水処理システムのフラッシング方法、水処理システムの制御方法、プログラム、制御器、及び水処理システム
【課題】濾過膜モジュールを有する水処理システムにおいて、濾過膜モジュールの一次側領域を短時間で濃度ムラが小さくフラッシングするための水処理システムのフラッシング方法を提供すること。
【解決手段】被処理水を送出するポンプ８と、送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュール４とを備えた水処理システム１において、ポンプ８を停止して、濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止させた状態で、ポンプ８のサクション側の水圧により濾過膜モジュール４の一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプ８を駆動して、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環・攪拌しながら、系外へ排出する第２フラッシング工程を含むように構成する。
【解決手段】被処理水を送出するポンプ８と、送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュール４とを備えた水処理システム１において、ポンプ８を停止して、濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止させた状態で、ポンプ８のサクション側の水圧により濾過膜モジュール４の一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプ８を駆動して、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環・攪拌しながら、系外へ排出する第２フラッシング工程を含むように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過膜モジュールを有する水処理システムのフラッシング方法、水処理システムの制御方法、プログラム、制御器、及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、原水から精製水や浄化水を製造する際に、原水を逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜等の濾過膜を有する濾過膜モジュールで膜分離処理して、原水に含まれている溶存塩類や懸濁物質等の夾雑成分を除去する方法が広く用いられている。
【０００３】
このように濾過膜モジュールを用いた水処理では、運転時間の経過とともに原水中に含まれる懸濁物質が膜面に堆積して、濾過膜に目詰まりが生じて透過水の生産流量（すなわち、水回収率）が低下するといった事態が生じる。そこで、積算時間に基づいて濾過膜の一次側領域の濃縮水を高流量で排出（フラッシング）して、原水（以下、被処理水という。）中の懸濁物質による濾過膜の目詰まりを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、濾過膜モジュールを用いた水処理システムでは、濾過膜モジュールで製造された透過水の流量を検出し、透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、濾過膜モジュールに供給する被処理水の圧力（供給圧力）を調整する運転が行われている。この運転では、濾過膜に生じた目詰まりに影響されずに、透過水の生産流量（すなわち、回収率）を安定化させている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７９４６１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記濾過膜モジュールを備えた水処理システムは、特許文献１に記載のように積算時間ごとに濾過膜モジュールの一次側領域をフラッシングすることにより、運転時における濾過膜の目詰まりが軽減される。しかしながら、濾過膜モジュールの一次側領域に高濃度の濃縮水が貯留された状態で運転を停止すると、濃縮水中のシリカ等が膜面に析出して、濾過膜に目詰まりを発生して悪影響を及ぼす可能性があるため、運転停止時にも濾過膜モジュールをフラッシングする必要がある。
【０００７】
濾過膜モジュールのフラッシングの実施においては、フラッシングを短時間で行なおうとすると、濃縮水の排水流量を増加させる必要から、回収率調節用の排水バルブに加えて、フラッシング用の排水バルブが必要となり、コストアップに繋がる。
また、透過水ラインに給水制御用の遮断バルブ（透過水バルブ）を搭載していない場合には、ポンプを運転させて行なう従来のフラッシングでは、フラッシング中も透過水が生成されるために、濾過膜モジュールの一次側領域の夾雑成分濃度が低減されにくく、しかも濃度ムラが起こりやすい。そのため、夾雑成分濃度を所定値まで低減させ、かつ濃度ムラを小さくするにはフラッシング時間が長くなり、排水量が過多となるという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された水処理システムでは、透過水の流量が流量センサの故障等により検出できなくなった場合に、例えば、図７に示すように、流量センサの故障前直近の水透過係数を用いてポンプを運転している。具体的には、流量センサの故障が検出されると（ステップＳ１０１）、直近の水透過係数を読み出して供給水温に応じて補正し（ステップＳ１０２）、この補正水透過係数と目標流量値とを用いて必要な供給圧力Ｐを算出する（ステップＳ１０３）。そして、この算出された供給圧力Ｐに対し、所定の二次関数（Ｆ＝ａ・Ｐ２＋ｂ・Ｐ＋ｃ；ａ，ｂ，ｃはポンプの性能により定まるポンプ係数）によりインバータの出力周波数Ｆを算出して（ステップＳ１０４）、この固定された出力周波数Ｆでポンプをフィードフォワード制御している（ステップＳ１０５）。
【０００９】
しかしながら、かかる技術は、水処理システムに搭載されるポンプごとに上記ポンプ係数を把握していないと実施できないうえ、フィードフォワード制御であるが故に外乱を受けやすく、透過水の流量が目標流量値と一致しにくいという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、
（１）濾過膜モジュールの一次側領域を短時間で、かつ濃度ムラが小さくなるようにフラッシングすること
（２）搭載されるポンプごとのポンプ係数を把握することなく、ポンプを制御すること
（３）外乱の影響を受けることなく、濾過膜モジュールの透過水流量を安定させること
少なくとも、上記いずれかの課題を解決することにより、効率的に透過水を製造することが可能な濾過膜モジュールを有する水処理システムのフラッシング方法、水処理システムの制御方法、プログラム、制御器、及び水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムのフラッシング方法であって、ポンプを停止して、濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、ポンプを停止した状態で、ポンプのサクション側の水圧により濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプを駆動した状態で、濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムを制御するプログラムであって、ポンプを停止して、濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、ポンプを停止した状態で、ポンプのサクション側の水圧により濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプを駆動した状態で、濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを実行するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、及びプログラムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域の濃縮水を効率的に置換し、濾過膜モジュールの一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュールを短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水処理システムのフラッシング方法であって、第２フラッシング工程では、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させながら濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプログラムであって、第２フラッシング工程では、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させながら濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、及びプログラムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させつつ、残部を系外に排出するので、一次側領域の水の濃度を均一化しながら、短時間で減少させることができる。