透圧差（Δπ）及び二次側圧（Ｐ_ｐｒｏｄ）を差し引いた、膜に働く有効な圧。
補正フラックス（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄｆｌｕｘ）：フラックスを、標準膜間差圧、標準温度条件下に換算したもの。

以下、透過性に関する指標データとして補正フラックスを用いた例について説明する。

図１は実施の形態に係るＲＯシステムの構成図である。原水は前処理装置１にて凝集処理及び濾過処理された後、ポンプ２、弁３、及び配管４を介してＲＯ装置５に供給される。この実施の形態では、前処理装置１としては、図４の通り、凝集処理装置１ａと、凝集処理水を濾過処理する濾過装置１ｂと、濾過処理水を貯留する中継槽１ｄとを有するものが用いられているが、これに限定されない。符号１ｃは、濾過水の中継槽１ｄへの流入配管、１ｅは中継槽１ｄから前記ポンプ２に向う配管を示す。この配管１ｅにｐＨ計１９、電気伝導率計２３、ＯＲＰ計２４及び遊離塩素計２５が設置されており、これらの検出データは後述の診断装置３０に入力される。

濾過装置１ｂとしては、重力濾過器、圧力濾過器、ＭＦ膜モジュール、ＵＦ膜モジュールなどが好適であるが、この実施の形態では、中空糸ＵＦ膜モジュールが用いられている。

ＲＯ装置５のＲＯ膜５ａの透過水は、配管６及び弁７を介して処理水として取り出され、ＲＯ膜５ａを透過しなかった原水は、配管１７及び弁１８を介して濃縮水として取り出される。配管４，６，１７には、それぞれ圧力センサ８，９，２７が設けられている。配管６には、さらに、流量計９Ａ、温度計９Ｂ及び電気伝導率計２６が設けられている。配管１７には、流量計２７Ａ及び電気伝導率計２８が設けられている。流量計９Ａ、圧力センサ８，９，２７、及び温度計９Ｂの検出値は、演算回路２０に入力され、補正フラックス（補正透過流束）が演算される。また、前記圧力センサ８，２７の検出圧力が演算回路２０に入力され、両者の差が一次側流路差圧として演算される。

診断装置３０は、図２の通り、本体部３１と、タッチスイッチ機能を有する入力部としての液晶表示パネル３６を備えている。本体部３１は、データ収集部３２、データ保存部３３、データベース（記憶部）３４及び判定部３５を備えている。

本体部３１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等からなるコンピュータで構成されている。

本体部３１のＣＰＵが管理プログラムを実行することで、データ収集部３２、データ保存部３３、データベース３４及び判定部３５の機能が実現される。

データ収集部３２は、演算回路２０からの補正フラックス及び一次側流路差圧データのほか、各電気伝導率計２３，２６，２８、ＯＲＰ計２４、遊離塩素計２５、ｐＨ計１９及び温度計９Ｂの各データのほか、表示パネル３６からの診断項目別データの回答データを受信する。データ保存部３３は回答データ及び後述の判定結果を補正フラックス、一次側流路差圧、電気伝導率、ＯＲＰ、遊離塩素、ｐＨ等の運転データと共に保存する。データベース３４には、ＲＯシステムの動作不調状態とそれに対する対策とを表わすデータが格納されている。

判定部３５は、データ収集部３２が収集した各データと、データベース３４の対策データとに基づいて対策を決定し、表示パネル３６に表示する。

図３の通り、ＲＯ装置５の補正フラックスが所定範囲外となっている場合、又は補正フラックスの低下速度が所定値以上である場合、アラームを作動させると共に、表示パネル３６に、例えば次のような複数の質問文Ｑ１〜Ｑ６を表示させる。また、各質問文の右側に隣接してＹｅｓ回答スイッチＹとＮｏ回答スイッチＮとを表示させる。回答スイッチＹ，Ｎは、それぞれ１回タッチすると明色となり、もう１回タッチする暗色となる照明機能も備えている。Ｙ，Ｎのうち、明色に発光しているものが選択された回答を表わす。この回答操作は、ＲＯシステムの運転担当者等が行う。

