专利名称：海水淡水化系统的控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及海水淡水化系统的控制装置及其控制方法，特别涉及适用于为了从海水、咸水得到淡水而使用了半透膜的海水淡水化系统的海水淡水化系统的控制装置及其控制方法。
背景技术：
近年来，在使用了半透膜、特别是逆渗透膜的海水淡水化系统中，报告了膜的污垢(原水中包含的难溶性成分、高分子的溶质、胶体、微小固态物等沉积到膜而使透过流束降低的现象)成为大的问题的事例。为了去除海水中包含的污垢原因成分，此前应用了凝集处理、凝集沉淀处理、砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理等各种预 处理技术。特别，海水中包含的污垢成分的浓度根据季节、时刻、天气而大幅变动，所以根据半透膜的污垢的方面以及环境负荷降低的方面，与该变动对应的预处理的运转控制变得重要。在预处理中，在使用凝集剂的凝集处理、凝集沉淀处理的情况下，通过注入率恒定控制、浊度比例控制，控制了凝集剂的注入量。另外，在海水淡水化中，广泛使用作为粒子性物质的指标的SDI (Silt Density Index,游泥密度指数)，但还实施了基于该SDI的值的控制。另一方面，被报告了膜的污垢不仅起因于浊质粒子，而且还起因于低分子的有机物。例如，在非专利文献I中，记载了包含有机物中的特别是具有粘着性的多糖类的TEP(Transparent Exopolymer Particles,透明胞外聚合颗粒)对污垢的生成起到大的作用。通常，海水中的低分子的多糖类凝集而成为粒子状、或者胶体状而形成该TEPJM植物浮游生物等通过超细过滤膜等的预处理被剪断并流出到体外的多糖类凝集而也形成该TEP。另外，TEP的浓度的变化与海水的浊度变化的相关低。例如，在海水温高且日照量多的时期，海水中的TEP浓度与海水中的浊度无关地增加。因此，在以往的注入率恒定控制、浊度比例控制以及基于SDI的值的凝集剂注入控制中，无法实现与海水中包含的多糖类的浓度变化对应的控制，产生半透膜的污垢快速发展的情况。非专利文献I竹内、“R0海水淡水化的预处理和污垢”、日本海水学会杂质63卷，p 367-371(2009)
发明内容
为了避免上述半透膜的污垢快速发展，能够采用在注入率恒定控制的情况下增大比例，在浊度比例控制的情况增大偏置的值等对策，但都过度地注入凝集剂，而产生药品成本、污泥处置成本增大的问题。
另外，在使用了凝集剂的处理中，使海水中的成分絮凝化并沉淀、过滤、或者浮上而分离，但在絮凝化中需要存在成为核的浊质。另外，在成为原水的海水中浊质少的情况下，絮凝物的生长不充分，多糖类、TEP等污垢原因成分无法充分卷入到絮凝物中，而难以从海水分离。其结果，存在在预处理中无法充分去除污垢成分，而产生半透膜的污垢快速发展的情况这样的问题。本发明是鉴于上述点而完成的，其目的在于提供一种根据海水或者咸水中包含的污垢成分的量以能够降低半透膜的污垢的方式控制预处理，运转成本低、并且稳定地得到淡水的海水淡水化系统的控制装置及其控制方法。为了达成上述目的，本发明的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于，具备半透膜处理装置，用半透膜对海水或者咸水进行淡水化；预处理装置，配置于比该半透膜处理 装置更靠前的一段，对供给到该半透膜处理装置的海水或者咸水进行预处理；预处理水多糖类测量单元，测量经该预处理装置处理过的处理水中包含的多糖类的浓度；以及控制单元，根据由该预处理水多糖类测量单元测量出的预处理水多糖类浓度测量值以及预先提供的目标信号，计算所述预处理装置的操作量而输出向该预处理装置的控制信号。另外，为了达成上述目的，本发明的海水淡水化系统的控制方法，其特征在于，在用半透膜处理装置的半透膜对通过预处理装置处理海水或者咸水而得到的处理水进行淡水化时，通过预处理水多糖类测量单元测量所述预处理装置的处理水中包含的多糖类的浓度，比较该多糖类浓度的测量值和预先提供的目标信号，根据该比较值计算所述预处理装置的操作量而通过控制单元进行控制。根据本发明，根据海水或者咸水中包含的污垢成分的量以能够降低半透膜的污垢的方式控制预处理，具有运转成本低、并且稳定地得到淡水的效果。
图I是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例I的流程图。图2是用于说明本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例I中安装的评价指标比较单元、评价指标运算单元、扰动产生单元的对位的流程图。图3是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例I中的多糖类浓度与半透膜过滤阻力的增加速度的关系的特性图。图4是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例2的流程图。图5是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例3的流程图。图6是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例4的流程图。(符号说明)I :海水；2 :淡水；3 :固态微粒注入水；10 :预处理装置；12 :半透膜处理装置；14 预处理水多糖类浓度测量单元；16 :预处理水；18 :多糖类浓度信息；20 :控制单元；22 目标信号；24 :预处理装置控制信号；26 :固态微粒注入装置；27 :凝集剂注入装置；28 :固态微粒注入装置控制信号；29 :固态物分离装置；30 :浊度测量装置；32 :浊度信息；34 :浊度目标值；36 :扰动产生单元；38 :评价指标运算单元；40 :评价指标比较单元；42 :下一时刻的操作量；44 :评价指标计算值