また、フラッシング用の排水バルブを必要としないため、水処理システムのイニシャルコストを削減することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムの制御方法であって、透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも流量センサで検出される透過水流量、及び圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムを制御するプログラムであって、透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも流量センサで検出される透過水流量、及び圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る水処理システムの制御方法、及びプログラムによれば、流量センサの故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプをフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【００２０】
上記発明に係るプログラムを備えた制御器を、水処理システムに用いてもよい。
また、この制御器を水処理システムに設けてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、プログラム、制御部、及び水処理システムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域の濃縮水を効率的に置換することができ、しかも濾過膜モジュール逆浸透膜部の一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュールを短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
また、本発明に係る水処理システムの制御方法、プログラム、制御部、及び水処理システムによれば、流量センサの故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプをフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の水処理システムにおけるフラッシング方法の概略を示すフロー図である。
【図３】第１実施形態に係る水処理システムのフラッシング方法の概略を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る水処理システムのフラッシング方法の効果を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る水処理システムの要部構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の水処理システムにおける流量センサ故障時の運転手順を示すブロック図である。
【図７】従来の水処理システムにおける流量センサ故障時の運転手順を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について説明する。
図１は、第１実施形態の水処理システム１の概略構成を示す図であり、図２は、水処理システム１における濾過膜モジュールのフラッシングを制御するプログラムの概要を、図３はフラッシングの概略を説明する図である。
【００２４】
水処理システム１は、例えば、図１に示すように、被処理水中の硬度成分を除去して軟水化処理するための、例えば陽イオン交換樹脂を用いた周知の軟水装置２と、被処理水中のゴミ等を除去するプレフィルター３と、被処理水中の溶存塩類や懸濁物質等の夾雑成分を濾過する濾過膜を備えた濾過膜モジュール４と、濾過膜モジュール４により得られた透過水中の溶存気体を脱気する気体透過膜を備えた脱気膜モジュール５と、脱気膜モジュール５により得られた浄化水を貯留する貯留タンク６とを備えており、これらが上流側からこの順に配置されている。
【００２５】
原水としての被処理水は、原水ラインＬ１により軟水装置２に供給され、軟水化処理された被処理水は、軟水ラインＬ２によりプレフィルター３に移送されるようになっている。ここでの原水は、所定の水圧（通常、０．０９８〜０．４９ＭＰａ）を有している。プレフィルター３で処理された被処理水は、供給ラインＬ３により濾過膜モジュール４に供給され、膜分離処理されて製造された透過水は、透過水ラインＬ４により脱気膜モジュール５に移送されるようになっている。更に、脱気処理された透過水は、浄化水ラインＬ５を経由して貯留タンク６に移送されるようになっている。
【００２６】
濾過膜モジュール４は、単一又は複数の濾過膜エレメントを圧力容器に装填したものであり、該濾過膜エレメントにより被処理水を膜分離処理して、夾雑成分が除去された透過水を製造するとともに、被処理水の夾雑成分濃度が高まった濃縮水を製造する。濾過膜モジュール４は、濾過膜によって一次側領域と二次側領域に区画されている。つまり、濾過膜モジュール４の一次側領域には、被処理水が供給されるとともに、濃縮水が流通するようになっている。また、濾過膜モジュール４の二次側領域には、透過水が流通するようになっている。
【００２７】
濾過膜エレメントは、浄化水に要求される水質に応じて、逆浸透膜エレメント、ナノ濾過膜エレメント、限外濾過膜エレメント等から選択される。なお、濾過膜エレメントの形状は、特に限定されないが、通常はスパイラル型エレメントが使用される。
【００２８】
供給ラインＬ３は、プレフィルター３からの被処理水の移送を制御する供給バルブ７と、被処理水を加圧して濾過膜モジュール４に供給するポンプ８とが、上流側からこの順に配置されている。ポンプ８は、サクション側の水圧（軟水装置２及びプレフィルター３を通過することにより減圧された原水の水圧）を濾過膜の浸透圧以上に加圧して移送するものであり、ポンプ８により加圧された被処理水が濾過膜モジュール４の一次側領域に供給されるようになっている。
【００２９】
濾過膜モジュール４の一次側入口には、供給ラインＬ３が接続されており、一次側出口には、膜分離処理により濾過膜モジュール４の一次側領域に製造された濃縮水を流出させる濃縮水ラインＬ６が接続されている。濃縮水ラインＬ６は、濃縮水の一部を系外に排出する排水ラインＬ６ａと、濃縮水の残部を供給ラインＬ３に移送する循環ラインＬ６ｂに分岐されている。また、濾過膜モジュール４の二次側出口には、膜分離処理により濾過膜モジュール４の二次側領域に製造された透過水を流出させる透過水ラインＬ４が接続されている。
【００３０】
排出ラインＬ６ａには、濃縮水の排出を制御する排水バルブ１０が配置され、排水バルブ１０を開閉して排水ラインＬ６ａからの濃縮水の排出流量を調整することにより、濾過膜モジュール４の回収率を調整するようになっている。透過水流量が一定の条件の場合、排水バルブ１０の開度を大きくすると、濃縮水の排出流量が増加して回収率は低くなる。逆に、排水バルブ１０の開度を小さくすると、濃縮水の排水流量が減少して回収率は高くなる。
【００３１】
循環ラインＬ６ｂには、逆止弁１１が配置されている。逆止弁１１は、供給ラインＬ３の被処理水が循環ラインＬ６ｂ及び濃縮水ラインＬ６に流入するのを防止するとともに、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水が供給ラインＬ３に循環するように、流れ方向を規制している。
【００３２】
なお、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路（配管）等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００３３】
また、水処理システム１は、制御器１２を備えている。制御器１２は、図示しない種々のセンサからの検出信号が入力されるとともに、供給バルブ７、ポンプ８を駆動するインバータ１３、透過水バルブ９及び排水バルブ１０に制御信号を出力するようになっている。そして、制御器１２は、例えば、ＲＯＭ等の記憶媒体に格納されたプログラムを実行して、水処理システム１の運転を制御するようになっている。
【００３４】
また、制御器１２は、プログラムを実行することにより、濾過膜モジュール４による膜分離処理中に、透過水の流量を一定に維持する制御を行う。すなわち、透過水ラインＬ４に設けられた流量センサ（不図示）からの流量検出信号をフィードバックしながら、インバータ１３によりポンプ８の回転数を調節して、透過水の流量が予め設定された目標値になるように供給圧力を制御している（定流量制御）。同時に、制御器１２は、排水バルブ１０の開度を調節することにより、濾過膜モジュール４からの濃縮水の排出流量を調整することで、所定範囲の回収率を維持するようになっている。
【００３５】
