JP7193921B2 - 純水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、純水製造装置に関し、特に、医薬品の製造、半導体の製造、発電用ボイラー水、食品などに使用される純水もしくは超純水を製造するためのイオン交換方式純水製造装置の異常を検出することが可能な純水製造装置に関する。

医薬品の製造、半導体の製造、発電用ボイラー水、食品などに使用される純水もしくは超純水を製造するためのイオン交換方式純水製造装置が知られている。イオン交換方式純水製造装置は、原水をイオン交換体等に接触させ、原水に含まれるアニオンおよびカチオン成分をイオン交換反応により除去し、純水を製造する装置である。イオン交換体は、定期的に酸およびアルカリにより再生することで、繰り返し使用することができる。

近年、半導体の高集積度化などにより、純水製造装置に求められる純水の純度が高くなるとともに、再生に用いられる薬品の使用量を抑え、ランニングコストを極限まで低減することが求められている。しかしながら、適正な再生頻度および再生薬品量の調整を行わないと、イオン交換体の再生不良が起こり、純水の水質低下のリスクが高まる。

再生頻度の決定方法として従来から行われる最もオーソドックスな方法は、原水のイオン濃度を一定とみなし、一定量の原水の通水量を超えた場合に、イオン交換体の再生をする方式である。しかしながら、原水のイオン濃度が季節変動などにより上昇した場合、再生頻度が足りなくなるため、処理水の水質が低下する。季節変動を見越して薬品量や再生頻度を多く設定すると、無駄に薬品を消費するため、ランニングコストが上昇する。また、イオン交換体は汚れなどにより経年劣化するため、季節変動がなくても設備の能力が低下し、処理水の水質が低下していく。設備能力の低下を考慮した薬品量や再生頻度を設定すると、ランニングコストが更に上昇する問題もある。

これらの問題を解決する手段の一つとして例えば特開平３－１８１３８４号公報（特許文献１）に記載されるように、原水の導電率を測定してイオン負荷を演算し、原水のイオン負荷を考慮したうえでイオン負荷を求め、再生頻度を決定する方式がある。

しかしながら、導電率によるイオン負荷の演算方法は、イオン種やｐＨによって誤差が生じるため、精度に限界がある。特に、イオンの中でも例えばシリカは弱電解質であるため、導電率に表れにくく、原水の導電率からイオン負荷を推算すると誤差が生じる場合がある。他の分析器を設置することも可能であるが、イニシャルコストやランニングコストが上昇する。更に、上述の従来技術と同様に、イオン交換体は汚れなどにより経年劣化するため、季節変動がなくても設備の能力が低下し、処理水の水質が低下していくが、これらの誤差を考慮すると、特許文献１の技術を用いた場合でも、再生頻度および再生剤量の低減は限定的である。

更に別の従来技術としては、イオン交換体の再生廃液のｐＨを測定し、測定値に基づいて再生剤の通薬量の監視を行うことにより再生に用いる薬品の使用量を抑える方法（特開平９－１１７６７９号公報（特許文献２））や、処理水中のシリカを分析計により測定する方法等がある。

しかしながら、いずれの方法も、監視の精度に限界がある上、測定装置が高価で機器サイズも大きくなり、ランニングコスト及びメンテナンスコストが増大する。また、イオン交換体を収容したイオン交換塔は目視により得られる情報が少なく、イオン交換塔の外部に接続された水質計などによってもイオン交換塔の内部状況を把握することが困難である。そのため、イオン交換塔から排出された処理水の性状悪化が生じてから対策を行うか、或いは処理水の性状悪化が生じないように予め余裕を持たせた条件で処理を行うことが行われていた。

特開平３－１８１３８４号公報 特開平９－１１７６７９号公報

上記課題を鑑み、本発明は、イオン交換体をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制可能な純水製造装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、イオン交換塔内の所定の位置に、イオン交換体の樹脂導電率を連続的に測定するための少なくとも１対の電極を備える導電率計を配置し、ある特定の位置で定点観測した場合の樹脂導電率の時間当たりの測定値の変化に基づいて、処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が検出された場合に、異常の発生を警告するための異常検出信号を生成する異常検出手段を設けることが有用な手段の１つであることを見出した。

以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態に係る純水製造装置は一側面において、被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、イオン交換塔内の予め設定された位置にイオン交換体に接するように配置され、イオン交換体の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計と、各測定位置における導電率計の測定結果に基づいて、イオン交換塔内を通過する複数のイオンがイオン交換体に吸着又は脱離することによる樹脂導電率の測定値の変化を検出し、処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が検出された場合に、異常の発生を警告するための異常検出信号を生成する異常検出手段とを備える。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は一実施態様において、イオン交換塔がカチオン塔であって、異常検出手段が、樹脂導電率の測定値が予め設定された第１設定値よりも低下した場合に第１の異常検出信号を生成し、樹脂導電率の測定値が第１の設定値よりも低い第２の設定値よりも低下した場合に第２の異常検出信号を生成する。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は別の一実施態様において、イオン交換塔がカチオン塔であって、異常検出手段が、カルシウムイオンによる樹脂導電率の変化が検出された場合に、異常検出信号を生成する。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、純水製造装置が、カチオン塔、脱炭酸塔及びアニオン塔を備え、カチオン塔に設けられた導電率計による樹脂導電率の測定値に基づいて、異常検出手段が異常検出信号を生成した場合に、アニオン塔の処理水の少なくとも一部をカチオン塔へ循環させる循環手段を更に備える。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、イオン交換塔がアニオン塔であって、異常検出手段が、樹脂導電率の測定値の時間的変化が低下傾向から上昇傾向に転じ、樹脂導電率の測定値の上昇傾向が、予め設定された時間以上続いた場合に、異常検出信号を生成する。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、イオン交換塔がアニオン塔であって、異常検出手段が、被処理水に含まれるシリカイオンによる樹脂導電率の変化が検出された場合に、異常検出信号を生成する。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、一対の電極が、被処理水の通水方向に対してイオン交換塔の入口と出口の中間よりも下流側に配置される。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は別の一側面において、被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、イオン交換塔内の予め設定された位置にイオン交換体に接するように配置され、イオン交換体の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計を備えたイオン交換塔と、処理水を貯蔵可能な貯蔵タンクと、被処理水の供給元から被処理水の水質情報を取得するための水質情報取得手段と、水質情報に基づいて、被処理水のイオン交換塔への供給及び貯蔵タンクへの処理水の供給を制御する供給制御手段とを備える。

