JP6930235B2 - 逆浸透膜分離装置 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る逆浸透膜分離装置1について、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る逆浸透膜分離装置1の全体構成図である。本実施形態に係る逆浸透膜分離装置1は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。
一次側圧力センサPS1は、定流量弁5の一次側の圧力を検出一次側圧力値として検出する機器である。一次側圧力センサPS1は、濃縮水ラインL3におけるRO膜モジュール4と定流量弁5との間に配置されている。一次側圧力センサPS1は、制御部30と電気的に接続されている。一次側圧力センサPS1で検出された原水W1の検出一次側圧力値は、制御部30へ検出信号として送信される。
排水流量調整弁8における制御部30による制御の詳細は後述する。
制御部30は、CPU、ROM、RAM、CMOSメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。
なお、許容回収率の算出にあたっては、記憶装置(不図示)が記憶するテーブルを用いてもよく、上記のシリカ濃度、シリカ溶解度、炭酸カルシウム溶解度、測定硬度値等のパラメータを用いてマイコンが演算してもよい。
また、目標回収率設定部32は、許容回収率から所定偏差内にあると共に許容回収率以下となるように、目標回収率を設定してもよい。
また、目標回収率設定部32は、許容回収率の変化に応じて、許容回収率が所定量変化する毎に、目標回収率を非連続的に変更してもよい。
また、目標回収率設定部32は、水温の変化に応じて、水温が所定量変化する毎に、目標回収率を非連続的に変更してもよい。
また、許容回収率が所定値以上にある場合には、目標回収率設定部32が変更する目標回収率の変更幅を変更してもよい。
また、原水圧力調整弁制御部34は、原水圧力調整弁14の開度を非連続的に変更してもよい。
また、原水圧力調整弁制御部34は、加圧ポンプ2の周波数が所定値を下回らないような原水の流量となるように、原水圧力調整弁14の開度を制御してもよい。
図3のフローチャートは、排水流量調整弁8の制御方法を示す。
ステップS1において、許容回収率算出部31は、原水の水質及び水温に基づいて、第1流量センサFM1により検出される透過水W2の流量と、第2流量センサFM2により検出される濃縮水W3の残部W32、すなわち排水の流量から算出される回収率の許容値である、許容回収率を算出する。
以下、図4を用い、上記の方法により算出された許容回収率を用いて、目標回収率を設定する方法について詳述する。図4は、水質を固定した際の、水温の変化に応じた許容回収率の変化と、許容回収率の変化に応じて設定される目標回収率の値の例を示すグラフである。図4において、点線は許容回収率を示し、実線は目標回収率を示す。
この際、例えば水温が5℃から10℃に上昇するのに従い、許容回収率は71%から73%に上昇するが、目標回収率設定部32は、目標回収率を、許容回収率の変化に合致するように71%から73%に直線状に上昇させるのではなく、71%のままで据え置き、許容回収率が71%から73%に2%分上昇し終えた時点をもって、階段状に73%に上昇させる。
水温が15℃から20℃に上昇する際は、許容回収率は73%から71%に下降するが、目標回収率設定部32は、目標回収率を、許容回収率の変化に合致するように73%から71%に直線状に下降させるのではなく、許容回収率が下降し始めた時点において、目標回収率を73%から71%に、2%分だけ、階段状に下降させる。
その後、許容回収率が71%となり更に下降し始めた時点をもって、目標回収率設定部32は、目標回収率を、71%から70%に、1%分だけ、階段状に下降させる。
以下、許容回収率の下降に応じて、目標回収率設定部32は、目標回収率を1%刻みで下降させる。
回収率が高くなるにつれ、濃縮度が急激に上昇するが、排水量は横ばいとなる。また、回収率制御は、第2流量センサFM2の情報をもとに、排水流量調整弁8を使用してフィードバック制御を行うため、第2流量センサFM2の誤差がそのまま目標回収率との誤差に直結する。
特に、例として、70%以上の高回収率領域では、この誤差により、濃縮度への影響度、とりわけRO膜モジュール4の膜詰まりへのリスクが大きくなるが、例えば節水等の得られる効果は小さい。一方で、例として、70%未満の低回収率領域では、この逆となる。
これにより、第2流量センサFM2として、安価で高精度ではない流量センサを使用しても、膜詰まりリスクと節水効果のバランスが取れた回収率制御を実現することが可能となる。