上記構成により、水処理システム１においては、軟水装置２で被処理水中のカルシウムイオン等の硬度成分が除去され、次いでプレフィルター３で被処理水中のゴミ等が除去されて、軟水化された被処理水が製造される。この軟水化された被処理水は、ポンプ８で加圧されながら濾過膜モジュール４に供給され、膜分離処理されることにより透過水と濃縮水とが製造される。濾過膜モジュール４で製造された透過水は、脱気膜モジュール５で脱気された後、浄化水として貯留タンク６に貯留される。
【００３６】
また、制御器１２は、濾過膜モジュール４の一次側領域をフラッシングするように構成されたプログラムを有している。このプログラムによれば、まずポンプ８を停止して、濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程を実行する。次に、ポンプ８を停止した状態で、ポンプ８のサクション側の水圧により濾過膜モジュール４の一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量（例えば、一次側領域の３０％容量）の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程を実行する。ポンプ８のサクション側の水圧とは、軟水装置２及びプレフィルター３を通過することにより減圧された原水の水圧である。そして、ポンプ８を駆動した状態で、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程を実行する。第２フラッシング工程では、被処理水により所定量置換された濃縮水の攪拌は、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の一部を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環することにより行われる。同時に、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の残部は、排水ラインＬ６ａを介して系外へ排出する。
【００３７】
このフラッシングは、図２に示すステップに従って行われる。まず、ステップＳ１では、貯留タンク６の満水検知信号などに基づいてポンプ８を停止し、濾過膜モジュール４における分離膜処理を停止する（膜分離停止工程）。ステップＳ２では、ポンプ８を停止したまま、濾過膜モジュール４の一次側領域にある濃縮水のうち、所定量を被処理水に置換する（第１フラッシング工程）。具体的には、所定水圧の原水が軟水装置２及びプレフィルター３を通過した後の水圧を利用して、供給ラインＬ３から移送される被処理水で濃縮水を押し出しながら、濃縮水ラインＬ６及び排水ラインＬ６ａを介して廃棄する。ステップＳ３では、ポンプ８を駆動して、濾過膜モジュール４の一次側領域に存在する水（被処理水により所定量置換された濃縮水）のうち、一部を濃縮水ラインＬ６、循環ラインＬ６ｂ、及び供給ラインＬ３を経由して濾過膜モジュール４の一次側領域に循環させて攪拌しながら、残部を濃縮水ラインＬ６及び排水ラインＬ６ａを介して廃棄する（第２フラッシング工程）。そして、ステップＳ４では、循環による攪拌を開始してから、所定時間が経過すると、ポンプ８を停止して、フラッシングを終了するようになっている。
【００３８】
以下、図３を参照して、水処理システム１のフラッシング方法について説明する。
まず、ポンプ８を停止して、水処理システム１の運転、すなわち濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止する（膜分離処理停止工程）。このとき、図３（Ａ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域には、網かけで示すように、濃縮水が残留している。
【００３９】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域に、被処理水を流入させて、濃縮水のうち所定量を被処理水に置換する（第１フラッシング工程）。このとき、ポンプ８を停止した状態で、被処理水を供給ラインＬ３から濾過膜モジュール４に流れ込ませる。また、透過水バルブ９は閉じ、排出バルブ１０は開放することにより置換する濃縮水を排出ラインＬ６ａから排出させる。図３（Ｂ）において、白い矢印は被処理水の流れを、ハッチングした矢印は濃縮水の流れを示している。
【００４０】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域の水、すなわち所定量が被処理水により置換された濃縮水を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環させて、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を攪拌する（第２フラッシング工程）。このとき、制御器１２は、インバータ１３に、例えば、周波数３０Ｈｚ（通常は６０Ｈｚ）の駆動電力を発生させる指示をし、ポンプ８を濾過膜の浸透圧未満の供給圧力で駆動させる。また、透過水バルブ９は閉じ、排出バルブ１０は開放することにより、循環している水の一部を排水ラインＬ６ａから排出させる。図３（Ｃ）において、網かけ矢印は、系内を循環する水及び系外へ排出する水の流れを示している。
【００４１】
次に、図４を参照して、第１実施形態に係るフラッシング方法の効果について説明する。図４に示したグラフは、横軸がフラッシング開始後の経過時間［分］を表し、縦軸が濃縮水の電気伝導率の変化率［％］を表している。この変化率は、フラッシング開始時点の電気伝導率をＥ１、所定時間経過時点の電気伝導率をＥ２として、Ｅ２／Ｅ１×１００により計算したものである。
また、（△）で示した折れ線は、第１フラッシング工程のみを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示し、（□）で示した折れ線は、第２フラッシング工程のみを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示している。そして、（●）で示した折れ線は、第１実施形態に係る第１及び第２フラッシング工程を含むフラッシングを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示している。
【００４２】
図４に示すように、フラッシングを開始してから濃縮水の電気伝導率の変化率が７０％まで低下するのに、第１フラッシング工程のみを行なった場合には、約３．７分が必要とされ、また第２フラッシング工程のみを行なった場合には、約４．５分が必要とされる。これに対して、第１実施形態に係る方法によれば、約２分しか必要とされず、短時間でフラッシングすることができる。
【００４３】
以上のように、第１実施形態に係る水処理システム１のフラッシング方法、及び水処理システム１によれば、濾過膜モジュール４の一次側領域に残存する濃縮水のうち、一部を予め被処理水と置換することにより、容易かつ効率的に濃縮水の濃度を低下させることができ、しかも攪拌することにより、濾過膜モジュール４の一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュール４を短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
【００４４】
また、第１実施形態に係る水処理システム１のフラッシング方法、及び水処理システム１によれば、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の一部を、ポンプに８より循環ラインＬ６ｂを経由して循環させつつ、残部を系外に排出するので、一次側領域の水の濃度を均一化しながら、短時間で減少させることができる。また、膜分離処理中の回収率を調整するための排水バルブ１０をフラッシング用の排水バルブと兼用しているため、水処理システム１のイニシャルコストを削減することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して、この発明の第２実施形態に係る水処理システム１について説明する。
第２実施形態は、図５に示すように、被処理水を濾過膜モジュール４に移送する供給ラインＬ３に、被処理水の供給圧力を検出する圧力センサ２１がポンプ（例えば、渦巻きポンプ）８の下流側に設けられるとともに、濾過膜モジュール４で製造された透過水を移送する透過水ラインＬ４に、透過水の流量を検出する流量センサ２２が配置されている。また、圧力センサ２１及び流量センサ２２の検出信号は、それぞれ制御器１２Ａに入力されている。
【００４６】
制御器１２Ａは、第１実施形態でも説明したように、濾過膜モジュール４による膜分離処理中に、透過水流量に基づくフィードバック制御を行なっている。具体的には、流量センサ２２からの流量検出信号をフィードバックして、予め設定された目標流量値と比較し、検出流量値と目標流量値の偏差がゼロとなるように、ポンプ８の運転周波数を制御するようになっている。ポンプ８の運転周波数の制御は、インバータ１３によって行われ、ポンプ８の回転数が調節されることで、供給圧力が制御される。
【００４７】
