JPH1133360A

JPH1133360A - 造水プラントの運転制御装置

Info

Publication number: JPH1133360A
Application number: JP19254297A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Chiba; 葉まゆみ千; Atsushi Nakagawa; 川敦司中; Yoshikazu Tonozuka; 塚芳和殿
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】供給水の温度および濃度が変化した場合に、
この変化に合わせて、高圧ポンプとＲＯ膜モジュールを
有する造水プラントを運転制御し、経済的な運転制御を
行う。【解決手段】生産可能範囲計算手段１において、供給
水の温度と濃度からＲＯ膜モジュールの膜特性式を求め
るとともに、この膜特性式と、高圧ポンプ系特性式と、
透過水濃度上限と、回収率と、高圧ポンプおよびＲＯ膜
モジュールの使用流量範囲と、ＲＯ膜モジュールの圧力
範囲とから造水プラントにおける生産可能な生産水量範
囲を求める。生産水量制御手段２により、生産可能な生
産水量範囲内における設定水量を目標値として定めて造
水プラントの高圧ポンプを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透膜モジュー
ルを用いた造水プラントの運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より海水を供給水として高圧ポンプ
により逆浸透膜モジュール（ＲＯ膜モジュール）まで供
給して透過水を生産し、濃縮水を戻す造水プラントが知
られている。

【０００３】このような逆浸透膜モジュールを有する造
水プラントにおいて、逆浸透膜モジュールからの透過水
量は供給水の水温の上昇により増加する性質があり、ま
た高圧ポンプの運転圧力にも比例する。また、透過塩分
量も供給水の水温の上昇により増加する性質がある。従
来、造水プラントから一定の水量を得るために、水温上
昇時に高圧ポンプの運転圧力を減少させたり、年に１度
程度、運転する膜モジュールの数を変更したりしてい
る。水温の上昇に伴う造水プラントの能力の増加は顕著
であるため、これを利用して、多量の透過水量を得るこ
とができ、またより少ない高圧ポンプの運転圧力や運転
モジュール数で運転を行えば、経済的である。また、水
温の上昇に伴う透過塩分量を考慮して、回収率、運転モ
ジュール数を設定すれば、適正な水質の透過水を得るこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら適切な高
圧ポンプの運転圧力、運転モジュール数を探索すること
は複雑であり、運転圧力や運転モジュール数を大雑把に
変化させても効率的な運転を行うことはできない。

【０００５】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、供給水の水温や水質に応じ、またオペレー
タの運転方針に対応して適宜、生産水量を制御すること
ができ、かつ適切な回収率とモジュール数での自動運転
を可能とすることができる逆浸透膜モジュールを用いた
造水プラントの運転制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、海水を高圧ポ
ンプにより配管を介して、入口弁を有する逆浸透膜モジ
ュールへ供給水として供給して、透過水を生産するとと
もに濃縮水を戻す造水プラントの運転制御装置におい
て、供給水、透過水、および濃縮水の運転状態と高圧ポ
ンプの状態を測定する測定手段と、測定手段によって求
めた供給水の温度と導電率から求めた以下の膜特性式
と、高圧ポンプの特性式と高圧ポンプと逆浸透膜モジュ
ール間の配管の圧力損失特性式とを合成した以下の高圧
ポンプ系特性式と、設定された以下の透過水濃度上限
と、設定された以下の回収率と、以下の逆浸透膜の使用
流量範囲と、逆浸透膜の使用圧力範囲とから、造水プラ
ントで生産可能な透過水の生産水量範囲を計算する生産
可能範囲計算手段と、膜特性式… Ｑｐ＝Ａｓ×（Ｐｆ−Δπ）×Ｆ Δπ＝ｆ（Ｔｅｍｐ，Ｃｆ，ＲＲ）Ｑｐ……透過水量Ａｓ……膜透過係数Ｐｆ……運転圧力 Δπ……膜間の浸透圧差Ｆ………膜面積Ｔｅｍｐ…供給水温度Ｃｆ……供給水濃度ＲＲ……回収率回収率…… ＲＲ＝Ｑｐ／Ｑｆ高圧ポンプ特性式と、高圧ポンプと逆浸透膜モジュール
間の配管の圧力損失特性式を合成した高圧ポンプ系特性
式… Ｐｆ＜ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃＱｆ……供給水流量ａ，ｂ，ｃ…係数透過水濃度…Ｃｐ＜Ｂｓ×ΔＣ×Ｆ ΔＣ＝ｆ（ＲＲ，Ｃｆ）Ｃｐ……透過水濃度Ｂｓ……塩透過係数 ΔＣ……膜間の濃度差ＲＲ……回収率

