JP7459615B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理装置に関する。

製薬業界ユーザ向けに、パイロジェンフリー水を供給するシステムにおいて、外因性発熱物質（パイロジェン）を除去するために、ＵＦ膜装置を有する水処理装置が用いられることがある。当該水処理装置においては、雑菌を防ぐために、定期的に経路上の原水・処理水を加熱し、熱水による殺菌を行う必要がある。

この点、特許文献１は、熱水殺菌できる医療用精製水の製造装置の運転方法として、ＲＯ水タンク内のＲＯ水をヒータで加熱昇温させながら、活性炭装置、ＮＦ装置、ＲＯ装置を含む循環ラインに循環させて殺菌し、殺菌後、ＲＯ水タンク内のＲＯ水を熱交換器で冷却降温させながら、前記循環ラインに循環させて冷却する方法を開示している。

特許第５９２３０３０号公報

しかし、特許文献１に係る方法は、間欠的に原水を供給しながら冷却するバッチ式とは異なる、非バッチ式の冷却方法であるが、従来、バッチ式の冷却方法においては、主として、熱水殺菌後の降温工程において急激な水温の上下は避けられなかった。

本発明は、熱水殺菌後の降温工程において、バッチ式の冷却方法を用いながら、急激な水温の上下を抑制することが可能な、水処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、精製水を貯留する精製水タンクと、前記精製水タンクに貯留された精製水を処理水及び濃縮水に分離するろ過膜装置と、前記精製水タンクと前記ろ過膜装置とを接続し、該ろ過膜装置に精製水を供給する精製水供給ラインと、前記精製水供給ラインに配置され該精製水供給ラインを流通する精製水を加温する熱交換器と、前記精製水タンクに補給水を供給する補給水供給ラインと、前記ろ過膜装置において分離された処理水を供給する処理水供給ラインと、前記処理水供給ラインを流通する処理水を、前記精製水タンクに回収する処理水回収ラインと、前記精製水タンクの水位を測定する水位測定部と、前記ろ過膜装置に供給される精製水の温度を測定する第１温度測定部と、制御部と、を備える水処理装置であって、前記制御部は、前記ろ過膜装置に供給される精製水の、前記熱交換器による加温を制御する加温制御部と、前記ろ過膜装置に供給される精製水の降温を制御する降温制御部と、を備え、前記降温制御部は、前記精製水タンクへの補給水の補給、並びに前記精製水タンク、前記補給水供給ライン、前記ろ過膜装置、前記処理水供給ライン及び前記処理水回収ラインを通じた精製水の循環を制御する流通制御部と、前記精製水タンクの水位と、前記精製水供給ラインの経路長、前記処理水供給ラインの経路長、及び前記処理水回収ラインの経路長を含む全経路長と、に基づいて、前記水処理装置の経路全水量を算出する経路全水量算出部と、前記流通制御部の制御により、精製水の温度を目標とする降温目標温度まで段階的に下げる降温処理において、現在の精製水の温度を一段階低い温度に下げる１サイクル当たりの処理時間を、サイクル時間として設定するサイクル時間設定部と、該降温制御部による制御を開始するときの精製水の温度、前記降温目標温度、及び前記サイクル時間に基づいて、現在のサイクルが終了した時点において、前記一段階低い温度であり、目標とする精製水の温度である段階目標温度を設定する段階目標温度設定部と、前記経路全水量、精製水の温度、補給水の温度、及び現在のサイクルでの段階目標温度に基づいて、現在のサイクルにおける補給水の水量を算出する補給水水量算出部と、を備える、水処理装置に関する。

また、上記の水処理装置は、前記補給水供給ラインから供給される補給水の温度を測定する第２温度測定部を更に備え、前記補給水水量算出部は、補給水の前記温度として、前記第２温度測定部によって測定された温度を用いることが好ましい。

また、上記の水処理装置において、前記補給水水量算出部は、少なくとも精製水の温度と補給水の温度との差に基づいて、補給水の水量を算出することが好ましい。

また、上記の水処理装置は、前記熱交換器に蒸気を供給する蒸気供給ラインと、蒸気の供給量を調整する蒸気量調整手段と、精製水の温度と所定温度とを比較し、精製水の温度が前記所定温度を下回った場合に、蒸気の供給量を増加させるように、前記蒸気量調整手段を制御する、蒸気量制御手段と、を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、熱水殺菌後の降温工程において、バッチ式の冷却方法を用いながら、急激な水温の上下を抑制することが可能となる。

本実施形態に係る水処理装置１の全体構成図である。 本実施形態に係る水処理装置１に含まれる制御部３０の機能ブロック図である。 本実施形態に係る水処理装置１に含まれる加温制御部３２の機能ブロック図である。 本実施形態に係る水処理装置１に含まれる降温制御部３２の機能ブロック図である。 本実施形態に係る水処理装置１の動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る水処理装置１の動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る水処理装置１の動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る水処理装置１における各弁の開閉のパターンを示す表である。 本実施形態に係る水処理装置１に含まれる精製水タンク２における水位を示す図である。 本実施形態に係る水処理装置１の動作による温度変化の例を示すグラフである。

以下、図１～図６を参照することにより、本発明の実施形態に係る水処理装置１について詳述する。

〔１ 実施形態の構成〕
図１は、本実施形態に係る水処理装置１の全体構成図である。
図１に示すように、水処理装置１は、精製水タンク２と、水位測定装置３と、補給水入口弁４と、補給水温度測定装置５と、流量計６と、補給水入口ブロー弁７と、加圧ポンプ８と、インバータ９と、熱交換器入口温度測定装置１０と、熱交換器１１と、熱交換器出口温度測定装置１２と、ろ過膜装置としてのＲＯ膜モジュール１３と、処理水温度測定装置１４と、処理水戻り弁１５と、処理水戻りブロー弁１６と、濃縮水排水弁１７と、濃縮水戻り弁１８と、濃縮水温度測定装置１９と、蒸気遮断弁２０と、蒸気調整弁２１と、制御部３０とを備える。

