淡水化系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供实时监控半透膜元件状况的淡水化系统。该淡水化系统(15)设置：在压力容器(12)内串联设置的多个半透膜元件(10)；通过压力容器(12)内的上游侧的半透膜元件(10)取出过滤水的第1取出口(22)；通过压力容器(12)内的下游侧的半透膜元件(10)取出过滤水的第2取出口(26)；以及监控装置(18)，其根据至少第1取出口(22)的过滤水的水量(46)、水质(48)、第2取出口(26)的过滤水的水量(52)及水质(54)的任何一种，把具有与半透膜元件(10)的污垢相关的指标输出。
【专利说明】淡水化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及采取海水或盐水进行淡水化的淡水化系统，特别是涉及具有监测功能的淡水化系统。
【背景技术】
[0002]采用分离膜的水处理系统已被关注。作为这样的水处理系统，例如，有采用半透膜进行过滤处理的海水淡水化装置或盐水淡水化装置等。半透膜，根据构造及使用方法的不同，有反渗透膜与正渗透膜。这些半透膜采用纤维素或聚酰胺等原材料制造。例如，采用反渗透膜进行海水淡水化处理时，通过施加海水渗透压以上的压力，使海水中的盐分不透过而仅水透过，得到淡水。
[0003]但是，海水等处理水中所含有机物或微生物成为主要原因，有时对分离膜产生凝胶状的生物污垢(b1-fouling)而蓄积。生物污垢使分离膜的透水性能降低，结果是产生泵动力的增加或得到的过滤流量减少等课题。
[0004]当污垢增加时，进行药品洗涤，除去污垢的操作。当污垢蓄积量少时，由于药品可达到半透膜的表面附近，故用药品可容易地除去污垢。然而，当污垢的蓄积量多时，药品被污垢阻止，药品不能到达半透膜的表面附近，污垢的除去变得困难。因此，必需有在初始阶段检测污垢发生的技术。
[0005]关于这样的技术，已知有国际公开W02008/038575A1公报记载的技术。在上述公报中，记载了反渗透膜过滤装置的运行方法，其特征在于，在使反渗透膜过滤部内的反渗透膜供给水及/或反渗透膜非过滤水以与反渗透膜过滤部的反渗透膜组件内的非过滤水线速度同等的线速度流水的条件下，配置生物膜形成基材，对生物膜形成基材上的生物膜量以I日?6个月进行I次的频率进行评价，根据其评价结果控制装置的运行方法。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:国际公开W02008/038575A1公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]在专利文献I记载的技术中，反渗透膜过滤装置的反渗透膜过滤部的反渗透膜面上的生物膜量，由于可定量地监测，在达到压力损失上升或透过水量降低前，可对杀菌方法或反渗透膜的药品洗涤条件、前处理部的运行条件等反渗透膜过滤装置的运行方法进行适当修正。
[0011]但是，在专利文献I记载的技术中，由于生物膜形成基材上的生物膜量以I日?6个月I次的频率用ATP进行评价，因此不能连续且自动地进行测定。其结果是，污垢的发生在初始阶段有可能不能被检测出来。
[0012]本发明提供一种能实时监测半透膜元件状况的淡水化系统。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]为了解决上述课题，本发明的淡水化系统，其特征在于，具有:在压力容器内串联设置的多个半透膜元件，取出上述压力容器内的上游侧的半透膜元件的过滤水的第I取出口、取出上述压力容器内的下游侧的半透膜元件的过滤水的第2取出口、以及监控装置，该监控装置根据至少来自上述第I取出口的过滤水的水量、水质、来自上述第2取出口的过滤水的水量及水质的任何一种，把具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标输出。
[0015]另外，本发明的淡水化系统，其特征在于，在压力容器内设置半透膜元件，上述半透膜元件内具备收集过滤水的过滤水配管，在上述过滤水配管内设置过滤水分离部，分别取出比上述过滤水分离部上游侧的过滤水和比上述过滤水分离部下游侧的过滤水，具有监控装置，根据至少上述上游侧的过滤水水量、水质、上述下游侧的过滤水水量及水质的任何一种，把具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标输出。
[0016]发明效果
[0017]按照本发明，提供一种能实时监测半透膜元件状况的淡水化系统。
[0018]例如，可在与压力容器内的半透膜元件的污垢蓄积的相同条件下进行测定，实现更高精度的监控。
[0019]上述以外的课题、构成及效果，通过以下实施方案的说明能够明了。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的实施例1涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0021]图2为本发明的实施方案涉及的淡水化系统的整体构成图。
[0022]图3为实施例1的在压力容器中设置的半透膜元件内设置过滤水分离部时的构成图。
[0023]图4为表示相对经过日数的上游侧过滤水水量信息及下游侧过滤水水量信息的关系的说明图。
[0024]图5为将上游侧过滤水水量与下游侧过滤水水量之比加以指标化时的说明图。
[0025]图6为本发明的实施例2涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0026]图7为本发明的实施例3涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0027]图8为说明药品洗涤时相对于污垢蓄积量的费用关系的图。
