JP7074169B2 - 膜濾過システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、多段に設置されたＲＯ装置を有する膜濾過システム及びその制御方法に係り、特に加圧ポンプによって水を膜濾過装置に供給する膜濾過システム及びその制御方法に関する。

純水製造装置などの水処理装置においては、特許文献１に記載されているように、原水を給水ポンプで保安フィルタに通水してＳＳ（懸濁物質）等を除去した後、加圧ポンプで昇圧し、ＲＯ（逆浸透）装置などの膜濾過装置に供給する。特許文献１では、ＲＯ処理水を電気脱イオン装置に通水して純水を製造している。

特許文献２の図５には、供給水を第１加圧ポンプで加圧して第１ＲＯ装置に供給し、その透過水を第２加圧ポンプで加圧して第２ＲＯ装置に供給して透過水を得る水処理システムが記載されている。特許文献２では、第１加圧ポンプは、第１ＲＯ装置の透過水流量が目標流量となるようにインバータ制御される。また、第２加圧ポンプは、第２ＲＯ装置の透過水流量が目標流量となるようにインバータ制御される。

特開２０２０－１２７９１０号公報 特開２０１３－６６８４０号公報

第１高圧ポンプ、第１ＲＯ装置、第２高圧ポンプ及び第２ＲＯ装置をこの順に配置した水処理システムを設計する場合、ある程度ＲＯ膜が閉塞することを見込んで高圧ポンプの揚程を高目に決定する。そのため、水処理システムの納入初期時や水温が高くなった時には、ポンプの揚程に余剰が生じ、処理水量が出過ぎてしまう。これを是正し処理水量を一定に制御するには、高圧ポンプ出口（ＲＯ入口）のバルブを日々手動で調整することが一般的であるが、電力低減を目的として処理水量が設定値通りとなる様にＲＯ高圧ポンプをインバータで制御する方法もある（特許文献２）。しかし、第２高圧ポンプの揚程調整にもインバータ制御を適用する場合、インバータ制御の目的を運転時の電力低減ではなく起動時電力低減としていた。この為、大型２段ＲＯ装置への電力低減目的でのインバータ制御適用については制限があった。

本発明は、処理水流量を目標流量に安定して維持することができる膜濾過システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は次の通りである。

［１］ 原水を原水ポンプによって保安フィルタに通水し、該保安フィルタを通過した原水を第１高圧ポンプによって第１ＲＯ装置に供給して第１濃縮水と第１透過水とに分離し、第１透過水を第２高圧ポンプによって第２ＲＯ装置に供給して第２濃縮水と第２透過水とに分離する膜濾過システムであって、第２透過水の流量検出手段と、該流量検出手段で検出された流量が目標流量となるように前記原水ポンプ、第１高圧ポンプ及び第２高圧ポンプをインバータ制御する制御器とを備えており、該制御器は、上流側のポンプの回転数が下流側のポンプの回転数以上となるように各ポンプを制御する膜濾過システム。

［２］ 原水を原水ポンプによって保安フィルタに通水し、該保安フィルタを通過した原水を第１高圧ポンプによって第１ＲＯ装置に供給して第１濃縮水と第１透過水とに分離し、第１透過水を第２高圧ポンプによって第２ＲＯ装置に供給して第２濃縮水と第２透過水とに分離する膜濾過システムの制御方法において、第２透過水の流量が目標流量となるように、かつ上流側のポンプの回転数が下流側のポンプの回転数以上となるように各ポンプをインバータ制御することを特徴とする膜濾過システムの制御方法。

［３］ 前記原水ポンプ及び第１高圧ポンプの制御周波数をそれぞれ制御範囲内の最大値（以下、ｍａｘという。）とし、第２高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程を有する［２］の膜濾過システムの制御方法。

［４］ 前記第２高圧ポンプの制御周波数が制御範囲内の最小値（以下、ｍｉｎという。）にまで低下しても第２透過水の流量が目標流量を上回るときに、第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第１高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、［２］又は［３］の膜濾過システムの制御方法。

［５］ 前記第１高圧ポンプの制御周波数がｍｉｎにまで低下しても第２透過水の流量が目標流量を上回るときに、第１及び第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、［２］～［４］のいずれかの膜濾過システムの制御方法。

［６］ 前記原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、前記第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、第１高圧ポンプの周波数を制御している状態において、第１高圧ポンプの制御周波数がｍａｘにまで増加しても第２透過水の流量が目標流量を下回るときに、原水ポンプ及び第１高圧ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第２高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、［２］～［５］のいずれかの膜濾過システムの制御方法。

［７］ 前記第１高圧ポンプ及び第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数を制御している状態において、原水ポンプの制御周波数がｍａｘにまで増加しても第２透過水の流量が目標流量を下回るときに、原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、第１高圧ポンプの制御周波数を前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、［２］～［６］のいずれかの膜濾過システムの制御方法。