また、水処理装置１は、ラインとして、補給水供給ラインＬ１１と、補給水ブローラインＬ１２と、精製水供給ラインＬ２と、処理水供給ラインＬ３１と、処理水回収ラインＬ３２と、処理水ブローラインＬ３３と、濃縮水ラインＬ４１と、濃縮水回収ラインＬ４２と、蒸気供給ラインＬ５とを備える。

補給水供給ラインＬ１１は、精製水タンク２に対して補給水Ｗ１１を供給するラインである。補給水供給ラインＬ１１は、補給水入口弁４と、補給水温度測定装置５とを備える。

補給水入口弁４は、制御部３０からの指示に基づいて開閉されることにより、補給水Ｗ１１の精製水タンク２への供給を調整する弁である。補給水入口弁４は、制御部３０と電気的に接続されている。補給水入口弁４の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

補給水温度測定装置５は、補給水ラインＬ１１を流通する補給水Ｗ１１の水温を検出する機器である。補給水温度測定装置５は、制御部３０と電気的に接続されている。補給水温度測定装置５で測定された補給水Ｗ１１の温度（以下、「第１測定温度値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

流量計６は、補給水ラインＬ１１によって精製水タンク２に供給される補給水Ｗ１１の流量を測定する装置である。流量計６は、制御部３０と電気的に接続されている。流量計６で測定された補給水Ｗ１１の流量（以下、「流量値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

また、補給水ラインＬ１１には、接続点Ｊ１において、補給水ブローラインＬ１２が接続される。補給水ラインＬ１１を接続点Ｊ１まで流れてきた補給水Ｗ１は、接続点Ｊ１において、引き続き補給水ラインＬ１１を流通する補給水Ｗ１１と、補給水ブローラインＬ１２を流通する補給水Ｗ１２とに分離される。

補給水ブローラインＬ１２は、補給水入口ブロー弁７を備える。

補給水入口ブロー弁７は、制御部３０からの指示に基づいて開閉されることにより、補給水Ｗ１２の系外へのブローを調整する弁である。補給水入口ブロー弁７は、制御部３０と電気的に接続されている。補給水入口ブロー弁７の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

精製水タンク２は、精製水Ｗ２を貯留するタンクである。精製水Ｗ２は、上記のように補給水ラインＬ１１から供給される補給水Ｗ１１と、後述のように、処理水回収ラインＬ３２から供給される処理水Ｗ３４と、濃縮水回収ラインＬ４２から供給される濃縮水Ｗ４３からなる。

精製水タンク２は、水位測定装置３を備える。

水位測定装置３は、精製水タンク２における精製水の水位を測定する機器である。水位測定装置３は、制御部３０と電気的に接続されている。水位測定装置３で測定された精製水の水位（以下、「測定水位」ともいう）は、制御部３０へ検出信号として送信される。

精製水供給ラインＬ２は、精製水タンク２とＲＯ膜モジュール１３とを接続し、ＲＯ膜モジュール１３に精製水Ｗ２を供給するラインである。精製水供給ラインＬ２は、加圧ポンプ８と、インバータ９と、熱交換器入口温度測定装置１０と、熱交換器１１と、熱交換器出口温度測定装置１２とを備える。

加圧ポンプ８は、精製水供給ラインＬ２において、精製水Ｗ２を吸入し、ＲＯ膜モジュール１３へ向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ８には、インバータ９から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ８は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

インバータ９は、加圧ポンプ８に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。インバータ９は、制御部３０と電気的に接続されている。インバータ９には、制御部３０から指令信号が入力される。インバータ９は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を、加圧ポンプ８に出力する。

熱交換器入口温度測定装置１０は、精製水供給ラインＬ２を流通する精製水Ｗ２の水温であって、熱交換器１１の入口における水温を測定する機器である。熱交換器入口温度測定装置１０は、制御部３０と電気的に接続されている。熱交換器入口温度測定装置１０で測定された精製水Ｗ２の温度（以下、「第２測定温度値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

熱交換器１１には、後述の蒸気供給ラインＬ５から蒸気Ｓ１が供給される。そして、精製水供給ラインＬ２を流通する精製水Ｗ２との間で熱交換を行い、この精製水を加温する。

熱交換器出口温度測定装置１２は、精製水供給ラインＬ２を流通する精製水Ｗ２の水温であって、熱交換器１１の出口における水温を測定する機器である。熱交換器出口温度測定装置１２は、制御部３０と電気的に接続されている。熱交換器出口温度測定装置１２で測定された精製水Ｗ２の温度（以下、「第３測定温度値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

ＲＯ膜モジュール１３は、精製水供給ラインＬ２から供給される精製水Ｗ２をろ過膜により膜ろ過分離して、処理水Ｗ３１を得る装置である。詳細には、ＲＯ膜モジュール１３は、加圧ポンプ８から吐出され、熱交換器１１によって加温された精製水Ｗ２を、溶存塩類が除去された処理水Ｗ３１と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ４１とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール１３は、単一又は複数の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備える。ＲＯ膜モジュール１３は、これら逆浸透膜エレメントにより精製水Ｗ２を膜分離処理し、処理水Ｗ３１と濃縮水Ｗ４１とを製造する。

処理水供給ラインＬ３１は、ＲＯ膜モジュール１３において分離された処理水を、ユースポイントに供給するラインである。

また、処理水供給ラインＬ３１には、接続点Ｊ２において、処理水回収ラインＬ３２が接続される。処理水供給ラインＬ３１を接続点Ｊ２まで流れてきた処理水Ｗ３１は、接続点Ｊ２において、引き続き処理水供給ラインＬ３１を流通する処理水Ｗ３２と、処理水回収ラインＬ３２を流通する処理水Ｗ３３とに分離される。

