JP7106395B2 - Membrane filtration device - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜またはナノろ過膜を有する膜ろ過装置に関する。 The present invention relates to membrane filtration devices having reverse osmosis membranes or nanofiltration membranes.
被処理水に含まれる不純物を除去する水処理装置として、逆浸透膜(RO膜)またはナノろ過膜(NF膜)を有する膜ろ過装置が知られている。この装置では、所定の供給圧力でRO膜またはNF膜に供給された被処理水(原水)が、RO膜またはNF膜により、透過水と濃縮水とに分離される。これにより、不純物が除去された処理水(透過水)が得られている。 Membrane filtration devices having reverse osmosis membranes (RO membranes) or nanofiltration membranes (NF membranes) are known as water treatment devices for removing impurities contained in water to be treated. In this apparatus, the water to be treated (raw water) supplied to the RO membrane or NF membrane at a predetermined supply pressure is separated into permeated water and concentrated water by the RO membrane or NF membrane. As a result, treated water (permeated water) from which impurities have been removed is obtained.
RO膜またはNF膜を有する膜ろ過装置では、多くの場合、水の有効利用(節水)の観点から、不純物を含む濃縮水の一部を濃縮排水として外部に排出し、残りを濃縮還流水としてRO膜またはNF膜の上流側に還流させる構成が採用されている。これにより、すべての濃縮水を濃縮排水として排出する場合に比べて、回収率(透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合)を向上させることができ、節水を実現することができる。これと同時に、膜ろ過装置では、水温の変化(すなわち、水の粘性の変化)による透過水の流量変化に対応するために、加圧ポンプの回転数を制御することでRO膜またはNF膜への原水の供給圧力を調整して、透過水の流量を一定に維持する流量制御も行われている。 In many cases, in a membrane filtration device having an RO membrane or an NF membrane, from the viewpoint of effective use of water (water saving), part of the concentrated water containing impurities is discharged to the outside as concentrated waste water, and the rest is discharged as concentrated reflux water. A configuration is adopted in which the gas is returned to the upstream side of the RO membrane or the NF membrane. As a result, the recovery rate (the ratio of the permeate flow rate to the sum of the permeate flow rate and the concentrated wastewater flow rate) can be improved compared to the case where all the concentrated water is discharged as concentrated waste water, resulting in water savings. can be realized. At the same time, in the membrane filtration device, in order to respond to changes in the flow rate of permeate due to changes in water temperature (i.e., changes in water viscosity), the rotation speed of the pressure pump is controlled to allow the RO or NF membrane to Flow rate control is also performed to maintain a constant flow rate of permeate by adjusting the supply pressure of the raw water.
透過水の流量制御では、透過水の流量が一定になるように原水の供給圧力を調整すると、それに応じて、RO膜またはNF膜で分離される濃縮水の流量も変化する。このような濃縮水の流量変化は、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりの発生や、圧力損失の増大による膜の破損につながるため、透過水の流量制御と同様に、濃縮水に対しても流量制御を行うことが求められている。しかしながら、上述した構成の膜ろ過装置では、透過水の流量制御に伴う濃縮水の流量変化に対し、濃縮還流水または濃縮排水の流量制御によって透過水の流量に対する濃縮水の割合を所定の割合に維持しようとすると、互いの流量制御が干渉してハンチングが発生する場合がある。 In permeate flow rate control, when the feed pressure of raw water is adjusted so that the flow rate of permeate water is constant, the flow rate of concentrated water separated by the RO membrane or NF membrane also changes accordingly. Such changes in the flow rate of the concentrate lead to clogging of the membrane due to fouling and scaling, and damage to the membrane due to increased pressure loss. Control is required. However, in the membrane filtration device with the above-described configuration, the flow rate of the concentrated water is controlled to a predetermined ratio to the flow rate of the permeated water by controlling the flow rate of the concentrated reflux water or the concentrated waste water. If you try to maintain it, the flow control may interfere with each other and hunting may occur.
そこで、特許文献1には、ハンチングを回避する方法として、濃縮水を流通させる濃縮水ラインに定流量弁を設けることで、濃縮水の流量を常に一定に保持する方法が提案されている。この方法によれば、透過水の流量制御が濃縮水の流量に影響を及ぼすことがなくなるため、濃縮水側でどのような流量制御を行ったとしても、それが透過水の流量制御と干渉することがなくなり、ハンチングを回避することができる。その上で、特許文献1には、濃縮排水の流量制御として、濃縮排水を外部へ排出する排水ラインに流量計と流量調整弁を設けることで、濃縮排水の流量を設定流量に調整することが記載されている。
Therefore,
しかしながら、特許文献1に記載された濃縮排水の流量制御では、膜ろ過装置に原水を供給する供給ライン内の圧力が低くなると、濃縮還流水を供給ラインに還流させる還流水ラインを通じて、排水ラインに設けられた流量調整弁の一次側の圧力が二次側の圧力よりも低くなり、排水ラインから濃縮水を外部に排出できなくなる可能性がある。なお、このような状況は、例えば、対象となる膜ろ過装置の他にも同じ原水供給源から原水の供給を受ける複数のユースポイントが存在し、それら複数のユースポイントにおいて同時に原水が使用される場合に起こり得る。
However, in the flow rate control of concentrated wastewater described in
これに対し、特許文献2には、還流水ラインに圧力調整弁を設けることで、排水ラインに設けられた流量調整弁の一次側の圧力を所定の圧力(二次側の圧力よりも高い圧力)に調整する方法が提案されている。この方法によれば、上述のような状況下で、供給ラインを流れる原水の圧力が低くなっても、排水ラインから濃縮水を外部に排出できなくなる状況を回避することができる。
On the other hand, in
しかしながら、特許文献2に記載された方法では、透過水の流量制御と濃縮水(濃縮排水)の流量制御に加えて、濃縮水の圧力制御も行われるため、より多くの計測機器が必要になるなど、装置構成が複雑になってしまう。それだけでなく、より複雑な制御も要求されるため、結果的にハンチングの発生を抑制できない可能性がある。
However, in the method described in
そこで、本発明の目的は、被処理水の圧力変動が発生しても、より簡単な構成で安定した流量制御を実現する膜ろ過装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a membrane filtration apparatus that achieves stable flow rate control with a simpler configuration even if the pressure of the water to be treated fluctuates.
上述した目的を達成するために、本発明の一態様による膜ろ過装置は、被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有するろ過手段と、ろ過手段に接続され、ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、ろ過手段に接続され、ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、ろ過手段に接続され、ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、濃縮水ラインから分岐し、濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、濃縮水ラインから分岐して供給ラインに接続され、濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを供給ラインに還流させる還流水ラインと、透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第1の流量制御手段と、濃縮水ラインに設けられ、濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第2の流量制御手段であって、還流水ラインに設けられた流量調整弁と、排水ラインに設けられ、排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する流量検出手段と、流量検出手段により検出された濃縮水の流量に基づいて、流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第2の流量制御手段と、排水ラインに設けられ、排水ラインを流れる濃縮水の圧力を調整する手動弁と、を有している。 In order to achieve the above object, a membrane filtration device according to one aspect of the present invention includes filtration means having a reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane that separates water to be treated into permeated water and concentrated water, and is connected to the filtration means. A supply line for supplying water to be treated to the filtering means, a permeated water line connected to the filtering means for circulating permeated water from the filtering means, and a permeated water line connected to the filtering means for circulating concentrated water from the filtering means A concentrated water line, a drain line that branches from the concentrated water line and discharges part of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the outside, and a concentrated water line that branches from the concentrated water line and is connected to the supply line and flows through the concentrated water line. A reflux water line for returning the remaining water to the supply line, a first flow rate control means for adjusting the flow rate of the permeated water flowing through the permeated water line to a set flow rate, and a concentrated water line provided in the concentrated water line to concentrate the concentrated water flowing through the concentrated water line. a constant flow rate valve for keeping the flow rate of water constant; a second flow control means for adjusting the flow rate of the concentrated water flowing through the drainage line to a set flow rate; A flow rate detection means provided in the line for detecting the flow rate of the concentrated water flowing through the drainage line , and a control section for adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve based on the flow rate of the concentrated water detected by the flow rate detection means. and a manual valve provided in the drain line for adjusting the pressure of the concentrated water flowing through the drain line .