具体实施例方式以下，根据各种实施例，详细说明本发明的海水淡水化系统的控制装置。另外，在各实施例中，同一符号表不等同的单兀。实施例I图I是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例I中的流程的图。如该图所示，实施例I中的海水淡水化系统的控制装置大概包括半透膜处理装置12，用半透膜对海水I进行淡水化；预处理装置10，配置于半透膜处理装置12的前段，对供给到该半透膜处理装置12的海水I进行预处理；预处理水多糖类测量单元14，测量预处理装置10的处理水中包含的多糖类的浓度；以及控制单元20，根据作为由预处理水多糖类测量单元14测量的预处理水多糖类浓度测量值的多糖类浓度信息18和预先提供的目标信号22，计算上述预处理装置10的操作量而输出预处理装置控制信号24。另外，预处理装置 10具备凝集剂注入装置27，注入凝集剂；以及固态物分离装置29，用于使固态物分离。另外，从预处理装置10流出的预处理水16流入到半透膜处理装置12，但通过预处理水多糖类浓度测量单元14测量其中包含的多糖类的浓度。预处理水多糖类浓度测量单元14优选能够在线实时地测量，但在本实施例也可以是离线。将由预处理水多糖类浓度测量单元14测量出的预处理水16的多糖类浓度信息18提供给预先提供了目标信号22的控制单元20。在控制单元20中，计算预处理装置10的操作量，输出预处理装置控制信号24。此处，对于目标信号22，作为数值，既可以是预处理水16中包含的多糖类的目标浓度，也可以是半透膜处理装置12的稳定运转期间。或者，对于目标信号22，作为运转条件探索指标的项目，也可以选择海水淡水化系统整体的运转成本、或者海水淡水化系统整体的环境负荷。在上述半透膜处理装置12中，除了使多个半透膜组件多段形成的半透膜以外，还包括泵类、动力回收装置、以及连接它们的配管，在半透膜中，根据其使用方法和材质有逆渗透膜和正渗透膜，但本实施例的半透膜可以是其中的任意一个。另外，作为预处理装置10，既可以是凝集处理、凝集沉淀处理、砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个，也可以是它们的组合。但是，在半透膜处理装置12中，需要用于分离固态物的砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的固态物分离装置29，以抑制微粒等固态物的流入。在控制单元20中，如图2所示，具备评价指标比较单元40、评价指标运算单元38、扰动产生单元36，根据目标信号22而分开使用。以下，对其进行说明。例如，在目标信号22是预处理水16中包含的多糖类的浓度的情况下，在控制单元20的评价指标比较单元40中，比较目标信号22和多糖类浓度信息18。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，以通过预处理装置10去除更多的多糖类的方式，输出预处理装置控制信号24。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，以使预处理装置10中的多糖类去除缓和的方式，输出预处理装置控制信号24。在预处理装置10是凝集处理、凝集沉淀处理的情况下，预处理装置控制信号24成为凝集剂注入装置27中的凝集剂的注入量，在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，使凝集剂注入装置27中的凝集剂的注入量增加。在预处理装置10是砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的情况下，预处理装置控制信号24成为清洗开始信号，在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，产生使用了空气、水的物理逆洗的触发信号。在预处理装置10是加压浮上分离处理的情况下，预处理装置控制信号24成为加压压力、或者溶解空气量，在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，使加压压力、或者溶解空气量增大。例如，在目标信号22是半透膜处理装置12的稳定运转期间的情况下，在控制单元20的评价指标运算单元38中，根据多糖类浓度信息18，将直至将来的膜的药品清洗、或者更换的期间预测计算为评价指标。首先，根据多糖类浓度信息18，计算污垢所致的半透膜的膜差压增加速度、或者过滤阻力增加速度。如图3所示，多糖类的浓度越高，膜差压、过滤阻力的增加速度越大，但其关系如图3那样成为非线性(曲线)，根据膜、其他条件而形状不同。
由于是非线性，所以优选通过二次函数的形式提供该计算中使用的公式，但也可以通过一次函数、其他函数来近似。另外，也可以是如下的处理预先生成与污垢所致的膜差压、过滤阻力的增加速度相关的表格，应用多糖类浓度信息18，对于在表格中没有的范围的值，通过内插或者外插来求出。通过预先提供对膜进行药品清洗或者更换的阈值的膜差压或者过滤阻力，将与当前时间点下的半透膜的膜差压或者过滤阻力的差分除以上述污垢增加速度，能够计算半透膜处理装置12的稳定运转期间的预测值。该稳定运转期间的预测值相当于当前时间点下 的水质(=通过多糖类浓度信息18提供的多糖类的浓度)将来继续了的情况的值。进而，在控制单元20的评价指标比较单元40中，将通过以上的步骤求出的稳定运转期间的预测值与作为目标信号22提供的稳定运转期间进行比较。在稳定运转期间的预测值小于目标信号22的情况下，以通过预处理装置10去除更多的多糖类的方式，输出预处理装置控制信号24。相反地，在稳定运转期间的预测值大于目标信号22的情况下，以使预处理装置10中的多糖类去除缓和的方式，输出预处理装置控制信号24。在预处理装置10是凝集处理、凝集沉淀处理的情况下，预处理装置控制信号24成为凝集剂的注入量，在稳定运转期间的预测值小于目标信号22的情况下，使凝集剂注入装置27的凝集剂的注入量增加。在预处理装置10是砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的情况下，预处理装置控制信号24成为清洗开始信号，在稳定运转期间的预测值小于目标信号22的情况下，产生使用了空气、水的物理逆洗的触发。