処理水回収ラインＬ３２には、接続点Ｊ３において、処理水ブローラインＬ３３が接続される。処理水回収ラインＬ３２を接続点Ｊ３まで流れてきた処理水Ｗ３３は、接続点Ｊ３において、引き続き処理水回収ラインＬ３２を流通する処理水Ｗ３４と、処理水ブローラインＬ３３を流通する処理水Ｗ３５とに分離される。

処理水回収ラインＬ３２は、処理水温度測定装置１４を備える。また、処理水回収ラインＬ３２は、接続点Ｊ３よりも後段に、処理水戻り弁１５を備える。

処理水温度測定装置１４は、処理水回収ラインＬ３２を流通する処理水Ｗ３３の水温を測定する機器である。処理水温度測定装置１４は、制御部３０と電気的に接続されている。処理水温度測定装置１４で測定された処理水Ｗ３３の温度（以下、「第４測定温度値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

処理水戻り弁１５は、処理水Ｗ３４の精製水タンク２への供給を調整する弁である。処理水戻り弁１５は、制御部３０と電気的に接続されている。処理水戻り弁１５の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

処理水ブローラインＬ３３は、処理水戻りブロー弁１６を備える。

処理水戻りブロー弁１６は、制御部３０からの指示に基づいて開閉されることにより、処理水Ｗ３５の系外へのブローを調整する弁である。処理水戻りブロー弁１６は、制御部３０と電気的に接続されている。処理水戻りブロー弁１６の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

濃縮水ラインＬ４１は、ＲＯ膜モジュール１３において分離された濃縮水を系外に排出するラインである。

また、濃縮水ラインＬ４１には、接続点Ｊ４において、濃縮水回収ラインＬ４２が接続される。濃縮水ラインＬ４１を接続点Ｊ４まで流れてきた濃縮水Ｗ４１は、接続点Ｊ４において、引き続き濃縮水ラインＬ４１を流通する濃縮水Ｗ４２と、濃縮水回収ラインＬ４２を流通する濃縮水Ｗ４３とに分離される。

濃縮水ラインＬ４１は、接続点Ｊ４よりも後段に、濃縮水排水弁１７を備える。

濃縮水排水弁１７は、濃縮水Ｗ４２の系外への排水を調整する弁である。濃縮水排水弁１７は、制御部３０と電気的に接続されている。濃縮水排水弁１７の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

濃縮水回収ラインＬ４２は、接続点Ｊ４よりも後段に、濃縮水戻り弁１８を備える。また、濃縮水回収ラインＬ４２は、濃縮水温度測定装置１９を備える。

濃縮水戻り弁１８は、濃縮水Ｗ４３の精製水タンク２への供給を調整する弁である。濃縮水戻り弁１８は、制御部３０と電気的に接続されている。濃縮水戻り弁１８の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

濃縮水温度測定装置１９は、濃縮水回収ラインＬ４２を流通する濃縮水Ｗ４３の水温を測定する機器である。濃縮水温度測定装置１９は、制御部３０と電気的に接続されている。濃縮水温度測定装置１９で測定された濃縮水Ｗ４３の温度（以下、「第５測定温度値」ともいう）は、制御部３０へ測定信号として送信される。

蒸気供給ラインＬ５は、熱交換器１１に蒸気Ｓ１を供給するラインである。蒸気供給ラインＬ５は、蒸気遮断弁２０と、蒸気調整弁２１とを備える。

蒸気遮断弁２０は、熱交換器１１への蒸気Ｓ１の流通を遮断する弁である。蒸気遮断弁２０は、制御部３０と電気的に接続されている。蒸気遮断弁２０の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

蒸気調整弁２１は、熱交換器１１への蒸気Ｓ１の流通量を調整する弁である。蒸気調整弁２１は、制御部３０と電気的に接続されている。蒸気調整弁２１の開閉は、制御部３０からの駆動信号により制御される。

制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（図示せず）により構成される。制御部３０において、マイクロプロセッサのＣＰＵは、メモリから読み出した所定のプログラムに従って、水処理装置１に係る各種の制御を実行する。以下、制御部３０の機能の一部について説明する。

図２Ａは、制御部３０の機能ブロックである。制御部３０は、加温制御部３１と、降温制御部３２とを備える。

加温制御部３１は、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水Ｗ２の、熱交換器１１による加温を制御する。

降温制御部３２は、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水の降温を制御する。

なお、以降の記載においては、加温制御部３１と降温制御部３２とをまとめて、「温度調節部」と呼称することがある。

図２Ｂは、加温制御部３１の機能ブロックである。加温制御部３１は、蒸気量制御部３１１を備える。

蒸気量制御部３１１は、熱交換器入口温度測定装置１０又は熱交換器出口温度測定装置１２で測定される精製水Ｗ２の温度と所定温度とを比較し、精製水Ｗ２の温度が所定温度を下回った場合に、蒸気Ｓ１の供給量を増加させるように、蒸気量調整手段としての蒸気遮断弁２０と蒸気調整弁２１とを制御する。

図２Ｃは、降温制御部３２の機能ブロックである。降温制御部３２は、流通制御部３２１、経路全水量算出部３２２、降温目標温度設定部３２３、サイクル時間設定部３２４、段階目標温度設定部３２５、及び補給水水量算出部３２６を備える。

流通制御部３２１は、精製水タンク２への補給水Ｗ１１の供給、並びに精製水タンク２、補給水ラインＬ１１、ＲＯ膜モジュール１３、処理水供給ラインＬ３１及び処理水回収ラインＬ３２を通じた精製水の循環を制御する。より詳細には、流通制御部３２１は、例えば、補給水入口弁４、補給水入口ブロー弁７、処理水戻り弁１５、処理水戻りブロー弁１６、濃縮水排水弁１７、及び濃縮水戻り弁１８の開閉を制御することにより、精製水Ｗ２、精製水Ｗ３１、及び精製水Ｗ３３～Ｗ３５の循環を制御する。

