JP7462529B2

JP7462529B2 - 水処理システムおよび水処理方法

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Publication number: JP7462529B2
Application number: JP2020170673A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎橋本; 一重高橋; 史生須藤
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2040-10-08
Also published as: TW202222704A; JP2022062569A

Description

本発明は、水処理システムおよび水処理方法に関する。

純水を製造する水処理システムにおいては、純水の供給が途絶えないように、互いに同じ構成を持つ複数の処理系列から構成され、任意の処理系列を停止させた状態で、他の処理系列を運転可能とさせて、処理系列の切り替えが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３－２１５６７９号公報

上述したような技術においては、停止させた処理系列を交換した後にシステムに組み込んでも、処理系列を交換してから一定の期間は、交換した処理系列から所定の条件を満たす水を後段に供給することができず、システム全体の復旧に時間がかかってしまうという問題点がある。

本発明の目的は、システム全体の復旧の時間を短縮することができる水処理システムおよび水処理方法を提供することにある。

本発明の水処理システムは、第１の水処理装置と、
第２の水処理装置と、
第３の水処理装置と、
前記第１の水処理装置の交換が行われてからの第１の期間では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由して前記第２の水処理装置へ供給する第１の流路と、
前記第１の期間以外では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由することなく前記第２の水処理装置へ供給する第２の流路とを有する。

また、本発明の水処理方法は、第１の水処理装置と、第２の水処理装置と、第３の水処理装置とを有する水処理システムにおいて、前記第１の水処理装置の交換が行われてからの第１の期間では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由して前記第２の水処理装置へ供給し、
前記第１の期間以外では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由することなく前記第２の水処理装置へ供給する。

本発明においては、システム全体の復旧の時間を短縮することができる。

本発明の水処理方法を適用する水処理システムの一構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態を示す図である。本発明の第２の実施の形態を示す図である。本発明の第３の実施の形態を示す図である。本発明の数値的効果の一例を示す測定結果である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の水処理方法を適用する水処理システムの一構成例を示す図である。図１に示した水処理システムは、前処理装置１００と、一次純水槽２００と、ポンプ３００と、紫外線酸化装置であるＵＶ４００と、イオン交換樹脂が充填される装置、例えばカートリッジポリッシャなどの混床式脱塩装置や複床式脱塩装置、単床式脱塩装置、電気式脱塩装置（ＥＤＩ）などであるＩＥＲ５００と、ホウ素選択性樹脂が充填される装置であるＢ６００（第１の水処理装置）と、膜脱気装置であるＭＤ７００（第２の水処理装置）と、後処理装置８００とが互いに直列に接続されている。ＵＶ４００、ＩＥＲ５００、Ｂ６００およびＭＤ７００それぞれは、所定の単位をブロックとする複数の系列が互いに並列した構成を有する。図１に示した例では、３つの系列が互いに並列した形態を示している。これらは、従来の水処理システムにおいて、ろ過器や活性炭、イオン交換装置や逆浸透（ＲＯ）膜、電気式脱塩装置などを用いて処理を行う前処理装置１００から供給された一次純水が一次純水槽２００に貯留され、一次純水槽２００からポンプ３００を用いて、ＵＶ４００に供給される。それぞれが水処理装置であるＵＶ４００、ＩＥＲ５００、Ｂ６００およびＭＤ７００における処理は、一般的な水処理システムにおけるものと同じである。ＭＤ７００が処理した処理水は、ユースポイントで使用するために処理を行う、熱交換器やＵＶ酸化器、脱気膜、イオン交換装置、ＵＦ膜などを含む後処理装置８００に供給される。図１に示した水処理システムの立ち上げ時は、ＭＤ７００が処理した処理水の多くを一次純水槽２００へ戻して循環させる。ここで、ろ過器や活性炭、逆浸透（ＲＯ）膜を用いて処理を行う前処理装置１００で処理された水に含まれる不純物であるＴＯＣ（ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ：全有機炭素）の濃度は、後処理装置８００に近づくほど低くなる。そのため、前処理装置１００よりも下流において逆浸透（ＲＯ）膜を用いて処理を行ってもＴＯＣ除去について高い効果を得られるとは言い難い。

