JP2019076838A - 膜ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予め設定された目標の回収率に対して実際の回収率がずれることを抑制する。【解決手段】膜ろ過装置１０は、ろ過手段１１と、ろ過手段１１に被処理水を供給する供給ライン１と、ろ過手段１１からの透過水を流通させる透過水ライン２と、ろ過手段１１からの濃縮水を流通させる濃縮水ライン３と、濃縮水の一部を外部へ排出する排水ライン４と、透過水ライン２を流れる透過水の流量を検出する第１の流量検出手段１２と、排水ライン４を流れる濃縮水（濃縮排水）の流量を検出する第２の流量検出手段１４と、透過水の流量を設定流量に調整する第１の流量制御手段２０と、濃縮排水の流量を設定流量に調整する第２の流量制御手段３０と、を有し、第２の流量制御手段３０は、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である回収率の目標値と、第１の流量検出手段１２による検出値とに基づいて、濃縮排水の設定流量を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、逆浸透膜またはナノろ過膜を有する膜ろ過装置に関する。

被処理水に含まれる不純物を除去する水処理装置として、逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を有する膜ろ過装置が知られている。この装置では、所定の供給圧力でＲＯ膜またはＮＦ膜に供給された被処理水（原水）が、ＲＯ膜またはＮＦ膜により、透過水と濃縮水とに分離される。これにより、不純物が除去された処理水（透過水）が得られている。

ＲＯ膜またはＮＦ膜を有する膜ろ過装置では、多くの場合、水の有効利用（節水）の観点から、不純物を含む濃縮水の一部を濃縮排水として外部に排出し、残りを濃縮還流水としてＲＯ膜またはＮＦ膜の上流側に還流させる構成が採用されている。これにより、すべての濃縮水を濃縮排水として排出する場合に比べて、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）を向上させることができ、節水を実現することができる。これと同時に、膜ろ過装置では、水温の変化（すなわち、水の粘性の変化）による透過水の流量変化に対応するために、加圧ポンプの回転数を制御することでＲＯ膜またはＮＦ膜への原水の供給圧力を調整して、透過水の流量を一定に維持する流量制御も行われている。

透過水の流量制御では、透過水の流量が一定になるように原水の供給圧力を調整すると、それに応じて、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される濃縮水の流量も変化する。このような濃縮水の流量変化は、ファウリングやスケーリングによる膜の詰まりの発生や、圧力損失の増大による膜の破損につながるため、透過水の流量制御と同様に、濃縮水に対しても同様の流量制御を行うことが求められている。

特許文献１，２には、透過水の流量制御と並行して、外部に排出される濃縮水の流量を設定流量に調整する濃縮水の流量制御を行うことが記載されている。濃縮水の設定流量を決定する方法として、特許文献１には、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率の演算値と、予め設定された透過水の目標流量値とを用いることが記載され、特許文献２には、濃縮水における炭酸カルシウムの許容濃縮倍率の演算値と、予め設定された透過水の目標流量値とを用いることが記載されている。すなわち、特許文献１，２に記載の濃縮水の流量制御では、予め設定された透過水の目標流量値に基づいて、外部に排出される濃縮水の設定流量が決定されている。

特許第５７６８６１５号公報 特許第５９０４２９９号公報

しかしながら、実際には、以下に示すように、透過水の流量制御において透過水の流量を目標流量に調整できない事態が発生することがある。その場合、外部に排出される濃縮水の流量が透過水の目標流量値に基づいた設定流量に調整されていたとしても、実際の回収率が目標の回収率からずれてしまい、スケール発生のリスクが高くなったり、無駄な排水が生じたりする可能性がある。

