WO2023189001A1 - 水処理システムの水質予測システム及び水質予測方法 - Google Patents

水処理システムの水質予測システム及び水質予測方法 Download PDF

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WO2023189001A1
WO2023189001A1 PCT/JP2023/006017 JP2023006017W WO2023189001A1 WO 2023189001 A1 WO2023189001 A1 WO 2023189001A1 JP 2023006017 W JP2023006017 W JP 2023006017W WO 2023189001 A1 WO2023189001 A1 WO 2023189001A1
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water
reverse osmosis
osmosis membrane
solute
treated
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PCT/JP2023/006017
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勇規 中村
悠介 高橋
尚哉 吉永
一重 高橋
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オルガノ株式会社
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for predicting the quality of treated water obtained by a water treatment system.
  • Pure water and ultrapure water are used for cleaning purposes in fields such as semiconductor device manufacturing.
  • ionic impurities or organic impurities (TOC (Total Organic Carbon) components) contained in the raw water can be removed using ion exchange equipment, reverse osmosis membrane equipment, It is removed from raw water in a pure water production system or an ultrapure water production system configured with an ultraviolet irradiation device.
  • TOC Total Organic Carbon
  • the persistent TOC component is an organic component that is difficult to remove by reverse osmosis membrane treatment, ion exchange treatment, ultraviolet oxidation treatment by ultraviolet irradiation, etc.
  • raw water contains persistent TOC
  • the quality of the pure water obtained will deteriorate, specifically the pure water obtained.
  • An increase in TOC concentration may occur.
  • Patent Document 1 discloses a water treatment management device used for operational management of a water treatment system such as an ultrapure water production system that supplies ultrapure water to points of use.
  • a water treatment management device used for operational management of a water treatment system such as an ultrapure water production system that supplies ultrapure water to points of use.
  • an evaluation pure water production section equipped with a TOC removal device that executes unit operations used to remove TOC components uses water to be supplied to a water treatment system as target water. It is provided separately from the treatment system, and the TOC concentration at a plurality of measurement points in the evaluation pure water production section is measured, and these TOC concentration values are analyzed to evaluate the target water.
  • Patent Document 2 discloses that when a main ultrapure water production system for producing ultrapure water from raw water to be supplied to a point of use is provided, a sub ultrapure water production system for monitoring and controlling the quality of the raw water is provided. It discloses that a pure water production system is provided.
  • the sub ultrapure water production system has an equivalent configuration to the main ultrapure water production system and produces ultrapure water of similar water quality.
  • the TOC concentration of ultrapure water obtained from the sub ultrapure water production system is measured, the quality of the raw water is evaluated based on this TOC concentration, and based on the evaluation results, the TOC concentration of the ultrapure water obtained from the sub ultrapure water production system is determined. The amount of raw water supplied is controlled.
  • Patent Document 3 is concerned with a reverse osmosis membrane device used for desalination of seawater, rather than the removal of TOC components, but Patent Document 3 describes the transport parameters of the reverse osmosis membrane and the operating state of the reverse osmosis membrane device in consideration of the concentration polarization phenomenon. Discloses accurate predictions.
  • Patent Document 4 discloses that the concentration of a specific component in permeated water is predicted from the total salt concentration in permeated water of a reverse osmosis membrane, and the operating conditions of a reverse osmosis membrane device are set or controlled according to the predicted value. are doing.
  • An evaluation system used to evaluate the quality of raw water must be able to quickly and easily evaluate the impact of raw water on the main pure water production system using a small amount of raw water. Therefore, the evaluation system is required to have an extremely small configuration compared to the main pure water production system.
  • the specifications and operating conditions of the evaluation system must be different from those of the main pure water production system.
  • the main pure water production system combines dozens of 8-inch (20 cm) reverse osmosis membrane (RO) spiral elements and adopts operating conditions with a high recovery rate of 80 to 95%. Ru.
  • ultraviolet irradiation equipment for performing ultraviolet oxidation treatment there is not necessarily a small-sized ultraviolet irradiation equipment that has an ultraviolet lamp with the same performance as the ultraviolet lamp used in the main pure water production system. It may be necessary to select a smaller UV irradiation device with different performance than that of the main water purification system.
  • a membrane deaerator or oxidizer addition device may be installed to improve the TOC removal rate during ultraviolet oxidation treatment, but it is not recommended to install these devices in the evaluation system. This can lead to larger and more complex systems, and is not necessarily appropriate.
  • the quality of the water supplied from the reverse osmosis membrane device to the ultraviolet irradiation device is different between the main pure water production system and the evaluation system, and this difference in water quality has a large effect on the quality of the water treated from ultraviolet oxidation treatment.
  • An object of the present invention is to provide a system and method for predicting the quality of treated water obtained by a target water treatment system using an evaluation system that is a smaller water treatment system.
  • a water quality prediction system supplies treated water to a water treatment system including a first water treatment device that performs a unit operation on treated water, and sets a first operating parameter to a water treatment system.
  • a water quality prediction system that predicts the quality of treated water in a water treatment system when the water treatment system is operated based on the water treatment system, the second water treatment device performing the same unit operation as the first water treatment device.
  • an evaluation system which is supplied with treated water to be supplied to the water treatment system and is operated based on a second operating parameter, the water quality of the treated water, and the water quality of the treated water in the evaluation system.
  • a calculation means for calculating a predicted value of the solute concentration of treated water in the water treatment system based on the first operating parameter and the second operating parameter.
  • a water quality prediction method supplies treated water to a water treatment system including a first water treatment device that performs a unit operation on the treated water, and sets a first operating parameter to a water treatment system.
  • the water to be treated is supplied to the water treatment system, and the evaluation system is operated based on the second operating parameter, and the quality of the water to be treated and the evaluation system are
  • a predicted value of the solute concentration of the water treated in the water treatment system is calculated based on the quality of the water treated in the water treatment system, the first operating parameter, and the second operating parameter.
  • a second water treatment device that performs the same unit operation as the first water treatment device refers to a device constituting the first water treatment device that is the target system. This means that the type is the same as the type of equipment that constitutes the second water treatment equipment that is the evaluation system. If the first water treatment device is equipped with, for example, a reverse osmosis membrane device, an ultraviolet irradiation device, and an ion exchange device in this order as devices that execute unit operations, the second water treatment device also has different models of the individual devices. Although the specifications may differ, it is equipped with a reverse osmosis membrane device, an ultraviolet irradiation device, and an ion exchange device in this order.
  • the solute whose concentration is to be predicted is, for example, the TOC component, but components other than the TOC component, such as boron and various ions, can also be the solute to be predicted. If TOC is to be evaluated as a solute, then the solute permeability coefficient defined in the reverse osmosis membrane is the TOC permeation coefficient.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration including a water quality prediction system and a pure water production system targeted for water quality prediction. It is a figure explaining water quality prediction in a 1st embodiment. It is a figure explaining water quality prediction in a 2nd embodiment. It is a figure explaining water quality prediction in a 3rd embodiment. It is a figure explaining water quality prediction in a 4th embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation examples 1 and 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 3.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 3.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 3.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 3.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 4.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 4.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 4.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating water quality prediction in calculation example 4.
  • a water treatment system that is supplied with treated water to generate treated water and that is the target of water quality prediction of the treated water will be referred to as a target system.
  • the water quality prediction method based on the present invention uses, when there is a target system, an evaluation system configured as a water treatment system that performs the same processing as the target system but is smaller than the target system.
  • This method predicts detailed values of the quality of treated water produced by the target system based on water quality measurement results. More specifically, in this water quality prediction method, treated water is supplied to a target system equipped with a first treatment device that performs a unit operation on the treated water, and the target system is controlled based on the first operating parameter.
  • an evaluation system that includes a second treatment device that performs the same type of unit operation as the unit operation performed in the target system, in order to predict the water quality in the target system when operating and obtaining treated water.
  • the water treatment system to which the water quality prediction method based on the present invention is applied is not particularly limited, but in the following explanation, the water treatment system produces pure water from raw water, which is the water to be treated.
  • the system is a pure water production system that supplies water to points of use.
  • the water quality that is measured in the evaluation system and evaluated in the pure water production system is the concentration of solutes, which are impurities, and more specifically, the concentration of TOC components dissolved as solutes in water, which is the solvent.
  • the evaluation system's reverse osmosis membrane device is the target system's reverse osmosis membrane device. If it is smaller than the device, the evaluation system corresponds to an evaluation system smaller than the target system. Of course, all of the devices constituting the evaluation system may be smaller than the corresponding devices in the target system. In the example described here, in all of the reverse osmosis membrane device, the ultraviolet irradiation device, and the ion exchange device, the device in the evaluation system may be smaller than the corresponding device in the target system.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a water quality prediction method, and shows an example of the overall configuration including a water quality prediction system 10 and a pure water production system 50, which is a water treatment system to be evaluated.
  • a water quality prediction method is applied to the overall configuration shown in FIG.
  • Raw water containing unknown TOC components is supplied to the water quality prediction system 10 and also supplied via the valve 11 to the pure water production system 50 to be evaluated.
  • the pure water production system 50 is a large-scale system configured to supply pure water to points of use.
  • the pure water production system 50 includes a tank 51 that temporarily stores raw water, a reverse osmosis membrane device (RO) 52 to which the raw water in the tank 51 is supplied, and permeated water (RO permeated water) of the reverse osmosis membrane device 52. It includes an ultraviolet irradiation device (UV) 53 that is supplied and performs ultraviolet oxidation treatment, and an ion exchange device (IER) 54 that performs ion exchange treatment on the treated water of the ultraviolet irradiation device 53. In this pure water production system 50, treated water from the ion exchange device 54 is supplied to the point of use as pure water. In the reverse osmosis membrane device 52, water that has not passed through the reverse osmosis membrane (RO concentrated water) is directly discharged to the outside.
  • RO concentrated water water that has not passed through the reverse osmosis membrane
  • a membrane deaerator that performs deaeration treatment on RO permeated water and a device that adds an oxidizing agent such as hydrogen peroxide are used as an ultraviolet irradiation device. 53, but these devices are not shown in FIG.
  • the raw water described here may be one that has been previously processed by a device attached to the pure water production system 50.
  • water that has been pretreated by a sand filter, activated carbon treatment device, ion exchange device, or deaeration device attached to the pure water production system 50 may be branched and supplied to the evaluation system 10.
  • the water quality prediction system 10 includes an evaluation system 20 that is supplied with raw water and produces pure water from the raw water for evaluation of raw water.
  • the evaluation system 20 includes a reverse osmosis membrane device (RO) 22 to which raw water is supplied, and permeated water (RO permeated water) from the reverse osmosis membrane device 22 to which ultraviolet ray oxidation treatment is applied to the water. It includes an irradiation device (UV) 23 and an ion exchange device (IER) 24 to which the outlet water of the ultraviolet irradiation device 23 is supplied and performs ion exchange processing. The outlet water from the ion exchange device 24 becomes the treated water of the evaluation system 20. Furthermore, the water quality prediction system 10 includes a measuring device 25 that measures TOC concentration.
  • a part of the raw water supplied to the evaluation system 20 is branched and supplied to the measuring instrument 25 via a valve 31a, and a part of the RO permeated water is branched and supplied via a valve 32a, and ion exchange A portion of the outlet water of device 24 is supplied via valve 33a.
  • the water quality prediction system 10 includes the TOC concentration in the pure water produced from raw water by the pure water production system 50 and the TOC concentration at each point in the pure water production system 50 based on the measurement results with the measuring instrument 25 and the operating parameters described below.
  • An evaluation calculation section 36 for predicting concentration is provided.
  • the raw water is passed through a pretreatment device such as a heat exchanger, a filter, an activated carbon treatment device, an ion exchange device, and a deaerator.
  • the water quality prediction system 10 may receive the raw water treated by the water quality prediction system 10.
  • the evaluation system 20 in the water quality prediction system 10 and the pure water production system 50 to be evaluated are configured to transfer raw water to reverse osmosis membrane devices 22, 52, ultraviolet irradiation devices 23, 53, and ion exchange device 24. , 54 in order to perform the treatment and generate pure water.
  • the major difference between the evaluation system 20 and the pure water production system 50 is that the pure water production system 50 is a large-scale system for supplying a large amount of pure water to points of use, whereas the evaluation system 20 is It is a small-scale system equipped with a measuring instrument 25 and an evaluation calculation section 26, and is used to predict water quality (particularly TOC concentration) in a pure water production system 50.
  • TOC components with large molecular weights and chargeability are removed, and the remaining TOC components are converted into components such as organic acids and carbonic acid by ultraviolet oxidation treatment in the ultraviolet irradiation devices 23 and 53.
  • organic acids, carbonic acid, and other components are removed in ion exchange devices 24 and 54 along with other remaining ionic impurities.
