JP2018176033A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造される純水の流量変動の抑制と、膜ろ過装置の回収率の調整とを同時に実現し、節水を図ることができる純水製造装置を提供する。【解決手段】純水製造装置１は、膜ろ過装置１０と、電気式脱イオン水製造装置２０と、制御部３０とを有している。膜ろ過装置１０は、ろ過手段１１と、ろ過手段１１への被処理水の供給圧力を調整する圧力調整手段１３と、ろ過手段１１からの濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁１５と、濃縮排水の流量を調整する流量調整手段１６とを有している。制御部３０は、電気式脱イオン水製造装置２０の処理水ラインＬ８を流れる処理水の流量が設定流量になるように圧力調整手段１３を制御する第１の流量制御と、膜ろ過装置１０の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量から濃縮排水の目標流量を算出し、濃縮排水の流量が目標流量になるように流量調整手段１６を制御する第２の流量制御とを並行して実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、純水製造装置に関する。

工業用水、井水、市水などの原水から純水を製造する方法として、原水を逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）で透過水と濃縮水とに分離した後、透過水をさらにイオン交換体に通水することで、脱イオン水（純水）を製造する方法が知られている。すなわち、原水から純水を製造する装置として、ＲＯ膜またはＮＦ膜を有する膜ろ過装置と電気式脱イオン水製造装置とを組み合わせた純水製造装置が知られている。

このような純水製造装置では、水温が変動すると、膜ろ過装置のＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量が変動し、膜ろ過装置から電気式脱イオン水製造装置に供給される透過水の流量が変動する。その結果、イオン交換体が充填された脱塩室に流入する透過水の流量（処理流量）が変動して、製造される純水の流量が不安定になるなどの問題が発生する可能性がある。特に、処理流量が増加すると、通水差圧が上昇して水漏れや破損が発生したり、処理流量がさらに増加して処理能力を超える負荷がかかると、処理水質が低下したりすることがある。一方で、膜ろ過装置から供給される透過水は、脱塩室だけでなく、その両側にイオン交換体を介して配置された濃縮室や、電極が収容された電極室にも流入する。そのため、これらへの流入量が変動すると、濃縮室内でスケールが発生しやすくなったり、電極室内で発生するガスが排出されにくくなったりする可能性もある。

特許文献１には、膜ろ過装置から電気式脱イオン水製造装置に供給される透過水の流量変動と、電気式脱イオン水製造装置で製造される脱イオン水（純水）の流量変動とを抑制する方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、水温に応じて膜ろ過装置への原水の供給圧力を制御することで、膜ろ過装置からの透過水の流量の変動を抑制することができる。これに加えて、膜ろ過装置からの濃縮水の一部を外部に排出するラインと、その残りを膜ろ過装置の上流側に還流させるラインと、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室からの排水を膜ろ過装置の上流側に還流させるラインと、電極室からの排水を外部に排出するラインとにそれぞれオリフィスを設けることで、規定流量の純水を製造することができる。

特開２００６−２５５６５２号公報

ところで、水の有効利用（節水）の観点から、膜ろ過装置から外部に排出される濃縮水（濃縮排水）の流量はできるだけ少ないことが好ましい。すなわち、膜ろ過装置の回収率（透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合）はできるだけ高いことが好ましい。一方で、回収率が高くなると、ＲＯ膜またはＮＦ膜の膜面に不純物が析出するスケーリングが発生しやすくなる。そのため、回収率の設定にはスケーリングのリスクも考慮する必要があるが、不純物の溶解度などが水温に応じて変化するため、このリスクも同じく水温に応じて変化する。したがって、回収率は水温に応じて調整可能であることが好ましく、それにより、節水とスケーリングのリスクを考慮した最適な値に設定可能であることが好ましい。

しかしながら、特許文献１に記載の純水製造装置では、オリフィスによって濃縮水に対する濃縮排水の流量比が決められているため、水温が変動したときに回収率を変更することができない。そのため、水温によっては、濃縮排水が無駄になったり、スケーリングのリスクが高くなったりする。

そこで、本発明の目的は、製造される純水の流量変動の抑制と、膜ろ過装置の回収率の調整とを同時に実現し、節水を図ることができる純水製造装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の純水製造装置は、被処理水を順次処理して純水を製造する純水製造装置であって、膜ろ過装置と、膜ろ過装置の下流側に接続され、膜ろ過装置からの透過水が供給される電気式脱イオン水製造装置と、膜ろ過装置と電気式脱イオン水製造装置の運転を制御する制御部と、を有し、膜ろ過装置が、被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有するろ過手段と、ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、濃縮水ラインから分岐し、濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、濃縮水ラインから分岐し、濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを供給ラインに還流させる還流水ラインと、供給ラインに設けられ、ろ過手段への被処理水の供給圧力を調整する圧力調整手段と、濃縮水ラインに設けられ、濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、排水ラインに設けられ、排水ラインを流れる濃縮水の流量を調整する流量調整手段と、を有し、電気式脱イオン水製造装置が、陽極と陰極との間に位置し、陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜とで区画され、カチオン交換体とアニオン交換体との少なくとも一方が充填された脱塩室と、膜ろ過装置からの透過水を脱塩室に通水して得られた処理水を流通させる処理水ラインと、を有し、制御部は、処理水ラインを流れる処理水の流量が設定流量になるように圧力調整手段を制御する第１の流量制御と、透過水ラインを流れる透過水の流量から排水ラインを流れる濃縮水の目標流量を算出し、排水ラインを流れる濃縮水の流量が目標流量になるように流量調整手段を制御する第２の流量制御とを並行して実行する。

このような純水製造装置によれば、電気式脱イオン水製造装置からの処理水の流量を一定に保持することができ、それと同時に、膜ろ過装置から外部に排出される濃縮水の流量を任意に変更することができる。その結果、純水製造装置で製造される純水の流量変動の抑制と、膜ろ過装置の回収率の調整とを同時に実現し、節水を図ることができる。

以上、本発明によれば、製造される純水の流量変動の抑制と、膜ろ過装置の回収率の調整とを同時に実現し、節水を図ることができる純水製造装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る純水製造装置の構成を示す概略図である。 第１の流量制御において処理水の設定流量を変更するための２つの構成例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る純水製造装置の概略構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の純水製造装置を構成する電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。

純水製造装置１は、原水タンク２と、膜ろ過装置１０と、電気式脱イオン水製造装置２０とを有し、被処理水（原水）を順次処理して純水を製造し、その純水をユースポイント３に供給するものである。さらに、純水製造装置１は、膜ろ過装置１０と電気式脱イオン水製造装置２０の運転を制御する制御部３０を有している。