[0028]图9为本发明的实施例4涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0029]图10为本发明的实施例5涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0030]图11为本发明的实施例6涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。
[0031]符号的说明
[0032]I 原水贮存槽
[0033]2 精密过滤膜
[0034]3 超滤膜
[0035]4 凝集剂槽
[0036]5 凝集剂注入泵
[0037]6 洗涤药品贮存槽
[0038]7 洗涤药品注入泵
[0039]8能量回收装置
[0040]9中间槽
[0041]10半透膜元件
[0042]11淡水贮存槽
[0043]12压力容器
[0044]13浓缩水贮存槽
[0045]14供给水
[0046]15淡水化系统
[0047]16加压泵
[0048]18监控装置
[0049]20上游侧过滤水
[0050]22上游侧过滤水取出口
[0051]24下游侧过滤水
[0052]26下游侧过滤水取出口
[0053]28过滤水分离部
[0054]30上游侧过滤水水量测量部
[0055]32上游侧过滤水水质测量部
[0056]34下游侧过滤水水量测量部
[0057]36下游侧过滤水水质测量部
[0058]38供给水压力测量部
[0059]40指标值计算部
[0060]42显示装置
[0061]44指标值信息
[0062]46上游侧过滤水水量信息
[0063]48上游侧过滤水水质信息
[0064]50供给水压力信息
[0065]52下游侧过滤水水量信息
[0066]54下游侧过滤水水质信息
[0067]80浓缩水
[0068]82元件状态信息
[0069]84过滤水配管
【具体实施方式】
[0070]以下，对本发明的实施方案利用附图加以说明。图2为本发明的实施方案涉及的淡水化系统的整体构成图。在图2中，实线箭头表示水的流向，虚线箭头表示信号线。本发明的淡水化系统15，其构成为:从被处理水(原水)取水向下游，依次为贮存取来的原水的原水贮存槽1、精密过滤膜(MF膜:Microfiltrat1n Membrane) 2、超滤膜(UF膜:Ultrafiltrat1n Membrane) 3、中间槽9、设置了半透膜元件10 (以后详述)的压力容器12、能量回收装置8、淡水贮存槽11及浓缩水贮存槽13。
[0071]原水贮存槽I贮存有作为取来的原水的海水或盐水。从贮存高分子凝集剂或无机系凝集剂的凝集剂槽4，通过凝集剂注入泵5，把适量凝集剂注入原水贮存槽I。因此，原水贮存槽I内原水中所含的有机物等杂质，被注入的凝集剂捕捉，形成絮凝物。含絮凝物的原水，通过泵，用精密过滤膜2及超滤膜3，把絮凝物及原水中所含的杂质，根据其孔径尺寸进行膜分离，膜分离后的原水(被处理水)，临时贮存于中间槽9。从凝集剂注入至采用超滤膜3的膜分离，构成前处理部。还有，这里的所谓盐水，意指含氯化钠等盐分的水，存在与海水的边界处的半咸水也包括在盐水中，另外，过去因流水被封闭而形成的化石水、含岩盐地带盐分的水等内陆水中也存在盐水。另外，作为高分子凝集剂，例如，可以采用聚丙烯酰胺系凝集剂，作为无机系凝集剂，例如，可以采用氯化铁。另外，还具有向前处理部注入pH调节剂的末图示的机构。
[0072]中间槽9内贮存的原水(被处理水)，通过加压泵16，作为供给水14供给压力容器12。通过压力容器12内的半透膜元件10，把供给水14膜分离为高浓度盐水的浓缩水80与过滤水(淡水)。过滤水，从压力容器12的一端，作为上游侧过滤水20，供给淡水贮存槽11，另外，从压力容器12的另一端，作为下游侧过滤水24，供给淡水贮存槽11。浓缩水80，通过能量回收装置8，供给浓缩水贮存槽13。用能量回收装置8回收的能量，用作加压泵16的驱动源。压力容器12内设置的半透膜元件10，通过洗涤药品注入泵7，用从洗涤药品贮存槽6供给的洗涤药品，在所希望的时间进行洗涤。
[0073]监控装置18，监控设置了半透膜元件10的压力容器12的状态，控制凝集剂注入泵5、洗涤药品注入泵7、加压泵16。
[0074]还有，前处理部的构成不限于上述构成，例如，既可用砂滤部代替精密过滤膜2，另夕卜，也可是仅有精密过滤膜2及超滤膜3中的任何一种的构成。
[0075]作为半透膜元件10,有正渗透膜(F0膜:Forward Osmosis Membrane)、反渗透膜(R0膜:Reverse Osmosis Membrane),以下对采用反渗透膜(R0膜)，把海水或盐水作为原水，进行淡水化处理的场合作为例子进行说明。
[0076]还有，在本说明书中，所谓污垢，意指随着运行时间的推移，使膜性能发生变化的原因之一，但膜自身不发生变质，是外在因素产生的膜性能降低，根据其原因，采用洗涤，其性能可以恢复。因而，污垢包括生物污垢与水垢，生物污垢意指通过微生物或分泌物的作用，在膜面形成生物膜，使膜性能降低；水垢意指通过浓缩，难溶性物质超过溶解度，在膜面上析出的物质。作为在膜面上析出的难溶性物质，例如，有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅等。
[0077]以下利用附图对本发明的实施例，淡水化系统中含监控部的主要部分构成，SP力口压泵16、压力容器12及监控装置18的具体构成加以说明。
[0078]实施例1
[0079]图1为本发明的实施例1涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。图1中与图2相同的构成要素赋予同样的符号。淡水化，是通过向压力容器12中设置的半透膜元件(R0膜元件)10的一侧，用加压泵16供给供给水14，膜分离为过滤水(淡水)及高浓度的盐水的浓缩水80而实现的。在压力容器12中，由于必需保持半透膜的一侧压力，浓缩水80经过阀门或能量回收装置8后恢复至常压。
[0080]如图1所示，压力容器12其构成是:内部串联设置8个半透膜元件10，它们的中心部具有从上游侧向下游侧流通的过滤水配管84，经过半透膜元件10的过滤水，通过过滤水配管84的外周部设置的多个集水孔，可汇集于过滤水配管84内。在串联配置的半透膜元件10的供给水14的流入侧初段(第I根)与第2段(第2根)之间的过滤水配管84部设置过滤水分离部28。压力容器12具备:上游侧过滤水取出口 22，其设在流入供给水14的上游侧端部之一端；下游侧过滤水取出口 26，设在与上游侧过滤水取出口 22相反侧的端部。