例えば、水温が高くなると、水の粘性は低くなり、その結果、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は増加する。この場合、透過水の流量を一定に維持するために必要な原水の供給圧力が低下するため、加圧ポンプの回転数を落とすことで原水の供給圧力を調整して透過水の流量を一定に維持しようとする。しかしながら、加圧ポンプには最低回転数が規定されているため、水温が著しく上昇した場合には、その最低回転数まで加圧ポンプの回転数を落としたとしても、原水の供給圧力を目標圧力まで低下させられないおそれがある。そのため、透過水の流量を目標流量まで下げることができず、結果的に、実際の回収率が目標の回収率を上回り、スケール発生のリスクが高まる可能性がある。一方、水温が低くなると、水の粘性は高くなり、その結果、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は減少する。したがって、透過水の流量を一定に維持するために必要な原水の供給圧力は増加するが、水温が著しく低下した場合には、加圧ポンプの回転数を最大にしても、原水の供給圧力を目標圧力まで増加させられないおそれがある。そのため、透過水の流量を目標流量まで増加させることができず、結果的に、実際の回収率が目標の回収率を下回り、無駄な排水が生じる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、予め設定された目標の回収率に対して実際の回収率がずれることを抑制する膜ろ過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、本発明の膜ろ過装置は、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、ろ過手段に接続され、ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、ろ過手段に接続され、ろ過手段からの透過水を流通させる透過水ラインと、ろ過手段に接続され、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、透過水ラインを流れる透過水の流量を検出する第１の流量検出手段と、排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する第２の流量検出手段と、透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第１の流量制御手段と、排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第２の流量制御手段であって、排水ラインに設けられた流量調整弁と、第２の流量検出手段による検出値に基づいて、流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第２の流量制御手段と、を有し、第２の流量制御手段の制御部は、透過水ラインを流れる透過水の流量と排水ラインを流れる濃縮水の流量との和に対する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の目標値と、第１の流量検出手段による検出値とに基づいて、排水ラインを流れる濃縮水の設定流量を決定する。

このような膜ろ過装置によれば、排水ラインを流れる濃縮水の設定流量が、透過水ラインを実際に流れる透過水の流量（検出値）に基づいて決定される。そのため、透過水の流量制御が適切に実施されない事態が発生しても、排水ラインを流れる濃縮水の流量を実際の透過水の流量（検出値）に基づいて決定された設定流量に調整することにより、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。

以上、本発明によれば、予め設定された目標の回収率に対して実際の回収率がずれることを抑制する膜ろ過装置を提供することができる。

本発明の一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。

図１は、本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す概略図である。

本実施形態の膜ろ過装置１０は、原水（被処理水）に含まれる不純物を除去して処理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にそれぞれ接続された複数のライン、すなわち、ろ過手段１１に原水を供給する供給ライン１と、ろ過手段１１からの透過水を流通させる透過水ライン２と、ろ過手段１１からの濃縮水を流通させる濃縮水ライン３とを有している。加えて、膜ろ過装置１０は、濃縮水ライン３から分岐した２つのライン、すなわち、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の一部を外部へ排出する排水ライン４と、濃縮水の残りを供給ライン１に還流させる還流水ライン５とを有している。還流水ライン５は、濃縮水ライン３から分岐した後、後述する加圧ポンプ２１の上流側で供給ライン１に接続されている。なお、還流水ライン５は、供給ライン１に直接接続される代わりに、供給ライン１に設けられた原水タンク（図示せず）に接続されていてもよい。

さらに、膜ろ過装置１０は、透過水ライン２を流れる透過水の流量を検出する透過水流量計（第１の流量検出手段）１２と、その流量を設定流量に調整する透過水流量制御機構（第１の流量制御手段）２０を有している。

透過水流量制御機構２０は、供給ライン１に設けられ、供給ライン１を流れる原水の圧力（ろ過手段１１への原水の供給圧力）を調整する加圧ポンプ（圧力調整手段）２１と、透過水流量計１２による透過水の検出流量（検出値）に基づいて、加圧ポンプ２１を制御する透過水流量制御部２２とを有している。

透過水流量制御部２２は、加圧ポンプ２１の回転数を制御するインバータ（図示せず）を含み、透過水流量計１２による透過水の検出流量が一定になるように、加圧ポンプ２１の回転数を制御するものである。例えば、水温が変化すると、水の粘性が変化することで、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量も変化する。この変化に応じて、透過水流量制御部２２は、加圧ポンプ２１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、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は減少する。そのため、透過水流量制御部２２は、この減少分を補うように、加圧ポンプ２１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、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される透過水の流量は増加する。そのため、透過水流量制御部２２は、この増加分を打ち消すように、加圧ポンプ２１の回転数を下げることで、原水の供給圧力を低下させる。なお、加圧ポンプ２１の回転数は、予め設定された上限値を上回ったり、同じく予め設定された下限値を下回ったりしないように、透過水流量制御部２２により制御される。そのため、加圧ポンプ２１の回転数が下限値になるように制御された場合でも、透過水の流量が設定流量を上回ってしまう可能性があるが、このような場合を考慮して、加圧ポンプ２１とろ過手段１１との間に、原水の供給圧力を調整するための手動弁や比例制御弁が設けられていてもよい。