膜ろ過装置１０は、原水タンク２から供給される原水中の不純物を除去して透過水を生成する装置であって、原水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離するろ過手段１１を有している。ろ過手段１１は、逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を有している。

また、膜ろ過装置１０は、ろ過手段１１に原水を供給する供給ラインＬ１と、ろ過手段１１からの透過水を流通させる透過水ラインＬ２と、ろ過手段１１からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインＬ３と、濃縮水ラインＬ３から分岐し、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインＬ４と、濃縮水ラインＬ３から分岐し、濃縮水の残りを原水タンク２に還流させる還流水ラインＬ５とを有している。供給ラインＬ１は、原水タンク２に接続され、透過水ラインＬ２は、電気式脱イオン水製造装置２０に接続されている。また、透過水ラインＬ２には、三方弁１２を介して原水タンク２に接続された透過水返送ラインＬ６が接続されている。原水タンク２には、原水供給ラインＬ７ラインが接続され、必要に応じて原水が供給されるようになっている。なお、原水タンク２は必ずしも設けられている必要はなく、還流水ラインＬ５および透過水返送ラインＬ６は、供給ラインＬ１に直接接続されていてもよい。

さらに、膜ろ過装置１０は、供給ラインＬ１に設けられた加圧ポンプ１３と、透過水ラインＬ２に設けられた透過水流量計１４と、濃縮水ラインＬ３に設けられた定流量弁１５と、排水ラインＬ４に設けられた流量調整弁１６および排水流量計１７と、還流水ラインＬ５に設けられた手動弁１８とを有している。

加圧ポンプ１３は、インバータ（図示せず）によって回転数が制御されるようになっており、供給ラインＬ１を流れる原水の圧力（ろ過手段１１への原水の供給圧力）を調整する圧力調整手段として機能する。透過水流量計１４は、透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量を検出する機能を有している。定流量弁１５は、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流量を一定に保持し、後述する２つの流量制御の干渉を抑制してハンチングを回避する機能を有している。流量調整弁１６は、排水ラインＬ４を流れる濃縮水（以下、「濃縮排水」という）の流量を調整する流量調整手段として機能し、排水流量計１７は、濃縮排水の流量を検出する機能を有している。手動弁１８は、排水ラインＬ４を流れる濃縮水と還流水ラインＬ５を流れる濃縮水の圧力バランスを調整する圧力調整弁として機能する。

電気式脱イオン水製造装置２０は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置であり、イオン交換体による被処理水の脱イオン化（脱塩）処理と、イオン交換体の再生処理とを同時に行う装置である。電気式脱イオン水製造装置２０は、膜ろ過装置１０の下流側に接続され、透過水ラインＬ２を介して膜ろ過装置１０からの透過水が被処理水として供給されるようになっている。また、電気式脱イオン水製造装置２０は、製造される処理水（脱イオン水）を流通させてユースポイント３に供給する処理水ラインＬ８を有している。なお、処理水ラインＬ８には、三方弁４を介して原水タンク２に接続された処理水返送ラインＬ９が接続されている。これにより、例えば、装置起動時や運転再開時、ユースポイント３で処理水（純水）の需要がないときなど、電気式脱イオン水製造装置２０で製造される処理水を原水タンク２に還流させて循環運転を行うこともできる。原水タンク２が設けられていない場合、処理水返送ラインＬ９は供給ラインＬ１に直接接続されている。

電気式脱イオン水製造装置２０は、陽極２１を備えた陽極室Ｅ１と、陰極２２を備えた陰極室Ｅ２と、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２との間に設けられた脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両側に配置された一対の濃縮室Ｃ１，Ｃ２であって、脱塩室Ｄの陽極２１側で、アニオン交換膜ａ１を介して脱塩室Ｄと隣接する陽極側濃縮室Ｃ１と、脱塩室Ｄの陰極２２側で、カチオン交換膜ｃ１を介して脱塩室Ｄと隣接する陰極側濃縮室Ｃ２とを含む一対の濃縮室Ｃ１，Ｃ２とを有している。陽極側濃縮室Ｃ１は、カチオン交換膜ｃ２を介して陽極室Ｅ１と隣接し、陰極側濃縮室Ｃ２は、アニオン交換膜ａ２を介して陰極室Ｅ２と隣接している。

脱塩室Ｄには、カチオン交換体とアニオン交換体との少なくとも一方が充填され、好ましくは、カチオン交換体とアニオン交換体との混合物が充填されている。すなわち、カチオン交換体とアニオン交換体とがいわゆる混床形態で充填されていることが好ましい。カチオン交換体としては、カチオン交換樹脂、カチオン交換繊維、モノリス状多孔質カチオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なカチオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。アニオン交換体としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維、モノリス状多孔質アニオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なアニオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。

陽極側濃縮室Ｃ１および陰極側濃縮室Ｃ２は、脱塩室Ｄから排出されるアニオン成分およびカチオン成分をそれぞれ取り込み、それらを濃縮水によって外部に排出するために設けられている。電気式脱イオン水製造装置１０の電気抵抗を抑えるために、各濃縮室Ｃ１，Ｃ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。

陽極室Ｅ１には、金属の網状体あるいは板状体からなる陽極２１が収容されている。陰極室Ｅ２には、金属の網状体あるいは板状体からなる陰極２２が収容されている。電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２にはイオン交換体などの導電性物質が充填されていることが好ましい。

膜ろ過装置１０からの透過水ラインＬ２は３つに分岐して、それぞれ脱塩室Ｄ、陽極側濃縮室Ｃ１、および陰極室Ｅ２に接続され、膜ろ過装置１０からの透過水を被処理水、濃縮水、および電極水として供給するようになっている。すなわち、脱塩室Ｄには、第１の分岐ラインＬ２１が接続され、陽極側濃縮室Ｃ１には、第２の分岐ラインＬ２２が接続され、陰極室Ｅ２には、第３の分岐ラインＬ２３が接続されている。陽極側濃縮室Ｃ１は、陰極側濃縮室Ｃ２と直列流路を形成し、陽極側濃縮室Ｃ１を流出した濃縮水が陰極側濃縮室Ｃ２に流入するようになっている。陰極側濃縮室Ｃ２には、濃縮水を外部に排出するための濃縮水排出ラインＬ２４が接続されている。陰極室Ｅ２は、陽極室Ｅ１と直列流路を形成し、陰極室Ｅ２を流出した電極水が陽極室Ｅ１に流入するようになっている。陽極室Ｅ１には、電極水を外部に排出するための電極水排出ラインＬ２５が接続されている。また、脱塩室Ｄには、処理水ラインＬ８に接続されている。

