水処理システム
【課題】シリカ系スケールの析出やファウリングを抑制しつつ、劣悪な水質の硬水を用いても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる水処理システムを提供する。
【解決手段】硬水軟化装置３は、陽イオン交換樹脂床と、前記陽イオン交換樹脂床に対し原水を下降流で通過させる軟化プロセス；再生液の対向流を生成して前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、前記陽イオン交換樹脂床の硬度リーク防止領域に再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段４と、を備え、膜分離装置は、ＲＯ膜モジュール８と、加圧ポンプ６と、入力した電流値信号に対応する駆動周波数を加圧ポンプ６に出力するインバータ７と、透過水Ｗ５が目標流量値となるように、系内の物理量を用いて駆動周波数を演算し、当該駆動周波数に対応する電流値信号をインバータ７に出力する制御部１０と、を備える。
【解決手段】硬水軟化装置３は、陽イオン交換樹脂床と、前記陽イオン交換樹脂床に対し原水を下降流で通過させる軟化プロセス；再生液の対向流を生成して前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、前記陽イオン交換樹脂床の硬度リーク防止領域に再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段４と、を備え、膜分離装置は、ＲＯ膜モジュール８と、加圧ポンプ６と、入力した電流値信号に対応する駆動周波数を加圧ポンプ６に出力するインバータ７と、透過水Ｗ５が目標流量値となるように、系内の物理量を用いて駆動周波数を演算し、当該駆動周波数に対応する電流値信号をインバータ７に出力する制御部１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬水軟化装置及び逆浸透膜分離装置を備えた水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜により純水を製造する際、原水に含まれる硬度成分がＲＯ膜の表面にスケールとして析出する現象が発生する。また、原水に含まれる懸濁物質（例えば、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の表面や細孔内に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象も発生する。ＲＯ膜にスケールの析出やファウリングが発生すると、ＲＯ膜の透水能力（水透過係数）が低下する。その結果、透過水の流量が減少する。
【０００４】
そこで、炭酸カルシウム系スケールの析出を抑制するために、ＲＯ膜に軟水を供給するシステムが提案されている。このシステムは、ＲＯ装置の前処理として、陽イオン交換樹脂を用いた硬水軟化装置により、原水（硬水）を軟水化する（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、スケールの析出やファウリングの発生していない状態のＲＯ膜において、水透過係数は、供給される水（以下、「供給水」ともいう）の温度により変化する。ＲＯ膜は、供給水の温度が高くなるほど水透過係数が大きくなる。このため、ＲＯ膜に対して供給水を一定の圧力で供給しても、温度が高くなるほど透過水の流量は増加する。透過水の流量が増加すると、ＲＯ膜の一次側において軟水の濃縮が進行する。
【０００６】
一般に、硬水軟化装置では、原水に含まれるシリカ成分や懸濁物質は除去できない。このため、ＲＯ膜の一次側において軟水の濃縮が進行すると、シリカ系スケールの析出やファウリングが発生しやすくなる。すなわち、ＲＯ膜に軟水を供給した場合、炭酸カルシウム系スケールの析出は抑制できても、温度によってはシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制できない。
【０００７】
そこで、供給水の温度に関わらず、ＲＯ膜における透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック制御を行うシステムが提案されている。この流量フィードバック制御では、ＲＯ膜で製造される透過水の流量が目標値となるように、ＲＯ膜に供給水を送出する加圧ポンプの運転周波数がインバータにより制御される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１０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】
【０００９】
しかし、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水を用いて、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水を製造することは困難であった。また、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水から高純度の軟水を製造できたとしても、実用的な採水量を確保することは困難であった。このため、ＲＯ膜において、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制することは困難であった。
【００１０】
従って、本発明は、ＲＯ膜におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制しつつ、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる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】
本発明は、原水から軟水を製造する硬水軟化装置と、軟水から透過水を製造する膜分離装置と、を含み、前記硬水軟化装置は、原水又は再生液が供給される陽イオン交換樹脂床と、前記陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を得る軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部をベースとして所定深さに設定された硬度リーク防止領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、を備え、前記膜分離装置は、供給された軟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、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、軟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と、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、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、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号を前記インバータに出力する制御部と、を備える水処理システムに関する。
【００１２】
また、前記膜分離装置は、透過水の流量を検出する流量検出手段を備え、前記制御部は、前記流量検出手段の検出流量値が前記目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１３】
また、前記膜分離装置は、前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値を目標圧力値として設定し、（ｉｉｉ）前記圧力検出手段の検出圧力値が前記目標圧力値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１４】
また、前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値に基づいて、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１５】
また、前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、（ｉ）予め取得された原水又は軟水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記膜分離装置は、軟水のカルシウム硬度を測定する硬度測定手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、（ｉ）予め取得された炭酸カルシウム溶解度、及び前記硬度測定手段の測定硬度値に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御することが好ましい。
【００１７】
また、前記膜分離装置は、透過水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、前記電気伝導率測定手段の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率値となるように、前記排水弁からの排水流量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＲＯ膜におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制しつつ、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】硬水軟化装置３の概略断面図である。
【図３】制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ）は制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【図５】第１実施形態の制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【図８】第２実施形態の制御部１０Ａが圧力フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の制御部１０Ａが水質フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。
【図１１】第３実施形態の制御部１０Ｂが温度フィードフォワード水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の制御部１０Ｂが水質フィードバック回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
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、図面を参照しながら説明する。水処理システム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。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図２は、硬水軟化装置３の概略断面図である。図３は、制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。図４（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【００２１】
図１に示すように、第１実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、再生液供給手段としての塩水タンク４と、温度検出手段としての温度センサ５と、を備える。また、水処理システム１は、加圧ポンプ６と、インバータ７と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール８と、流量検出手段としての流量センサ９と、制御部１０と、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、を備える。このうち、加圧ポンプ６、ＲＯ膜モジュール８、流量センサ９及び制御部１０は、本実施形態における膜分離装置を構成する。また、図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。
【００２２】
また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、を備える。更に、水処理システム１は、透過水ラインＬ５と、濃縮水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２３】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２に接続されている。
【００２４】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された水道水や地下水等の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０と電気的に接続されている。原水ポンプ２の運転（駆動及び停止）は、制御部１０により制御される。
【００２５】
原水ラインＬ１及び原水ポンプ２は、軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に供給する。
【００２６】
硬水軟化装置３は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を、陽イオン交換樹脂床３１１においてナトリウムイオン（又はカリウムイオン）に置換して軟水Ｗ２を製造する設備である。硬水軟化装置３は、図２に示すように、圧力タンク３１と、弁手段としてのプロセス制御バルブ３２と、を主体に構成されている。
【００２７】
圧力タンク３１は、上部に開口部を有する有底の筒状体である。圧力タンク３１は、開口部が蓋部材で密閉されている。圧力タンク３１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなる陽イオン交換樹脂床３１１、及び濾過砂利からなる支持床３１２が収容されている。
【００２８】
陽イオン交換樹脂床３１１は、原水Ｗ１を軟水化する処理材として機能する。陽イオン交換樹脂床３１１は、圧力タンク３１の内部において、支持床３１２の上部に積層されている。陽イオン交換樹脂床３１１の深さＤ１は、３００〜１５００ｍｍの範囲に設定されている。
【００２９】
支持床３１２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床３１２は、圧力タンク３１の底部側に収容されている。
【００３０】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン３２１が設けられている。頂部スクリーン３２１は、不図示の第１流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３１】
頂部スクリーン３２１による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン３２１は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部配液部及び頂部集液部として機能する。
【００３２】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の底部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン３２２が設けられている。底部スクリーン３２２は、不図示の第２流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３３】
底部スクリーン３２２による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部付近に設定される。底部スクリーン３２２は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部配液部及び底部集液部として機能する。
【００３４】
圧力タンク３１において、硬度リーク防止領域３１３（後述）より上部であって、陽イオン交換樹脂床３１１の深さ方向の中間部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン３２３が設けられている。中間部スクリーン３２３は、不図示の第３流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３５】
中間部スクリーン３２３による集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部付近に設定される。中間部スクリーン３２３は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。
【００３６】
プロセス制御バルブ３２は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。プロセス制御バルブ３２は、少なくとも、軟化プロセスＳＴ１における原水Ｗ１の流れと、再生プロセスＳＴ３における塩水Ｗ３の流れとを切り換え可能に構成されている。軟化プロセスＳＴ１では、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、原水Ｗ１を下降流で通過させて軟水Ｗ２を製造する。一方、再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。
【００３７】
再生プロセスＳＴ３では、硬度リーク防止領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。ここで、再生レベルとは、単位容積のイオン交換樹脂の再生に使用される再生剤量をいう。再生剤として塩化ナトリウムを用いる場合、１ｅｑは、５８．５ｇに相当する。
【００３８】