経路全水量算出部３２２は、水位測定装置３によって測定された精製水タンク２の水位、精製水供給ラインＬ２の経路長、処理水供給ラインＬ３１の経路長、及び処理水回収ラインＬ３２の経路長を含む全経路長とに基づいて、水処理装置１の経路全水量を算出する。

降温目標温度設定部３２３は、目標とする精製水の温度である降温目標温度を設定する。より詳細には、降温目標温度設定部３２３は、熱交換器入口温度測定装置１０又は熱交換器出口温度測定装置１２で測定される精製水Ｗ２の降温目標温度を設定する。

サイクル時間設定部３２４は、流通制御部３２１の制御により、精製水Ｗ２の温度を降温目標温度まで段階的に下げる降温処理において、現在の精製水Ｗ２の温度を一段階低い温度に下げる１サイクル当たりの処理時間を、サイクル時間として設定する。例として、このサイクルを２～４回繰り返すことにより、精製水Ｗ２の温度は降温目標温度まで段階的に下がる。

段階目標温度設定部３２５は、降温目標温度と、サイクル時間とに基づいて、現在のサイクルが終了した時点において、現在の精製水Ｗ２の温度よりも一段階低い温度であり、目標とする精製水Ｗ２の温度である段階目標温度を設定する。

補給水水量算出部３２６は、経路全水量算出部３２２によって算出された経路全水量、熱交換器入口温度測定装置１０及び／又は熱交換器出口温度測定装置１２で測定された精製水Ｗ２の温度、補給水温度測定装置５によって測定された補給水Ｗ１１の温度、段階目標温度設定部３２５によって設定された段階目標温度に基づいて、現在のサイクルにおける補給水Ｗ１１の水量を算出する。

〔２ 実施形態の動作〕
本実施形態に係る水処理装置１は、パイロジェンフリー水を供給するため、精製水タンク２に貯留された精製水Ｗ２を、ＲＯ膜モジュール１３でろ過すると共に、ＲＯ膜モジュール１３で分離された処理水Ｗ３１と濃縮水Ｗ４１の一部を、精製水タンク２に循環させる。また、水処理装置１は、ＲＯ膜モジュール１３に急激な温度変化を与えないようにしながら、精製水Ｗ２を熱水殺菌するため、精製水タンク２とＲＯ膜モジュール１３との間で、蒸気が供給される熱交換器１１により精製水Ｗ２を加熱する。

水処理装置１は動作モードとして、通常運転時、昇温工程時、降温工程時の３つのモードを有する。

水処理装置１は、通常運転時において、略５℃～略４０℃程度の温度で、精製水Ｗ２、処理水Ｗ３１、及び濃縮水Ｗ４１を循環させる。

一方で、水処理装置１は、精製水Ｗ２の熱水殺菌のため、例えば週に１回程度の所定のタイミングで、昇温工程において、熱交換器１１により、ＲＯ膜モジュール１３にダメージを与えないように精製水Ｗ２の温度を徐々に上げた後、精製水Ｗ２の温度を８０℃以上に加熱した状態で、３０分以上循環させる。

昇温工程の後、水処理装置１は、降温工程において、バッチ式の冷却方法により、精製水タンク２に新水としての補給水Ｗ１１を供給することで、精製水Ｗ２の温度を徐々に低下させる。その詳細なフローは以下の通りである。

図３Ａ～図３Ｃは、本実施形態に係る水処理装置１の降温工程における動作を示すフローチャートである。以下、図３Ａ～図３Ｃを参照することにより、水処理装置１の動作について説明する。

ステップＳ１において、水処理装置１で初期設定を行う。より詳細には、制御部３０に降温目標温度が設定される。

ステップＳ２において、水処理装置１で循環処理を行う。より詳細には、制御部３０が、補給水入口弁４、補給水入口ブロー弁７、処理水戻り弁１５、処理水戻りブロー弁１６、濃縮水排水弁１７、濃縮水戻り弁１８、蒸気遮断弁２０、蒸気調整弁２１、及び加圧ポンプ８を制御することにより、循環処理を行う。

図４は、水処理装置１における抜水処理、補水処理、抜水補水処理、及び循環処理を行う場合の、各弁の開閉、及び加圧ポンプの運転状況を示す表である。
図４に示されるように、降温工程における循環処理時において、制御部３０は、補給水入口弁４を閉じ、補給水入口ブロー弁７を開き、処理水戻り弁１５を開き、処理水戻りブロー弁１６を閉じ、濃縮水排水弁１７を閉じ、濃縮水戻り弁１８を開き、蒸気遮断弁２０を開き、加圧ポンプ８を固定周波数で運転する。
なお、上記各処理工程において、基本的には蒸気調整弁２１を閉じておくが、バックアップ運転として、精製水タンク２に供給される処理水Ｗ３４、及び濃縮水Ｗ４３による過剰冷却を防ぐため、蒸気調整弁２１を開くことにより、熱交換器１１で精製水Ｗ２を加温することがある。

これにより、補給水Ｗ１１は精製水タンク２に供給されず、補給水Ｗ１２が系外に排出される。また、処理水Ｗ３４が精製水タンク２に供給され、処理水Ｗ３５が系外に排出される。更に、濃縮水Ｗ４２は系外に排出されず、濃縮水Ｗ４３が精製水タンク２に供給される。このように循環処理が実行される。

ステップＳ３において、現在のサイクルに入ってからの経過時間であるサイクル経過時間が、サイクル時間ｔ_ｃよりも大きい場合（Ｓ３：Ｙ）には、処理はステップＳ３に移行する。サイクル経過時間が、サイクル時間ｔ_ｃ以下の場合（Ｓ３：Ｎ）には、処理はステップＳ２に移行する。