  • the series of treatments can be roughly divided into treatment in the reverse osmosis membrane devices 22, 52, treatment in the ultraviolet irradiation devices 23, 53 and ion exchange devices 24, 54,
  • the TOC concentration in the pure water finally obtained by the pure water production system 50 depends on how much TOC component is removed in each of these treatments.
  • the TOC concentration of the treated water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is determined from the water quality of the treated water of the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20, that is, the RO permeated water.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating water quality prediction in the first embodiment.
  • the configuration of the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20 and the type of reverse osmosis membrane to be used are known, and the operating conditions are also known.
  • the configuration of the reverse osmosis membrane device 22 includes the membrane area, the number of membrane elements, and the like.
  • the types of reverse osmosis membranes are also called membrane types.
  • the operating conditions include the recovery rate and flux in the reverse osmosis membrane device 22.
  • the flux here refers to the permeation flux in the reverse osmosis membrane. If the membrane type is known, the water permeability coefficient A2, which is the solvent permeability coefficient specific to that reverse osmosis membrane, is also known.
  • the water permeability coefficient is expressed in units of m/d/MPa.
  • the configuration and membrane type of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 are known, the operating conditions are also known, and the water permeability coefficient A1 in the reverse osmosis membrane is also known. Naturally, the operating conditions can be set as appropriate.
  • the TOC concentration of the inlet water of the reverse osmosis membrane device 22, that is, the raw water, and the TOC concentration of the RO permeated water are also known by measurement with the measuring device 25.
  • the pure water production system 50 raw water equivalent to that of the evaluation system 20 is supplied to the reverse osmosis membrane device 52, so the TOC concentration of the inlet water of the reverse osmosis membrane device 52 is known.
  • the TOC concentration in the RO permeate water (ie, treated water) from the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is a TOC concentration derived from unknown TOC components contained in the raw water.
  • the membrane type, membrane area, number of membrane elements, operating conditions, water permeability coefficient, etc. are collectively called the operating parameters of a reverse osmosis membrane device.
  • the TOC permeability coefficient B2 which is the permeability coefficient of the TOC component (solute permeation coefficient) in the reverse osmosis membrane of the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20, is determined.
  • the TOC permeability coefficient which is a solute permeation coefficient, is expressed in m/d.
  • the TOC permeability coefficient B2 is determined by calculating the TOC concentration on both sides of the reverse osmosis membrane, that is, the inlet water and RO permeate water, by calculating membrane transport parameters using a concentration polarization model, as described in Patent Documents 3 and 4, for example. It can be calculated from the TOC concentration and flux.
  • the TOC concentration of the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is calculated from the TOC concentration of the inlet water, the membrane area, the recovery rate, and the flux. If the reverse osmosis membrane used in the pure water production system and the reverse osmosis membrane used in the evaluation system 20 have equivalent performance as membranes, the TOC permeability coefficients B1 and B2 of both regarding the unknown TOC component to be predicted are the same.
  • This assumption is a valid assumption, and thereby, the TOC concentration in the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 can be predicted from the measured value in the evaluation system 20.
  • parameters resulting from the mechanical structure of the reverse osmosis membrane devices 22 and 52 may be further considered.
  • the operation parameters of the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20 and the operation parameters of the pure water production system 50 are set in advance in the evaluation calculation unit 26.
  • the evaluation calculation unit 26 receives the measured values of the TOC concentration of the raw water and the TOC concentration of the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 22 from the measuring device 25, it evaluates the TOC concentration of the raw water and the TOC concentration of the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50.
  • the predicted value of the TOC concentration is calculated and output as described above.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a water quality prediction method in such a case.
  • the conversion coefficient c for each membrane type can be determined based on the measurement results, for example, by measuring the TOC permeability coefficient for each membrane type using known TOC components.
  • a known TOC component for determining the TOC permeability coefficient low-molecular organic substances having a molecular weight of about 100 or less, such as isopropyl alcohol, urea, and ethanol, can be used.
  • a boron compound such as boric acid can also be used instead of these low-molecular-weight organic substances.
  • the conversion coefficient c is determined for each membrane type, more precisely, for each combination of the membrane type used in the pure water production system 50 and the membrane type used in the evaluation system 20.
  • the TOC permeability coefficient B2 obtained in the reverse osmosis membrane device 22 was linked to the TOC permeability coefficient B1 in the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 via the conversion coefficient c.
  • the performance of the reverse osmosis membrane changes from its initial performance, for example when the reverse osmosis membrane deteriorates or becomes clogged, it is impossible to apply the conversion factor c determined in advance for each membrane type. It may be appropriate.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the processing of the third embodiment.
  • the TOC removal rate B2 in the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20 multiplied by a conversion coefficient c is used as the TOC removal rate B1 in the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50.
  • the third embodiment differs from the second embodiment in that the value of the conversion coefficient c is estimated.
  • the water permeability coefficient A1 in the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is calculated. Not only when the type of membrane is unknown, but also when the reverse osmosis membrane is degraded or clogged, the water permeability coefficient A1 itself changes, so it is necessary to calculate the water permeability coefficient A1.
  • the water permeability coefficient A1 can be determined using operating parameters in the reverse osmosis membrane device 52, such as flux, as well as the conductivity and pressure of each of the inlet water, RO permeated water, and RO concentrated water.
  • the water permeability coefficient A1 calculates the ratio (A1/A2) of this water permeability coefficient A1 to the water permeability coefficient A2 in the evaluation system 20, determine the conversion coefficient c based on the ratio (A1/A2), Using the determined conversion coefficient c, the TOC concentration of the RO permeated water in the pure water production system 50 is calculated.
  • the ratio of water permeability coefficients (A1/A2) and the ratio of TOC permeability coefficients (B1/B2) between those membranes. That is, there is a correlation with the conversion coefficient c. Therefore, this correlation is determined in advance and stored in a database provided in the evaluation calculation unit 26 of the water quality prediction system 10.
  • the water permeability coefficient A1 actually measured for the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is input to the evaluation calculation unit 26 instead of the membrane type. Then, the evaluation calculation unit 26 calculates the water permeability coefficient ratio (A1/A2) mentioned above, applies this ratio (A1/A2) to the above-mentioned correlation stored in advance to obtain a conversion coefficient c, and then calculates the conversion coefficient c. calculates the TOC concentration of RO permeated water in the pure water production system 50 in the same manner as in the second embodiment.
  • a graph 62 shows an example of the correlation between the water permeability coefficient ratio (A1/A2) and the conversion coefficient c.
  • This correlation is determined by prior experiments. For example, water containing a certain indicator substance as a TOC component is passed through the reverse osmosis membrane 22 of the evaluation system 20 and a plurality of reverse osmosis membrane elements each including a reverse osmosis membrane having a TOC permeability coefficient different from that in the evaluation system 20. The correlation can be determined by passing water through the tube and determining the TOC permeability coefficient.
  • the indicator substance a low-molecular organic substance having a molecular weight of about 100 or less can be preferably used.
  • the first to third embodiments predict the TOC concentration in RO permeated water discharged from the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50.
  • the TOC removal rate in the ultraviolet oxidation treatment and subsequent ion exchange treatment to which the RO treated water is supplied is estimated, and the RO permeation rate is estimated. It is necessary to calculate the final TOC concentration by applying the TOC removal rate to the TOC concentration in water.
  • the fourth embodiment relates to treating UV oxidation treatment and ion exchange treatment as a combined treatment, that is, UV oxidation/ion exchange treatment, and predicting the TOC removal rate therein.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the fourth embodiment.
  • the operating parameters in the evaluation system 20 include the type and specifications of the ultraviolet (UV) lamp used in the ultraviolet irradiation device 23, the amount of ultraviolet irradiation, the dissolved oxygen (DO) concentration in the inlet water, and the inlet water.
  • UV ultraviolet
  • DO dissolved oxygen
  • the operating parameters in the evaluation system 20 include the type and specifications of the ultraviolet (UV) lamp used in the ultraviolet irradiation device 23, the amount of ultraviolet irradiation, the dissolved oxygen (DO) concentration in the inlet water, and the inlet water.
  • an oxidizing agent such as hydrogen peroxide
  • the oxidizing agent concentration in the inlet water after the oxidizing agent is added the brand of ion exchange resin (IER) used in the ion exchange device 24, and the water flow through the ion exchange resin. space velocity (SV), etc. Items other than those listed here may be included in the operating parameters.
  • dissolved carbon dioxide ( CO2 ) concentration in the inlet water may be included in the operating parameters.
  • the inlet water here refers to RO permeated water from the reverse osmosis membrane device 22 in the previous stage, and water that is supplied to the ultraviolet irradiation device 23.
  • the outlet water of the ultraviolet oxidation/ion exchange treatment refers to treated water (pure water) from the ion exchange device 24.
  • unknown TOC originating from the raw water in the ultraviolet oxidation/ion exchange treatment is determined. Calculate the TOC removal rate for each component.
  • a predicted value of the TOC concentration in the RO permeate water of the reverse osmosis membrane device 52 in the pure water production system 50 is obtained. Therefore, by applying the TOC removal rate in the ultraviolet oxidation/ion exchange treatment obtained in the evaluation system 20 to the predicted value of the TOC concentration of this RO permeated water, Predict the TOC concentration of treated water (pure water) through treatment. At this time, the TOC removal rate to be used is corrected, for example, as shown in (1) to (4) below, taking into account differences in configuration between the evaluation system 20 and the pure water production system 50. do.
  • the TOC removal efficiency in ultraviolet oxidation/ion exchange treatment tends to decrease as the TOC concentration in inlet water increases. Therefore, when the predicted value of the TOC concentration of the RO permeated water in the pure water production system 50 is higher than the actual value of the TOC concentration of the RO permeated water in the evaluation system 20, the TOC removal rate is revised downward.
  • the evaluation calculation unit 26 calculates the TOC removal rate of the ultraviolet oxidation/ion exchange treatment in the evaluation system 20 based on the measurement results by the measuring instrument 25, and according to the first to third embodiments.
  • the predicted value of the TOC concentration in the RO permeate water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is calculated by the method described above.
  • the evaluation calculation unit 26 corrects the TOC removal rate calculated in this way as described above, and applies it to the predicted value of the TOC concentration of the RO permeate water of the pure water production system 50.
  • the predicted value of TOC concentration in 50 treated water (pure water) is calculated.
  • the water quality of the inlet water of the ultraviolet irradiation device 23 of the evaluation system 20 and the water quality of the inlet water of the ultraviolet ray irradiation device 53 of the pure water production system 50 are the same. If it is considered that there is, it is not necessary to perform the correction regarding RO permeated water as shown in the first to third embodiments.
  • the quality of the treated water of the ion exchange device 24 of the evaluation system 20 and the first operating parameter can be determined.
  • the quality of water treated by the ion exchange device 54 of the pure water production system 50 may be calculated from this and the second operating parameter.
  • ion exchange device filled with ion exchange resin IER
  • IER ion exchange resin
  • a deionized water production device EDI (electrodeionization) device
  • EDI electrodeionization
  • the ion exchange resin may break through and the water quality deteriorates, so it is necessary to replace the ion exchange equipment or regenerate the ion exchange resin, but with EDI equipment, Since the ion exchange treatment and the regeneration treatment of the ion exchanger proceed simultaneously, there is no risk of water quality deterioration.
  • the pure water production system 50 may be provided with a membrane degassing device in addition to the reverse osmosis membrane device 52, the ultraviolet irradiation device 53, and the ion exchange device 54.
  • a membrane degassing device or an EDI device may be arranged upstream of the ultraviolet irradiation device 23 to reduce the dissolved oxygen concentration and dissolved carbon dioxide concentration in the inlet water for ultraviolet oxidation treatment.
  • the water quality prediction system and water quality prediction method based on the present invention can be suitably used for producing pure water and ultrapure water, and can also be used to desalinate and remove TOC components from various wastewaters generated from factories. It can also be used in wastewater recovery systems that collect and use water for miscellaneous use or equipment.
  • wastewater collection system where water quality changes depending on the type and amount of confluent wastewater, by applying the present invention, it becomes possible to evaluate changes in treated water quality at an early stage.
  • the water treatment system to which the present invention is applied does not necessarily need to include all of the reverse osmosis membrane device, ultraviolet irradiation device, and ion exchange device, and may include only some of these devices. .
  • the system may not include these devices at all, but may include other devices that perform some kind of treatment (i.e., unit operation) on the water to be treated.
  • the water treatment system to which the present invention is applied may include one or more of the following devices: a reverse osmosis membrane device, an ultraviolet irradiation device, an ion exchange device, a deaerator, an activated carbon device, a distillation device, and the like.
  • the evaluation system 20 also includes only the reverse osmosis membrane device 22. is provided.
  • the evaluation system 20 also includes an ultraviolet irradiation device 54. 23 and an ion exchange device 24 provided at the subsequent stage.