本発明の実施の形態に係る純水製造装置は更に別の一側面において、被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、イオン交換塔内の予め設定された位置にイオン交換体に接するように配置され、イオン交換体の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計を備えたイオン交換塔と、予め設定された位置における導電計の測定結果に基づいて、イオン交換塔へ供給される被処理水の通水量、薬品量及びイオン交換体の再生頻度の少なくとも何れかを含む処理条件を決定する処理条件決定手段と、処理条件決定手段が決定した決定処理条件を、通信可能に接続された遠隔制御サーバ手段へ送信可能な送信手段と、遠隔制御サーバからの処理条件更新情報を受信可能な受信手段とを備え、遠隔制御サーバ手段が、少なくとも１対の電極を含む導電率計を備えたイオン交換塔を備える複数の純水製造装置がそれぞれ備える処理条件決定手段が決定した複数の決定処理条件に基づいて、処理条件を再計算し、再計算により得られる処理条件更新情報を受信手段へ送信する。

本発明によれば、イオン交換体をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制可能な純水製造装置が提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係る純水製造装置の例を表す概略図である。 カチオン塔通水時における各イオン成分のイオン交換体への吸着及び脱離による樹脂導電率の変化の例を表すグラフである。 カチオン塔内のある地点（２１０ｍｍ位置）におけるカチオン交換樹脂のＣａ固相濃度、Ｎａ固相濃度、樹脂導電率及び樹脂導電率２階微分値の変化の例を表すグラフである。 カチオン塔内のある地点（５１０ｍｍ位置）におけるカチオン交換樹脂のＣａ固相濃度、Ｎａ固相濃度、樹脂導電率及び樹脂導電率２階微分値の変化の例を表すグラフである。 第１の実施の形態に係る純水製造装置において、カチオン塔を用いた場合の処理フローを表す図である。 アニオン塔通水時における各イオン成分のイオン交換体への吸着及び脱離による樹脂導電率の変化の例を表すグラフである。 アニオン塔内のある地点（３００ｍｍ位置）におけるアニオン交換樹脂の塩素イオン固相濃度、シリカイオン固相濃度、及び樹脂導電率測定値の変化の例を表すグラフである。 アニオン塔内のある地点（５００ｍｍ位置）におけるアニオン交換樹脂の塩素イオン固相濃度、シリカイオン固相濃度、及び樹脂導電率測定値の変化の例を表すグラフである。 第１の実施の形態に係る純水製造装置においてアニオン塔を用いた場合の処理フローを表す図である。 第２の実施の形態に係る純水製造装置の構成例を表す概略図である。 図１０に示す循環手段を用いてアニオン塔で得られる処理水をカチオン塔へ循環させた場合におけるカチオン塔内の液相導電率と樹脂導電率（カチオン塔内の固相の導電率）及び樹脂導電率の真値を表すグラフである。 図１０に示す循環手段を用いてアニオン塔で得られる処理水をカチオン塔へ循環させた場合におけるアニオン塔内の液相導電率と樹脂導電率（アニオン塔内の固相の導電率）及び樹脂導電率の真値を表すグラフである。 第３の実施の形態に係る純水製造装置を含む水処理システムの概要を表す概略図である。 第３の実施の形態に係る純水製造装置の構成例を表す概略図である。 第３の実施の形態に係る純水製造装置を用いて純水製造を行った場合（上欄）と行わなかった場合（下欄）の薬品コストの比較を表す表である。 第４の実施の形態に係る純水製造装置を複数備えた水処理システムの例を表す概略図である。 第４の実施の形態に係る純水製造装置の構成例を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の第１乃至第４の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、同一又は対応する構成には同一又は類似の符号を付している。なお、以下の説明は、の発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る純水製造装置は、図１に示すように、被処理水をイオン交換体３に通水して処理水を得るイオン交換塔２を用いて純水を製造する純水製造装置１であって、イオン交換塔２内の予め設定された位置にイオン交換体３に接するように配置され、イオン交換体３の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備えた導電率計４を備えたイオン交換塔２と、導電率計４の測定結果に基づいて、処理水の異常の発生を警告するための異常検出信号を生成する異常検出手段１１とを備える。