[0081]供给水14，用加压泵16加压成高压水，流入压力容器12，经初段的半透膜元件10的过滤水被汇集至过滤水配管84，在过滤水配管84内，向第2段的半透膜元件10流动(下游侧)。此时，过滤水从过滤水分离部28向过滤水配管84的下游侧流动被阻止，从上游侧过滤水取出口 22流出。另外，第2段以后，即经第2段至第8段半透膜元件10的过滤水，汇集至过滤水配管84，依次向下游侧流动，从下游侧过滤水取出口 26流出。由此，经初段的半透膜元件10的过滤水与经第2段以后的半透膜元件10的过滤水，在过滤水配管84内加以水流分离。因此，过滤水分离部28，有作为隔壁的功能，采用例如密封塞或具有闸门机构的构件等加以实现。
[0082]另外，图1中具备:供给水压力测量部38，其测量通过加压泵16而成为高压水、流入压力容器12的供给水14的压力；上游侧过滤水水量测量部30，其测量从上游侧过滤水取出口 22取出、流至淡水贮存槽11的上游侧过滤水20的流量；以及，上游侧过滤水水质测量部32，其测量上游侧过滤水20的水质。另外，还具备:下游侧过滤水水量测量部34，其测量从下游侧过滤水取出口 26取出、流至淡水贮存槽11的下游侧过滤水24的流量；下游侧过滤水水质测量部36，其测量下游侧过滤水24的水质。在这里，通过上游侧过滤水水质测量部32及下游侧过滤水水质测量部36测量的水质项目，有过滤水的水温、导电率及pH中的任何I个或这些的组合。还有，水质项目不限于这些，也可以采用其他表示过滤水水质的项目。
[0083]把供给水压力测量部38测量的供给水压力测量信息50输出至构成监控装置18的指标计算部40。另外，通过上游侧过滤水水量测量部30测量的上游侧过滤水水量信息46、通过上游侧过滤水水质测量部32测量的上游侧过滤水水质信息48、通过下游侧过滤水水量测量部34测量的下游侧过滤水水量信息52以及通过下游侧过滤水水质测量部36测量的下游侧过滤水水质信息54也同样输出至指标计算部40。
[0084]还有，在这里对上述的过滤水分离部28的配置位置变形例加以说明。图3为实施例I的压力容器中设置的半透膜元件内设置过滤水分离部时的构成图。图1中，对压力容器12内设置的初段半透膜元件10与第2段的半透膜元件10之间的过滤水配管84部中配置过滤水分离部28时进行了说明，在图3中，压力容器12内的初段半透膜元件10内的过滤水配管84部中设置过滤水分离部28。此时，作为过滤水分离部28，采用栓74。栓74的形状可以是圆柱状，但希望采用便于设置的球形。材质优选有伸缩性的原材料，可为树脂类(橡胶等)，也可以是纤维状物质，只要能在过滤水配管84中把过滤水加以水流分离即可。由此，在I个半透膜元件10内，就可把从上游侧的一部分集水孔汇集至过滤水配管84的过滤水加以分离，并以更高精度监测半透膜元件10。在图3中示出初段的半透膜元件10的下游侧串联配置第2段至第8段的半透膜元件10的构成，但又不限于此，也可以是压力容器12内设置I个半透膜元件10的构成。
[0085]其次，返回至图1，指标值计算部40，采用输入的上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54、供给水压力信息50的全部或一部分，计算指标值信息44。在计算指标值信息44时，希望采用供给水14、浓缩水80、上游侧过滤水20或下游侧过滤水24的水温信息的任何一种。计算出来的指标值信息44，输出至构成监控装置18的显示装置42，通过显示装置42，操作员可时间连续地了解压力容器12内的半透膜元件10的生物污垢状态。
[0086]指标值计算部40，例如，由CPU等处理器、RAM及ROM等存储装置构成，CPU读出ROM中存储的各种程序，对RAM中存储的数据进行处理，处理后的数据储存于RAM中。以下，对采用指标值计算部40计算指标值信息44加以说明。
[0087]首先，作为最简单的场合，指标值计算部40，把上游侧过滤水水量信息46作为指标值信息44。图4为表示相对经过日数的上游侧过滤水水量信息及下游侧过滤水水量信息的关系的说明图。从淡水化系统15的运行开始后经过数日，当上游侧的半透膜元件10中的生物污垢增加时，上游侧过滤水20的水量减少。然而，通常的淡水化系统15，一般是进行过滤水总量达到一定的定量运行，因此上游侧过滤水20的减少部分作为下游侧过滤水24的增加部分被吸收。因此，与从压力容器12整体的供给水压力及过滤水总量推测生物污垢蓄积量相比，可将上游侧过滤水水量信息46直接作为时间变化用显示装置42显示，从其绝对值评价生物污垢蓄积量，从其斜率评价生物污垢的增加速度。如此，上游侧过滤水量的时间变化作为指标(指标I)使用时，不需供给水压力信息50、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52及下游侧过滤水水质信息54。因此，此时，作为测量部，仅采用上游侧过滤水水量测量部30就足够。
[0088]反之，可将具有正反关系的下游侧过滤水水量信息52直接作为时间变化用显示装置42显示，从其绝对值推测上游侧的半透膜元件10的生物污垢蓄积量，从斜率推测生物污垢的增加速度，进行评价。该场合与上述同样，作为测量部，只有下游侧过滤水水量测量34就足够。
[0089]还有，供给水14，采用设置半透膜元件10的压力容器12，分离成上游侧过滤水20、下游侧过滤水24与浓缩水80，过滤水相对供给水14占10%、浓缩水80相对供给水14占90%。因此，通过测定上游侧过滤水20的时间变化或下游侧过滤水24的时间变化，可直接检测出半透膜元件10表面上的生物污垢形成。
[0090]在现实中，一般情况下，海水的水温和盐浓度随时间发生变化。由于这些值影响到过滤水的水量，为了更正确的评价生物污垢蓄积量，最好把这些值的影响加以修正来使用。用于修正水温和盐浓度影响的顺序之一例如以下所述。