また、本発明の他の態様による膜ろ過装置は、直列に接続された複数のろ過手段であって、それぞれが被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有する複数のろ過手段と、複数のろ過手段のうち最も上流側のろ過手段に接続され、最も上流側のろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、複数のろ過手段のうち最も下流側のろ過手段に接続され、最も下流側のろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、最も上流側のろ過手段に接続され、最も上流側のろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、濃縮水ラインから分岐し、濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、濃縮水ラインから分岐して供給ラインに接続され、濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを供給ラインに還流させる還流水ラインと、透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第1の流量制御手段と、濃縮水ラインに設けられ、濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第2の流量制御手段であって、還流水ラインに設けられた流量調整弁と、排水ラインに設けられ、排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する流量検出手段と、流量検出手段により検出された濃縮水の流量に基づいて、流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第2の流量制御手段と、排水ラインに設けられ、排水ラインを流れる濃縮水の圧力を調整する手動弁と、を有している。 In addition, a membrane filtration device according to another aspect of the present invention is a plurality of filtration means connected in series, each of which comprises a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane for separating the water to be treated into permeated water and concentrated water. a plurality of filtering means, a supply line connected to the most upstream filtering means among the plurality of filtering means and supplying the water to be treated to the most upstream filtering means, and the most downstream of the plurality of filtering means A permeated water line that is connected to the filtering means and circulates the permeated water from the most downstream filtering means, and a concentrated water line that is connected to the most upstream filtering means and circulates the concentrated water from the most upstream filtering means. , a drain line that branches off from the concentrated water line and discharges part of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the outside, and a drain line that branches off from the concentrated water line and is connected to the supply line, and the rest of the concentrated water flowing through the concentrated water line. to the supply line, a first flow control means for adjusting the flow rate of the permeated water flowing through the permeated water line to a set flow rate, and the concentrated water flow rate provided in the concentrated water line and flowing through the concentrated water line. and a second flow rate control means for adjusting the flow rate of the concentrated water flowing through the drainage line to a set flow rate, the flow rate adjustment valve provided in the reflux water line and the flow rate adjustment valve provided in the drainage line. a flow rate detection means for detecting the flow rate of concentrated water flowing through the drainage line ; and a control section for adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve based on the flow rate of the concentrated water detected by the flow rate detection means. and a manual valve provided in the drain line for adjusting the pressure of the concentrated water flowing through the drain line .
このような膜ろ過装置によれば、排水ラインを流れる濃縮水(濃縮排水)の流量調整のために還流水ラインに設けられた流量調整弁が、排水ラインおよび還流水ラインを流れる濃縮水の圧力バランスを調整する圧力調整弁としても機能することになる。そのため、例えば、供給ラインを流れる被処理水の圧力低下によって上述の圧力バランスにずれが生じた場合にも、特別な圧力調整機構を別途設けることなく、そのずれを補償して濃縮排水の流量を設定流量に調整することができる。 According to such a membrane filtration device, the flow rate control valve provided in the reflux line for adjusting the flow rate of the concentrated water (concentrated wastewater) flowing through the drainage line adjusts the pressure of the concentrated water flowing through the drainage line and the reflux water line. It also functions as a pressure regulating valve that adjusts the balance. Therefore, for example, even if a deviation occurs in the above-mentioned pressure balance due to a pressure drop of the water to be treated flowing through the supply line, the deviation is compensated for and the flow rate of the concentrated wastewater is increased without separately providing a special pressure adjustment mechanism. Can be adjusted to the set flow rate.
以上、本発明によれば、被処理水の圧力変動が発生しても、より簡単な構成で安定した流量制御を実現する膜ろ過装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a membrane filtration device that realizes stable flow rate control with a simpler configuration even if the pressure of the water to be treated fluctuates.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a membrane filtration device according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態の膜ろ過装置10は、原水(被処理水)に含まれる不純物を除去して処理水を生成する装置であって、原水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離するろ過手段11を有している。ろ過手段11は、逆浸透膜(RO膜)またはナノろ過膜(NF膜)を有している。
The