本実施形態において「連続的に測定」とは、樹脂導電率を常時測定する場合の他、純水製造装置１の運転期間中において一定期間毎（例えば数分～数時間毎）に定期的に樹脂導電率を測定する場合も含む。イオン交換体３に接するように配置された少なくとも１対の電極を備える導電率計４を介してイオン交換体３の樹脂導電率が連続的に測定されるため、樹脂導電率の測定結果を通じてイオン交換体３の状態（樹脂性能）をリアルタイムに把握することができる。その結果、イオン交換体３の性能低下をより素早く判断できるため、イオン交換体３の再生時期や交換時期を精度良く判断することができる。

本実施形態において「樹脂導電率」とは、イオン交換塔２内の固相の導電率、即ちイオン交換体を構成するイオン交換樹脂の導電率を意味する。導電率計４が備える少なくとも１対の電極をイオン交換樹脂と直接接触するように配置することで、イオン交換塔２内に収容されたイオン交換体３を構成するイオン交換樹脂の導電率を直接測定できる。

イオン交換塔２は、内部にイオン交換体３を収容し、被処理水を塔内に通水してイオン交換体３と接触させることにより、被処理水中の無機性溶解不純物を除去することが可能な装置であれば具体的構成は特に限定されない。イオン交換体３としては、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、これら樹脂を混合した混床型イオン交換樹脂を含むイオン交換体が用いられる。

図１に示すように、イオン交換塔２の外側面下部には１対の電極（図示省略）を備えた導電率計４が配置されている。導電率計４の具体的構成は限定されない。例えば、ステンレス鋼などの耐食性を有する材料で形成されたロッド状又は板状の２本の電極を電極間距離２～１０ｍｍ程度離間させた状態で、イオン交換塔２の外側面から内部へ、イオン交換塔２の高さ方向（通水方向）と交差する方向に挿入することができる。

或いは、互いに逆の極性（＋／－）を有する２本の電極を絶縁層を介して同心円状に配置した導電率計４をイオン交換塔２の内部へ挿入してもよい。あるいは、イオン交換塔２の高さ方向に沿ってイオン交換塔２の固相の導電率、即ち、イオン交換体３の樹脂導電率の測定のための測定端子を複数個備える導電率計４をイオン交換塔２の内壁に接着するか或いは内壁近傍に延在させるようにしてもよい。

イオン交換体３の状態をより精度良く把握するためには、イオン交換塔２の入口２１側のイオン交換体３よりも出口２２側のイオン交換体３の状態を検知することが好ましい。このため、導電率計４は、図１に示すように、被処理水の通水方向に対してイオン交換塔２の入口２１（塔最上部）と出口２２（塔最下部）の中間（５０％）よりも下流側に配置されることが好ましい。より好ましくは、入口（０％）から出口（１００％）に向かって６０％以上下流側、より好ましくは７０％以上、下流側となる位置で、導電率計４の電極の先端（導電率検出部分）がイオン交換体３と接触するように配置される。

導電率計４は、イオン交換塔２の高さ方向に２箇所以上配置することが好ましい。例えば、イオン交換塔２の通水方向からみて上流、中流、及び下流領域それぞれに１対の電極をそれぞれ配置し、イオン交換体３の上流側、中流側、下流側の樹脂導電率を測定することが好ましい。イオン交換塔２の内部のイオン交換体３は、通水方向に対してイオン交換塔２を通過するイオンの濃度勾配が生じ、イオン交換塔２の入口側と出口側で樹脂導電率が変わる場合があるが、導電率計４を複数箇所に配置して、イオン交換体３の局所領域での樹脂導電率を複数箇所から測定することによって、イオン交換体３の樹脂性能をより詳しく把握することができる。

導電率計４の検知精度を高めるために、イオン交換塔２の内面には、樹脂などの非導電性材料によるライニング層（図示省略）が配置されることが好ましい。或いは、イオン交換塔２自身が、非導電性材料で構成されていてもよい。

導電率計４の電極間には、交流電圧が印加されることが好ましい。これにより、電極間に直流電圧が印加される場合に比べて、電極の表面に分極が生じるのを防ぎ、長期間安定してイオン交換体３の樹脂導電率を測定することができる。

被処理水の通水中におけるイオン交換塔２内には複数のイオンが共存するため、導電率計４によって測定されるイオン交換体３の樹脂導電率の測定値は塔内における複数のイオンの影響を受けて複雑な変化を示す。

しかしながら、イオン交換塔２内の同一箇所におけるイオン交換体３の挙動を定点で観察すると、同一箇所において３つ以上のイオンが同時に存在する領域は少ないことが分かった。即ち、イオン交換塔２を通過する複数のイオン間においては、イオンの拡散（移動のしやすさ）とイオンの除去のされやすさ（選択係数）は一致せず、その影響によりイオン交換塔２内のイオン分布が定まり、導電率計４が測定する樹脂導電率の測定値の変化も、そのイオン分布に応じて変動することが分かった。そして、この測定値の変化を観察することで、イオン交換塔２の内部状態をより詳細に把握することができ、イオン交換体３の再生時期や交換時期を精度良く判断できることが分かった。

図２は、カチオン塔通水時におけるナトリウムイオン（Ｎａ⁺）及びカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）の各運転時間における塔内固相濃度分布及び各イオン成分のイオン交換体への吸着及び脱離による樹脂導電率の各運転時間における塔内状態の例を表すグラフである。なお、図２及び以下に説明する図３及び図４において、固相濃度［－］＝（Ｎａ⁺又はＨ⁺）イオンの固相濃度［ｍＥｑ／Ｌ］／交換容量［ｍＥｑ／Ｌ］で算出される。