在预处理装置10是加压浮上分离处理的情况下，预处理装置控制信号24成为加压压力、或者溶解空气量，在稳定运转期间的预测值小于目标信号22的情况下，增大加压压力、或者溶解空气量。例如，在目标信号22是海水淡水化系统整体的运转成本的情况下，控制单元20以使运转转移到能够降低运转成本的操作条件的方式工作。首先，在控制单元20的评价指标运算单元38中，根据多糖类浓度信息18，预测计算将来估计的海水淡水化系统整体的运转成本。首先，根据多糖类浓度信息18计算污垢所致的半透膜的膜差压增加速度、或者过滤阻力增加速度的预测值。虽然多糖类的浓度越高，膜差压、过滤阻力的增加速度越大，但其关系一般成为非线性(曲线)。由于是非线性，所以优选以二次函数的形式提供在该计算中使用的公式，但也可以是使用一次函数、其他函数。另外，也可以是如下的处理预先生成与污垢所致的膜差压、过滤阻力的增加速度相关的表格，应用多糖类浓度信息18，针对在表格中没有的范围的值，通过内插或者外插来求出。通过预先提供对膜进行药品清洗或者更换的阈值的膜差压或者过滤阻力，将与当前时间点下的半透膜的膜差压或者过滤阻力的差分除以上述污垢增加速度，能够计算半透膜处理装置12的稳定运转期间的预测值。该稳定运转期间的预测值相当于当前时间点下的水质(=通过多糖类浓度信息18提供的多糖类的浓度)将来继续了的情况的值。在作为半透膜使用逆渗透膜的情况下，对半透膜加压的高压泵的动力占据海水淡水化系统整体的动力的大半。能够根据膜差压和过滤流量的值计算高压泵的动力成本。能够根据膜差压增加速度、或者过滤阻力增加速度的预测值和当前时间点的膜差压的值计算
膜差压，通过使用过滤流量的值和动力单价(￥/k\Vh ),能够计算整个稳定运转期间中的动力成本预测值。 进而，通过在整个稳定运转期间对当前的凝集剂注入量进行积算，并乘以药品单价(￥/ton),能够计算药品成本预测值。在经过了稳定运转期间之后，需要膜的药品清洗、或者更换，因此产生药品清洗成本、或者膜更换成本。通过取得以上的动力成本预测值、药品成本预测值、药品清洗成本、或者膜更换成本的总和，并除以在整个稳定运转期间中得到的淡水2的总量，能够求出淡水2的每Im3的运转成本。另外，在上述运转成本的计算内容中，也可以加上在凝集剂注入等预处理中产生的污泥的处置成本。另外，在已知或者能够假定到膜更换前的药品清洗可能次数的情况下，也可以把将膜更换成本除以药品清洗可能次数而得到的值追加到药品清洗成本来考虑。作为计算以上的运转成本的单元，具备评价指标运算单元38，从评价指标运算单元38输出运转成本作为评价指标计算值44。进而，在控制单元20的扰动产生单元36中，对作为预处理装置控制信号24输出的当前时间点的操作条件，提供单向的扰动。提供该扰动的频度既可以是定期也可以是不定期。例如，在操作量是凝集剂注入量的情况下，扰动是凝集剂注入量的增加或者减少的一方，扰动的幅度是对预处理水16的多糖类浓度信息18造成影响的程度的变化即可。该扰动的结果，作为多糖类浓度信息18对控制单元20提供的多糖类的浓度变化，能够通过评价指标运算单元38计算运转成本。通过控制单元20的评价指标比较单元40，将该值与扰动前的运转成本进行比较，判定大小。如果扰动后的运转成本低于扰动前的运转成本，则在扰动产生单元36中，对与之前提供了扰动的方向相同的一侧进一步提供扰动，而设为下一时刻的操作量42。直至运转成本转变到增加为止不断增加扰动。如果达到运转成本转变为增加的位置，则将运转条件确定为其前I次的条件，直至下次的扰动的定时，继续该运转。首先提供了扰动的结果，如果扰动后的运转成本高于扰动前的运转成本，则对与提供了扰动的方向相反的一侧提供扰动。如果即使这样运转成本仍高，则返回到原来的运转条件，直至下次的扰动的定时，继续该运转。通过实施以上的步骤，能够使海水淡水化系统以能够降低运转成本的条件运转。在预处理装置10是砂过滤处理，多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的情况下，预处理装置控制信号24成为清洗开始信号。在预处理装置10是加压浮上分离处理的情况下，预处理装置控制信号24成为加压压力、或者溶解空气量。例如，在目标信号22是海水淡水化系统整体的环境负荷的情况下，控制单元20以使运转转移到能够降低环境负荷的操作条件的方式工作。在该情况下，在控制单元20中的评价指标运算单元38中，代替上述动力单价(￥/k\Vh )而使用环境负荷动力原单位(kg-co2/kffh)、代替药品单价(￥/ton )而使用环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)、代替药品清洗成本而使用环境负荷药品清洗原单位(kg-co2/次)、代替膜更换成本而使用环境负荷膜更换原单位(kg-C02/次)，作为评价指标44输出环境负荷计算值。通过根据与上述运转成本的情况同样的步骤，反复扰动而求出下一时刻的操作量42，作为结果，能够使海水淡水化系统以能够降低环境负荷的条件运转。这样，通过采用实施例I的结构，能够抑制海水淡水化系统中使用的半透膜的污垢、性能降低，所以能够向需要者稳定地供给淡水。另外，能够降低半透膜的药品清洗频度、更换频度，能够削减清洗用的药品、废弃的膜模块。其结果，当然能够降低环境负荷的排出 量和运转成本，能够实现与海水的水质变动对应的不会过不足的预处理，所以能够降低药品成本、污泥处置成本。实施例2图4是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例2中的流程的图。如该图所示，在实施例2中的海水淡水化系统的控制装置中，其结构与图I以及图2所示的实施例I大致相同，但在实施例2中的预处理装置10中，包括注入凝集剂的处理、即凝集处理、或者凝集沉淀处理。另外，在实施例2中，除了实施例I的结构以外，还具备对注入凝集剂之前的海水I注入固态微粒的固态微粒注入装置26。作为固态微粒，还能够期待粉末活性炭、沸石粉末、氧化铝粉末，磁性体粒子在其表面吸附多糖类的作用，所以有效。