【数４】逆浸透膜の使用圧力Ｐｆ＜ＰｍａｘＰｍａｘ……膜最大圧力生産可能範囲計算手段で計算された生産水量範囲を表示
する表示手段と、表示手段によって表示された生産可能
範囲中の水量でオペレータが選択した生産水量を生産水
量目標値として設定し、設定された生産水量目標値と回
収率になるようにプラントを制御する生産水量制御手段
と、を備えたことを特徴とする造水プラントの運転制御
装置である。

【０００７】本発明によれば、生産可能範囲計算手段に
おいて、供給水の温度と濃度から求めた膜特性式と、高
圧ポンプ特性式と高圧ポンプと逆浸透膜モジュール間の
配管の圧力損失特性式を合成した高圧ポンプ系特性式
と、設定された透過水濃度上限と、設定された回収率
と、ＲＯ膜および高圧ポンプの使用流量範囲と、逆浸透
膜の圧力範囲とから、造水プラントで生産可能な透過水
の生産水量範囲を計算する。生産水量制御手段で求めた
生産可能範囲内において、オペレータが設定した水量を
生産水量目標値として設定し、設定された生産水量目標
値と回収率になるようにプラントを制御する。

【０００８】

【発明の実施の形態】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乃至図１５は本発明に
よる造水プラントの制御装置を示す図である。

【０００９】図１において、造水プラントは、海水を取
水する取水ポンプ１９と、海水を供給水として供給する
遠心型の高圧ポンプ１４と、供給水を淡水として濃縮水
を戻す逆浸透膜モジュール（ＲＯ膜モジュール）１３と
を備えている。また高圧ポンプ１４とＲＯ膜モジュール
１３とを結ぶ配管１５中にＲＯ膜入口弁１６と圧力計２
４とが設けられ、さらにまたＲＯ膜モジュール１３の濃
縮水側の排水配管１７に圧力計２５とＲＯ膜出口弁１８
が設けられている。

【００１０】また取水ポンプ１９は生産水量目標値と回
収率から必要な海水を取水するようになっており、取水
ポンプ１９と高圧ポンプ１４との間には、ＲＯ膜モジュ
ール１３における目詰りを防ぐために含有物を除去する
前処理設備３０、温度計２０、導電率計２１および流量
計２３が順次設けられている。

【００１１】さらにＲＯ膜モジュール１３の下流側に
は、流量計２６、導電率計２７および淡水保管設備３２
が順次設けられている。また排水配管１７には、高圧ポ
ンプ１４にタービン２９を介して連結された逆転ポンプ
２８が設けられ、この逆転ポンプ２８の下流側に濃縮水
を排水可能な水質まで処理するための排水処理設備３１
が設けられている。

【００１２】なお、高圧ポンプ１４は回転数制御が可能
となっている。

【００１３】次に造水プラントの運転制御装置について
述べる。造水プラントの運転制御装置２２は温度計２０
で計測された供給水の温度と、導電率計２１で計測され
換算された濃度とからＲＯ膜モジュール１３の特性式
と、高圧ポンプ１４の特性式と高圧ポンプ１４とＲＯ膜
モジュール１３間の配管１５やＲＯ膜入口弁１６の圧力
損失特性式と、設定された透過水濃度上限と、設定され
た回収率と、ＲＯ膜１３および高圧ポンプ１４の使用流
量範囲および圧力範囲から、造水プラントで生産可能な
生産水量範囲を計算する生産可能範囲計算手段１を備え
ている。

【００１４】また生産可能範囲計算手段１には、生産可
能範囲中の水量でオペレータの設定した水量を生産水量
目標値として設定し、設定された生産水量目標値と回収
率になるようにプラントを制御する生産水量制御手段２
が接続されている。また生産可能範囲計算手段１には表
示手段１ａを介して生産可能範囲中の水量で最大の水量
を生産水量目標値として設定し、設定された生産水量目
標値と回収率になるようにプラントを制御する最大水量
制御手段３が接続されている。

【００１５】またＲＯ膜運転制御装置２２に、温度計２
０で計測された供給水の温度と、導電率２１で計測され
換算された濃度を基に、ＲＯ膜モジュール１３の特性式
と、高圧ポンプ１４の特性式と高圧ポンプとＲＯ膜モジ
ュール間の配管１５やＲＯ膜入口弁１６の圧力損失特性
式と、設定された回収率から、生産水量に応じた生産水
濃度、高圧ポンプに要する動力量、前処理に要する薬品
量、ＲＯ膜の入口圧力（運転圧力）を計算する運転状態
予測手段４が接続されている。

【００１６】さらに運転状態予測手段４に、生産水濃度
と電力量と薬品量と高圧ポンプの運転圧力を統一した指
標で評価する評価式を作成し、評価式に生産水量に対す
るそれぞれの値を入力し評価値を算出して、プラント全
体を総合的に評価する生産水量評価手段５が接続されて
いる。この場合、生産水濃度、電力量、薬品量および高
圧ポンプの運転圧力は、各々生産水の水質、ランニング
コスト、膜寿命への影響を与えるものである。