カチオン塔内においてはイオンの除去のされやすさは、例えばＬｉ⁺＜Ｎａ⁺＜Ｍｇ²⁺＜Ｃａ²⁺となる。定点観測（カチオン塔の特定高さにおける観測）をした場合、まずナトリウムイオンによる樹脂導電率の変化が現れ、その後カルシウムイオンによる樹脂導電率の変化が現れる。時間の経過につれてこれらイオンの固相濃度の変動はイオン交換塔の入口側から出口側へと移動する。

図３及び図４は、本発明の実施の形態に係る純水装置のカチオン塔の入口から２１０ｍｍ、５１０ｍｍの位置における、樹脂導電率、樹脂導電率変化の２階微分値及びカチオン塔を通過するナトリウムイオン（Ｎａ⁺）及びカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）の固相濃度を示すグラフである。「樹脂導電率２階微分値」とは、樹脂導電率の値を時間で２回微分演算した結果を示す。

例えば図３に示すように、カチオン塔の入口から２１０ｍｍの位置におけるカチオン交換樹脂の導電率の変化（図３の実線で表される「樹脂導電率」）に着目すると、ナトリウムイオン及びカルシウムイオンの固相濃度の増大に伴って樹脂導電率が一旦下がり（ＳＰ１）、更にナトリウムイオンに加えてカルシウムイオンの急激な固相濃度の増大に伴って、更に樹脂導電率が低下していることがわかる（ＳＰ２）。図４に示す例も同様に、ナトリウムイオン及びカルシウムイオンの固相濃度の増大に伴って樹脂導電率が一旦下がり（ＳＰ１）、更にナトリウムイオンに加えてカルシウムイオンの急激な固相濃度の増大に伴って、更に樹脂導電率が低下している（ＳＰ２）。

そのため、導電率計４に接続された計算機（ＰＬＣ）１００が備える異常検出手段１１は、例えば図３及び図４に示すような樹脂導電率の測定値の変化を検出し、これに基づいて異常検出信号を生成するように構成することができる。

即ち、異常検出手段１１は、導電率計４の測定結果に基づいて、イオン交換塔２内を通過する複数のイオンがイオン交換体３に吸着又は脱離することによる樹脂導電率の測定値の変化を検出し、イオン交換塔２から排出される処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が検出された場合に、異常の発生を警告するための異常検出信号を生成するように構成される。

よって、異常検出手段１１は、図１に示すように、例えば、検出部１１１と、判断部１１２と、出力部１１３とを備えることができる。検出部１１１は、導電率計４による樹脂導電率の測定結果を取得し、イオン交換塔２内を通過する複数のイオンがイオン交換体３に吸着又は脱離することによる樹脂導電率の測定値の変化を検出する。

判断部１１２は、樹脂導電率の測定値の変化を判断するための情報である判断情報を、計算機１００に接続された記憶装置１１０から読み出し、その判断情報に基づいて、イオン交換塔２から排出される処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が検出されたか否かを判断する。

出力部１１３は、判断部１１２の判断結果に基づいて、イオン交換塔２から排出される処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が検出された場合に、異常の発生を警告するための異常検出信号を生成し、文字、音、光などを出力可能な出力手段１３０に対し、異常が検出された旨を出力する。出力手段１３０は異常検出信号の出力に応じて、ユーザに対して所定の警告情報を出力する。なお、計算機１００には、設定条件などの必要な情報を入力するための入力手段１２０及び計算機１００の処理プログラム等の所定の情報を記憶する記憶装置１１０が備えられている。

具体的には、図５の処理フローに例示されるように、ステップＳ１１において、カチオン塔においてイオン交換塔２から排出される処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化を検出するための設定条件として、ナトリウムイオンによる樹脂導電率の測定値の変化が生じる第１設定値（図３及び図４の値ＳＰ１）及びカルシウムイオンによる樹脂導電率の低下が生じる第２設定値（図３及び図４の値ＳＰ２）を検出するように設定された場合を例に各処理フローを説明する。

ステップＳ１２において、検出部１１１が、導電率計４による樹脂導電率の測定値を検出する。ステップＳ１３において、判断部１１２が、導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第１設定値（例えば、図３及び図４の値ＳＰ１）よりも低下するか否かを判定する。導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第１設定値よりも低下したと判定した場合、ステップＳ１４に進み、出力部１１３が、例えばナトリウムイオンによる樹脂導電率の変化が検出されたことを示す第１の異常検出信号（第１（軽）警報）を生成してステップＳ１５において出力手段１３０へ出力する。ステップＳ１３において導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第１設定値（例えば、図３及び図４の値ＳＰ１）よりも低下していない場合にはステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１６において、検出部１１１が、導電率計４による樹脂導電率の測定値を検出する。ステップＳ１７において、判断部１１２が、導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第１の設定値よりも低い第２の設定値（例えば、図３及び図４の値ＳＰ２）よりも低下するか否かを判定する。導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第２設定値よりも低下していない場合いは、ステップＳ１２へ戻る。一方、導電率計４による樹脂導電率の測定値が予め設定された第２設定値よりも低下した場合は、ステップＳ１９に進み、出力部１１３が、カルシウムイオンによる樹脂導電率の変化が検出されたことを示す第２の異常検出信号（第２（重）警報）を生成してステップＳ１９において出力手段１３０へ出力する。