また、制御器１２Ａは、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に、少なくとも流量センサ２２で検出される透過水流量、及び圧力センサ２１で検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、その結果を定期的にＲＡＭ等の記憶媒体に記憶するようになっている。ここで、水透過係数Ｋ［ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１］は、流量センサ２２で検出される透過水流量をＱ［ｍ３／ｓ］、圧力センサ２１で検出される供給圧力をＰ［Ｐａ］、及び濾過膜モジュール４の膜面積をＡ［ｍ２］とすると、次式（１）で計算される。
Ｋ＝Ｑ／（Ａ・Ｐ） ・・・（１）
なお、水透過係数Ｋは、温度によって変化するため、供給温度が大きく変動する場合には、供給ラインＬ２等に温度センサ（不図示）を設け、基準温度（例えば、２５℃）における水透過係数に補正するのが望ましい。
【００４８】
更に、制御器１２Ａは、流量センサ２２が故障するなどの原因により、流量センサ２２からの流量検出信号が所定時間入力されない場合に、透過水流量に基づくフィードバック制御を終了して、被処理水の供給圧力に基づくフィードバック制御に切り換えるプログラムを有している。供給圧力に基づくフィードバック制御は、具体的には、制御の切り換え前に演算された水透過係数（ＲＡＭ等の記憶媒体に記憶された直近の数値）、及び予め設定された目標流量値を用いて、上記式（１）の関係から被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出する。そして、圧力センサ２１からの圧力検出信号をフィードバックして、算出された目標圧力値と比較し、検出圧力値と目標圧力値の偏差がゼロとなるように、ポンプ８の運転周波数を制御する。
なお、制御の切り換え前に演算された水透過係数が基準温度（例えば、２５℃）における水透過係数に換算されている場合には、供給ラインＬ２等に温度センサ（不図示）を設け、制御切り換え後の供給温度に応じた水透過係数に補正した後、供給圧力の目標圧力値を算出するのが望ましい。
【００４９】
被処理水の供給圧力に基づくフィードバック制御への切り換えは、図６に示すステップに従って行われる。まず、ステップＳ１１では、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に、流量センサ２２からの流量検出信号が入力されない状態に基づいて流量センサ２２の故障等が検出される。ステップＳ１２では、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に演算・記憶された直近の水透過係数をＲＡＭ等から読み出すとともに、供給温度を検出して、水透過係数の温度補正を行う。また、予め設定された目標流量値をＲＡＭ等から読み出す。ステップＳ１３では、温度補正された水透過係数と目標流量値から被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出する。そして、ステップＳ１４では、圧力センサ２１の検出圧力値が目標圧力値と一致するように、ポンプ８に対するインバータ１３の出力周波数を制御する。
その他は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
第２実施形態に係る水処理システムによれば、流量センサ２２の故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプ８ごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプ８をフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【００５１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記第１実施の形態においては、水処理システム１が、軟水装置２、プレフィルター３、濾過膜モジュール４、脱気膜モジュール５、貯留タンク６等を備えた場合について説明したが、これらの配置、構成を適宜変更し又は一部の構成要素を適宜組み合わせ又は置換、変更してもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態においては、第１フラッシング工程において、置換する濃縮水の所定量が一次側領域の３０％容量である場合を例示して説明したが、他の数値を用いることも可能である。また、膜分離処理を停止させたときの濃縮水の夾雑成分濃度に応じて、置換する濃縮水の所定量を毎回変更するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態と第２実施形態とを組合わせてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１ 水処理システム
４ 濾過膜モジュール
８ ポンプ
Ｌ６ 供給ライン
Ｌ６ａ 排水ライン
Ｌ６ｂ 循環ライン
１０ 排水バルブ
１２、１２Ａ 制御器
１３ インバータ
２１ 圧力センサ
２２ 流量センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過膜モジュールを有する水処理システムのフラッシング方法、水処理システムの制御方法、プログラム、制御器、及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、原水から精製水や浄化水を製造する際に、原水を逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜等の濾過膜を有する濾過膜モジュールで膜分離処理して、原水に含まれている溶存塩類や懸濁物質等の夾雑成分を除去する方法が広く用いられている。
【０００３】
このように濾過膜モジュールを用いた水処理では、運転時間の経過とともに原水中に含まれる懸濁物質が膜面に堆積して、濾過膜に目詰まりが生じて透過水の生産流量（すなわち、水回収率）が低下するといった事態が生じる。そこで、積算時間に基づいて濾過膜の一次側領域の濃縮水を高流量で排出（フラッシング）して、原水（以下、被処理水という。）中の懸濁物質による濾過膜の目詰まりを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、濾過膜モジュールを用いた水処理システムでは、濾過膜モジュールで製造された透過水の流量を検出し、透過水の流量が予め設定された目標流量値となるように、濾過膜モジュールに供給する被処理水の圧力（供給圧力）を調整する運転が行われている。この運転では、濾過膜に生じた目詰まりに影響されずに、透過水の生産流量（すなわち、回収率）を安定化させている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７９４６１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記濾過膜モジュールを備えた水処理システムは、特許文献１に記載のように積算時間ごとに濾過膜モジュールの一次側領域をフラッシングすることにより、運転時における濾過膜の目詰まりが軽減される。しかしながら、濾過膜モジュールの一次側領域に高濃度の濃縮水が貯留された状態で運転を停止すると、濃縮水中のシリカ等が膜面に析出して、濾過膜に目詰まりを発生して悪影響を及ぼす可能性があるため、運転停止時にも濾過膜モジュールをフラッシングする必要がある。
【０００７】
濾過膜モジュールのフラッシングの実施においては、フラッシングを短時間で行なおうとすると、濃縮水の排水流量を増加させる必要から、回収率調節用の排水バルブに加えて、フラッシング用の排水バルブが必要となり、コストアップに繋がる。
また、透過水ラインに給水制御用の遮断バルブ（透過水バルブ）を搭載していない場合には、ポンプを運転させて行なう従来のフラッシングでは、フラッシング中も透過水が生成されるために、濾過膜モジュールの一次側領域の夾雑成分濃度が低減されにくく、しかも濃度ムラが起こりやすい。そのため、夾雑成分濃度を所定値まで低減させ、かつ濃度ムラを小さくするにはフラッシング時間が長くなり、排水量が過多となるという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された水処理システムでは、透過水の流量が流量センサの故障等により検出できなくなった場合に、例えば、図７に示すように、流量センサの故障前直近の水透過係数を用いてポンプを運転している。具体的には、流量センサの故障が検出されると（ステップＳ１０１）、直近の水透過係数を読み出して供給水温に応じて補正し（ステップＳ１０２）、この補正水透過係数と目標流量値とを用いて必要な供給圧力Ｐを算出する（ステップＳ１０３）。そして、この算出された供給圧力Ｐに対し、所定の二次関数（Ｆ＝ａ・Ｐ２＋ｂ・Ｐ＋ｃ；ａ，ｂ，ｃはポンプの性能により定まるポンプ係数）によりインバータの出力周波数Ｆを算出して（ステップＳ１０４）、この固定された出力周波数Ｆでポンプをフィードフォワード制御している（ステップＳ１０５）。
【０００９】
しかしながら、かかる技術は、水処理システムに搭載されるポンプごとに上記ポンプ係数を把握していないと実施できないうえ、フィードフォワード制御であるが故に外乱を受けやすく、透過水の流量が目標流量値と一致しにくいという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、