硬度リーク防止領域３１３は、軟化プロセスＳＴ１での硬度リークを極力防止するために、陽イオン交換樹脂床３１１において十分に再生する必要のある領域である。硬度リーク防止領域３１３は、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床３１１の底部（すなわち、底面）をベースとして深さＤ２が１００ｍｍに設定されている。再生プロセスＳＴ３では、この限定された領域を１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒの再生レベルで再生することにより、硬度リーク量を０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下に維持することができる。
【００３９】
また、プロセス制御バルブ３２は、再生プロセスＳＴ３の後に実行される押出プロセスＳＴ４における原水Ｗ１の流れを切り換え可能に構成されている。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水Ｗ１の対向流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す。
【００４０】
プロセス制御バルブ３２には、排水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。排水ラインＬ４からは、再生プロセスや押出プロセス等において使用された塩水Ｗ３や原水Ｗ１が排水Ｗ４として排出される。
【００４１】
更に、プロセス制御バルブ３２において、内部に備えられた弁体の駆動部は、制御部１０と信号線を介して電気的に接続されている。プロセス制御バルブ３２における弁の切り換えは、制御部１０により制御される。
【００４２】
ここで、硬水軟化装置３において実施される各プロセスについて説明する。
本実施形態の水処理システム１において、後述する制御部１０は、プロセス制御バルブ３２の流路を切り換えることにより、図３に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ６の運転を実施する。
【００４３】
（ＳＴ１）原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる軟化プロセス
（ＳＴ２）洗浄水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止領域３１３に対して下から上へ通過させる再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止領域３１３に対して下から上へ通過させる押出プロセス
（ＳＴ５）濯ぎ水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（ＳＴ６）補給水としての原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
【００４４】
次に、上記プロセスＳＴ１〜ＳＴ６のうち、主要なプロセスである軟化プロセスＳＴ１、再生プロセスＳＴ３、及び押出プロセスＳＴ４の運転方法について説明する。
【００４５】
軟化プロセスＳＴ１では、図４（ａ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、軟水Ｗ２を製造する。製造された軟水Ｗ２は、底部スクリーン３２２から集液される。再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１では、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給する。
【００４６】
再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を下降流で通過させる。同時に、塩水Ｗ３を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を上昇流で通過させる。これにより、塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する。再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させる。また、硬度リーク防止領域３１３に対しては、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。
【００４７】
陽イオン交換樹脂床３１１を再生した使用済みの塩水Ｗ３は、中間部スクリーン３２３から集液される。この再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３の対向流を生成するスプリット・フロー再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。特に、本発明のスプリット・フロー再生では、硬度リーク防止領域３１３に対して特定の再生レベルとなる量の塩水Ｗ３を供給することから、硬度リーク防止領域３１３を含む陽イオン交換樹脂床３１１の下側領域を十分に再生できる。
【００４８】
再生プロセスＳＴ３の終了後に実施される押出プロセスＳＴ４では、図４（ｂ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させる。同時に、原水Ｗ１を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を上昇流で通過させる。これにより、原水Ｗ１の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１に導入された塩水Ｗ３を押し出す。陽イオン交換樹脂床３１１を通過した原水Ｗ１は、中間部スクリーン３２３から集液される。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる。
【００４９】
再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して、スプリット・フロー再生が行われる。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１の全体がほぼ均等に再生されるが、特に硬度リーク防止領域３１３を含む下側領域を十分に再生できる。従って、軟化プロセスＳＴ１では、純度の高い軟水Ｗ２の採水量を最大限にまで高められる。また、スプリット・フロー再生では、再生剤の押し出しに原水を使用しつつも、押出量を制限している。このため、硬度リーク防止領域３１３の汚染がほとんどなく、目標純度の軟水Ｗ２を製造できる。
【００５０】
この再生プロセスＳＴ３を実施することにより、後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給した場合に、硬度リーク量が０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の高純度の軟水Ｗ２を製造できる。
【００５１】
なお、逆洗浄プロセスＳＴ２、リンス・プロセスＳＴ５、及び補水プロセスＳＴ６については、図示による説明を省略する。
【００５２】
再び、図１を参照しながら水処理システム１の構成について説明する。
塩水タンク４は、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を貯留する。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブ３２と連通し、プロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００５３】
塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ３２に組み込まれている。塩水弁において、弁体の駆動部は、制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、再生プロセスＳＴ３において、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を圧力タンク３１へ送出する。
【００５４】
温度センサ５は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２の温度を検出する機器である。温度センサ５は、接続部Ｊ１において軟水ラインＬ２に接続されている。また、温度センサ５は、制御部１０と電気的に接続されている。温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の温度（以下、「検出温度値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００５５】
加圧ポンプ６は、硬水軟化装置３から送出された軟水Ｗ２を吸入し、ＲＯ膜モジュール８に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ６は、インバータ７（後述）と電気的に接続されている。加圧ポンプ６には、インバータ７から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ６は、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。
【００５６】
インバータ７は、加圧ポンプ６に周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ７は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ７には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ７は、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を加圧ポンプ６に出力する。
【００５７】
ＲＯ膜モジュール８は、硬水軟化装置３により製造された軟水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ５と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ６とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール８は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール８は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ５及び濃縮水Ｗ６を製造する。ＲＯ膜モジュール８の一次側入口ポートは、軟水ラインＬ２を介して硬水軟化装置３（プロセス制御バルブ３２）の下流側に接続されている。
【００５８】
ＲＯ膜モジュール８の二次側ポートには、透過水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた透過水Ｗ５は、透過水ラインＬ５を介して需要箇所等に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８の一次側出口ポートには、濃縮水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた濃縮水Ｗ６は、濃縮水ラインＬ６を介して、ＲＯ膜モジュール８の外に排出される。濃縮水ラインＬ６の下流側には、第１排水バルブ１１、第２排水バルブ１２及び第３排水バルブ１３（後述）が接続されている。
【００５９】
なお、濃縮水ラインＬ６から排出された濃縮水Ｗ６の一部を、加圧ポンプ６の上流側における軟水ラインＬ２に還流させてもよい。濃縮水Ｗ６の一部を軟水ラインＬ２に還流させることにより、ＲＯ膜モジュール８の表面での水流速を所定範囲に保つことができる。
【００６０】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール８は、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有する。この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となる性能を有する。
【００６１】
このような性能に設定された逆浸透膜は、淡水の脱塩処理において、供給水の硬度が低いほど、電気伝導率（ＥＣ）で評価したときの塩除去率（すなわち、（供給水ＥＣ−透過水ＥＣ）／供給水ＥＣ×１００）が高くなる。そのため、スプリット・フロー再生を行う硬水軟化装置３で製造された高純度の軟水Ｗ２（実力値として、０．８ｍｇＣａＣＯ３以下）を恒常的に供給することで、高い塩除去率（通常、９８．５％以上）を維持できる。
【００６２】
操作圧力とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール８の一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。回収率とは、ＲＯ膜モジュール８への供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑｆに対する透過水の流量Ｑｐの割合（すなわち、Ｑｐ／Ｑｆ×１００）をいう。
【００６３】
水透過係数は、透過水の流量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値である（後述の式（３）を参照）。水透過係数は、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される。有効圧力は、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力（背圧）を差し引いた圧力である（後述の式（４）を参照）。
【００６４】
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値である。塩除去率は、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、供給水の濃度Ｃｆ及び透過水の濃度Ｃｐから、（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００により求められる。
【００６５】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００６６】
流量センサ９は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量を検出する機器である。流量センサ９は、接続部Ｊ２において透過水ラインＬ５に接続されている。流量センサ９は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００６７】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、濃縮水ラインＬ６から排出された濃縮水Ｗ６の排水流量を調節する弁である。上述した濃縮水ラインＬ６の下流側は、分岐部Ｊ３及びＪ４において、第１排水ラインＬ１１、第２排水ラインＬ１２及び第３排水ラインＬ１３に分岐している。
【００６８】
第１排水ラインＬ１１には、第１排水バルブ１１が設けられている。第２排水ラインＬ１２には、第２排水バルブ１２が設けられている。第３排水ラインＬ１３には、第３排水バルブ１３が設けられている。
【００６９】
第１排水バルブ１１は、第１排水ラインＬ１１を開閉することができる。第２排水バルブ１２は、第２排水ラインＬ１２を開閉することができる。第３排水バルブ１３は、第３排水ラインＬ１３を開閉することができる。
【００７０】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、それぞれ定流量弁機構（不図示）を備える。定流量弁機構は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３において、それぞれ異なる流量値に設定されている。例えば、第１排水バルブ１１は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が９５％となるように排水流量が設定されている。第２排水バルブ１２は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が９０％となるように排水流量が設定されている。第３排水バルブ１３は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が８０％となるように排水流量が設定されている。
【００７１】
濃縮水ラインＬ６から排出される濃縮水Ｗ６の排水流量は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、段階的に調節できる。例えば、第２排水バルブ１２のみを開状態とし、第１排水バルブ１１及び第３排水バルブ１３を閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール８の回収率を９０％とすることができる。また、第１排水バルブ１１及び第２排水バルブ１２を開状態とし、第３排水バルブ１３のみを閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール８の回収率を８５％とすることができる。従って、本実施形態において、濃縮水Ｗ６の排水流量は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、回収率を６５％〜９５％までの間で、５％毎に段階的に調節できる。
【００７２】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、それぞれ制御部１０と電気的に接続されている。第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。
【００７３】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２の動作を制御する。制御部１０のメモリには、第１実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。制御部１０のＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する。
【００７４】
