JP6969123B2 - 逆浸透膜モジュールの洗浄方法 - Google Patents
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Description
制御部20には、加圧側インバータ3、透過水弁32、濃縮水循環弁33、比例制御排水弁34、薬剤添加装置4、第1圧力センサP1、第2圧力センサP2、第3圧力センサP3、第1電気伝導率センサEC1、第2電気伝導率センサEC2、水温センサTE、第1流量センサFM1、第2流量センサFM2が電気的に接続されている。なお、制御部20と被制御対象機器との電気的接続線の図示については、省略している。
RO膜モジュール5が生物汚染傾向の場合には、洗浄補助剤として、結合塩素、安定化塩素又は臭素などの殺菌剤や、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムなどのアルカリが使用される。
RO膜モジュール5がスケール汚染傾向の場合には、洗浄補助剤として、有機酸(例:シュウ酸,クエン酸)又は無機酸(例:塩酸,硫酸,硝酸)などの酸、キレート剤、スケール分散剤などが使用される。
RO膜モジュール5が有機物詰まりの場合には、洗浄補助剤として、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリや、界面活性剤などが使用される。
制御部20は、製造工程及び洗浄工程を実行するように、加圧側インバータ3(加圧ポンプ2)、透過水弁32、濃縮水循環弁33及び比例制御排水弁34を制御する。
まず、製造工程について説明する。製造工程は、水処理システム1において透過水W2を製造する工程である。制御部20は、製造工程として、透過水W2の水量制御を実行すると共に、透過水W2の回収率制御を実行する。
以下に、透過水W2の水量制御及び透過水W2の回収率制御について説明する。
制御部20は、透過水W2の水量制御として、例えば、流量フィードバック水量制御、圧力フィードバック水量制御、又は温度フィードフォワード水量制御のいずれかを選択して実行できる。各水量制御の概要は、次の通りである。
制御部20は、透過水W2の流量が予め設定された目標流量値となるように、第1流量センサFM1の検出流量値をフィードバック値として、加圧ポンプ2を駆動するための駆動周波数を演算する。そして、制御部20は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号(電流値信号又は電圧値信号)を加圧側インバータ3に出力する(以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう)。なお、本水量制御における駆動周波数の演算には、例えば、速度形デジタルPIDアルゴリズムを用いることができる。
制御部20は、透過水W2の流量が予め設定された目標流量値となるように、加圧ポンプ2の検出圧力値(第1圧力センサP1の検出圧力値)をフィードバック値として、加圧ポンプ2の駆動周波数を演算する。そして、制御部20は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号(電流値信号又は電圧値信号)を加圧側インバータ3に出力する(以下、「圧力フィードバック水量制御」ともいう)。なお、本水量制御における駆動周波数の演算には、例えば、速度形デジタルPIDアルゴリズムを用いることができる。
制御部20は、透過水W2の流量が予め設定された目標流量値となるように、水温センサTEの検出温度値をフィードフォワード値として、加圧ポンプ2の駆動周波数を演算する。そして、制御部20は、駆動周波数の演算値に対応する指令信号(電流値信号又は電圧値信号)を加圧側インバータ3に出力する(以下、「温度フィードフォワード水量制御」ともいう)。
透過水W2の回収率とは、RO膜モジュール5に供給される供給水W1の流量に対する透過水W2の流量の比率(透過水W2の流量/供給水W1の流量)である。
制御部20は、透過水W2の回収率制御として、例えば、温度フィードフォワード回収率制御、水質フィードフォワード、又は水質フィードバック回収率制御のいずれかを選択して実行できる。各回収率制御の概要は、次の通りである。
制御部20は、予め取得された供給水W1のシリカ濃度、及び水温センサTEの検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水W3におけるシリカの許容濃縮倍率を演算する。そして、制御部20は、許容濃縮倍率の演算値、及び透過水W2の目標流量値から排水流量を演算し、濃縮水W3の実際排水量(第2流量センサFM2の検出流量値)が排水流量の演算値(目標排水流量)となるように、比例制御排水弁34の弁開度を制御する(以下、「温度フィードフォワード回収率制御」ともいう)。