（１）濾過膜モジュールの一次側領域を短時間で、かつ濃度ムラが小さくなるようにフラッシングすること
（２）搭載されるポンプごとのポンプ係数を把握することなく、ポンプを制御すること
（３）外乱の影響を受けることなく、濾過膜モジュールの透過水流量を安定させること
少なくとも、上記いずれかの課題を解決することにより、効率的に透過水を製造することが可能な濾過膜モジュールを有する水処理システムのフラッシング方法、水処理システムの制御方法、プログラム、制御器、及び水処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムのフラッシング方法であって、ポンプを停止して、濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、ポンプを停止した状態で、ポンプのサクション側の水圧により濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプを駆動した状態で、濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムを制御するプログラムであって、ポンプを停止して、濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、ポンプを停止した状態で、ポンプのサクション側の水圧により濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、ポンプを駆動した状態で、濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを実行するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、及びプログラムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域の濃縮水を効率的に置換し、濾過膜モジュールの一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュールを短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水処理システムのフラッシング方法であって、第２フラッシング工程では、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させながら濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプログラムであって、第２フラッシング工程では、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させながら濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、及びプログラムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を供給ラインに循環させつつ、残部を系外に排出するので、一次側領域の水の濃度を均一化しながら、短時間で減少させることができる。また、フラッシング用の排水バルブを必要としないため、水処理システムのイニシャルコストを削減することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムの制御方法であって、透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも流量センサで検出される透過水流量、及び圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、被処理水を移送するポンプと、ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムを制御するプログラムであって、透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも流量センサで検出される透過水流量、及び圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る水処理システムの制御方法、及びプログラムによれば、流量センサの故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプをフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【００２０】
上記発明に係るプログラムを備えた制御器を、水処理システムに用いてもよい。
また、この制御器を水処理システムに設けてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る水処理システムのフラッシング方法、プログラム、制御部、及び水処理システムによれば、濾過膜モジュールの一次側領域の濃縮水を効率的に置換することができ、しかも濾過膜モジュール逆浸透膜部の一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュールを短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
また、本発明に係る水処理システムの制御方法、プログラム、制御部、及び水処理システムによれば、流量センサの故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプをフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の水処理システムにおけるフラッシング方法の概略を示すフロー図である。
【図３】第１実施形態に係る水処理システムのフラッシング方法の概略を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る水処理システムのフラッシング方法の効果を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る水処理システムの要部構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の水処理システムにおける流量センサ故障時の運転手順を示すブロック図である。
【図７】従来の水処理システムにおける流量センサ故障時の運転手順を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１について説明する。
図１は、第１実施形態の水処理システム１の概略構成を示す図であり、図２は、水処理システム１における濾過膜モジュールのフラッシングを制御するプログラムの概要を、図３はフラッシングの概略を説明する図である。
【００２４】
水処理システム１は、例えば、図１に示すように、被処理水中の硬度成分を除去して軟水化処理するための、例えば陽イオン交換樹脂を用いた周知の軟水装置２と、被処理水中のゴミ等を除去するプレフィルター３と、被処理水中の溶存塩類や懸濁物質等の夾雑成分を濾過する濾過膜を備えた濾過膜モジュール４と、濾過膜モジュール４により得られた透過水中の溶存気体を脱気する気体透過膜を備えた脱気膜モジュール５と、脱気膜モジュール５により得られた浄化水を貯留する貯留タンク６とを備えており、これらが上流側からこの順に配置されている。
【００２５】
原水としての被処理水は、原水ラインＬ１により軟水装置２に供給され、軟水化処理された被処理水は、軟水ラインＬ２によりプレフィルター３に移送されるようになっている。ここでの原水は、所定の水圧（通常、０．０９８〜０．４９ＭＰａ）を有している。プレフィルター３で処理された被処理水は、供給ラインＬ３により濾過膜モジュール４に供給され、膜分離処理されて製造された透過水は、透過水ラインＬ４により脱気膜モジュール５に移送されるようになっている。更に、脱気処理された透過水は、浄化水ラインＬ５を経由して貯留タンク６に移送されるようになっている。
【００２６】
濾過膜モジュール４は、単一又は複数の濾過膜エレメントを圧力容器に装填したものであり、該濾過膜エレメントにより被処理水を膜分離処理して、夾雑成分が除去された透過水を製造するとともに、被処理水の夾雑成分濃度が高まった濃縮水を製造する。濾過膜モジュール４は、濾過膜によって一次側領域と二次側領域に区画されている。つまり、濾過膜モジュール４の一次側領域には、被処理水が供給されるとともに、濃縮水が流通するようになっている。また、濾過膜モジュール４の二次側領域には、透過水が流通するようになっている。
【００２７】
濾過膜エレメントは、浄化水に要求される水質に応じて、逆浸透膜エレメント、ナノ濾過膜エレメント、限外濾過膜エレメント等から選択される。なお、濾過膜エレメントの形状は、特に限定されないが、通常はスパイラル型エレメントが使用される。
【００２８】
供給ラインＬ３は、プレフィルター３からの被処理水の移送を制御する供給バルブ７と、被処理水を加圧して濾過膜モジュール４に供給するポンプ８とが、上流側からこの順に配置されている。ポンプ８は、サクション側の水圧（軟水装置２及びプレフィルター３を通過することにより減圧された原水の水圧）を濾過膜の浸透圧以上に加圧して移送するものであり、ポンプ８により加圧された被処理水が濾過膜モジュール４の一次側領域に供給されるようになっている。