ステップＳ４において、段階目標温度Ｔ_ｓｐを計算する。より詳細には、段階目標温度設定部３２５は、降温目標温度とサイクル時間とに基づいて、現在のサイクルが終了した時点において目標とする、精製水の温度である段階目標温度を設定する。

この際、降温目標温度をＴ_ｏｂ、計測温度をＴ_ｐｖ、現時点から降温目標温度に達するまでの時間をｔ_ｇｌとすると、単位時間当たりの温度降下幅ｄＴ／ｄｔは、以下の式（１）により算出される。
ｄＴ／ｄｔ＝（Ｔ_ｐｖ－Ｔ_ｏｂ）／ｔ_ｇｌ （１）

次に、以下の式（２）で、ｄＴ／ｄｔにサイクル時間ｔ_ｃを乗じることにより、現在のサイクルにおいて目標とする降温幅ΔＴを算出する。
ΔＴ＝ｄＴ／ｄｔ×ｔ_ｃ （２）

段階目標温度Ｔ_ｓｐは、計測温度Ｔ_ｐｖと降温幅ΔＴを用いて、以下の式（３）により算出される。
Ｔ_ｓｐ＝Ｔ_ｐｖ－ΔＴ （３）

また、同じくステップＳ４において、補給水入口弁４を開ける時間である補水時間ｔ_ｓを計算する。より詳細には、最初に、補給水水量算出部３２６が、以下の式（４）を用いて、補給水の水量Ｖ_ｐｌを計算する。
Ｖ_ｐｌ＝Ｖ_ｒ×ΔＴ／（Ｔ_ｓｐ－Ｔ_ｗ） （４）
ここで、Ｖ_ｒは水処理装置１における保有水量であり、精製水タンク２に保有される精製水の水量と、経路全水量算出部３２２によって算出される、水処理装置１の経路全水量との合計値である。また、ΔＴは、上記のように、現在のサイクルにおいて目標とする降温幅である。また、Ｔ_ｓｐは、上記のように段階目標温度である。また、Ｔ_ｗは、補給水温度測定装置５によって測定される補給水Ｗ１１の温度である。
次に、補給水水量算出部３２６によって算出された補給水の水量Ｖ_ｐｌに基づいて、以下の式（５）を用いて、補水時間ｔ_ｓを計算する。
ｔ_ｓ＝Ｖ_ｐｌ／ｖ_ｓ （５）
ここで、ｖ_ｓは流量計６によって測定される補給水Ｗ１１の流量である。

ただし、補水最大時間をｔ_ｍａｘとし、ｔ_ｓ＞ｔ_ｍａｘの場合は、ｔ_ｓ＝ｔ_ｍａｘとする。

また、同じくステップＳ４において、制御部３０は、サイクル経過時間をリセットする。
なお、ステップＳ４における、段階目標温度Ｔ_ｓｐの計算、補水時間ｔ_ｓの計算、及びサイクル経過時間のリセットは、それらの処理の順序を問わない。

ステップＳ５において、降温循環温度が降温目標温度以下の場合（Ｓ５：Ｙ）には、処理はステップＳ１０に移行する。降温循環温度が降温目標温度を超える場合（Ｓ５：Ｎ）には、処理はステップＳ６に移行する。

なお、ここで「降温循環温度」とは、熱交換器入口温度測定装置１０によって測定される熱交換器１１の入口温度、熱交換器出口温度測定装置１２によって測定される熱交換器１１の出口温度、処理水温度測定装置１４によって測定される処理水Ｗ３３の温度、及び、濃縮水温度測定装置１９によって測定される濃縮水Ｗ４３の温度のうち、最も高い値のことである。

ステップＳ６において、水位測定装置３によって測定される精製水タンク２の水位がＭ１を超えた場合（Ｓ６：Ｙ）には、処理はステップＳ１２に移行する。精製水タンクの水位がＭ１以下の場合（Ｓ６：Ｎ）には、処理はステップＳ７に移行する。

図５は、上記の水位Ｍ１と、後述の水位Ｍ２を説明する概略図である。水位Ｍ１とは、後述のステップＳ１４において、抜水の後、補水をした結果としての水位である。また、この水位Ｍ１は、水処理装置１のメンテナンスにおいて、ＲＯ膜モジュール１３の殺菌時に、抜水をしたり補水をしたりした結果としての水位でもある。

一方、水位Ｍ２とは、上記の降温工程において、精製水タンク２に補給水Ｗ１１を補水する際の補水限界水位のことであり、この水位Ｍ２を超えて補水をすることはできない。

ステップＳ７において、水位測定装置３によって測定される精製水タンク２の水位がＭ２を超えた場合（Ｓ７：Ｙ）には、処理はステップＳ９に移行する。精製水タンク２の水位がＭ２以下の場合（Ｓ７：Ｎ）には、処理はステップＳ８に移行する。

ステップＳ８において、水処理装置１で補水処理を行う。より詳細には、制御部３０が、補給水入口弁４、補給水入口ブロー弁７、処理水戻り弁１５、処理水戻りブロー弁１６、濃縮水排水弁１７、濃縮水戻り弁１８、蒸気遮断弁２０、蒸気調整弁２１、及び加圧ポンプ８を制御することにより、補水処理を行う。

図４を参照すると、補水処理時において、制御部３０は、補給水入口弁４を開き、補給水入口ブロー弁７を閉じ、処理水戻り弁１５を開き、処理水戻りブロー弁１６を閉じ、濃縮水排水弁１７を閉じ、濃縮水戻り弁１８を開き、蒸気遮断弁２０を開き、加圧ポンプ８を固定周波数で運転する。

これにより、補給水Ｗ１１が精製水タンク２に供給されるが、補給水Ｗ１２は系外に排出されない。また、処理水Ｗ３４が精製水タンク２に供給されるが、処理水Ｗ３５は系外に排出されない。また、濃縮水Ｗ４２は系外に排出されず、濃縮水Ｗ４３が精製水タンク２に供給される。このように補水処理が実行される。