制御部20は、予め取得された炭酸カルシウムの溶解度、及び硬度センサの測定硬度値に基づいて、濃縮水W3における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算する。そして、制御部20は、許容濃縮倍率の演算値、及び透過水W2の目標流量値から排水流量を演算し、濃縮水W3の実際排水量(第2流量センサFM2の検出流量値)が排水流量の演算値(目標排水流量)となるように、比例制御排水弁34の弁開度を制御する(以下、「水質フィードフォワード回収率制御」ともいう)。
制御部20は、第2電気伝導率センサEC2の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率となるように、比例制御排水弁34の弁開度をダイレクトに制御する(以下、「水質フィードバック回収率制御」ともいう)。なお、本制御における弁開度の決定には、例えば、速度形デジタルPIDアルゴリズムを用いることができる。
透過水W2の水量制御及び回収率制御においては、「流量フィードバック水量制御」と「温度フィードフォワード回収率制御」とが組み合わされて実行されるパターンや、「圧力フィードバック水量制御」と「水質フィードフォワード回収率制御」とが組み合されて実行されるパターンや、「温度フィードフォワード水量制御」と「水質フィードバック回収率制御」とが組み合わされて実行されるパターンが例示される。なお、この組み合わせ以外を排除するものではない。
次に、洗浄工程について説明する。
洗浄工程は、RO膜モジュール5の洗浄を行う工程である。本実施形態においては、洗浄工程は、間欠的に実行される。洗浄工程は、例えば、1日に1回実行される。
制御部20は、図1に示すように、洗浄コース判定部21と、洗浄制御部22と、を有する。洗浄コース判定部21は、洗浄工程を実行する前に、洗浄コースを判定する工程である。洗浄制御部22は、判定工程により判定された洗浄コースに基づいて、洗浄工程を実行する。本実施形態においては、洗浄制御部22は、例えば、洗浄コース判定部21により判定された洗浄コースに基づいて、浸透圧調整工程及び洗浄補助剤処理工程を実行し、その後、第一フラッシング運転を行う第一フラッシング工程を実行し、その後、第二フラッシング運転を行う第二フラッシング工程を実行する。
洗浄コース判定部21は、RO膜モジュール5の透過流束及びモジュール間差圧に基づいて、RO膜モジュール5の洗浄コースを判定する。
透過流束[L/m2・h・MPa]=処理水瞬間流量/[{入口運転圧力−(装置差圧÷2)−出口背圧−浸透圧}×温度補正係数×膜面積] (1)
モジュール間差圧[MPa]=RO膜モジュール5の一次側入口ポート511の圧力−RO膜モジュール5の一次側出口ポート512の圧力 (2)
本実施形態においては、「RO膜モジュール5の一次側出口ポート512の圧力」は、第3圧力センサP3で測定された検出圧力値[MPa]により取得し、「RO膜モジュール5の一次側入口ポート511の圧力」は、第1圧力センサP1で測定された検出圧力値[MPa]により取得する。
洗浄コース判定部21は、例えば、図2に示すように、RO膜モジュール5の透過流束が低下し、かつ、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加した場合(第1汚染条件の場合)には、RO膜モジュール5について、「生物汚染傾向」であると判定し、又は、「生物汚染傾向及びスケール汚染傾向」であると判定する。
洗浄コース判定部21は、例えば、図2に示すように、RO膜モジュール5の透過流束が低下し、かつ、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加しない場合(第2汚染条件の場合)には、RO膜モジュール5について、「スケール汚染傾向」であると判定し、又は、「有機物詰まり」があると判定する。
洗浄コース判定部21は、例えば、図2に示すように、RO膜モジュール5の透過流束が低下せずに、かつ、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加した場合(第3汚染条件の場合)には、RO膜モジュール5について、「生物汚染傾向」であると判定する。
洗浄コース判定部21は、例えば、図2に示すように、RO膜モジュール5の透過流束が低下せずに、かつ、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加しない場合(第4汚染条件の場合)には、RO膜モジュール5について、「正常状態」であると判定する。