また、膜ろ過装置10は、ろ過手段11にそれぞれ接続された複数のライン、すなわち、ろ過手段11に原水を供給する供給ライン1と、ろ過手段11からの透過水を流通させる透過水ライン2と、ろ過手段11からの濃縮水を流通させる濃縮水ライン3とを有している。加えて、膜ろ過装置10は、濃縮水ライン3から分岐した2つのライン、すなわち、濃縮水ライン3を流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ライン4と、濃縮水の残りを供給ライン1に還流させる還流水ライン5とを有している。還流水ライン5は、濃縮水ライン3から分岐した後、後述する加圧ポンプ21の上流側で供給ライン1に接続されている。なお、還流水ライン5は、供給ライン1に直接接続される代わりに、供給ライン1に設けられた原水タンク(図示せず)に接続されていてもよい。
In addition, the
さらに、膜ろ過装置10は、透過水ライン2を流れる透過水の流量を設定流量に調整する透過水流量制御機構(第1の流量制御手段)20を有している。
Furthermore, the
透過水流量制御機構20は、供給ライン1に設けられ、供給ライン1を流れる原水の圧力(ろ過手段11への原水の供給圧力)を調整する加圧ポンプ(圧力調整手段)21と、透過水ライン2に設けられ、透過水ライン2を流れる透過水の流量を検出する透過水流量計(流量検出手段)22と、透過水流量計22により検出された透過水の流量に基づいて、加圧ポンプ21を制御する透過水流量制御部23とを有している。
The permeate flow
透過水流量制御部23は、加圧ポンプ21の回転数を制御するインバータ(図示せず)を含み、透過水流量計22で検出された透過水の流量が一定になるように、加圧ポンプ21の回転数を制御するものである。例えば、水温が変化すると、水の粘性が変化することで、RO膜またはNF膜で分離される透過水の流量も変化する。この変化に応じて、透過水流量制御部23は、加圧ポンプ21の回転数を制御するようになっている。すなわち、水温が低くなると、水の粘性は高くなり、その結果、RO膜またはNF膜で分離される透過水の流量は減少する。そのため、透過水流量制御部23は、この減少分を補うように、加圧ポンプ21の回転数を上げることで、原水の供給圧力を増加させる。また、水温が高くなると、水の粘性は低くなり、その結果、RO膜またはNF膜で分離される透過水の流量は増加する。そのため、透過水流量制御部23は、この増加分を打ち消すように、加圧ポンプ21の回転数を下げることで、原水の供給圧力を低下させる。
The permeate flow
このように、本実施形態では、加圧ポンプ21の回転数、すなわち原水の供給圧力を調整することで、透過水の流量は一定(予め設定された目標流量)に維持されるが、その原水の供給圧力の変化に応じて、RO膜またはNF膜で分離される濃縮水の流量も変化することになる。このような濃縮水の流量変化そのものを抑制するために、濃縮水ライン3には、濃縮水ライン3を流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁12が設けられている。これにより、透過水流量制御部23により加圧ポンプ21の回転数が変化して、ろ過手段11への原水の供給圧力が変化した場合にも、濃縮水の流量を一定に保持することができる。
Thus, in the present embodiment, the flow rate of the permeated water is maintained constant (preset target flow rate) by adjusting the rotation speed of the pressurizing
ここで、定流量弁12の規定流量は、一方では、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりが発生しない程度であればよく、他方では、圧力損失の増大によって膜を破損させない程度であればよい。ただし、定流量弁12の規定流量を必要以上に大きくすることは、加圧ポンプ21に要求される流量が必要以上に大きくなり、結果的に加圧ポンプ21のサイズが大きくなるため、エネルギー消費の点で好ましくない。そのため、定流量弁12の規定流量は、ろ過手段11の透過流束とろ過手段11に要求される濃縮水の最低流量も考慮して設定され、例えば、ろ過手段11として直径が約20.32cm(8インチ)のRO膜を用いる場合、1~15m3/hの範囲である。なお、ろ過手段11に要求される濃縮水の最低流量とは、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりが発生しないための濃縮水ライン3に流すべき濃縮水の最低流量を意味する。
Here, the specified flow rate of the
ところで、定流量弁12には、定流量弁12を正常に作動させるための作動差圧範囲(定流量弁の一次側と二次側の圧力差の許容範囲)が規定されている。そのため、例えば、ろ過手段11として中高圧用のRO膜を使用する場合や、水温が極端に低下した場合など、条件によっては、原水の供給圧力が著しく上昇して濃縮水の圧力が上昇し、定流量弁12の一次側と二次側の圧力差が作動差圧範囲を超えてしまうことがある。その場合、濃縮水ライン3を流れる濃縮水の流量が一定に保持されないおそれがある。
By the way, the
そこで、定流量弁12の上流側の濃縮水ライン3に、濃縮水ライン3を流れる濃縮水の圧力を減圧する(すなわち、二次側の圧力を一次側の圧力よりも低くすることができる)減圧弁が設けられていてもよい。これにより、ろ過手段11への原水の供給圧力が著しく上昇する場合であっても、定流量弁12の一次側と二次側の圧力差を作動差圧範囲内に収めて定流量弁12を正常に作動させることができ、濃縮水ライン3を流れる濃縮水の流量を一定に保持することができる。また、減圧弁を設けることで、それよりも下流側の周辺部材(配管など)にそれほどの耐圧性能が要求されなくなる。そのため、減圧弁の設置は、安全面で有利であるだけでなく、耐圧性能がそれほど高くない安価な汎用品が利用可能になることで、コスト面でも有利である。なお、減圧弁の種類は、濃縮水の圧力を定流量弁12の作動差圧範囲内に減圧することができるものであれば特に限定されるものではないが、定流量弁12の規定流量以上の流量が流れるものや、二次側の圧力が排水ライン4や還流水ライン5の通水差圧よりも大きくなるものを選定する必要がある。
Therefore, the pressure of the concentrated water flowing through the
上述したように、定流量弁12の設置により、透過水の流量制御が濃縮水の流量に影響を及ぼすことがなくなり、その結果、排水ライン4または還流水ライン5を流れる濃縮水の流量制御が容易に実行可能になる。そこで、本実施形態の膜ろ過装置10は、排水ライン4を流れる濃縮水(以下、「濃縮排水」という)の流量を設定流量に調整する排水流量制御機構(第2の流量制御手段)30を有している。この排水流量制御機構30による濃縮排水の流量制御は、透過水流量制御機構20による透過水の流量制御とは独立して行われる。
As described above, the installation of the
排水流量制御機構30は、還流水ライン5に設けられた流量調整弁31と、排水ライン4に設けられ濃縮排水の流量を検出する排水流量計32と、排水流量計32により検出された濃縮排水の流量に基づいて、流量調整弁31の開度を調整する排水流量制御部33とを有している。
The wastewater flow
排水流量制御部33は、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合である回収率を考慮して濃縮排水の設定流量を決定し、排水流量計32による検出値がその設定流量となるように、流量調整弁31の開度を調整するようになっている。このときの回収率は、水の有効利用(節水)の観点から、できるだけ高いことが好ましい。すなわち、濃縮排水の流量はできるだけ少ないことが好ましい。しかしながら、定流量弁12により濃縮水の流量が一定に保持されているため、濃縮排水の流量が少なくなると、当然のことながら、還流水ライン5から供給ライン1に還流する濃縮水の流量が増加する。それにより、原水の不純物濃度が高まると、ろ過手段11のRO膜またはNF膜の膜面に不純物(特に、シリカまたはカルシウム)が析出するスケーリングが起こりやすくなってしまう。したがって、濃縮排水の流量は、濃縮水の不純物濃度が溶解度以上の濃度にならない範囲で回収率が最大になるように、すなわち、不純物であるシリカまたはカルシウムが析出しない範囲で回収率が最大になるように設定される。
The wastewater flow
ただし、不純物の溶解度は、水温に応じて変化する。例えば、シリカの場合、その溶解度は温度に比例して増加し、カルシウム(炭酸カルシウム)の場合、温度が上昇するにつれてその溶解度は減少する。そのため、水温が低い場合には、シリカの溶解度が相対的に低く、シリカが析出しやすい(シリカスケールが発生しやすい)が、水温が高くなると、カルシウムの溶解度が相対的に低くなるため、カルシウムが析出しやすく(カルシウムスケールが発生しやすく)なる。そこで、本実施形態では、図示していないが、原水と透過水と濃縮水とのいずれかの水温を検出する温度センサ(水温検出手段)が設けられており、この温度センサで検出された水温に基づいて、濃縮排水の最適な設定流量が算出される。 However, the solubility of impurities varies depending on the water temperature. For example, for silica, its solubility increases proportionally with temperature, and for calcium (calcium carbonate), its solubility decreases with increasing temperature. Therefore, when the water temperature is low, the solubility of silica is relatively low, and silica tends to precipitate (silica scale is likely to occur). is likely to precipitate (calcium scale is likely to occur). Therefore, in this embodiment, although not shown, a temperature sensor (water temperature detection means) is provided for detecting the water temperature of any one of the raw water, the permeated water, and the concentrated water. Based on, the optimum set flow rate of the concentrated waste water is calculated.