上述の例においては、樹脂導電率の絶対値による判断について、予め設定された複数の設定値と比較することにより評価する方法を説明した。しかしながら、例えば、図３及び図４の丸印で囲まれるような、樹脂導電率の測定値の二階微分値の絶対値（図３及び図４のＳＰ３）や極大値（図３及び図４のＳＰ４）を判断部１１２による判断基準として採用してもよい。

一方、図６～図８は、アニオン塔内の塩素イオン（Ｃｌ^-）とシリカイオン（ＨＳｉＯ₃ ^-）のイオン交換バンドを表すグラフの例である。アニオン塔においては、イオンの除去のされやすさは、例えば、ＨＳｉＯ₃ ^-＜ＨＣＯ₃ ^-＜Ｃｌ^-＜ＳＯ₄ ^2-となる。例えば、塩素イオンとシリカイオンに着目すると、定点観測（アニオン塔の特定高さにおける観測）をした場合、図６～図８に示すように、まずＣｌ^-、による樹脂導電率の変化が生じ、次にＨＣＯ₃ ^-による樹脂導電率の変化が生じる。

例えば、アニオン塔の入口から３００、５００ｍｍの位置におけるアニオン交換樹脂の樹脂導電率の変化（図６及び図７の点線で表される「樹脂導電率測定値」）に着目すると、塩素イオンの影響によって樹脂導電率が低下するが、その後、シリカイオンの影響により、樹脂導電率の測定値の変化は、低下傾向から上昇傾向に転じる（図７及び図８の丸印部分）。なお、この傾向は処理時間の経過に伴い、イオン交換塔２の上流側から下流側に移動しながらそれぞれ同様な傾向を示すことがわかる。

そのため、導電率計４に接続された計算機（ＰＬＣ）１００が備える異常検出手段１１は、例えば図７及び図８に示すような樹脂導電率の測定値の変化を検出して異常検出信号を生成する。即ち、異常検出手段１１は、導電率計の測定結果に基づいて、樹脂導電率の測定値の変化が低下傾向から上昇傾向に転じ、この上昇傾向が予め設定された時間以上続いた場合に、異常検出信号を生成する。

具体的には、図９のフローに例示されるように、まずは処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる樹脂導電率の測定値の変化を検出するための設定条件を抽出する。ステップＳ２２において、検出部１１１が、導電率計４による樹脂導電率の測定値を検出する。ステップＳ２３において、判断部１１２が、導電率計４による樹脂導電率の測定値の変化が低下傾向にあるか否かを判定する。導電率計４による樹脂導電率の測定値の変化が低下傾向にない場合はステップＳ２２に戻る。導電率計４による樹脂導電率の測定値の変化が低下傾向にある場合はステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２４において、判断部１１２が、導電率計４による樹脂導電率の測定値の変化が上昇傾向に転じているか否かを判定する。上昇傾向に転じていない場合はステップＳ２２へ戻る。一方、上昇傾向に転じている場合はステップＳ２５へ進み、判断部１１２が、樹脂導電率の測定値の上昇傾向が、予め設定された時間以上続いているかを判定する。樹脂導電率の測定値の上昇傾向が、予め設定された時間以上続いていない場合は、ステップＳ２４へ戻る。一方、樹脂導電率の測定値の上昇傾向が、予め設定された時間以上続いている場合は、判断部１１２は、イオン交換塔２内のシリカイオンによる樹脂導電率の変化が生じているものと判断し、ステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６において、出力部１１３が、例えばシリカイオンによる樹脂導電率の変化が検出されたことを示す異常検出信号を生成してステップＳ１９において出力手段１３０へ出力する。

第１の実施の形態に係る純水製造装置によれば、イオン交換塔２内のイオン交換体３の樹脂導電率を測定する導電率計４に接続された異常検出手段１１を備えることにより、イオン交換塔２内の一定の位置における樹脂導電率の変化を通じて、処理水の水質に影響を及ぼすイオン、例えば、カチオン塔であればカルシウムイオンや、アニオン塔であればシリカイオンなどの存在を把握することができるため、これらイオンが処理水に混入してイオン交換塔２内の外部へ排出される前に処理水の水質低下等の異常を早期に発見することができる。これにより、イオン交換体をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制可能な純水製造装置及び純水製造方法が提供できる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る純水製造装置は、図１０に示すように、カチオン塔３０、脱炭酸塔４０及びアニオン塔５０を備える２Ｂ３Ｔ方式の多床塔の純水製造装置であって、カチオン塔３０に設けられた導電率計４による樹脂導電率の測定値に基づいて、異常検出手段１１が異常検出信号を生成した場合に、アニオン塔５０の処理水の少なくとも一部をカチオン塔３０へ循環させる循環手段８０と、アニオン塔５０の処理水及び原水（被処理水）の供給を切り替えるための切換弁８ａ～８ｄを更に備える。

カチオン塔３０及びアニオン塔５０には、塔内のイオン交換体に接し、樹脂導電率を連続的に測定するための電極を備えた導電率計４がそれぞれ設けられている。また、カチオン塔３０及びアニオン塔５０には、第１の実施の形態で示したイオン交換塔内の異常を検出するための異常検出手段１１を備えた計算機（ＰＬＣ）がそれぞれ設けられている。