固态微粒注入装置26具有固态微粒罐和固态微粒注入泵(未图示)，在作为泥浆而注入的情况下，还具备用于将来的水等的液体罐、混合槽、搅拌机。从控制装置20对固态微粒注入装置26提供固态微粒注入装置控制信号28，调整固态微粒的注入量。在注入凝集剂的预处理中，以浊质为核而生成絮凝物，在其中卷入作为污垢成分的多糖类，使该絮凝物沉淀、或者过滤、或者浮上分离，从而能够从海水I去除。但是，在海水I的浊度极其低的情况下，絮凝物的生成成为不良而取入到絮凝物的多糖类的量减少，作为结果，在半透膜处理装置12中也残存多糖类，而产生污垢的可能性高。在这样的情况下，如果相比于凝集处理在前段对海水I注入了固态微粒，则成为絮凝物的核的物质增加，而能够改善絮凝物的生成不良。其结果，取入到絮凝物中的多糖类的量也增加，而能够降低半透膜处理装置12的污垢。但是，如果注入了固态微粒，则污泥产生量增加。因此，如果不适当地控制固态微粒的注入量，则除了固态微粒的药剂成本增大以夕卜，污泥处置成本也增大。另外，对于固态微粒注入后的固态微粒注入水3，需要在到达半透膜处理装置12之前分离浊质，所以在固态微粒的注入量过度的情况下，浊质分离装置的运转成本也增大。虽然能够根据粉末的性质，通过温水清洗、蒸气清洗、加热等处理去除有机物来再利用，但在该情况下，由于需要再生成本，所以也需要将固态微粒的注入量抑制为必要最小限。因此，在控制单元20中，除了预处理装置10的操作量以外，还计算固态微粒注入装置26的操作量，与预处理装置控制信号24 —起输出固态微粒注入装置控制信号28。此处，对于目标信号22，作为数值，既可以是预处理水16中包含的多糖类的目标浓度，也可以是半透膜处理装置12的稳定运转期间。或者，对于目标信号22，作为运转条件探索指标的项目，也可以选择海水淡水化系统整体的运转成本、或者海水淡水化系统整体的环境负荷。例如，在目标信号22是预处理水16中包含的多糖类的浓度的情况下，在控制单元20的评价指标比较单元40中，比较目标信号22和多糖类浓度信息18。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，以通过预处理装置10去除更多的多糖类的方式，输出预处理装置控制信号24和固态微粒注入装置控制信号28。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，以缓和预处理装置10中的多糖类去除的方式，输出预处理装置控制信号24和固态微粒注入装置控制信号28。在预处理装置10是凝集处理、凝集沉淀处理的情况下，预处理装置控制信号24成为凝集剂的注入量。
在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，需要更大量地去除多糖类，所以实施凝集剂注入量的增加和固态微粒注入量的增加。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，多糖类被过度地去除，所以实施凝集剂注入量的减少和固态微粒注入量的减少。由于存在多个用于使多糖类减少或者增加的凝集剂注入量和固态微粒注入量的组合，所以也可以预先作为公式模型而具备凝集剂注入量、固态微粒注入量对多糖类的去除产生的影响，依照该模型通过计算求出最适合的运转条件。为了确定为唯一的运转条件，优选在公式模型中预先具备凝集剂的药品单价(￥/ton )和固态微粒的药品单价(￥/ton ),实施使药品成本的总和成为最小那样的运算。进而，优选以使作为注入凝集剂、固态微粒的结果而产生的污泥的处置成本也包含于运算中的方式，还考虑污泥处置费用单价(￥/ton )。或者，为了确定为唯一的运转条件，优选在公式模型中，预先具备凝集剂的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)和固态微粒的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)，实施使环境负荷的总和成为最小那样的运算。进而，优选以使作为注入凝集剂、固态微粒的结果而产生的污泥的处置中产生的环境负荷也包含于运算的方式，还考虑环境负荷污泥处置原单位(kg-C02/ton)。在不使用公式模型的情况下，能够使用扰动产生单元36，通过以下的步骤，反馈地求出凝集剂注入量和固态微粒注入量的适合的组合。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，首先通过扰动产生单元36，提供作为预处理装置控制信号24的凝集剂注入量而作为增加方向的扰动。提供该扰动的周期既可以是定期也可以是不定期，扰动的幅度是对预处理水16的多糖类浓度信息18造成影响的程度的变化即可。在评价指标运算单元38中，通过将此时的凝集剂注入量的增加量(ton)与凝集剂的药品单价(￥/tOIl )之积除以多糖类的浓度减少量(mg/L),作为评价指标计算值44求出通过凝集剂实现的多糖类浓度降低成本(￥/ (mg/L))。此处，优选对凝集剂注入量的增加量(ton)与凝集剂的药品单价(￥/ton)之积还加上凝集剂注入量的增加量(ton)与凝集剂起源的污泥处置费用单价(￥/ton)之积之后，除以多糖类的浓度减少量(mg/L)。
接下来，通过扰动产生单元36，提供作为固态微粒注入装置控制信号28的固态微粒注入量而作为增加方向的扰动。提供该扰动的周期既可以是定期也可以是不定期，扰动的幅度是对预处理水16的多糖类浓度信息18造成影响的程度的变化即可。在评价指标运算单元38中，通过将此时的固态微粒注入量的增加量(ton)与固态微粒的药品单价(￥/ton )之积除以多糖类的浓度减少量(mg/L)，作为评价指标计算值44，求出通过固态
微粒实现的多糖类浓度降低成本(￥/(mg/L))。此处，优选对固态微粒注入量的增加
量(ton)与固态微粒的药品单价之积还加上固态微粒注入量的增加量(ton)与