【００１７】また生産水量評価手段５は、ファジィ推論
を用いて評価値を算出するファジィ推論手段６と、各項
の重みづけや評価値をオペレータが変更できるオペレー
タ変更手段７とを有している。

【００１８】なお生産水量評価手段５の評価式に、淡水
の需要量と生産水量の差を考慮する項を追加してもよ
い。

【００１９】また、ＲＯ膜モジュールは複数設けてもよ
く、この場合は複数のＲＯ膜モジュール１３によってＲ
Ｏ膜モジュール群１３′を構成する。

【００２０】また生産可能範囲計算手段１には、生産可
能範囲計算手段１で計算された任意の生産水量毎にＲＯ
膜モジュール群の数と各ＲＯ膜モジュール群の回収率、
モジュール本数、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処
理設備数、淡水設備数の複数の組み合わせを作成する設
備数組み合わせ手段８が接続されている。

【００２１】ところで、逆浸透膜モジュール群１３′、
高圧ポンプ１４、前処理設備３０、排水処理設備３１、
淡水保管設備３２がそれぞれ複数の系列をもち、ＲＯ膜
モジュール群系列１３″、高圧ポンプ系列１４′、前処
理設備系列３０′、排水処理設備系列３１′、淡水保管
設備系列３２′を構成してもよい。

【００２２】また生産水量評価手段５には、運転状態予
測手段４中で計算した生産水量に対する生産水濃度と電
力量と薬品量と運転圧力を、生産水の水質、ランニング
コスト、膜寿命への影響を評価する評価式に入力し、生
産水の水質、ランニングコスト、膜寿命への影響を評価
し、総合的に最も評価の高い生産水量を生産水量目標値
として設定し制御する最適生産水量制御手段９の機能が
接続されている。さらに運転状態予測手段４は電力量に
変わって電気料金を予測するように機能を有していもよ
い。

【００２３】また生産水量評価手段５には、将来の任意
の期間の供給水の温度と濃度を予測し、将来の生産可能
範囲および運転量が予測できるように、将来の任意の期
間の任意の時間帯毎の最大生産水量と、それを生産する
ＲＯ膜モジュール群数および群毎の回収率、モジュール
本数、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処理設備数、
淡水保管設備数を求め、造水プラントの運転計画を作成
する最大運転計画作成手段１０が接続されている。

【００２４】また生産水量評価手段５には、将来の任意
の期間の供給水の温度と濃度を予測し、将来の生産可能
範囲、運転量が予測できるように、最適生産水量評価式
を用いて、将来の任意の期間の任意の時間帯毎の最適生
産水量と、ＲＯ膜モジュール群の数および群毎の回収
率、モジュール本数、高圧ポンプ数、前処理設備数、排
水処理設備数、淡水保管設備数を求め造水プラントの運
転計画を作成する最適運転計画作成手段１１が接続され
ている。また最大運転計画作成手段１０と最適運転計画
作成手段１１は、最適生産水量制御手段９に接続されて
いる。

【００２５】また運転状態予測手段４には入力の交換条
件と比較し、条件が成立する将来の時期をオペレータに
通告する交換予測手段１２が接続されている。

【００２６】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。図１において、取水ポンプ１
９で取水された海水は、前処理設備３０で処理された
後、高圧ポンプ１４によって供給水としてＲＯ膜モジュ
ール１３へ供給される。ＲＯ膜モジュール１３からの透
過水は、淡水となって淡水保管設備３２に保管され、Ｒ
Ｏ膜モジュール１３からの濃縮水は排水処理設備３１で
処理されて海へ放出される。

【００２７】この間、生産可能範囲計算手段１では、温
度計２０で計測された供給水の温度と、導電率計２１で
計測された導電率からＲＯ膜モジュール１３の特性式
（１）、（２）と高圧ポンプ１４の特性式と、高圧ポン
プとＲＯ膜モジュール間の配管１５やＲＯ膜入口弁１６
の圧力損失特性式（４）と、設定された生産水濃度上限
（５）と、設定された回収率（３）と、ＲＯ膜１３およ
び高圧ポンプ１４の使用流量範囲（７）と、圧力範囲
（８）とから、造水プラントで生産可能な生産水量範囲
を計算する。図２に（１）〜（８）式までを考慮した生
産可能な生産水量範囲を示す。（１）式の曲線上のＡＢ
の範囲が生産水量範囲となる。