具体的には、まず、検出された水温でシリカが析出する理論上の回収率(以下、「シリカの析出回収率」という)と、検出された水温でカルシウム(炭酸カルシウム)が析出する理論上の回収率(以下「カルシウムの析出回収率」という)が算出される。なお、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率のそれぞれの算出方法については後述する。次に、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率とが比較され、目標回収率として、より小さい方の析出回収率が設定される。そして、この目標回収率と、透過水流量計22による透過水の検出流量とに基づいて、以下の式(1)により、濃縮排水の目標流量が算出されて設定される。
(濃縮排水の目標流量)=
(透過水の検出流量/目標回収率)-(透過水の検出流量) (1)
Specifically, first, the theoretical recovery rate at which silica precipitates at the detected water temperature (hereinafter referred to as "silica precipitation recovery rate") and the theoretical recovery rate at which calcium (calcium carbonate) precipitates at the detected water temperature The recovery rate of (hereinafter referred to as "calcium deposition recovery rate") is calculated. Methods for calculating the silica precipitation recovery rate and the calcium precipitation recovery rate will be described later. Next, the silica deposition recovery rate and the calcium deposition recovery rate are compared, and the smaller deposition recovery rate is set as the target recovery rate. Then, based on this target recovery rate and the flow rate of permeated water detected by the permeated
(Target flow rate of concentrated wastewater) =
(Detected flow rate of permeated water/Target recovery rate) - (Detected flow rate of permeated water) (1)
スケーリングの発生を確実に抑制するという観点からは、上記式(1)で算出された目標流量を上回る流量を濃縮排水の設定流量として設定することもできるが、節水の観点からは、算出された目標流量を濃縮排水の設定流量として設定することが好ましい。なお、回収率(目標回収率)として、通常は、パーセントで表した値が用いられるが、上記式(1)では、小数で表した値が用いられることは言うまでもない。 From the viewpoint of reliably suppressing the occurrence of scaling, a flow rate exceeding the target flow rate calculated by the above formula (1) can be set as the set flow rate of the concentrated wastewater. It is preferable to set the target flow rate as the set flow rate of the concentrated waste water. As the recovery rate (target recovery rate), a value expressed in percent is usually used, but in the above formula (1), it goes without saying that a value expressed in decimals is used.
ここで、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率の算出方法についてそれぞれ説明する。 Here, the methods for calculating the silica deposition recovery rate and the calcium deposition recovery rate will be described respectively.
[シリカの析出回収率の算出方法]
シリカの析出回収率YSは、検出された水温でのシリカの溶解度(mg/L)をCSとし、予め測定された原水のシリカ濃度(mg/L)をFSとしたとき、以下の式(2)から算出される。
YS=(CS-FS)/CS (2)
[Method for calculating precipitation recovery rate of silica]
The silica precipitation recovery rate Y S is expressed as follows, where CS is the solubility of silica (mg/ L ) at the detected water temperature and FS is the silica concentration (mg/ L ) of the raw water measured in advance. It is calculated from the formula (2).
Y S =(C S −F S )/C S (2)
なお、シリカの溶解度の算出方法としては、ASTM(American Society for Testing and Materials)D4993-89などに規定された方法を用いることができる。 As a method for calculating the solubility of silica, a method specified in ASTM (American Society for Testing and Materials) D4993-89 or the like can be used.
[カルシウムの析出回収率の算出方法]
カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数を算出する方法を利用して算出される。ここで、ランゲリア指数(飽和指数)とは、カルシウム(炭酸カルシウム)の析出の可能性を示す指標であり、水の実際のpHと、理論pH(pHs:水中の炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときのpH)との差(pH-pHs)を意味する。すなわち、ランゲリア指数が正の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しやすくなり、負の値では炭酸カルシウムは析出されない。そのため、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの回収率として算出される。なお、より安全側の値として設定するために、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数が負の値になるときの回収率であってもよい。
[Method for calculating precipitation recovery rate of calcium]
The precipitation recovery rate of calcium is calculated using a method for calculating the Langerier index of concentrated water. Here, the Langerier index (saturation index) is an index indicating the possibility of precipitation of calcium (calcium carbonate), and the actual pH of water and the theoretical pH (pHs: calcium carbonate in water neither dissolves nor precipitates It means the difference (pH - pHs) from the pH at equilibrium. That is, the larger the absolute value of the positive value of the Langerier index, the easier it is for calcium carbonate to precipitate, while the negative value does not precipitate calcium carbonate. Therefore, the precipitation recovery rate of calcium is calculated as the recovery rate when the Langelier index of the concentrated water becomes zero. In order to set a safer value, the recovery rate of calcium precipitation may be the recovery rate when the Langelier index of the concentrated water becomes a negative value.
濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のpHと、濃縮水の不純物濃度(カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度)と、検出された水温とから算出される。ランゲリア指数の算出方法としては、例えば、特開平11-267687号公報(段落[0025]~[0027])などに記載された方法を用いることができる。また、濃縮水の不純物濃度(カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度)は、予め測定された原水の不純物濃度(カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度)と、回収率とから算出される。したがって、カルシウムの析出回収率YCは、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの濃縮水の不純物濃度(mg/L)をCCとし、予め測定された原水の不純物濃度(mg/L)をFCとしたとき、以下の式(3)の関係で表されることになる。
YC=(CC-FC)/CC (3)
The Langerier index of the concentrate is calculated from the pH of the concentrate, the concentration of impurities in the concentrate (calcium concentration, total alkalinity, and evaporation residue concentration), and the detected water temperature. As a method for calculating the Langelier index, for example, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-267687 (paragraphs [0025] to [0027]) can be used. In addition, the concentration of impurities in the concentrated water (calcium concentration, total alkalinity, and concentration of evaporation residue) is calculated from the previously measured impurity concentration of raw water (calcium concentration, total alkalinity, and concentration of evaporation residue) and the recovery rate. calculated from Therefore, the calcium deposition recovery rate Y C is the impurity concentration (mg / L) of the concentrated water when the Langerier index of the concentrated water becomes zero, and the impurity concentration (mg / L ) of the raw water measured in advance. is represented by the relationship of the following formula (3).
Y C =(C C -F C )/C C (3)
なお、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合である回収率は、透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する濃縮水の流量の割合である許容濃縮倍率で表すことができる。すなわち、回収率Yは、許容濃縮倍率をNとしたとき、以下の式(4)で表すことができる。
Y=(N-1)/N (4)
The recovery rate, which is the ratio of the permeate flow rate to the sum of the permeate flow rate and the concentrated wastewater flow rate, is the ratio of the concentrated water flow rate to the sum of the permeate flow rate and the concentrated wastewater flow rate. It can be expressed as a magnification. That is, the recovery rate Y can be expressed by the following formula (4), where N is the allowable concentration factor.
Y=(N−1)/N (4)
したがって、上記式(1)~(3)は、上記式(4)を用いて、それぞれ以下のように表すことができる。
(濃縮排水の目標流量)=(透過水の検出流量)/(許容濃縮倍率-1) (1’)
NS=CS/FS (2’)
NC=CC/FC (3’)
ここで、NSは、カルシウムの析出回収率に対応する許容濃縮倍率であり、NCは、シリカの析出回収率に対応する許容濃縮倍率である。
Therefore, the above formulas (1) to (3) can be expressed as follows using the above formula (4).
(Target flow rate of concentrated wastewater) = (Detected flow rate of permeated water) / (Allowable concentration ratio - 1) (1')
N S =C S /F S (2′)
N C =C C /F C (3′)
Here, N S is the permissible concentration ratio corresponding to the precipitation recovery rate of calcium, and N C is the permissible concentration ratio corresponding to the precipitation recovery rate of silica.
シリカおよびカルシウムの析出回収率の算出方法や濃縮排水の設定流量の算出方法は、例えば加圧ポンプの容量や原水の流量などの装置設計上の制約によって、予め回収率や流量に制約がある場合には、上述した限りではない。また、濃縮排水の設定流量の算出には、予め設定された透過水の目標流量を用いることもできるが、この方法は、透過水の目標流量と実際の流量が一致していない場合に、実際の回収率が目標回収率からずれる可能性があるため好ましくない。すなわち、透過水の実際の流量が目標流量よりも大きい場合には、実際の回収率が目標回収率を上回ることでスケーリングが発生したり、透過水の実際の流量が目標流量よりも小さい場合には、実際の回収率が目標回収率を下回ることで節水を図ることができなくなったりする。 The method for calculating the precipitation recovery rate of silica and calcium and the method for calculating the set flow rate of concentrated wastewater may be used when there are restrictions on the recovery rate and flow rate in advance due to restrictions on device design such as the capacity of the pressurizing pump and the flow rate of raw water. is not limited to the above. In addition, a preset target flow rate of permeate can be used to calculate the set flow rate of concentrated wastewater. This is not preferable because the recovery rate of the product may deviate from the target recovery rate. That is, if the actual permeate flow rate is greater than the target flow rate, scaling occurs due to the actual recovery exceeding the target recovery rate, or if the actual permeate flow rate is less than the target flow rate. If the actual recovery rate falls below the target recovery rate, it becomes impossible to save water.