固态微粒起源的污泥处置费用单价(￥/ton )之积之后，除以多糖类的浓度减少量(mg/L)。使用评价指标比较单元40比较根据以上的步骤求出的通过凝集剂实现的多糖类浓度降低成本和通过固态微粒实现的多糖类浓度降低成本。在通过凝集剂实现的多糖类浓 度降低成本小于通过固态微粒实现的多糖类浓度降低成本的情况下，使固态微粒注入量返回到扰动前的值，将凝集剂注入量的扰动后的值用作下一时刻的操作量42，使运转继续。相反地，在通过凝集剂实现的多糖类浓度降低成本大于通过固态微粒实现的多糖类浓度降低成本的情况下，使凝集剂注入量返回到扰动前的值，将固态微粒注入量的扰动后的值用作下一时刻的操作量42，使运转继续。通过直至多糖类浓度信息18等于或者小于目标信号22位置不断执行该步骤，能够以更低的成本，实现满足作为预处理水16中包含的多糖类的浓度提供的目标信号22的运转。或者，在相比于运转成本更重视环境负荷的情况下，通过在评价指标运算单元38中，将上述凝集剂的药品单价(￥/tOIl )改称为凝集剂的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)、将通过凝集剂实现的多糖类浓度降低成本(￥/ ( mg/L ))改称为凝集剂所致的多糖类浓度减少环境负荷(kg-C02/(mg/L))、将凝集剂起源的污泥处置费用单价(￥/ton )改称为凝集剂起源的污泥处置环境负荷原单位(kg-co2/ton)、将固态微粒的药品单价(￥/ton )改称为固态微粒的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)、将通过固态微粒实现的多糖类浓度降低成本(￥/ (mg/L))改称为固态微粒所致的多糖类浓度减少环境负荷(kg-C02/(mg/L))、将固态微粒起源的污泥处置费用单价(￥/ton )改称为固态微粒起源的污泥处置环境负荷原单位(kg-C02/ton)并进行运算，能够以更低的环境负荷，实现满足作为预处理水16中包含的多糖类的浓度而提供的目标信号22的运转。例如，在目标信号22是海水淡水化系统整体的运转成本的情况下，控制单元20以使运转转移到能够降低运转成本的操作条件的方式工作。能够通过实施例I中叙述的评价指标运算单元38的步骤，根据当前时间点下的多糖类浓度信息18，计算运转成本而作为评价指标计算值44。在降低该运转成本时，能够调整的因子是凝集剂注入量和固态微粒注入量这2个，为了得到作为下一时刻的操作量42的它们的适合的组合，实施以下的步骤。首先，通过扰动产生单元36，对作为预处理装置控制信号24的凝集剂注入量，提供增加或者减少的单向的扰动。提供扰动的周期既可以是定期也可以是不定期。扰动的幅度是对预处理水16的多糖类浓度信息18造成影响的程度的变化即可。
该扰动的结果，作为多糖类浓度信息18对控制单元20提供的多糖类的浓度变化，通过评价指标运算单元38实现上述步骤，从而能够计算运转成本而作为评价指标计算值44。接下来，使凝集剂注入量 返回到扰动前的值，通过扰动产生单元36，对作为固态微粒注入装置控制信号28的固态微粒注入量，提供增加或者减少的单向的扰动。提供扰动的周期既可以是定期也可以是不定期。扰动的幅度是对预处理水16的多糖类浓度信息18造成影响的程度的变化即可。该扰动的结果，作为多糖类浓度信息18对控制单元20提供的多糖类的浓度变化，通过评价指标运算单元38实现上述步骤，从而能够计算运转成本而作为评价指标计算值44。通过评价指标比较单元40，将如上所述求出的扰动后的运转成本与扰动前的运转成本进行比较，判定大小。如果扰动后的运转成本低于扰动前的运转成本，则针对凝集剂注入量、以及固态微粒注入量都对与提供了扰动的方向相同的一侧进一步提供扰动，直至运转成本转变为增加，不断增加扰动。如果达到运转成本增加的位置，则将运转条件决定为其前I次的条件，将其作为下一时刻的操作量42而输出，直至下次的扰动的定时，使该运转继续。首先提供了扰动的结果，如果扰动后的运转成本高于扰动前的运转成本，则对与提供了扰动的方向相反的一侧提供扰动。如果即使这样运转成本仍高，则返回到原来的运转条件，直至下次的扰动的定时，使该运转继续。通过实施以上的步骤，能够使海水淡水化系统以能够降低运转成本的条件运转。例如，在目标信号22是海水淡水化系统整体的环境负荷的情况下，控制单元20以使运转转移到能够降低环境负荷的操作条件的方式工作。在该情况下，在控制单元20
中的评价指标运算单元38中，代替上述动力单价(￥/k\Vh)使用环境负荷动力原单位
(kg-co2/kffh)、代替药品单价(￥/ton )使用环境负荷药品原单位(kg-co2/ton)、代替药品清洗成本使用环境负荷药品清洗原单位(kg-co2/次)、代替膜更换成本使用环境负荷膜更换原单位(kg-co2/次)，通过与上述运转成本的情况同样的步骤，反复实施运算和扰动。其结果，能够使海水淡水化系统以能够降低环境负荷的条件运转。这样，通过采用实施例2的结构，能够得到与上述实施例I同样的效果。实施例3图5是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例3中的流程的图。如该图所示，在实施例3中的海水淡水化系统的控制装置中，其结构与图I以及图2所示的实施例I大致相同，但作为实施例3中的预处理装置10的一个，使用砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理中的某一个。从预处理装置10流出的预处理水16流入到半透膜处理装置12，通过预处理水多糖类浓度测量单元14测量其中包含的多糖类的浓度，同时通过浊度测量装置30测量浊度，作为浊度信息32提供给控制单元20。对控制单元20，预先提供目标信号22和浊度目标值34。然后，在控制单元20中，计算预处理装置10的操作量，输出预处理装置控制信号24。此处，对于目标信号22，作为数值，既可以是预处理水16中包含的多糖类的目标浓度，也可以是半透膜处理装置12的稳定运转期间。或者，对于目标信号22，作为运转条件探索指标的项目，也可以选择海水淡水化系统整体的运转成本、或者海水淡水化系统整体的环境负荷。浊度目标值34是流入到半透膜处理装置12的预处理水16的浊度目标值。