【００２８】膜特性式… Ｑｐ＝Ａｓ（Ｐｆ−Δπ）Ｆ ………（１） Δπ＝ｆ（Ｔｅｍｐ，Ｃｆ，ＲＲ） ………（２）Ｑｐ……生産水量Ａｓ……膜透過係数Ｐｆ……運転圧力 Δπ……膜間の浸透圧差Ｆ………膜面積Ｔｅｍｐ…供給水温度Ｃｆ……供給水濃度ＲＲ……回収率回収率…… ＲＲ＝Ｑｐ／Ｑｆ ………（３）高圧ポンプ特性式と高圧ポンプとＲＯ膜モジュール間の
配管やＲＯ膜入口弁の圧力損失特性式… Ｐｆ＜ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃ ………（４）Ｑｆ……供給水流量ａ，ｂ，ｃ…係数生産水濃度上限…Ｃｐ＜Ｂｓ・ΔＣ・Ｆ ………（５） ΔＣ＝ｆ（ＲＲ，Ｃｆ） ………（６）Ｃｐ……透過水濃度Ｂｓ……塩透過係数 ΔＣ……膜間の濃度差ＲＲ……回収率

【数５】膜使用圧力Ｐｆ＜Ｐｍａｘ ………（８）Ｐｍａｘ……膜最大圧力

【００２９】オペレータにより設定された回収率と計算
された生産可能な生産水量範囲は表示手段１ａに表示さ
れ、また生産水量目標値が生産水量制御手段２に入力さ
れる。生産水量制御手段２は入力された生産水量目標値
と設定されている回収率を目標にプラントを制御する。

【００３０】一方、最大水量制御手段３では、図２の生
産可能範囲中の水量で最大の水量Ｂ点を生産水量目標値
として設定する。そして最大水量制御手段３により生産
水量制御手段２に代わって設定された生産水量目標値と
回収率になるようにプラントを制御してもよい。

【００３１】なお生産可能範囲計算手段１において、流
量計２３で測定したＲＯ膜の供給水量と、圧力計２４で
測定した運転圧力と、圧力計２５で測定した濃縮水圧力
と、流量計２６で測定した透過水量と、導電率計２７で
測定した透過水導電率を、膜の特性式（１）に（９）を
代入し、現在の膜の特性を反映した特性式を使用して、
造水プラントで生産可能な生産水量範囲を計算してもよ
い。Ａｓ＝ｆ（Ｑｆ，Ｐｆ，Ｐｂ，Ｑｐ，Ｃｐ） ………（９）Ａｓ……膜透過係数Ｐｂ……濃縮水圧力

【００３２】また生産可能範囲計算手段１において、高
圧ポンプ１４の特性と、高圧ポンプ１４とＲＯ膜モジュ
ール間の配管１５やＲＯ膜入口弁１６の圧力損失特性と
からＲＯ膜入口圧力の下限式を計算し、この下限式を考
慮して生産水量範囲を求めることもできる。図３に
（１）〜（８）式とＲＯ膜入口圧力の下限式とを考慮し
た生産可能な生産水量範囲を示す。図３において（１）
式の曲線上のＡＢの範囲が生産水量範囲となる。

【００３３】この場合図３に示すように、生産可能範囲
計算手段１のＲＯ膜入口圧力の下限式として（１０）式
を用いる。ＲＯ膜入口圧力の下限Ｐｆｌｉｍ＞ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃ−ｄ ………（10）Ｐｆｌｉｍ…ＲＯ膜入口圧力の下限Ｑｆ……供給水流量ａ，ｂ，ｃ，ｄ…係数なお生産可能範囲計算手段１のＲＯ膜入口圧力の下限式
として（１０）式の代わりに、（１１）〜（１３）式を
用いてもよい。ＲＯ膜入口圧力の下限Ｐｆｌｉｍ＞ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃ−ｄＶ ………（11）Ｐｆｌｉｍ…ＲＯ膜入口圧力の下限Ｑｆ……供給水流量ｄＶ……ＲＯ膜入口弁での圧力の絞りａ，ｂ，ｃ…係数

【数６】Ｃｖ……Ｃｖ値ｋ………係数Ｃｖ＝ｆ（θｍｉｎ） ………（13） θｍｉｎ…ＲＯ膜入口弁の最小開度

【００３４】この間、運転状態予測手段４では、温度計
２０で計測された供給水の温度と、導電率計２１で計測
された導電率からＲＯ膜モジュール１３の特性式（１）
と、高圧ポンプ１４の特性式と高圧ポンプとＲＯ膜モジ
ュール間の配管１５やＲＯ膜入口弁１６の圧力損失特性
式（４）と、（３）式に示す設定された回収率から、生
産水量に応じた生産水濃度と、高圧ポンプに要する動力
量と、前処理設備に要する薬品量と、ＲＯ膜の入口圧力
（運転圧力）とを式（１４）、（１５）、（１６）およ
び（１７）により計算する。Ｃｐ＝Ｂｓ・ΔＣ・Ｆ ………（14） ΔＣ＝ｆ（ＲＲ，Ｃｆ）ポンプに要する電力量＝ｆ（稼働ポンプ台数）前処理に要する薬品量＝ｆ（ＲＲ，Ｑｐ）