また、制御部１０は、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、透過水Ｗ５の検出流量値をフィードバック値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０は、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう）。この流量フィードバック制御は、流量センサ９により透過水Ｗ５の流量が正常に検出されているときに実行される制御モードである。
【００７５】
ここで、制御部１０による流量フィードバック水量制御について説明する。図５は、制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００７６】
図５に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【００７７】
ステップＳＴ１０２において、制御部１０は、内部のタイマ（不図示）による計時ｔが制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ１０３へ移行する。また、ステップＳＴ１０２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０２へ戻る。
【００７８】
ステップＳＴ１０３（ステップＳＴ１０２：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の検出流量値Ｑｐを取得する。
【００７９】
ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、ステップＳＴ１０３で取得した検出流量値（フィードバック値）ＱｐとステップＳＴ１０１で取得した目標流量値Ｑｐ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕを演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。
【００８０】
ステップＳＴ１０５において、制御部１０は、操作量Ｕ、目標流量値Ｑｐ´及び加圧ポンプ６の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
【００８１】
ステップＳＴ１０６において、制御部１０は、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ１０１へリターンする）。
【００８２】
また、制御部１０は、軟水Ｗ２の温度に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「温度フィードフォワード回収率制御」ともいう）。この温度フィードフォワード回収率制御は、上述した流量フィードバック水量制御と並行して実行される。
【００８３】
次に、制御部１０による温度フィードフォワード回収率制御について説明する。図６は、制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００８４】
図６に示すステップＳＴ２０１において、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【００８５】
ステップＳＴ２０２において、制御部１０は、軟水Ｗ２のシリカ（ＳｉＯ２）濃度Ｃｓを取得する。このシリカ濃度Ｃｓは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。軟水Ｗ２のシリカ濃度は、事前に軟水Ｗ２を水質分析することにより得ることができる。なお、軟水ラインＬ２において、不図示のセンサにより軟水Ｗ２のシリカ濃度を計測してもよい。
【００８６】
ステップＳＴ２０３において、制御部１０は、温度センサ５から軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ２０４において、制御部１０は、取得した検出温度値Ｔに基づいて、水に対するシリカ溶解度Ｓｓを決定する。
【００８７】
ステップＳＴ２０５において、制御部１０は、前のステップで取得又は決定したシリカ濃度Ｃｓ、及びシリカ溶解度Ｓｓに基づいて、濃縮水Ｗ６におけるシリカの許容濃縮倍率Ｎｓを演算する。シリカの許容濃縮倍率Ｎｓは、下記の式（１）により求めることができる。
Ｎｓ＝Ｓｓ／Ｃｓ （１）
【００８８】
例えば、シリカ濃度Ｃｓが２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、２５℃におけるシリカ溶解度Ｓｓが１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、許容濃縮倍率Ｎｓは“５”となる。
【００８９】
ステップＳＴ２０６において、制御部１０は、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、及び許容濃縮倍率Ｎｓに基づいて、回収率が最大となる排水流量（目標排水流量Ｑｄ´）を演算する。目標排水流量Ｑｄ´は、下記の式（２）により求めることができる。
Ｑｄ´＝Ｑｐ´／（Ｎｓ−１） （２）
【００９０】
ステップＳＴ２０７において、制御部１０は、濃縮水Ｗ６の実際排水流量ＱｄがステップＳＴ２０６で演算した目標排水流量Ｑｄ´となるように、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ２０１へリターンする）。
【００９１】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
【００９２】
第１実施形態に係る水処理システム１において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１は、再生プロセスＳＴ３を含んで運転される。再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３が陽イオン交換樹脂床３１１の頂部スクリーン３２１及び底部スクリーン３２２へそれぞれ配液され、且つ中間部スクリーン３２３で集液される。これにより、塩水Ｗ３の対向流が生成され、陽イオン交換樹脂床３１１の全体が再生される。そのため、水処理システム１においては、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水Ｗ２を実用的な採水量の範囲で最大限に得ることができる。
【００９３】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部をベースとして深さＤ２（図２参照）が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１において、硬度リークの防止に重要な出口領域である硬度リーク防止領域３１３をほぼ完全に再生することができる。これによれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として硬度レベルの高い劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度リーク量を極限にまで抑制した高純度の軟水Ｗ２を得ることができる。
【００９４】
従って、第１実施形態に係る水処理システム１によれば、ＲＯ膜モジュール８に対して高純度の軟水Ｗ２を恒常的に供給することができる。このため、水処理システム１においては、ＲＯ膜モジュール８におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制することができる。また、水処理システム１においては、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる。
【００９５】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、流量フィードバック水量制御と並行して温度フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１においては、透過水Ｗ５の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール８におけるシリカ系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【００９６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図７を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と重複する説明を適宜に省略する。
【００９７】
図７に示すように、第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、温度センサ５と、加圧ポンプ６と、インバータ７と、ＲＯ膜モジュール８と、を備える。また、水処理システム１Ａは、制御部１０Ａと、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、硬度測定手段としての硬度センサ１４と、圧力検出手段としての圧力センサ１５と、を備える。
【００９８】
硬度センサ１４は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２のカルシウム硬度（硬度リーク量：炭酸カルシウム換算値）を測定する機器である。硬度センサ１４は、接続部Ｊ２において軟水ラインＬ２に接続されている。硬度センサ１４は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。硬度センサ１４で測定された軟水Ｗ２のカルシウム硬度（以下、「測定硬度値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００９９】
圧力センサ１５は、加圧ポンプ６の吐出圧力（運転圧力）を検出する機器である。圧力センサ１５は、加圧ポンプ６の吐出側近傍に設けられた接続部Ｊ５において、軟水ラインＬ２に接続されている。本実施形態では、加圧ポンプ６から吐出された直後の軟水Ｗ２の圧力を、加圧ポンプ６の吐出圧力とする。圧力センサ１５は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。圧力センサ１５で検出された軟水Ｗ２の圧力（以下、「検出圧力値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【０１００】
制御部１０Ａは、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０Ａは、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２（図２参照）の動作を制御する。制御部１０Ａのメモリには、第２実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する（図３参照）。
【０１０１】
また、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、加圧ポンプ６の検出圧力値をフィードバック値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０Ａは、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「圧力フィードバック水量制御」ともいう）。
【０１０２】
ここで、制御部１０Ａによる圧力水量フィードバック制御について説明する。図８は、制御部１０Ａが圧力フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１０３】
図８に示すステップＳＴ３０１において、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１０４】
ステップＳＴ３０２において、制御部１０Ａは、ＲＯ膜モジュール８の基準温度（２５℃）における水透過係数Ｌｐを取得する。この水透過係数Ｌｐは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１０５】
なお、この圧力フィードバック水量制御を、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。その場合、水透過係数Ｌｐは、流量センサ９（図１参照）の故障が発生する直前の演算値でもよい。
【０１０６】
基準温度における水透過係数Ｌｐの演算値は、下記の式（３）及び（４）に基づいて求めることができる。
Ｌｐ＝Ｑｐ／（Ｋ・Ａ・Ｐｅ） （３）
（但し、Ｋ：温度補正係数、Ａ：ＲＯ膜モジュール８の膜面積、Ｐｅ：有効圧力）
Ｐｅ＝Ｐｄ−（ΔＰ１／２）−Ｐ２−Δπ＋Ｐｓ （４）
（但し、Ｐｄ：加圧ポンプ６の吐出圧力、ΔＰ１：ＲＯ膜モジュール８の一次側における差圧、Ｐ２：ＲＯ膜モジュール８の二次側における背圧、Δπ：ＲＯ膜モジュール８の浸透圧差、Ｐｓ：加圧ポンプ６の吸入側における圧力）
【０１０７】
式（３）において、温度補正係数Ｋは、温度センサ５の検出温度値Ｔの関数である。膜面積Ａは、逆浸透膜エレメントの使用本数により定まるので、予め設定した値を使用することができる。式（４）による有効圧力Ｐｅの計算において、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、及びＰｓの各値は、定常運転中は、ほぼ一定と看做せるため、予め設定した値を使用することができる。従って、膜分離装置の運転中に、温度センサ５の検出温度値Ｔ、流量センサ９の検出流量値Ｑｐ、及び圧力センサ１５の検出圧力値Ｐｄからなる少なくとも３つのパラメータを取得すれば、基準温度における水透過係数Ｌｐを演算することができる。
【０１０８】
ステップＳＴ３０３において、制御部１０Ａは、温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ３０４において、制御部１０Ａは、ステップＳＴ３０３で取得した検出温度値Ｔに基づいて、温度補正係数Ｋを演算する。
【０１０９】
ステップＳＴ３０５において、制御部１０Ａは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、水透過係数Ｌｐ、温度補正係数Ｋ、及び所要の設定値（Ａ、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、Ｐｓ）を用いて、上記の式（３）及び（４）に基づいて、加圧ポンプ６の吐出圧力Ｐｄ´を演算する。そして、この吐出圧力Ｐｄ´の演算値を目標圧力値として設定する。
【０１１０】
ステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａは、内部のタイマ（不図示）による計時が制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａにより、タイマによる計時が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ３０７へ移行する。また、ステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａにより、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ３０６へ戻る。
【０１１１】
ステップＳＴ３０７（ステップＳＴ３０６：ＹＥＳ判定）において、制御部１０Ａは、圧力センサ１５で検出された加圧ポンプ６の検出圧力値Ｐｄを取得する。
【０１１２】
ステップＳＴ３０８において、制御部１０Ａは、ステップＳＴ３０７で取得した検出圧力値（フィードバック値）ＰｄとステップＳＴ３０５で設定した目標圧力値Ｐｄ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕを演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。
【０１１３】
ステップＳＴ３０９において、制御部１０Ａは、操作量Ｕ、目標圧力値Ｐｄ´及び加圧ポンプ６の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
【０１１４】
ステップＳＴ３１０において、制御部１０Ａは、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ３１１において、制御部１０Ａは、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ３０１へリターンする）。
【０１１５】
また、制御部１０Ａは、軟水Ｗ２の硬度に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「水質フィードフォワード回収率制御」ともいう）。この水質フィードフォワード回収率制御は、上述した圧力フィードバック水量制御と並行して実行される。
【０１１６】
次に、制御部１０Ａによる水質フィードフォワード回収率制御について説明する。図９は、制御部１０Ａが水質フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１１７】
図９に示すステップＳＴ４０１において、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
ステップＳＴ４０２において、制御部１０Ａは、硬度センサ１４で測定された軟水Ｗ２の測定硬度値Ｃｃを取得する。
【０１１８】
ステップＳＴ４０３において、制御部１０Ａは、水に対する炭酸カルシウム溶解度Ｓｃを取得する。この炭酸カルシウム溶解度Ｓｃは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。尚、水に対する炭酸カルシウム溶解度は、通常の運転温度（５〜３５℃）では、ほぼ一定値と看做せる。
【０１１９】
ステップＳＴ４０４において、制御部１０Ａは、前のステップで取得した測定硬度値Ｃｃ、及び炭酸カルシウム溶解度Ｓｃに基づいて、濃縮水Ｗ６における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃを演算する。炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃは、下記の式（５）により求めることができる。