  • the evaluation system 20 by treating the water supplied to the ultraviolet irradiation devices 23, 53 as raw water and measuring the quality of the raw water, it is possible to obtain pure water even if the reverse osmosis membrane devices 22, 52 are not provided.
  • the TOC concentration in the outlet water (ie, treated water) of the ion exchange device 54 of the water production system 50 can be predicted.
  • the water quality evaluation system 10 is used to predict the water quality of treated water of the pure water production system 50 to be evaluated.
  • Such water quality prediction is normally performed in order to maintain the water quality of the water treated by the pure water production system 50 within a desired range. Therefore, when the water quality predicted for the pure water production system 50 deviates from the target water quality of the pure water production system 50, operations to be performed on each operating parameter of the pure water production system 50 will be described. For example, if the predicted TOC concentration of the water treated by the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is higher than the target value, that is, if the water quality is poor, the recovery rate of the reverse osmosis membrane device 52 may be reduced.
  • the predicted TOC concentration of the water treated by the reverse osmosis membrane device 52 can be brought closer to the target value by lowering the TOC concentration or by lowering the supply water temperature. Conversely, if the predicted TOC concentration of the water treated by the reverse osmosis membrane device 52 is lower than the target value, the recovery rate can be increased to save energy, or the degree of cooling of the supplied water can be weakened. .
  • the amount of ultraviolet irradiation in this ultraviolet irradiation device 53 may be increased, or processing to lower the dissolved oxygen concentration in the feed water, increase the oxidizing agent concentration added to the feed water, lower the recovery rate in the reverse osmosis membrane device 52 in the front stage, By lowering the temperature of the water supplied to the ultraviolet irradiation device 52, it is possible to bring the predicted TOC concentration of the water treated by the ultraviolet irradiation device 53 closer to the target value. Conversely, if the predicted value of the TOC concentration of the water treated by the ultraviolet irradiation device 53 is lower than the target value, each operating parameter may be moved in a direction that increases the TOC concentration in order to save energy.
  • the present invention will be described in more detail using an actual calculation example, that is, an example in which the quality of water treated by the pure water production system 50 is predicted based on the measured values in the evaluation system 20.
  • the supply flow rate of the feed water (inlet water) of the reverse osmosis membrane device, the amount of concentrated water, and the amount of permeated water are represented by Qf, Qc, and Qp, respectively.
  • the concentrations of solutes (TOC components here) in the feed water, concentrated water, and permeate water of the reverse osmosis membrane device are represented by Cf, Cc, and Cp, respectively.
  • the flux of the solvent (water in this case) in the reverse osmosis membrane device is expressed by Jv, the solute permeability coefficient is P, and the solvent permeation coefficient is Lp.
  • Jv The flux of the solvent (water in this case) in the reverse osmosis membrane device
  • P the solute permeability coefficient
  • Lp the solvent permeation coefficient
  • Calculation example 1 corresponding to the first embodiment will be explained using FIGS. 6A to 6C.
  • pure water was produced by supplying raw water containing an unknown TOC component as a solute to the evaluation system 20 and the pure water production system 50, respectively.
  • 6A shows the flow rate and concentration in the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20
  • FIG. 6B shows the configuration of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50
  • FIG. 6C shows the reverse osmosis of the pure water production system 50.
  • Another example of calculating the concentration in the membrane device 52 is shown.
  • the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20 one equipped with one 4-inch element ESPA2-4021 manufactured by Nitto Denko was used.
  • the membrane area was 3.5 m 2 , and it was operated at a recovery rate of 50% and a flux Jv of 0.82 m/d.
  • the amount of water supplied to the reverse osmosis membrane device 22 Qf was 240 L/h
  • the amount of concentrated water Qc was 120 L/h
  • the amount of permeated water Qp was also 120 L/h.
  • the solute concentrations Cf of the feed water, concentrated water, and permeated water in the reverse osmosis membrane device 22 were 40 ppb, 72 ppb, and 8 ppb, respectively, as TOC concentrations.
  • the solute (TOC) concentration Cm at the membrane surface is calculated.
  • This calculation requires a mass transfer coefficient k, and the mass transfer coefficient k can be calculated from the Sherwood number Sh, the channel thickness d, and the solute diffusion constant D.
  • the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 one equipped with eight 8-inch elements ES20-D8 manufactured by Nitto Denko was used.
  • this reverse osmosis membrane device 52 as shown in FIG. 6B, two systems in which four membrane elements are connected in a cascade are provided in parallel.
  • the membrane area was 37 m 2
  • the reverse osmosis membrane device 52 was operated with a recovery rate of 90% and a flux Jv of 0.72 m/d.
  • the amount of water supplied to the reverse osmosis membrane device 52 Qf was 10 m 3 /h
  • the amount of concentrated water Qc was 1 m 3 /h
  • the amount of permeated water was 9 m 3 /h.
  • the solute concentration Cf of the feed water was the same as that of the evaluation system 22, and the TOC concentration was 40 ppb.
  • the membrane performance is almost the same between the reverse osmosis membrane used in the evaluation system 20 and the reverse osmosis membrane used in the pure water production system 50, and in this case, the unknown TOC components contained in the raw water obtained in the evaluation system 20
  • the solute permeability coefficient P (that is, the TOC permeability coefficient B2) can be used as is in the concentration calculation of the unknown TOC component described above in the pure water production system 50.
  • the mass transfer coefficient k was determined in the same manner as in the case of the evaluation system 20, and the solute concentration Cp was determined from the known values Jv, P, and Cf, and Cp was found to be 6.5 ppb. That is, 6.5 ppb was obtained as the predicted value of the TOC concentration of the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50.
  • the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 is the same as calculation example 1 in that eight membrane elements are connected as shown in FIG. 6B, but each membrane element is an 8-inch element.
  • CPA5-LD manufactured by Tokyo Denko was used.
  • the membrane area was 37 m 2
  • the reverse osmosis membrane device 52 was operated with a recovery rate of 90% and a flux Jv of 0.72 m/d.
  • this calculation example 2 converts the solute permeability coefficient P2 (i.e., TOC permeability coefficient B2) directly into the solute permeability coefficient P1 (i.e., TOC permeability coefficient B2). This corresponds to a case where it cannot be used as the transmission coefficient B1).
  • the solute permeability coefficient of a simulant that is a known TOC component is measured in advance for each reverse osmosis membrane.
  • a simulant it is possible to use, for example, isopropyl alcohol.
  • Sample water containing isopropyl alcohol at a TOC concentration of, for example, 100 ppb-C is passed through each reverse osmosis membrane under similar conditions, such as a flux of 0.6 m/d and a recovery rate of 15%, and the RO permeate is Measure IPA concentration.
  • FIGS. 7A to 7C show the pressure, flow rate, and concentration in the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20
  • FIG. 7B shows the configuration, pressure, flow rate, and concentration of the reverse osmosis membrane device 52 in the pure water production system 50
  • FIG. 7C shows the pressure, flow rate, and concentration in the reverse osmosis membrane device 22 of the evaluation system 20.
  • 3 shows an example of the correlation between solvent permeability coefficient and solute permeability coefficient.
  • the reverse osmosis membrane device 52 of the pure water production system 50 includes eight membrane elements that are 8-inch elements.
  • this reverse osmosis membrane device 52 as shown in FIG. 7B, two systems in which four membrane elements are connected in a cascade are provided in parallel. Although it is known that the membrane area is 37 m3 , the type of membrane element is unknown.
  • This reverse osmosis membrane device 52 was operated under operating conditions such that the recovery rate was 90% and the flux Jv was 0.72 m/d.
  • the supply water amount Qf of the reverse osmosis membrane device 52 is 10 m 3 /h
  • the supply pressure Pf is 0.95 MPa
  • the concentrated water amount Qc is 1 m 3 /h
  • the pressure Pc is 0.9 MPa
  • the amount of permeated water Qp was 9 m 3 /h
  • the pressure Pp was 0.3 MPa.
  • the solute concentration (TOC concentration) Cf in the feed water was 40 ppb as in the evaluation system 20.
  • the solvent permeability coefficient Lp1 water permeability coefficient A1) is calculated using equation (4).
  • the correlation between the solvent permeability coefficient Lp and the solute permeation coefficient P is determined by the solvent permeability coefficient Lp and the solute permeation coefficient when sample water containing a simulant is passed through the reverse osmosis membrane for various types of reverse osmosis membranes. It can be obtained by calculating the coefficient P.
  • isopropyl alcohol is used as a simulant, and a sample water containing isopropyl alcohol as a TOC concentration of, for example, 100 ppb-C is heated under similar conditions, such as a flux of 0.6 m/d and a recovery rate of 1.5 m/d. Water is passed through each reverse osmosis membrane under conditions of %.
  • FIG. 7C shows a correlation diagram 43 in which the calculated solvent permeability coefficient Lp and solute permeability coefficient P are plotted.
  • This correlation diagram 43 shows the correlation between the solvent permeability coefficient Lp and the solute permeability coefficient P.
  • the relationship between the solvent permeability coefficient Lp and the solute permeability coefficient P is not necessarily expressed by a straight line, there is a relationship in which the smaller the solvent permeability coefficient Lp, the smaller the solute permeability coefficient P.
  • FIGS. 8A to 8D show the ultraviolet irradiation device 23 and ion exchange device 24 of the evaluation system 20
  • FIG. 8B shows the ultraviolet irradiation device 53 and ion exchange device 54 of the pure water production system 50
  • FIG. 8C shows the amount of ultraviolet (UV) irradiation
  • FIG. 8D shows the influence of dissolved carbon dioxide (CO 2 ) concentration, dissolved oxygen (DO) concentration, ion concentration, and TOC concentration on TOC removal rate.
  • the ultraviolet irradiation device 23 of the evaluation system 20 was an ultraviolet irradiation device for evaluation, and the amount of ultraviolet irradiation was 0.1 kWh/m 3 .
  • a cartridge polisher ESP-2 manufactured by Organo was used, and the space velocity (SV) of water passing therethrough was 50 h -1 .
  • the dissolved carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the inlet water of the ultraviolet irradiation device 23, that is, the RO permeated water of the reverse osmosis membrane device 22 at the front stage, is 5 ppm
  • the dissolved oxygen (DO) concentration is 8 ppm
  • the total dissolved solids amount ( TDS) was 2 ppm
  • TOC concentration in the treated water (pure water) of the ion exchange device 24 was 4.0 ppb-C
  • the TOC removal rate R was calculated to be 50%.
  • the TOC concentration here relates to unknown TOC components originating from raw water.
  • the ultraviolet irradiation device 53 of the pure water production system 50 JPW manufactured by Nippon Photoscience was used, and the amount of ultraviolet irradiation was 0.1 kWh/m 3 .
  • Cartridge polisher ESP-2 manufactured by Organo was used as the ion exchange device 54, and the space velocity (SV) of water passing therethrough was 50 h -1 .
  • the RO permeated water discharged from the reverse osmosis membrane device 52 in calculation example 1 is supplied to the ultraviolet irradiation device 53, so the TOC concentration value (predicted value) at the inlet water of the ultraviolet irradiation device 53 is 6.5 ppb-C.
  • the goal of calculation example 4 is to predict the TOC concentration of unknown TOC components originating from raw water in the treated water (pure water) of the ion exchange device 54 of the pure water production system 50.
  • the evaluation system 20 and the pure water production system 50 have the same amount of ultraviolet irradiation, but different types of ultraviolet irradiation equipment, and as a result, the TOC removal efficiency with respect to the amount of ultraviolet irradiation also varies. Therefore, the TOC removal rate R2 of 50% calculated in the evaluation system 20 cannot be directly applied to the pure water production system 50. Therefore, the TOC removal rate is corrected based on the difference in ultraviolet irradiation equipment.
  • FIG. 8C shows the relationship between the amount of ultraviolet irradiation and the TOC removal rate obtained in this way.
  • the graph of the TOC removal rate R1 was obtained for the pure water production system 50, and the graph of the TOC removal rate R2 was obtained for the evaluation system 20.
  • this correction coefficient is used for the TOC removal rate R2 previously determined for the evaluation system 20.
  • the TOC removal rate R1a is 75%, and the TOC concentration in the treated water of the pure water production system 50 is predicted to be 1.6 ppb.
  • the TOC removal rate in ultraviolet oxidation/ion exchange treatment depends on the concentration of each component in the raw water, such as dissolved carbon dioxide (CO2 ) . It is known that it is also affected by the concentration), dissolved oxygen (DO) concentration, ionic impurity concentration, and TOC concentration. Therefore, in the same way that the TOC removal rate is corrected based on the configuration of the ultraviolet irradiation device, the amount of ultraviolet irradiation is kept the same for each concentration item, and the concentration and TOC removal rate R are calculated in advance using a simulant. It is preferable to determine the relationship between the two and correct the TOC removal rate used for the pure water production system 50 based on the relationship obtained.
  • FIG. 8D shows an example of the relationship between the concentration and TOC removal rate for each concentration item thus obtained.