電気式脱イオン水製造装置２０の運転は、以下のように行われる。まず、陽極２１、陰極２２間には、両極２１，２２間に流れる電流値が所定の値になるように直流電圧が印加され、脱塩室Ｄには、膜ろ過装置１０からの透過水（被処理水）が供給される。このとき、陽極側濃縮室Ｃ１および陰極側濃縮室Ｃ２には、被処理水の一部が濃縮水として供給され、同様に、陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２には、被処理水の一部が電極水として供給されている。被処理水中のカチオン成分およびアニオン成分は、被処理水が脱塩室Ｄを通過する際に、脱塩室Ｄに充填されたカチオン交換体およびアニオン交換体にそれぞれ吸着されて除去される。こうして、カチオン成分およびアニオン成分が除去された被処理水は、処理水（脱イオン水）として、処理室Ｄから処理水ラインＬ８を通じてユースポイント３に供給される。

一方で、脱塩室Ｄでは、水が水素イオン（Ｈ^＋）と水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とに解離する水解離反応が、連続的に進行している。Ｈ^＋はカチオン交換体に吸着したカチオン成分と交換され、ＯＨ⁻はアニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換される。こうして、脱塩室Ｄに充填されたカチオン交換体およびアニオン交換体がそれぞれ再生される。

脱塩室Ｄのカチオン交換体から遊離したカチオン成分は、陽極２１、陰極２２間の電位差によって、陰極２２側に引き寄せられ、カチオン交換膜ｃ１を通過して陰極側濃縮室Ｃ２に移動する。脱塩室Ｄのアニオン交換体から遊離したアニオン成分は、陽極２１、陰極２２間の電位差によって、陽極２１側に引き寄せられ、アニオン交換膜ａ１を通過して陽極側濃縮室Ｃ１に移動する。陰極側濃縮室Ｃ２に移動したカチオン成分は、陰極側濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水に取り込まれ、陽極側濃縮室Ｃ１に移動したアニオン成分は、陽極側濃縮室Ｃ１に供給される濃縮水に取り込まれ、共に濃縮水排出ラインＬ２４を通じて外部に排出される。ただし、濃縮水の水質によっては、その一部または全部が原水タンク２に還流するようになっていてもよい。

なお、第１の分岐ラインＬ２１には、手動弁２３ａと、脱塩室Ｄに流入する透過水の圧力を検出する圧力計（図示せず）とが設けられている。第２の分岐ラインＬ２２には、手動弁２３ｂと、第２の分岐ラインＬ２２を流れる濃縮水の流量および圧力をそれぞれ検出する流量計および圧力計（共に図示せず）とが設けられている。第３の分岐ラインＬ２３には、手動弁２３ｃと、第３の分岐ラインＬ２３を流れる電極水の流量および圧力をそれぞれ検出する流量計および圧力計（共に図示せず）とが設けられている。また、処理水ラインＬ８には、処理水流量計２４と、手動弁２５ａと、処理水ラインＬ８を流れる処理水の圧力を検出する圧力計（図示せず）とが設けられている。濃縮水排出ラインＬ２４には、手動弁２５ｂと、濃縮水排出ラインＬ２４を流れる濃縮水の圧力を検出する圧力計（図示せず）とが設けられている。電極水排出ラインＬ２５には、手動弁２５ｃが設けられている。

このような構成により、本実施形態では、電気式脱イオン水製造装置２０内を流れる処理水、濃縮水、および電極水の流量バランス（流量比）と圧力バランスとを調整することができる。すなわち、供給側に設けられた３つの手動弁２３ａ〜２３ｃがそれぞれ流量調整手段として機能することで、処理水、濃縮水、および電極水のそれぞれの流量を調整して、それらの流量バランス（流量比）を調整することができる。また、排出側に設けられた３つの手動弁２５ａ〜２５ｃがそれぞれ圧力調整手段として機能することで、処理水、濃縮水、および電極水のそれぞれの圧力を調整して、それらの圧力バランスを調整することができる。

なお、後述するように、本実施形態では、処理水ラインＬ８を流れる処理水の流量が一定に保持されるため、膜ろ過装置１０から供給される透過水の流量も一定に保持される。そのため、流量バランスの調整は、供給側に設けられた３つの手動２３ａ〜２３ｃのうち２つがあれば可能であり、例えば、第１の分岐ラインＬ２１の手動弁２３ａを省略することもできる。また、この場合、流量バランスの手動調整の煩雑さを解消するために、第２の分岐ラインＬ２２の手動弁２３ｂと流量計（図示せず）の代わりに定流量弁が設けられ、第３の分岐ラインＬ２３の手動弁２３ｃと流量計（図示せず）の代わりに定流量弁が設けられていてもよい。このような設計変更は、後述するように、電極水として処理水の一部を用いる場合にも同様に可能である。すなわち、透過水ラインＬ２が第１の分岐ラインＬ２１と第２の分岐ラインＬ２２の２つに分岐し、第３の分岐ラインＬ２３が処理水流量計２４の上流側の処理水ラインＬ８に接続されている場合にも、手動弁２３ａを省略したり、手動弁２３ｂ，２３ｃをそれぞれ定流量弁に置き換えたりすることが可能である。

電気式脱イオン水製造装置２０の上述した構成は、あくまで一例であって、各室の構成（数、配置など）や流路構成を変更したり、バルブや計測器などを追加したりするなど、装置の使用目的や用途、要求性能に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。例えば、脱塩室は２つ以上設けられていてもよい。この場合、脱塩室と濃縮室とは、カチオン交換膜またはアニオン交換膜を介して交互に設けられ、最も陽極側に位置する濃縮室が陽極室と隣接し、最も陰極側に位置する濃縮室が陰極室と隣接することになる。その際、濃縮室と電極室（陽極室または陰極室）との間のイオン交換膜を省略したり、電極室に隣接する濃縮室を省略したりすることで、電極室が濃縮室を兼ねるようにすることもできる。電極室に隣接する濃縮室を省略した場合、電極室に隣接する脱塩室は、一対の濃縮室の間に配置される脱塩室と構造が異なることもあり、電極室と脱塩室との間に配置されるイオン交換膜も適宜変更することがある。