したがって、濃縮排水の設定流量の算出には、上述したように、透過水流量計12による透過水の検出流量を用いることが好ましい。これにより、透過水の流量制御が適切に実施されない事態が発生しても、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。なお、実際の算出には、透過水の検出流量のばらつきなどによる影響を最小限に抑えるために、所定検出時間や所定検出回数における平均流量を用いることが好ましい。
Therefore, as described above, it is preferable to use the detected flow rate of the permeated water by the permeated
ただし、装置起動時や運転再開時など、透過水の流量が安定せず、検出流量のばらつきが非常に大きい場合には、透過水の流量が安定するまでの一定期間、予め設定された透過水の目標流量を用いて、濃縮排水の設定流量を算出するようになっていてもよい。また、透過水の目標流量と実際の流量との差に応じて、濃縮排水の設定流量の算出に用いる透過水の流量を切り替えるようになっていてもよい。すなわち、その差が所定範囲内にある場合には、目標流量を用いて算出し、その差が所定範囲を外れた場合には、実際の流量を用いて算出するようになっていてもよい。 However, if the flow rate of the permeate is not stable and the variation in the detected flow rate is very large, such as when starting up the device or restarting operation, the permeate Using the target flow rate of, the set flow rate of the concentrated waste water may be calculated. Further, the flow rate of the permeated water used for calculating the set flow rate of the concentrated waste water may be switched according to the difference between the target flow rate and the actual flow rate of the permeated water. That is, if the difference is within a predetermined range, the target flow rate may be used for calculation, and if the difference is outside the predetermined range, the actual flow rate may be used for calculation.
上述のように回収率制御を行う場合、流量調整弁31としては、電動比例制御弁を用いることが好ましい。これにより、電動比例制御弁の分解能に応じて開度調整を細かく行うことができ、電磁弁の組み合わせなどによる段階式での開度調整に比べて、回収率を滑らかに調整することができる。例えば、50~70%の範囲の回収率を5段階(50%、55%、60%、65%、70%)にしか制御できない段階式では、目標回収率が64%に設定された場合、回収率を60%にしか調整することができず、無駄な濃縮排水が発生してしまう。したがって、流量調整弁31として電動比例制御弁を用いることは、このような濃縮排水の無駄も削減することができるため、節水の観点からも有利である。
When performing recovery rate control as described above, it is preferable to use an electric proportional control valve as the
ただし、流量調整弁31として電動比例制御弁を用いる場合には、その開閉速度と、排水流量制御部33による濃縮排水の設定流量の算出速度(演算速度)との関係に注意が必要である。例えば、2つの速度が大きく異なっている場合、電動比例制御弁の開閉が完了して濃縮排水の流量が安定する前に濃縮排水の設定流量が変更されると、ハンチングが発生する可能性がある。また、透過水流量計22による透過水の検出流量に基づいて濃縮排水の設定流量が決定されるため、濃縮排水の流量制御は、加圧ポンプ21の回転数を制御するインバータの応答速度にも影響を受ける可能性がある。したがって、排水流量制御部33による濃縮排水の設定流量の演算速度を決定する際には、電動比例制御弁の開閉速度とインバータの応答速度とを考慮することが好ましい。すなわち、電動比例制御弁の開閉速度が遅い場合は、インバータの応答速度を遅くし、電動比例制御弁の開閉速度が速い場合は、インバータの応答速度を速くすることが好ましい。なお、本実施形態では、上述したように、定流量弁12の設置により透過水の流量制御と濃縮水の流量制御とが独立して行われるため、互いの流量制御が干渉することを抑制することができる。その結果、上述のようなハンチングの発生を極力抑制することができ、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。この点からも、濃縮水ライン3に定流量弁12が設けられていることが好ましい。
However, when an electric proportional control valve is used as the
なお、本実施形態では、回収率の目標値をより高く設定して、さらなる節水を実現するために、上述の析出回収率をより高くすることを目的として、スケール防止剤を原水に添加するようになっていてもよい。この場合、定流量弁12の規定流量を小さくすることができ、結果として、より小さい容量の加圧ポンプ21を用いることで省エネルギー化を実現することもできる。スケール防止剤の添加は、薬注ポンプによって行うことができる。
In the present embodiment, a scale inhibitor is added to the raw water for the purpose of increasing the above-mentioned deposition recovery rate in order to set the target value of the recovery rate higher and achieve further water saving. can be In this case, the specified flow rate of the constant
スケール防止剤は、シリカやカルシウムなどのスケール成分の析出を抑制可能な物質であれば、特定のものに限定されるものではない。その種類としては、例えば、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、2-ホスホノブタン-1,2,4-トリカルボン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ニトリロトリメチルホスホン酸などのホスホン酸とその塩類などのホスホン酸系化合物;正リン酸塩、重合リン酸塩などのリン酸系化合物;ポリマレイン酸、マレイン酸共重合物などのマレイン酸系化合物;アクリル酸系ポリマーなどが挙げられ、アクリル酸系ポリマーとしては、ポリ(メタ)アクリル酸、マレイン酸/(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸/スルホン酸、(メタ)アクリル酸/ノニオン基含有モノマーなどのコポリマーや、(メタ)アクリル酸/スルホン酸/ノニオン基含有モノマー、(メタ)アクリル酸/アクリルアミド-アルキルスルホン酸/置換(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸/アクリルアミド-アリールスルホン酸/置換(メタ)アクリルアミドのターポリマーなどが挙げられる。ターポリマーを構成する(メタ)アクリル酸としては、例えば、メタアクリル酸およびアクリル酸と、それらのナトリウム塩などの(メタ)アクリル酸塩などが挙げられる。ターポリマーを構成するアクリルアミド-アルキルスルホン酸としては、例えば、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸とその塩などが挙げられる。また、ターポリマーを構成する置換(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、t-ブチルアクリルアミド、t-オクチルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミドなどが挙げられる。 The scale inhibitor is not particularly limited as long as it is a substance capable of suppressing precipitation of scale components such as silica and calcium. Examples thereof include phosphonic acids such as 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid, ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid, nitrilotrimethylphosphonic acid, and salts thereof. Phosphonic acid-based compounds; phosphoric acid-based compounds such as orthophosphates and polymerized phosphates; maleic acid-based compounds such as polymaleic acid and maleic acid copolymers; are copolymers such as poly(meth)acrylic acid, maleic acid/(meth)acrylic acid, (meth)acrylic acid/sulfonic acid, (meth)acrylic acid/nonionic group-containing monomers, and (meth)acrylic acid/sulfonic acid /nonionic group-containing monomer, (meth)acrylic acid/acrylamide-alkylsulfonic acid/substituted (meth)acrylamide, (meth)acrylic acid/acrylamide-arylsulfonic acid/substituted (meth)acrylamide terpolymer, and the like. Examples of the (meth)acrylic acid constituting the terpolymer include methacrylic acid, acrylic acid, and (meth)acrylic acid salts such as sodium salts thereof. Examples of acrylamide-alkylsulfonic acids constituting the terpolymer include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and salts thereof. Examples of substituted (meth)acrylamides constituting the terpolymer include t-butylacrylamide, t-octylacrylamide and dimethylacrylamide.