在该实施例3中，与实施例I、实施例2的方式不同地，还考虑流入到半透膜处理装置12的预处理水16的浊度。S卩，在半透膜处理装置12中，实际上使用中空纤维膜、螺旋膜的情况较多，在其表面的狭窄的通道中作为并行流而流过预处理水16。此时，如果存在浊质，则产生狭窄的通道的堵塞，半透膜的性能降低。如果不仅是通道的堵塞，而且还存在在半透膜的表面附着或者沉淀了的浊质，则半透膜的性能进一步降低。因此，优选从流入到半透膜处理装置12的预处理水16，不仅充分去除多糖类，而且还充分去除浊质。在作为预处理装置10的最终段的固态物分离装置29使用精密膜过滤处理、或者超细膜过滤处理的情况下，只要膜不产生损伤，则浊质被几乎完全被去除。但是，在将沉淀 处理、砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理用作固态物分离装置29的情况下，由于运转条件，浊质有可能残留于预处理水16，而流入到半透膜处理装置12。在预处理装置10是凝集沉淀处理、且作为固态物分离装置29仅具备沉淀处理的情况下，在控制单元20的评价指标比较单元40中，将首先作为浊度信息32提供的当前时间点下的浊度与浊度目标值34进行比较。在当前时间点下的浊度高于浊度目标值34的情况下，凝集处理不充分，所以使作为预处理装置控制信号24输出的凝集剂的注入量增大。相反地，在当前时间点下的浊度低于浊度目标值34的情况下，凝集处理过度，所以使作为预处理装置控制信号24输出的凝集剂的注入量减少。将通过该步骤求出的凝集剂注入量称为对浊度适当凝集剂注入量。通过注入该对浊度适当凝集剂注入量以上的凝集剂，能够将流入到半透膜处理装置12的预处理水16的浊度抑制为比浊度目标值34低的值。与此同时，在凝集剂处理中，不仅需要浊度所致的污垢抑制，而且还需要多糖类所致的污垢抑制。例如，在目标信号22是预处理水16中包含的多糖类的浓度的情况下，在控制单元20的评价指标比较单元40中，比较目标信号22和多糖类浓度信息18。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，以通过预处理装置10去除更多的多糖类的方式，输出预处理装置控制信号24。在该实施例3的情况下，预处理装置10是凝集处理、凝集沉淀处理，所以在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，作为预处理装置控制信号24使凝集剂的注入量增大。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，尽管预处理装置10中多糖类的去除变得过度，但如果使凝集剂低于对浊度适当凝集剂注入量，则浊度的去除不充分，所以将对浊度适当凝集剂注入量作为下限，以成为其以上的值的方式，控制凝集剂注入量。即使在目标信号22不是预处理水16中包含的多糖类的浓度、而是海水淡水化系统整体的运转成本的情况、或者海水淡水化系统整体的环境负荷的情况下，通过同样地将凝集剂注入量的下限设为对浊度适当凝集剂注入量的值，也能够抑制浊质所致的通道堵塞、半透膜的性能降低。这样，通过采用实施例3的结构，能够得到与上述实施例I、或者实施例2同样的效果。实施例4
图6是示出本发明的海水淡水化系统的控制装置的实施例4中的流程的图。如该图所示，在实施例4中的海水淡水化系统的控制装置中，其结构与图5所示的实施例3大致相同，但在实施例4的预处理装置10中，包括注入凝集剂的处理、即凝集处理、或者凝集沉淀处理，而且，具备对注入凝集剂之前的海水I注入固态微粒的固态微粒注入装置26。作为固态微粒，还能够期待粉末活性炭、沸石粉末、氧化铝粉末、磁性体粒子在其表面吸附多糖类的作用，所以有效。固态微粒注入装置26具有固态微粒罐和固态微粒注入泵(未图示)，在作为泥浆而注入的情况下，还具备用于混合的水等的液体罐、混合槽、搅拌机。从控制装置20对固态微粒注入装置26提供固态微粒注入装置控制信号28，调整固态微粒的注入量。在注入凝集剂的预处理中，以浊质为核而生成絮凝物，在其中卷入作为污垢成分的多糖类，使该絮凝物沉淀、或者过滤、或者浮上分离，从而能够从海水I去除。但是，在海水I的浊度极其低的情况下，絮凝物的生成变得不良而取入到絮凝的多糖类的量减少，作 为结果在半透膜处理装置12中也残存多糖类而产生污垢的可能性高。在这样的情况下，如果相比于凝集处理在前段对海水I注入了固态微粒，则成为絮凝物的核的物质增加，能够改善絮凝物的生成不良。其结果，取入到絮凝物中的多糖类的量也增加，能够降低半透膜处理装置12的污垢。但是，如果注入了固态微粒，则污泥产生量增加。因此，如果不适当地控制固态微粒的注入量，则除了固态微粒的药剂成本增大以外，污泥处置成本也增大。另外，对于固态微粒注入后的固态微粒注入水3，需要在到达半透膜处理装置12之前分离浊质，所以在固态微粒的注入量过度的情况下，浊质分离装置的运转成本也增大。虽然能够根据粉末的性质，通过温水清洗、蒸气清洗、加热等处理去除有机物来再利用，但在该情况下，由于需要再生成本，所以需要将固态微粒的注入量抑制为必要最小限。从预处理装置10流出的预处理水16流入到半透膜处理装置12，通过预处理水多糖类浓度测量单元14测量其中包含的多糖类的浓度而作为多糖类信息18，并且通过浊度测量装置30测量浊度而作为浊度信息32，提供给控制单元20。此处，多糖类和浊度的测量既可以是同时，也可以前后相逆。另一方面，对控制单元20，预先提供目标信号22和浊度目标值34，在控制单元20中，计算预处理装置10和固态微粒注入装置26的操作量，输出预处理装置控制信号24和固态微粒注入装置控制信号28。此处，对于目标信号22，作为数值，既可以是预处理水16中包含的多糖类的目标浓度，也可以是半透膜处理装置12的稳定运转期间。或者，对于目标信号22，作为运转条件探索指标的项目，也可以选择海水淡水化系统整体的运转成本、或者海水淡水化系统整体的环境负荷。浊度目标值34是流入到半透膜处理装置12的预处理水16的浊度目标值。在该实施例4中，与实施例2不同地，还考虑流入到半透膜处理装置12的预处理水16的浊度。在半透膜处理装置12中，实际上使用中空纤维膜、螺旋膜的情况较多，在其表面的狭窄的通道中作为并行流而流过预处理水16。此时，如果存在浊质，则产生狭窄的通道的堵塞，半透膜的性能降低。如果不仅存在通道的堵塞，而且还存在在半透膜的表面附着或者沉淀的浊质，则半透膜的性能进一步降低。因此，优选从流入到半透膜处理装置12的预处理水16，不仅充分去除多糖类而且还充分去除浊质。