一般的に、イオン交換樹脂が具備された水処理システムにおいて、イオン交換樹脂を新規に充填した後や、イオン交換樹脂の内部の樹脂を交換した後にこのイオン交換樹脂に通水を行うと、イオン交換樹脂、特にホウ素選択性樹脂から溶出するＴＯＣの濃度が高くなる。そのため、交換後の一定期間は、交換した樹脂に対して洗浄のための通水が必要となる。その洗浄のための通水期間は、システム全体としての利用ができなくなってしまう。一方、ホウ素選択性樹脂に供給される被処理水に炭酸イオンが含まれると、ホウ素選択性樹脂におけるホウ素の除去効率が低下する。そのため、ホウ素選択性樹脂に供給される被処理水に含まれる炭酸イオンの濃度を極力低減しておくことが必要である。
（第１の実施の形態）

図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。本形態においては、図１に示したＢ６００の１つの系列を交換した後、所定の期間（第１の期間）は、交換したＢ６００の系列（以下、選択されたＢ６００の系列と称する）からの処理水は、通常経路（第２の流路６２０）でＭＤ７００へ直接供給しない。選択されたＢ６００の系列が交換された後、選択されたＢ６００の系列からの処理水を、ＵＶとＩＥＲとから構成される装置９００（第３の水処理装置）を経由する経路（第１の流路６１０）を経由してＭＤ７００へ供給する。この装置９００を構成するＵＶとＩＥＲとのそれぞれは、Ｂ６００よりも上流に接続されたＵＶ４００とＩＥＲ５００とのそれぞれと同じものである。なお、装置９００は、使用前に必要な洗浄を行っておく。また、装置９００の入力側および出力側に、処理水に含まれるＴＯＣの濃度を測定する濃度計を設けても良い。この場合、装置９００の入力側に設けられた濃度計にて測定されたＴＯＣの濃度が、所定の閾値以下となった場合、装置９００が不要になったと判断する基準としても良い。また、装置９００の入力側に設けられた濃度計が測定したＴＯＣの濃度と、出力側に設けられた濃度計が測定したＴＯＣの濃度との差分を、装置９００の交換時期を判断する基準としても良い。なお、第１の期間以外では、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、通常経路（第２の流路６２０）でＭＤ７００へ直接供給される。

このような経路の制御は、図２に示した制御装置１０が、ＩＥＲ５００と選択されたＢ６００との間に設けられた開閉弁６４０と、選択されたＢ６００とＭＤ７００および装置９００との間に設けられた開閉弁６４１とを制御することで実現される。開閉弁６４０は、ＩＥＲ５００から流れてきた水の選択されたＢ６００への流入を制御するバルブ（第２の開閉弁）である。開閉弁６４１は、選択されたＢ６００からの水の、流路６１０への流入と流路６２０への流入とを選択する三方バルブ（第１の開閉弁）である。ＴＯＣ計６５０は、流路６１０上に設けられ、選択されたＢ６００から流路６１０へ流れる水のＴＯＣの濃度を測定する第１の測定部である。ＴＯＣ計７５０は、後処理装置８００へ流れてくる水のＴＯＣの濃度を測定する第２の測定部である。制御装置１０は、開閉弁６４０，６４１およびＴＯＣ計６５０，７５０と接続されている。この接続は、有線を用いるものであっても良いし、無線を用いるものであっても良い。制御装置１０は、外部から取得した情報に基づいて、開閉弁６４０を制御する。制御装置１０は、ＴＯＣ計６５０，７５０が測定した値に基づいて、開閉弁６４１を制御する。

制御装置１０は、例えば、キーボードやタッチパネル等の入力手段を用いて取得した情報、または他の装置から送信されてきた情報に基づいて、選択されたＢ６００を交換のために取り外す旨を認識する。すると、制御装置１０は、開閉弁６４０を閉状態とする。その後、例えば、キーボードやタッチパネル等の入力手段を用いて取得した情報、または他の装置から送信されてきた情報に基づいて、選択されたＢ６００の交換が完了した旨を認識する。このとき、制御装置１０は、タイマ（不図示）を起動する。そして、制御装置１０は、開閉弁６４０を開状態とし、開閉弁６４１を選択されたＢ６００からの水が流路６１０に流れるように制御する。その後、制御装置１０は、以下のいずれかの１つの条件、またはいくつかの条件、またはすべての条件を満たす場合、開閉弁６４１を選択されたＢ６００からの水が流路６２０に流れるように制御する。
（１）タイマの値が所定の値となる。
（２）ＴＯＣ計６５０が測定したＴＯＣ濃度の値が所定の閾値以下となる。
（３）ＴＯＣ計７５０が測定したＴＯＣ濃度の値が所定の閾値以下となる。
（４）ＴＯＣ計６５０が測定したＴＯＣ濃度の値とＴＯＣ計７５０が測定したＴＯＣ濃度の値との差分が所定の値以下となる。