【００２９】
濾過膜モジュール４の一次側入口には、供給ラインＬ３が接続されており、一次側出口には、膜分離処理により濾過膜モジュール４の一次側領域に製造された濃縮水を流出させる濃縮水ラインＬ６が接続されている。濃縮水ラインＬ６は、濃縮水の一部を系外に排出する排水ラインＬ６ａと、濃縮水の残部を供給ラインＬ３に移送する循環ラインＬ６ｂに分岐されている。また、濾過膜モジュール４の二次側出口には、膜分離処理により濾過膜モジュール４の二次側領域に製造された透過水を流出させる透過水ラインＬ４が接続されている。
【００３０】
排出ラインＬ６ａには、濃縮水の排出を制御する排水バルブ１０が配置され、排水バルブ１０を開閉して排水ラインＬ６ａからの濃縮水の排出流量を調整することにより、濾過膜モジュール４の回収率を調整するようになっている。透過水流量が一定の条件の場合、排水バルブ１０の開度を大きくすると、濃縮水の排出流量が増加して回収率は低くなる。逆に、排水バルブ１０の開度を小さくすると、濃縮水の排水流量が減少して回収率は高くなる。
【００３１】
循環ラインＬ６ｂには、逆止弁１１が配置されている。逆止弁１１は、供給ラインＬ３の被処理水が循環ラインＬ６ｂ及び濃縮水ラインＬ６に流入するのを防止するとともに、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水が供給ラインＬ３に循環するように、流れ方向を規制している。
【００３２】
なお、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路（配管）等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００３３】
また、水処理システム１は、制御器１２を備えている。制御器１２は、図示しない種々のセンサからの検出信号が入力されるとともに、供給バルブ７、ポンプ８を駆動するインバータ１３、透過水バルブ９及び排水バルブ１０に制御信号を出力するようになっている。そして、制御器１２は、例えば、ＲＯＭ等の記憶媒体に格納されたプログラムを実行して、水処理システム１の運転を制御するようになっている。
【００３４】
また、制御器１２は、プログラムを実行することにより、濾過膜モジュール４による膜分離処理中に、透過水の流量を一定に維持する制御を行う。すなわち、透過水ラインＬ４に設けられた流量センサ（不図示）からの流量検出信号をフィードバックしながら、インバータ１３によりポンプ８の回転数を調節して、透過水の流量が予め設定された目標値になるように供給圧力を制御している（定流量制御）。同時に、制御器１２は、排水バルブ１０の開度を調節することにより、濾過膜モジュール４からの濃縮水の排出流量を調整することで、所定範囲の回収率を維持するようになっている。
【００３５】
上記構成により、水処理システム１においては、軟水装置２で被処理水中のカルシウムイオン等の硬度成分が除去され、次いでプレフィルター３で被処理水中のゴミ等が除去されて、軟水化された被処理水が製造される。この軟水化された被処理水は、ポンプ８で加圧されながら濾過膜モジュール４に供給され、膜分離処理されることにより透過水と濃縮水とが製造される。濾過膜モジュール４で製造された透過水は、脱気膜モジュール５で脱気された後、浄化水として貯留タンク６に貯留される。
【００３６】
また、制御器１２は、濾過膜モジュール４の一次側領域をフラッシングするように構成されたプログラムを有している。このプログラムによれば、まずポンプ８を停止して、濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程を実行する。次に、ポンプ８を停止した状態で、ポンプ８のサクション側の水圧により濾過膜モジュール４の一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量（例えば、一次側領域の３０％容量）の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程を実行する。ポンプ８のサクション側の水圧とは、軟水装置２及びプレフィルター３を通過することにより減圧された原水の水圧である。そして、ポンプ８を駆動した状態で、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程を実行する。第２フラッシング工程では、被処理水により所定量置換された濃縮水の攪拌は、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の一部を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環することにより行われる。同時に、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の残部は、排水ラインＬ６ａを介して系外へ排出する。
【００３７】
このフラッシングは、図２に示すステップに従って行われる。まず、ステップＳ１では、貯留タンク６の満水検知信号などに基づいてポンプ８を停止し、濾過膜モジュール４における分離膜処理を停止する（膜分離停止工程）。ステップＳ２では、ポンプ８を停止したまま、濾過膜モジュール４の一次側領域にある濃縮水のうち、所定量を被処理水に置換する（第１フラッシング工程）。具体的には、所定水圧の原水が軟水装置２及びプレフィルター３を通過した後の水圧を利用して、供給ラインＬ３から移送される被処理水で濃縮水を押し出しながら、濃縮水ラインＬ６及び排水ラインＬ６ａを介して廃棄する。ステップＳ３では、ポンプ８を駆動して、濾過膜モジュール４の一次側領域に存在する水（被処理水により所定量置換された濃縮水）のうち、一部を濃縮水ラインＬ６、循環ラインＬ６ｂ、及び供給ラインＬ３を経由して濾過膜モジュール４の一次側領域に循環させて攪拌しながら、残部を濃縮水ラインＬ６及び排水ラインＬ６ａを介して廃棄する（第２フラッシング工程）。そして、ステップＳ４では、循環による攪拌を開始してから、所定時間が経過すると、ポンプ８を停止して、フラッシングを終了するようになっている。
【００３８】
以下、図３を参照して、水処理システム１のフラッシング方法について説明する。
まず、ポンプ８を停止して、水処理システム１の運転、すなわち濾過膜モジュール４における被処理水の膜分離処理を停止する（膜分離処理停止工程）。このとき、図３（Ａ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域には、網かけで示すように、濃縮水が残留している。
【００３９】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域に、被処理水を流入させて、濃縮水のうち所定量を被処理水に置換する（第１フラッシング工程）。このとき、ポンプ８を停止した状態で、被処理水を供給ラインＬ３から濾過膜モジュール４に流れ込ませる。また、透過水バルブ９は閉じ、排出バルブ１０は開放することにより置換する濃縮水を排出ラインＬ６ａから排出させる。図３（Ｂ）において、白い矢印は被処理水の流れを、ハッチングした矢印は濃縮水の流れを示している。
【００４０】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、濾過膜モジュール４の一次側領域の水、すなわち所定量が被処理水により置換された濃縮水を、循環ラインＬ６ｂを経由して供給ラインＬ３に循環させて、濾過膜モジュール４の一次側領域の水を攪拌する（第２フラッシング工程）。このとき、制御器１２は、インバータ１３に、例えば、周波数３０Ｈｚ（通常は６０Ｈｚ）の駆動電力を発生させる指示をし、ポンプ８を濾過膜の浸透圧未満の供給圧力で駆動させる。また、透過水バルブ９は閉じ、排出バルブ１０は開放することにより、循環している水の一部を排水ラインＬ６ａから排出させる。図３（Ｃ）において、網かけ矢印は、系内を循環する水及び系外へ排出する水の流れを示している。
【００４１】
次に、図４を参照して、第１実施形態に係るフラッシング方法の効果について説明する。図４に示したグラフは、横軸がフラッシング開始後の経過時間［分］を表し、縦軸が濃縮水の電気伝導率の変化率［％］を表している。この変化率は、フラッシング開始時点の電気伝導率をＥ１、所定時間経過時点の電気伝導率をＥ２として、Ｅ２／Ｅ１×１００により計算したものである。
また、（△）で示した折れ線は、第１フラッシング工程のみを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示し、（□）で示した折れ線は、第２フラッシング工程のみを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示している。そして、（●）で示した折れ線は、第１実施形態に係る第１及び第２フラッシング工程を含むフラッシングを行なった場合の濃縮水の電気伝導率の変化率を示している。
【００４２】