また、流路構成に関しては、濃縮水が陰極側濃縮室に先に流入するようになっていてもよく、電極水が陽極室に先に流入するようになっていてもよい。あるいは、一対の濃縮室は並列流路を形成していてもよく、電極室も並列流路を形成していてよい。さらには、上述したように、処理水の一部が電極水として用いられてもよい。また、脱塩室が、アニオン交換膜とカチオン交換体との間に配置された中間イオン交換膜によって、直列流路を形成する２つの小脱塩室に区画されている場合、被処理水を一方の小脱塩室に通水して得られた中間処理水の一部が電極水として用いられてもよい。なお、中間処理水の一部を電極水として用いることは、被処理水が通水される小脱塩室にカチオン交換体が充填されている場合、中間処理水が酸性となるため、陰極表面での炭酸カルシウムスケールの発生を抑制できる点で有利である。

制御部３０は、純水製造装置１の通常運転（純水製造）時に、２つの流量制御、すなわち、電気式脱イオン水製造装置２０で製造される処理水（純水）の流量制御と、膜ろ過装置１０の回収率調整のための流量制御とを並行して実行する。具体的には、制御部３０は、処理水ラインＬ８を流れる処理水の流量が設定流量になるように加圧ポンプ１３を制御する第１の流量制御と、透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量から排水ラインＬ４を流れる濃縮水（濃縮排水）の目標流量を算出し、濃縮排水の流量がその目標流量になるように流量調整弁１６を制御する第２の流量制御とを並行して実行する。以下、この２つの流量制御の詳細について説明する。

第１の流量制御では、電気式脱イオン水製造装置２０の処理水流量計２４で検出された処理水の流量が一定（予め設定された流量）になるように、膜ろ過装置１０の加圧ポンプ１３が制御される。例えば、水温が変化すると、水の粘性の変化により、ろ過手段１１で分離される透過水の流量が変化し、その結果、電気式脱イオン水製造装置２０で製造される処理水の流量も変化する。この変化に応じて、制御部３０は、加圧ポンプ１３の回転数を制御するようになっている。すなわち、水温が低くなると、水の粘性は高くなり、その結果、ろ過手段１１からの透過水の流量が減少して、電気式脱イオン水製造装置２０で製造される処理水の流量も減少する。そのため、制御部３０は、この減少分を補うように、加圧ポンプ１３の回転数を上げることで、原水の供給圧力を増加させる。また、水温が高くなると、水の粘性は低くなり、その結果、ろ過手段１１からの透過水の流量が増加して、電気式脱イオン水製造装置２０で製造される処理水の流量も増加する。そのため、制御部３０は、この増加分を打ち消すように、加圧ポンプ１３の回転数を下げることで、原水の供給圧力を低下させる。

このように、第１の流量制御によって、加圧ポンプ１３の回転数、すなわち原水の供給圧力が調整され、処理水ラインＬ８を流れる処理水の流量が一定に保持されることで、純水製造装置１で製造される純水の流量変動を抑制することができる。

なお、ろ過手段１１への原水の供給圧力の変化（加圧ポンプ１３の回転数の変化）に応じて、ろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される濃縮水の流量も変化するが、濃縮水ラインＬ３には、上述したように定流量弁１５が設けられている。そのため、第１の流量制御により、加圧ポンプ１３の回転数が変化して原水の供給圧力が変化した場合にも、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流量を一定に保持することができる。その結果、第１の流量制御が排水ラインＬ４や還流水ラインＬ５を流れる濃縮水の流量に影響を及ぼすことがなくなり、後述する第２の流量制御は、第１の流量制御と干渉することなく独立して行われることになる。

ここで、定流量弁１５の規定流量は、一方では、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりが発生しない程度であればよく、他方では、圧力損失の増大によって膜を破損させない程度であればよい。ただし、定流量弁１５の規定流量を必要以上に大きくすることは、加圧ポンプ１３に要求される流量が必要以上に大きくなり、結果的に加圧ポンプ１３のサイズが大きくなるため、エネルギー消費の点で好ましくない。そのため、定流量弁１５の規定流量は、ろ過手段１１の透過流束とろ過手段１１に要求される濃縮水の最低流量も考慮して設定され、例えば、ろ過手段１１として直径が約２０．３２ｃｍ（８インチ）のＲＯ膜を用いる場合、１〜１５ｍ^３／ｈの範囲である。

ところで、定流量弁１５には、定流量弁１５を正常に作動させるための作動差圧範囲（定流量弁の一次側と二次側の圧力差の許容範囲）が規定されている。そのため、例えば、ろ過手段１１として中高圧用のＲＯ膜を使用する場合や、水温が極端に低下した場合など、条件によっては、原水の供給圧力が著しく上昇して濃縮水の圧力が上昇し、定流量弁１５の一次側と二次側の圧力差が作動差圧範囲を超えてしまうことがある。その場合、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流量が一定に保持されないおそれがある。

そこで、定流量弁１５の上流側の濃縮水ラインＬ３に、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の圧力を減圧する（すなわち、二次側の圧力を一次側の圧力よりも低くすることができる）減圧弁が設けられていてもよい。これにより、ろ過手段１１への原水の供給圧力が著しく上昇する場合であっても、定流量弁１５の一次側と二次側の圧力差を作動差圧範囲内に収めて定流量弁１５を正常に作動させることができ、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流量を一定に保持することができる。また、減圧弁が設けられていると、定流量弁１５が正常に作動して濃縮水の流量が増加することがないため、後述する第２の流量制御によって濃縮排水の流量が目標流量に調整される際に還流水ラインＬ５を流れる濃縮水の流量が増加することがなく、加圧ポンプ１３の吐出流量が増加することがない。そのため、加圧ポンプ１３の揚程が低くなることで必要な透過水の流量が得られなくなるおそれもなくなる。さらに、減圧弁を設けることは、それよりも下流側の周辺部材（配管など）にそれほどの耐圧性能が要求されなくなるため、安全面で有利であるだけでなく、耐圧性能がそれほど高くない安価な汎用品が利用可能になることで、コスト面でも有利である。なお、減圧弁の種類は、濃縮水の圧力を定流量弁１５の作動差圧範囲内に減圧することができるものであれば特に限定されるものではないが、定流量弁１５の規定流量以上の流量が流れるものや、二次側の圧力が排水ラインＬ４や還流水ラインＬ５の通水差圧と排水側の背圧との合計よりも大きくなるものを選定する必要がある。