洗浄制御部22は、洗浄コース判定部21により判定された洗浄コースに基づいて、RO膜モジュール5の洗浄動作を実行させるように、浸透圧調整工程、洗浄補助剤を添加する洗浄補助剤処理工程、第一フラッシング工程、第二フラッシング工程を実行するように、薬剤添加装置4、加圧ポンプ2、透過水弁32及び比例制御排水弁34を制御する。洗浄制御部22は、浸透圧調整工程又は洗浄補助剤処理工程を実行する場合には、洗浄コース判定部21により判定された洗浄コースに基づいて、薬剤添加装置4(浸透圧調整部、洗浄補助剤添加部)を制御する。以下に、浸透圧調整工程、洗浄補助剤処理工程、第一フラッシング工程、第二フラッシング工程、について説明する。
浸透圧調整工程は、RO膜モジュール5の膜の二次側から一次側に向けて透過水W2の移動が生じるように、RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1の浸透圧を調整する工程である。なお、前述した通り、本実施形態においては、RO膜モジュール5の膜の一次側とは、RO膜モジュール5において逆浸透が生じる場合におけるRO膜モジュール5の上流側を意味し、RO膜モジュール5において正浸透が生じる場合には、RO膜モジュール5の下流側となる。また、RO膜モジュール5の膜の二次側とは、RO膜モジュール5において逆浸透が生じる場合におけるRO膜モジュール5の下流側を意味し、RO膜モジュール5において正浸透が生じる場合には、RO膜モジュール5の上流側となる。
浸透圧調整工程においては、RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1の浸透圧が、例えば、0.1MPa以上となるように調整される。RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1の浸透圧は、膜の二次側の透過水W2の浸透圧よりも、好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.2MPa〜0.5MPa高くするように調整されることが好ましい。RO膜モジュール5の膜の一次側と二次側の浸透圧の差を0.1MPa以上とすることにより、RO膜モジュール5の膜の二次側の透過水W2は、膜の一次側に確実に移動されることになる。なお、浸透圧調整工程により調整される浸透圧は、0.1MPa以上には限定されず、0.1MPa未満であっても、RO膜モジュール5の膜の二次側から一次側に透過水W2が移動される作用が生じればよい。また、浸透圧調整工程においては、浸透圧を調整する処理(薬剤の添加、回収率の調整)を実行後に、RO膜モジュール5の膜面に供給水W1を所定時間接触させることで、正浸透作用による洗浄が行われる。
RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1の濃度を上昇させることで、水の濃度が低いRO膜モジュール5の膜の二次側から、水の濃度が高いRO膜モジュール5の膜の一次側に向けて透過水W2が移動する正浸透作用を生じさせることができる。
洗浄補助剤処理工程は、RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1に、薬剤添加装置4により洗浄補助剤が添加される工程である。本実施形態においては、薬剤添加装置4は、加圧ポンプ2の上流側において、洗浄補助剤を添加する。洗浄補助剤としては、主に、RO膜モジュール5の膜面のファウリング(閉塞)の解消を促進させるファウリング解消促進剤として作用するものが使用される。洗浄補助剤処理工程においては、RO膜モジュール5の膜の一次側の供給水W1に洗浄補助剤が添加された後に、洗浄補助剤をRO膜モジュール5の膜面に所定時間接触させることで、RO膜モジュール5の膜面から付着物が剥がれやすくなる。
第一フラッシング工程は、水処理システム1の系内の水を入れ替える工程である。第一フラッシング工程においては、透過水弁32及び濃縮水循環弁33を閉状態とし、比例制御排水弁34を開状態とした状態で、加圧ポンプ2によりRO膜モジュール5に供給水W1を供給する。これにより、供給水ラインL1、濃縮水ラインL3及び排水ラインL5を流通する水を入れ替えることで、水処理システム1の系内の水を入れ替えることができる。なお、供給水W1の水圧が十分に高い場合には、加圧ポンプ2を停止して、供給水W1の水圧にて圧送することで、第一フラッシング工程を実行することもできる。
第二フラッシング工程は、第一フラッシング工程の実行後に、透過水弁32を閉状態に維持すると共に濃縮水循環弁33を開状態とし、比例制御排水弁34を開状態とした状態で、加圧ポンプ2によりRO膜モジュール5に供給水を供給することで、RO膜モジュール5の膜の一次側を洗浄する第二フラッシング運転を実行する工程である。第二フラッシング運転を実行することで、供給水W1によりRO膜モジュール5の膜の一次側を洗浄する。
