JP7147907B1 - 溶液混合システム及び溶液混合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶液の混合割合を制御しつつ、流路における詰まりを防止しやすい溶液混合システム及び溶液混合方法を提供する。
【解決手段】溶液混合システムは、第１溶液を供給する第１溶液供給部と、第１溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第１流路と、第１流路を流れる流体の流量を測定する第１流量計と、第１流路を流れる流体を下流側に送液する第１送液ポンプと、第２溶液を供給する第２溶液供給部と、第２溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第２流路と、第２流路を流れる流体の流量を測定する第２流量計と、第２流路を流れる流体を制御する流量制御機構と、第１流路及び前記第２流路の下流側に配置された送液路と、送液処理を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１流量計及び第２流量計が測定した流量に関する情報に基づいて、第１送液ポンプ及び流量制御機構による送液を制御する。
【選択図】図２

Description

本開示は、溶液混合システム及び溶液混合方法に関する。

従来、試料水をろ過するに際して、ろ過前に試料水に対して所定の添加物を添加する装置が知られている。例えば、特許文献１には、淡水又はかん水の原水に対し、濃縮水混入装置により塩類を添加した後、膜モジュールでろ過を行う、水の処理装置が記載されている。

特開２００４－３４４８００号公報

試料水をろ過する水処理装置において、ろ過を行う膜モジュールに試料水を供給するに際し、流路に供給される試料水の流量が少ないほど、試料水中に含まれる夾雑物が沈殿しやすくなり、その結果として流路が詰まりやすくなる。また、特許文献１に記載されたように、試料水に対して添加物を添加する場合には、その添加割合を調整する必要がある。

本開示は、溶液の混合割合を制御しつつ、流路における詰まりを防止しやすい溶液混合システム及び溶液混合方法を提供することを目的とする。

幾つかの実施形態に係る溶液混合システムは、第１溶液を供給する第１溶液供給部と、第１溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第１流路と、前記第１流路を流れる流体の流量を測定する第１流量計と、前記第１流路を流れる流体を下流側に送液する第１送液ポンプと、第２溶液を供給する第２溶液供給部と、第２溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第２流路と、前記第２流路を流れる流体の流量を測定する第２流量計と、前記第２流路を流れる流体を制御する流量制御機構と、前記第１流路及び前記第２流路と連通し、前記第１流路及び前記第２流路の下流側に配置された送液路と、流体の送液処理を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１流量計及び前記第２流量計が測定した流量に関する情報に基づいて、前記第１送液ポンプ及び前記流量制御機構による送液を制御する。これにより、第１溶液と第２溶液との混合割合を制御しつつ、流路に所定の流量以上の流体を供給することにより、詰まりを防止しやすくなる。

一実施形態において、前記流量制御機構は、前記第２流路を流れる流体を下流側に送液する第２送液ポンプであってよい。これにより、流体を下流側に送るために十分な圧力を確保しやすくなる。

一実施形態において、絞り開度を変えることによって、下流側に流れる流体の流量を無段階に調整可能な絞り弁であってよい。これにより、残存圧力を利用して、流体を下流側に送液することができる。

一実施形態において、前記溶液混合システムは、前記送液路に配置され、検出対象となる成分の量又は濃度を測定可能な成分検出部を備え、前記制御部は、さらに前記成分検出部が測定した前記成分の量又は濃度に関する情報に基づいて、前記第１送液ポンプ及び前記流量制御機構による送液を制御してもよい。これにより、送液路における検出対象となる成分の実際の量又は濃度に基づいて、第１溶液と第２溶液との混合割合を制御することができる。

一実施形態において、前記溶液混合システムは、前記第２流路と合流するように設けられ、前記第２流路に洗浄水を流入させるための洗浄水供給流路をさらに備えていてもよい。これにより、第２流路が洗浄可能であるため、洗浄により、過去に第２流路に供給された試料水によるコンタミネーション等の影響を抑えることができる。

一実施形態において、前記第２溶液供給部は、設備において試料水が流れる試料水流路から試料水を採水する機構として構成されていてもよい。これにより、第２流路に、第２溶液としての試料水が供給される。

幾つかの実施形態に係る溶液混合方法は、第１溶液を供給する第１溶液供給部と、第１溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第１流路と、前記第１流路を流れる流体の流量を測定する第１流量計と、前記第１流路を流れる流体を下流側に送液する第１送液ポンプと、第２溶液を供給する第２溶液供給部と、第２溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第２流路と、前記第２流路を流れる流体の流量を測定する第２流量計と、前記第２流路を流れる流体を制御する流量制御機構と、前記第１流路及び前記第２流路と連通し、前記第１流路及び前記第２流路の下流側に配置された送液路と、を備える溶液混合システムが実行する溶液混合方法であって、前記第１流量計及び前記第２流量計が測定した流量に関する情報を取得するステップと、前記流量に関する情報に基づいて、前記第１送液ポンプ及び前記流量制御機構による送液を制御するステップと、を含む。これにより、第１溶液と第２溶液との混合割合を制御しつつ、流路に所定の流量以上の流体を供給することにより、詰まりを防止しやすくなる。