  • the TOC removal rate R1a after correction related to the ultraviolet irradiation device is further multiplied by a correction coefficient to obtain a TOC removal rate R1b.
  • the correction coefficient was calculated based only on the dissolved carbon dioxide concentration, but in calculating the correction coefficient, one or more of multiple concentration items such as dissolved carbon dioxide, dissolved oxygen concentration, ionic impurity concentration, TOC concentration, etc. can be used.

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Abstract

少なくとも逆浸透膜装置（５２）を備える純水製造システム（５０）に対して未知のＴＯＣ（全有機炭素）成分を含む原水を供給して純水を製造したときの水質を予測する水質予測システム（１０）は、少なくとも逆浸透膜装置（２２）を備えて同じ原水が供給される評価用システム（２０）と、原水のＴＯＣ濃度と評価用システムでのＴＯＣ濃度とを測定する計測器（２５）と、評価演算部（２６）を備える。評価演算部（２６）は、計測器（２５）で測定された各ＴＯＣ濃度と、純水製造システム（５０）の運転パラメータと、評価用システム（２０）の運転パラメータとに基づいて、純水製造システム（５０）でのＴＯＣ濃度の予測値を算出する。

Description

水処理システムの水質予測システム及び水質予測方法
　本発明は、水処理システムにより得られる処理水の水質を予測するシステム及び方法に関する。
　半導体装置製造などの分野において洗浄用途に純水や超純水が使用されている。原水から純水あるいは超純水を製造するときは、原水に含まれるイオン性不純物あるいは有機性不純物（ＴＯＣ（全有機炭素：Total Organic Carbon）成分））は、イオン交換装置や逆浸透膜装置、紫外線照射装置などによって構成された純水製造システムあるいは超純水製造システムにおいて、原水から除去される。以下の説明において「純水」というときは超純水も含まれ、「純水製造システム」というときは超純水製造システムも含まれるものとする。
　純水製造に用いる原水としては、これまで、河川水、井水、表層水などが用いられてきた。しかしながら昨今の水資源の枯渇化傾向に対応するため、工場排水や生活排水などを処理して得られる回収水が原水として用いられる場合も増えてきている。回収水におけるイオンやＴＯＣなどの各成分の濃度、組成や比率は、河川水などと大きく異なっていることが知られている。例えば、回収水中には難分解性ＴＯＣ成分が含まれている可能性がある。難分解性ＴＯＣ成分とは、逆浸透膜処理やイオン交換処理、紫外線照射による紫外線酸化処理などでは除去しにくい有機成分のことである。原水に難分解性ＴＯＣが含まれていると、既存の純水製造システムを用いてその原水から純水を生成するときに、得られる純水の水質の低下、具体的には得られる純水でのＴＯＣ濃度の増加が起こることがある。原水の水質に応じて原水の受け入れ可否や純水製造システムの運転条件を変化させることが求められている。処理能力の大きい純水製造システムの場合、そのシステムに供給される原水での水質の変化の影響が出口に及ぶまでに時間がかかるので、出口から得られる処理水の水質における変化を検知してから原水の水質変化に対応することは適切ではない。このため、ユースポイントに供給する純水を製造する純水製造システム（メインの純水製造システム）とは別に、原水の水質評価のための小型の純水製造システムすなわち評価用システムを設け、評価用システムで生成した純水の水質を測定して原水の水質を評価することが提案されている。
　特許文献１は、ユースポイントに超純水を供給する超純水製造システムなどの水処理システムの運転管理に用いられる水処理管理装置を開示している。特許文献１に記載された技術では、水処理システムに供給されるべき水を対象水として、ＴＯＣ成分を取り除くために用いられる単位操作を実行するＴＯＣ除去装置を備える評価用純水製造部が水処理システムとは別個に設けられ、評価用純水製造部における複数の測定点におけるＴＯＣ濃度が測定され、これらのＴＯＣ濃度値を解析して対象水が評価される。特許文献１に記載された技術では、評価結果に応じて水処理システムに対する原水の供給を制御することができ、例えば、原水である対象水に難分解性ＴＯＣ成分が含まれていると評価したときは、その原水を水処理システムに供給しないなどの制御を行なうことができる。
　特許文献２は、ユースポイントに供給されるべき超純水を原水から製造するメインの超純水製造システムが設けられているときに、原水の水質を監視して制御を行なうためのサブの超純水製造システムを設けることを開示している。サブの超純水製造システムは、メインの超純水製造システムと等価の構成を有して同様の水質の超純水を生成するものである。サブの超純水製造システムから得られた超純水のＴＯＣ濃度を測定し、このＴＯＣ濃度に基づいて原水の水質を評価し、評価結果に基づいて、メインの超純水製造システムに供給される原水の供給量などが制御される。特許文献２に記載されたシステムでは、例えば、サブの超純水製造システムで得られる超純水におけるＴＯＣ濃度が高い場合に、メインの超純水製造システムへの原水の供給を停止したり、尿素除去装置を経由して原水をメインの超純水製造システムに供給したり、紫外線照射装置での紫外線照射量を増加させたりすることができる。
　ＴＯＣ成分の除去ではなく海水の淡水化などに用いられる逆浸透膜装置に関するものであるが特許文献３は、濃度分極現象を考慮して逆浸透膜の輸送パラメータや逆浸透膜装置の運転状態を正確に予測することを開示している。同様に特許文献４は、逆浸透膜の透過水における全塩濃度から透過水における特定成分の濃度を予測し、その予測値に応じて逆浸透膜装置の運転条件を設定または制御することを開示している。
特開２０１９－１５５２７５号公報 特開２０１６－１０７２４９号公報 特開２００１－６２２５５号公報 特開２００１－１２９３６５号公報
　原水の水質の評価に用いられる評価用システムは、メインの純水製造システムに対して原水が与える影響を迅速かつ少量の原水量で簡便に評価できることが必要である。そのため評価システムは、メインの純水製造システムに比べて限りなく小型の構成とすることが求められる。しかしながら小型の構成とすることにより、評価用システムの仕様や運転条件は、メインの純水製造システムのそれとは異ならざるを得なくなる。例えば逆浸透膜装置に関し、メインの純水製造システムでは、数十本の８インチ（２０ｃｍ）逆浸透膜（ＲＯ）スパイラルエレメントを組み合わせ、８０～９５％といった高い回収率での運転条件が採用される。これに対し評価用システムでは、２～４インチ（５～１０ｃｍ）といった小型の１～２本の膜エレメントを用いることが好ましい。また、メインの純水製造システムで使用される逆浸透膜の銘柄と同じ銘柄の逆浸透膜を用いる小型の膜エレメントが入手可能であるとは限らず、メインの純水製造システムにおけるものとは異なる性能の逆浸透膜を選定せざるを得なくなることがある。評価に使用できる原水量の制限や、評価用システムの後段に設けられる装置に供給する水量の関係上、逆浸透膜装置における回収率やフラックスも制限される。
　紫外線酸化処理を行うための紫外線照射装置においても同様であって、メインの純水製造システムで用いられている紫外線ランプと同性能の紫外線ランプを有する小型の紫外線照射装置があるとは限られず、メインの純水製造システムでのものとは異なる性能を有する小型の紫外線照射装置を選定せざるを得なくなることがある。メインの純水製造システムでは、紫外線酸化処理でのＴＯＣ除去率の向上のために膜脱気装置や酸化剤添加装置が設けられることがあるが、評価用システムにおいてそれらの装置を設けることはシステムの巨大化、複雑化につながり、必ずしも適切とは言えない。そもそもメインの純水製造システムと評価用システムとでは逆浸透膜装置から紫外線照射装置への供給水質が異なっており、この水質の違いが紫外線酸化処理からの処理水の水質に大きな影響を及ぼす。
　このように、既存の評価用システムでは、メインの純水製造システムから得られる処理水（すなわち純水）におけるＴＯＣ成分の挙動を見積もることはできるが、処理水のＴＯＣ濃度の詳細な値を推測することはできない。特許文献１，２に記載された技術においても、メインの純水製造システムから得られる純水のＴＯＣ濃度を推測することについては検討されていない。
　以上、純水製造システムにおける水質の予測に関連する課題を説明した。この課題は、純水製造システムにおける水質の予測においてのみ発生するものではない。同様の課題は、被処理水に対してなんらかの処理を行って処理水を得る水処理システムがあるときに、その水処理システムに対応する評価用システムを設けて評価用システムでの水質を測定し、この測定結果に基づいて水処理システムに供給される被処理水の水質を評価しようとするときにも発生する。
　本発明の目的は、対象とする水処理システムによって得られる処理水の水質を、より小型の水処理システムである評価用システムを用いて予測するシステム及び方法を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、水質予測システムは、被処理水に対して単位操作を実行する第１の水処理装置を備える水処理システムに被処理水を供給し、第１の運転パラメータに基づいて水処理システムを運転したときの、水処理システムでの処理水の水質を予測する水質予測システムであって、第１の水処理装置と同様の単位操作を実行する第２の水処理装置を備え、水処理システムに供給されるべき被処理水が供給され、第２の運転パラメータに基づいて運転される評価用システムと、被処理水の水質と、評価用システムでの処理水の水質と、第１の運転パラメータと、第２の運転パラメータとに基づいて、水処理システムでの処理水の溶質濃度の予測値を算出する演算手段と、を有する。
　本発明の一態様によれば、水質予測方法は、被処理水に対して単位操作を実行する第１の水処理装置を備える水処理システムに被処理水を供給し、第１の運転パラメータに基づいて水処理システムを運転したときの、水処理システムでの処理水の水質を予測する水質予測方法であって、第１の水処理装置と同様の単位操作を実行する第２の水処理装置を備える評価用システムに対して、水処理システムに供給されるべき被処理水を供給して、第２の運転パラメータに基づいて評価用システムを運転し、被処理水の水質と、評価用システムでの処理水の水質と、第１の運転パラメータと、第２の運転パラメータとに基づいて、水処理システムでの処理水の溶質濃度の予測値を算出する。
　上記の水質予測システム及び水質予測方法において「第１の水処理装置と同様の単位操作を実行する第２の水処理装置」とは、対象システムである第１の水処理装置を構成する装置の種類と評価用システムである第２の水処理装置を構成する装置の種類とが同じであることをいう。第１の水処理装置が、単位操作を実行する装置として例えば逆浸透膜装置、紫外線照射装置及びイオン交換装置をこの順で備えるのであれば、第２の水処理装置も、個々の装置の機種や仕様は異なるとしても逆浸透膜装置、紫外線照射装置及びイオン交換装置をこの順で備えている。本発明においてその濃度が予測対象である溶質は、例えばＴＯＣ成分であるが、ＴＯＣ成分以外の成分、例えばホウ素や各種のイオンなどを予測対象の溶質とすることもできる。溶質としてＴＯＣを評価対象とするのであれば、そのときに逆浸透膜において定義される溶質透過係数はＴＯＣ透過係数である。
　上記の水質予測システム及び水質予測方法によれば、対象とする水処理システムから得られる処理水の水質を、より小型の水処理システムである評価用システムを用いて精度よく予測することが可能になる。
水質予測システムと水質予測の対象とする純水製造システムとを含む全体の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態での水質予測を説明する図である。 第２の実施形態での水質予測を説明する図である。 第３の実施形態での水質予測を説明する図である。 第４の実施形態での水質予測を説明する図である。 計算例１，２での水質予測を説明する図である。 計算例１，２での水質予測を説明する図である。 計算例１，２での水質予測を説明する図である。 計算例３での水質予測を説明する図である。 計算例３での水質予測を説明する図である。 計算例３での水質予測を説明する図である。 計算例４での水質予測を説明する図である。 計算例４での水質予測を説明する図である。 計算例４での水質予測を説明する図である。 計算例４での水質予測を説明する図である。
　次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。以下では、被処理水が供給されて処理水を生成する水処理システムであって、処理水の水質予測の対象となる水処理システムのことを対象システムと呼ぶ。