このように、本実施形態では、加圧ポンプ２１の回転数、すなわち原水の供給圧力を調整することで、透過水の流量は一定（予め設定された目標流量）に維持されるが、その原水の供給圧力の変化に応じて、ＲＯ膜またはＮＦ膜で分離される濃縮水の流量も変化することになる。このような濃縮水の流量変化そのものを抑制するために、濃縮水ライン３には、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の流量を一定に保持する定流量弁１３が設けられている。これにより、透過水流量制御部２２により加圧ポンプ２１の回転数が変化して、ろ過手段１１への原水の供給圧力が変化した場合にも、濃縮水の流量を一定に保持することができる。

ここで、定流量弁１３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１３の規定流量を必要以上に大きくすることは、加圧ポンプ２１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２１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１３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１３には、定流量弁１３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１３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３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１３の上流側の濃縮水ライン３に、濃縮水ライン３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１３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１３を正常に作動させることができ、濃縮水ライン３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、減圧弁を設けることで、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。そのため、減圧弁の設置は、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１３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１３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４や還流水ライン５の通水差圧よりも大きくなるものを選定する必要がある。

上述したように、定流量弁１３の設置により、透過水の流量制御が濃縮水の流量に影響を及ぼすことがなくなり、その結果、排水ライン４または還流水ライン５を流れる濃縮水の流量制御が容易に実行可能になる。そこで、本実施形態の膜ろ過装置１０は、排水ライン４を流れる濃縮水（以下、「濃縮排水」という）の流量を検出する排水流量計（第２の流量検出手段）１４と、その流量を設定流量に調整する排水流量制御機構（第２の流量制御手段）３０とを有している。この排水流量制御機構３０による濃縮排水の流量制御は、透過水流量制御機構２０による透過水の流量制御とは独立して行われる。

排水流量制御機構３０は、排水ライン４に設けられた流量調整弁３１と、排水流量計１４による濃縮排水の検出流量（検出値）に基づいて、流量調整弁３１の開度を調整する排水流量制御部３２とを有している。

排水流量制御部３２は、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である回収率を考慮して濃縮排水の設定流量を決定し、排水流量計１４による検出値がその設定流量となるように、流量調整弁３１の開度を調整するようになっている。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１３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５から供給ライン１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、本実施形態では、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、濃縮排水の最適な設定流量が算出される。

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１２による透過水の検出流量とに基づいて、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。
（濃縮排水の目標流量）＝
（透過水の検出流量／目標回収率）−（透過水の検出流量） （１）

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）で算出された目標流量を上回る流量を濃縮排水の設定流量として設定することもできるが、節水の観点からは、算出された目標流量を濃縮排水の設定流量として設定することが好ましい。なお、回収率（目標回収率）として、通常は、パーセントで表した値が用いられるが、上記式（１）では、小数で表した値が用いられることは言うまでもない。

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設定流量の算出方法は、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。また、濃縮排水の設定流量の算出には、予め設定された透過水の目標流量を用いることもできるが、この方法は、透過水の目標流量と実際の流量が一致していない場合に、実際の回収率が目標回収率からずれる可能性があるため好ましくない。すなわち、透過水の実際の流量が目標流量よりも大きい場合には、実際の回収率が目標回収率を上回ることでスケーリングが発生したり、透過水の実際の流量が目標流量よりも小さい場合には、実際の回収率が目標回収率を下回ることで節水を図ることができなくなったりする。

したがって、濃縮排水の設定流量の算出には、上述したように、透過水流量計１２による透過水の検出流量を用いることが好ましい。これにより、透過水の流量制御が適切に実施されない事態が発生しても、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。なお、実際の算出には、透過水の検出流量のばらつきなどによる影響を最小限に抑えるために、所定検出時間や所定検出回数における平均流量を用いることが好ましい。

ただし、装置起動時や運転再開時など、透過水の流量が安定せず、検出流量のばらつきが非常に大きい場合には、透過水の流量が安定するまでの一定期間、予め設定された透過水の目標流量を用いて、濃縮排水の設定流量を算出するようになっていてもよい。また、透過水の目標流量と実際の流量との差に応じて、濃縮排水の設定流量の算出に用いる透過水の流量を切り替えるようになっていてもよい。すなわち、その差が所定範囲内にある場合には、目標流量を用いて算出し、その差が所定範囲を外れた場合には、実際の流量を用いて算出するようになっていてもよい。

上述のように回収率制御を行う場合、流量調整弁３１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３１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。