本開示によれば、溶液の混合割合を制御しつつ、流路における詰まりを防止しやすい溶液混合システム及び溶液混合方法を提供することができる。

比較例に係る、前処理を行うろ過装置の概略構成図である。 本開示の第１実施形態に係る溶液混合システムの概略構成図である。 本開示の第２実施形態に係る溶液混合システムの概略構成図である。 本開示の第３実施形態に係る溶液混合システムの概略構成図である。 図４の溶液混合システムにより溶液混合の処理が行われているときの流体の流れを示す概略図である。 図４の溶液混合システムにより第１流路の洗浄が行われているときの流体の流れを示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

一般に、少量の水試料をろ過する場合、口径の小さい小型フィルタを用いてろ過することによって、水試料が散逸することを防ぐことができる。少量とは、例えば２リットル以下の容量を言う。一方、大容量の水試料をろ過する場合、ろ過時間を短くできるように、口径の大きい大型フィルタが用いられる。大容量とは、例えば２リットルを超える容量を言う。

仮に、少量の試料水を大型フィルタでろ過する場合、フィルタの口径に対して供給される試料水の量が少ないため、フィルタ全体に広がった試料水にかかる圧力が均一でなくなり、試料水がフィルタを均一に透過しなくなるため、ろ過効率が低下する。例えば長時間連続採水する場合には、ろ過する試料水の総量が多くなるため、単位時間当たりの試料水の流量が小さくとも、大型フィルタが用いられる。この場合に、フィルタに供給される試料水の流量が小さいと、均一な透過制御が困難となる。フィルタに供給される流量に偏りが生じると、ろ過効率が低下したり、膜破断が発生したりする可能性もある。

このような問題を防ぐために、例えば、試料水に対して所定の溶液を予め混合する前処理を行うことによって、フィルタに供給される流体の流量を増やすという対応が行われる場合がある。この場合、フィルタに供給される流体の流量が増加することにより、フィルタにかかる流体の圧力がより均一化しやすくなる。

図１は、比較例に係る、前処理を行うろ過装置１の概略構成図である。図１に示すように、比較例に係るろ過装置１は、ろ過膜２と、吸引ポンプ３と、溶液供給部４と、試料水供給部５と、送液ポンプ６と、を備える。

ろ過膜２は、フィルタを備え、ろ過膜２に供給された流体をフィルタによりろ過する。例えば、ろ過装置１が、陰電荷膜を用いて細菌やウイルスなどを含む微生物を試料水中から捕捉する、陰電荷膜法による処理を行う装置である場合、ろ過膜２は、負電荷に帯電した陰電荷膜である。

吸引ポンプ３は、ろ過膜２の下流側に設けられている。吸引ポンプ３は、減圧状態を作り出すことにより、ろ過膜２の上流側から下流側に流体を引き込む。吸引ポンプ３は、例えばアスピレータにより構成されている。

試料水供給部５は、ろ過装置１に試料水を供給する。試料水供給部５は、ろ過膜２の上流側に設けられている。試料水供給部５は、例えば水処理プラント等から採水された試料水を供給する。試料水供給部５は、例えば水処理プラント等からホース又はチューブなどで採水された試料水を供給する機構として構成されていてもよく、水処理プラント等で採水された試料水を貯水するタンクとして構成されていてもよい。試料水供給部５は、ろ過膜２と、流路７により連通している。試料水は、試料水供給部５から、流路８を通ってろ過膜２に供給される。

溶液供給部４は、試料水に混合される所定の溶液を供給する。溶液供給部４は、例えば所定の溶液を貯留する設備からホース又はチューブなどで取得した所定の溶液を供給する機構として構成されていてもよく、所定の溶液を貯留するタンクとして構成されていてもよい。ろ過装置１が陰電荷膜法による処理を行う装置である場合、所定の溶液は、塩化マグネシウム溶液である。ただし、所定の溶液は、塩化マグネシウム溶液に限られず、ろ過装置１が実行する処理に応じて適宜の溶液が用いられてよい。溶液供給部４は、ろ過膜２の上流側において、試料水供給部５と並列に設けられている。すなわち、溶液供給部４は、塩化マグネシウム溶液を下流側に供給する流路７と連通しており、流路７は、結節点９において流路８に合流するように構成されている。

流路７には、送液ポンプ６が設けられている。送液ポンプ６は、所定の溶液の下流側への送液を制御するポンプである。送液ポンプ６は、例えば、軟質チューブをローラーでしごいて送液するペリスタポンプ（登録商標）であってよく、所定の溶液を送液可能な他のポンプであってもよい。

図１に示す比較例に係るろ過装置１では、吸引ポンプ３により試料水が試料水供給部５から下流側に吸引される。この試料水に対して、溶液供給部４から塩化マグネシウム溶液が混合される。ろ過膜２には、試料水と塩化マグネシウム溶液とが混合された混合溶液が供給される。これによって、フィルタに供給される流体の流量を増やすことができる。