このとき、補給水水量算出部３２６によって算出された水量が、補給水入口弁４から補給されるまで、ステップＳ８の補水処理を継続する。ステップＳ５で計算された、補水時間ｔ_ｓの間だけ、ステップＳ８の補水処理を継続する_。

ステップＳ９において、ステップＳ２と同様に、水処理装置１で循環処理を行う。ステップＳ９における循環処理の内容は、ステップＳ２における循環処理の内容と同一であるため、その説明は省略する。

ステップＳ１０において、現在のサイクルに入ってからの経過時間であるサイクル経過時間が、サイクル時間ｔ_ｃよりも大きい場合（Ｓ１０：Ｙ）には、処理はステップＳ４に移行する。サイクル経過時間が、サイクル時間ｔ_ｃ以下の場合（Ｓ１０：Ｎ）には、処理はステップＳ９に移行する。

ステップＳ１１において、水処理装置１は温度調節を停止する。その後、水処理装置１は全ての処理を終える。

ステップＳ１２において、水処理装置１で循環処理を行う。より詳細には、制御部３０が、補給水入口弁４、補給水入口ブロー弁７、処理水戻り弁１５、処理水戻りブロー弁１６、濃縮水排水弁１７、濃縮水戻り弁１８、蒸気遮断弁２０、蒸気調整弁２１、及び加圧ポンプ８を制御することにより、抜水処理を行う。

図４を参照すると、抜水処理時において、制御部３０は、補給水入口弁４を閉じ、補給水入口ブロー弁７を開き、処理水戻り弁１５を閉じ、処理水戻りブロー弁１６を開き、濃縮水排水弁１７を閉じ、濃縮水戻り弁１８を開き、蒸気遮断弁２０を開き、加圧ポンプ８を固定周波数で運転する。

これにより、補給水Ｗ１１は精製水タンク２に供給されず、補給水Ｗ１２が系外に排出される。また、処理水Ｗ３４は精製水タンク２に供給されず、処理水Ｗ３５が系外に排出される。また、濃縮水Ｗ４２は系外に排出されず、濃縮水Ｗ４３が精製水タンク２に供給される。このように抜水処理が実行される。

ステップＳ１３において、現在のサイクルに入ってからの経過時間であるサイクル経過時間が、ｔ_ｃ－ｔ_ｓよりも大きい場合（Ｓ１３：Ｙ）には、処理はステップＳ１４に移行する。サイクル経過時間が、ｔ_ｃ－ｔ_ｓ以下の場合（Ｓ１３：Ｎ）には、処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ１４において、水処理装置１で抜水補水処理を行う。より詳細には、制御部３０が、補給水入口弁４、補給水入口ブロー弁７、処理水戻り弁１５、処理水戻りブロー弁１６、濃縮水排水弁１７、濃縮水戻り弁１８、蒸気遮断弁２０、蒸気調整弁２１、及び加圧ポンプ８を制御することにより、抜水補水処理を行う。

図４を参照すると、抜水補水処理時において、制御部３０は、補給水入口弁４を開き、補給水入口ブロー弁７を閉じ、処理水戻り弁１５を閉じ、処理水戻りブロー弁１６を開き、濃縮水排水弁１７を閉じ、濃縮水戻り弁１８を開き、蒸気遮断弁２０を開き、加圧ポンプ８を固定周波数で運転する。

これにより、補給水Ｗ１１が精製水タンク２に供給されるが、補給水Ｗ１２は系外に排出されない。また、処理水Ｗ３４は精製水タンク２に供給されず、処理水Ｗ３５が系外に排出される。また、濃縮水Ｗ４２は系外に排出されず、濃縮水Ｗ４３が精製水タンク２に供給される。このように、抜水をしながら補水することで、抜水補水処理が実行される。

ステップＳ１５において、現在のサイクルに入ってからの経過時間であるサイクル経過時間が、ｔ_ｃよりも大きい場合（Ｓ１５：Ｙ）には、処理はステップＳ３に移行する。サイクル経過時間が、ｔ_ｃ以下の場合（Ｓ１５：Ｎ）には、処理はステップＳ５に移行する。

例として、補給水温度Ｔ_ｗが高く、降温の終盤で段階目標温度Ｔ_ｓｐが低くなり、補水時間ｔ_ｓが大きくなった状況を想定する。ここで、サイクル時間ｔ_ｃ＝６０（秒）、補水時間ｔ_ｓ＝４０（秒）とする。

ｔ_ｃ－ｔ_ｓ＝２０（秒）となるので、サイクル経過時間が０（秒）～２０（秒）の間は、図３Ａのフローにおいて、ステップＳ１からステップＳ５までの動作を処理した後、ステップＳ６→ステップＳ１２→ステップＳ１３（→ステップＳ６）と動作を繰り返す。この際、ステップＳ１２において、図４に記載の「抜水」に示される弁の開閉と加圧ポンプの運転を実行する。この間、例えば、前のサイクルでの補水量が多かった等で、２０秒では抜水できなかった等、精製水タンクの水位が、図５に示すＭ１を超えており、ステップＳ６を継続したとする。

その後、サイクル経過時間が２０（秒）を超えたために、ステップＳ１３において、“Ｙ”となった場合は、ステップＳ１４において、図４に記載の「抜水補水」に示される弁の開閉と加圧ポンプの運転を実行することにより、抜水を継続したまま、補水を開始する。この状態が、サイクル経過時間２０（秒）～６０（秒）の間、継続する。

〔３ 動作例〕
図６は、水処理装置１の動作による温度変化の例を示すグラフである。なお、図６のグラフにおいて、実線は、熱交換器入口温度測定装置１０又は熱交換器出口温度測定装置１２によって測定される精製水Ｗ２の計測温度Ｔ_ｐｖの変化を示す。また、点線は、上記の段階目標温度Ｔ_ｓｐの変化を示す。また、一点鎖線は、例として１５分後に降温目標温度である４０℃まで降温する際、所定の度合いで降温した場合の温度変化の例を示す。更に、二点鎖線は、補水量及び抜水量の経時変化を示す。