Ｎｃ＝Ｓｃ／Ｃｃ （５）
【０１２０】
例えば、測定硬度値Ｃｃが３ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、２５℃における炭酸カルシウム溶解度Ｓｃが１５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌであれば、許容濃縮倍率Ｎｃは“５”となる。
【０１２１】
ステップＳＴ４０５において、制御部１０Ａは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、及び許容濃縮倍率Ｎｃに基づいて、回収率が最大となる排水流量（目標排水流量Ｑｄ´）を演算する。目標排水流量Ｑｄ´は、下記の式（６）により求めることができる。
Ｑｄ´＝Ｑｐ´／（Ｎｃ−１） （６）
【０１２２】
ステップＳＴ４０６において、制御部１０Ａは、濃縮水Ｗ６の実際排水流量ＱｄがステップＳＴ４０５で演算した目標排水流量Ｑｄ´となるように第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ４０１へリターンする）。
【０１２３】
上述した第２実施形態に係る水処理システム１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいて、制御部１０Ａは、圧力フィードバック水量制御により透過水Ｗ５の流量を制御する。この圧力フィードバック水量制御は、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、第１実施形態の流量フィードバック水量制御の実行中において、流量センサ９（図１参照）に故障が発生した場合でも、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ５を製造することができる。
【０１２４】
また、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいて、制御部１０Ａは、水質フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１Ａにおいては、硬水軟化装置３の再生不良等により硬度リーク量が増加した場合でも、透過水Ｗ５の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール８における炭酸カルシウム系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【０１２５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る水処理システム１Ｂについて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。第３実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と重複する説明を適宜に省略する。
【０１２６】
図１０に示すように、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、温度センサ５と、加圧ポンプ６と、インバータ７と、ＲＯ膜モジュール８と、を備える。また、水処理システム１Ｂは、制御部１０Ｂと、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、電気伝導率測定手段としての電気伝導率センサ１６と、を備える。
【０１２７】
電気伝導率センサ１６は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の電気伝導率を測定する機器である。電気伝導率センサ１６は、接続部Ｊ２において透過水ラインＬ５に接続されている。電気伝導率センサ１６は、制御部１０Ｂと電気的に接続されている。電気伝導率センサ１６で測定された透過水Ｗ５の電気伝導率（以下、「測定電気伝導率値」ともいう）は、制御部１０Ｂへ検出信号として送信される。
【０１２８】
制御部１０Ｂは、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０Ｂは、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２（図２参照）の動作を制御する。制御部１０Ｂのメモリには、第３実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する（図３参照）。
【０１２９】
また、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、温度センサ５の検出温度値をフィードフォワード値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０Ｂは、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「温度フィードフォワード水量制御」ともいう）。
【０１３０】
ここで、制御部１０Ｂによる温度フィードフォワード水量制御について説明する。図１１は、制御部１０Ｂが温度フィードフォワード水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１３１】
図１１に示すステップＳＴ５０１において、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１３２】
ステップＳＴ５０２において、制御部１０Ｂは、ＲＯ膜モジュール８の基準温度（２５℃）における水透過係数Ｌｐを取得する。この水透過係数Ｌｐは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１３３】
なお、この温度フィードフォワード水量制御を、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。その場合、水透過係数Ｌｐは、流量センサ９（図１参照）の故障が発生する直前の演算値でもよい。基準温度における水透過係数Ｌｐは、第２実施形態で説明した手法により演算することができる。
【０１３４】
ステップＳＴ５０３において、制御部１０Ｂは、温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ５０４において、制御部１０Ｂは、ステップＳＴ５０３で取得した検出温度値Ｔに基づいて、温度補正係数Ｋを演算する。
【０１３５】
ステップＳＴ５０５において、制御部１０Ｂは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、水透過係数Ｌｐ、温度補正係数Ｋ、及び所要の設定値（Ａ、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、Ｐｓ）を用いて、第２実施形態で説明した式（３）及び（４）に基づいて、加圧ポンプ６の吐出圧力Ｐｄ´を演算する。
【０１３６】
ステップＳＴ５０６において、制御部１０Ｂは、吐出圧力Ｐｄ´の演算値を用いて、下記の式（７）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
Ｆ＝ａ・Ｐｄ´２＋ｂ・Ｐｄ´＋ｃ （７）
（但し、ａ，ｂ，ｃ：加圧ポンプ６の仕様により定まる係数）
【０１３７】
ステップＳＴ５０７において、制御部１０Ｂは、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ５０８において、制御部１０Ｂは、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ５０１へリターンする）。
【０１３８】
また、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の電気伝導率に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「水質フィードバック回収率制御」ともいう）。この水質フィードバック回収率制御は、上述した温度フィードフォワード水量制御と並行して実行される。
【０１３９】
次に、制御部１０Ｂによる水質フィードバック回収率制御について説明する。図１２は、制御部１０Ｂが水質フィードバック回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１４０】
図１２に示すステップＳＴ６０１において、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の目標電気伝導率値Ｅｐ´を取得する。目標電気伝導率値Ｅｐ´は、透過水Ｗ５に要求される純度の指標である。目標電気伝導率値Ｅｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１４１】
ステップＳＴ６０２において、制御部１０Ｂは、電気伝導率センサ１６で測定された透過水Ｗ５の測定電気伝導率値Ｅｐを取得する。
【０１４２】
ステップＳＴ６０３において、制御部１０Ｂは、ステップＳＴ６０２で取得した測定電気伝導率値（フィードバック値）ＥｐとステップＳＴ３０１で取得した目標電気伝導率値Ｅｐ´との偏差がゼロとなるように、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。すなわち、濃縮水Ｗ６の排水流量を段階的に増減させることにより、要求純度の透過水Ｗ５が得られるように、膜表面の溶存塩類の濃度を変化させる。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ６０１へリターンする）。
【０１４３】
上述した第３実施形態に係る水処理システム１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂでは、温度フィードフォワード水量制御により透過水Ｗ５の流量を制御する。この温度フィードフォワード水量制御は、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、第１実施形態の流量フィードバック水量制御の実行中において、流量センサ９（図１参照）に故障が発生した場合でも、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ５を製造することができる。
【０１４４】
また、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂにおいて、制御部１０Ｂは、水質フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１Ｂにおいては、透過水Ｗ５に要求される水質を満たしつつ、透過水Ｗ５の回収率を最大限にまで高めることができる。
【０１４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、第１実施形態では、温度フィードフォワード回収率制御において、軟水Ｗ２のシリカ濃度を取得する例について説明した。これに限らず、原水Ｗ１のシリカ濃度を取得してもよい。
【０１４６】
第２実施形態では、水質フィードフォワード回収率制御において、炭酸カルシウムの許容濃縮倍率及び透過水Ｗ５の目標流量値に基づいて、回収率が最大となる排水流量を算出する例について説明した。これに限らず、次のような手法を採用してもよい。すなわち、炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃとシリカの許容濃縮倍率Ｎｓとを比較し、小さい側の許容濃縮倍率を選択する。そして、選択した許容濃縮倍率及び透過水Ｗ５の目標流量値に基づいて、回収率が最大となる排水流量を算出する。
【０１４７】
第１〜第３実施形態では、ＲＯ膜モジュール８に供給される軟水Ｗ２の温度を検出する例について説明した。これに限らず、ＲＯ膜モジュール８で得られた透過水Ｗ５の温度を検出してもよい。また、ＲＯ膜モジュール８で得られた濃縮水Ｗ６の温度を検出してもよい。
【０１４８】
第１〜第３実施形態では、各回収率制御において、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を段階的に調節する例について説明した。これに限らず、濃縮水ラインＬ６に比例制御バルブを設けた構成としてもよい。制御部から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を比例制御バルブに送信して弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を調節することができる。
【０１４９】
また、比例制御バルブを設けた構成において、濃縮水ラインＬ６に流量センサを設けた構成としてもよい。流量センサで検出された流量値を、制御部にフィードバック値として入力する。これにより、濃縮水Ｗ６の実際排水流量をより正確に制御することができる。
【０１５０】
第１実施形態では、流量フィードバック水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた構成としてもよい。
【０１５１】
第２実施形態では、圧力フィードバック水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第１実施形態の流量フィードバック水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。
【０１５２】
第３実施形態では、温度フィードフォワード水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第１実施形態の流量フィードバック水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１５３】
１，１Ａ，１Ｂ 水処理システム
３ 硬水軟化装置
５ 温度センサ（温度検出手段）
６ 加圧ポンプ
７ インバータ
８ ＲＯ膜モジュール
９ 流量センサ（流量検出手段）
１０，１０Ａ，１０Ｂ 制御部
１１ 第１排水バルブ（排水弁）
１２ 第２排水バルブ（排水弁）
１３ 第３排水バルブ（排水弁）
１４ 硬度センサ（硬度測定手段）
１５ 圧力センサ（圧力検出手段）
１６ 電気伝導率センサ（電気伝導率測定手段）
Ｌ１ 原水ライン
Ｌ２ 軟水ライン
Ｌ３ 塩水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５ 透過水ライン
Ｌ６ 濃縮水ライン
Ｗ１ 原水
Ｗ２ 軟水
Ｗ３ 塩水
Ｗ４ 排水
Ｗ５ 透過水
Ｗ６ 濃縮水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬水軟化装置及び逆浸透膜分離装置を備えた水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水は、一般に、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）で処理することにより製造される。
【０００３】
ＲＯ膜により純水を製造する際、原水に含まれる硬度成分がＲＯ膜の表面にスケールとして析出する現象が発生する。また、原水に含まれる懸濁物質（例えば、不溶状態のコロイド状鉄）がＲＯ膜の表面や細孔内に沈着する、いわゆるファウリングと呼ばれる現象も発生する。ＲＯ膜にスケールの析出やファウリングが発生すると、ＲＯ膜の透水能力（水透過係数）が低下する。その結果、透過水の流量が減少する。
【０００４】
そこで、炭酸カルシウム系スケールの析出を抑制するために、ＲＯ膜に軟水を供給するシステムが提案されている。このシステムは、ＲＯ装置の前処理として、陽イオン交換樹脂を用いた硬水軟化装置により、原水（硬水）を軟水化する（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、スケールの析出やファウリングの発生していない状態のＲＯ膜において、水透過係数は、供給される水（以下、「供給水」ともいう）の温度により変化する。ＲＯ膜は、供給水の温度が高くなるほど水透過係数が大きくなる。このため、ＲＯ膜に対して供給水を一定の圧力で供給しても、温度が高くなるほど透過水の流量は増加する。透過水の流量が増加すると、ＲＯ膜の一次側において軟水の濃縮が進行する。
【０００６】
一般に、硬水軟化装置では、原水に含まれるシリカ成分や懸濁物質は除去できない。このため、ＲＯ膜の一次側において軟水の濃縮が進行すると、シリカ系スケールの析出やファウリングが発生しやすくなる。すなわち、ＲＯ膜に軟水を供給した場合、炭酸カルシウム系スケールの析出は抑制できても、温度によってはシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制できない。
【０００７】
そこで、供給水の温度に関わらず、ＲＯ膜における透過水の流量を一定に保つため、流量フィードバック制御を行うシステムが提案されている。この流量フィードバック制御では、ＲＯ膜で製造される透過水の流量が目標値となるように、ＲＯ膜に供給水を送出する加圧ポンプの運転周波数がインバータにより制御される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１０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】
【０００９】
しかし、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水を用いて、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水を製造することは困難であった。また、従来の硬水軟化装置では、劣悪な水質の硬水から高純度の軟水を製造できたとしても、実用的な採水量を確保することは困難であった。このため、ＲＯ膜において、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制することは困難であった。
【００１０】
従って、本発明は、ＲＯ膜におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制しつつ、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる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】