このように、比較例に係るろ過装置１では、試料水の吸引ろ過を行うに際し、塩化マグネシウム溶液が送液ポンプ６で試料水に添加される。添加された塩化マグネシウム溶液は、試料水に混合されて、混合溶液がろ過膜２を透過することによりろ過が行われる。

このような構成を有するろ過装置１において、試料水のろ過動力は、吸引ポンプ３のみに依存している。流体が管等の流路を流れる場合、流路における単位時間当たりの流量が少ないほど、流路やフィルタに汚れや滑りが付着しやすくなる。汚れや滑りが蓄積されると、ろ過装置１において詰まりが発生しうる。特に、夾雑物を含む試料水がろ過装置１に供給される場合、流量が少ないほど、試料水中の夾雑物が沈殿しやすくなる。減圧状態によって流体を引き込む吸引ポンプ３は、上流側から下流側に流体を送液する送液ポンプと比較して、流体を下流側に送る力が弱いため、試料水が夾雑物を多く含む場合には、夾雑物が沈殿する可能性が高くなる。

また、試料水に添加された塩化マグネシウム溶液は、流路８における結節点９からろ過膜２までを流れる間に混合される。例えば、結節点９からろ過膜２までの長さが１ｍである場合、試料水と塩化マグネシウム溶液とは、１ｍの流路８を流れている間に混合される。しかしながら、塩化マグネシウム溶液の試料水に対する添加割合を調整することは容易ではない。また、ろ過装置１は、別途の特別な混合機構を有さないため、混合溶液がろ過膜２に到達した際の塩化マグネシウム溶液の濃度は、不明である。

このように、試料水に対して所定の溶液を予め混合する前処理を行う場合、上述したような混合に伴う問題が発生し得る。

特許文献１には、塩濃度又はｐＨを調整する溶液を間欠的に原水に供給することにより、膜分離処理を継続しつつ、高い効率で分離膜を殺菌することができ、長期間にわたって連続運転してもモジュール間差圧の上昇が小さい水処理方法及び装置が記載されている。特許文献１に記載された方法及び装置は、膜モジュールに流入する原水を、一定濃度以上の塩濃度の条件下で、一定時間のみ原水のｐＨを４以下として分離膜に供給することにより、淡水を得ながら分離膜を効果的に殺菌できるという知見に基づくものである。すなわち、特許文献１に記載された方法及び装置の目的は、微生物を殺菌することである。しかしながら、その殺菌効果はｐＨを下げることによって得られるものであり、塩濃度を増加させることのみによっては、発明の効果を得ることができない。

具体的には、特許文献１に記載された膜分離装置は、ｐＨ調整剤混入装置により酸を原水に混入することによって膜モジュールに供給される原水のｐＨを低下させるとともに、濃縮水混入装置により塩類や塩類含有液を原水に添加することによって膜モジュールに供給される原水の塩濃度を上昇させる。この処理は、例えば１週間に１回以上の頻度で、かつ、１回あたり５分以上１５０分以下の範囲内で実施される。また、膜モジュールが逆浸透膜を備えている場合には、脱塩処理により塩濃度の高い濃縮水が得られるため、膜モジュールによって得られる濃縮水を原水に還流させることで、コストの低下が図られている。

特許文献１に記載された膜分離装置は、膜の透過効率及び損傷原因に関する維持管理を目的としているため、塩類や塩類含有液の添加は、間欠的に（例えば１週間に１回以上の頻度で）実施されるに留まる。また、逆浸透膜を備えた膜モジュールにより得られる濃縮水を還元する方法は、例えば陰電荷膜法のような、微生物を濃縮する処理に対しては適用できない。

以下、上述した問題を解決可能な溶液混合システム及び溶液混合方法について説明する。

（第１実施形態）
図２は、本開示の第１実施形態に係る溶液混合システム１０の概略構成図である。溶液混合システム１０は、複数の溶液を混合するために用いられるシステムである。図２において、機構同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、機構同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。本実施形態では、溶液混合システム１０は、第１溶液及び第２溶液という２種類の溶液を混合するとして説明する。溶液混合システム１０により混合された後の混合溶液は、下流工程に送られ、下流工程における処理が実行される。下流工程における処理は、混合溶液を用いた任意の処理であってよく、例えばろ過処理であってよい。

図２に示すように、本実施形態に係る溶液混合システム１０は、第１流量計１１ａと、第２流量計１１ｂと、第１送液ポンプ１２ａと、第２送液ポンプ１２ｂと、第１溶液供給部１４と、第２溶液供給部１５と、制御部１６と、を備える。

第１溶液供給部１４は、流体を下流側に供給する第１流路１７と連通しており、第２溶液供給部１５は、流体を下流側に供給する第２流路１８と連通している。第１流路１７と第２流路１８とは、結節点１９で合流するように構成されており、結節点１９よりも下流側には、第１流路１７及び第２流路１８と連通する１本の送液路１３が設けられている。