第１の流量制御における処理水の設定流量は、一定に固定されるだけでなく、ユースポイント３での処理水の使用量に応じて適宜変更されるようになっていてもよい。このようにユースポイント３での使用量に応じて処理水の設定流量を変更することで、使用量が少ないときに加圧ポンプ１３の消費電力を抑えることができる。以下、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、ユースポイント３での使用量に応じて処理水の設定流量を変更するための２つの構成例について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、そのような２つの構成例を示す概略図である。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すいずれの構成例においても、処理水ラインＬ８を介して電気式脱イオン水製造装置２０に接続された処理水タンク５と、処理水タンク５とユースポイント３とを接続する送水ラインＬ１０に設けられ、処理水タンク５内の処理水をユースポイント３に送水する送水ポンプ６とが設けられている。それに加えて、図２（ａ）に示す構成例では、処理水タンク５に、タンク内の水位を計測するフロート式の水位センサ７が設けられ、図２（ｂ）に示す構成例では、送水ラインＬ１０に、処理水タンク５からユースポイント３に送水される処理水の流量を計測する送水流量計８が設けられている。

図２（ａ）に示す構成例では、制御部３０は、処理水タンク５内の水位変化量に基づいて、処理水の設定流量を決定する。すなわち、制御部３０は、水位センサ７で計測された処理水タンク５内の水位変化量からユースポイント３での処理水の単位時間当たりの使用量を算出し、算出された使用量を新たな設定流量として設定する。なお、処理水タンク５内の水位変化量（単位時間当たりの水位変化）を計測（算出）する方法に特に制限はないが、例えば、水位センサ７として、高、中、低水位の３つの水位を検出可能な３点式フロートスイッチを用いた場合には、以下のような算出方法を用いることができる。一例として、水位が中水位から低水位まで変化したとすると、そのときの水位変化量Ｖは、フロートスイッチの作動時間間隔（中水位に対応するフロートスイッチがＯＦＦになってから低水位に対応するフロートスイッチがＯＦＦになるまでの時間）をｔとし、中水位と低水位との水位差に相当する保有水量をＬとすると、Ｖ＝Ｌ／ｔから算出される。ただし、装置起動時や運転再開時に処理水タンク５の水位が２つのフロートスイッチの間にあるときなど、水位変化量が算出できない場合には、それが算出可能になるまで、処理水の設定流量として予め規定された値を用いることは言うまでもない。なお、水位センサ７は、上述したフロート式のものに限定されず、超音波式、静電容量式、差圧式、レーザ式などの連続式のものであってもよく、その場合、検知される保有水量が小さく区切られることで、水位変化量が算出できない期間を短くしたり、なくしたりすることができる。

一方、図２（ｂ）に示す構成例では、制御部３０は、処理水タンク５からユースポイント３に送水される処理水の流量に基づいて、処理水の設定流量を決定する。すなわち、制御部３０は、送水流量計８で計測された処理水の流量からユースポイント３での処理水の単位時間当たりの使用量を算出し、算出された使用量を新たな設定流量として設定する。

第２の流量制御では、膜ろ過装置１０の回収率（透過水の流量と濃縮排水の流量との和に対する透過水の流量の割合）を考慮して濃縮排水（排水ラインＬ４を流れる濃縮水）の目標流量が算出され、排水流量計１７で検出された濃縮排水の流量がその目標流量になるように、流量調整弁１６の開度が調整される。このときの回収率は、水の有効利用（節水）の観点から、できるだけ高いことが好ましい。すなわち、濃縮排水の流量はできるだけ少ないことが好ましい。しかしながら、定流量弁１５により濃縮水の流量が一定に保持されているため、濃縮排水の流量が少なくなると、当然のことながら、還流水ラインＬ５から供給ラインＬ１に還流する濃縮水の流量が増加する。それにより、原水の不純物濃度が高まると、ろ過手段１１のＲＯ膜またはＮＦ膜の膜面に不純物（特に、シリカまたはカルシウム）が析出するスケーリングが起こりやすくなってしまう。したがって、濃縮排水の流量は、濃縮水の不純物濃度が溶解度以上の濃度にならない範囲で回収率が最大になるように、すなわち、不純物であるシリカまたはカルシウムが析出しない範囲で回収率が最大になるように設定される。

ただし、不純物の溶解度は、水温に応じて変化する。例えば、シリカの場合、その溶解度は温度に比例して増加し、カルシウム（炭酸カルシウム）の場合、温度が上昇するにつれてその溶解度は減少する。そのため、水温が低い場合には、シリカの溶解度が相対的に低く、シリカが析出しやすい（シリカスケールが発生しやすい）が、水温が高くなると、カルシウムの溶解度が相対的に低くなるため、カルシウムが析出しやすく（カルシウムスケールが発生しやすく）なる。そこで、膜ろ過装置１０には、図示していないが、原水と透過水と濃縮水とのいずれかの水温を検出する温度センサ（水温検出手段）が設けられており、この温度センサで検出された水温に基づいて、濃縮排水の最適な目標流量が算出される。

具体的には、まず、検出された水温でシリカが析出する理論上の回収率（以下、「シリカの析出回収率」という）と、検出された水温でカルシウム（炭酸カルシウム）が析出する理論上の回収率（以下「カルシウムの析出回収率」という）が算出される。なお、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率のそれぞれの算出方法については後述する。次に、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率とが比較され、目標回収率として、より小さい方の析出回収率が設定される。そして、この目標回収率と、透過水流量計１４で検出された透過水の流量とに基づいて、以下の式（１）により、濃縮排水の目標流量が算出されて設定される。
（濃縮排水の流量）＝（透過水の流量／目標回収率）−（透過水の流量） （１）

なお、スケーリングの発生を確実に抑制するという観点からは、上記式（１）で算出された流量を上回る流量を濃縮排水の目標流量として設定することもできるが、節水の観点からは、算出された流量を濃縮排水の目標流量として設定することが好ましい。

ここで、シリカの析出回収率とカルシウムの析出回収率の算出方法についてそれぞれ説明する。

（シリカの析出回収率の算出方法）
シリカの析出回収率Ｙ_Ｓは、検出された水温でのシリカの溶解度（ｍｇ／Ｌ）をＣ_Ｓとし、予め測定された原水のシリカ濃度（ｍｇ／Ｌ）をＦ_Ｓとしたとき、以下の式（２）から算出される。
Ｙ_Ｓ＝（Ｃ_Ｓ−Ｆ_Ｓ）／Ｃ_Ｓ （２）

なお、シリカの溶解度の算出方法としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）Ｄ４９９３−８９などに規定された方法を用いることができる。