本発明は、原水から軟水を製造する硬水軟化装置と、軟水から透過水を製造する膜分離装置と、を含み、前記硬水軟化装置は、原水又は再生液が供給される陽イオン交換樹脂床と、前記陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を得る軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部をベースとして所定深さに設定された硬度リーク防止領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、を備え、前記膜分離装置は、供給された軟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、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、軟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と、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、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、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号を前記インバータに出力する制御部と、を備える水処理システムに関する。
【００１２】
また、前記膜分離装置は、透過水の流量を検出する流量検出手段を備え、前記制御部は、前記流量検出手段の検出流量値が前記目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１３】
また、前記膜分離装置は、前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値を目標圧力値として設定し、（ｉｉｉ）前記圧力検出手段の検出圧力値が前記目標圧力値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１４】
また、前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値に基づいて、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算することが好ましい。
【００１５】
また、前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、（ｉ）予め取得された原水又は軟水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記膜分離装置は、軟水のカルシウム硬度を測定する硬度測定手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、（ｉ）予め取得された炭酸カルシウム溶解度、及び前記硬度測定手段の測定硬度値に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御することが好ましい。
【００１７】
また、前記膜分離装置は、透過水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、前記制御部は、前記電気伝導率測定手段の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率値となるように、前記排水弁からの排水流量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＲＯ膜におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制しつつ、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。
【図２】硬水軟化装置３の概略断面図である。
【図３】制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ）は制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【図５】第１実施形態の制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。
【図８】第２実施形態の制御部１０Ａが圧力フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の制御部１０Ａが水質フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。
【図１１】第３実施形態の制御部１０Ｂが温度フィードフォワード水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の制御部１０Ｂが水質フィードバック回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
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、図面を参照しながら説明する。水処理システム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。図１は、第１実施形態に係る水処理システム１の全体構成図である。図２は、硬水軟化装置３の概略断面図である。図３は、制御部１０により実行されるプロセスのフローチャートである。図４（ａ），（ｂ）は、制御部１０により実行される基本プロセスを示す説明図である。
【００２１】
図１に示すように、第１実施形態に係る水処理システム１は、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、再生液供給手段としての塩水タンク４と、温度検出手段としての温度センサ５と、を備える。また、水処理システム１は、加圧ポンプ６と、インバータ７と、逆浸透膜モジュールとしてのＲＯ膜モジュール８と、流量検出手段としての流量センサ９と、制御部１０と、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、を備える。このうち、加圧ポンプ６、ＲＯ膜モジュール８、流量センサ９及び制御部１０は、本実施形態における膜分離装置を構成する。また、図１では、電気的な接続の経路を破線で示す。
【００２２】
また、水処理システム１は、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、塩水ラインＬ３と、排水ラインＬ４と、を備える。更に、水処理システム１は、透過水ラインＬ５と、濃縮水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２３】
原水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１の供給源（不図示）に接続されている。一方、原水ラインＬ１の下流側の端部は、硬水軟化装置３のプロセス制御バルブ３２に接続されている。
【００２４】
原水ポンプ２は、原水ラインＬ１に設けられている。原水ポンプ２は、供給源から供給された水道水や地下水等の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に向けて圧送する。原水ポンプ２は、制御部１０と電気的に接続されている。原水ポンプ２の運転（駆動及び停止）は、制御部１０により制御される。
【００２５】
原水ラインＬ１及び原水ポンプ２は、軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を、硬水軟化装置３に供給する。
【００２６】
硬水軟化装置３は、原水Ｗ１に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）を、陽イオン交換樹脂床３１１においてナトリウムイオン（又はカリウムイオン）に置換して軟水Ｗ２を製造する設備である。硬水軟化装置３は、図２に示すように、圧力タンク３１と、弁手段としてのプロセス制御バルブ３２と、を主体に構成されている。
【００２７】
圧力タンク３１は、上部に開口部を有する有底の筒状体である。圧力タンク３１は、開口部が蓋部材で密閉されている。圧力タンク３１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなる陽イオン交換樹脂床３１１、及び濾過砂利からなる支持床３１２が収容されている。
【００２８】
陽イオン交換樹脂床３１１は、原水Ｗ１を軟水化する処理材として機能する。陽イオン交換樹脂床３１１は、圧力タンク３１の内部において、支持床３１２の上部に積層されている。陽イオン交換樹脂床３１１の深さＤ１は、３００〜１５００ｍｍの範囲に設定されている。
【００２９】
支持床３１２は、陽イオン交換樹脂床３１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床３１２は、圧力タンク３１の底部側に収容されている。
【００３０】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン３２１が設けられている。頂部スクリーン３２１は、不図示の第１流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３１】
頂部スクリーン３２１による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン３２１は、陽イオン交換樹脂床３１１の頂部に設けられる頂部配液部及び頂部集液部として機能する。
【００３２】
圧力タンク３１において、陽イオン交換樹脂床３１１の底部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン３２２が設けられている。底部スクリーン３２２は、不図示の第２流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３３】
底部スクリーン３２２による配液位置及び集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部付近に設定される。底部スクリーン３２２は、陽イオン交換樹脂床３１１の底部に設けられる底部配液部及び底部集液部として機能する。
【００３４】
圧力タンク３１において、硬度リーク防止領域３１３（後述）より上部であって、陽イオン交換樹脂床３１１の深さ方向の中間部には、陽イオン交換樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン３２３が設けられている。中間部スクリーン３２３は、不図示の第３流路を介してプロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００３５】
中間部スクリーン３２３による集液位置は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部付近に設定される。中間部スクリーン３２３は、陽イオン交換樹脂床３１１の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。
【００３６】
プロセス制御バルブ３２は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。プロセス制御バルブ３２は、少なくとも、軟化プロセスＳＴ１における原水Ｗ１の流れと、再生プロセスＳＴ３における塩水Ｗ３の流れとを切り換え可能に構成されている。軟化プロセスＳＴ１では、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、原水Ｗ１を下降流で通過させて軟水Ｗ２を製造する。一方、再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。
【００３７】
再生プロセスＳＴ３では、硬度リーク防止領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。ここで、再生レベルとは、単位容積のイオン交換樹脂の再生に使用される再生剤量をいう。再生剤として塩化ナトリウムを用いる場合、１ｅｑは、５８．５ｇに相当する。
【００３８】
硬度リーク防止領域３１３は、軟化プロセスＳＴ１での硬度リークを極力防止するために、陽イオン交換樹脂床３１１において十分に再生する必要のある領域である。硬度リーク防止領域３１３は、図２に示すように、陽イオン交換樹脂床３１１の底部（すなわち、底面）をベースとして深さＤ２が１００ｍｍに設定されている。再生プロセスＳＴ３では、この限定された領域を１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒの再生レベルで再生することにより、硬度リーク量を０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下に維持することができる。
【００３９】
また、プロセス制御バルブ３２は、再生プロセスＳＴ３の後に実行される押出プロセスＳＴ４における原水Ｗ１の流れを切り換え可能に構成されている。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより原水Ｗ１の対向流を生成して、導入された塩水Ｗ３を押し出す。
【００４０】
プロセス制御バルブ３２には、排水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。排水ラインＬ４からは、再生プロセスや押出プロセス等において使用された塩水Ｗ３や原水Ｗ１が排水Ｗ４として排出される。
【００４１】
更に、プロセス制御バルブ３２において、内部に備えられた弁体の駆動部は、制御部１０と信号線を介して電気的に接続されている。プロセス制御バルブ３２における弁の切り換えは、制御部１０により制御される。
【００４２】
ここで、硬水軟化装置３において実施される各プロセスについて説明する。
本実施形態の水処理システム１において、後述する制御部１０は、プロセス制御バルブ３２の流路を切り換えることにより、図３に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ６の運転を実施する。
【００４３】
（ＳＴ１）原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させる軟化プロセス
（ＳＴ２）洗浄水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ３を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止領域３１３に対して下から上へ通過させる再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１に対して上から下へ通過させると共に、原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の主に硬度リーク防止領域３１３に対して下から上へ通過させる押出プロセス
（ＳＴ５）濯ぎ水としての原水Ｗ１を陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（ＳＴ６）補給水としての原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
【００４４】
次に、上記プロセスＳＴ１〜ＳＴ６のうち、主要なプロセスである軟化プロセスＳＴ１、再生プロセスＳＴ３、及び押出プロセスＳＴ４の運転方法について説明する。
【００４５】
軟化プロセスＳＴ１では、図４（ａ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させて、軟水Ｗ２を製造する。製造された軟水Ｗ２は、底部スクリーン３２２から集液される。再生プロセスＳＴ３後の軟化プロセスＳＴ１では、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給する。
【００４６】
再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を下降流で通過させる。同時に、塩水Ｗ３を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、塩水Ｗ３を上昇流で通過させる。これにより、塩水Ｗ３の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する。再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して０．７〜２ｍ／ｈの線速度で通過させる。また、硬度リーク防止領域３１３に対しては、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。
【００４７】
陽イオン交換樹脂床３１１を再生した使用済みの塩水Ｗ３は、中間部スクリーン３２３から集液される。この再生プロセスＳＴ３では、塩水Ｗ３の対向流を生成するスプリット・フロー再生により、陽イオン交換樹脂床３１１の全体を再生させる。特に、本発明のスプリット・フロー再生では、硬度リーク防止領域３１３に対して特定の再生レベルとなる量の塩水Ｗ３を供給することから、硬度リーク防止領域３１３を含む陽イオン交換樹脂床３１１の下側領域を十分に再生できる。
【００４８】
再生プロセスＳＴ３の終了後に実施される押出プロセスＳＴ４では、図４（ｂ）に示すように、原水Ｗ１を頂部スクリーン３２１から配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を下降流で通過させる。同時に、原水Ｗ１を底部スクリーン３２２からも配液して、陽イオン交換樹脂床３１１に対し、原水Ｗ１を上昇流で通過させる。これにより、原水Ｗ１の対向流を生成して、陽イオン交換樹脂床３１１に導入された塩水Ｗ３を押し出す。陽イオン交換樹脂床３１１を通過した原水Ｗ１は、中間部スクリーン３２３から集液される。押出プロセスＳＴ４では、原水Ｗ１を、陽イオン交換樹脂床３１１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの線速度、且つ０．４〜２．５ＢＶの押出量で通過させる。