　本発明に基づく水質予測方法は、対象システムがあるときに、対象システムと同様の処理を行いつつ対象システムよりも小型の水処理システムとして構成された評価用システムを使用し、評価用システムでの水質の測定結果に基づき、対象システムで生成される処理水の水質の詳細な値を予測する方法である。より具体的にはこの水質予測方法では、被処理水に対する単位操作を実行する第１の処理装置を備える対象システムに対して被処理水を供給し、第１の運転パラメータに基づいて対象システムを運転して処理水を得たときの対象システムでの水質を予測するために、対象システムで実行される単位操作と同じ種類の単位操作を実行する第２の処理装置を備える評価用システムに対して被処理水を供給し、第２の運転パラメータに基づいて評価用システムを運転し、被処理水の水質と評価用システムでの水質と第１の運転パラメータと第２の運転パラメータとに基づいて、対象システムでの溶質濃度を算出する。このように対象システムからの処理水の水質を予測したときに、得られた予測値が対象システムにおける目標水質から乖離している場合には、処理水の水質が目標水質に近づくように、対象システムの運転パラメータすなわち第１の運転パラメータを変更することができる。
　本発明に基づく水質予測方法の適用対象である水処理システムすなわち対象システムは、特に限定されるものではないが、以下の説明では水処理システムが、被処理水である原水から純水を製造して例えばユースポイントに供給する純水製造システムであるものとする。評価用システムでの測定対象であり純水製造システムにおいて評価の対象となる水質は、不純物である溶質の濃度、より具体的には、溶媒である水に対して溶質として溶けているＴＯＣ成分の濃度であるものとする。したがって以下では、純水製造システムがあるときに、この純水製造システムよりも小型の純水製造システムとして構成された評価用システムを備える水質予測システムを使用し、評価用システムでのＴＯＣ濃度の測定結果に基づき、対象とする純水製造システムで製造される純水のＴＯＣ濃度の詳細な値を予測する場合を説明する。ここでいう「小型」とは、評価用システムを構成する装置の少なくとも１つが、対象システムでの対応する装置よりも小型であることを意味する。対象システムと評価用システムのいずれもが逆浸透膜装置、紫外線照射装置及びイオン交換装置をこの順で備えている場合であれば、例えば評価用システムの逆浸透膜装置が対象システムの逆浸透膜装置よりも小型であれば、その評価用システムは、対象システムよりも小型の評価用システムに該当する。もちろん、評価用システムを構成する装置の全てが対象システムにおいて対応する装置よりも小型であってもよい。ここで述べた例でいえば、逆浸透膜装置、紫外線照射装置及びイオン交換装置の全てにおいて、評価用システムにおける装置が対象システムにおける対応する装置よりも小型であってもよい。
　図１は水質予測方法を説明するための図であって、水質予測システム１０と評価対象の水処理システムである純水製造システム５０とを含む全体の構成の一例を示している。後述の各実施形態では、図１に示される全体構成に対して水質予測方法が適用される。未知のＴＯＣ成分を含んでいる原水は、水質予測システム１０に供給されるとともに、弁１１を介して評価対象の純水製造システム５０に供給される。純水製造システム５０は、ユースポイントに対して純水を供給できるように構成された大規模なシステムである。純水製造システム５０は、原水を一時的に貯えるタンク５１と、タンク５１内の原水が供給される逆浸透膜装置（ＲＯ）５２と、逆浸透膜装置５２の透過水（ＲＯ透過水）が供給されて紫外線酸化処理を行う紫外線照射装置（ＵＶ）５３と、紫外線照射装置５３の処理水に対してイオン交換処理を行うイオン交換装置（ＩＥＲ）５４とを備えている。この純水製造システム５０では、イオン交換装置５４の処理水が純水としてユースポイントに供給される。逆浸透膜装置５２において逆浸透膜を透過しなかった水（ＲＯ濃縮水）はそのまま外部に排出される。
　純水製造システム５０では、紫外線酸化処理でのＴＯＣ除去率を高めるためにＲＯ透過水に対して脱気処理を行う膜脱気装置や過酸化水素などの酸化剤を添加する装置が紫外線照射装置５３の前段に設けられていてもよいが、それらの装置は図１には示されていない。ここで説明される原水は、あらかじめ純水製造システム５０に付帯する装置によって処理されたものであってもよい。たとえば純水製造システム５０に付帯する砂ろ過装置、活性炭処理装置、イオン交換装置、脱気装置といった前処理を行った水を分岐し、評価用システム１０に供給してもよい。
　水質予測システム１０は、原水の評価のために原水が供給されて原水から純水を製造する評価用システム２０を備えている。評価用システム２０は、原水が供給される逆浸透膜装置（ＲＯ）２２と、逆浸透膜装置２２からの透過水（ＲＯ透過水）が供給されてこの水に対して紫外線酸化処理を行う紫外線照射装置（ＵＶ）２３と、紫外線照射装置２３の出口水が供給されてイオン交換処理を行うイオン交換装置（ＩＥＲ）２４と、を備えている。イオン交換装置２４からの出口水が、評価用システム２０の処理水となる。さらに水質予測システム１０は、ＴＯＣ濃度を測定する計測器２５を備えている。計測器２５には、評価用システム２０に供給される原水の一部が分岐して弁３１ａを介して供給され、ＲＯ透過水の一部が分岐して弁３２ａを介して供給され、イオン交換装置２４の出口水の一部が弁３３ａを介して供給される。水質予測システム１０では、弁３１ａ～３３ａの開閉を制御することによって、原水、ＲＯ透過水及びイオン交換処理後の処理水を切り替えてそれらの水のＴＯＣ濃度を測定することができる。水質予測システム１０には、計測器２５での測定結果や後述する運転パラメータなどに基づき、純水製造システム５０が原水から製造する純水におけるＴＯＣ濃度や純水製造システム５０内の各点におけるＴＯＣ濃度を予測する評価演算部３６が設けられている。なお、水質予測システム１０の保護、予測精度の向上などの観点から、熱交換器、フィルター、活性炭処理装置、イオン交換装置、脱気装置などの前処理装置に原水を通水させ、前処理装置によって処理された原水を水質予測システム１０に受け入れるようにしてもよい。
　図１に示す構成において、水質予測システム１０内の評価用システム２０と評価対象の純水製造システム５０とは、原水を逆浸透膜装置２２，５２、紫外線照射装置２３，５３及びイオン交換装置２４，５４の順で通水して処理を行い、純水を生成するという点では同じである。評価用システム２０と純水製造システム５０との大きな違いは、純水製造システム５０がユースポイントに大量の純水を供給するための大規模なシステムであるのに対し、評価用システム２０が、計測器２５や評価演算部２６を備える小規模なシステムであって、純水製造システム５０における水質（特にＴＯＣ濃度）を予測するために用いられるものであることにある。
　［第１の実施形態］
　次に、図１に示した構成における水質予測について説明する。水質予測の最終的な目標は、大規模であって原水の水質変動に対する応答が遅い純水製造システム５０によって製造される純水の水質（特にＴＯＣ濃度）を評価用システム２０での測定結果から迅速に予測することである。評価用システム２０と純水製造システム５０のいずれにおいても原水は逆浸透膜装置２２，５２、紫外線照射装置２３，５３及びイオン交換装置２４，５４の順で通水し、それによって原水中のＴＯＣ成分が除去される。逆浸透膜装置２２，５２では、分子量が大きかったり帯電性を有するＴＯＣ成分が除去され、残ったＴＯＣ成分は、紫外線照射装置２３，５３での紫外線酸化処理により有機酸や炭酸といった成分に変換され、有機酸や炭酸などの成分は、残存している他のイオン性不純物とともにイオン交換装置２４，５４で除去される。ＴＯＣ成分の除去という観点では、一連の処理は、逆浸透膜装置２２，５２での処理と、紫外線照射装置２３，５３及びイオン交換装置２４，５４での処理とに大別することができ、最終的に純水製造システム５０で得られる純水におけるＴＯＣ濃度は、これらの各処理でそれぞれどれだけのＴＯＣ成分が除去されたかに依存する。そこで第１の実施形態では、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２の処理水すなわちＲＯ透過水の水質から純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の処理水すなわちＲＯ透過水のＴＯＣ濃度を予測する例を説明する。図２は、第１の実施形態での水質予測を説明する図である。
　評価用システム２０の逆浸透膜装置２２の構成や使用する逆浸透膜の種類（膜種）は既知であり、運転条件も既知である。逆浸透膜装置２２の構成には、膜面積や膜エレメントの本数などが含まれる。逆浸透膜の種類は、膜種とも呼ばれる。運転条件には、逆浸透膜装置２２での回収率やフラックスが含まれる。ここでいうフラックスは、逆浸透膜における透過流束のことである。膜種が分かっていれば、その逆浸透膜に固有な溶媒透過係数である水透過係数Ａ２も既知である。水透過係数は、ｍ／ｄ／ＭＰａを単位として表される。同様に純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の構成や膜種も既知であり、運転条件も既知であり、逆浸透膜における水透過係数Ａ１も既知である。当然のことながら運転条件は適宜に設定可能である。評価用システム２０では、逆浸透膜装置２２の入口水すなわち原水のＴＯＣ濃度とＲＯ透過水のＴＯＣ濃度も計測器２５による計測によって分かっている。一方、純水製造システム５０では、その逆浸透膜装置５２には評価用システム２０と同等の原水が供給されるので、逆浸透膜装置５２の入口水のＴＯＣ濃度は分かっている。本実施形態で求めたいのは、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２からのＲＯ透過水（すなわち処理水）でのＴＯＣ濃度である。このＴＯＣ濃度は、原水に含まれている未知のＴＯＣ成分に由来するＴＯＣ濃度である。膜種、膜面積、膜エレメントの本数、運転条件、水透過係数などを総称して逆浸透膜装置の運転パラメータと呼ぶ。
　まず、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２の逆浸透膜におけるＴＯＣ成分の透過係数（溶質透過係数）であるＴＯＣ透過係数Ｂ２を求める。溶質透過係数であるＴＯＣ透過係数は、ｍ／ｄを単位として表される。ＴＯＣ透過係数Ｂ２は、例えば特許文献３，４に記載されるように、濃度分極モデルを利用する膜輸送パラメータ計算により、逆浸透膜の両側でのＴＯＣ濃度、すなわち入口水とＲＯ透過水でのＴＯＣ濃度と、フラックスとから算出することができる。次に、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２でのＴＯＣ透過係数Ｂ２と純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２でのＴＯＣ透過係数Ｂ１が同じであるとして、純水製造システム５０での入口水のＴＯＣ濃度と膜面積と回収率とフラックスとから、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水のＴＯＣ濃度を算出する。純水製造システムで用いる逆浸透膜と評価用システム２０で用いる逆浸透膜とが膜として同等性能である場合、予測対象とする未知のＴＯＣ成分に関する両者のＴＯＣ透過係数Ｂ１，Ｂ２が同じであるとする仮定は妥当な仮定であり、これにより、評価用システム２０での測定値から純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度を予測することができる。本実施形態では、逆浸透膜装置２２，５２における機械的な構造に起因するパラメータをさらに考慮してもよい。
　図１に示す水質予測システムでは、評価演算部２６には、あらかじめ評価用システム２０の逆浸透膜装置２２の運転パラメータと純水製造システム５０の運転パラメータとが設定されている。評価演算部２６は、原水のＴＯＣ濃度と逆浸透膜装置２２のＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の測定値を計測器２５から受け取ると、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水でのＴＯＣ濃度の予測値を上述のようにして算出し、出力する。
　［第２の実施形態］