（カルシウムの析出回収率の算出方法）
カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数を算出する方法を利用して算出される。ここで、ランゲリア指数（飽和指数）とは、カルシウム（炭酸カルシウム）の析出の可能性を示す指標であり、水の実際のｐＨと、理論ｐＨ（ｐＨｓ：水中の炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときのｐＨ）との差（ｐＨ−ｐＨｓ）を意味する。すなわち、ランゲリア指数が正の値で絶対値が大きいほど炭酸カルシウムが析出しやすくなり、負の値では炭酸カルシウムは析出されない。そのため、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの回収率として算出される。なお、より安全側の値として設定するために、カルシウムの析出回収率は、濃縮水のランゲリア指数が負の値になるときの回収率であってもよい。

濃縮水のランゲリア指数は、濃縮水のｐＨと、濃縮水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）と、検出された水温とから算出される。ランゲリア指数の算出方法としては、例えば、特開平１１−２６７６８７号公報（段落［００２５］〜［００２７］）などに記載された方法を用いることができる。また、濃縮水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）は、予め測定された原水の不純物濃度（カルシウム濃度、総アルカリ度、および蒸発残留物濃度）と、回収率とから算出される。したがって、カルシウムの析出回収率Ｙ_Ｃは、濃縮水のランゲリア指数がゼロになるときの濃縮水の不純物濃度（ｍｇ／Ｌ）をＣ_Ｃとし、予め測定された原水の不純物濃度（ｍｇ／Ｌ）をＦ_Ｃとしたとき、以下の式（３）の関係で表されることになる。
Ｙ_Ｃ＝（Ｃ_Ｃ−Ｆ_Ｃ）／Ｃ_Ｃ （３）

なお、シリカおよびカルシウムの析出回収率の算出方法や濃縮排水の目標流量の算出方法は、例えば加圧ポンプの容量や原水の流量などの装置設計上の制約によって、予め回収率や流量に制約がある場合には、上述した限りではない。

上述のように回収率制御を行う場合、濃縮排水の流量を調整する流量調整弁１６としては、電動比例制御弁を用いることが好ましい。これにより、電動比例制御弁の分解能に応じて開度調整を細かく行うことができ、電磁弁の組み合わせなどによる段階式での開度調整に比べて、回収率を滑らかに調整することができる。例えば、５０〜７０％の範囲の回収率を５段階（５０％、５５％、６０％、６５％、７０％）にしか制御できない段階式では、目標回収率が６４％に設定された場合、回収率を６０％にしか調整することができず、無駄な濃縮排水が発生してしまう。したがって、流量調整弁１６として電動比例制御弁を用いることは、このような濃縮排水の無駄も削減することができるため、節水の観点からも有利である。また、図２に関連して上述したように、第１の流量制御においてユースポイント３での使用量に応じて処理水の設定流量が変更される場合、その設定流量が頻繁に変更されると、膜ろ過装置１０からの透過水の流量も頻繁に変動する。そのため、上述のような段階式では、設定可能な回収率が不規則に変化し、実際の回収率が不安定になってしまう。したがって、流量調整弁１６として電動比例制御弁を用いることは、このような透過水の流量が変動し得る構成であっても回収率を安定して維持することができる点でも有利である。

さらなる節水を実現するためには、回収率の目標値をより高く設定する必要があるが、本実施形態では、上述の析出回収率をより高くすることを目的として、スケール防止剤を原水に添加するようになっていてもよい。この場合、濃縮水の最低流量を下回らない範囲で定流量弁１５の規定流量を小さくすることができ、結果として、より小さい容量の加圧ポンプ１３を用いることで省エネルギー化を実現することもできる。スケール防止剤の添加は、薬注ポンプによって行うことができる。

スケール防止剤は、シリカやカルシウムなどのスケール成分の析出を抑制可能な物質であれば、特定のものに限定されるものではない。その種類としては、例えば、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ニトリロトリメチルホスホン酸などのホスホン酸とその塩類などのホスホン酸系化合物；正リン酸塩、重合リン酸塩などのリン酸系化合物；ポリマレイン酸、マレイン酸共重合物などのマレイン酸系化合物；アクリル酸系ポリマーなどが挙げられ、アクリル酸系ポリマーとしては、ポリ（メタ）アクリル酸、マレイン酸／（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸／スルホン酸、（メタ）アクリル酸／ノニオン基含有モノマーなどのコポリマーや、（メタ）アクリル酸／スルホン酸／ノニオン基含有モノマー、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド−アルキルスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸／アクリルアミド−アリールスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーなどが挙げられる。ターポリマーを構成する（メタ）アクリル酸としては、例えば、メタアクリル酸およびアクリル酸と、それらのナトリウム塩などの（メタ）アクリル酸塩などが挙げられる。ターポリマーを構成するアクリルアミド−アルキルスルホン酸としては、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸とその塩などが挙げられる。また、ターポリマーを構成する置換（メタ）アクリルアミドとしては、例えば、ｔ−ブチルアクリルアミド、ｔ−オクチルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミドなどが挙げられる。

これらの中でも、ホスホン酸系化合物とアクリル酸系ポリマーのうち少なくとも１種類を含むものを用いることが好ましい。また、カルシウムとシリカに由来するスケールを同時に抑制するためには、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸と、アクリル酸と（メタ）アクリル酸／２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸／置換（メタ）アクリルアミドのターポリマーとの混合物とからなるスケール防止剤を用いることが特に好ましい。

なお、ＲＯ膜用の市販のスケール防止剤としては、オルガノ株式会社製の「オルパージョン」シリーズ、ＢＷＡ Ｗａｔｅｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ社製の「Ｆｌｏｃｏｎ（登録商標）」シリーズ、Ｎａｌｃｏ社製の「ＰｅｒｍａＴｒｅａｔ（登録商標）」シリーズ、ゼネラル・エレクトリック社製の「Ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ（登録商標）」シリーズ、栗田工業株式会社製の「クリバーター（登録商標）」シリーズなどが挙げられる。

例えば、装置起動時や運転再開時などには、膜ろ過装置１０からの透過水の水質が一定以上の水質になるまで、膜ろ過装置１０から電気式脱イオン水製造装置２０への透過水の供給を停止して膜ろ過装置１０内で透過水の循環運転を行うことができる。すなわち、三方弁１２を切り替えることで、ろ過手段１１で分離された透過水を、透過水返送ラインＬ６を通じて原水タンク２に返送して供給ラインＬ１に還流させることができる。このような循環運転時には、処理水ラインＬ８を処理水が流れないため、制御部３０は、処理水の流量に応じて加圧ポンプ１３を制御する第１の流量制御を実行することができない。そこで、制御部３０は、第１の流量制御の代わりに、循環する透過水の流量、具体的には、透過水流量計１４で検出された透過水の流量が設定流量になるように加圧ポンプ１３を制御する第３の流量制御を実行することができる。あるいは、制御部３０は、膜ろ過装置１０の循環運転を行う際に、加圧ポンプ１３の回転数を一定にすることもできる。