図４に示すように、フラッシングを開始してから濃縮水の電気伝導率の変化率が７０％まで低下するのに、第１フラッシング工程のみを行なった場合には、約３．７分が必要とされ、また第２フラッシング工程のみを行なった場合には、約４．５分が必要とされる。これに対して、第１実施形態に係る方法によれば、約２分しか必要とされず、短時間でフラッシングすることができる。
【００４３】
以上のように、第１実施形態に係る水処理システム１のフラッシング方法、及び水処理システム１によれば、濾過膜モジュール４の一次側領域に残存する濃縮水のうち、一部を予め被処理水と置換することにより、容易かつ効率的に濃縮水の濃度を低下させることができ、しかも攪拌することにより、濾過膜モジュール４の一次側領域における濃縮水と被処理水との濃度ムラの発生を抑制することができる。その結果、濾過膜モジュール４を短時間でフラッシングすることができ、フラッシング時の排水量を低減して節水することができる。
【００４４】
また、第１実施形態に係る水処理システム１のフラッシング方法、及び水処理システム１によれば、濾過膜モジュール４の一次側領域から流出する水の一部を、ポンプに８より循環ラインＬ６ｂを経由して循環させつつ、残部を系外に排出するので、一次側領域の水の濃度を均一化しながら、短時間で減少させることができる。また、膜分離処理中の回収率を調整するための排水バルブ１０をフラッシング用の排水バルブと兼用しているため、水処理システム１のイニシャルコストを削減することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して、この発明の第２実施形態に係る水処理システム１について説明する。
第２実施形態は、図５に示すように、被処理水を濾過膜モジュール４に移送する供給ラインＬ３に、被処理水の供給圧力を検出する圧力センサ２１がポンプ（例えば、渦巻きポンプ）８の下流側に設けられるとともに、濾過膜モジュール４で製造された透過水を移送する透過水ラインＬ４に、透過水の流量を検出する流量センサ２２が配置されている。また、圧力センサ２１及び流量センサ２２の検出信号は、それぞれ制御器１２Ａに入力されている。
【００４６】
制御器１２Ａは、第１実施形態でも説明したように、濾過膜モジュール４による膜分離処理中に、透過水流量に基づくフィードバック制御を行なっている。具体的には、流量センサ２２からの流量検出信号をフィードバックして、予め設定された目標流量値と比較し、検出流量値と目標流量値の偏差がゼロとなるように、ポンプ８の運転周波数を制御するようになっている。ポンプ８の運転周波数の制御は、インバータ１３によって行われ、ポンプ８の回転数が調節されることで、供給圧力が制御される。
【００４７】
また、制御器１２Ａは、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に、少なくとも流量センサ２２で検出される透過水流量、及び圧力センサ２１で検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、その結果を定期的にＲＡＭ等の記憶媒体に記憶するようになっている。ここで、水透過係数Ｋ［ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１］は、流量センサ２２で検出される透過水流量をＱ［ｍ３／ｓ］、圧力センサ２１で検出される供給圧力をＰ［Ｐａ］、及び濾過膜モジュール４の膜面積をＡ［ｍ２］とすると、次式（１）で計算される。
Ｋ＝Ｑ／（Ａ・Ｐ） ・・・（１）
なお、水透過係数Ｋは、温度によって変化するため、供給温度が大きく変動する場合には、供給ラインＬ２等に温度センサ（不図示）を設け、基準温度（例えば、２５℃）における水透過係数に補正するのが望ましい。
【００４８】
更に、制御器１２Ａは、流量センサ２２が故障するなどの原因により、流量センサ２２からの流量検出信号が所定時間入力されない場合に、透過水流量に基づくフィードバック制御を終了して、被処理水の供給圧力に基づくフィードバック制御に切り換えるプログラムを有している。供給圧力に基づくフィードバック制御は、具体的には、制御の切り換え前に演算された水透過係数（ＲＡＭ等の記憶媒体に記憶された直近の数値）、及び予め設定された目標流量値を用いて、上記式（１）の関係から被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出する。そして、圧力センサ２１からの圧力検出信号をフィードバックして、算出された目標圧力値と比較し、検出圧力値と目標圧力値の偏差がゼロとなるように、ポンプ８の運転周波数を制御する。
なお、制御の切り換え前に演算された水透過係数が基準温度（例えば、２５℃）における水透過係数に換算されている場合には、供給ラインＬ２等に温度センサ（不図示）を設け、制御切り換え後の供給温度に応じた水透過係数に補正した後、供給圧力の目標圧力値を算出するのが望ましい。
【００４９】
被処理水の供給圧力に基づくフィードバック制御への切り換えは、図６に示すステップに従って行われる。まず、ステップＳ１１では、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に、流量センサ２２からの流量検出信号が入力されない状態に基づいて流量センサ２２の故障等が検出される。ステップＳ１２では、透過水流量に基づくフィードバック制御の実行中に演算・記憶された直近の水透過係数をＲＡＭ等から読み出すとともに、供給温度を検出して、水透過係数の温度補正を行う。また、予め設定された目標流量値をＲＡＭ等から読み出す。ステップＳ１３では、温度補正された水透過係数と目標流量値から被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出する。そして、ステップＳ１４では、圧力センサ２１の検出圧力値が目標圧力値と一致するように、ポンプ８に対するインバータ１３の出力周波数を制御する。
その他は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
第２実施形態に係る水処理システムによれば、流量センサ２２の故障等により流量信号が得られなくなった場合のバックアップ運転に際して、搭載されるポンプ８ごとのポンプ係数を必要としないので、汎用性の高い制御を行うことができる。また、ポンプ８をフィードバック制御により制御するため、透過水の流量を精度よく目標流量値に一致させることができる。
【００５１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記第１実施の形態においては、水処理システム１が、軟水装置２、プレフィルター３、濾過膜モジュール４、脱気膜モジュール５、貯留タンク６等を備えた場合について説明したが、これらの配置、構成を適宜変更し又は一部の構成要素を適宜組み合わせ又は置換、変更してもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態においては、第１フラッシング工程において、置換する濃縮水の所定量が一次側領域の３０％容量である場合を例示して説明したが、他の数値を用いることも可能である。また、膜分離処理を停止させたときの濃縮水の夾雑成分濃度に応じて、置換する濃縮水の所定量を毎回変更するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態と第２実施形態とを組合わせてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１ 水処理システム
４ 濾過膜モジュール
８ ポンプ
Ｌ６ 供給ライン
Ｌ６ａ 排水ライン
Ｌ６ｂ 循環ライン
１０ 排水バルブ
１２、１２Ａ 制御器
１３ インバータ
２１ 圧力センサ
２２ 流量センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムのフラッシング方法であって、
前記ポンプを停止して、前記濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、
前記ポンプを停止した状態で、前記ポンプのサクション側の水圧により前記濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを含むことを特徴とする水処理システムのフラッシング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理システムのフラッシング方法であって、
前記第２フラッシング工程では、前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を前記供給ラインに循環させながら前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出することを特徴とする水処理システムのフラッシング方法。
【請求項３】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、前記ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、前記流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、前記ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムの制御方法であって、