なお、下記Ｑ３のＵＶ２６０とは、波長２６０ｎｍの紫外線吸光光度法によって測定される有機物質を表わす。また、Ｑ７の電気伝導率の除去率は、次式の通りである。

Ｑ１：ＲＯ濃縮水のＳＤＩは３未満？
Ｑ２：Ｎａ濃縮倍率＜（ＴＯＣ濃縮倍率＋α）？
Ｑ３：Ｎａ濃縮倍率＜（ＵＶ２６０濃縮倍率＋β）？
Ｑ４：Ｎａ濃縮倍率＜（Ｓｉ濃縮倍率＋γ）？
Ｑ５：Ｎａ濃縮倍率＜（Ｃａ濃縮倍率＋δ）？
Ｑ６：Ｎａ濃縮倍率＜（Ｍｇ濃縮倍率＋ε）？
Ｑ７：電気伝導率の除去率はζ％以上？
Ｑ８：ＲＯ給水の遊離塩素濃度＜ηｍｇ／ＬａｓＣｌ_２？
Ｑ９：ＲＯ給水のＯＲＰ＜θｍＶ？
なお、α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θは具体的な数字を表わす。これらの質問文は一例であり、さらに他の質問文が表示されてもよい。

すべての質問文に対する回答をスイッチＹ又はＮにタッチすることにより行った後、回答終了を意味するＥｎｔスイッチにタッチする。これにより、回答データが表示パネル３６からデータ収集部３２に送信される。

判定部３５は、Ｑ１の回答がＮの場合、データベース３４より次の対策ａ１〜ａ３を読み出して表示パネル３６に表示する。
ａ１：スライムコントロール剤添加量を多くする。
ａ２：薬品洗浄する。
ａ３：（性能回復しない場合は）膜交換する。

Ｑ２，３の少なくとも一方の回答がＮである場合は、次の対策ｂ１〜ｂ３をデータベース３４から読み出して表示パネル３６に表示する。
ｂ１：凝集条件見直し。
ｂ２：薬品洗浄する。
ｂ３：（性能回復しない場合は）膜交換する。

Ｑ４〜６の少なくとも１つの回答がＮである場合、スケール付着と判断し、次のｃ１，ｃ２の表示を行う。
ｃ１：ＲＯ給水のｐＨを見直しを行うと共に、スケール分散剤の添加量を倍増させる（スケール種により対応策が異なるので、管理部門に連絡する。）。
ｃ２：ＲＯ装置を薬品洗浄する。

Ｑ２〜６において、Ｎａの替わりに他の非析出性物質、例えば、ＫやＣｌなどを用いることができる。また、Ｑ４〜６において、Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｇの替わりに他のスケール形成性物質、例えば、Ｂａ，Ｓｒなどを用いることができる。

Ｑ７〜Ｑ９のいずれか１以上の回答がＮの場合は、次のｄ１，ｄ２の表示を行う。
ｄ１：ベッセルチェックを行い、電気伝導率除去率９８％未満の膜は交換する。
ｄ２：ＲＯ給水で遊離塩素が０．１ｍｇ／ＬａｓＣｌ_２以上検出されたり、ＯＲＰ（酸化還元電位）が４５０ｍＶ以上である場合には、ＲＯ給水への還元剤の添加濃度を増加させる。

Ｑ１〜９のいずれに対しても回答がＹである場合は、データベース３４から読み出して次の表示を行う。「詳細な水質分析が必要なので、管理部門へ連絡してください。」

なお、前記質問として「薬品洗浄を行っても補正フラックスは回復しないか？」を加えてもよい。この質問に対する回答がＹ（回復しない）である場合には、「ＲＯ膜が経年劣化したのでＲＯ膜を交換して下さい。」あるいは「管理部門に連絡して下さい。」などの表示を行う。

このようにして、ＲＯシステムに不調が生じた場合、早急に効果的な対策を行うことができる。

本発明を特に限定するものではないが、原水としては、水道水、工業用水、井戸水、排水全般が例示される。

凝集処理に用いられる凝集剤、凝集助剤は、特に限定されないが、鉄系凝集剤を使用することが望ましい。

鉄系凝集剤を使用する場合はｐＨ４．５〜７．０、特に５．０〜６．０が良好である。ｐＨが過度に低いと、鉄リークにより膜閉塞のリスクがある。ｐＨが過度に高いと凝集不良の可能性がある。

原水には酸化剤（通常は次亜塩素酸Ｎａ）を添加することが好ましい。添加量は０．３〜１．０ｍｇ／ＬａｓＣｌ_２程度が好ましい。

濾過装置１ｂに膜濾過モジュールを用いる場合、クロスフロー方式のものであっても全量濾過方式のものであってもよい。

膜濾過モジュールによる処理工程は、通水、エアバブリング、逆洗、水張りの各工程を有する。濾過通水時間は２０〜４０分。初期の膜間差圧（エレメント又はモジュールの一次側圧と二次側圧との差）は０．０２〜０．０５ＭＰａ程度で運転。膜間差圧が０．０７〜０．１０ＭＰａになった場合、薬品洗浄することが好ましい。膜の材質はＰＶＤＦが耐薬品性が良く、好ましい。孔径は０．０１〜０．５μｍが好ましい。