これらの中でも、ホスホン酸系化合物とアクリル酸系ポリマーのうち少なくとも1種類を含むものを用いることが好ましい。また、カルシウムとシリカに由来するスケールを同時に抑制するためには、2-ホスホノブタン-1,2,4-トリカルボン酸と、アクリル酸と(メタ)アクリル酸/2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸/置換(メタ)アクリルアミドのターポリマーとの混合物とからなるスケール防止剤を用いることが特に好ましい。 Among these, it is preferable to use one containing at least one of a phosphonic acid-based compound and an acrylic acid-based polymer. In order to simultaneously suppress scale derived from calcium and silica, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid, acrylic acid and (meth)acrylic acid/2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid It is particularly preferred to use a scale inhibitor consisting of a mixture of /substituted (meth)acrylamide with a terpolymer.
なお、RO膜用の市販のスケール防止剤としては、オルガノ株式会社製の「オルパージョン」シリーズ、BWA Water Additives社製の「Flocon(登録商標)」シリーズ、Nalco社製の「PermaTreat(登録商標)」シリーズ、ゼネラル・エレクトリック社製の「Hypersperse(登録商標)」シリーズ、栗田工業株式会社製の「クリバーター(登録商標)」シリーズなどが挙げられる。 Commercially available scale inhibitors for RO membranes include the "Orpersion" series manufactured by Organo Corporation, the "Flocon (registered trademark)" series manufactured by BWA Water Additives, and the "PermaTreat (registered trademark)" manufactured by Nalco. series, General Electric Company's "Hypersperse (registered trademark)" series, and Kurita Water Industries Ltd.'s "Kuriverter (registered trademark)" series.
上述したように、本実施形態では、濃縮排水の流量調整のための流量調整弁31が還流水ライン5に設けられているが、この流量調整弁31が、排水ライン4および還流水ライン5を流れる濃縮水の圧力バランスを調整する圧力調整弁としても機能することになる。すなわち、排水流量計32による濃縮排水の検出流量を監視しながら流量調整弁31の開度が調整されることで、濃縮排水の流量が設定流量に調整されるのと同時に、排水ライン4および還流水ライン5を流れる濃縮水の圧力バランスが適切な状態に調整されることになる。そのため、供給ライン1を流れる原水の圧力低下によって上述の圧力バランスにずれが生じた場合にも、特別な圧力調整機構を別途設けることなく、そのずれを補償して濃縮排水の流量を設定流量に調整することができる。なお、供給ライン1を流れる原水の圧力低下は、本実施形態の膜ろ過装置1の他にも同じ原水供給配管(被処理水供給手段)から原水の供給を受ける複数のユースポイントが存在し、それら複数のユースポイントにおいて同時に原水が使用される場合に発生する可能性がある。
As described above, in this embodiment, the flow
ところで、対象となる配管内を流れる流体の流量調整を行うには、当該配管に流量調整弁と流量検出手段(流量計)とをセットで設置することが技術常識である。そのため、本実施形態では、排水ライン4に流量検出手段(排水流量計32)が設けられているが、還流水ライン5に流量検出手段(還流水流量計)を設置し、還流水ライン5を流れる濃縮水(以下、「濃縮還流水」という)の検出流量に基づいて流量調整弁31の開度を調整することも考えられる。すなわち、還流水流量計による濃縮還流水の検出流量が、定流量弁12の規定流量と、回収率を考慮して決定された濃縮排水の設定流量との差になるように、流量調整弁31の開度を調整することも考えられる。
By the way, in order to adjust the flow rate of a fluid flowing through a target pipe, it is common technical knowledge to install a set of a flow rate adjusting valve and a flow rate detection means (flow meter) in the pipe. Therefore, in the present embodiment, the
しかしながら、定流量弁12の規定流量には±10%程度の誤差があることが一般的であるため、還流水ライン5に設置した流量検出手段の検出結果に基づいて流量調整弁31の開度を調整する場合、濃縮排水の流量を設定流量に調整できないおそれがある。例えば、定流量弁12の規定流量が3300L/hである場合、透過水の設定流量を1000L/hとし、目標回収率を75%とすると、濃縮排水の設定流量は400L/hとなり、濃縮還流水の設定流量(定流量弁12の規定流量と濃縮排水の設定流量との差)は2900L/hとなる。ここで、定流量弁12の規定流量に+10%の誤差があると、実際に濃縮水ライン3に流れる濃縮水の流量は3630L/hになる。そのため、濃縮還流水の流量が上述の2900L/hに調整されると、濃縮排水の流量は730L/hに調整され、実際の回収率は57.8%となって目標回収率を下回り、無駄な排水が生じてしまう。一方で、定流量弁12の規定流量に-10%の誤差があると、実際の回収率は93.5%となって目標回収率を大幅に上回り、スケール発生のリスクが非常に高くなってしまう。このような理由から、濃縮排水のより高精度の流量制御を行うためには、本実施形態のように、排水ライン4に流量調整手段(排水流量計32)を設置し、還流水ライン5に流量調整弁31を設置することが不可欠となる。
However, since the specified flow rate of the
上述した実施形態では、供給ライン1を流れる原水の圧力が高くなり、還流水ライン5との接続部を通じて、流量調整弁31の二次側の圧力が一次側の圧力よりも高くなると、還流水ライン5に濃縮水が流れなくなる可能性がある。また、供給ライン1を流れる原水の圧力が高くなり、流量調整弁31を全開にしたときに、流量調整弁31の一次側の圧力(すなわち、定流量弁12の二次側の圧力)が定流量弁12の作動差圧範囲を外れるほど高くなると、濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量が一定に保持されない可能性もある。そこで、還流水ライン5との接続部よりも上流側の供給ライン1に、供給ライン1を流れる原水の圧力を減圧する減圧弁が設けられていてもよい。これにより、供給ライン1を流れる原水の圧力が高くなっても、流量調整弁31の二次側の圧力を一次側の圧力よりも低く維持したり、定流量弁12の一次側と二次側の圧力差を作動差圧範囲内に収めたりすることができる。また、供給ライン1を流れる原水の圧力が大きく変動する場合、あるいは、排水ライン4を流れる濃縮水の圧力が大きく変動する場合には、排水ライン4に圧力調整用の手動弁が設けられていてもよい。この場合、供給ライン1の原水の圧力が最大のとき、あるいは、排水ライン4を流れる濃縮水の圧力が最小のときに、流量調整弁31を全開にし、排水ライン4を流れる濃縮水の流量が上述した最大回収率における設定流量になるように手動弁を調整すれば、これ以降、手動弁の調整は不要であり、複雑な制御が要求されることはない。また、このときに濃縮水の圧力を監視する必要もないため、追加の圧力計を設置する必要もなく、装置構成の簡便さが損なわれることもない。
In the above-described embodiment, when the pressure of the raw water flowing through the
また、上述した実施形態では、透過水流量制御部と排水流量制御部とが別個に設けられているが、1つの流量制御部により、透過水の流量調整と濃縮排水の流量調整とが行われるようになっていてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the permeate flow control unit and the waste water flow control unit are provided separately, but one flow control unit adjusts the flow rate of the permeated water and the concentrated waste water. It can be like this.
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。以下、第1の実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、第1の実施形態と異なる構成のみ説明する。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a membrane filtration device according to a second embodiment of the present invention. In the following, configurations similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, description thereof is omitted, and only configurations different from those of the first embodiment are described.