[0091]在某个时刻，半透膜元件10的滤饼阻力(过滤阻力)用Re表示。另外，用上游侧过滤水水质测量部32测量的海水温度为Temp [°C ]、用供给水压力测量部38测量的向压力容器12供给的供给水14的供给压力为P [MPa]、用上游侧过滤水水量测量部30测量的过滤水的流量为Qp [m3/s]、海水的渗透压为π [MPa]。另外，半透膜元件10的膜面积为A[m2]、纯水透过系数为Lvo [m (Pa.S)—1]。于是，首先，半透膜元件10的过滤通量Jv [m/s]用式(I)求出。
[0092]Jv = Qp/A...(]_)
[0093]当生物污垢在半透膜元件10的表面蓄积时，半透膜元件10多数产生滤饼过滤现象。在这种场合，采用上述式(I)计算的过滤通量Jv，滤饼阻力Re用式(2)计算。
[0094]Re = (I/ μ ) X (((P- Ji) /Jv) - (1/Lvo))...(2)
[0095]式中μ为水的粘性系数[Pa.S]。粘性系数μ —般为水温的函数,例如,可用下式(3)近似地求出。
[0096]μ = 4.7Xl(T7XTemp2-4.6Xl(T5XTemp+l.8Χ1(Γ3...(3)
[0097]另外，纯水透过系数Lvo是水温的函数，作为TCF(Temperature CoefficientFactor)，可从膜制造公司得到数据。
[0098]另外，盐浓度对上述海水的渗透压[MPa]产生影响。当盐浓度为C[mg七1]时，例如，盐浓度C[mg.Γ1]与渗透压[MPa]的关系可用下式表示。
[0099]31 = a.C+b...(4)
[0100]式中，a、b:系数。
[0101]把用式(3)及式(4)求出的μ与π、膜制造公司提供的Lvo值、式⑴求出的Jv代入式(2)，过滤水的流量Qp可变换成滤饼阻力Re。该滤饼阻力Re，可用作修正水温及盐浓度影响的指标(指标2)。因此，可更正确地评价生物污垢蓄积量。
[0102]上述指标2，特别希望以上游侧过滤水20作为对象求出，当定量运行时，也可把具有正反关系的下游侧过滤水24作为对象求出。
[0103]作为别的简易指标，也可采用上游侧过滤水20的水量与下游侧过滤水24的水量之比或利用该比的指标表示生物污垢蓄积量。如图4所示，在定量运行时，仅上游侧过滤水20的水量减少的部分，下游侧过滤水24的水量增加。因此，与采用任何一方的值相比，通过求其比值，变化率加大，评价精度提高。图5为将上游侧的过滤水水量与下游侧的过滤水水量之比作为指标时的说明图。
[0104]例如，定量运行时假定过滤水仅为1.0。上游侧过滤水20的水量为0.5、下游侧过滤水24的水量也是0.5。在某个时刻，上游侧过滤水20减少至0.4时，变化率为100Χ (0.5-0.4) /0.5 = 20%。作为上述水量之比，当采用“下游侧过滤水24的水量/上游侧过滤水20的水量”时，运行开始时为0.5/0.5 = 1.0，在某个时刻成为(0.6)/(0.4)=1.5，变化率扩大至100X (1.5-1.0) = 50%。上游侧的半透膜元件10与下游侧的半透膜元件10的一侧水温之差，即使供给水14的水温不同仍几乎相等，上游侧的半透膜元件10与下游侧的半透膜元件10的一侧盐浓度之差，即使供给水14的盐浓度不同仍几乎相等。但是，因此，这样把上游侧过滤水20的水量与下游侧过滤水24的水量之比用作指标(指标3)时，则不需供给水压力信息50或上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水质信息54。因此，此时，作为测量部，仅有上游侧过滤水水量测量部30及下游侧过滤水水量测量部34就足够。
[0105]另外，当生物污垢蓄积时，在该生物污垢内，通过进行代谢的微生物，消耗被供给水14中所含的溶解氧，溶解的二酸化碳浓度上升。当溶解的二酸化碳浓度上升时，氢离子指数PH降低。通过以上游侧过滤水水质测量部32测量其降低量，也可评价生物污垢的蓄积量。如此，作为上游侧过滤水20水质的pH用作指标(指标4)时，作为测量部，只要具有上游侧过滤水水质测量部32就足够。还有，即使在这种情况下，通过测定由过滤水分离部28分离的上游侧过滤水20的pH，和通过测量与无生物污垢、pH未降低的下游侧过滤水24混合后的过滤水总量的PH相比，也可高精度把握生物污垢蓄积量。
[0106]上述内容，为设定淡水化系统15仅具有I个压力容器12时的情况。然而，在实际的淡水化系统15中，一般具备多台压力容器12，这些多台压力容器12采用并联或串联以多段连接而构成。此时，采用相同的半透膜元件10，在相同的条件下运行的压力容器12有多台时，通过在I台或数台压力容器12中仅设置图1所示的测量部或过滤水分离部28，可以推测不设置这些装置的压力容器12的生物污垢状况。
[0107]此时，设置图1所示的测量部或过滤水分离部28的压力容器12与不设置这些装置的压力容器12，生物污垢状况必需达到一致。高压的供给水14相对半透膜元件10的流入是完全相同的，但与来自过滤水配管84的先前流动不同。为使半透膜元件10的过滤条件相同，希望在测量上游侧过滤水20的水量或水质后，于闭管的状态下与下游侧过滤水24合流。由此，与不设置测量部或过滤水分离部28的压力容器12容易保持同样的过滤状况。
[0108]在一部分的淡水化系统15中，其仅图3所示的初段(第I根)的半透膜元件10设置在I台压力容器12中，第2段(第2根)以后的多个半透膜元件10串联配置，设置在另一压力容器12中，这些压力容器12之间采用阀门加以连接而构成。此时，上述图3所示的栓74安装在初段压力容器12中设置的过滤水配管84内，通过采用该压力容器12中的上游侧过滤水水量信息46或上游侧过滤水水质信息48，可进行高精度的生物污垢蓄积量评价。
[0109]实施例2
[0110]图6为本发明实施例2涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。与实施例I同样的构成要素赋予相同的符号。本实施例中，监控装置18内设置阈值输入部56与状态评价计算部60，这与实施例1不同。