【数７】

【００３５】また生産水量評価手段５では、生産水濃度
と電力量と薬品量と運転圧力を、統一した指標で評価す
る評価式（１８）が作成され、この評価式（１８）に生
産水量に対するそれぞれの値を入力し評価値を算出し
て、プラント全体が総合的に評価される。

【００３６】各生産水濃度、電力量、薬品量、運転圧力
の評価値の関数を、それぞれ項目毎にグラフに一例を示
すと図４（ａ）〜（ｄ）の評価関数グラフのようにな
る。

【００３７】評価値の関数は設置場所の特性にも依存す
るため、図４（ａ）〜（ｄ）に示す関数は、設置場所
（サイト）毎に作成する。また、図４（ａ）〜（ｄ）の
評価関数を（１８）式によって合計したグラフを、図５
の生産水量評価グラフに示す。

【００３８】オペレータは図３、図４、図５の内容を示
す画面を表示手段１ａにより確認し、生産水量目標値の
入力を要求する。このとき生産水量制御手段２は入力さ
れた生産水量目標値と設定されている回収率を目標にプ
ラントを制御する。評価値（Ｑｐ）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力） ………（18）

【００３９】なお、生産水量評価手段５において、図４
の評価関数と評価式（１８）を用いる代わりに、ファジ
ィ推論手段６のファジィ推論を用いて評価値を算出して
もよい。図６にファジィ関数グラフを示す。図６におい
て、例えばファジィ関数グラフのルールとして、生産水
濃度が良好でかつ電力量が少なく、かつ逆転ポンプの回
収電力量が多い場合に評価値を高くするというルールを
用いてもよい。

【００４０】生産水量評価手段５における図４の評価関
数と図６のファジィ関数との変更はオペレータ変更手段
７により行われる。

【００４１】また生産水量評価手段５において、最適生
産水量の評価式（１８）の代わりに、淡水の需要量と生
産水量の差を評価する項を追加した式（１９）を用い、
最適生産水量を求めて目標値として設定し制御してもよ
い。評価値関数の一例を、図４（ｅ）の評価関数グラフ
に示す。評価値（Ｑｐ）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差） ………（19）

【００４２】また生産可能範囲計算手段１において、回
収率を任意の範囲で設定し、特定の回収率毎に造水プラ
ントで生産可能な生産水量範囲を計算することもでき
る。図７に回収率を任意の範囲で変化させた場合の生産
可能な生産水量範囲を示す。図７において黒い部分であ
るＡＢＣＤの範囲が生産水量範囲となる。このとき運転
状態予測手段４では、回収率毎の生産水濃度、ポンプに
要する動力量、前処理に要する薬品量、運転圧力を計算
し、生産水量評価手段５では、最適生産水量の評価式
（１９）に回収率によって変化する生産水濃度と電力量
と薬品量と運転圧力を入力し評価値を計算する（２
０）。図８に回収率を変化させた場合の生産水量評価グ
ラフを示す。評価値（Ｑｐ，ＲＲ）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差） …（20）

【００４３】さらに、生産可能範囲計算手段１におい
て、設定されたモジュール本数、回収率の範囲から、任
意のモジュール本数、および回収率毎に造水プラントで
生産可能な生産水量範囲を計算することもできる。図９
にモジュール本数、回収率を変化させた場合の生産可能
な生産水量範囲を示す。図９において黒い部分であるＡ
ＢＣＤとＥＦＧの範囲が生産水量範囲である。このとき
運転状態予測手段４で回収率毎の生産水濃度、ポンプに
要する動力量、前処理に要する薬品量、運転圧力を計算
し、また生産水量評価手段５では、最適生産水量の評価
式（２１）に回収率、モジュール数によって変化する生
産水濃度と電力量と薬品量と運転圧力を入力し、評価値
を計算する。図１０にモジュール本数、回収率を変化さ
せた場合の生産水量評価グラフを示す。評価値（Ｑｐ，ＲＲ，モジュール数）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差） ………（21）

【００４４】さらにまた生産可能範囲計算手段１におい
て、運転ポンプ２８の特性と、逆転ポンプ２８とＲＯ膜
モジュール１３間の配管１７およびＲＯ膜出口弁１８の
圧力損失特性から得られる濃縮水量範囲を（２２）式に
より求めて、造水プラントで生産可能な生産水量範囲を
計算してもよい。

【００４５】図１１にモジュール本数、回収率を変化さ
せ、濃縮水量範囲を考慮に加えた場合の生産可能な生産
水量範囲を示す。図１１において黒い部分のＡＢＣＤと
ＥＦＧの範囲が生産水量範囲である。