第１流量計１１ａ及び第１送液ポンプ１２ａは、結節点１９よりも上流側の第１流路１７に設けられている。第２流量計１１ｂ及び第２送液ポンプ１２ｂは、結節点１９よりも上流側の第２流路１８に設けられている。

第１流量計１１ａ及び第２流量計１１ｂは、流路を流れる流体の流量を測定する。具体的には、第１流量計１１ａは、第１流路１７の内部を流れる流体の流量を測定する。また、第２流量計１１ｂは、第２流路１８の内部を流れる流体の流量を測定する。第１流量計１１ａ及び第２流量計１１ｂは、測定した流量に関する情報を、制御部１６に送信する。

第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂは、流路を流れる流体を下流側に送液するポンプである。具体的には、第１送液ポンプ１２ａは、第１流路１７の内部を流れる流体を送液する。また、第２送液ポンプ１２ｂは、第２流路１８の内部を流れる流体を送液する。第２送液ポンプ１２ｂは、本開示における「流量制御機構」として機能する。第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂは、例えば、軟質チューブをローラーでしごいて送液するペリスタポンプ（登録商標）であってよく、所定の溶液を送液可能な他のポンプであってもよい。第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂは、制御部１６から受信した制御信号に基づいて、流体の送液を制御する。

第１溶液供給部１４は、第１溶液を供給する。第１溶液供給部１４は、例えば第１溶液を貯留する設備からホース又はチューブなどで取得した第１溶液を供給する機構として構成されていてもよく、第１溶液を貯留するタンクとして構成されていてもよい。第１溶液供給部１４は、第１流路１７から第１溶液を下流側に供給する。

第２溶液供給部１５は、第２溶液を供給する。第２溶液供給部１５は、例えば第２溶液を貯留する設備からホース又はチューブなどで取得した第２溶液を供給する機構として構成されていてもよく、第２溶液を貯留するタンクとして構成されていてもよい。第２溶液供給部１５は、第２流路１８から第２溶液を下流側に供給する。

制御部１６は、溶液混合システム１０における溶液混合の処理を制御及び管理するプロセッサである。制御部１６は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成される。プロセッサにより実行されるプログラムは、例えば記憶媒体等に格納される。制御部１６は、例えばコンピュータ等の情報処理装置が備えていてよい。

制御部１６は、第１流量計１１ａ及び第２流量計１１ｂが測定した流量に関する情報を受信する。制御部１６は、受信した流量に関する情報に基づいて、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂに対して制御信号を送信することにより、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂによる送液を制御する。

具体的には、制御部１６は、例えば、第１流路１７及び第２流路１８における流体の流量が所定の流量以上となるように、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂを制御する。これにより、制御部１６は、第１流路１７及び第２流路１８において、夾雑物等が沈殿しにくい流量で、流体を送液することができる。また、制御部１６は、例えば、第１溶液と第２溶液とが、所定の割合で下流側に送液されるように制御する。すなわち、制御部１６は、第１流路１７から供給される第１溶液の流量と、第２流路１８から供給される第２溶液との割合が、所定の割合となるように、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂを制御する。これにより、制御部１６は、第１溶液と第２溶液との混合割合を制御することができる。

このように、本実施形態に係る溶液混合システム１０によれば、制御部１６が、第１流量計１ａ及び第２流量計１１ｂが測定した流量に関する情報に基づいて、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂによる送液を制御するため、第１溶液と第２溶液との混合割合を制御しつつ、流路に所定の流量以上の流体を供給することにより、詰まりを防止しやすくなる。溶液混合システム１０では、送液ポンプ１２ａ及び１２ｂを使用することにより、流体を下流側に送るために十分な圧力を確保しやすくなる。

溶液混合システム１０によれば、詰まりが防止されることにより、例えばろ過などの下流工程の効率低下を防ぐこともできる。また、溶液混合システム１０では、制御部１６の制御により流量管理を行うことができるため、単位時間当たりの少量サンプリングを行うことも可能である。

溶液混合システム１０によれば、制御部１６による流量の調整により、目的に応じた第１溶液と第２溶液との調製を行うことができる。そのため、従来と比較して、溶液混合処理における工程を効率化することができる。また、溶液の混合割合を常時調整することができるため、混用溶液の質を所望の質に近づけることができる。つまり、混合の質を向上させることができる。

なお、第１実施形態に係る溶液混合システム１０において、各機構は着脱可能に構成されていてよい。着脱可能に構成されていることにより、使用しない機構については、取り外して洗浄する等を行うことができる。

（第２実施形態）
図３は、本開示の第２実施形態に係る溶液混合システム２０の概略構成図である。図３において、機構同士を結ぶ実線は流体の経路を示し、機構同士を結ぶ破線は電気信号の経路を示す。溶液混合システム２０は、第１実施形態に係る溶液混合システム１０と同様に、複数の溶液を混合するために用いられるシステムである。以下、第２実施形態に係る溶液混合システム２０の詳細について、第１実施形態に係る溶液混合システム１０と共通する点については、適宜説明を省略しながら、説明する。