[0111]上游侧过滤水20与下游侧过滤水24，通过过滤水分离部28加以分离。与这些的水量及水质相关的信息，即上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54、以及供给水压力信息50，与实施例1同样，供给指标值计算部40。
[0112]从指标值计算部40输出的指标值信息44，通过阈值输入部56，与预先设定的阈值58，在状态评价计算部60进行比较。状态评价计算部60，当指标值信息44超过阈值58时，使警报信息62输入显示装置42。通过显示装置42上显示的警报信息62，操作员可以把握发出警报的水平状况。
[0113]状态评价计算部60与指标计算部40同样，例如，由CPU等的处理器，RAM及ROM等的存储装置构成，CPU读出被ROM存储的各种程序，对RAM存储的数据进行处理，处理后的数据由RAM存储。以下对状态评价计算部60的运行加以说明。
[0114]状态评价计算部60输出警报信息62时，如压力容器12中设置的半透膜元件10表面的生物污垢蓄积量增大，则药品洗涤操作必需迅速实施。这是由于当生物污垢蓄积量过度增加时，难以得到药品洗涤效果。具体的是，图4中说明的上游侧过滤水20的水量当在预先设定的阈值58以下时，输出警报信息62。当与上游侧过滤水20具有正反关系的下游侧过滤水24的水量超过预先设定的阈值58时，也输出警报信息62。
[0115]另外，采用实施例1中所述的指标2，即滤饼阻力Re时，如从指标计算部40得到的滤饼阻力Re值超过预先设定的阈值58时，也可输出警报信息62。
[0116]另外，也可构成为:当实施例1所述的指标3，即上游侧过滤水20的水量与下游侧过滤水24的水量之比超过或低于预先设定的阈值58时，输出警报情报62。具体的是，当“下游侧过滤水24的水量/上游侧过滤水20的水量”超过阈值时，表示半透膜元件10表面上形成的生物污垢增大。另外，当“下游侧过滤水24的水量/上游侧过滤水20的水量”低于阈值时，表示半透膜元件10表面上形成的水垢增大。这是由于生物污垢容易在半透膜元件10的上游侧发生，水垢容易在半透膜元件10的下游侧发生。
[0117]另一方面，状态评价计算部60，作为在输出警报信息62的另一场合，当供给水14中所含的生物污垢原因成分急剧增大时，有时必需改变前处理部的操作量或停止取水。在这种场合，生物污垢蓄积量的时间变化变得重要，由阈值输入部56预先设定的阈值58，变成与时间变化相关的值。具体的是，也可构成为:当图4所示的上游侧过滤水20的水量的时间变化低于预先设定的阈值58时，输出警报信息62。当与上游侧过滤水20有正反关系的下游侧过滤水24的水量的时间变化超过预先设定的阈值58时，输出警报信息62。或者，上游侧过滤水20的水量的时间变化的斜率的不同在过去和现在超过阈值58时，也可输出警报信息62。这是由于上游侧过滤水20的水量的时间变化斜率，即，在监测水量的变化速度时，假设水量的时间变化是在到达上述阈值前的阶段，可以早期检测出生物污垢增加的先兆。而且，当水量的时间变化斜率急剧增大时，例如，考虑此前的有机物污垢急剧地开始变质为生物污垢等的可能性，根据警报信息62，使设备停止或实施洗涤的可能性加大。
[0118]另外，采用指标2时，当上述的滤饼阻力Re的时间变化超过预先设定的阈值58时，也可输出警报信息62。或者，采用指标3时，当上游侧过滤水20的水量与下游侧过滤水24的水量之比的时间变化超过或低于预先设定的阈值58时，也可输出警报信息62。
[0119]实施例3
[0120]图7为本发明的实施例3涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。与实施例I同样的构成要素赋予同样的符号。在本实施例中，在监控装置18内设置推荐值计算部64，在这一点与实施例1不同。
[0121]与实施例1同样，上游侧过滤水20与下游侧过滤水24采用过滤水分离部28加以分离。涉及这些水量及水质的信息，即上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54、以及供给水压力信息50，供给指标值计算部40。
[0122]推荐值计算部64，根据来自指标值计算部40的指标值信息44，计算半透膜元件10的药品洗涤时间或冲洗时间或前处理部的操作量推荐值，作为推荐值信息66，输出至显示装置42。
[0123]在这里，所谓冲洗，意指通过提高流过半透膜元件10的供给水14的流速，除去半透膜元件10表面的附着物。例如，使供给水压力一定，打开多个半透膜元件10串联配置的压力容器12中设置的过滤水配管84、浓缩水80的流出配管中设置的末图示的阀门开度，通过使配管内形成低压，提高供给水14的流速。另外，药品洗涤，通过洗涤药品注入泵7，向压力容器12供给洗涤药品，使洗涤药品在压力容器12的内壁与半透膜元件10之间滞留规定时间。其后排出洗涤药品，通过通入供给水14洗涤半透膜元件10。
[0124]以下，对推荐值计算部64的运行加以说明。药品洗涤，其频率愈高，生物污垢蓄积量愈能有效减少。然而，其反面，缺点是需要药品费、需要进行废液处理、半透膜元件10的化学劣化(洗涤药品使膜物质的物性发生变化)发展、由于药品洗涤期间不能进行过滤，过滤水量减少等。当考虑这些缺点时，可以得到费用相对药品洗涤时的生物污垢蓄积量的函数。当在生物污垢蓄积量极少水平的状态下进行药品洗涤时，由于产生上述缺点，与药品洗涤有关的费用升高。反之，在生物污垢蓄积量为极高水平的状态下进行药品洗涤时，所需要的药品量增加或恢复率降低，因此药品费或加压泵16的动力费增多。
[0125]图8为说明相对药品洗涤时的污垢蓄积量的费用的关系的图。药品洗涤时的生物污垢蓄积量与费用的关系变成如图8所示的U字型函数。
[0126]除上述以外还有影响项目，在这里，把上述费用作为一例用下式表示。
[0127]费用=药品费+废液处理费+半透膜元件更换费+加压泵动力费
[0128]希望该费用达到最小，但右边的各个项目是污垢蓄积量的函数，一部分相对污垢蓄积量具有正的相关或负的相关。以下，示出在具有某种制约的区间中的函数例。由于系数值因使用的半透膜元件10的种类和药品浓度而异，这里假定用C1、C2...、αο(任何一种均为含ο的正整数)表示。