【００４６】この場合、運転状態予測手段４では、生産
水量、回収率、モジュール数に対する逆転ポンプで回収
できる電力量を（２３）、（２４）式により計算する。
同時に生産水量評価手段５では、最適生産水量の評価式
に逆転ポンプで回収できる電力量の項を加えた式（２
５）を用いて、回収電力量も評価に加えた評価値を計算
する（図４（ｆ）参照）。図１２に濃縮水量範囲を考慮
に加え、モジュール本数、回収率を変化させた場合の生
産水量評価グラフを示す。

【００４７】逆転ポンプ特性と逆転ポンプと膜モジュー
ル間の配管やＲＯ膜出口弁の圧力損失特性から得られる
濃縮水量範囲… 濃縮水量範囲＜ｆ（Ｑｂ，Ｐｂ） ………（22）逆転ポンプ特性と逆転ポンプとＲＯ膜モジュール間の配
管やＲＯ膜出口弁の圧力損失特性式… 逆転ポンプ回収圧力＝ａＱｂ²＋ｂＱｂ＋ｃ ………（23）Ｑｂ……濃縮水流量ａ，ｂ，ｃ…係数逆転ポンプ回収電力量＝ｆ（逆転ポンプ回収圧力） ……（24）評価値（Ｑｐ，ＲＲ，モジュール数）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差）＋Ｉ（逆転ポンプ回収電力量） ………（25）

【００４８】さらにまた生産可能範囲計算手段１におい
て、前処理設備３０の能力から計算できるＲＯ膜モジュ
ール１３への供給水量範囲と、ＲＯ膜モジュール群１
３′より排出される濃縮海水を処理する排水処理設備３
１の能力から計算できる濃縮水量範囲と、ＲＯ膜モジュ
ール群１３′より生産される淡水を受け入れる淡水保管
設備３２の能力から計算できる生産水量範囲とを考慮に
加え、造水プラントで生産可能な生産水量範囲を計算し
てもよい。

【００４９】図１３にＲＯ膜モジュールの本数および回
収率を変化させ、濃縮水量範囲、前処理設備３０の能
力、排水処理設備３１の能力、淡水保管設備３２の能力
を考慮に加えた場合の生産可能な生産水量範囲を示す。
図１３において、黒い部分であるＡＢＣＤとＥＦＧの範
囲が生産水量範囲である。

【００５０】また生産可能範囲計算手段１において、
（３）式で設定された回収率と、ＲＯ膜モジュール数の
範囲における各ＲＯ膜モジュール群１３′、高圧ポンプ
１４、前処理設備３０、排水処理設備３１、淡水保管設
備３２毎の生産水量範囲の計算をすることもできる。

【００５１】この場合は設備数組み合わせ手段８におい
て、生産可能範囲計算手段１で計算された任意の生産水
量毎に、ＲＯ膜モジュール群数と、各ＲＯ膜モジュール
群の回収率と、モジュール本数と、高圧ポンプ数と、前
処理設備数と、排水処理設備数と、淡水保管設備数との
複数の組み合わせを作成する。

【００５２】図１４に各設備の系列数毎の生産可能な生
産水量範囲を示す。図１４において、ある特性の生産水
量Ｑｐ１を生産する場合の設備数の組み合わせは、以下
の１８通りである。組み合わせ＝（ＲＯ膜モジュール群数、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処理設備数、淡水保管設備数）＝（３，３，３，１，１）＝（３，４，３，１，１）＝（３，３，４，１，１）＝（３，４，４，１，１）＝（３，３，５，１，１）＝（３，４，５，１，１）＝（３，３，６，１，１）＝（３，４，６，１，１）＝（３，３，３，２，１）＝（３，４，３，２，１）＝（３，３，４，２，１）＝（３，３，４，２，１）＝（３，４，４，２，１）＝（３，３，５，２，１）＝（３，４，５，２，１）＝（３，３，６，２，１）＝（３，４，６，２，１）

【００５３】このとき運転状態予測手段４では、設備数
組み合わせ手段８で作成された組み合わせ毎に運転状態
量である生産水濃度と、高圧ポンプ１４の電力量と、薬
品量と、高圧ポンプ１４の運転圧力と、逆転ポンプ２８
の回収電力量を求める。例えば生産水量Ｑｐ１の場合
は、１８通りの全ての場合について、それぞれ何通りか
のモジュール数、回収率を変えて計算を行う。

【００５４】生産水量評価手段５では、設備数組み合わ
せ手段８で作成された組み合わせ毎に最適生産水量の評
価式（２６）によって評価を行う。評価値｛Ｑｐ，ＲＯ膜モジュール群数（ＲＲ，モジュール数）、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処理設備数、淡水保管設備数｝＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差）＋Ｉ（逆転ポンプ回収電力量） ………（26）