　第２の実施形態の水質予測方法について、図３を用いて説明する。純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２と評価用システム２０の逆浸透膜装置２２とでは膜種が異なる場合、特に逆浸透膜の物理的あるいは化学的な性質が大きく異なる場合には、逆浸透膜装置５２でのＴＯＣ透過係数Ｂ１と逆浸透膜装置２２でのＴＯＣ透過係数Ｂ２が同じであるという仮定が成立しなくなる。図３は、そのような場合の水質予測方法を説明する図である。膜種が異なる場合には、純水製造システム５０で使用される可能性のある膜種ごとに、評価量システム２０で用いる膜種に対する換算係数ｃを定め、これらの換算係数ｃを評価演算部２６に設けたデータベース内に換算テーブル４１（図３参照）の形態であらかじめ格納しておく。そして評価用システム２０におけるＴＯＣ透過係数Ｂ２を求めたら、Ｂ１＝ｃ・Ｂ２の演算を行って純水製造システム５０でのＴＯＣ透過係数Ｂ１を決定し、その後は第１の実施形態と同様の手順を実行することにより、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度を予測することができる。本実施形態の場合、評価演算部２６は、評価用システム２０で用いる膜種と純水製造システム５０で用いる膜種との組み合わせが入力されたら内蔵する換算テーブル４１を検索して該当する換算係数ｃを読み出し、換算係数ｃを用いて純水製造システム５０でのＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の予測計算を実行する。上述した第１の実施形態は、第２の実施形態においてｃ＝１とする場合と等価であるから、評価用システム２０と純水製造システム５０とにおいて同じ膜種を使う場合に対して換算テーブル４１においてｃ＝１を規定しておけば、第１の実施形態を包含する形態で第２の実施形態に基づく水質予測を行うことが可能になる。
　第２の実施形態において膜種ごとの換算係数ｃは、例えば、既知のＴＯＣ成分を用いて膜種ごとにＴＯＣ透過係数を測定し、その測定結果に基づいて定めることができる。ＴＯＣ透過係数を決定するための既知のＴＯＣ成分としては、分子量が１００程度以下の低分子有機物、例えば、イソプロピルアルコール、尿素、エタノールなどを用いることができる。これらの低分子有機物の代わりに、厳密には有機物ではないが、ホウ酸などのホウ素化合物を用いることもできる。
　［第３の実施形態］
　第２の実施形態では、膜種ごとに、より正確には純水製造システム５０で用いる膜種と評価用システム２０で用いる膜種との組み合わせごとに換算係数ｃが定められ、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２で得られたＴＯＣ透過係数Ｂ２を、換算係数ｃを介して純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２でのＴＯＣ透過係数Ｂ１に結び付けていた。しかしながら逆浸透膜の性能がその初期性能から変化してしまったとき、例えば逆浸透膜の劣化や閉塞が起きたときには、事前に膜種ごとに定められている換算係数ｃを適用することが不適切となることがある。また純水製造システム５０において使用されている逆浸透膜の膜種が不明であれば、そもそも換算定数ｃを知ることができない。ここでは、逆浸透膜の性能が初期性能から変化してしまった場合も、膜種が不明の場合に含まれるものとする。第３の実施形態では、既存の換算係数ｃを使用することが不適切であるか使用できない場合において、ＲＯ透過水のＴＯＣ濃度を予測する。図４は第３の実施形態の処理を説明する図である。第３の実施形態は、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２におけるＴＯＣ除去率Ｂ２に換算係数ｃを乗じたものを純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２におけるＴＯＣ除去率Ｂ１として使用する点では第２の実施形態との違いはない。第３の実施形態が第２の実施形態と異なることは、換算係数ｃの値の推定を行うことである。
　第３の実施形態では、まず、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２における水透過係数Ａ１を算出する。膜種が不明であるときはもちろんとして、逆浸透膜の劣化や閉塞が起きていれば水透過係数Ａ１自体も変化するので、水透過係数Ａ１の算出を行う必要がある。水透過係数Ａ１は、逆浸透膜装置５２での運転パラメータ、例えばフラックスなどに加え、入口水、ＲＯ透過水及びＲＯ濃縮水の各々における導電率及び圧力などを用いて求めることができる。水透過係数Ａ１を算出したら、評価用システム２０での水透過係数Ａ２に対するこの水透過係数Ａ１の比（Ａ１／Ａ２）を求め、比（Ａ１／Ａ２）に基づいて換算係数ｃを決定し、決定した換算係数ｃを用いて純水製造システム５０でのＲＯ透過水のＴＯＣ濃度を計算する。本発明者らの知見によれば、２種類の逆浸透膜があるときに、それらの膜の間での水透過係数の比（Ａ１／Ａ２）と、ＴＯＣ透過係数の比（Ｂ１／Ｂ２）すなわち換算係数ｃとの間には相関関係がある。そこであらかじめこの相関関係を求めておいて、水質予測システム１０の評価演算部２６に設けたデータベース内に格納しておく。第３の実施形態では、評価演算部２６に対し、膜種の代わりに純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２に関して実測した水透過係数Ａ１を入力する。すると評価演算部２６は、上述した水透過係数の比（Ａ１／Ａ２）を算出し、あらかじめ格納されている上述の相関関係にこの比（Ａ１／Ａ２）を当てはめて換算係数ｃを求め、あとは第２の実施形態と同様にして純水製造システム５０におけるＲＯ透過水のＴＯＣ濃度を算出する。
　図４においてグラフ６２は、水透過係数の比（Ａ１／Ａ２）と換算係数ｃとの間の相関関係の一例を示している。この相関関係は、事前の実験により定められる。例えば、ＴＯＣ成分としてある指標物質を含む水を、評価用システム２０の逆浸透膜２２と、評価用システム２０におけるものとは異なるＴＯＣ透過係数を有する逆浸透膜を備える複数の逆浸透膜エレメントに通水し、ＴＯＣ透過係数を求めることにより相関関係を求めることができる。指標物質としては、分子量が１００程度以下の低分子有機物を好ましく用いることができる。
　［第４の実施形態］
　第１～第３の実施形態は、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２から排出されるＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度を予測するものである。純水製造システム５０から最終的に得られる純水におけるＴＯＣ濃度を予測するためには、ＲＯ処理水が供給される紫外線酸化処理とそれに引き続くイオン交換処理でのＴＯＣ除去率を推定し、ＲＯ透過水でのＴＯＣ濃度に対してＴＯＣ除去率を適用して最終的なＴＯＣ濃度を算出する必要がある。第４の実施形態は、紫外線酸化処理とイオン交換処理とを一括した処理、すなわち紫外線酸化／イオン交換処理として扱ってそこでのＴＯＣ除去率を予測することに関するものである。図５は、第４の実施形態を説明する図である。
　紫外線酸化／イオン交換処理に関し、評価用システム２０での運転パラメータとして、紫外線照射装置２３で用いる紫外線（ＵＶ）ランプの種類及び仕様、紫外線照射量、入口水における溶存酸素（ＤＯ）濃度、入口水に過酸化水素などの酸化剤を添加する場合には酸化剤添加後の入口水における酸化剤濃度、イオン交換装置２４に使用されているイオン交換樹脂（ＩＥＲ）の銘柄、イオン交換樹脂における通水の空間速度（ＳＶ）などがある。ここで挙げたもの以外の項目が運転パラメータに含まれていてもよい。例えば、入口水における溶存二酸化炭素（ＣＯ２）濃度が運転パラメータに含まれていてもよい。なお、イオン交換装置２４において複数のイオン交換樹脂を混合して使用する場合には、それらの混合比も運転パラメータに含まれる。ここでいう入口水とは、前段の逆浸透膜装置２２からのＲＯ透過水であって、紫外線照射装置２３に供給される水のことである。また、紫外線酸化／イオン交換処理の出口水とは、イオン交換装置２４からの処理水（純水）のことである。第４の実施形態ではまず、評価用システム２０での紫外線酸化／イオン交換処理の入口水のＴＯＣ濃度と出口水のＴＯＣ濃度とから、紫外線酸化／イオン交換処理における、原水に由来する未知のＴＯＣ成分に対するＴＯＣ除去率を算出する。
　第１～第３の実施形態で説明した方法を実行することにより、純水製造システム５０における逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度の予測値が得られている。そこでこのＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の予測値に対して、評価用システム２０において得られた紫外線酸化／イオン交換処理におけるＴＯＣ除去率を適用して、純水製造システム５０での紫外線酸化／イオン交換処理による処理水（純水）のＴＯＣ濃度を予測する。このとき、評価用システム２０と純水製造システム５０との間での構成上の違いなどを考慮して、例えば以下の（１）～（４）に示すように、使用するＴＯＣ除去率を補正する。
　（１）例えば紫外線ランプのメーカーや品番などが異なって紫外線の照射効率が異なる場合には、ランプごとに照射効率の補正係数をあらかじめ取得してその補正係数をＴＯＣ除去率に乗算する。
　（２）一般に紫外線酸化／イオン交換処理でのＴＯＣの除去効率は、入口水でのＴＯＣ濃度が高いほど低くなる傾向にある。そこで、純水製造システム５０でのＲＯ透過水に対するＴＯＣ濃度の予測値が評価用システム２０でのＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の実測値より高い場合には、ＴＯＣ除去率を下方修正する。
　（３）溶存酸素濃度によって紫外線酸化／イオン交換処理でのＴＯＣの除去効率が変化することも知られている。そこで、溶存酸素濃度と除去効率との補正係数をあらかじめ取得し、評価用システム２０と純水製造システム５０との間で溶存酸素濃度が異なる場合には、溶存酸素濃度の違いに応じた補正係数をＴＯＣ除去率に乗算する。
　（４）酸化剤濃度によって紫外線酸化／イオン交換処理でのＴＯＣの除去効率が変化することも知られている。そこで、酸化剤濃度と除去効率との補正係数をあらかじめ取得し、評価用システム２０と純水製造システム５０との間で酸化剤濃度が異なる場合には、酸化剤濃度の違いに応じた補正係数をＴＯＣ除去率に乗算する。
　水質予測システム１０において評価演算部２６は、計測器２５での測定結果に基づいて評価用システム２０での紫外線酸化／イオン交換処理のＴＯＣ除去率を算出し、第１～第３の実施形態により説明した方法によって純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度の予測値を算出する。そして評価演算部２６は、このように算出されたＴＯＣ除去率を上述のように補正した上で純水製造システム５０のＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の予測値に適用することにより、純水製造システム５０の処理水（純水）におけるＴＯＣ濃度の予測値を算出する。なお、逆浸透膜装置２２，５２を設けない場合も含め、評価用システム２０の紫外線照射装置２３の入口水の水質と純水製造システム５０の紫外線照射装置５３の入口水の水質とが同等であると考えられるときは、第１～第３の実施形態において示したようなＲＯ透過水に関する補正を行わなくてもよい。また、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水についてのＴＯＣ濃度の予測値を使用せずに、評価用システム２０のイオン交換装置２４の処理水の水質と第１の運転パラメータと第２の運転パラメータとから、純水製造システム５０のイオン交換装置５４の処理水質を算出するようにしてもよい。
　以上の説明では、イオン交換処理にイオン交換樹脂（ＩＥＲ）が充填されたイオン交換装置を用いるものとしているが、評価用システム２０においても純水製造システム５０においてもイオン交換装置の代わりに電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electrodeionization)装置）を用いてもよい。通常のイオン交換装置では長時間の使用によってイオン交換樹脂の破過などが起きて水質が低下することがあり、イオン交換装置の交換やイオン交換樹脂の再生を行う必要があるが、ＥＤＩ装置では、イオン交換処理とイオン交換体の再生処理とが同時に進行するので、水質低下のおそれがない。また上記では、純水製造システム５０では逆浸透膜装置５２、紫外線照射装置５３及びイオン交換装置５４のほかにも膜脱気装置などが設けられていてもよいと説明したが、評価用システム２０においても、紫外線照射装置２３の前段に膜脱気装置やＥＤＩ装置を配置して、紫外線酸化処理の入口水における溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度を低減するようにしてもよい。紫外線酸化処理の入口水における溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度を十分に低くすることによって、純水製造システム５０の処理水におけるＴＯＣ濃度を予測するときの精度を高めることができる。
　本発明に基づく水質予測システム及び水質予測方法は、純水、超純水製造に好適に用いることができるとともに、工場から発生する種々の排水に対して脱塩処理やＴＯＣ成分除去処理を行って雑用水や設備用水として回収使用する排水回収システムにも用いることができる。合流する排水の種類や量に応じて水質が変動する排水回収システムにおいては、本発明を適用することによって、処理水質の変動を早期に評価することが可能となる。また、本発明が適用される水処理システムは、必ずしも逆浸透膜装置、紫外線照射装置及びイオン交換装置を全部備えている必要はなく、これらの装置のうちの一部のみを備えていてもよい。さらにはこれらの装置を全く備えずに、被処理水に対して何らかの処理（すなわち単位操作）を行う他の装置を備えていてもよい。結局、本発明が適用される水処理システムは、逆浸透膜装置、紫外線照射装置、イオン交換装置、脱気装置、活性炭装置、蒸留装置などを装置の１つ以上を備えていればよい。