[0129]药品费=C1-C2.药品洗漆时污垢蓄积量...(5)
[0130]废液处理费=C3-C4.药品洗涤时污垢蓄积量...(6)
[0131]半透膜元件更换费=C5+C6.药品洗涤时污垢蓄积量-C7...(7)
[0132]加压泵动力费=C8+C9.药品洗涤时污垢蓄积量-Cl0...(8)
[0133]取式(5)?(7)与式(8)之和，药品洗涤时的污垢蓄积量与费用的相关性变成图8所示的U字型函数。
[0134]推荐值计算部64，把上述函数预先存储。将根据上游侧或下游侧的任一者的过滤水的水量或水质、供给水14的压力的任何一种或这些的组合求出的指标值信息44 (上述指标I至指标4的任何一种)与图8所示的U字型函数极小点的污垢蓄积量加以比较，在达到相同值的阶段，推荐值计算部64把达到可推荐的药品洗涤时间作为推荐值信息66输出给显示装置42。或者，将指标值信息44 (上述的指标I至指标4的任何一种)的时间变化与图8所示的U字型函数的极小点的污垢蓄积量加以比较，计算达到相同值的时间，推荐值计算部64把药品洗涤时间的推定值作为推荐值信息66输出至显示装置42。还有，在这里，作为洗涤药品，例如，可以采用盐酸、磷酸、柠檬酸、连二亚硫酸钠、氢氧化钠、十二烷基硫酸钠、醋酸、三磷酸钠、乙二胺四乙酸(EDTA:ethy lenediaminetetraacetic acid)、表面活性齐[J、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮等。
[0135]冲洗，也是其频率愈高，生物污垢蓄积量愈有效降低，其反面是存在:因冲洗期间不能过滤而过滤水量减少、冲洗期间的加压泵16的动力与供给水14浪费等缺点。与药品洗涤同样，冲洗有关的生物污垢蓄积量与费用的函数呈U字型。冲洗时，添加杀菌剂及分散剂(例如，一氧化氮等)或酶时，其费用也包括在函数中。还有，作为杀菌剂，例如，过醋酸(PAA:peracetic acid)、2，2_ 二溴-3-氮基丙酸胺(DBNPA:2，2-dibromo-3-nitri1propionamide)、2-甲基-4-异喔唑琳-3-丽、5-氣-2-甲基-4-异喔唑琳-3-丽等。
[0136]推荐值计算部64，预先存储上述函数。将根据上游侧或下游侧的任一者的过滤水的水量或水质、供给水14的压力的任何一种、或这些的组合求出的指标值信息44 (上述的指标I至指标4的任何一种)与冲洗有关的U字型函数极小点的生物污垢蓄积量加以比较，在达到相同值的阶段，推荐值计算部64把达到可推荐的冲洗时间作为推荐值信息66输出至显示装置42。或者，将指标值信息44 (上述指标I至指标4的任何一种)的时间变化与冲洗的U字型函数极小点的生物污垢蓄积量加以比较，计算达到相同值的时间，推荐值计算部64把冲洗时间的推定值作为推荐值信息66输出至显示装置42。
[0137]关于前处理部的控制，因各种处理方法的操作因素而异，在这里对凝集处理的控制加以说明。求出根据上游侧或下游侧的任一者的过滤水的水量或水质、供给水14的压力的任何一种或这些的组合求出的指标值信息44的时间变化。如上所述，由于本发明的监控装置18可连续地得到实测数据，也可以得到短时间的生物污垢蓄积量的时间变化的数据。为使生物污垢蓄积量的时间变化值达到所希望的值以下，通过把凝集剂注入率加以反馈控制，当供给水14中所含的污垢原因物质急增时，控制向原水贮存槽I内的原水注入的凝集剂注入率，污垢原因物质可通过凝集剂加以捕捉，可抑制生物污垢蓄积。在本实施例中，把凝集剂注入率作为前处理部操作量的推荐值信息66，输出至显示装置42。
[0138]在本实施例中，以污垢之一的生物污垢为例加以说明，但对水垢也同样进行。
[0139]实施例4
[0140]图9为本发明的实施例4涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。与实施例I及实施例3同样的构成要素赋予同样的符号。实施例3中为由推荐值计算部64得到的推荐值信息66输出至显示装置42的构成，本实施例中不同的是，在监控装置18上设置控制实行部68，其根据推荐值信息66，输出前处理部的操作量等控制指令70。
[0141]与实施例1同样，上游侧过滤水20与下游侧过滤水24通过过滤水分离部28加以分离。与这些的水量及水质相关的信息，即上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54、以及供给水压力信息50，供给指标值计算部40。
[0142]与实施例3同样，推荐值计算部64根据由指标值计算部40得到的指标值信息44，求出推荐值信息66。实施例3中把求出的推荐值信息66在显示装置42的图像中显示，帮助操作员进行操作运行，而本实施例中，其特征在于以下的构成:把推荐值信息66输出至控制实行部68，控制实行部68通过输出前处理部的操作量等，进行淡水化系统的控制。
[0143]控制实行部68，如实施例3中说明的那样，把从推荐值计算部64得到的药品洗涤时间的推定值的推荐值信息66输入，向洗涤药品注入泵7输出控制指令70，使从洗涤药品贮存槽6，把规定量的洗涤药品向压力容器12注入。
[0144]另外，控制实行部68，作为前处理部的操作量的推荐值信息66，把凝集剂注入率从推荐值计算部64输入，根据输入的凝集剂注入率，向凝集剂注入泵5发出控制指令70，以使凝集剂槽4中储存的无机系凝集剂或高分子凝集剂注入原水贮存槽I。由此，把污垢原因物质降低的原水向中间槽9送水，通过加压泵16，作为供给水14供给压力容器12，可以抑制压力容器12中设置的半透膜元件10表面的生物污垢蓄积。
[0145]采用这样的构成，按照本实施例，可不取决于操作员的熟练程度，使淡水化系统运行。另外，不需操作员的操作及判断，可实现完全自动化及无人化。
[0146]实施例5