ただし、流量調整弁３１として電動比例制御弁を用いる場合には、その開閉速度と、排水流量制御部３２による濃縮排水の設定流量の算出速度（演算速度）との関係に注意が必要である。例えば、２つの速度が大きく異なっている場合、電動比例制御弁の開閉が完了して濃縮排水の流量が安定する前に濃縮排水の設定流量が変更されると、ハンチングが発生する可能性がある。また、透過水流量計１２による透過水の検出流量に基づいて濃縮排水の設定流量が決定されるため、濃縮排水の流量制御は、加圧ポンプ２１の回転数を制御するインバータの応答速度にも影響を受ける可能性がある。したがって、排水流量制御部３２による濃縮排水の設定流量の演算速度を決定する際には、電動比例制御弁の開閉速度とインバータの応答速度とを考慮することが好ましい。なお、本実施形態では、上述したように、定流量弁１３の設置により透過水の流量制御と濃縮水の流量制御とが独立して行われるため、互いの流量制御が干渉することを抑制することができる。その結果、上述のようなハンチングの発生を極力抑制することができ、実際の回収率が目標の回収率からずれることを抑制することができる。この点からも、濃縮水ライン３に定流量弁１３が設けられていることが好ましい。

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、定流量弁１３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２１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。

上述したように、本実施形態では、定流量弁１３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４および還流水ライン５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４に排水流量計１４と流量制御手段（流量調整弁３１）が設けられ、還流水ライン５には、排水ライン４および還流水ライン５を流れる濃縮水の圧力バランスを調整するための手動弁（圧力調整弁）１５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５に、流量計と流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）とが設けられ、排水ライン４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４および還流水ライン５の両方に、流量計と流量制御手段としての流量調整弁（比例制御弁）とを設けることもできる。また、上述した実施形態では、透過水流量制御部と排水流量制御部とが別個に設けられているが、１つの流量制御部により、透過水の流量調整と濃縮排水の流量調整とが行われるようになっていてもよい。

また、ろ過手段の数は１つに限定されるものではなく、２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、定流量弁は、２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設けられ、最も下流側のろ過手段で分離された透過水が設定流量（予め設定された目標流量）に調整されることになる。ただし、最も上流側のろ過手段を除いたすべてのろ過手段において、任意の流量調整手段により透過水と濃縮水の流量分配が適切に設定・調整される必要があることは言うまでもない。さらに、最も上流側のろ過手段からの濃縮排水の設定流量の算出には、最も下流側のろ過手段で分離された透過水ではなく、最も上流側のろ過手段で分離された透過水の流量（検出流量）が用いられることに留意されたい。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。また、各ろ過手段は、複数のＲＯ膜またはＮＦ膜から構成されていてもよい。この場合、複数のＲＯ膜またはＮＦ膜は、一次側（原水および濃縮水の流通側）が直列に接続されて最終的に濃縮水ラインに接続され、二次側（透過水の流通側）が並列に接続されて最終的に透過水ラインに接続されることになる。

１ 供給ライン
２ 透過水ライン
３ 濃縮水ライン
４ 排水ライン
５ 還流水ライン
１０ 膜ろ過装置
１１ ろ過手段
１２ 透過水流量計
１３ 定流量弁
１４ 排水流量計
１５ 手動弁
２０ 透過水流量制御機構
２１ 加圧ポンプ
２２ 透過水流量制御部
３０ 排水流量制御機構
３１ 流量調整弁
３２ 排水流量制御部

Claims (4)

1. 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、
   前記ろ過手段に接続され、前記ろ過手段に被処理水を供給する供給ラインと、
   前記ろ過手段に接続され、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、
   前記ろ過手段に接続され、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、
   前記透過水ラインを流れる透過水の流量を検出する第１の流量検出手段と、
   前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を検出する第２の流量検出手段と、
   前記透過水ラインを流れる透過水の流量を設定流量に調整する第１の流量制御手段と、
   前記排水ラインを流れる濃縮水の流量を設定流量に調整する第２の流量制御手段であって、前記排水ラインに設けられた流量調整弁と、前記第２の流量検出手段による検出値に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有する第２の流量制御手段と、を有し、
   前記第２の流量制御手段の前記制御部は、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の目標値と、前記第１の流量検出手段による検出値とに基づいて、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量を決定する、膜ろ過装置。
2. 前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記第１の流量検出手段による検出値を前記回収率の目標値で除した値から、前記第１の流量検出手段による検出値を減じた値を、前記排水ラインを流れる濃縮水の前記設定流量として決定する、請求項１に記載の膜ろ過装置。
3. 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を検出する水温検出手段を有し、
   前記第２の流量制御手段の前記制御部は、前記水温検出手段で検出された前記水温に基づいて、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を算出し、該算出した値を前記回収率の目標値として設定する、請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
4. 前記第１の流量制御手段が、前記供給ラインに設けられ、該供給ラインを流れる被処理水の圧力を調整する圧力調整手段と、前記第１の流量検出手段による検出値に基づいて、前記圧力調整手段を制御する制御部と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。

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