まず、本発明において、原水圧力調整弁14により原水W1の原水圧力の調整制御を行う理由について、以下に説明する。
濃縮水ラインL3に定流量弁5が設けられる本実施形態においては、定流量弁5の二次側の圧力が原水ラインL1の原水圧力と同じになっている。そのため、原水W1の原水圧力が高い場合には、濃縮水ラインL3に設けられる定流量弁5の一次側と二次側との圧力差が小さくなり、前記定流量弁差圧を確保できずに、濃縮水W3の一部W31を、循環水ラインL4を介して原水ラインL1の合流部J2に返送できないことになる。
なお、本調整制御における開度の演算には、例えば、速度形デジタルPIDアルゴリズムを用いることができる。
また、本実施形態の逆浸透膜分離装置1の起動時において、原水圧力調整弁14の開度を全開(開度100%)に設定している。なお、原水圧力調整弁14の開度を全開(開度100%)にしても、原水圧力調整弁14の流路断面積が原水圧力調整弁14の上流側の流路よりも小さい場合には、原水ラインL1を流通する原水W1の原水圧力が原水圧力調整弁14を通過後に低下する場合がある。そのため、原水圧力調整弁14における原水圧力の低下を見込んで、原水ポンプ12の吐出圧力を設定してもよい。本実施形態においては、原水圧力調整弁14の開度を全開としているため、起動時において、原水圧力調整弁14の下流側の原水圧力の圧力値は、原水圧力調整弁14の開度が全開の場合から低下させない圧力値となる。これにより、原水ラインL1において、原水W1の原水圧力が原水圧力調整弁14の開度が全開の場合から低下させない圧力値で、原水W1は、加圧ポンプ2に向けて流通される。
上述した本実施形態に係る逆浸透膜分離装置1によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
本実施形態に係る逆浸透膜分離装置1においては、実際の回収率が許容回収率から所定偏差内にある場合には、排水流量調整弁制御部33は、排水流量調整弁8の開度を固定し、実際の回収率が許容回収率から所定偏差外にある場合には、排水流量調整弁制御部33は、排水流量調整弁8の開度を変更する。
実際の回収率が許容回収率から所定偏差内にある場合には、排水流量調整弁制御部33は、排水流量調整弁8の開度を固定することにより、排水流量調整弁8の制御頻度を減らすこととなり、排水流量調整弁8が延命される。
目標回収率が許容回収率以下となることにより、目標回収率が許容回収率を上回ることがない条件で許容回収率に出来るだけ近似させ、開度固定領域内では排水流量調整弁の開度を固定させることができる。これにより、スケールの発生や透過水の純度の低下を防止することが出来ると共に、排水流量調整弁を延命することができる。
目標回収率を段階的に制御することにより、排水流量調整弁8の制御頻度が更に減らされ、排水流量調整弁8が延命される。
とりわけ許容回収率が高い場合には、許容回収率が低い場合に比較して、例えば1%回収率を上げた際に、それほど節水に結びつかない。これを反映して、許容回収率が高い場合には、目標回収率の変更幅を大きくすることにより、排水流量調整弁8の制御頻度を減らすこととなり、排水流量調整弁8が延命される。
シリカ溶解度、炭酸カルシウム溶解度、要求水質のうちのいずれかに基づいて、許容回収率を算出することにより、回収率に水質の変化を反映することが可能となる。
定流量弁前後での差圧が所定範囲内にある場合には、原水圧力調整弁制御部34が、原水圧力調整弁14の開度を固定することにより、原水圧力調整弁14の制御頻度を減らすこととなり、原水圧力調整弁14が延命される。
原水圧力調整弁制御部34は、原水圧力調整弁14の開度を段階的に変更することにより、原水圧力調整弁14の制御頻度を減らすこととなり、原水圧力調整弁14が延命される。
これにより、加圧ポンプ2の周波数が低くなると、壊れてしまうことを防止することが可能となる。
2 加圧ポンプ
4 RO膜モジュール(逆浸透膜モジュール)
5 定流量弁(定流量手段)
8 排水流量調整弁
14 原水圧力調整弁
30 制御部
31 許容回収率算出部
32 目標回収率設定部
33 排水流量調整弁制御部
34 原水圧力調整弁制御部
J1 接続部
J2 合流部
L1 原水ライン
L2 透過水ライン
L3 濃縮水ライン
L4 循環水ライン
L5 排水ライン
FM1 第1流量センサ(第1流量検出部)
FM2 第2流量センサ(第2流量検出部)
PS1 一次側圧力センサ(定流量弁差圧検出部)
PS2 二次側圧力センサ(定流量弁差圧検出部)
W1 原水
W2 透過水
W3 濃縮水
W31 濃縮水の一部
W32 濃縮水の残部
Claims (9)
- 原水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュールと、