ＲＯ装置５のブライン量は３．６ｍ^３／ｈ以上が好ましい。ＲＯ膜としては、特に限定されるものではないが、標準圧力０．７３５ＭＰａの超低圧膜が好ましく、膜面積は３５〜４１ｍ^２が好ましい。初期純水フラックス：１．０ｍ／ｄ（２５℃）以上、０．７３５ＭＰａ、初期脱塩率：９８％以上が好ましい。カルシウム硬度ランゲリア指数が０以下となるように回収率を設定することが好ましい。ブライン水中のシリカ濃度が溶解度以内となるように回収率を設定することが好ましい。なお、回収率は通常５０〜８０％である。

１前処理装置
５ＲＯ装置
３０診断装置
３６表示パネル

Claims

前処理装置と、該前処理装置からの前処理水を逆浸透処理する逆浸透装置とを有する逆浸透システムの動作状態を診断する診断装置であって、
逆浸透装置の透過性に関する指標データである補正フラックスの受信部と、
該逆浸透システムの動作状態情報の入力部と、
該逆浸透システムの動作不調状態と対策との関係を表わすデータを記憶する記憶部と、
前記入力部で入力された動作状態情報と該記憶部に記憶されたデータとに基づき逆浸透装置の動作不調に対する対策を判定する判定部と
を有する逆浸透システムの診断装置であって、
前記入力部は、複数の質問を表示する表示手段及び質問に対する回答の入力手段を備え、
前記判定部は、前記逆浸透装置の補正フラックスが所定範囲外となった場合、又は補正フラックスの低下速度が所定値以上となった場合に以下の前記診断を行う逆浸透システムの診断装置。
＜診断方法＞
前記逆浸透装置についての下記質問文Ｑ１〜Ｑ６を前記表示手段で表示し、前記回答の入力手段に入力された該質問文Ｑ１〜Ｑ６の回答に応じて、以下の通りの対策を読み出して該表示手段に表示する。
Ｑ１：ＲＯ濃縮水のＳＤＩは３未満？
Ｑ２：非析出性の標準物質の濃縮倍率＜（ＴＯＣ濃縮倍率＋α）？
Ｑ３：非析出性の標準物質の濃縮倍率＜（ＵＶ２６０濃縮倍率＋β）？
Ｑ４：非析出性の標準物質の濃縮倍率＜（スケール形成性物質の濃縮倍率＋γ）？
Ｑ５：非析出性の標準物質の濃縮倍率＜（スケール形成性物質の濃縮倍率＋δ）？
Ｑ６：非析出性の標準物質の濃縮倍率＜（スケール形成性物質の濃縮倍率＋ε）？
（α、β、γ、δ、εは具体的な数字を表わす。Ｑ３のＵＶ２６０は、波長２６０ｎｍの紫外線吸光光度法によって測定される有機物質を表わす。）
＜対策＞
Ｑ１の回答がＮｏの場合、次の対策ａ１〜ａ３を表示する。
ａ１：スライムコントロール剤添加量を多くする。
ａ２：薬品洗浄する。
ａ３：（性能回復しない場合は）膜交換する。
Ｑ２，３の少なくとも一方の回答がＮｏである場合、次の対策ｂ１〜ｂ３を表示する。
ｂ１：凝集条件見直し。
ｂ２：薬品洗浄する。
ｂ３：（性能回復しない場合は）膜交換する。
Ｑ４〜６の少なくとも１つの回答がＮｏである場合、スケール付着と判断し、次の対策ｃ１，ｃ２を表示する。
ｃ１：ＲＯ給水のｐＨを見直しを行うと共に、スケール分散剤の添加量を倍増させる。
ｃ２：ＲＯ装置を薬品洗浄する。
前記動作状態情報は、逆浸透装置の濃縮水と給水のＳＤＩ値との比を含む請求項１の逆浸透システムの診断装置。
前記動作状態情報は、逆浸透装置への給水のＳＤＩ値を含む請求項２の逆浸透システムの診断装置。
前記前処理装置は、凝集処理装置及び凝集処理水の濾過膜装置を有しており、
前記動作状態情報は、さらに、該濾過膜装置の濾過水のＳＤＩ値を含む請求項３の逆浸透システムの診断装置。
前記動作状態情報は、逆浸透装置への給水及び透過水の電気伝導率、逆浸透給水の遊離塩素濃度、並びに逆浸透給水のＯＲＰを含む請求項１〜４のいずれかの逆浸透システムの診断装置。