上述したように、本実施形態では、定流量弁１５により濃縮水の流量が一定に維持されるため、排水ラインＬ４および還流水ラインＬ５の一方を流れる濃縮水の流量を規定するだけで、他方を流れる濃縮水の流量も規定することができる。そのため、図示した実施形態では、排水ラインＬ４に流量制御手段としての流量調整弁１６と排水流量計１７が設けられ、還流水ラインＬ５に圧力バランス調整の手動弁１８が設けられているが、その逆であってもよい。すなわち、還流水ラインＬ５に、流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）と流量計が設けられ、排水ラインＬ４に、圧力バランス調整のための手動弁が設けられていてもよい。あるいは、排水ラインＬ４および還流水ラインＬ５の両方に、流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）と流量計を設けることもできる。また、上述した実施形態では、１つの制御部により、第１の流量制御と第２の流量制御とが行われているが、第１の流量制御用と第２の流量制御用の制御部が別個に設けられていてもよい。
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、膜ろ過装置の構成を変更した変形例である。したがって、本実施形態の純水製造装置は、膜ろ過装置の構成以外、第１の実施形態と同様の構成を有している。以下、第１の実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成のみ説明する。

本実施形態では、第１の実施形態のろ過手段（第１のろ過手段）１１に加えて、その下流側にさらに別のろ過手段（第２のろ過手段）４１が設けられている。第２のろ過手段４１は、第１のろ過手段１１に直列に接続され、第１のろ過手段１１で分離された透過水を被処理水として処理するようになっている。すなわち、第２のろ過手段４１は、第１の透過水ラインＬ２を介して第１のろ過手段１１に接続され、第２の透過水ラインＬ１１を介して電気式脱イオン水製造装置２０に接続されている。これにより、本実施形態の膜ろ過装置１０は、第１の実施形態と比べて、より良好な水質の透過水を生成することができる。なお、本実施形態では、透過水流量計１４および三方弁１２は、第２の透過水ラインＬ１１に設けられている。

第２のろ過手段４１には、第２のろ過手段４１からの濃縮水を流通させる第２の濃縮水ラインＬ１２が接続されている。第２のろ過手段４１では、第１のろ過手段１１からの透過水がさらに透過水と濃縮水に分離されるため、水質の観点からは、第２のろ過手段４１からの濃縮水を必ずしも外部に排出する必要はない。そのため、第２の濃縮水ラインＬ１２は、節水の観点から、原水タンク２に接続され、第２のろ過手段４１で分離された濃縮水の全てを原水タンク２に還流させるようになっている。なお、第２の濃縮水ラインＬ１２には、第２のろ過手段４１のＲＯ膜またはＮＦ膜を洗浄する場合などに第２のろ過手段４１からの濃縮水の一部または全部を外部に排出する排水ラインが接続されていてもよい。

第２の濃縮水ラインＬ１２には、第２の濃縮水ラインＬ１２を流れる濃縮水の流量を調整するための手動弁４２と濃縮水流量計４３が設けられている。また、本実施形態では、上述したように、第２の透過水ラインＬ１１に透過水流量計１４が設けられている。これにより、第２のろ過手段４１の回収率（第２のろ過手段４１からの透過水の流量と第２のろ過手段４１からの濃縮水の流量との和に対する、第２のろ過手段４１からの透過水の流量の割合）を任意に調整することができる。なお、回収率の手動調整の煩雑さを解消するために、手動弁４２の代わりに、濃縮水流量計４３で検出された濃縮水の流量に基づいて開度を調整可能な比例制御弁が設けられていてもよい。あるいは、回収率を一定範囲に保持するために、手動弁４２と濃縮水流量計４３の代わりに、定流量弁が設けられていてもよい。このときの定流量弁としては、第２のろ過手段４１からの濃縮水の流量（すなわち、定流量弁の規定流量）が第２のろ過手段４１からの透過水の流量に対して１／２０〜１／２倍になるようなものを選定することが好ましい。これは、第２のろ過手段４１には、不純物濃度が低い第１のろ過手段１１からの透過水が供給されるため、節水の観点から、第２のろ過手段４１の回収率を高く設定することが好ましいためである。また、第２の濃縮水ラインＬ１２に定流量弁が設けられている場合、第１のろ過手段１１の定流量弁１５の場合と同様に、条件によっては、定流量弁の一次側と二次側の圧力差が作動差圧範囲を超えてしまうことがあるが、それを回避するために、定流量弁の上流側に減圧弁が設けられていてもよい。

本実施形態では、第１の透過水ラインＬ２に流量計が設けられていないが、制御部３０は、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量を間接的に検出することで、第２の流量制御を実行することができる。すなわち、制御部３０は、透過水流量計１４による測定値（第２のろ過手段４１からの透過水の流量）と、濃縮水流量計４３による測定値（第２のろ過手段４１からの濃縮水の流量）との和から、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量を算出することができる。また、上述したように、手動弁１６と濃縮水流量計１７の代わりに定流量弁が設けられている場合、濃縮水流量計４３による測定値の代わりに、定流量弁の規定流量を用いて、第１の透過水ラインＬ２を流れる透過水の流量を算出することができる。あるいは、第１の透過水ラインＬ２に図示しない流量計が設けられ、第１のろ過手段１１からの透過水の流量を直接検出するようになっていてもよい。

なお、本実施形態では、１つの加圧ポンプ１３で２つのろ過手段１１，４１に原水を供給する必要があるため、加圧ポンプ１３による第１のろ過手段１１への原水の供給圧力は、第１の実施形態に比べて大きくなる。そのため、定流量弁１５の規定流量は、この点も考慮して設定する必要がある。例えば、２つのろ過手段１１，４１としてそれぞれ直径が約２０．３２ｃｍ（８インチ）のＲＯ膜を用いる場合、第１のろ過手段１１の適用温度範囲が５〜３５℃のとき、例えば、定流量弁１５としては、株式会社ケイヒン製（品番：ＮＳＰＷ−２５、設定流量：５５Ｌ／ｍｉｎ）の定流量弁を用いることができる。