【００５５】また運転状態予測手段４において、日付と
時間の入力を加えることによって電力量から曜日、時間
帯、祝日等によって変化する電力料金を算出することも
できる。このとき、生産水量評価手段５で、最適生産水
量評価式として式（２７）を用いる。評価値｛Ｑｐ，ＲＯ膜モジュール群数（ＲＲ，モジュール数）、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処理設備数、淡水保管設備数｝＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力料金）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差）＋Ｉ（逆転ポンプ回収電力料金） ………（27）

【００５６】また最適生産水量制御手段９では、生産水
量評価手段５で求められた最も評価の高い生産水量を生
産水量目標値として設定しプラントを制御する。この
時、生産水量評価手段５では、最適生産水量目標値とと
もに、モジュール群数、モジュール群の回収率とモジュ
ール本数、高圧ポンプ数、前処理設備数、排水処理設備
数、淡水保管設備数の組合せも求め、その組合せ台数に
従ってプラントを運転する。

【００５７】さらにまた生産可能範囲計算手段１におい
て、図１５に示すように将来の任意の期間の供給水の温
度と濃度を予測し、将来の生産水量可能範囲を計算して
もよい。このとき運転状態予測手段４において、将来の
運転量を計算する。また最大運転計画作成手段１０で
は、将来の任意の期間の任意の時間帯毎の最大生産水量
と、ＲＯ膜モジュール群数と、群毎の回収率と、モジュ
ール本数と、高圧ポンプ数と、前処理設備数と、排水処
理設備数と、淡水保管設備数とを求め、造水プラントの
運転計画を作成する。この場合は、最適生産水量制御手
段９において、最大運転計画作成手段１０で作成された
計画とおりに運転する。

【００５８】さらにまた将来を予測する生産可能範囲計
算手段１において、ＲＯ膜モジュール１３の運転開始後
５日以上経過した後で、生産可能の計算を行ってもよ
い。このとき膜特性式（１）、（２）の膜透過係数と塩
透過係数は過去１日間の平均を使用する。

【００５９】さらに将来を予測する生産可能範囲計算手
段１において、供給水温度、供給水濃度、高圧ポンプ１
４の運転圧力、供給水流量を標準条件に換算して過去の
膜透過係数と塩透過係数を保存しておき、保存しておい
た膜透過係数と塩透過係数を時間の関数に近似して、膜
透過係数の塩透過係数を時間の関数式を求めてもよい。
生産可能範囲は、その近似式を用いて求める。

【００６０】また将来を予測する生産可能範囲計算手段
１において、将来の膜透過係数を（２８）式の近似式で
予測してもよく、Ａ＝Ｋ×ｔ^-m ………（28）Ａ……標準条件に換算した膜透過係数Ｋ……係数ｔ……時間ｍ……係数また将来の膜透過係数を（２９）式の近似式で予測して
もよい。Ａ＝Ｋ×ｅ^-1/T ………（29）Ａ……標準条件に換算した膜透過係数Ｋ……係数ｔ……時間Ｔ……係数さらに生産可能範囲計算手段１において、将来の塩透過
係数を（３０）式の近似式で予測してもよく、Ｂ＝Ｋ×ｔ^-m ………（30）Ｂ……標準条件に換算した塩透過係数Ｋ……係数ｔ……時間ｍ……係数また将来の塩透過係数を（３１）式の近似式で予測して
もよい。Ｂ＝Ｋ×ｅ^-1/T ………（31）Ｂ……標準条件に換算した塩透過係数Ｋ……係数ｔ……時間Ｔ……係数

【００６１】ところで生産水量評価手段５において、最
適生産水量評価式（２７）を用いて評価値を求め、次に
最適運転計画作成手段１１で将来の任意の期間の任意の
時間帯毎の最適生産水量と、ＲＯ膜モジュール群数およ
び群毎の回収率と、モジュール本数と、高圧ポンプ数
と、前処理設備数と、排水処理設備数と、淡水保管設備
数とを求め造水プラントの運転計画を作成することもで
きる。

【００６２】最適生産水量制御手段９では、その後最適
運転計画作成手段１１で作成された計画にオペレータが
修正を加えた計画に従って運転する。

【００６３】また運転状態予測手段４において、高圧ポ
ンプ１４の稼働ポンプ台数と、それぞれの高圧ポンプ１
４の生産水量から高圧ポンプ１４に要する電力量を（３
２）式を用いて計算してもよい。この時、生産水量評価
手段５は最適生産水量の評価式（２７）によって評価を
行い、最適運転計画作成手段１１で最適生産水量を求
め、これを目標値として設定し最適生産水量制御手段９
で高圧ポンプ１４を制御する。