図３に示すように、本実施形態に係る溶液混合システム２０は、第１流量計１１ａと、第２流量計１１ｂと、第１送液ポンプ１２ａと、第２送液ポンプ１２ｂと、第１溶液供給部１４と、第２溶液供給部１５と、制御部１６と、を備える。第１溶液供給部１４は、流体を下流側に供給する第１流路１７と連通しており、第２溶液供給部１５は、流体を下流側に供給する第２流路１８と連通している。第１流路１７と第２流路１８とは、結節点１９で合流するように構成されており、結節点１９よりも下流側には、第１流路１７及び第２流路１８と連通する１本の送液路１３が設けられている。

本実施形態において、第１流量計１１ａ、第２流量計１１ｂ、第１送液ポンプ１２ａ、第２送液ポンプ１２ｂ、第１溶液供給部１４、第１流路１７、第２流路１８、結節点１９及び送液路１３の構成及び機能は、第１実施形態に係る溶液混合システム１０と同様である。

本実施形態において、第２溶液は試料水である。本実施形態において、第２溶液供給部１５は、例えば水処理プラント等の設備において試料水が流れる試料水流路２１から試料水を採水する機構として構成されている。すなわち、本実施形態では、試料水流路２１に流れる試料水の一部が、第２溶液供給部１５により溶液混合システム２０の第２流路１８に引き込まれる。

本実施形態において、第１溶液は、試料水に添加される添加溶液である。添加溶液は、例えば下流工程において陰電荷膜法による処理を行う場合、塩化マグネシウム溶液である。ただし、添加溶液は、塩化マグネシウム溶液に限られず、下流工程で実行される処理に応じて適宜の溶液が用いられてよい。

本実施形態では、第２流路１８と合流するように、洗浄水を流入させるための洗浄水供給流路２２が、設けられている。具体的には、洗浄水供給流路２２は、第２溶液供給部１５よりも下流側で、第２流量計１１ｂ及び第２送液ポンプ１２ｂよりも上流側において、第２流路１８に合流するように、第２流路１８と連通して設けられている。洗浄水は、第２流路１８に試料水を供給して溶液混合システム２０による溶液混合の処理を行った後、第２流路１８を洗浄するために供給される流体である。洗浄水供給流路２２は、可能な限り第２溶液供給部１５に近い位置で、第２流路１８と合流するように設けられていることが好ましい。洗浄水供給流路２２が第２流路１８と合流する位置が第２溶液供給部１５に近いほど、洗浄水を、第２流路１８のより上流側から供給し、洗浄することができる。

本実施形態では、第２流路１８に、洗浄水を排水するための洗浄水排水流路２３が、設けられている。具体的には、洗浄水排水流路２３は、第２流量計１１ｂ及び第２送液ポンプ１２ｂよりも下流側で、結節点１９よりも上流側において、第２流路１８から分岐するように、第２流路１８と連通して設けられている。洗浄水排水流路２３は、可能な限り結節点１９に近い位置で、第２流路１８から分岐するように設けられていることが好ましい。洗浄水排水流路２３が第２流路１８から分岐する位置が結節点１９に近いほど、洗浄水を、第２流路１８のより下流側まで供給し、洗浄することができる。

洗浄水供給流路２２及び洗浄水排水流路２３には、それぞれ第２流路１８との連通状態を制御可能な、図示しない弁が設けられている。第２溶液供給部１５から第２流路１８に試料水が供給される場合には、当該弁は閉じられており、第２流路１８を洗浄する場合には、当該弁は開けられて、洗浄水供給流路２２から洗浄水が供給され、洗浄水排水流路２３から洗浄水が排水される。

本実施形態に係る溶液混合システム２０は、さらに成分検出部２４を備える。成分検出部２４は、送液路１３に設けられる。成分検出部２４は、検出対象となる成分を検出する。本実施形態では、成分検出部２４は、試料水に添加溶液が混合された混合溶液における、添加溶液の成分（添加成分）を検出する。成分検出部２４は、混合溶液に含まれる添加成分の量又は濃度を測定する。例えば、添加溶液が塩化マグネシウム溶液である場合、成分検出部２４は、混合溶液中の塩化マグネシウムの濃度を測定する。成分検出部２４は、対象となる添加成分の量又は濃度を測定可能な公知の機器によって構成されていてよい。成分検出部２４は、例えば添加成分の濃度を検出可能な濃度センサにより構成されていてよい。成分検出部２４は、例えば混合溶液の電気伝導率を測定可能な電気伝導率計により構成されていてもよい。成分検出部２４は、測定した添加成分の量又は濃度に関する情報を、制御部１６に送信する。成分検出部２４は、送液路１３において、下流工程に近い位置に設けられることが好ましい。成分検出部２４が設けられる位置が下流工程に近いほど、下流工程に供給される直前の混合溶液における、対象となる成分の量又は濃度を測定することができる。