本実施形態では、第1の実施形態のろ過手段(第1のろ過手段)11に加えて、その下流側にさらに別のろ過手段(第2のろ過手段)13が設けられている。第2のろ過手段13は、第1のろ過手段11に直列に接続され、第1のろ過手段11で分離された透過水を被処理水として処理するようになっている。すなわち、第2のろ過手段13の上流側には、第1のろ過手段11からの透過水を流通させる第1の透過水ライン(中間透過水ライン)6が接続され、下流側には、第2のろ過手段13からの透過水を流通させる第2の透過水ライン2が接続されている。これにより、本実施形態の膜ろ過装置10は、第1の実施形態と比べて、より良好な水質の処理水を生成することができる。
In this embodiment, in addition to the filtering means (first filtering means) 11 of the first embodiment, another filtering means (second filtering means) 13 is provided downstream thereof. The second filtering means 13 is connected in series with the first filtering means 11 and treats permeated water separated by the first filtering means 11 as water to be treated. That is, a first permeate line (intermediate permeate line) 6 for circulating the permeated water from the first filter means 11 is connected to the upstream side of the second filtration means 13, and a second A second permeated
第2のろ過手段13には、第2のろ過手段13からの濃縮水を流通させる第2の濃縮水ライン7が接続されている。第2のろ過手段13では、第1のろ過手段11からの透過水がさらに透過水と濃縮水に分離されるため、水質の観点からは、第2のろ過手段13からの濃縮水を必ずしも外部に排出する必要はない。そのため、第2の濃縮水ライン7は、節水の観点から、第2のろ過手段13で分離された濃縮水の全てを供給ライン1に還流させるために、加圧ポンプ21の上流側で供給ライン1に接続されている。あるいは、第2の濃縮水ライン7は、供給ライン1に直接接続される代わりに、供給ライン1に設けられた原水タンク(図示せず)に接続されていてもよい。なお、第2の濃縮水ライン7には、第2のろ過手段13のRO膜またはNF膜を洗浄する場合などに第2のろ過手段13からの濃縮水の一部または全部を外部に排出する排水ラインが接続されていてもよい。
A second
第2の濃縮水ライン7には、第2の濃縮水ライン7を流れる濃縮水の流量を調整するための手動弁14と濃縮水流量計15が設けられている。これにより、第2のろ過手段13の回収率(第2のろ過手段13からの透過水の流量と第2のろ過手段13からの濃縮水の流量との和に対する、第2のろ過手段13からの透過水の流量の割合)を任意に調整することができる。なお、回収率の手動調整の煩雑さを解消するために、手動弁14の代わりに、濃縮水流量計15で検出された濃縮水の流量に基づいて開度を調整可能な比例制御弁が設けられていてもよい。あるいは、回収率を一定範囲に保持するために、手動弁14と濃縮水流量計15の代わりに、定流量弁が設けられていてもよい。この場合、条件によっては、定流量弁の一次側と二次側の圧力差が作動差圧範囲(定流量弁を正常に作動させるための上記圧力差の許容範囲)を超えてしまうことがあるが、それを回避するために、定流量弁の上流側に減圧弁が設けられていてもよい。
The second
本実施形態では、膜ろ過装置10の下流側に接続された、例えば電気式脱イオン水製造装置に、一定流量の処理水を供給するために、透過水流量制御機構20の透過水流量計22は、第2の透過水ライン2に設けられている。このため、排水流量制御部33は、回収率の目標値に基づいて濃縮排水の設定流量を算出するにあたり、第1の透過水ライン6を流れる透過水の流量を別途知る必要があるが、本実施形態では、その流量を間接的に検出することができる。すなわち、排水流量制御部33は、透過水流量計22による測定値(第2のろ過手段13からの透過水の流量)と、濃縮水流量計15による測定値(第2のろ過手段13からの濃縮水の流量)との和から、第1の透過水ライン6を流れる透過水の流量を算出することができる。また、上述したように、手動弁14と濃縮水流量計15の代わりに定流量弁が設けられている場合、濃縮水流量計15による測定値の代わりに、定流量弁の規定流量を用いて、第1の透過水ライン6を流れる透過水の流量を算出することができる。あるいは、第1の透過水ライン6に図示しない流量計が設けられ、第1のろ過手段11からの透過水の流量を直接検出するようになっていてもよい。
In this embodiment, the
なお、本実施形態では、1つの加圧ポンプ21で2つのろ過手段11,13に原水を供給する必要があるため、加圧ポンプ21による第1のろ過手段11への原水の供給圧力は、第1の実施形態に比べて大きくなる。そのため、定流量弁12の規定流量は、この点も考慮して設定する必要がある。例えば、2つのろ過手段11,13としてそれぞれ直径が約20.32cm(8インチ)のRO膜を用いる場合、第1のろ過手段11の適用温度範囲が5~35℃で、原水のシリカ濃度やカルシウム濃度から回収率の制御範囲が50~85%と想定される場合、例えば、定流量弁12としては、株式会社ケイヒン製(品番:NSPW-25、設定流量:55L/min)の定流量弁を用いることができる。
In this embodiment, since it is necessary to supply raw water to the two filtering means 11 and 13 with one pressurizing
上述した実施形態では、2つのろ過手段が直列に接続されているが、ろ過手段の数はこれに限定されるものではなく、3つ以上のろ過手段が直列に接続されて設けられていてもよい。その場合にも、減圧弁は、3つ以上のろ過手段のうち最も上流側のろ過手段に接続された濃縮水ラインに設けられ、最も下流側のろ過手段で分離された透過水が設定流量(予め設定された目標流量)に調整されることになる。ただし、最も上流側のろ過手段を除いたすべてのろ過手段において、任意の流量調整手段により透過水と濃縮水の流量分配が適切に設定・調整される必要があることは言うまでもない。さらに、最も上流側のろ過手段からの濃縮排水の設定流量の算出には、最も下流側のろ過手段で分離された透過水ではなく、最も上流側のろ過手段で分離された透過水の流量が用いられることに留意されたい。なお、ここでいう「直列に接続される」とは、被処理水が複数のろ過手段で順次処理されることを意味し、隣接する2つのろ過手段において、上流側のろ過手段で分離された透過水が下流側のろ過手段に被処理水として供給されることを意味する。また、各ろ過手段は、複数のRO膜またはNF膜から構成されていてもよい。この場合、複数のRO膜またはNF膜は、一次側(原水および濃縮水の流通側)が直列に接続されて最終的に濃縮水ラインに接続され、二次側(透過水の流通側)が並列に接続されて最終的に透過水ラインに接続されることになる。 In the above-described embodiment, two filtering means are connected in series, but the number of filtering means is not limited to this, and even if three or more filtering means are connected in series, good. Even in that case, the pressure reducing valve is provided in the concentrated water line connected to the most upstream filtering means among the three or more filtering means, and the permeated water separated by the most downstream filtering means is the set flow rate ( preset target flow rate). However, it is needless to say that the flow rate distribution between the permeated water and the concentrated water needs to be appropriately set and adjusted by any flow rate adjusting means in all the filtering means except for the most upstream filtering means. Furthermore, in calculating the set flow rate of concentrated wastewater from the most upstream filtration means, the flow rate of the permeated water separated by the most upstream filtration means is used instead of the permeate separated by the most downstream filtration means. Note that used Here, "connected in series" means that the water to be treated is sequentially treated by a plurality of filtration means, and in two adjacent filtration means, separated by the upstream filtration means It means that the permeated water is supplied to the filtering means on the downstream side as the water to be treated. Moreover, each filtering means may be composed of a plurality of RO membranes or NF membranes. In this case, a plurality of RO membranes or NF membranes are connected in series on the primary side (distribution side of raw water and concentrated water) and finally connected to the concentrated water line, and the secondary side (distribution side of permeated water) is It will be connected in parallel and finally connected to the permeate line.