本発明の膜濾過システム及びその制御方法によると、上流側ポンプの回転数が常に下流側ポンプの回転数以上となるように各高圧ポンプがインバータ制御されるので、処理水流量を安定して目標流量に維持することができる。

実施の形態を示す構成図である。 実施の形態を示すフローチャートである。 実施の形態を示すフローチャートである。 実施の形態を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態を示している。原水タンク１内の原水は、原水ポンプ２、配管３、保安フィルタ４、第１高圧ポンプ５、配管６を介して第１ＲＯ装置７に供給される。原水としては、工業用水、井戸水、上水或いは工場の工程排水などが例示されるが、これに限定されない。なお、これら原水は凝集処理、除濁処理或いは生物処理などの逆浸透膜処理で通常実施される前処理が適宜実施されている。

保安フィルタ４としては、砂濾過器、活性炭濾過器などの各種濾過器のほか、ストレーナ、ＭＦ装置、ＵＦ装置などが例示される。この実施の形態では、ＭＦ膜が用いられている。

第１ＲＯ装置７の濃縮水は排出ライン８を介して系外に排出される。第１ＲＯ装置７の透過水は、第２高圧ポンプ９及び配管１０を介して第２ＲＯ装置１１に送水される。第２ＲＯ装置１１の濃縮水は、配管１２を介して原水槽１に返送される。第２ＲＯ装置１１の透過水は、配管１３を介して処理水として取り出され、純水槽（図示略）へ送水される。

配管１３に処理水の流量を測定するための流量計１４が設置されている。流量計１４の検出信号は制御器１５に入力される。制御器１５は、流量計１４の検出流量に基づいて各ポンプ２，５，９の回転数をインバータ制御する。各ポンプ２，５，９には許容される最小回転数及び最大回転数がある。この最小回転数に対応する最小周波数を以下ｍｉｎ周波数といい、最大回転数に対応する最大周波数を以下ｍａｘ周波数ということがある。

制御器１５による制御方法の一例を、図２を参照して次に説明する。

膜濾過システムを設置した直後は、ＭＦ膜及びＲＯ膜のフラックスが多いので、まず原水ポンプ２及び第１高圧ポンプ５のインバータ制御周波数をｍａｘ周波数に固定し、第２高圧ポンプで第２ＲＯ装置１０の透過水量制御を行う（ステップＳ１，Ｓ２）。すなわち、流量計１４の検出流量が目標流量となるように、第２高圧ポンプ９の制御周波数を制御する。

ＭＦ膜やＲＯ膜のフラックスが非常に多いために第２高圧ポンプ９の制御周波数がｍｉｎ周波数に達したときには、ステップＳ２からステップＳ３に移り、原水ポンプの制御周波数はｍａｘのままとし、第２高圧ポンプ９の制御周波数をｍｉｎに設定し、第１高圧ポンプ５の周波数を制御する。すなわち、流量計１４の検出流量が目標流量となるように第１高圧ポンプ５の周波数を制御する（ステップＳ４）。

第１高圧ポンプ５の周波数をｍｉｎ周波数まで低下させても処理水量（流量計１４の検出流量）が余剰の場合、ステップＳ４からステップＳ５に進み、第１高圧ポンプ５及び第２高圧ポンプ９の制御周波数をそれぞれｍｉｎ周波数とし、原水ポンプ２の周波数を、流量計１４の検出流量（以下、処理水量又は検出流量ということがある。）が目標流量となるように制御する。

このように、処理水量（検出流量）が目標流量を上回るときには、まず最も下流側の第２高圧ポンプ９の回転数をｍｉｎまで低下させ、それでも処理水量が余剰のときは第２高圧ポンプ９の回転数をｍｉｎとしたまま第１高圧ポンプ５の制御周波数を、検出流量が目標流量となるように制御し、それでも処理水量が余剰のときには第１及び第２高圧ポンプ５，９の制御周波数をｍｉｎとしたまま、原水ポンプ２の制御周波数を、検出流量が目標流量となるように制御する。

逆に、原水ポンプ２又は第１高圧ポンプ５の制御周波数をｍａｘまで増大させても、検出流量が目標流量を下回るときには、当該ポンプの制御周波数をｍａｘとしたまま、一段だけ下流側（後段側）のポンプの周波数を、検出流量が目標流量となるように制御する。

例えばステップＳ５において原水ポンプ２の制御周波数がｍａｘにまで増加したときには、図３のように原水ポンプ２の制御周波数をｍａｘ、第２高圧ポンプ９の制御周波数をｍｉｎとし、第１高圧ポンプ５の制御周波数を、検出流量が目標流量となるように制御する（ステップＳ６→Ｓ３）。