本実施形態では、制御部１６は、第１流量計１１ａ及び第２流量計１１ｂにより測定された流量と、成分検出部２４により測定された量又は濃度とに基づいて、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂによる流体の送液量を制御する。具体的には、制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれるか否かを判定する。制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれる場合、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂの送液状態を維持する。制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれない場合、成分検出部２４により測定される量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲内に収まるように、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂの送液状態を制御する。例えば、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲よりも高い場合、制御部１６は、第１送液ポンプ１２ａによる試料水の送液量を上げるか、第２送液ポンプ１２ｂによる添加溶液の送液量を下げるか、あるいはその双方を行う。例えば、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲よりも低い場合、制御部１６は、第１送液ポンプ１２ａによる試料水の送液量を下げるか、第２送液ポンプ１２ｂによる添加溶液の送液量を上げるか、あるいはその双方を行う。溶液混合システム２０は、このように制御することで、混合溶液中の、添加溶液の成分の量又は濃度が所望の量又は濃度になるように、添加溶液の添加量を調整することができる。このように、制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度に基づいて、フィードバック制御を行うことができる。

なお、制御部１６は、ここに記載した制御を実行するに際し、第１流路１７及び第２流路１８における流体の流量が所定の流量以上となるように、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂを制御する。

溶液混合システム２０では、試料水に対して添加溶液を混合する溶液混合の処理が完了すると、洗浄水供給流路２２から洗浄水が第２流路１８に供給され、第２流路１８が洗浄される。これにより、第２流路が洗浄されるため、過去に第２流路に供給された試料水によるコンタミネーション等の影響を抑えることができる。

このように、本実施形態に係る溶液混合システム２０によれば、制御部１６は、さらに成分検出部２４が測定した成分の量又は濃度に関する情報に基づいて、第１送液ポンプ１２ａ及び第２送液ポンプ１２ｂによる送液を制御するため、送液路１３における試料水に対する添加成分の実際の添加割合に基づいて、第１溶液（塩化マグネシウム溶液）と第２溶液（試料水）との混合割合を制御しつつ、流路に所定の流量以上の流体を供給することにより、詰まりを防止しやすくなる。溶液混合システム２０は、上述した溶液混合システム１０が有する他の効果についても、同様に有することができる。

（第３実施形態）
図４は、本開示の第３実施形態に係る溶液混合システム３０の概略構成図である。溶液混合システム３０は、第２実施形態に係る溶液混合システム２０と同様に、複数の溶液を混合するために用いられるシステムである。以下、第３実施形態に係る溶液混合システム３０の詳細について、第２実施形態に係る溶液混合システム２０と共通する点については、適宜説明を省略しながら、説明する。

図４に示すように、本実施形態に係る溶液混合システム３０は、第１流量計１１ａと、第１送液ポンプ１２ａと、第１溶液供給部１４と、第２溶液供給部１５と、制御部１６と、成分検出部２４と、を備える。第１溶液供給部１４は、流体を下流側に供給する第１流路１７と連通しており、第２溶液供給部１５は、流体を下流側に供給する第２流路１８と連通している。第１流路１７と第２流路１８とは、結節点１９で合流するように構成されており、結節点１９よりも下流側には、第１流路１７及び第２流路１８と連通する１本の送液路１３が設けられている。また、第２流路１８には、第２流路１８に合流するように洗浄水供給流路２２が設けられる。洗浄水供給流路２２は、第２溶液供給部１５の近くに設けられることが好ましい。

本実施形態において、第１流量計１１ａ、第１送液ポンプ１２ａ、第１溶液供給部１４、第２溶液供給部１５、第１流路１７、第２流路１８、結節点１９、送液路１３、試料水流路２１、洗浄水供給流路２２及び成分検出部２４の構成及び機能は、第２実施形態に係る溶液混合システム２０と同様である。

本実施形態に係る溶液混合システム３０は、第２実施形態に係る溶液混合システム２０が備える第２流量計１１ｂ及び第２送液ポンプ１２ｂを備えない。

本実施形態に係る溶液混合システム３０は、絞り弁３１を備える。絞り弁３１は、第２流路１８に設けられる。絞り弁３１は、絞り開度を変えることによって、下流側に流れる流体（ここでは試料水）の流量を無段階に調整可能な弁である。絞り弁３１は、本開示における「流量制御機構」として機能する。図４に示すように、絞り弁３１は、特に、第２流路１８において、結節点１９よりも上流側に設けられている。絞り弁３１は、可能な限り結節点１９に近い位置に設けられることが好ましい。絞り弁３１が設けられる位置が結節点１９に近いほど、添加溶液を添加する直前で、試料水の供給量を調整できる。絞り弁３１は、流量測定機能を有し、絞り弁３１を通過する流体の流量を測定可能である。すなわち、本実施形態では、絞り弁３１は、上述した第２流量計１１ｂの機能を内包する。ただし、絞り弁３１は、上述した第２流量計１１ｂの機能を内包していなくてもよい。この場合、溶液混合システム３０は、流量を調整可能な絞り弁３１と、流量を測定する第２流量計１１ｂとを備える。