カチオン塔３０内のカチオン交換樹脂の導電率を測定する場合、アニオン塔５０内のアニオン交換樹脂に比べて液相の導電率が高いため、カチオン交換樹脂の導電率の直接測定が難しい場合がある。そのため、例えば、カチオン塔３０内のカチオン交換樹脂の導電率が所定の値以下に低下し、異常検出手段１１によって異常検出信号が生成される場合に、アニオン塔５０の処理水の少なくとも一部をカチオン塔３０へ循環させるための配管等の循環手段８０を介してカチオン塔３０へ循環させることにより、カチオン塔３０内の樹脂導電率を精度良く図ることができるようになる。また、この循環工程を設けることによって、アニオン塔５０の入口側（通水方向に向かって５０％以上上流側）であっても、アニオン塔５０内のイオン交換体３の樹脂導電率を精度よく測定することができる。

図１１及び図１２に、カチオン塔寸法が直径１２００ｍｍ、高さ３２００ｍｍ、アニオン塔寸法が直径１３００ｍｍ、高さ２８００ｍｍ、脱炭酸塔が直径１１００ｍｍ、高さ３９００ｍｍ（下部貯槽高さ１５００ｍｍ）の向流再生方式２床３塔の純水製造装置１を用いて、循環流量５０ｍ³／ｈ、原水導電率３０ｍＳ／ｍの場合に第２の実施の形態に係る循環工程を実施した場合のカチオン塔内の液相および固相導電率（高さ２０００ｍｍ位置）の変化及びアニオン塔の液相および固相導電率（高さ２０００ｍｍ位置）の変化を示す。

図１１及び図１２に示す例では運転開始２０分後に循環工程を開始したところ、カチオン塔３０及びアニオン塔５０ともに、導電率計４によるイオン交換体の樹脂導電率は徐々に下がり、液相の導電率が小さくなり、固相の導電率を精度良く測定することができた。

第２の実施の形態に係る純水製造装置によれば、例えば、イオン交換塔２内の液相の導電率の検出値が高くなりすぎて樹脂導電率が正確に得られない恐れがある場合などにおいて、循環手段８０によって循環工程を行うことで、イオン交換塔２内の液相の導電率を小さくすることができる。これにより、イオン交換塔２内のイオン交換体の樹脂導電率の測定精度を高めることができる。

なお、上述の例では、異常検出手段１１が異常検出信号を生成した場合に、循環手段８０による循環を開始する例として説明した。しかしながら、本実施形態は異常検出手段１１が異常検出信号を生成する場合のみに限られず、例えば、予め設定された所定の時間毎に基づいて、循環手段８０によるアニオン塔５０の処理水のカチオン塔３０への循環を行うようにしてもよいことは勿論である。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る純水製造装置１は、図１３に示すように、純水製造装置１が処理する被処理水の供給元と水質情報を共有する水処理システムである。第３の実施の形態に係る純水製造装置１の被処理水の取水地は、天候、季節などによりイオン質、濁度などの水質が変化する場合がある。例えば、雪解け時期や大雨の後はイオン濃度が高まる傾向にある。

また、取水地から取水された被処理水を処理する上水場では、季節の変動に応じた被処理水の濁度等に基づいて、添加する凝集剤の使用量やｐＨを調節することが行われている。上水場で処理された処理水（工業用水、水道水）は、純水製造装置１を備える純水使用工場へ供給される前に例えば１２～２４時間程度の滞留時間があり、水質変動に遅れが生じている。

第３の実施の形態に係る純水製造装置１は、イオン交換塔２内の予め設定された位置にイオン交換体３に接するように配置され、イオン交換体３の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計４と、イオン交換塔２の処理水を貯蔵可能な貯蔵タンク２３と、被処理水の供給元から被処理水の水質情報を取得するための水質情報取得手段１２（図１４参照）と、水質情報に基づいて、被処理水のイオン交換塔への供給及び処理水の貯蔵タンク２３への供給を制御する供給制御手段１３とを備える。

例えば、供給元の被処理水の水質状態が、供給先での純水製造装置１の処理に対して負荷が高くなることが予め想定される場合には、供給制御手段１３が、イオン交換塔２で得られた処理水を貯蔵タンク２３へ貯蔵させておくように制御する。その後、イオン交換塔２において水質状態が低下した被処理水が提供された場合には、その水質に応じた処理を行うか、或いは、必要に応じて例えばイオン交換塔２による被処理水の処理を停止させる。その間にイオン交換塔２で得られた処理水（純水）を利用する工場では貯蔵タンク２３に貯蔵された処理水を利用する。これにより、純水使用工場において使用される純水量を常に所定量確保した状態で、イオン交換塔２におけるイオン交換処理条件を調整することができるため、より効率性の高い処理を行うことができる。

そのため、例えば、図１４に示す水質情報取得手段１２は、計算機１００及び浄水場が備える計算機に接続されたネットワーク２００（図１３参照）を介して、被処理水の供給元からの水質情報（イオン負荷、導電率、薬品使用量、濁度など）を取得する。計算機１００が備える水質情報取得手段１２は、ネットワーク２００を介して取得した今後供給される被処理水の水質情報に基づいて、イオン交換塔２の処理条件を決定する。

例えば、イオン負荷が普段よりも高い被処理水の供給が予測される場合には、水質情報取得手段１２は、その前段階のイオン負荷の低い被処理水が供給されるタイミングで製造した純水を貯蔵タンク２３へ貯蔵しておくようにイオン交換塔２の処理条件を決定する。供給制御手段１３は、水質情報取得手段１２が決定した処理条件に基づいて、例えば将来的に水質が良好な被処理水の場合はイオン交換塔２による通常の純水製造処理を行い、将来的に水質が良好でない被処理水が提供される場合は、その被処理水が供給される前までに処理水を貯蔵タンク２３へ供給するように制御する。