概略、ステップＳ３において、現在のサイクルに入ってからのサイクル経過時間が、ｔ_ｃを超えると、ステップＳ４において、段階目標温度Ｔ_ｓｐと補水時間ｔ_ｓ、延いては補給水の給水量を計算する。これに伴い、段階目標温度Ｔ_ｓｐは、サイクル経過時間がｔ_ｃまでは変化せず、サイクル経過時間がｔ_ｃを超えると新たな段階目標温度Ｔ_ｓｐが計算されることにより、階段状に変化する。なお、この段階目標温度Ｔ_ｓｐは、現在の計測温度Ｔ_ｐｖから、目標降温幅ΔＴだけ低い温度である。

また、ステップＳ５からステップＳ７までの処理において、全てが「Ｎ」となった場合は、補水をすることから、段階目標温度Ｔ_ｓｐの算出の略直後に、補水処理が実行される。補水処理における補水量の累積値が高まるにつれ、計測温度Ｔ_ｐｖは、時間の経過と共に所定の割合で降温する。

なお、ステップＳ６において、精製水タンク２の水位がＭ１を超えていた場合には、抜水処理をする。

補水処理も抜水処理もしていない間は、計測温度Ｔ_ｐｖは変化しない。

これらの処理を繰り返すことにより、計測温度Ｔ_ｐｖは、時間の経過と共に降温目標温度の４０℃に近づく。

上述した本実施形態に係る水処理装置１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。

本実施形態に係る水処理装置１は、精製水を貯留する精製水タンク２と、精製水タンク２に貯留された精製水を処理水及び濃縮水に分離するＲＯ膜モジュール１３と、精製水タンク２とＲＯ膜モジュール１３とを接続し、該ＲＯ膜モジュール１３に精製水を供給する精製水供給ラインＬ２と、精製水供給ラインＬ２に配置され該精製水供給ラインＬ２を流通する精製水を加温する熱交換器１１と、精製水タンク２に補給水を供給する補給水供給ラインＬ１１と、ＲＯ膜モジュール１３において分離された処理水を供給する処理水供給ラインＬ３１と、処理水供給ラインＬ３１を流通する処理水を、精製水タンク２に回収する処理水回収ラインＬ３２と、精製水タンク２の水位を測定する水位測定部３と、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水の温度を測定する精製水温度測定装置１２と、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水の温度を測定する熱交換器入口温度測定装置１０及び／又は熱交換器出口温度測定装置１２と、制御部３０と、を備える水処理装置１であって、制御部３０は、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水の、熱交換器１１による加温を制御する加温制御部３１と、ＲＯ膜モジュール１３に供給される精製水の降温を制御する降温制御部３２と、を備え、降温制御部３２は、精製水タンク２への補給水の補給、並びに精製水タンク２、補給水供給ラインＬ１１、ＲＯ膜モジュール１３、処理水供給ラインＬ３１及び処理水回収ラインＬ３２を通じた精製水の循環を制御する流通制御部３２１と、精製水タンク２の水位と、精製水供給ラインＬ２の経路長、処理水供給ラインＬ３１の経路長、及び処理水回収ラインＬ３２の経路長を含む全経路長と、に基づいて、水処理装置１の経路全水量を算出する経路全水量算出部３２２と、流通制御部３２１の制御により、精製水の温度を降温目標温度まで段階的に下げる降温処理において、現在の精製水の温度を一段階低い温度に下げる１サイクル当たりの処理時間を、サイクル時間として設定するサイクル時間設定部３２４と、降温制御部３２による制御を開始するときの精製水の温度、降温目標温度、及びサイクル時間に基づいて、現在のサイクルが終了した時点において、一段階低い温度であり、目標とする精製水の温度である段階目標温度を設定する段階目標温度設定部３２５と、経路全水量、精製水の温度、補給水の温度、及び現在のサイクルでの段階目標温度に基づいて、現在のサイクルにおける補給水の水量を算出する補給水水量算出部３２６と、を備える。

これにより、経路水温度に応じて補水量を調整するので、フィードバック制御となり、外乱に対する耐性が期待できる。また、補水温度に応じて補水量を調整するので、季節変動などによる温度変化に耐性が期待できる。これにより、チラーが不要になる可能性がある。

また、本実施形態に係る水処理装置１は、補給水供給ラインＬ１１から供給される補給水の温度を測定する補給水温度測定装置５を更に備え、補給水水量算出部３２６は、補給水の温度として、補給水温度測定装置５によって測定された温度を用いてもよい。

これにより、補給水水量算出部３２６が、補給水の温度として実際の測定値を用いて、現在のサイクルにおける補給水の水量を算出することで、より正確な水量の算出が可能となる。

また、本実施形態に係る水処理装置１において、補給水水量算出部３２６は、少なくとも精製水の温度と補給水の温度との差に基づいて、補給水の水量を算出してもよい。

これにより、一例として、経路水温度（精製水の温度）が高温域にある場合に補水量を少なく、低温域にある場合に補水量を多く調整することができる。このように経路水温度（精製水の温度）に応じて補水量を調整することにより、降温工程の時間を短く設定できる。

また、本実施形態に係る水処理装置１は、熱交換器１１に蒸気を供給する蒸気供給ラインＬ５と、蒸気の供給量を調整する蒸気遮断弁２０及び蒸気調整弁２１と、精製水の温度と所定温度とを比較し、精製水の温度が所定温度を下回った場合に、蒸気の供給量を増加させるように、蒸気遮断弁２０及び蒸気調整弁２１を制御する、蒸気量制御部３１１と、を更に備えてもよい。