在作为预处理装置10的最终段的固态物分离装置29使用精密膜过滤处理、或者超细膜过滤处理的情况下，只要不产生膜的损伤，则浊质几乎被完全去除。但是，在将沉淀处理或砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理用作固态物分离装置的情况下，根据运转条件，浊质有可能残留于预处理水16，而流入到半透膜处理装置12。因此，需要以能够适合地去除残留的浊质的方式，控制凝集剂的注入率。因此，在控制单元20的评价指标比较单元40中，首先，将作为浊度信息32提供的当前时间点下的浊度与浊度目标值34进行比较。在当前时间点下的浊度高于浊度目标值34的情况下，凝集处理不充分，所以使作为预处理装置控制信号24输出的凝集剂的注入量增大。相反地，在当前时间点下的浊度低于浊度目标值34的情况下，凝集处理过度，所以使作为预处理装置控制信号24输出的凝集剂的注入量减少。将通过该步骤求出的凝集剂注入量称为对浊度适当凝集剂注入量。通过注入该对浊度适当凝集剂注入量以上的凝集剂，能够将流入到半透膜处理装 置12的预处理水16的浊度抑制为比浊度目标值34低的值。与此同时，在凝集处理中，不仅需要抑制浊度所致的污垢，而且还需要抑制多糖类所致的污垢。例如，在目标信号22是预处理水16中包含的多糖类的浓度的情况下，在控制单元20的评价指标比较单元40中，比较目标信号22和多糖类浓度信息18。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，以通过预处理装置10去除更多的多糖类的方式，输出预处理装置控制信号24和固态微粒注入装置控制信号28。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，以缓和预处理装置10中的多糖类去除的方式，输出预处理装置控制信号24和固态微粒注入装置控制信号28。在多糖类浓度信息18大于目标信号22的情况下，需要去除更多的多糖类，所以实施凝集剂注入量的增加和固态微粒注入量的增加。相反地，在多糖类浓度信息18小于目标信号22的情况下，过度地去除多糖类，所以实施凝集剂注入量的减少和固态微粒注入量的减少。但是，如果使凝集剂少于对浊度适当凝集剂注入量，则浊度的去除不充分，所以将对浊度适当凝集剂注入量作为下限，以成为其以上的值的方式，控制凝集剂注入量。由于存在多个用于使多糖类成为期望的浓度的凝集剂注入量和固态微粒注入量的组合，所以也可以预先作为公式模型而具备凝集剂注入量、固态微粒注入量对多糖类去除造成的影响，并按照该模型通过计算求出最适合的运转条件。为了确定为唯一的运转条件，优选预先在公式模型中具备凝集剂的药品单价(￥/ton )和固态微粒的药品单价(￥/ton ),实施使药品成本的总和成为最小那样的运算。进而，优选以使作为注入凝集剂、固态微粒的结果而产生的污泥的处置成本也包含于运算中的方式，还考虑污泥处置费用单价(￥/ton )。或者，为了确定为唯一的运转条件，优选在公式模型中，预先具备凝集剂的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)和固态微粒的环境负荷药品原单位(kg-C02/ton)，实施使环境负荷的总和成为最小那样的运算即可。进而，优选以使作为注入凝集剂、固态微粒的结果而产生的污泥的处置中产生的环境负荷也包含于运算的方式，还考虑环境负荷污泥处置原单位(kg-C02/ton)。这样，通过采用实施例4的结构，能够得到与上述各实施例同样的效果。
权利要求
1.一种海水淡水化系统的控制装置，其特征在于，具备 半透膜处理装置，用半透膜对海水或者咸水进行淡水化； 预处理装置，配置于比该半透膜处理装置更靠前的一段，对供给到该半透膜处理装置的海水或者咸水进行预处理； 预处理水多糖类测量单元，测量经该预处理装置处理过的处理水中包含的多糖类的浓度；以及 控制单元，根据由该预处理水多糖类测量单元测量出的预处理水多糖类浓度测量值以及预先提供的目标信号，计算所述预处理装置的操作量而输出向该预处理装置的控制信号。
2.根据权利要求I所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 所述预处理装置至少具备注入凝集剂的凝集剂注入装置以及从海水或者咸水分离固态物的固态物分离装置。
3.根据权利要求2所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 所述固态物分离装置进行砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个。
4.根据权利要求I所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 所述控制单元具备 扰动产生单元，定期或者不定期地对所述预处理装置的操作量提供扰动； 评价指标运算单元，作为评价指标，计算运转成本或者环境负荷；以及评价指标比较单元，比较提供扰动的前后的评价指标的大小，输出使该评价指标变小的操作量而作为下一时刻的操作量。
5.根据权利要求I所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 作为所述预处理装置，使用砂过滤处理、多介质过滤处理、加压浮上分离处理中的某一个， 所述海水淡水化系统的控制装置具备浊度测量单元，该浊度测量单元测量所述预处理装置的处理水中包含的浊度， 所述控制单元根据由该浊度测量单元测量的浊度测量值、由所述预处理水多糖类测量单元测量的预处理水多糖类浓度测量值、预先提供的目标信号以及预先提供的浊度目标值，计算所述预处理装置的操作量而输出向该预处理装置的控制信号。