【００４９】
再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の全体に対して、スプリット・フロー再生が行われる。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１の全体がほぼ均等に再生されるが、特に硬度リーク防止領域３１３を含む下側領域を十分に再生できる。従って、軟化プロセスＳＴ１では、純度の高い軟水Ｗ２の採水量を最大限にまで高められる。また、スプリット・フロー再生では、再生剤の押し出しに原水を使用しつつも、押出量を制限している。このため、硬度リーク防止領域３１３の汚染がほとんどなく、目標純度の軟水Ｗ２を製造できる。
【００５０】
この再生プロセスＳＴ３を実施することにより、後の軟化プロセスＳＴ１において、電気伝導率が１５０ｍＳ／ｍ以下、且つ全硬度が５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水Ｗ１を供給した場合に、硬度リーク量が０．８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の高純度の軟水Ｗ２を製造できる。
【００５１】
なお、逆洗浄プロセスＳＴ２、リンス・プロセスＳＴ５、及び補水プロセスＳＴ６については、図示による説明を省略する。
【００５２】
再び、図１を参照しながら水処理システム１の構成について説明する。
塩水タンク４は、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を貯留する。塩水タンク４には、塩水ラインＬ３の上流側の端部が接続されている。塩水ラインＬ３の下流側の端部は、プロセス制御バルブ３２と連通し、プロセス制御バルブ３２を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。
【００５３】
塩水ラインＬ３には、塩水弁（不図示）が設けられている。塩水弁は、塩水ラインＬ３を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ３２に組み込まれている。塩水弁において、弁体の駆動部は、制御部１０と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部１０により制御される。塩水タンク４は、再生プロセスＳＴ３において、陽イオン交換樹脂床３１１を再生する塩水Ｗ３を圧力タンク３１へ送出する。
【００５４】
温度センサ５は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２の温度を検出する機器である。温度センサ５は、接続部Ｊ１において軟水ラインＬ２に接続されている。また、温度センサ５は、制御部１０と電気的に接続されている。温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の温度（以下、「検出温度値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００５５】
加圧ポンプ６は、硬水軟化装置３から送出された軟水Ｗ２を吸入し、ＲＯ膜モジュール８に向けて吐出する装置である。加圧ポンプ６は、インバータ７（後述）と電気的に接続されている。加圧ポンプ６には、インバータ７から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ６は、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動される。
【００５６】
インバータ７は、加圧ポンプ６に周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路である。インバータ７は、制御部１０と電気的に接続されている。インバータ７には、制御部１０から電流値信号が入力される。インバータ７は、入力された電流値信号に対応する駆動周波数を加圧ポンプ６に出力する。
【００５７】
ＲＯ膜モジュール８は、硬水軟化装置３により製造された軟水Ｗ２を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ５と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ６とに膜分離処理する設備である。ＲＯ膜モジュール８は、単一又は複数のＲＯ膜エレメント（不図示）を備える。ＲＯ膜モジュール８は、これらＲＯ膜エレメントにより軟水Ｗ２を膜分離処理し、透過水Ｗ５及び濃縮水Ｗ６を製造する。ＲＯ膜モジュール８の一次側入口ポートは、軟水ラインＬ２を介して硬水軟化装置３（プロセス制御バルブ３２）の下流側に接続されている。
【００５８】
ＲＯ膜モジュール８の二次側ポートには、透過水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた透過水Ｗ５は、透過水ラインＬ５を介して需要箇所等に送出される。また、ＲＯ膜モジュール８の一次側出口ポートには、濃縮水ラインＬ６の上流側の端部が接続されている。ＲＯ膜モジュール８で得られた濃縮水Ｗ６は、濃縮水ラインＬ６を介して、ＲＯ膜モジュール８の外に排出される。濃縮水ラインＬ６の下流側には、第１排水バルブ１１、第２排水バルブ１２及び第３排水バルブ１３（後述）が接続されている。
【００５９】
なお、濃縮水ラインＬ６から排出された濃縮水Ｗ６の一部を、加圧ポンプ６の上流側における軟水ラインＬ２に還流させてもよい。濃縮水Ｗ６の一部を軟水ラインＬ２に還流させることにより、ＲＯ膜モジュール８の表面での水流速を所定範囲に保つことができる。
【００６０】
本実施形態におけるＲＯ膜モジュール８は、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜（不図示）を有する。この逆浸透膜は、濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０、温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力０．７ＭＰａ、回収率１５％で供給したときの水透過係数が、１．５×１０−１１ｍ３・ｍ−２・ｓ−１・Ｐａ−１以上、且つ塩除去率が９９％以上となる性能を有する。
【００６１】
このような性能に設定された逆浸透膜は、淡水の脱塩処理において、供給水の硬度が低いほど、電気伝導率（ＥＣ）で評価したときの塩除去率（すなわち、（供給水ＥＣ−透過水ＥＣ）／供給水ＥＣ×１００）が高くなる。そのため、スプリット・フロー再生を行う硬水軟化装置３で製造された高純度の軟水Ｗ２（実力値として、０．８ｍｇＣａＣＯ３以下）を恒常的に供給することで、高い塩除去率（通常、９８．５％以上）を維持できる。
【００６２】
操作圧力とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、ＲＯ膜モジュール８の一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。回収率とは、ＲＯ膜モジュール８への供給水（ここでは塩化ナトリウム水溶液）の流量Ｑｆに対する透過水の流量Ｑｐの割合（すなわち、Ｑｐ／Ｑｆ×１００）をいう。
【００６３】
水透過係数は、透過水の流量［ｍ３／ｓ］を膜面積［ｍ２］及び有効圧力［Ｐａ］で除した値である（後述の式（３）を参照）。水透過係数は、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、ＪＩＳ Ｋ３８０２−１９９５「膜用語」で定義される。有効圧力は、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差及び二次側圧力（背圧）を差し引いた圧力である（後述の式（４）を参照）。
【００６４】
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度（ここでは塩化ナトリウム濃度）から計算される値である。塩除去率は、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、供給水の濃度Ｃｆ及び透過水の濃度Ｃｐから、（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００により求められる。
【００６５】
本実施形態の水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製：型式名「ＴＭＧ２０−４００」、ウンジン・ケミカル社製：型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＦ」、日東電工社製：型式名「ＥＳＰＡ１」等を用いることができる。
【００６６】
流量センサ９は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の流量を検出する機器である。流量センサ９は、接続部Ｊ２において透過水ラインＬ５に接続されている。流量センサ９は、制御部１０と電気的に接続されている。流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部１０へ検出信号として送信される。
【００６７】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、濃縮水ラインＬ６から排出された濃縮水Ｗ６の排水流量を調節する弁である。上述した濃縮水ラインＬ６の下流側は、分岐部Ｊ３及びＪ４において、第１排水ラインＬ１１、第２排水ラインＬ１２及び第３排水ラインＬ１３に分岐している。
【００６８】
第１排水ラインＬ１１には、第１排水バルブ１１が設けられている。第２排水ラインＬ１２には、第２排水バルブ１２が設けられている。第３排水ラインＬ１３には、第３排水バルブ１３が設けられている。
【００６９】
第１排水バルブ１１は、第１排水ラインＬ１１を開閉することができる。第２排水バルブ１２は、第２排水ラインＬ１２を開閉することができる。第３排水バルブ１３は、第３排水ラインＬ１３を開閉することができる。
【００７０】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、それぞれ定流量弁機構（不図示）を備える。定流量弁機構は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３において、それぞれ異なる流量値に設定されている。例えば、第１排水バルブ１１は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が９５％となるように排水流量が設定されている。第２排水バルブ１２は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が９０％となるように排水流量が設定されている。第３排水バルブ１３は、開状態において、ＲＯ膜モジュール８の回収率が８０％となるように排水流量が設定されている。
【００７１】
濃縮水ラインＬ６から排出される濃縮水Ｗ６の排水流量は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、段階的に調節できる。例えば、第２排水バルブ１２のみを開状態とし、第１排水バルブ１１及び第３排水バルブ１３を閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール８の回収率を９０％とすることができる。また、第１排水バルブ１１及び第２排水バルブ１２を開状態とし、第３排水バルブ１３のみを閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール８の回収率を８５％とすることができる。従って、本実施形態において、濃縮水Ｗ６の排水流量は、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、回収率を６５％〜９５％までの間で、５％毎に段階的に調節できる。
【００７２】
第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３は、それぞれ制御部１０と電気的に接続されている。第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３における弁体の開閉は、制御部１０からの駆動信号により制御される。
【００７３】
制御部１０は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０は、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２の動作を制御する。制御部１０のメモリには、第１実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。制御部１０のＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、上述した軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する。
【００７４】
また、制御部１０は、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、透過水Ｗ５の検出流量値をフィードバック値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０は、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう）。この流量フィードバック制御は、流量センサ９により透過水Ｗ５の流量が正常に検出されているときに実行される制御モードである。
【００７５】
ここで、制御部１０による流量フィードバック水量制御について説明する。図５は、制御部１０が流量フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００７６】
図５に示すステップＳＴ１０１において、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【００７７】
ステップＳＴ１０２において、制御部１０は、内部のタイマ（不図示）による計時ｔが制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ１０２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ１０３へ移行する。また、ステップＳＴ１０２において、制御部１０により、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ１０２へ戻る。
【００７８】
ステップＳＴ１０３（ステップＳＴ１０２：ＹＥＳ判定）において、制御部１０は、流量センサ９で検出された透過水Ｗ５の検出流量値Ｑｐを取得する。
【００７９】
ステップＳＴ１０４において、制御部１０は、ステップＳＴ１０３で取得した検出流量値（フィードバック値）ＱｐとステップＳＴ１０１で取得した目標流量値Ｑｐ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕを演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。
【００８０】
ステップＳＴ１０５において、制御部１０は、操作量Ｕ、目標流量値Ｑｐ´及び加圧ポンプ６の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
【００８１】
ステップＳＴ１０６において、制御部１０は、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ１０７において、制御部１０は、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ１０１へリターンする）。
【００８２】
また、制御部１０は、軟水Ｗ２の温度に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「温度フィードフォワード回収率制御」ともいう）。この温度フィードフォワード回収率制御は、上述した流量フィードバック水量制御と並行して実行される。
【００８３】
次に、制御部１０による温度フィードフォワード回収率制御について説明する。図６は、制御部１０が温度フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【００８４】
図６に示すステップＳＴ２０１において、制御部１０は、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【００８５】
ステップＳＴ２０２において、制御部１０は、軟水Ｗ２のシリカ（ＳｉＯ２）濃度Ｃｓを取得する。このシリカ濃度Ｃｓは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。軟水Ｗ２のシリカ濃度は、事前に軟水Ｗ２を水質分析することにより得ることができる。なお、軟水ラインＬ２において、不図示のセンサにより軟水Ｗ２のシリカ濃度を計測してもよい。
【００８６】
ステップＳＴ２０３において、制御部１０は、温度センサ５から軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ２０４において、制御部１０は、取得した検出温度値Ｔに基づいて、水に対するシリカ溶解度Ｓｓを決定する。
【００８７】
ステップＳＴ２０５において、制御部１０は、前のステップで取得又は決定したシリカ濃度Ｃｓ、及びシリカ溶解度Ｓｓに基づいて、濃縮水Ｗ６におけるシリカの許容濃縮倍率Ｎｓを演算する。シリカの許容濃縮倍率Ｎｓは、下記の式（１）により求めることができる。
Ｎｓ＝Ｓｓ／Ｃｓ （１）
【００８８】
例えば、シリカ濃度Ｃｓが２０ｍｇＳｉＯ２／Ｌ、２５℃におけるシリカ溶解度Ｓｓが１００ｍｇＳｉＯ２／Ｌであれば、許容濃縮倍率Ｎｓは“５”となる。
【００８９】
ステップＳＴ２０６において、制御部１０は、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、及び許容濃縮倍率Ｎｓに基づいて、回収率が最大となる排水流量（目標排水流量Ｑｄ´）を演算する。目標排水流量Ｑｄ´は、下記の式（２）により求めることができる。