次に、本実施形態に係る水処理システム1の動作について説明する。まず、水処理システム1における定常運転及び洗浄運転の全体の動作について説明する。図3は、本実施形態に係る水処理システム1の洗浄方法の全体のフローを示すフローチャートである。
ステップS13の処理の終了後、ステップS11に戻り、定常運転が実行される(リターン)。
次に、洗浄コース判定工程の動作について説明する。図4は、洗浄コース判定工程により汚染状態を判定する工程を示すフローチャートである。
図4に示すステップS21において、洗浄コース判定部21は、第1圧力センサP1により測定されたRO膜モジュール5の一次側入口ポート511の検出圧力値、第2圧力センサP2により測定されたRO膜モジュール5の膜の二次側の検出圧力値及び第1流量センサFM1により測定された透過水W2の検出流量値に基づいて、透過流束を演算する。洗浄コース判定部21は、透過流束の時間的変化を監視している。
RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加した場合(YES)(図2における第1汚染条件の場合)には、ステップS25において、洗浄コース判定部21は、RO膜モジュール5について、「生物汚染傾向」であると判定し、又は、「生物汚染傾向及びスケール汚染傾向」であると判定する。この場合には、「生物汚染傾向」又は「生物汚染傾向及びスケール汚染傾向」であるとされて、「正物汚染傾向洗浄コース」又は「スケール汚染傾向コース」の洗浄が実行される。これにより、処理は終了する。
また、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加しない場合(NO)(図2における第2汚染条件の場合)には、ステップS26において、洗浄コース判定部21は、RO膜モジュール5について、「スケール汚染傾向」であると判定し、又は、「有機物詰まり」があると判定する。この場合には、「スケール汚染傾向」又は「有機物詰まり」であるとされて、「スケール汚染傾向洗浄コース」又は「有機物詰まり洗浄コース」の洗浄が実行される。これにより、処理は終了する。
RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加した場合(YES)(図2における第3汚染条件の場合)には、ステップS28において、洗浄コース判定部21は、RO膜モジュール5について、「生物汚染傾向」であると判定する。この場合には、「生物汚染傾向」であるとされて、「正物汚染傾向洗浄コース」の洗浄が実行される。これにより、処理は終了する。
また、RO膜モジュール5のモジュール間差圧が増加しない場合(NO)(図2における第4汚染条件の場合)には、ステップS29において、洗浄コース判定部21は、RO膜モジュール5について、「正常状態」であると判定する。この場合には、「正常状態」であるとされて、「正常洗浄コース」の洗浄が実行される。これにより、処理は終了する。
次に、洗浄コース判定部21により判定された洗浄コースにおける洗浄制御動作について説明する。
本実施形態においては、「生物汚染傾向洗浄コース」、「スケール汚染傾向洗浄コース」、「有機物詰まり洗浄コース」及び「正常洗浄コース」において実行される洗浄制御動作について説明する。なお、本実施形態においては、洗浄コース判定部21により複合的に複数の汚染状態(ファウリング)が含まれていると判定された場合には、まず、一の汚染状態のみに対応する洗浄制御動作が実行される。その後、再度、洗浄コース判定部21により判定を行った場合に、他の汚染状態が含まれていると判定された場合に、他の汚染状態に対応する洗浄制御動作が実行される。なお、複合的な汚染状態(ファウリング)を含んでいる場合において、混合した薬剤を使用することで複合的なファウリングの解消を促進させる効果を得られる場合には、混合した薬剤を使用してもよい。
RO膜モジュール5について「生物汚染傾向」である場合に実行される「生物汚染傾向洗浄コース」の洗浄方法について説明する。図5は、生物汚染傾向洗浄コースにおける洗浄制御を示すフローチャートである。図6は、生物汚染傾向洗浄コースにおいて実行される洗浄制御において、RO膜モジュール5の膜5aに付着した付着物Dが剥離される様子を説明する図である。
また、濃縮水循環弁33を開状態としたため、RO膜モジュール5により分離された濃縮水W3は、濃縮水循環ラインL4を介してRO膜モジュール5の膜の一次側に返送される。
第二フラッシング工程における第二フラッシング運転は、所定時間(例えば、120秒,60秒)実行される。