第３の実施の形態に係る純水製造装置１によれば、被処理水の供給元の水質情報をネットワーク２００等を介して取得する水質情報取得手段１２を備えることにより、純水製造装置１の入口で被処理水の負荷変動をモニタリングする場合に比べて、被処理水の負荷変動を早期に予測することができる。その結果、より効率の良い純水製造処理を行うことができ、イオン交換塔２への処理の負荷も軽減できる。

更に、イオン交換塔２内のイオン交換体の樹脂導電率を直接測定可能な導電率計４及び異常検出手段１１を備えることにより、イオン交換塔２内の状態をより最適な状態に保ちながら純水の製造処理を行うことができるため、得られる処理水の水質低下やイオン交換塔２内の異常をより早期に把握することができる。

なお、水質情報取得手段１２が取得した被処理水の導電率が水質変動により通常よりも高すぎる、あるいは低すぎて、導電率計４の測定に影響を及ぼす可能性がある場合には、例えば、第２の実施の形態に係る純水製造装置１が備える循環手段８０を通じてアニオン塔５０からの処理水をカチオン塔３０、脱炭酸塔４０及びアニオン塔５０へ供給し、被処理水の導電率を導電率計４の測定に適切な範囲に調整する処理を行う、これにより、導電率計４の測定精度を向上させてより好適な純水製造処理を行うこともできる。

図１５は、第３の実施の形態に係る純水製造装置１を用いて純水製造を行った場合（上欄）と行わなかった場合（下欄）の薬品コストの比較を表す表である。第３の実施の形態に係る純水製造装置１によれば、薬品量をより低減して経済性の高い純水製造処理が行える。

（第４の実施の形態）
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る水処理システムを表す概略図である。水処理システムは、被処理水をイオン交換体３に通水して処理水を得るイオン交換塔２を用いて純水を製造する純水製造装置１を備える複数の純水使用工場Ａ～Ｃを含む。

純水製造装置１は、それぞれ貯蔵タンク２３及び計算機１００を含み、イオン交換塔２内の予め設定された位置にはイオン交換体３に接するように配置され、イオン交換体３の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計４が配置されている。純水使用工場Ａ～Ｃが備える計算機１００は、それぞれネットワーク２００を介して遠隔制御サーバ（遠隔制御サーバ手段）１０００及び計算機１００１に通信可能に接続されている。

純水使用工場Ａ～Ｃが備える各純水製造装置１は、それぞれが備える計算機１００によりそれぞれ独立して制御されることができるが、各計算機により決定された決定処理条件は、ネットワーク２００を介して遠隔制御サーバ手段１０００へ送信されることができる。

遠隔制御サーバ手段１０００は、各純水使用工場Ａ～Ｃから送信された複数の決定処理条件を用いてイオン交換塔２の処理条件を最適化することができる。例えば、純水使用工場Ａ～Ｃでそれぞれ発生するイオン交換塔２の異常検出情報に基づいて、純水使用工場Ａ～Ｃで使用されるイオン交換体３の再生頻度、被処理水の通水量、薬品量などの処理条件を再計算することができる。遠隔制御サーバ手段１０００は、再計算により得られた処理条件更新情報を各純水使用工場Ａ～Ｃへネットワーク２００を介して送信する。

図１７は、各純水使用工場Ａ～Ｃが備える純水製造装置１の例を示す概略図である。純水製造装置１は、イオン交換塔２内の予め設定された位置にイオン交換体３に接するように配置され、イオン交換体３の樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計４と、所定の位置における導電率計４の測定結果に基づいて、イオン交換塔２へ供給される被処理水の通水量、薬品量及びイオン交換体３の再生頻度の少なくとも何れかを含む処理条件を決定する処理条件決定手段１４と、処理条件決定手段１４が決定した決定処理条件を、ネットワーク２００を介して通信可能に接続された遠隔制御サーバ手段１０００へ送信可能な送信手段１５と、遠隔制御サーバ手段１０００からの処理条件更新情報を受信可能な受信手段１６とを備える。

純水製造装置１が備える計算機１００は、第１～第３の実施の形態で説明した異常検出手段１１、水質情報取得手段、供給制御手段１３等によってそれぞれのイオン交換塔２の処理条件を決定したり処理の異常を検出したりすることができるが、これらが処理する情報を一括してネットワーク２００を介して接続された遠隔制御サーバ手段１０００によってこれらの情報を集約して共有することができれば、処理条件に応じたより適切な処理制御を行うことができる。

例えば、種類及び処理条件の異なる純水製造装置１間において、基本的な各装置の制御条件はそれぞれ変更する必要がなくとも、イオン交換体３の使用条件や処理条件等に基づいて、イオン交換体３の再生頻度及び再生剤量等の特定の処理条件や、再生開始指令のみを遠隔制御サーバ手段１０００を介して各純水製造装置１に送信することができれば、現場ソフトのアップデートを行うことなく、遠隔制御サーバ手段１０００から各純水使用工場Ａ～Ｃの処理を制御することができ、これにより、イオン交換体３をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制できる。

本発明の第４の実施の形態によれば、遠隔制御サーバ手段１０００が、ネットワーク２００を介して通信可能に接続された複数の純水製造装置１がそれぞれ備える処理条件決定手段１４が決定した複数の決定処理条件に基づいて、処理条件を再計算し、再計算により得られる処理条件更新情報を各受信手段１６へ送信するができるため、例えば、樹脂の再生指令などの特定の指令のみを遠隔制御サーバ手段１０００が送信することができ、より効率的な水処理システムが得られる。