6.根据权利要求I所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 在所述预处理装置的前段具备固态微粒注入装置， 所述控制单元根据由所述预处理水多糖类测量单元测量的预处理水多糖类浓度测量值以及预先提供的目标信号，计算所述预处理装置和所述固态微粒注入装置的操作量而输出向该预处理装置和所述固态微粒注入装置的控制信号。
7.根据权利要求5所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 在所述预处理装置的前段具备固态微粒注入装置， 所述控制单元根据由所述浊度测量单元测量的浊度测量值、由所述预处理水多糖类测量单元测量的预处理水多糖类浓度测量值、预先提供的目标信号以及预先提供的浊度目标值，计算所述预处理装置和所述固态微粒注入装置的操作量而输出向该预处理装置和所述固态微粒注入装置的控制信号。
8.根据权利要求6或者7所述的海水淡水化系统的控制装置，其特征在于， 作为所述固态微粒注入装置的固态微粒，使用粉末活性炭、沸石粉末、氧化铝粉末、磁性体粒子中的至少一种。
9.一种海水淡水化系统的控制方法，其特征在于， 在用半透膜处理装置的半透膜对通过预处理装置处理海水或者咸水而得到的处理水进行淡水化时，通过预处理水多糖类测量单元测量所述预处理装置的处理水中包含的多糖类的浓度，比较该多糖类浓度的测量值和预先提供的目标信号，根据该比较值计算所述预处理装置的操作量而通过控制单元进行控制。
10.根据权利要求9所述的海水淡水化系统的控制方法，其特征在于， 所述控制单元具备 扰动产生单元，定期或者不定期地对所述预处理装置的操作量提供扰动； 评价指标运算单元，作为评价指标，计算运转成本或者环境负荷；以及评价指标比较单元，比较提供扰动的前后的评价指标的大小，输出使该评价指标变小的操作量而作为下一时刻的操作量， 所述目标信号是处理水中包含的多糖类的浓度，通过所述评价指标比较单元比较所述目标信号和所述预处理水多糖类测量单元中的多糖类浓度信息，在所述多糖类浓度信息大于所述目标信号的情况下，从所述控制单元对所述预处理装置输出预处理装置控制信号，以去除多糖类，并且在所述多糖类浓度信息小于所述目标信号的情况下，从所述控制单元对所述预处理装置输出预处理装置控制信号，以缓和多糖类的去除。
11.根据权利要求10所述的海水淡水化系统的控制方法，其特征在于， 在所述预处理装置进行凝集处理或者凝集沉淀处理的情况下，所述预处理装置控制信号是凝集剂的注入量，在所述多糖类浓度信息大于所述目标信号的情况下，增加所述凝集剂的注入量， 或者，在所述预处理装置进行砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的情况下，所述预处理装置控制信号是清洗开始信号，在所述多糖类浓度信息大于所述目标信号的情况下，产生使用了空气或者水的逆洗的触发信号， 或者，在所述预处理装置进行加压浮上分离处理的情况下，所述预处理装置控制信号是加压压力或者溶解空气量，在所述多糖类浓度信息大于所述目标信号的情况下，增大加压压力或者溶解空气量。
12.根据权利要求9所述的海水淡水化系统的控制方法，其特征在于， 所述控制单元具备 扰动产生单元，定期或者不定期地对所述预处理装置的操作量提供扰动； 评价指标运算单元，作为评价指标，计算运转成本或者环境负荷；以及评价指标比较单元，比较提供扰动的前后的评价指标的大小，输出使该评价指标变小的操作量而作为下一时刻的操作量， 所述目标信号是所述半透膜处理装置的稳定运转期间，通过所述评价指标运算单元根据所述预处理水多糖类测量单元中的多糖类浓度信息，预测计算在半透膜的药品清洗或者更换之前的稳定运转期间而作为评价指标，并且在所述评价指标比较单元中，比较所述稳定运转期间的预测值和作为所述目标信号提供的稳定运转期间，在所述稳定运转期间的预测值小于所述目标信号的情况下，从所述控制单元对所述预处理装置输出预处理装置控制信号，以去除多糖类，并且在所述稳定运转期间的预测值大于所述目标信号的情况下，从所述控制单元对所述预处理装置输出预处理装置控制信号，以缓和多糖类的去除。
13.根据权利要求12所述的海水淡水化系统的控制方法，其特征在于， 在所述预处理装置进行凝集处理或者凝集沉淀处理的情况下，所述预处理装置控制信号是凝集剂的注入量，在所述稳定运转期间的预测值小于所述目标信号的情况下，增加所述凝集剂的注入量， 或者，在所述预处理装置进行砂过滤处理、多介质过滤处理、精密膜过滤处理、超细膜过滤处理中的某一个的情况下，所述预处理装置控制信号是清洗开始信号，在所述稳定运转期间的预测值小于所述目标信号的情况下，产生使用了空气或者水的逆洗的触发信号，或者，在所述预处理装置进行加压浮上分离处理的情况下，所述预处理装置控制信号是加压压力或者溶解空气量，在所述稳定运转期间的预测值小于所述目标信号的情况下，增大加压压力或者溶解空气量。
全文摘要
本发明实现一种通过根据海水或者咸水中包含的污垢成分的量以能够降低半透膜的污垢的方式控制预处理，运转成本低并且稳定地得到淡水的海水淡水化系统。本发明为了解决上述课题，其特征在于，具备半透膜处理装置，用半透膜对海水或者咸水进行淡水化；预处理装置，配置于比该半透膜处理装置更靠前的一段，对供给到该半透膜处理装置的海水或者咸水进行预处理；预处理水多糖类测量单元，测量经该预处理装置处理过的处理水中包含的多糖类的浓度；以及控制单元，根据由该预处理水多糖类测量单元测量出的预处理水多糖类浓度测量值以及预先提供的目标信号，计算所述预处理装置的操作量而输出向该预处理装置的控制信号。
文档编号G05D11/02GK102743975SQ20121011601
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月19日 优先权日2011年4月21日
发明者田所秀之, 荒戸利昭, 阴山晃治, 隅仓岬, 馆隆广 申请人:株式会社日立制作所