絞り弁３１は、測定した流量の情報を、制御部１６に送信する。本実施形態において、制御部１６は、第１送液ポンプ１２ａによる流体の送液処理を行うとともに、絞り弁３１における絞り開度を調整することにより、試料水の下流側への流量を調整する。

本実施形態に係る溶液混合システム３０には、第２流路１８に、流体を排出するための排水流路３２が設けられている。具体的には、排水流路３２は、洗浄水供給流路２２の第２流路１８への合流地点よりも下流側で、絞り弁３１よりも上流側において、第２流路１８から分岐するように、第２流路１８と連通して設けられている。排水流路３２は、可能な限り絞り弁３１に近い位置で、第２流路１８から分岐するように設けられていることが好ましい。排水流路３２が第２流路１８から分岐する位置が絞り弁３１に近いほど、第２流路１８に供給される流体を、下流側に近い位置で排水することができる。排水流路３２は、溶液混合システム３０により、添加溶液を試料水に混合する溶液混合の処理が行われている間は、絞り弁３１を通過しなかった試料水を排水する排水路として機能し、溶液混合の処理後に、洗浄水供給流路２２から第２流路１８に洗浄水が供給されている間は、洗浄水を排水する排水路として機能する。

図５は、図４の溶液混合システム３０により溶液混合の処理が行われているときの流体の流れを示す概略図である。溶液混合の処理が行われている場合、試料水流路２１から採水された試料水は、図５に示すように第２溶液供給部１５から第２流路１８に供給される。本実施形態に係る溶液混合システム３０では、試料水は、試料水流路２１からの採水地点における残存圧力を利用して、下流側に送液される。試料水は、一部が絞り弁３１を通過して下流側の送液路１３に流れる。また、絞り弁３１を通過しなかった試料水（余剰試料水）は、排水流路３２から、溶液混合システム３０の外部に排出される。絞り弁３１の絞り開度は、制御部１６により制御される。

溶液混合の処理が行われているとき、第１送液ポンプ１２ａにより、第１溶液供給部１４から添加溶液が下流側に送液される。送液された添加溶液は、結節点１９から送液路１３に流れ、送液路１３において、絞り弁３１を通過した試料水と混合される。試料水と添加溶液とが混合された混合溶液は、成分検出部２４において、混合溶液に含まれる添加成分の量又は濃度が検出される。

本実施形態では、制御部１６は、第１流量計１１ａにより測定された流量と、絞り弁３１により測定された流量と、成分検出部２４により測定された量又は濃度とに基づいて、第１送液ポンプ１２ａによる流体の送液量及び絞り弁３１の絞り開度を制御することにより、送液を制御する。具体的には、制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれるか否かを判定する。制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれる場合、第１送液ポンプ１２ａの送液状態及び絞り弁３１の絞り開度を維持する。制御部１６は、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲に含まれない場合、成分検出部２４により測定される量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲内に収まるように、第１送液ポンプ１２ａの送液状態及び絞り弁３１の絞り開度を制御する。例えば、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲よりも高い場合、制御部１６は、第１送液ポンプ１２ａによる添加溶液の送液量を下げるか、絞り弁３１の絞り開度を上げるか、あるいはその双方を行う。例えば、成分検出部２４により測定された量又は濃度が、所望の量又は濃度範囲よりも低い場合、制御部１６は、第１送液ポンプ１２ａによる添加溶液の送液量を上げるか、絞り弁３１の絞り開度を下げるか、あるいはその双方を行う。制御部１６は、このように制御することで、混合溶液中の、添加溶液の成分の量又は濃度が所望の量又は濃度になるように、添加溶液の添加量を調整することができる。

制御部１６は、ここに記載した制御を実行するに際し、第１流路１７及び第２流路１８における流体の流量が所定の流量以上となるように、第１送液ポンプ１２ａ及び絞り弁３１を制御する。

図６は、図４の溶液混合システム３０により第２流路１８の洗浄が行われているときの流体の流れを示す概略図である。溶液混合システム３０では、溶液混合の処理が完了すると、図６に示すように、洗浄水供給流路２２から洗浄水が第２流路１８に供給され、第２流路１８が洗浄される。このとき、試料水流路２１から第２流路１８に試料水が流れ込まないように、試料水の流入を制御する弁が第２溶液供給部１５に設けられ、当該弁が閉じられることが好ましい。洗浄水供給流路２２から第２流路１８に供給された洗浄液は、下流側に流れ、排水流路３２から、溶液混合システム３０の外部に排出される。

このように、本実施形態に係る溶液混合システム３０によっても、制御部１６は、成分検出部２４が測定した成分の量又は濃度に関する情報に基づいて、第１送液ポンプ１２ａ及び絞り弁３１による送液を制御するため、送液路１３における試料水に対する添加成分の実際の添加割合に基づいて、第１溶液（塩化マグネシウム溶液）と第２溶液（試料水）との混合割合を制御しつつ、流路に所定の流量以上の流体を供給することにより、詰まりを防止しやすくなる。溶液混合システム３０は、上述した溶液混合システム１０が有する他の効果についても、同様に有することができる。