本発明は上記の第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。本発明は上記の開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲において変形し具体化し得るものである。

１…純水製造装置
２…イオン交換塔
３…イオン交換体
４…導電率計
８ａ…切換弁
１１…異常検出手段
１２…水質情報取得手段
１３…供給制御手段
１４…処理条件決定手段
１５…送信手段
１６…受信手段
２１…入口
２２…出口
２３…貯蔵タンク
３０…カチオン塔
４０…脱炭酸塔
５０…アニオン塔
８０…循環手段
１００…計算機
１１０…記憶装置
１１１…検出部
１１２…判断部
１１３…出力部
１２０…入力手段
１３０…出力手段
２００…ネットワーク
１０００…遠隔制御サーバ手段
１００１…計算機

Claims (8)

1. 被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、
   前記イオン交換塔内の予め設定された位置に前記イオン交換体に電極が直接接するように配置され、前記イオン交換塔内の固相の導電率である樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計と、
   前記位置における前記導電率計の測定結果に基づいて、前記イオン交換塔内を通過する複数のイオンが前記イオン交換体に吸着又は脱離することによる前記樹脂導電率の測定値の変化を検出し、前記イオン交換塔から排出される前記処理水の水質に影響を及ぼすイオンによる前記樹脂導電率の測定値の変化が検出された場合に、異常の発生を警告するための異常検出信号を生成する異常検出手段と
   を備え、
   前記純水製造装置が、カチオン塔、脱炭酸塔及びアニオン塔を備え、
   前記カチオン塔内に設けられた前記導電率計による前記樹脂導電率の測定値に基づいて、前記異常検出手段が前記異常検出信号を生成した場合に、前記アニオン塔の処理水の少なくとも一部を前記カチオン塔へ循環させて前記カチオン塔に設けられた前記導電率計の液相の導電率の測定精度を調整するための循環手段を有することを特徴とする純水製造装置。
2. 前記異常検出手段が、
   前記カチオン塔の前記樹脂導電率の測定値が予め設定された第１設定値よりも低下した場合に第１の異常検出信号を生成し、
   前記カチオン塔の前記樹脂導電率の測定値が前記第１設定値よりも低い第２の設定値よりも低下した場合に第２の異常検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
3. 前記異常検出手段が、カルシウムイオンによる前記カチオン塔の前記樹脂導電率の変化が検出された場合に、前記異常検出信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の純水製造装置。
4. 前記異常検出手段が、前記アニオン塔の前記樹脂導電率の測定値の変化が低下傾向から上昇傾向に転じ、前記アニオン塔の前記樹脂導電率の測定値の上昇傾向が、予め設定された時間以上続いた場合に、前記異常検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
5. 前記異常検出手段が、シリカイオンによる前記アニオン塔の前記樹脂導電率の変化が検出された場合に、前記異常検出信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の純水製造装置。
6. 前記１対の電極が、前記被処理水の通水方向に対して前記イオン交換塔の入口と出口の中間よりも下流側に配置される請求項１～５のいずれか１項に記載の純水製造装置。
7. 被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、
   前記イオン交換塔内の予め設定された位置に前記イオン交換体に電極が直接接するように配置され、前記イオン交換塔内の固相の導電率である樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える複数の導電率計を備え、該導電率計により、前記イオン交換体の局所領域における前記樹脂導電率の変化を複数個所から測定するイオン交換塔と、
   前記処理水を貯蔵可能な貯蔵タンクと、
   前記被処理水の供給元から前記被処理水のイオン負荷、導電率、薬品使用量及び濁度の少なくともいずれかを含む水質情報を取得するための水質情報取得手段と、
   前記イオン負荷、導電率、薬品使用量及び濁度の少なくともいずれかの水質変動に関する情報に基づいて、前記被処理水の前記イオン交換塔への供給及び前記貯蔵タンクへの前記処理水の供給の切替を制御する供給制御手段と
   を備えることを特徴とする純水製造装置。
8. 被処理水をイオン交換体に通水して処理水を得るイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置であって、
   前記イオン交換塔内の予め設定された位置に前記イオン交換体に電極が直接接するように配置され、前記イオン交換塔内の固相の導電率である樹脂導電率を連続的に測定する少なくとも１対の電極を備える導電率計を備えたイオン交換塔と、
   前記位置における前記導電率計の測定結果に基づいて、前記イオン交換塔へ供給される被処理水の通水量、薬品量及び前記イオン交換体の再生頻度の少なくとも何れかを含む処理条件を決定する処理条件決定手段と、
   前記処理条件決定手段が決定した決定処理条件を、通信可能に接続された遠隔制御サーバ手段へ送信可能な送信手段と、
   前記遠隔制御サーバ手段からの処理条件更新情報を受信可能な受信手段と
   を備え、
   前記遠隔制御サーバ手段が、前記少なくとも１対の電極を含む導電率計を備えた前記イオン交換塔を備える複数の前記純水製造装置がそれぞれ備える前記処理条件決定手段が決定した複数の決定処理条件で処理された場合における前記複数の前記純水製造装置が備える前記イオン交換塔内の前記導電率計による前記樹脂導電率の異常検出情報に基づいて、前記処理条件を再計算し、再計算により得られる前記処理条件更新情報を前記受信手段へ送信することを特徴とする純水製造装置。

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