このように、交換後の水処理装置の系列からの処理水を、交換後の所定の期間においては、従来交換した水処理装置の後段に設けられた水処理装置に直接供給せず、交換した水処理装置の前段に設けられた水処理装置と同じ機能を具備する水処理装置を経由して、後段に設けられた水処理装置に供給する。これにより、交換後の水処理装置の系列からの処理水を交換後から利用することができ、システム全体の復旧の時間を短縮することができる。
（第２の実施の形態）

図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。本形態においては、図１に示したＢ６００の１つの系列を交換した後、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、通常経路でＭＤ７００へ直接供給しない。第１の実施の形態では、Ｂ６００よりも上流に接続されたＵＶ４００とＩＥＲ５００とのそれぞれと同じ機能を有するＵＶとＩＥＲとのセットの水処理装置を別途準備して、選択されたＢ６００の系列からの処理水を、セットされた水処理装置を経由して後段の水処理装置へ供給した。本形態においては、図３に示すように、Ｂ６００よりも上流に接続されたＵＶ４００およびＩＥＲ５００それぞれの１つずつの系列を使用する。Ｂ６００の１つの系列を交換した後、所定の期間（第１の期間）は、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、Ｂ６００よりも上流に接続されたＵＶ４００およびＩＥＲ５００それぞれの１つずつの系列を経由する経路（第１の流路６１０）を経由してＭＤ７００へ供給する。ここで、経由に用いるＵＶ４００およびＩＥＲ５００それぞれの１つずつの系列は、通常ルートには用いられない。例えば、図１に示した形態において、各水処理装置には６００ｍ³／ｈで水が流れる場合、各系列（ブロック）には２００ｍ³／ｈで水が流れる。その後、Ｂ６００の１つの系列を交換した後、ＵＶ４００およびＩＥＲ５００の各系列には３００ｍ³／ｈで水が流れる。また、Ｂ６００の各系列、ＭＤ７００の各系列、および選択されたＢ６００の系列からの処理水が経由するＵＶ４００およびＩＥＲ５００の各系列には２００ｍ³／ｈで水が流れる。選択されたＢ６００の系列からの処理水が経由するＵＶ４００およびＩＥＲ５００の各系列は、予備系列として配置されているものであっても良い。この場合、予備系列として配置され、Ｂ６００の１つの系列の交換後に、選択されたＢ６００の系列からの処理水が経由するＵＶ４００およびＩＥＲ５００の各系列には、図１に示した経路で使用される場合と、図３に示した経路で使用される場合とを切り替えるための開閉弁および配管が設けられている。なお、第１の期間以外では、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、通常経路（第２の流路６２０）でＭＤ７００へ直接供給される。

開閉弁６４０，６４１およびＴＯＣ計６５０，７５０それぞれは、図２に示したものと同じものである。また、図３に示した制御装置１０が行う開閉弁６４０，６４１の制御についても図２を用いて説明したものと同じである。

このように、交換後の水処理装置の系列からの処理水を、交換後の所定の期間においては、従来交換した水処理装置の後段に設けられた水処理装置に直接供給せず、交換した水処理装置の前段に設けられた水処理装置の一部の系列を経由して、後段に設けられた水処理装置に供給する。これにより、交換後の水処理装置の系列からの処理水を交換後から利用することができ、システム全体の復旧の時間を短縮することができる。さらに、すでに配置されている水処理装置の一部を利用するため、追加の設備が必要とならない。
（第３の実施の形態）