1 供給ライン
2 透過水ライン(第2の透過水ライン)
3 濃縮水ライン(第1の濃縮水ライン)
4 排水ライン
5 還流水ライン
6 第1の透過水ライン
7 第2の濃縮水ライン
10 膜ろ過装置
11 ろ過手段(第1のろ過手段)
12 定流量弁
13 第2のろ過手段
14 手動弁
15 濃縮水流量計
20 透過水流量制御機構
21 加圧ポンプ
22 透過水流量計
23 透過水流量制御部
30 排水流量制御機構
31 流量調整弁
32 排水流量計
33 排水流量制御部
1
3 Concentrated water line (first concentrated water line)
4
12
Claims (8)
前記ろ過手段に接続され、前記ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、
前記ろ過手段に接続され、前記ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、
前記ろ過手段に接続され、前記ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐して前記供給ラインに接続され、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを前記供給ラインに還流させる還流水ラインと、
前記透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第1の流量制御手段と、
前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、
前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第2の流量制御手段であって、前記還流水ラインに設けられた流量調整弁と、前記排水ラインに設けられ、該排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段により検出された前記濃縮水の流量に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第2の流量制御手段と、
前記排水ラインに設けられ、該排水ラインを流れる濃縮水の圧力を調整する手動弁と、
を有する膜ろ過装置。 Filtration means having a reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane for separating the water to be treated into permeated water and concentrated water;
a supply line connected to the filtering means for supplying water to be treated to the filtering means;
a permeated water line connected to the filtering means for circulating the permeated water from the filtering means;
a concentrated water line connected to the filtering means and for circulating the concentrated water from the filtering means;
a drainage line branching from the concentrated water line and discharging a part of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the outside;
a reflux water line that is branched from the concentrated water line and connected to the supply line to return the rest of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the supply line;
a first flow rate control means for adjusting the flow rate of the permeate flowing through the permeate line to a set flow rate;
a constant flow valve provided in the concentrated water line for maintaining a constant flow rate of the concentrated water flowing through the concentrated water line;
A second flow rate control means for adjusting the flow rate of the concentrated water flowing through the drainage line to a set flow rate, comprising: a flow rate adjustment valve provided in the reflux water line ; A second flow rate control comprising flow rate detection means for detecting a flow rate of concentrated water, and a control section for adjusting an opening degree of the flow rate adjustment valve based on the flow rate of the concentrated water detected by the flow rate detection means. means and
A manual valve provided in the drainage line for adjusting the pressure of the concentrated water flowing through the drainage line;
A membrane filtration device having
前記複数のろ過手段のうち最も上流側のろ過手段に接続され、前記最も上流側のろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、
前記複数のろ過手段のうち最も下流側のろ過手段に接続され、前記最も下流側のろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、
前記最も上流側のろ過手段に接続され、前記最も上流側のろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐して前記供給ラインに接続され、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを前記供給ラインに還流させる還流水ラインと、
前記透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第1の流量制御手段と、
前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、
前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第2の流量制御手段であって、前記還流水ラインに設けられた流量調整弁と、前記排水ラインに設けられ、該排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段により検出された前記濃縮水の流量に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第2の流量制御手段と、
前記排水ラインに設けられ、該排水ラインを流れる濃縮水の圧力を調整する手動弁と、
を有する膜ろ過装置。 a plurality of filtering means connected in series, each filtering means having a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane for separating the water to be treated into permeated water and concentrated water;
a supply line connected to the most upstream filtering means among the plurality of filtering means and supplying water to be treated to the most upstream filtering means;
a permeated water line connected to the most downstream filtering means among the plurality of filtering means and for circulating the permeated water from the most downstream filtering means;
a concentrated water line connected to the most upstream filtering means and for circulating the concentrated water from the most upstream filtering means;
a drainage line branching from the concentrated water line and discharging a part of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the outside;
a reflux water line that is branched from the concentrated water line and connected to the supply line to return the rest of the concentrated water flowing through the concentrated water line to the supply line;
a first flow rate control means for adjusting the flow rate of the permeate flowing through the permeate line to a set flow rate;
a constant flow valve provided in the concentrated water line for maintaining a constant flow rate of the concentrated water flowing through the concentrated water line;
A second flow rate control means for adjusting the flow rate of the concentrated water flowing through the drainage line to a set flow rate, comprising: a flow rate adjustment valve provided in the reflux water line ; A second flow rate control comprising flow rate detection means for detecting a flow rate of concentrated water, and a control section for adjusting an opening degree of the flow rate adjustment valve based on the flow rate of the concentrated water detected by the flow rate detection means. means and
A manual valve provided in the drainage line for adjusting the pressure of the concentrated water flowing through the drainage line;
A membrane filtration device having
前記第2の流量制御手段の前記制御部は、前記水温検出手段で検出された前記水温に基づいて、前記回収率が、前記ろ過手段の前記逆浸透膜またはナノろ過膜の膜面にシリカまたはカルシウムが析出しない最大の回収率となるように、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量を決定する、請求項3に記載の膜ろ過装置。 water temperature detection means for detecting the water temperature of any one of the water to be treated supplied to the filtering means, the permeated water from the filtering means, and the concentrated water from the filtering means;
The control unit of the second flow rate control means detects the recovery rate based on the water temperature detected by the water temperature detection means, silica or silica on the membrane surface of the reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane of the filtration means. 4. The membrane filtration device according to claim 3, wherein said set flow rate of concentrated water flowing through said drainage line is determined so as to achieve a maximum recovery rate at which calcium is not precipitated.
前記第2の流量制御手段の前記制御部は、前記中間透過水ラインを流れる透過水の流量と前記排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する前記中間透過水ラインを流れる透過水の流量の割合である回収率が所定の値になるように、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量を決定する、請求項2に記載の膜ろ過装置。 Having an intermediate permeate line connected to the most upstream filtering means and through which the permeated water from the most upstream filtering means flows;
The control unit of the second flow control means controls the flow rate of the permeate flowing through the intermediate permeate line with respect to the sum of the flow rate of the permeate flowing through the intermediate permeate line and the flow rate of the concentrated water flowing through the drain line. 3. The membrane filtration device according to claim 2, wherein said set flow rate of concentrated water flowing through said drainage line is determined so that a recovery rate, which is a ratio, becomes a predetermined value.
前記第2の流量制御手段の前記制御部は、前記水温検出手段で検出された前記水温に基づいて、前記回収率が、前記最も上流側のろ過手段の前記逆浸透膜またはナノろ過膜の膜面にシリカまたはカルシウムが析出しない最大の回収率となるように、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量を決定する、請求項5に記載の膜ろ過装置。 Water temperature detection means for detecting the water temperature of any one of the water to be treated supplied to the most upstream filtering means, the permeated water from the most upstream filtering means, and the concentrated water from the most upstream filtering means. has
The control unit of the second flow rate control means determines that the recovery rate is the reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane of the most upstream filtration means based on the water temperature detected by the water temperature detection means. 6. The membrane filtration device according to claim 5, wherein said set flow rate of concentrated water flowing through said drainage line is determined so as to achieve a maximum recovery rate at which silica or calcium is not precipitated on the surface.
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