[0147]图10为本发明的实施例5涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。与实施例1同样的构成要素赋予相同的符号。本实施例中，在I台压力容器12中串联配置的多个半透膜元件10中的初段(第I根)的半透膜元件76的纯水透过系数，比第2段以后的半透膜元件10的纯水透过系数高。而且，本实施例中，在多个半透膜元件10串联设置的多台压力容器12并联连接的构成中，I台压力容器12的初段(第I根)的半透膜元件76的纯水透过系数，比其他压力容器12的初段配置的半透膜元件10的纯水透过系数高，这一点与实施例1不同。还有，图10中，为了方便，仅示出在初段配置纯水透过系数高的半透膜元件76的压力容器12。
[0148]与实施例1同样，上游侧过滤水20与下游侧过滤水24通过过滤水分离部28加以分离。与这些的水量及水质相关的信息，即上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54以及供给水压力信息50，供给指标值计算部40。从指标值计算部40向显示装置42输出的指标值信息44与实施例1同样，故说明省略。
[0149]生物污垢的蓄积，过滤通量愈大愈易发生。这是由于过滤通量愈大，半透膜元件10的膜表面的浓度极化愈大，附着物质增多。另外，这里附着的微生物，由于许多附着物质及浓度极化而使得变成高浓度的供给水14中的营养成分更易获取，生成更多生物膜。因此，I台压力容器12中的位于最上游侧的初段(第I根)的半透膜元件76的纯水透过系数，比其他压力容器12内的初段中配置的半透膜元件10的纯水透过系数高，采用纯水透过系数高的半透膜元件76的生物污垢的蓄积，比其他压力容器内的生物污垢蓄积先发生。
[0150]作为其结果，在不使用纯水透过系数高的半透膜元件76的压力容器内，生物污垢开始产生前，可以进行该预测。即，可在较早阶段检测生物污垢开始产生。
[0151]如实施例1中所述，在一部分的淡水化系统15中，仅图3所示的初段(第I根)的半透膜元件10设置在I台压力容器12中，第2段(第2根)以后的多个半透膜元件10串联配置在其他压力容器12中，这些压力容器12之间，有时形成通过阀门连接的构成。在这样的场合，将I台压力容器12中设置的半透膜元件10作为纯水透过系数高的半透膜元件76，与通过阀门连接的其他压力容器内的初段配置的半透膜元件10相比，由于形成了纯水透过系数高的膜，故达到更高精度的污垢蓄积量的评价。
[0152]实施例6
[0153]图11为本发明实施例6涉及的淡水化系统中含监控部的主要部分构成图。与实施例I同样的构成要素赋予相同的符号。本实施例中，串联设置了多个半透膜元件10的多台压力容器12并联连接，各压力容器12内的过滤水配管84中设置的过滤水分离部28配置在各个不同位置，这一点与实施例1不同。另外，在监控装置18中设置半透膜元件状态推定部78这一点与实施例1不同。
[0154]如仅观察I台压力容器12，与实施例1同样，上游侧过滤水20与下游侧过滤水24采用过滤水分离部28进行分离。与这些的水量及水质相关的信息，即上游侧过滤水水量信息46、上游侧过滤水水质信息48、下游侧过滤水水量信息52、下游侧过滤水水质信息54、以及供给水压力信息50供给指标值计算部40。
[0155]在图11中，作为一例示出了将6台串联设置8个半透膜元件10的压力容器12并联连接的情况。还有，多台压力容器内的半透膜元件10，在各个位置以相同条件作为前提。即，在任何一台压力容器12中，供给水14的流入侧初段(第I根)的半透膜元件10必需以相同的状态运行。同样，第2段(第2根)半透膜元件10，即使在任何一台压力容器12中仍以相同的状态运行，第3段(第3根)以后也同样。
[0156]图11中在最靠上的压力容器12，在供给水14的流入侧初段(第I根)及第2段(第2根)之间的过滤水配管84内，设置过滤水分离部28，在从上数的第2台压力容器12中，在供给水14的流入侧的第2段与第3段之间的过滤水配管84中，设置过滤水分离部28。在从上数第3台压力容器12中的第3段与第4段之间、在第4台压力容器12的第4段与第5段之间、在第5台压力容器12的第5段与第6段之间、还有在第6台压力容器12中的第6段与第7段之间的过滤水配管84中，分别设置过滤水分离部28。
[0157]以下，对半透膜元件状态推定部78的运行动作加以说明。
[0158]各个位置的半透膜元件10的滤饼阻力设为R1、R2、...、R8。从图11的最靠上的压力容器12的测量数据求出下列2个值。
[0159](I)从上游侧过滤水20的测量数据求:R1
[0160](2)从下游侧过滤水24的测量数据求:平均(R2、R3、…、R8)
[0161]这里的函数平均O为O内的项目为单纯平均。
[0162]从上数第2台压力容器12的测量数据，求出下列2个值。
[0163](I)从上游侧的过滤水20的测量数据求:平均(Rl、R2)
[0164](2)从下游侧的过滤水24的测量数据求:平均(R3、R4、…、R8)
[0165]同样从上数第3台压力容器12的测量数据，求出下列2个值。
[0166](I)从上游侧过滤水20的测量数据求:平均(Rl、R2、R3)
[0167](2)从下游侧过滤水24的测量数据求:平均(R4、R5、…、R8)
[0168]同样，从上数的第4台压力容器12的测量数据求出:
[0169](I)从上游侧过滤水20的测量数据求:平均(Rl、R2、R3、R4)
[0170](2)从下游侧过滤水24的测量数据求:平均(R5、R6...、R8)
[0171]同样，从上数第5台压力容器12的测量数据求出:
[0172](I)从上游侧过滤水20的测量数据求:平均(Rl、R2、-R5)
[0173](2)从下游侧过滤水24的测量数据求:平均(R6、R7、R8)
[0174]同样，从上数第6台压力容器12的测量数据求出:
[0175](I)从上游侧过滤水20的测量数据求:平均(Rl、R2、…R6)
[0176](2)从下游侧过滤水24的测量数据求:平均(R7、R8)
[0177]通过将这些数据联合加以解析，半透膜元件状态推定部78分别求出Rl、R2、…、R8的值(指标2)，作为元件状态信息，向显示装置42输出。由此，操作者可以把握各个位置上配置的半透膜元件10的状态。