図４は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。本形態においては、図１に示したＢ６００の１つの系列を交換した後、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、通常経路（流路６２０）を介してＭＤ７００へ直接供給しない。本形態においては、図４に示すように、Ｂ６００の１つの系列を交換した後、所定の期間（第１の期間）は、選択されたＢ６００の系列からの処理水は、第３の流路６３０を用いて一次純水槽２００へ戻され、一次純水槽２００からポンプ３００の揚程に応じて、後段のＵＶ４００へ供給される。例えば、通常、ＵＶ４００およびＩＥＲ５００へ３００ｍ³／ｈで通水されている場合、選択されたＢ６００の系列から１００ｍ³／ｈで処理水を一次純水槽２００へ戻す。そのため、Ｂ６００の１つの系列の交換後は、一次純水槽２００へ水が合計４００ｍ³／ｈで流入し、ＭＤ７００から後処理装置８００へ３００ｍ³／ｈで供給される。このとき、ポンプ３００は、通常よりも１００ｍ³／ｈ速い速度で一次純水槽２００に貯留されている一次純水をＵＶ４００へ供給する。

このような経路の制御は、図４に示した制御装置１１が、選択されたＢ６００とＭＤ７００および一次純水槽２００との間に設けられた開閉弁６４１とを制御することで実現される。開閉弁６４１は、選択されたＢ６００からの水の、流路６２０への流入と流路６３０への流入とを選択する三方バルブである。ＴＯＣ計６６０は、流路６３０上に設けられ、選択されたＢ６００から流路６３０へ流れる水のＴＯＣの濃度を測定する。ＴＯＣ計７５０は、図２に示したものと同じものである。制御装置１１は、開閉弁６４１およびＴＯＣ計６６０，７５０と接続されている。この接続は、有線を用いるものであっても良いし、無線を用いるものであっても良い。制御装置１１は、外部から取得した情報およびＴＯＣ計６５０，７５０が測定した値に基づいて、開閉弁６４１を制御する。

制御装置１１は、例えば、キーボードやタッチパネル等の入力手段を用いて取得した情報、または他の装置から送信されてきた情報に基づいて、選択されたＢ６００の交換が完了した旨を認識する。このとき、制御装置１１は、タイマ（不図示）を起動する。そして、制御装置１１は、開閉弁６４１を選択されたＢ６００からの水が流路６３０に流れるように制御する。その後、制御装置１１は、以下のいずれかの１つの条件、またはいくつかの条件、またはすべての条件を満たす場合、開閉弁６４１を選択されたＢ６００からの水が流路６２０に流れるように制御する。
（１）タイマの値が所定の値となる。
（２）ＴＯＣ計６６０が測定したＴＯＣ濃度の値が所定の閾値以下となる。
（３）ＴＯＣ計７５０が測定したＴＯＣ濃度の値が所定の閾値以下となる。
（４）ＴＯＣ計６６０が測定したＴＯＣ濃度の値とＴＯＣ計７５０が測定したＴＯＣ濃度の値との差分が所定の値以下となる。

このように、交換後の水処理装置の系列からの処理水を、交換後の所定の期間においては、従来交換した水処理装置の後段に設けられた水処理装置に直接供給せず、交換した水処理装置よりも上流に設けられた一次純水槽に戻して循環させる。これにより、交換後の水処理装置の系列からの処理水を交換後から利用することができ、システム全体の復旧の時間を短縮することができる。さらに、交換後の水処理装置の系列からの処理水を循環させるため、追加の設備が必要とならない。また、ホウ素選択性樹脂装置を構成する系列の一部を交換した後に通水された水を、通常の経路ではなく、上流に配置された紫外線酸化装置およびイオン交換樹脂装置を再度経由させて循環させるため、ホウ素選択性樹脂に供給される被処理水に含まれる炭酸イオンの濃度を極力低減させることができる。

図５は、本発明の数値的効果の一例を示す測定結果である。図５には、従来の方法、図２に示した第１の実施の形態、図３に示した第２の実施の形態および図４に示した第３の実施の形態における、Ｂ６００の出力側と後処理装置８００の入力側のＴＯＣの濃度を、Ｂ６００の交換後、６時間後、２４時間後および１週間後に測定した値を示す。カッコ内の数値は、それぞれの装置において３つの並列した系列の平均値を示す。図５に示すように、従来の方法に対して、本発明の方法を用いることで、Ｂ６００の出力側のＴＯＣの濃度に対して、後処理装置８００の入力側のＴＯＣの濃度が、Ｂ６００の交換後の早い時期から低くなる。

上述した形態においては、開閉弁の制御を制御装置１０，１１が行うものを例に挙げたが、これに限らず、本発明を適用したシステムを管理する管理者、運用（利用）する運用者（利用者）が開閉弁の開閉を制御するものであっても良い。