原水を前記逆浸透膜モジュールに供給する原水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された透過水を送出する透過水ラインと、
前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水を送出する濃縮水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の一部を前記原水ラインの合流部に返送する循環水ラインと、
前記濃縮水ラインから分岐され、前記逆浸透膜モジュールで分離された濃縮水の残部を排水として装置外へ排出する排水ラインと、
透過水の流量を第1検出流量値として検出する第1流量検出部と、
排水の流量を第2検出流量値として検出する第2流量検出部と、
前記排水ラインに設けられ、装置外へ排出する排水の流量を調整可能な排水流量調整弁と、
前記合流部よりも上流側の前記原水ラインに設けられ、前記合流部よりも上流側の前記原水ラインを流通する原水の圧力を調整する原水圧力調整弁と、
前記原水の水質及び水温に基づいて、前記第1検出流量値及び前記第2検出流量値から算出される回収率の許容値である許容回収率を算出する許容回収率算出部と、
前記許容回収率から所定偏差内の操作目標である目標回収率を設定する目標回収率設定部と、
前記回収率が前記目標回収率となるように、前記排水流量調整弁の開度を制御する排水流量調整弁制御部と、
前記原水圧力調整弁の開度を制御する原水圧力調整弁制御部と、を備え、
前記回収率が前記許容回収率から所定偏差内にある場合には、前記排水流量調整弁制御部は、前記排水流量調整弁の開度を固定し、前記回収率が前記許容回収率から所定偏差外にある場合には、前記排水流量調整弁制御部は、前記排水流量調整弁の開度を変更する、逆浸透膜分離装置。 - 前記目標回収率設定部は、前記許容回収率から所定偏差内にあると共に前記許容回収率以下となるように、前記目標回収率を設定する、請求項1に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記許容回収率の変化に応じて、該許容回収率が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更する、請求項1又は2に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記水温の変化に応じて、前記水温が所定量変化する毎に、前記目標回収率設定部は、前記目標回収率を非連続的に変更する、請求項1又は2に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記許容回収率が所定値以上にある場合には、前記目標回収率設定部が変更する前記目標回収率の変更幅を変更する、請求項3又は4に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記許容回収率算出部は、前記水質として、シリカ溶解度、炭酸カルシウム溶解度、要求水質のうちのいずれかに基づいて、前記許容回収率を算出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流通する濃縮水の流量を所定の一定流量値に保持する定流量弁と、
前記定流量弁の一次側の圧力と二次側の圧力との差圧を検出差圧値として検出する定流量弁差圧検出部と、を更に備え、
前記原水圧力調整弁制御部は、前記検出差圧値が所定の許容差圧以上になる範囲で原水の圧力が高くなるように、前記原水圧力調整弁の開度を制御し、
前記検出差圧値が前記許容差圧以上にある場合には、前記原水圧力調整弁制御部は、前記原水圧力調整弁の開度を固定し、前記検出差圧値が前記許容差圧未満にある場合には、前記原水圧力調整弁制御部は、前記原水圧力調整弁の開度を変更する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の逆浸透膜分離装置。 - 前記原水圧力調整弁制御部は、前記原水圧力調整弁の開度を非連続的に変更する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の逆浸透膜分離装置。
- 前記合流部よりも下流側の前記原水ラインに設けられ、原水を吸入して前記逆浸透膜モジュールに向けて吐出する加圧ポンプを更に備え、
前記原水圧力調整弁制御部は、前記加圧ポンプの周波数が所定値を下回らないような原水の流量となるように、前記原水圧力調整弁の開度を制御する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の逆浸透膜分離装置。
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