Ｑｄ´＝Ｑｐ´／（Ｎｓ−１） （２）
【００９０】
ステップＳＴ２０７において、制御部１０は、濃縮水Ｗ６の実際排水流量ＱｄがステップＳＴ２０６で演算した目標排水流量Ｑｄ´となるように、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ２０１へリターンする）。
【００９１】
上述した第１実施形態に係る水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
【００９２】
第１実施形態に係る水処理システム１において、硬水軟化装置３の陽イオン交換樹脂床３１１は、再生プロセスＳＴ３を含んで運転される。再生プロセスＳＴ３では、図４（ｂ）に示すように、塩水Ｗ３が陽イオン交換樹脂床３１１の頂部スクリーン３２１及び底部スクリーン３２２へそれぞれ配液され、且つ中間部スクリーン３２３で集液される。これにより、塩水Ｗ３の対向流が生成され、陽イオン交換樹脂床３１１の全体が再生される。そのため、水処理システム１においては、硬度リーク量が十分に低減された高純度の軟水Ｗ２を実用的な採水量の範囲で最大限に得ることができる。
【００９３】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、再生プロセスＳＴ３では、陽イオン交換樹脂床３１１の底部をベースとして深さＤ２（図２参照）が１００ｍｍに設定された硬度リーク防止領域３１３に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる量の塩水Ｗ３を供給する。そのため、陽イオン交換樹脂床３１１において、硬度リークの防止に重要な出口領域である硬度リーク防止領域３１３をほぼ完全に再生することができる。これによれば、軟化プロセスＳＴ１において、原水Ｗ１として硬度レベルの高い劣悪な水質の硬水を用いた場合でも、硬度リーク量を極限にまで抑制した高純度の軟水Ｗ２を得ることができる。
【００９４】
従って、第１実施形態に係る水処理システム１によれば、ＲＯ膜モジュール８に対して高純度の軟水Ｗ２を恒常的に供給することができる。このため、水処理システム１においては、ＲＯ膜モジュール８におけるシリカ系スケールの析出やファウリングの発生を抑制することができる。また、水処理システム１においては、劣悪な水質の硬水を用いた場合においても、炭酸カルシウム系スケールの析出を安定して抑制できる。
【００９５】
また、第１実施形態に係る水処理システム１において、制御部１０は、流量フィードバック水量制御と並行して温度フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１においては、透過水Ｗ５の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール８におけるシリカ系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【００９６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る水処理システム１Ａについて、図７を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係る水処理システム１Ａの全体構成図である。第２実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と重複する説明を適宜に省略する。
【００９７】
図７に示すように、第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、温度センサ５と、加圧ポンプ６と、インバータ７と、ＲＯ膜モジュール８と、を備える。また、水処理システム１Ａは、制御部１０Ａと、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、硬度測定手段としての硬度センサ１４と、圧力検出手段としての圧力センサ１５と、を備える。
【００９８】
硬度センサ１４は、軟水ラインＬ２を流通する軟水Ｗ２のカルシウム硬度（硬度リーク量：炭酸カルシウム換算値）を測定する機器である。硬度センサ１４は、接続部Ｊ２において軟水ラインＬ２に接続されている。硬度センサ１４は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。硬度センサ１４で測定された軟水Ｗ２のカルシウム硬度（以下、「測定硬度値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【００９９】
圧力センサ１５は、加圧ポンプ６の吐出圧力（運転圧力）を検出する機器である。圧力センサ１５は、加圧ポンプ６の吐出側近傍に設けられた接続部Ｊ５において、軟水ラインＬ２に接続されている。本実施形態では、加圧ポンプ６から吐出された直後の軟水Ｗ２の圧力を、加圧ポンプ６の吐出圧力とする。圧力センサ１５は、制御部１０Ａと電気的に接続されている。圧力センサ１５で検出された軟水Ｗ２の圧力（以下、「検出圧力値」ともいう）は、制御部１０Ａへ検出信号として送信される。
【０１００】
制御部１０Ａは、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０Ａは、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２（図２参照）の動作を制御する。制御部１０Ａのメモリには、第２実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する（図３参照）。
【０１０１】
また、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、加圧ポンプ６の検出圧力値をフィードバック値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０Ａは、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「圧力フィードバック水量制御」ともいう）。
【０１０２】
ここで、制御部１０Ａによる圧力水量フィードバック制御について説明する。図８は、制御部１０Ａが圧力フィードバック水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１０３】
図８に示すステップＳＴ３０１において、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１０４】
ステップＳＴ３０２において、制御部１０Ａは、ＲＯ膜モジュール８の基準温度（２５℃）における水透過係数Ｌｐを取得する。この水透過係数Ｌｐは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１０５】
なお、この圧力フィードバック水量制御を、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。その場合、水透過係数Ｌｐは、流量センサ９（図１参照）の故障が発生する直前の演算値でもよい。
【０１０６】
基準温度における水透過係数Ｌｐの演算値は、下記の式（３）及び（４）に基づいて求めることができる。
Ｌｐ＝Ｑｐ／（Ｋ・Ａ・Ｐｅ） （３）
（但し、Ｋ：温度補正係数、Ａ：ＲＯ膜モジュール８の膜面積、Ｐｅ：有効圧力）
Ｐｅ＝Ｐｄ−（ΔＰ１／２）−Ｐ２−Δπ＋Ｐｓ （４）
（但し、Ｐｄ：加圧ポンプ６の吐出圧力、ΔＰ１：ＲＯ膜モジュール８の一次側における差圧、Ｐ２：ＲＯ膜モジュール８の二次側における背圧、Δπ：ＲＯ膜モジュール８の浸透圧差、Ｐｓ：加圧ポンプ６の吸入側における圧力）
【０１０７】
式（３）において、温度補正係数Ｋは、温度センサ５の検出温度値Ｔの関数である。膜面積Ａは、逆浸透膜エレメントの使用本数により定まるので、予め設定した値を使用することができる。式（４）による有効圧力Ｐｅの計算において、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、及びＰｓの各値は、定常運転中は、ほぼ一定と看做せるため、予め設定した値を使用することができる。従って、膜分離装置の運転中に、温度センサ５の検出温度値Ｔ、流量センサ９の検出流量値Ｑｐ、及び圧力センサ１５の検出圧力値Ｐｄからなる少なくとも３つのパラメータを取得すれば、基準温度における水透過係数Ｌｐを演算することができる。
【０１０８】
ステップＳＴ３０３において、制御部１０Ａは、温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ３０４において、制御部１０Ａは、ステップＳＴ３０３で取得した検出温度値Ｔに基づいて、温度補正係数Ｋを演算する。
【０１０９】
ステップＳＴ３０５において、制御部１０Ａは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、水透過係数Ｌｐ、温度補正係数Ｋ、及び所要の設定値（Ａ、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、Ｐｓ）を用いて、上記の式（３）及び（４）に基づいて、加圧ポンプ６の吐出圧力Ｐｄ´を演算する。そして、この吐出圧力Ｐｄ´の演算値を目標圧力値として設定する。
【０１１０】
ステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａは、内部のタイマ（不図示）による計時が制御周期である１００ｍｓに達したか否かを判定する。このステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａにより、タイマによる計時が１００ｍｓに達したと（ＹＥＳ）判定された場合に、処理はステップＳＴ３０７へ移行する。また、ステップＳＴ３０６において、制御部１０Ａにより、タイマによる計時が１００ｍｓに達していない（ＮＯ）と判定された場合に、処理はステップＳＴ３０６へ戻る。
【０１１１】
ステップＳＴ３０７（ステップＳＴ３０６：ＹＥＳ判定）において、制御部１０Ａは、圧力センサ１５で検出された加圧ポンプ６の検出圧力値Ｐｄを取得する。
【０１１２】
ステップＳＴ３０８において、制御部１０Ａは、ステップＳＴ３０７で取得した検出圧力値（フィードバック値）ＰｄとステップＳＴ３０５で設定した目標圧力値Ｐｄ´との偏差がゼロとなるように、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムにより操作量Ｕを演算する。なお、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムでは、制御周期（１００ｍｓ）毎に操作量の変化分を演算し、これを前回の操作量に加算することで今回の操作量を決定する。
【０１１３】
ステップＳＴ３０９において、制御部１０Ａは、操作量Ｕ、目標圧力値Ｐｄ´及び加圧ポンプ６の最大駆動周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの設定値）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
【０１１４】
ステップＳＴ３１０において、制御部１０Ａは、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ３１１において、制御部１０Ａは、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ３０１へリターンする）。
【０１１５】
また、制御部１０Ａは、軟水Ｗ２の硬度に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「水質フィードフォワード回収率制御」ともいう）。この水質フィードフォワード回収率制御は、上述した圧力フィードバック水量制御と並行して実行される。
【０１１６】
次に、制御部１０Ａによる水質フィードフォワード回収率制御について説明する。図９は、制御部１０Ａが水質フィードフォワード回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１１７】
図９に示すステップＳＴ４０１において、制御部１０Ａは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
ステップＳＴ４０２において、制御部１０Ａは、硬度センサ１４で測定された軟水Ｗ２の測定硬度値Ｃｃを取得する。
【０１１８】
ステップＳＴ４０３において、制御部１０Ａは、水に対する炭酸カルシウム溶解度Ｓｃを取得する。この炭酸カルシウム溶解度Ｓｃは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。尚、水に対する炭酸カルシウム溶解度は、通常の運転温度（５〜３５℃）では、ほぼ一定値と看做せる。
【０１１９】
ステップＳＴ４０４において、制御部１０Ａは、前のステップで取得した測定硬度値Ｃｃ、及び炭酸カルシウム溶解度Ｓｃに基づいて、濃縮水Ｗ６における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃを演算する。炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃは、下記の式（５）により求めることができる。
Ｎｃ＝Ｓｃ／Ｃｃ （５）
【０１２０】
例えば、測定硬度値Ｃｃが３ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、２５℃における炭酸カルシウム溶解度Ｓｃが１５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌであれば、許容濃縮倍率Ｎｃは“５”となる。
【０１２１】
ステップＳＴ４０５において、制御部１０Ａは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、及び許容濃縮倍率Ｎｃに基づいて、回収率が最大となる排水流量（目標排水流量Ｑｄ´）を演算する。目標排水流量Ｑｄ´は、下記の式（６）により求めることができる。
Ｑｄ´＝Ｑｐ´／（Ｎｃ−１） （６）
【０１２２】
ステップＳＴ４０６において、制御部１０Ａは、濃縮水Ｗ６の実際排水流量ＱｄがステップＳＴ４０５で演算した目標排水流量Ｑｄ´となるように第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ４０１へリターンする）。
【０１２３】
上述した第２実施形態に係る水処理システム１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいて、制御部１０Ａは、圧力フィードバック水量制御により透過水Ｗ５の流量を制御する。この圧力フィードバック水量制御は、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、第１実施形態の流量フィードバック水量制御の実行中において、流量センサ９（図１参照）に故障が発生した場合でも、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ５を製造することができる。
【０１２４】
また、第２実施形態に係る水処理システム１Ａにおいて、制御部１０Ａは、水質フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１Ａにおいては、硬水軟化装置３の再生不良等により硬度リーク量が増加した場合でも、透過水Ｗ５の回収率を最大としつつ、ＲＯ膜モジュール８における炭酸カルシウム系スケールの析出をより確実に抑制することができる。
【０１２５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る水処理システム１Ｂについて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂの全体構成図である。第３実施形態では、主に第１実施形態との相違点について説明する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と重複する説明を適宜に省略する。
【０１２６】
図１０に示すように、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂは、原水ポンプ２と、硬水軟化装置３と、塩水タンク４と、温度センサ５と、加圧ポンプ６と、インバータ７と、ＲＯ膜モジュール８と、を備える。また、水処理システム１Ｂは、制御部１０Ｂと、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３と、電気伝導率測定手段としての電気伝導率センサ１６と、を備える。
【０１２７】
電気伝導率センサ１６は、透過水ラインＬ５を流通する透過水Ｗ５の電気伝導率を測定する機器である。電気伝導率センサ１６は、接続部Ｊ２において透過水ラインＬ５に接続されている。電気伝導率センサ１６は、制御部１０Ｂと電気的に接続されている。電気伝導率センサ１６で測定された透過水Ｗ５の電気伝導率（以下、「測定電気伝導率値」ともいう）は、制御部１０Ｂへ検出信号として送信される。
【０１２８】
制御部１０Ｂは、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１０Ｂは、不図示の軟水流量センサ、塩水流量センサから入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３２（図２参照）の動作を制御する。制御部１０Ｂのメモリには、第３実施形態における硬水軟化装置３の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムに従って、軟化プロセスＳＴ１〜補水プロセスＳＴ６を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３２を制御する（図３参照）。
【０１２９】
また、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の流量が予め設定された目標流量値となるように、温度センサ５の検出温度値をフィードフォワード値として、加圧ポンプ６の駆動周波数を演算する。そして、制御部１０Ｂは、演算した駆動周波数の演算値に対応する電流値信号をインバータ７に出力する（以下、「温度フィードフォワード水量制御」ともいう）。