以上、各構成要素に各機能（処理）それぞれを分担させて説明したが、この割り当ては上述したものに限定しない。また、構成要素の構成についても、上述した形態はあくまでも例であって、これに限定しない。また、各実施の形態を組み合わせたものであっても良い。

上述した制御装置１０，１１それぞれが行う処理は、目的に応じてそれぞれ作製された論理回路で行うようにしても良い。また、処理内容を手順として記述したコンピュータプログラム（以下、プログラムと称する）を制御装置１０，１１それぞれにて読取可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを制御装置１０，１１それぞれに読み込ませ、実行するものであっても良い。制御装置１０，１１それぞれにて読取可能な記録媒体とは、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃ、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリなどの移設可能な記録媒体の他、制御装置１０，１１それぞれに内蔵されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリやＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等を指す。この記録媒体に記録されたプログラムは、制御装置１０，１１それぞれに設けられたＣＰＵにて読み込まれ、ＣＰＵの制御によって、上述したものと同様の処理が行われる。ここで、ＣＰＵは、プログラムが記録された記録媒体から読み込まれたプログラムを実行するコンピュータとして動作するものである。

１０，１１制御装置
１００前処理装置
２００一次純水槽
３００ポンプ
４００ＵＶ
５００ＩＥＲ
６００Ｂ
６１０，６２０，６３０流路
６４０，６４１開閉弁
６５０，６６０，７５０ＴＯＣ計
７００ＭＤ
８００後処理装置
９００装置

Claims

第１の水処理装置と、
第２の水処理装置と、
第３の水処理装置と、
前記第１の水処理装置の交換が行われてからの第１の期間では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由して前記第２の水処理装置へ供給する第１の流路と、
前記第１の期間以外では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由することなく前記第２の水処理装置へ供給する第２の流路とを有し、
前記第１の水処理装置は、ホウ素選択性樹脂装置であり、
前記第３の水処理装置は、前記第１の水処理装置よりも上流に接続された水処理装置と同じ処理を行う水処理システム。
請求項１に記載の水処理システムにおいて、
前記第１の水処理装置が処理した水を前記第１の流路と前記第２の流路とのいずれか一方へ流すための開閉弁と、
前記開閉弁を制御する制御装置とを有する水処理システム。
請求項２に記載の水処理システムにおいて、
前記第１の流路に流れる水に含まれる不純物の濃度を測定する第１の測定部を有し、
前記制御装置は、前記第１の測定部が測定した値が所定の閾値以下となるまでの期間を前記第１の期間として、前記開閉弁を制御する水処理システム。
請求項１に記載の水処理システムにおいて、
前記第３の水処理装置は、前記第１の水処理装置よりも上流に接続された水処理装置である水処理システム。
請求項４に記載の水処理システムにおいて、
前記第１の水処理装置および前記第３の水処理装置それぞれは、所定の単位をブロックとする複数の系列が互いに並列した構成を有し、
前記第１の流路は、前記第１の水処理装置の前記交換が行われた１つの系列が処理した水を、前記第３の水処理装置の１つの系列を経由して、前記第２の水処理装置へ供給する水処理システム。
請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理システムにおいて、
前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第１の水処理装置よりも上流に配置された前記水が貯留された水槽へ戻し、該水槽から該水を流出させるポンプの揚程に応じて、前記水を前記第１の水処理装置と前記水槽とで循環させる第３の流路を有する水処理システム。
請求項１から６のいずれか１項に記載の水処理システムにおいて、
前記第１の水処理装置はホウ素選択性樹脂装置であり、前記ホウ素選択性樹脂装置よりも上流に接続された水処置装置は紫外線酸化装置およびイオン交換樹脂装置である水処理システム。
ホウ素選択性樹脂装置である第１の水処理装置と、第２の水処理装置と、前記第１の水処理装置よりも上流に接続された水処理装置と同じ処理を行う第３の水処理装置とを有する水処理システムにおいて、前記第１の水処理装置の交換が行われてからの第１の期間では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由して前記第２の水処理装置へ供給し、
前記第１の期間以外では、前記第１の水処理装置が処理した水を、前記第３の水処理装置を経由することなく前記第２の水処理装置へ供給する水処理方法。