透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも前記流量センサで検出される透過水流量、及び前記圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、
前記流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、
制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、
前記圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とする水処理システムの制御方法。
【請求項４】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムを制御するプログラムであって、
前記ポンプを停止して、前記濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、
前記ポンプを停止した状態で、前記ポンプのサクション側の水圧により前記濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを実行するように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載のプログラムであって、
前記第２フラッシング工程では、前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を前記供給ラインに循環させながら前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出するように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、前記ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、前記流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、前記ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムを制御するプログラムであって、
透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも前記流量センサで検出される透過水流量、及び前記圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、
前記流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、
制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、
前記圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とするプログラム。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のプログラムを備えたことを特徴とする制御器。
【請求項８】
請求項７に記載の制御器を備えたことを特徴とする水処理システム。
【請求項１】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムのフラッシング方法であって、
前記ポンプを停止して、前記濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、
前記ポンプを停止した状態で、前記ポンプのサクション側の水圧により前記濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを含むことを特徴とする水処理システムのフラッシング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理システムのフラッシング方法であって、
前記第２フラッシング工程では、前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を前記供給ラインに循環させながら前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出することを特徴とする水処理システムのフラッシング方法。
【請求項３】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、前記ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、前記流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、前記ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムの制御方法であって、
透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも前記流量センサで検出される透過水流量、及び前記圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、
前記流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、
制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、
前記圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とする水処理システムの制御方法。
【請求項４】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプの駆動により供給ラインを介して送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水を製造する濾過膜モジュールとを備えた水処理システムを制御するプログラムであって、
前記ポンプを停止して、前記濾過膜モジュールにおける被処理水の膜分離処理を停止させる膜分離処理停止工程と、
前記ポンプを停止した状態で、前記ポンプのサクション側の水圧により前記濾過膜モジュールの一次側領域に被処理水を送り込んで、所定量の濃縮水を被処理水に置換しながら系外へ排出する第１フラッシング工程と、
前記ポンプを駆動した状態で、前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌しながら系外へ排出する第２フラッシング工程とを実行するように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載のプログラムであって、
前記第２フラッシング工程では、前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の一部を前記供給ラインに循環させながら前記濾過膜モジュールの一次側領域の水を攪拌し、同時に前記濾過膜モジュールの一次側領域から流出する水の残部を系外へ排出するように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
被処理水を移送するポンプと、前記ポンプにより送り込まれた被処理水を膜分離処理して透過水と濃縮水とを製造する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから送出された透過水の流量を検出する流量センサと、前記ポンプによる被処理水の供給圧力を検出する圧力センサとを備え、前記流量センサで検出される透過水流量が予め設定された目標流量値となるように、前記ポンプの回転数を制御するように構成された水処理システムを制御するプログラムであって、
透過水流量に基づく制御の実行中に、少なくとも前記流量センサで検出される透過水流量、及び前記圧力センサで検出される供給圧力を用いて水透過係数を演算し、
前記流量センサからの流量信号が入力されなくなった場合に、透過水流量に基づく制御を供給圧力に基づく制御に切り換え、
制御の切り換え前に演算された水透過係数、及び予め設定された目標流量値を用いて被処理水の供給圧力の目標圧力値を算出し、
前記圧力センサで検出される供給圧力が算出された目標圧力値となるように、前記ポンプの回転数を制御することを特徴とするプログラム。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のプログラムを備えたことを特徴とする制御器。
【請求項８】
請求項７に記載の制御器を備えたことを特徴とする水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２００６１３（Ｐ２０１２−２００６１３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４３０５（Ｐ２０１１−６４３０５）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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