そして、本フローチャートの処理は終了する。
RO膜モジュール5について「スケール汚染傾向」である場合に実行される「スケール汚染傾向洗浄コース」又は「有機物詰まり」である場合に実行される「有機物詰まり洗浄コース」の洗浄方法について説明する。図7は、スケール汚染傾向洗浄コース又は有機物詰まり洗浄コースにおける洗浄制御を示すフローチャートである。図8は、スケール汚染傾向洗浄コース又は有機物詰まり洗浄コースにおいて実行される洗浄制御において、RO膜モジュール5の膜5aに付着した付着物Eが剥離される様子を説明する図である。
「スケール汚染傾向洗浄コース」及び「有機物詰まり洗浄コース」においては、洗浄補助剤添加工程において添加する洗浄補助剤の種類が、洗浄コース判定部21により判定された洗浄コースにより異なる。
そして、本フローチャートの処理は終了する。
「正常洗浄コース」において実行される洗浄制御について説明する。
「正常洗浄コース」の洗浄制御動作においては、例えば、前述した「スケール汚染傾向洗浄コース」又は「有機物詰まり洗浄コース」の洗浄制御動作(図7のフローチャートに示す動作)において、洗浄補助剤添加工程を除いた洗浄制御動作が実行される。具体的には、例えば、「正常洗浄コース」においては、浸透圧調整工程、第一フラッシング工程、第二フラッシング工程が実行される。なお、「正常洗浄コース」において、前述した図7のフローチャートに示すスケール汚染傾向洗浄コース又は有機物詰まり洗浄コースの洗浄動作と同様に、浸透圧調整工程及び洗浄補助剤添加工程、第一フラッシング工程、第二フラッシング工程を実行してもよい。
本実施形態に係るRO膜モジュール5の洗浄方法は、供給水W1を透過水W2と濃縮水W3とに分離する逆浸透膜モジュール5を備える水処理システム1において、逆浸透膜モジュール5について生物汚染傾向である場合に行われる逆浸透膜モジュール5の洗浄方法であって、逆浸透膜モジュール5に洗浄補助剤を添加する洗浄補助剤添加工程と、洗浄補助剤添加工程の後に、逆浸透膜モジュール5の膜の二次側から一次側に向けて透過水W2の移動が生じるように、逆浸透膜モジュール5の浸透圧を調整する浸透圧調整工程と、を含む。
例えば、前記実施形態では、薬剤添加装置4が、加圧ポンプ2の上流側において、洗浄補助剤や浸透圧調整剤を添加するように構成したが、これに限定されない。例えば、薬剤添加装置4により、洗浄補助剤や浸透圧調整剤を、供給水ラインL1における加圧ポンプ2とRO膜モジュール5との間や、濃縮水循環ラインL4に添加するように構成してもよい。薬剤添加装置4により、洗浄補助剤や浸透圧調整剤を、濃縮水循環ラインL4に添加するように構成した場合には、濃縮水循環ラインL4に添加された洗浄補助剤や浸透圧調整剤が、濃縮水循環ラインL4を介して供給水ラインL1における加圧ポンプ2の上流側に供給されて、加圧ポンプ2を介して圧送されるため、薬剤の混合性を高めることができる。
5 RO膜モジュール(逆浸透膜モジュール)
W1 供給水
W2 透過水
W3 濃縮水
Claims (2)
- 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る水処理システムにおいて、前記逆浸透膜モジュールについて生物汚染傾向である場合に行われる逆浸透膜モジュールの洗浄方法であって、
前記逆浸透膜モジュールに洗浄補助剤を添加する洗浄補助剤添加工程と、
前記洗浄補助剤添加工程の後に、前記逆浸透膜モジュールの膜の二次側から一次側に向けて透過水の移動が生じるように、前記逆浸透膜モジュールの浸透圧を調整する浸透圧調整工程と、を含み、
前記洗浄補助剤添加工程は、濃縮水を一時的に貯留するタンクが設けられていない前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ライン及び前記濃縮水ラインを介して前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を前記逆浸透膜モジュールの上流側に循環させる濃縮水循環ラインのうちの1つ以上のラインに洗浄補助剤を直接添加する逆浸透膜モジュールの洗浄方法。 - 前記浸透圧調整工程の後に、水処理システムの系内の水を入れ替える第一フラッシング運転を実行する第一フラッシング工程と、
前記第一フラッシング工程の後に、前記逆浸透膜モジュールの膜の一次側を洗浄する第二フラッシング運転を実行する第二フラッシング工程と、を含む請求項1に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
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