なお、上記実施形態では、第１溶液及び第２溶液という２種類の溶液を混合する場合について説明したが、本開示の内容を応用して、３種類以上の溶液を混合することも可能である。つまり、測定された流量に基づいて、３本以上の流路にそれぞれ設けられた流量制御機構を制御部が制御するという、３種類以上の溶液を混合するシステムを構築することが可能である。

上述した溶液混合システムは、多様な分野及び用途に用いることができる。例えば、上述した溶液混合システムは、浄水場、下水処理場、水再生施設又は海水淡水化施設等の水処理インフラの水質管理や処理性能を把握するために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、例えば、河川、海洋、親水域、プール又は水浴場等の水域における環境の動態調査のために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、例えば、水域や環境インフラを網羅する都市の微生物感染リスクを把握するための、微粒子、コロイド分散系又は微生物等の水質検査のために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、飲料用又は加工食品の製造に使用される液体の質的リスク、安全把握又は品質管理を目的として、リスクを定量化したり、安全と判定できる閾値との比較検証を行ったりするために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、工業用水、灌漑・農業用水などの水質検査のために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、例えば、ミスト散布、加湿装置又は打ち水等の温湿度管理に用いられる液体の質的リスク、安全把握又は品質管理を行うために採水した試料水に対して用いることができる。また、上述した溶液混合システムは、医薬品製造又は人工透析療法等の医療に関連する水の品質管理検査のために採水した試料水に対して用いることができる。

本開示は、上述した実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した開示の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再構成可能であり、複数の構成部またはステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

１ ろ過装置
２ ろ過膜
３ 吸引ポンプ
４ 溶液供給部
５ 試料水供給部
６ 送液ポンプ
７、８ 流路
９、１９ 結節点
１０、２０、３０ 溶液混合システム
１１ａ 第１流量計
１１ｂ 第２流量計
１２ａ 第１送液ポンプ
１２ｂ 第２送液ポンプ
１３ 送液路
１４ 第１溶液供給部
１５ 第２溶液供給部
１６ 制御部
１７ 第１流路
１８ 第２流路
２１ 試料水流路
２２ 洗浄水供給流路
２３ 洗浄水排水流路
２４ 成分検出部
３１ 絞り弁
３２ 排水流路

Claims (6)

1. 第１溶液を供給する第１溶液供給部と、
   第１溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第１流路と、
   前記第１流路を流れる流体の流量を測定する第１流量計と、
   前記第１流路を流れる流体を下流側に送液する第１送液ポンプと、
   第２溶液を供給する第２溶液供給部と、
   第２溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第２流路と、
   前記第２流路を流れる流体の流量を測定する第２流量計と、
   前記第２流路を流れる流体を制御する流量制御機構と、
   前記第１流路及び前記第２流路と連通し、前記第１流路及び前記第２流路の下流側に配置された送液路と、
   流体の送液処理を制御する制御部と、
   前記送液路に配置され、検出対象となる成分の量又は濃度を測定可能な成分検出部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１流量計及び前記第２流量計が測定した流量に関する情報並びに前記成分検出部が測定した前記成分の量又は濃度に関する情報に基づいて、前記第１送液ポンプ及び前記流量制御機構による送液を制御する、溶液混合システム。
2. 前記流量制御機構は、前記第２流路を流れる流体を下流側に送液する第２送液ポンプである、請求項１に記載の溶液混合システム。
3. 前記流量制御機構は、絞り開度を変えることによって、下流側に流れる流体の流量を無段階に調整可能な絞り弁である、請求項１に記載の溶液混合システム。
4. 前記第２流路と合流するように設けられ、前記第２流路に洗浄水を流入させるための洗浄水供給流路をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の溶液混合システム。
5. 前記第２溶液供給部は、設備において試料水が流れる試料水流路から試料水を採水する機構として構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の溶液混合システム。
6. 第１溶液を供給する第１溶液供給部と、
   第１溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第１流路と、
   前記第１流路を流れる流体の流量を測定する第１流量計と、
   前記第１流路を流れる流体を下流側に送液する第１送液ポンプと、
   第２溶液を供給する第２溶液供給部と、
   第２溶液供給部と連通し、流体を下流側に供給する第２流路と、
   前記第２流路を流れる流体の流量を測定する第２流量計と、
   前記第２流路を流れる流体を制御する流量制御機構と、
   前記第１流路及び前記第２流路と連通し、前記第１流路及び前記第２流路の下流側に配置された送液路と、
   前記送液路に配置され、検出対象となる成分の量又は濃度を測定可能な成分検出部と、
   を備える溶液混合システムが実行する溶液混合方法であって、
   前記第１流量計及び前記第２流量計が測定した流量に関する情報を取得するステップと、
   前記流量に関する情報並びに前記成分検出部が測定した前記成分の量又は濃度に関する情報に基づいて、前記第１送液ポンプ及び前記流量制御機構による送液を制御するステップと、
   を含む、溶液混合方法。

Images