本実施形態では、２つのろ過手段が直列に接続されているが、ろ過手段の数はこれに限定されるものではなく、３つ以上のろ過手段が直列に接続されて設けられていてもよい。その場合にも、３つ以上のろ過手段のうち最も上流側のろ過手段に接続された濃縮水ラインに定流量弁が設けられ、そのろ過手段に接続された透過水ラインを流れる透過水の流量に基づいて第２の流量制御が実行される。なお、ここでいう「直列に接続される」とは、被処理水が複数のろ過手段で順次処理されることを意味し、隣接する２つのろ過手段において、上流側のろ過手段で分離された透過水が下流側のろ過手段に被処理水として供給されることを意味する。

１ 純水製造装置
２ 原水タンク
３ ユースポイント
４，１２ 三方弁
５ 処理水タンク
６ 送水ポンプ
７ 水位センサ
８ 送水流量計
１０ 膜ろ過装置
１１ ろ過手段（第１のろ過手段）
１３ 加圧ポンプ
１４ 透過水流量計
１５ 定流量弁
１６ 流量調整弁
１７ 排水流量計
１８，２３ａ〜２３ｃ，２５ａ〜２５ｃ 手動弁
２０ 電気式脱イオン水製造装置
２１ 陽極
２２ 陰極
２４ 処理水流量計
３０ 制御部
Ｄ 脱塩室
Ｃ１ 陽極側濃縮室
Ｃ２ 陰極側濃縮室
Ｅ１ 陽極室
Ｅ２ 陰極室
ａ１，ａ２ アニオン交換膜
ｃ１，ｃ２ カチオン交換膜
Ｌ１ 供給ライン
Ｌ２ 透過水ライン（第１の透過水ライン）
Ｌ３ 濃縮水ライン（第１の濃縮水ライン）
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５ 還流水ライン
Ｌ６ 第２の濃縮水ライン
Ｌ７ 原水供給ライン
Ｌ８ 処理水ライン
Ｌ９ 処理水返送ライン
Ｌ１０ 送水ライン
Ｌ１１ 第２の透過水ライン
Ｌ１２ 第２の濃縮水ライン
Ｌ２１ 第１の分岐ライン
Ｌ２２ 第２の分岐ライン
Ｌ２３ 第３の分岐ライン
Ｌ２４ 濃縮水排出ライン
Ｌ２５ 電極水排出ライン

Claims (10)

1. 被処理水を順次処理して純水を製造する純水製造装置であって、
   膜ろ過装置と、前記膜ろ過装置の下流側に接続され、前記膜ろ過装置からの透過水が供給される電気式脱イオン水製造装置と、前記膜ろ過装置と前記電気式脱イオン水製造装置の運転を制御する制御部と、を有し、
   前記膜ろ過装置が、被処理水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜またはナノろ過膜を有するろ過手段と、前記ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、前記ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、前記ろ過手段からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ラインと、前記濃縮水ラインから分岐し、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の残りを前記供給ラインに還流させる還流水ラインと、前記供給ラインに設けられ、前記ろ過手段への被処理水の供給圧力を調整する圧力調整手段と、前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁と、前記排水ラインに設けられ、前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を調整する流量調整手段と、を有し、
   前記電気式脱イオン水製造装置が、陽極と陰極との間に位置し、前記陽極側のアニオン交換膜と前記陰極側のカチオン交換膜とで区画され、カチオン交換体とアニオン交換体との少なくとも一方が充填された脱塩室と、前記膜ろ過装置からの透過水を前記脱塩室に通水して得られた処理水を流通させる処理水ラインと、を有し、
   前記制御部は、前記処理水ラインを流れる処理水の流量が設定流量になるように前記圧力調整手段を制御する第１の流量制御と、前記透過水ラインを流れる透過水の流量から前記排水ラインを流れる濃縮水の目標流量を算出し、前記排水ラインを流れる濃縮水の流量が前記目標流量になるように前記流量調整手段を制御する第２の流量制御とを並行して実行する、純水製造装置。
2. 前記制御部は、前記第２の流量制御において、前記透過水ラインを流れる透過水の流量と前記排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する前記透過水ラインを流れる透過水の流量の割合である回収率が所定の値になるように、前記目標流量を算出する、請求項１に記載の純水製造装置。
3. 前記制御部は、前記ろ過手段に供給される被処理水と前記ろ過手段からの透過水と前記ろ過手段からの濃縮水とのいずれかの水温に基づいて、前記回収率が、前記ろ過手段の前記逆浸透膜またはナノろ過膜の膜面にシリカまたはカルシウムが析出しない最大の回収率となるように、前記目標流量を算出する、請求項２に記載の純水製造装置。
4. 前記処理水ラインを介して前記電気式脱イオン水製造装置に接続された処理水タンクを有し、
   前記制御部は、前記第１の流量制御において、前記処理水タンク内の水位変化量に基づいて、前記設定流量を決定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の純水製造装置。
5. 前記処理水ラインを介して前記電気式脱イオン水製造装置に接続された処理水タンクを有し、
   前記制御部は、前記第１の流量制御において、前記処理水タンクからユースポイントに送水される処理水の流量に基づいて、前記設定流量を決定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の純水製造装置。
6. 前記電気式脱イオン水製造装置が、前記陽極を備えた陽極室と、前記陰極を備えた陰極室と、前記アニオン交換膜および前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室とを有し、
   前記透過水ラインが、前記脱塩室に透過水を供給するラインと、前記陽極室および前記陰極室に透過水を供給するラインと、前記一対の濃縮室に透過水を供給するラインとの３つのラインに分岐し、前記３つのラインのうち少なくとも２つのラインには、該ラインを流れる透過水の流量を調整する流量調整手段が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の純水製造装置。
7. 前記流量調整手段が定流量弁である、請求項６に記載の純水製造装置。
8. 前記制御部は、前記膜ろ過装置から前記電気式脱イオン水製造装置への透過水の供給を停止する際に、前記第１の流量制御の代わりに、前記ろ過手段で分離された透過水を前記供給ラインに還流させて循環させ、該循環する透過水の流量が設定流量になるように前記圧力調整手段を制御する第３の流量制御を実行する、請求項１から７のいずれか１項に記載の純水製造装置。
9. 前記膜ろ過装置が、前記定流量弁の上流側の前記濃縮水ラインに設けられ、前記濃縮水ラインを流れる濃縮水の圧力を減圧する減圧弁を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の純水製造装置。
10. 前記膜ろ過装置が、前記ろ過手段の下流側に前記透過水ラインを介して直列に接続された少なくとも１つの別のろ過手段を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の純水製造装置。

Images