また、ステップＳ３において第１高圧ポンプ５の制御周波数がｍａｘにまで増加したときには、図４のように、原水ポンプ２及び第１高圧ポンプ５の制御周波数をｍａｘとし、第２高圧ポンプ９の制御周波数を、検出流量が目標流量となるように制御する（ステップＳ７→Ｓ１）。

このように、この実施の形態では、常に、上流側ポンプの制御周波数が下流側のポンプの制御周波数以上となる様に各ポンプのインバータ制御を行う。これは、一般的に上流側の第１ＲＯ装置の方が下流側の第２ＲＯ装置よりも閉塞しやすく、より大きな膜透過差圧をかける必要があるからである。仮に前述の周波数制御の順を逆にして、第２高圧ポンプ９の揚程が余剰であるとき先に第１高圧ポンプ５の周波数を下げるように制御してしまうと、第２高圧ポンプ９の入口圧が規定圧よりも低下してしまい、第２高圧ポンプ９が停止し、その為処理水流量が極端に低下し、純水槽の水位レベル低下により純水供給ラインが非常停止する事態が起こり得る。

このリスクを無くし、安定して効率的に電力費低減を図るには、上記実施の形態の手順により各ポンプの周波数を制御する。

なお、本発明において、検出流量が不足することに応じて下流側ポンプの周波数を上げるように制御対象ポンプを切り替える場合、処理水量確保のために、この切り替えは即座に行うことが好ましい。逆に、処理水量余剰で上流側ポンプを周波数制御するように制御対象ポンプを切り替える場合には、処理水余剰が数日から１週間程度継続した後に行うのが好ましい。

これにより昼夜や季節の変わり目での水温変化が激しい場合でも、インバータ制御の切り替えをポンプ間で短時間で繰り返すことなく、円滑な制御を維持して目標処理水量を安定して得ることができる。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。例えば、図１では、原水槽１内の原水を原水ポンプ２によって保安フィルタに通水しているが、原水をまず原水ポンプによって保安フィルタに通水してから原水槽に導入し、原水槽内の水を第１高圧ポンプ５で第１ＲＯ装置７に供給するように構成してもよい。

１ 原水槽
２ 原水ポンプ
４ 保安フィルタ
５ 第１高圧ポンプ
７ 第１ＲＯ装置
９ 第２高圧ポンプ
１１ 第２ＲＯ装置
１４ 流量計
１５ 制御器

Claims (6)

1. 原水を原水ポンプによって保安フィルタに通水し、
   該保安フィルタを通過した原水を第１高圧ポンプによって第１ＲＯ装置に供給して第１濃縮水と第１透過水とに分離し、
   第１透過水を第２高圧ポンプによって第２ＲＯ装置に供給して第２濃縮水と第２透過水とに分離する膜濾過システムの制御方法において、
   第２透過水の流量が目標流量となるように、かつ常に上流側のポンプの制御周波数が下流側のポンプの制御周波数以上となるように各ポンプをインバータ制御する方法であって、
   前記原水ポンプ及び第１高圧ポンプの制御周波数をそれぞれ固定し、第２高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程を有することを特徴とする膜濾過システムの制御方法。
2. 前記工程では、前記原水ポンプ及び第１高圧ポンプの制御周波数をそれぞれ制御範囲内の最大値（以下、ｍａｘという。）とし、第２高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する請求項１の膜濾過システムの制御方法。
3. 前記第２高圧ポンプの制御周波数が制御範囲内の最小値（以下、ｍｉｎという。）にまで低下しても第２透過水の流量が目標流量を上回るときに、第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第１高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、請求項１又は２の膜濾過システムの制御方法。
4. 前記第１高圧ポンプの制御周波数がｍｉｎにまで低下しても第２透過水の流量が目標流量を上回るときに、第１及び第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、請求項１～３のいずれかの膜濾過システムの制御方法。
5. 前記原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、前記第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、第１高圧ポンプの周波数を制御している状態において、第１高圧ポンプの制御周波数がｍａｘにまで増加しても第２透過水の流量が目標流量を下回るときに、原水ポンプ及び第１高圧ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第２高圧ポンプの制御周波数を、前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、請求項１～４のいずれかの膜濾過システムの制御方法。
6. 前記第１高圧ポンプ及び第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、原水ポンプの制御周波数を制御している状態において、原水ポンプの制御周波数がｍａｘにまで増加しても第２透過水の流量が目標流量を下回るときに、原水ポンプの制御周波数をｍａｘとし、第２高圧ポンプの制御周波数をｍｉｎとし、第１高圧ポンプの制御周波数を前記第２透過水の流量が目標流量となるように制御する工程に移行する、請求項１～５のいずれかの膜濾過システムの制御方法。

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