　例えば、水処理システムである純水製造システム５０が逆浸透膜装置５２のみを備えて紫外線照射装置５３やイオン交換装置５４を備えない場合には、評価用システム２０にも逆浸透膜装置２２のみが設けられる。そして、上述の第１～第３の実施形態のいずれかを適用することによって、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の透過水（すなわち処理水）におけるＴＯＣ濃度を予測することができる。また、水処理システムである純水製造システム５０が紫外線照射装置５３とその後段に設けられるイオン交換装置５４を備えるが逆浸透膜装置５２を備えない場合には、評価用システム２０も紫外線照射装置２３とその後段に設けられるイオン交換装置２４とによって構成される。この場合、第４の実施形態において紫外線照射装置２３，５３に供給される水を原水として扱い、原水での水質を測定することによって、逆浸透膜装置２２，５２が設けられていなくても純水製造システム５０のイオン交換装置５４の出口水（すなわち処理水）におけるＴＯＣ濃度を予測することができる。
　以上説明した各実施形態では、水質評価システム１０を用いて、評価対象の純水製造システム５０の処理水の水質予測を行うことを説明した。このような水質予測は、通常、純水製造システム５０の処理水の水質を所望の範囲に維持するために行われる。そこで、純水製造システム５０に関して予測された水質が純水製造システム５０の目標水質から乖離するときに、純水製造システム５０の各運転パラメータに対して行うべき操作について説明する。例えば、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の処理水のＴＯＣ濃度について予測された値が目標値よりも高い場合、すなわち水質が悪い場合には、この逆浸透膜装置５２の回収率を下げたり、供給水温を下げたりして、逆浸透膜装置５２の処理水について予測されるＴＯＣ濃度を目標値に近づけるようにすることができる。逆に逆浸透膜装置５２の処理水のＴＯＣ濃度の予測値が目標値よりも低い場合には、省エネルギーのために回収率を上げたり、あるいは供給される水の冷却の度合いを弱めることができる。
　同様に、純水製造システム５０の紫外線照射装置５３の処理水について予測されたＴＯＣ濃度が目標値も高い場合には、この紫外線照射装置５３での紫外線照射量を大きくしたり、紫外線照射装置５３への供給水の溶存酸素濃度を低下させる処理を行ったり、供給水に添加される酸化剤濃度を上げたり、前段の逆浸透膜装置５２での回収率を下げたり、前段の逆浸透膜装置５２に供給される水の温度を下げたりして、紫外線照射装置５３の処理水について予測されるＴＯＣ濃度を目標値に近づけるようにすることができる。逆に紫外線照射装置５３の処理水のＴＯＣ濃度の予測値が目標値よりも低い場合には、省エネルギーのために、ＴＯＣ濃度が高くなる方向に各運転パラメータを動かしてもよい。
　次に、実際の計算例、すなわち評価用システム２０での測定値に基づいて純水製造システム５０の処理水の水質を予測した例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。以下の説明において、逆浸透膜装置の供給水（入口水）の供給流量、濃縮水量及び透過水量をそれぞれ、Ｑｆ、Ｑｃ及びＱｐで表す。同様に、逆浸透膜装置の供給水、濃縮水及び透過水における溶質（ここではＴＯＣ成分）の濃度をそれぞれＣｆ，Ｃｃ及びＣｐで表す。逆浸透膜装置における溶媒（ここでは水）のフラックスをＪｖで表し、溶質透過係数をＰ、溶媒透過係数をＬｐとする。逆浸透膜に関して特許文献３，４などに示されるように濃度分極モデルを適用するとして、逆浸透膜の供給側膜面における溶質濃度をＣｍで表す。液の密度をρ、粘性係数をη、流路厚みをｄ、流速をｕ、溶質の拡散係数をＤ、膜を介する物質移動係数をｋとして、レイノルズ数Ｒｅ、シュミット数Ｓｃ及びシャーウッド数Ｓｈは、それぞれ、
　Ｒｅ＝ρ・ｕ・ｄ／η
　Ｓｃ＝η／（ρ・Ｄ）
　Ｓｈ＝ｋ・ｄ／Ｄ
で表される。
　［計算例１］
　第１の実施形態に対応する計算例１を図６Ａ～６Ｃを用いて説明する。計算例１では、評価用システム２０と純水製造システム５０に対し、溶質として未知のＴＯＣ成分を含む原水をそれぞれ供給して純水を製造した。図６Ａは評価用システム２０の逆浸透膜装置２２における流量と濃度を示し、図６Ｂは純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の構成を示し、図６Ｃは純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２での濃度の別の計算例を示している。評価用システム２０の逆浸透膜装置２２として、４インチエレメントである日東電工製　ＥＳＰＡ２－４０２１を１本備えるものを使用した。膜面積は３．５ｍ２であり、これを回収率が５０％、フラックスＪｖが０．８２ｍ／ｄの条件で運転した。逆浸透膜装置２２への供給水量Ｑｆは２４０Ｌ／ｈであり、濃縮水量Ｑｃは１２０Ｌ／ｈであり、透過水量Ｑｐも１２０Ｌ／ｈであった。逆浸透膜装置２２での供給水、濃縮水及び透過水の溶質濃度ＣｆはそれぞれＴＯＣ濃度として、４０ｐｐｂ、７２ｐｐｂ及び８ｐｐｂであった。
　まず、膜面での溶質（ＴＯＣ）濃度Ｃｍを算出する。この算出には物質移動係数ｋが必要であり、物質移動係数ｋはシャーウッド数Ｓｈと流路厚みｄと溶質の拡散定数Ｄとから算出できる。シャーウッド数Ｓｈに関しては、ダイスラーの式が知られており、レイノルズ数Ｒｅとシュミット数Ｓｃを用い、α，β，γが実験により求められる定数であるとして、
　Ｓｈ＝α×Ｒｅβ・Ｓｃγ
とすることができる。また、特許文献３に記載されるように、
　（Ｃｍ－Ｃｐ）／（Ｃｆ－Ｃｐ）＝ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）　　（１）
　が成り立つ。上述のように濃度Ｃｆ，Ｃｃ，Ｃｐが分かっているので、溶質の膜面濃度Ｃｍを求めることができる。そして、
　Ｊｖ・Ｃｐ＝Ｐ（Ｃｍ－Ｃｐ）　　　　　　（２）
の関係が成り立つことから、（１），（２）式を用いて溶質透過係数Ｐ（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ２）を求めたところ、Ｐ＝５．３２×１０－７ｍ／ｄが得られた。
　純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２としては、８インチエレメントである日東電工製　ＥＳ２０－Ｄ８を８本備えるものを使用した。この逆浸透膜装置５２では、図６Ｂに示すように、４本の膜エレメントをカスケードに接続したものが２系統並列に設けられている。膜面積は３７ｍ２であり、回収率を９０％、フラックスＪｖを０．７２ｍ／ｄとして逆浸透膜装置５２を運転した。逆浸透膜装置５２の供給水量Ｑｆは１０ｍ３／ｈ、濃縮水量Ｑｃは１ｍ３／ｈ、透過水量は９ｍ３／ｈであった。供給水の溶質濃度Ｃｆは、評価用システム２２と同じでありＴＯＣ濃度として４０ｐｐｂであった。評価用システム２０で用いる逆浸透膜と純水製造システム５０で用いる逆浸透膜とでは膜性能はほぼ同じであり、この場合は、原水に含まれる未知のＴＯＣ成分に関して評価用システム２０で得た溶質透過係数Ｐ（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ２）を純水製造システム５０での前述の未知のＴＯＣ成分についての濃度計算にそのまま用いることができる。上記の式（１），（２）を組み合わせると、
　Ｊｖ・Ｃｐ／Ｐ＝（Ｃｆ－Ｃｐ）・ｅｘｐ（Ｊｖ／ｋ）　　　（３）
が得られる。評価用システム２０の場合と同様に物質移動係数ｋを求め、既知の値Ｊｖ，Ｐ，Ｃｆから溶質濃度Ｃｐを求めると、Ｃｐは６．５ｐｐｂであった。すなわち、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の予測値として、６．５ｐｐｂが得られたことになる。
　以上の計算例は、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の８本の膜エレメントを１つものとして計算を行った例であるが、図６Ｃに示すように、膜エレメントごとに上記の計算を行い、計算結果を次段の膜エレメントについての計算に反映させるようにすることもできる。ｎ段目の膜エレメントに対する添え字をｎとして、まず、１段目の膜エレメントについて上記のように計算すると、１段目の膜エレメントの透過水及び濃縮水における溶質濃度Ｃｐ１及びＣｃ１がそれぞれ算出される。１段目のエレメントの濃縮水が２段目の膜エレメントに供給されるから、Ｑｃ１＝Ｑｆ２、Ｃｃ１＝Ｃｆ２の関係が成り立つ。このようにして最終段の膜エレメントまで計算を行えばよい。各段の透過水量及び透過水質から、各段の透過水を合流させたときの流量と水質とを計算することができる。
　［計算例２］
　第２の実施形態の場合、すなわち評価用システム２０で用いる逆浸透膜と純水製造システム５０で用いる逆浸透膜とでは膜性能が異なり、溶質透過係数（ＴＯＣ透過係数）をそのまま適用できない場合の計算例を計算例２として説明する。評価用システム２０としては計算例１と同じものを同じ運転条件で運転させた。したがって、原水に含まれる未知のＴＯＣ成分に関する評価用システム２０での溶質透過係数Ｐ（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ２）は５．３２×１０－７ｍ／ｄである。一方、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２として、８本の膜エレメントが図６Ｂに示すように接続されている点では計算例１と同じであるが、各膜エレメントとして８インチエレメントである日東電工製　ＣＰＡ５－ＬＤが用いられている点で計算例１とは異なるものを使用した。膜面積は３７ｍ２であり、回収率を９０％、フラックスＪｖを０．７２ｍ／ｄとして逆浸透膜装置５２を運転した。
　純水製造システム５０及び評価用システム２０での溶質透過係数をそれぞれＰ１，Ｐ２とおくと、この計算例２は、溶質透過係数Ｐ２（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ２）をそのまま溶質透過係数Ｐ１（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ１）として使用できない場合に相当する。そのような場合には、事前に、それぞれの逆浸透膜について、既知のＴＯＣ成分である模擬物質についての溶質透過係数を測定する。模擬物質としては、例えばイソプロピルアルコールを使用することができる。イソプロピルアルコールをＴＯＣ濃度として例えば１００ｐｐｂ－Ｃ含む試料水を、類似の条件、例えばフラックスが０．６ｍ／ｄであって回収率が１５％でそれぞれの逆浸透膜に通水し、ＲＯ透過水のＩＰＡ濃度を測定する。そして、それぞれの逆浸透膜について、計算例１で説明したものと同じ手順で溶質透過係数Ｐ１，Ｐ２を計算する。第２の実施形態で説明した換算係数ｃはｃ＝Ｐ１／Ｐ２で表されるから、Ｐ１＝ｃ・Ｐ２として計算を行うことにより、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水でのＴＯＣ濃度の予測値を算出することができる。
　［計算例３］
　第３の実施形態に対応する計算例３を図７Ａ～７Ｃを用いて説明する。図７Ａは評価用システム２０の逆浸透膜装置２２における圧力、流量及び濃度を示し、図７Ｂは純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２の構成、圧力、流量及び濃度を示し、図７Ｃは溶媒透過係数と溶質透過係数との間の相関関係の一例を示している。計算例３では、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２における逆浸透膜の膜種が不明である場合のＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の推定のための計算を説明する。評価用システム２０としては計算例１と同じものを同じ運転条件で運転させた。したがって、評価用システム２０での溶質透過係数Ｐ（すなわちＴＯＣ透過係数Ｂ２）は５．３２×１０－７ｍ／ｄである。なお、図７Ａに示すように、評価用システム２０の逆浸透膜装置２２への供給圧Ｐｆは０．８ＭＰａであり、濃縮水出口の圧力Ｐｃは０．７８ＭＰａであり、透過水出口の圧力は０ＭＰａであった。圧力差をΔＰ、溶質濃度Ｃに対する浸透圧をπ（Ｃ）とすると、特許文献３に記載されるように、
　Ｊｖ＝Ｌｐ［ΔＰ－π（Ｃｍ）－π（Ｃｐ）］　　（４）
が成立する。希薄系ではＣｐ＝０と取り扱って計算を行ってもよい。式（４）を用いて評価用システム２０における溶媒透過係数Ｌｐ２（水透過係数Ａ２）を算出する。