これにより、降温工程時に、急激な温度変化を抑制させ、ろ過膜モジュールの破損を防止することができる。また、精製水タンク一次側の給水加温設備及び給水加温制御が不要となり、これらのコスト及び設置スペースを削減することが可能となる。

１ 水処理装置
２ 精製水タンク
３ 水位測定装置
４ 補給水入口弁
５ 補給水温度測定装置
６ 流量計
７ 補給水入口ブロー弁
８ 加圧ポンプ
９ インバータ
１０ 熱交換器入口温度測定装置
１１ 熱交換器
１２ 熱交換器出口温度測定装置
１３ ＲＯ膜モジュール
１４ 処理水温度測定装置
１５ 処理水戻り弁
１６ 処理水戻りブロー弁
１７ 濃縮水排水弁
１８ 濃縮水戻り弁
１９ 濃縮水温度測定装置
２０ 蒸気遮断弁
２１ 蒸気調整弁
３０ 制御部
３１ 加温制御部
３２ 降温制御部
３１１ 蒸気量制御部
３２１ 流通制御部
３２２ 経路全水量算出部
３２３ 降温目標温度設定部
３２４ サイクル時間設定部
３２５ 段階目標温度設定部
３２６ 補給水水量算出部
Ｌ２ 精製水供給ライン
Ｌ５ 蒸気供給ライン
Ｌ１１ 補給水ライン
Ｌ１２ 補給水ブローライン
Ｌ３１ 処理水供給ライン
Ｌ３２ 処理水回収ライン
Ｌ３３ 処理水ブローライン
Ｌ４１ 濃縮水ライン
Ｌ４２ 濃縮水回収ライン

Claims (3)

1. 精製水を貯留する精製水タンクと、
   前記精製水タンクに貯留された精製水を処理水及び濃縮水に分離するろ過膜装置と、
   前記精製水タンクと前記ろ過膜装置とを接続し、該ろ過膜装置に精製水を供給する精製水供給ラインと、
   前記精製水供給ラインに配置され該精製水供給ラインを流通する精製水を加温する熱交換器と、
   前記精製水供給ラインにおいて前記精製水タンクと前記熱交換器との間に配置され、前記精製水タンクに貯留された精製水を吸入し前記ろ過膜装置に向けて吐出する加圧ポンプと、
   前記精製水タンクに補給水を供給する補給水供給ラインと、
   前記ろ過膜装置において分離された処理水を供給する処理水供給ラインと、
   前記処理水供給ラインを流通する処理水を、前記精製水タンクに回収する処理水回収ラインと、
   前記ろ過膜装置において分離された濃縮水を系外に排出する濃縮水ラインと、
   前記濃縮水ラインを流通する濃縮水を、前記精製水タンクに回収する濃縮水回収ラインと、
   前記精製水タンクの水位を測定する水位測定部と、
   前記ろ過膜装置に供給される精製水の温度を測定する第１温度測定部と、
   前記補給水供給ラインから供給される補給水の温度を測定する第２温度測定部と、
   制御部と、を備え、
   動作モードとして、通常運転時、昇温工程時、降温工程時の３つのモードを有し、
   前記通常運転時において、予め設定された通常運転時の温度で、前記精製水、前記処理水、及び前記濃縮水を循環させ、
   前記昇温工程時において、前記熱交換器により、前記ろ過膜装置にダメージを与えないように前記精製水の温度を徐々に上げた後、前記精製水の温度を熱水殺菌するための予め設定された所定の温度以上に加熱した状態で、所定時間循環させ、
   前記昇温工程の後、前記降温工程時において、間欠的に前記精製水タンクに新水としての補給水を供給することで、前記精製水の温度を徐々に予め設定される降温目標温度に低下させる水処理装置であって、
   前記制御部は、
   前記ろ過膜装置に供給される精製水の、前記熱交換器による加温を制御する加温制御部と、
   前記降温工程時において、間欠的に前記精製水タンクに新水としての補給水を供給することで、前記ろ過膜装置に供給される前記精製水の降温を制御する降温制御部と、を備え、
   前記降温制御部は、
   前記精製水タンクへの補給水の補給、並びに前記精製水タンク、前記補給水供給ライン、前記ろ過膜装置、前記処理水供給ライン及び前記処理水回収ラインを通じた精製水の循環を制御する流通制御部と、
   前記精製水タンクの水位と、前記精製水供給ラインの経路長、前記処理水供給ラインの経路長、及び前記処理水回収ラインの経路長を含む全経路長と、に基づいて、前記水処理装置の経路全水量を算出する経路全水量算出部と、
   前記第１温度測定部で測定される前記精製水の温度の降温工程時における目標とする降温目標温度を設定する降温目標温度設定部と、
   前記流通制御部の制御により、精製水の温度を目標とする降温目標温度まで段階的に下げる降温処理において、現在の精製水の温度を一段階低い温度に下げる１サイクル当たりの処理時間を、サイクル時間として設定するサイクル時間設定部と、
   該降温制御部による制御を開始するときの前記精製水の温度、前記降温目標温度、及び前記サイクル時間に基づいて、現在のサイクルが終了した時点において、前記一段階低い温度であり、目標とする精製水の温度である段階目標温度を設定する段階目標温度設定部と、
   前記経路全水量、前記精製水の温度、前記補給水の温度、及び現在のサイクルでの段階目標温度に基づいて、現在のサイクルにおける補給水の水量を算出する補給水水量算出部と、
   を備える、水処理装置。
2. 前記補給水水量算出部は、少なくとも精製水の温度と補給水の温度との差に基づいて、補給水の水量を算出する、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記熱交換器に蒸気を供給する蒸気供給ラインと、
   蒸気の供給量を調整する蒸気量調整手段と、
   精製水の温度と所定温度とを比較し、精製水の温度が前記所定温度を下回った場合に、蒸気の供給量を増加させるように、前記蒸気量調整手段を制御する、蒸気量制御手段と、
   を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の水処理装置。

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