【０１３０】
ここで、制御部１０Ｂによる温度フィードフォワード水量制御について説明する。図１１は、制御部１０Ｂが温度フィードフォワード水量制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１３１】
図１１に示すステップＳＴ５０１において、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の目標流量値Ｑｐ´を取得する。この目標流量値Ｑｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１３２】
ステップＳＴ５０２において、制御部１０Ｂは、ＲＯ膜モジュール８の基準温度（２５℃）における水透過係数Ｌｐを取得する。この水透過係数Ｌｐは、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１３３】
なお、この温度フィードフォワード水量制御を、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。その場合、水透過係数Ｌｐは、流量センサ９（図１参照）の故障が発生する直前の演算値でもよい。基準温度における水透過係数Ｌｐは、第２実施形態で説明した手法により演算することができる。
【０１３４】
ステップＳＴ５０３において、制御部１０Ｂは、温度センサ５で検出された軟水Ｗ２の検出温度値Ｔを取得する。
ステップＳＴ５０４において、制御部１０Ｂは、ステップＳＴ５０３で取得した検出温度値Ｔに基づいて、温度補正係数Ｋを演算する。
【０１３５】
ステップＳＴ５０５において、制御部１０Ｂは、前のステップで取得又は演算した目標流量値Ｑｐ´、水透過係数Ｌｐ、温度補正係数Ｋ、及び所要の設定値（Ａ、ΔＰ１、Ｐ２、Δπ、Ｐｓ）を用いて、第２実施形態で説明した式（３）及び（４）に基づいて、加圧ポンプ６の吐出圧力Ｐｄ´を演算する。
【０１３６】
ステップＳＴ５０６において、制御部１０Ｂは、吐出圧力Ｐｄ´の演算値を用いて、下記の式（７）に基づいて、加圧ポンプ６の駆動周波数Ｆを演算する。
Ｆ＝ａ・Ｐｄ´２＋ｂ・Ｐｄ´＋ｃ （７）
（但し、ａ，ｂ，ｃ：加圧ポンプ６の仕様により定まる係数）
【０１３７】
ステップＳＴ５０７において、制御部１０Ｂは、駆動周波数Ｆの演算値を、対応する電流値信号（４〜２０ｍＡ）に変換する。
ステップＳＴ５０８において、制御部１０Ｂは、変換した電流値信号をインバータ７に出力する。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ５０１へリターンする）。
【０１３８】
また、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の電気伝導率に基づいて、透過水Ｗ５の回収率制御を行う（以下、「水質フィードバック回収率制御」ともいう）。この水質フィードバック回収率制御は、上述した温度フィードフォワード水量制御と並行して実行される。
【０１３９】
次に、制御部１０Ｂによる水質フィードバック回収率制御について説明する。図１２は、制御部１０Ｂが水質フィードバック回収率制御を実行する場合の処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートの処理は、水処理システム１の運転中において、繰り返し実行される。
【０１４０】
図１２に示すステップＳＴ６０１において、制御部１０Ｂは、透過水Ｗ５の目標電気伝導率値Ｅｐ´を取得する。目標電気伝導率値Ｅｐ´は、透過水Ｗ５に要求される純度の指標である。目標電気伝導率値Ｅｐ´は、例えば、システム管理者がユーザーインターフェース（不図示）を介してメモリに入力した設定値である。
【０１４１】
ステップＳＴ６０２において、制御部１０Ｂは、電気伝導率センサ１６で測定された透過水Ｗ５の測定電気伝導率値Ｅｐを取得する。
【０１４２】
ステップＳＴ６０３において、制御部１０Ｂは、ステップＳＴ６０２で取得した測定電気伝導率値（フィードバック値）ＥｐとステップＳＴ３０１で取得した目標電気伝導率値Ｅｐ´との偏差がゼロとなるように、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３の開閉を制御する。すなわち、濃縮水Ｗ６の排水流量を段階的に増減させることにより、要求純度の透過水Ｗ５が得られるように、膜表面の溶存塩類の濃度を変化させる。これにより本フローチャートの処理は終了する（ステップＳＴ６０１へリターンする）。
【０１４３】
上述した第３実施形態に係る水処理システム１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。特に、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂでは、温度フィードフォワード水量制御により透過水Ｗ５の流量を制御する。この温度フィードフォワード水量制御は、第１実施形態における流量フィードバック水量制御のバックアップとして実行することができる。このため、第１実施形態の流量フィードバック水量制御の実行中において、流量センサ９（図１参照）に故障が発生した場合でも、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御に切り換えることにより、安定した水量の透過水Ｗ５を製造することができる。
【０１４４】
また、第３実施形態に係る水処理システム１Ｂにおいて、制御部１０Ｂは、水質フィードフォワード回収率制御を実行する。このため、水処理システム１Ｂにおいては、透過水Ｗ５に要求される水質を満たしつつ、透過水Ｗ５の回収率を最大限にまで高めることができる。
【０１４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、第１実施形態では、温度フィードフォワード回収率制御において、軟水Ｗ２のシリカ濃度を取得する例について説明した。これに限らず、原水Ｗ１のシリカ濃度を取得してもよい。
【０１４６】
第２実施形態では、水質フィードフォワード回収率制御において、炭酸カルシウムの許容濃縮倍率及び透過水Ｗ５の目標流量値に基づいて、回収率が最大となる排水流量を算出する例について説明した。これに限らず、次のような手法を採用してもよい。すなわち、炭酸カルシウムの許容濃縮倍率Ｎｃとシリカの許容濃縮倍率Ｎｓとを比較し、小さい側の許容濃縮倍率を選択する。そして、選択した許容濃縮倍率及び透過水Ｗ５の目標流量値に基づいて、回収率が最大となる排水流量を算出する。
【０１４７】
第１〜第３実施形態では、ＲＯ膜モジュール８に供給される軟水Ｗ２の温度を検出する例について説明した。これに限らず、ＲＯ膜モジュール８で得られた透過水Ｗ５の温度を検出してもよい。また、ＲＯ膜モジュール８で得られた濃縮水Ｗ６の温度を検出してもよい。
【０１４８】
第１〜第３実施形態では、各回収率制御において、第１排水バルブ１１〜第３排水バルブ１３を選択的に開閉することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を段階的に調節する例について説明した。これに限らず、濃縮水ラインＬ６に比例制御バルブを設けた構成としてもよい。制御部から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を比例制御バルブに送信して弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ６の排水流量を調節することができる。
【０１４９】
また、比例制御バルブを設けた構成において、濃縮水ラインＬ６に流量センサを設けた構成としてもよい。流量センサで検出された流量値を、制御部にフィードバック値として入力する。これにより、濃縮水Ｗ６の実際排水流量をより正確に制御することができる。
【０１５０】
第１実施形態では、流量フィードバック水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御と温度フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた構成としてもよい。
【０１５１】
第２実施形態では、圧力フィードバック水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第１実施形態の流量フィードバック水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第３実施形態の温度フィードフォワード水量制御と水質フィードフォワード回収率制御とを組み合わせてもよい。
【０１５２】
第３実施形態では、温度フィードフォワード水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせた例について説明した。これに限らず、第１実施形態の流量フィードバック水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせてもよい。また、第２実施形態の圧力フィードバック水量制御と水質フィードバック回収率制御とを組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１５３】
１，１Ａ，１Ｂ 水処理システム
３ 硬水軟化装置
５ 温度センサ（温度検出手段）
６ 加圧ポンプ
７ インバータ
８ ＲＯ膜モジュール
９ 流量センサ（流量検出手段）
１０，１０Ａ，１０Ｂ 制御部
１１ 第１排水バルブ（排水弁）
１２ 第２排水バルブ（排水弁）
１３ 第３排水バルブ（排水弁）
１４ 硬度センサ（硬度測定手段）
１５ 圧力センサ（圧力検出手段）
１６ 電気伝導率センサ（電気伝導率測定手段）
Ｌ１ 原水ライン
Ｌ２ 軟水ライン
Ｌ３ 塩水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５ 透過水ライン
Ｌ６ 濃縮水ライン
Ｗ１ 原水
Ｗ２ 軟水
Ｗ３ 塩水
Ｗ４ 排水
Ｗ５ 透過水
Ｗ６ 濃縮水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水から軟水を製造する硬水軟化装置と、軟水から透過水を製造する膜分離装置と、を含み、
前記硬水軟化装置は、原水又は再生液が供給される陽イオン交換樹脂床と、
前記陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を得る軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部をベースとして所定深さに設定された硬度リーク防止領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、を備え、
前記膜分離装置は、供給された軟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、
入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、軟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と、
入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、
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、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号を前記インバータに出力する制御部と、
を備える水処理システム。
【請求項２】
前記膜分離装置は、透過水の流量を検出する流量検出手段を備え、
前記制御部は、前記流量検出手段の検出流量値が前記目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記膜分離装置は、前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値を目標圧力値として設定し、（ｉｉｉ）前記圧力検出手段の検出圧力値が前記目標圧力値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値に基づいて、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）予め取得された原水又は軟水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項６】
前記膜分離装置は、軟水のカルシウム硬度を測定する硬度測定手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）予め取得された炭酸カルシウム溶解度、及び前記硬度測定手段の測定硬度値に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項７】
前記膜分離装置は、透過水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、前記電気伝導率測定手段の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率値となるように、前記排水弁からの排水流量を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項１】
原水から軟水を製造する硬水軟化装置と、軟水から透過水を製造する膜分離装置と、を含み、
前記硬水軟化装置は、原水又は再生液が供給される陽イオン交換樹脂床と、
前記陽イオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて軟水を得る軟化プロセス；再生液を前記陽イオン交換樹脂床の頂部及び底部の両側から配液しながら、中間部で集液することにより再生液の対向流を生成して、前記陽イオン交換樹脂床の全体を再生させる再生プロセスに切り換え可能な弁手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床の底部をベースとして所定深さに設定された硬度リーク防止領域に対し、再生レベルが１〜６ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生液量を供給する再生液供給手段と、を備え、
前記膜分離装置は、供給された軟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、
入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、軟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と、
入力された電流値信号に対応する駆動周波数を前記加圧ポンプに出力するインバータと、
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、系内の物理量を用いて前記加圧ポンプの駆動周波数を演算し、当該駆動周波数の演算値に対応する電流値信号を前記インバータに出力する制御部と、
を備える水処理システム。
【請求項２】
前記膜分離装置は、透過水の流量を検出する流量検出手段を備え、
前記制御部は、前記流量検出手段の検出流量値が前記目標流量値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記膜分離装置は、前記加圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値を目標圧力値として設定し、（ｉｉｉ）前記圧力検出手段の検出圧力値が前記目標圧力値となるように、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、（ｉ）前記温度検出手段の検出温度値、前記逆浸透膜モジュールの基準温度における水透過係数値、及び前記目標流量値に基づいて、前記加圧ポンプの吐出圧力を演算し、（ｉｉ）当該吐出圧力の演算値に基づいて、前記加圧ポンプの駆動周波数を演算する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記膜分離装置は、軟水、透過水又は濃縮水の温度を検出する温度検出手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）予め取得された原水又は軟水のシリカ濃度、及び前記温度検出手段の検出温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項６】
前記膜分離装置は、軟水のカルシウム硬度を測定する硬度測定手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、（ｉ）予め取得された炭酸カルシウム溶解度、及び前記硬度測定手段の測定硬度値に基づいて、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率を演算し、（ｉｉ）当該許容濃縮倍率の演算値、及び透過水の前記目標流量値から排水流量を演算し、（ｉｉｉ）濃縮水の実際排水流量が当該排水流量の演算値となるように、前記排水弁を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項７】
前記膜分離装置は、透過水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、
装置外へ排出する濃縮水の排水流量を調節可能な排水弁と、を備え、
前記制御部は、前記電気伝導率測定手段の測定電気伝導率値が予め設定された目標電気伝導率値となるように、前記排水弁からの排水流量を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２７８０２（Ｐ２０１３−２７８０２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４３６０（Ｐ２０１１−１６４３６０）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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