[0178]当可以把握各半透膜元件10的状态时，则生物污垢的更详细的状况变得更加明了，药品洗涤计划或半透膜元件更换计划可更恰当地选定。另外，由于已知后段(下游侧)配置的半透膜元件10的状况，故不仅由生物污垢，而且由水垢造成的半透膜元件10的性能降低也可容易把握。
[0179]按照本实施例，通过将各个半透膜元件的状态，作为元件状态信息82，用显示装置42提供给操作员，操作员可以把握整体的详细信息，更加安心有效地进行淡水化系统的运行管理。
[0180]还有，本发明不限于上述实施例，还包括各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解本发明而详细说明的例子，但不限于具备所说明的全部构成的例子。另外，某实施例的一部分构成可用其他实施例的构成置换，另外，某实施例的构成中也可添加其他实施例的构成。另外，对各实施例的一部分构成，可以进行其他实施例的构成的追加、削除、置换。
【权利要求】
1.淡水化系统，其特征在于，该系统具有: 在压力容器内串联设置的多个半透膜元件， 第I取出口，取出上述压力容器内的上游侧的半透膜元件的过滤水； 第2取出口，取出上述压力容器下游侧的半透膜元件的过滤水；以及根据至少来自上述第I取出口的过滤水的水量、水质、来自上述第2取出口的过滤水的水量及水质的任何一种，输出与上述半透膜元件的污垢相关的指标的监控装置。
2.淡水化系统，其特征在于， 在压力容器内设置半透膜元件，该半透膜元件内具有收集过滤水的过滤水配管， 在上述过滤水配管内设置过滤水分离部，分别取出比上述过滤水分离部上游侧的过滤水和比上述过滤水分离部下游侧的过滤水，具有监控装置，根据至少上述上游侧的过滤水的水量、水质、上述下游侧的过滤水的水量及水质的任何一种，输出与上述半透膜元件的污垢相关的指标。
3.按照权利要求1或权利要求2所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置具备显示部，把具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标在画面上显示。
4.按照权利要求1或权利要求2所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置具备显示部及阈值输入部，将从上述阈值输入部输入的阈值与和上述半透膜元件的污垢相关指标进行比较，根据比较的结果，上述显示部显示警报信息。
5.按照权利要求1或权利要求2所述的淡水化系统，其特征在于，该系统具备:洗涤药品贮存槽，贮存洗涤上述压力容器的洗涤药品；以及洗涤药品注入泵，把上述洗涤药品供给上述压力容器；上述监控装置具有显示部，根据具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标，把上述压力容器的药品洗涤时间在画面上显示。
6.按照权利要求1或权利要求2所述的淡水化系统，其特征在于，该系统具备前处理部，所述前处理部至少具有: 贮存向上述压力容器供给的被处理水的贮存槽； 贮存高分子凝集剂或无机系凝集剂的凝集剂槽，以及， 凝集剂注入泵，其把上述高分子凝集剂或无机系凝集剂以规定量注入上述贮存槽， 上述监控装置根据具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标，控制上述凝集剂注入栗。
7.按照权利要求1所述的淡水化系统，其特征在于， 上述压力容器多台并联连接， 在第I压力容器内设置的多个半透膜元件中，供给水流入的初段的半透膜元件的纯水透过系数，比第2段以后配置的半透膜元件的纯水透过系数高，同时，上述第I压力容器内的初段配置的半透膜元件的纯水透过系数，比其他压力容器内的初段配置的半透膜元件的纯水透过系数高， 上述监控装置，根据至少上述第I压力容器的初段配置的半透膜元件的过滤水水量、水质、上述第2段以后配置的半透膜元件的过滤水的水量及水质的任何一种，输出具有与上述半透膜元件的污垢相关的指标。
8.按照权利要求1所述的淡水化系统，其特征在于， 上述压力容器多台并联连接， 各压力容器具有:过滤水配管，是以贯穿上述串联设置的多个半透膜元件内的方式配置，收集过滤水；以及过滤水分离部，在上述过滤水配管的I处设置，分离上游侧过滤水与下游侧过滤水； 上述过滤水分离部，在各压力容器内的各自不同的2个半透膜元件间设置。
9.按照权利要求1、权利要求2、权利要求7及权利要求8的任何一项所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置以上述上游侧过滤水水量的时间变化或上述下游侧过滤水水量的时间变化作为上述指标输出。
10.按照权利要求1、权利要求2、权利要求7及权利要求8的任何一项所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置根据流入上述压力容器的供给水压力、上述上游侧的过滤水水量及水质求出的滤饼阻力作为上述指标输出。
11.按照权利要求1、权利要求2、权利要求7及权利要求8的任何一项所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置把上述上游侧过滤水水量与上述下游侧过滤水水量之比作为上述指标输出。
12.按照权利要求1、权利要求2、权利要求7及权利要求8的任何一项所述的淡水化系统，其特征在于，上述监控装置，把上述上游侧的过滤水水质PH作为上述指标输出。
13.按照权利要求2或权利要求8所述的淡水化系统，其特征在于，上述过滤水分离部为具有密封塞、闸板机构的构件、可在上述过滤水配管内设置的圆柱状或球形状的构件，水流分离流过上述过滤水配管内的过滤水。
【文档编号】C02F1/44GK104418448SQ201410375449
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】阴山晃治, 三宅吉宜, 片桐幸徳, 市毛由希子, 幡宫重雄 申请人:株式会社日立制作所