　一方、純水製造システム５０の逆浸透膜装置５２は、８インチエレメントである膜エレメントを８本備えている。この逆浸透膜装置５２では、図７Ｂに示すように、４本の膜エレメントをカスケードに接続したものが２系統並列に設けられている。膜面積が３７ｍ３であることは分かっているが、膜エレメントの型式は不明である。この逆浸透膜装置５２を回収率が９０％、フラックスＪｖが０．７２ｍ／ｄの運転条件で運転した。このとき逆浸透膜装置５２の供給水量Ｑｆは１０ｍ３／ｈであって供給圧Ｐｆは０．９５ＭＰａであり、濃縮水量Ｑｃは１ｍ３／ｈであってその圧力Ｐｃは０．９ＭＰａであり、透過水量Ｑｐは９ｍ３／ｈであってその圧力Ｐｐは０．３ＭＰａであった。供給水における溶質濃度（ＴＯＣ濃度）Ｃｆは、評価用システム２０と同じく４０ｐｐｂであった。純水製造システム５０についても、式（４）を用いて溶媒透過係数Ｌｐ１（水透過係数Ａ１）を算出する。
　純水製造システム５０におけるＲＯ透過水のＴＯＣ濃度の算出には溶質透過係数（ＴＯＣ透過係数）が分かっていることが必要であるが、この計算例では膜種が不明であるので、溶質透過係数も不明である。そこで、溶媒透過係数Ｌｐ（水透過係数）に対する溶質透過係数Ｐ（ＴＯＣ透過係数）の相関関係をあらかじめ求めておく。この相関関係に対して純水製造システム５０の溶媒透過係数Ｌｐ１を当てはめて純水製造システム５０における溶質透過係数Ｐ１（ＴＯＣ透過係数Ｂ１）を求める。あとは計算例１などと同様の計算を行うことによって、逆浸透膜装置５２のＲＯ透過水におけるＴＯＣ濃度の予測値が算出される。溶媒透過係数Ｌｐと溶質透過係数Ｐとの相関関係は、種々の種類の逆浸透膜に関し、模擬物質を含む試料水をその逆浸透膜に通水し、そのときの溶媒透過係数Ｌｐと溶質透過係数Ｐを算出することによって求めることができる。具体的には、模擬物質としては例えばイソプロピルアルコールが使用され、イソプロピルアルコールをＴＯＣ濃度として例えば１００ｐｐｂ－Ｃ含む試料水を、類似の条件、例えばフラックスが０．６ｍ／ｄであって回収率が１５％である条件でそれぞれの逆浸透膜に通水させる。図７Ｃは、算出された溶媒透過係数Ｌｐと溶質透過係数Ｐとをプロットした相関図４３を示している。この相関図４３は、溶媒透過係数Ｌｐと溶質透過係数Ｐとの相関関係を示している。溶媒透過係数Ｌｐと溶質透過係数Ｐとの関係は必ずしも直線で表されるものではないが、溶媒透過係数Ｌｐが小さければ溶質透過係数Ｐも小さくなる関係にある。
　［計算例４］
　第４の実施形態に対応する計算例４を図８Ａ～８Ｄを用いて説明する。図８Ａは評価用システム２０の紫外線照射装置２３及びイオン交換装置２４を示し、図８Ｂは純水製造システム５０の紫外線照射装置５３及びイオン交換装置５４を示し、図８Ｃは紫外線（ＵＶ）照射量とＴＯＣ除去率との関係を示し、図８Ｄは溶存二酸化炭素（ＣＯ２）濃度、溶存酸素（ＤＯ）濃度、イオン濃度及びＴＯＣ濃度がＴＯＣ除去率に与える影響を示している。評価用システム２０の紫外線照射装置２３は評価用の紫外線照射装置であり、紫外線照射量は０．１ｋＷｈ／ｍ３であった。イオン交換装置２４には、オルガノ製のカートリッジポリッシャーＥＳＰ－２が使用され、その通水の空間速度（ＳＶ）は５０ｈ－１であった。紫外線照射装置２３の入口水、すなわち前段の逆浸透膜装置２２のＲＯ透過水の溶存二酸化炭素（ＣＯ２）濃度は５ｐｐｍであり、溶存酸素（ＤＯ）濃度は８ｐｐｍであり、全溶存固形物量（ＴＤＳ）は２ｐｐｍであり、ＴＯＣ濃度は８ｐｐｂ－Ｃであった。また、イオン交換装置２４の処理水（純水）におけるＴＯＣ濃度は４．０ｐｐｂ－Ｃであり、ＴＯＣ除去率Ｒは５０％と計算された。ここでのＴＯＣ濃度は、原水に由来する未知のＴＯＣ成分に関するものである。
　純水製造システム５０の紫外線照射装置５３には、日本フォトサイエンス製のＪＰＷを使用し、紫外線照射量は０．１ｋＷｈ／ｍ３であった。イオン交換装置５４にはオルガノ製のカートリッジポリッシャーＥＳＰ－２を使用し、その通水の空間速度（ＳＶ）は５０ｈ－１であった。ここでは、計算例１での逆浸透膜装置５２から排出されるＲＯ透過水が紫外線照射装置５３に供給されることとするので、紫外線照射装置５３の入口水でのＴＯＣ濃度値（予測値）は６．５ｐｐｂ－Ｃである。計算例４の目標は、純水製造システム５０のイオン交換装置５４の処理水（純水）における、原水に由来する未知のＴＯＣ成分に関するＴＯＣ濃度を予測することである。
　ここで示す例においては、評価用システム２０と純水製造システム５０とは、紫外線照射量は同じであるものの紫外線照射装置の機種が異なっており、これにより、紫外線照射量に対するＴＯＣの除去効率も異なってくるから、評価用システム２０において算出された５０％というＴＯＣ除去率Ｒ２をそのまま純水製造システム５０に適用することはできない。そこで紫外線照射装置の違いに基づくＴＯＣ除去率の補正を行う。事前に紫外線照射量を変えながらＴＯＣ成分である模擬物質を含む試料水を評価用システム２０及び純水製造システム５０の紫外線照射装置２３，５３にそれぞれ通水して紫外線酸化処理を行なわせることにより、紫外線照射量とＴＯＣ除去室との関係を求める。例えば、模擬物質としてイソプロピルアルコールを１０ｐｐｂ－Ｃを含む試料水に対して、０．１～１ｋＷｈ／ｍ３の範囲で紫外線照射量を変化させながら紫外線酸化処理を行う。図８Ｃは、このようにして得られた紫外線照射量とＴＯＣ除去率との関係を示している。ＴＯＣ除去率Ｒ１のグラフは、純水製造システム５０に関して得られたものであり、ＴＯＣ除去率Ｒ２のグラフは、評価用システム２０に関して得られたものである。このようにして得られた模擬物質に対するＴＯＣ除去率Ｒ１，Ｒ２における比（Ｒ１／Ｒ２）を補正係数として、先に評価用システム２０に対して求められたＴＯＣ除去率Ｒ２に対してこの補正係数を乗ずることにより、原水に由来する未知のＴＯＣ成分に関するＴＯＣ除去率Ｒ１ａを決定することができる。ここに示す例ではＴＯＣ除去率Ｒ１ａは７５％となり、純水製造システム５０の処理水におけるＴＯＣ濃度は１．６ｐｐｂであると予測される。
　紫外線照射装置の構成等の違いによりＴＯＣ除去率の補正を行う例を説明したが、紫外線酸化／イオン交換処理でのＴＯＣ除去率は、原水における各成分の濃度、例えば、溶存二酸化炭素（ＣＯ２濃度）や溶存酸素（ＤＯ）濃度、イオン性不純物濃度、ＴＯＣ濃度にも影響されることが知られている。そこで、紫外線照射装置の構成などに基づいてＴＯＣ除去率の補正を行うのと同様に、各濃度項目について、紫外線照射量は同じにしておいて、模擬物質を用いてあらかじめ濃度とＴＯＣ除去率Ｒとの関係を求めておき、得られた関係に基づいて純水製造システム５０に関して用いるＴＯＣ除去率の補正を行うことが好ましい。図８Ｄは、そのようにして得られた各濃度項目での濃度とＴＯＣ除去率との関係の例を示している。
　一例として溶存二酸化炭素濃度によるＴＯＣ除去率の補正を説明すると、純水製造システム５０での溶存二酸化炭素濃度が１ｐｐｍ、評価用システム２０での溶存二酸化炭素濃度が１０ｐｐｍであったとする。図８Ｄに示す溶存二酸化炭素濃度とＴＯＣ除去率（これは模擬物質に対するものである）のグラフから、１ｐｐｍに対するＴＯＣ除去率Ｒαと１０ｐｐｍに対するＴＯＣ除去率Ｒβとを求め、Ｒα／Ｒβを溶存二酸化炭素濃度に関する補正係数として、紫外線照射装置に関する補正を行った後のＴＯＣ除去率Ｒ１ａに対してさらに補正係数を乗じてＴＯＣ除去率Ｒ１ｂを得る。このＴＯＣ除去率Ｒ１ｂを用いれば、溶存二酸化炭素濃度の違いを考慮して純水製造システム５０の処理水でのＴＯＣ濃度を予測することができる。ここでは溶存二酸化炭素濃度のみに基づいて補正係数を算出したが、補正係数の算出には、溶存二酸化炭素、溶存酸素濃度、イオン性不純物濃度、ＴＯＣ濃度などの複数の濃度項目のうちの１以上を用いることができる。
　１０　　水質予測システム
　２０　　評価用システム
　２２，５２　　逆浸透膜装置（ＲＯ）
　２３，５３　　紫外線照射装置（ＵＶ）
　２４，５４　　イオン交換装置（ＩＥＲ）
　２５　　計測器
　２６　　評価演算部
　５０　　純水製造システム
　５１　　原水タンク
 

Claims (9)

  1. 　被処理水に対して単位操作を実行する第１の水処理装置を備える水処理システムに被処理水を供給し、第１の運転パラメータに基づいて前記水処理システムを運転したときの、前記水処理システムでの処理水の水質を予測する水質予測システムであって、
    　前記第１の水処理装置と同様の単位操作を実行する第２の水処理装置を備え、前記水処理システムに供給されるべき被処理水が供給され、第２の運転パラメータに基づいて運転される評価用システムと、
    　前記被処理水の水質と、前記評価用システムでの処理水の水質と、前記第１の運転パラメータと、前記第２の運転パラメータとに基づいて、前記水処理システムでの処理水の溶質濃度の予測値を算出する演算手段と、
    　を有する水質予測システム。
  2. 　前記第１の水処理装置は、第１の逆浸透膜を備える第１の逆浸透膜装置を有し、
    　前記第２の水処理装置は、第２の逆浸透膜を備える第２の逆浸透膜装置を有し、
    　前記演算手段は、
    　前記被処理水の水質と、前記第２の逆浸透膜の透過水の水質と、前記第２の運転パラメータとに基づいて前記第２の逆浸透膜における溶質透過係数を取得し、
    　前記第２の逆浸透膜における溶質透過係数に基づいて前記第１の逆浸透膜における溶質透過係数を推定し、
    　前記第１の逆浸透膜における溶質透過係数と、前記被処理水の水質と、前記第１の運転パラメータとから、前記第１の逆浸透膜の透過水の溶質濃度の予測値を算出する、請求項１に記載の水質予測システム。
  3. 　前記演算手段は、前記第１の逆浸透膜の膜種と前記第２の逆浸透膜の膜種との組み合わせに応じた換算係数を前記第２の逆浸透膜の溶質透過係数に乗じたものを前記第１の逆浸透膜の溶質透過係数とする、請求項２に記載の水質予測システム。
  4. 　前記演算手段は、
    　前記第１の逆浸透膜の水透過係数と、前記第２の逆浸透膜の水透過係数とを取得し、
    　前記第１の逆浸透膜の水透過係数と前記第２の逆浸透膜の水透過係数との比と、前記第１の逆浸透膜の溶質透過係数と前記第２の逆浸透膜の溶質透過係数との比との間の相関関係に基づいて、前記第１の逆浸透膜の水透過係数と、前記第２の逆浸透膜の水透過係数と、前記第２の逆浸透膜の溶質透過係数とを使用して前記第１の逆浸透膜の溶質透過係数を推定する、請求項２に記載の水質予測システム。
  5. 　前記水処理システムは、前記第１の逆浸透膜の後段に設けられた第１の紫外線照射装置と、前記第１の紫外線照射装置の後段に設けられた第１のイオン交換装置とをさらに備え、
    　前記評価用システムは、前記第２の逆浸透膜の後段に設けられた第２の紫外線照射装置と、前記第２の紫外線照射装置の後段に設けられた第２のイオン交換装置とをさらに備え、
    　前記演算手段は、
    　前記第２の紫外線照射装置及び前記第２のイオン交換装置の溶質除去率を取得し、
    　前記第１の運転パラメータと前記第２の運転パラメータとに基づいて、前記溶質除去率を補正し、
    　補正された前記溶質除去率を使用して、前記第１のイオン交換装置の処理水の溶質濃度の予測値を算出する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の水質予測システム。
  6. 　前記演算手段は、前記補正された前記溶質除去率に加えて前記第１の逆浸透膜の透過水の溶質濃度の予測値を使用して、前記第１のイオン交換装置の処理水の溶質濃度の予測値を算出する、請求項５に記載の水質予測システム。
  7. 　前記第１の水処理装置は、第１の紫外線照射装置と前記第１の紫外線照射装置の後段に設けられた第１のイオン交換装置であり、
    　前記第２の水処理装置は、第２の紫外線照射装置と前記第２の紫外線照射装置の後段に設けられた第２のイオン交換装置であり、
    　前記演算手段は、
    　前記第２の紫外線照射装置及び前記第２のイオン交換装置の溶質除去率を取得し、
    　前記第１の運転パラメータと前記第２の運転パラメータとに基づいて、前記溶質除去率を補正し、
    　補正された前記溶質除去率と、前記第１の逆浸透膜の透過水の溶質濃度の予測値とから、前記第１のイオン交換装置の処理水の溶質濃度の予測値を算出する、請求項１に記載の水質予測システム。
  8. 　前記演算手段は、既知の溶質成分である模擬物質を含む試料水を前記第１の紫外線照射装置及び前記第２の紫外線照射装置に通水して得られた紫外線照射量と前記溶質除去率との間の関係に基づいて、前記溶質除去率の前記補正を行う、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の水質予測システム。
  9. 　被処理水に対して単位操作を実行する第１の水処理装置を備える水処理システムに被処理水を供給し、第１の運転パラメータに基づいて前記水処理システムを運転したときの、前記水処理システムでの処理水の水質を予測する水質予測方法であって、
    　前記第１の水処理装置と同様の単位操作を実行する第２の水処理装置を備える評価用システムに対して、前記水処理システムに供給されるべき被処理水を供給して、第２の運転パラメータに基づいて前記評価用システムを運転し、
    　前記被処理水の水質と、前記評価用システムでの処理水の水質と、前記第１の運転パラメータと、前記第２の運転パラメータとに基づいて、前記水処理システムでの処理水の溶質濃度の予測値を算出する、水質予測方法。
     
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