【００６４】ポンプに要する電力量＝ｆ（稼働ポンプ台数、Ｑｐ） ……（32）ところで交換予測手段１２では、予め入力されていた、
ＲＯ膜モジュールの交換条件となる透過水濃度および運
転圧力の条件と、生産可能範囲計算手段１と運転状態予
測手段４を用いて計算された将来の透過水濃度および運
転圧力とを比較し、交換条件が成立する将来の時期をオ
ペレータに通告する。この時、将来の透過水濃度、運転
圧力は、生産水量目標値、回収率、モジュール本数によ
って異なるため、これらの条件も入力されていないと交
換条件との比較ができない。このため標準としての生産
水量目標値、回収率、モジュール本数をオペレータが予
め入力するがこの標準はオペレータによって変更可能と
なっている。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、生産可
能範囲計算手段において、供給水の温度と濃度から逆浸
透膜モジュールの膜特性式を求め、この膜特性式と高圧
ポンプ系特性式を用いて生産可能な生産水量範囲を計算
するので、供給水の温度と濃度とを考慮して生産可能な
生産水量の範囲を適切に定めることができる。またこの
生産可能な生産水量の範囲に基づいて造水プラントの運
転制御を行うので、実情に浴した経済的な運転を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による造水プラントの運転制御装置の実
施の形態を示す概略構成図。

【図２】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図３】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図４】評価関数を示すグラフ。

【図５】生産水量評価を示すグラフ。

【図６】ファジィ関数を示すグラフ。

【図７】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図８】生産水量評価を示すグラフ。

【図９】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図１０】生産水量評価を示すグラフ。

【図１１】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図１２】生産水量評価を示すグラフ。

【図１３】生産可能な生産水量範囲を示す図。

【図１４】各設備の系列数毎の生産可能な生産水量範囲
を示す図。

【図１５】将来の任意の期間の供給水の温度と濃度と生
産水量可能範囲を示す図。

【符号の説明】

１生産可能範囲計算手段１ａ表示手段２生産水量制御手段３最大水量制御手段４運転状態予測手段５生産水量評価手段６ファジィ推論手段７オペレータ変更手段８設備数組み合わせ手段９最適生産水量制御手段１０最大運転計画作成手段１１最適運転計画作成手段１２交換予測手段１３ＲＯ膜モジュール１４高圧ポンプ１５，１７配管１６ＲＯ膜入口弁１８ＲＯ膜出口弁１９取水ポンプ２０温度計２１，２７導電率計２２運転制御装置２３，２６流量計２４，２５圧力計２８逆転ポンプ２９タービン３０前処理設備３１排水処理設備３２淡水保管設備

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海水を高圧ポンプにより配管を介して、入
口弁を有する逆浸透膜モジュールへ供給水として供給し
て、透過水を生産するとともに濃縮水を戻す造水プラン
トの運転制御装置において、供給水、透過水、および濃縮水の状態と高圧ポンプの運
転状態を測定する測定手段と、測定手段によって求めた供給水の温度と導電率から求め
た以下の膜特性式と、高圧ポンプの特性式と高圧ポンプ
と逆浸透膜モジュール間の配管の圧力損失特性式とを合
成した以下の高圧ポンプ系特性式と、設定された以下の
透過水濃度上限と、設定された以下の回収率と、以下の
逆浸透膜の使用流量範囲と、以下の逆浸透膜の使用圧力
範囲とから、造水プラントで生産可能な透過水の生産水
量範囲を計算する生産可能範囲計算手段と、膜特性式… Ｑｐ＝Ａｓ×（Ｐｆ−Δπ）×Ｆ Δπ＝ｆ（Ｔｅｍｐ，Ｃｆ，ＲＲ）Ｑｐ……透過水量Ａｓ……膜透過係数Ｐｆ……運転圧力 Δπ……膜間の浸透圧差Ｆ………膜面積Ｔｅｍｐ…供給水温度Ｃｆ……供給水濃度ＲＲ……回収率回収率…… ＲＲ＝Ｑｐ／Ｑｆ高圧ポンプ特性式と、高圧ポンプと逆浸透膜モジュール
間の配管の圧力損失特性式を合成した高圧ポンプ系特性
式… Ｐｆ＜ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃＱｆ……供給水流量ａ，ｂ，ｃ…係数透過水濃度…Ｃｐ＜Ｂｓ×ΔＣ×Ｆ ΔＣ＝ｆ（ＲＲ，Ｃｆ）Ｃｐ……透過水濃度Ｂｓ……塩透過係数 ΔＣ……膜間の濃度差ＲＲ……回収率【数１】逆浸透膜の使用圧力Ｐｆ＜ＰｍａｘＰｍａｘ……膜最大圧力生産可能範囲計算手段で計算された生産水量範囲を表示
する表示手段と、表示手段によって表示された生産可能範囲中の水量でオ
ペレータが選択した生産水量を生産水量目標値として設
定し、設定された生産水量目標値と回収率になるように
プラントを制御する生産水量制御手段と、を備えたことを特徴とする造水プラントの運転制御装
置。
【請求項２】生産可能範囲計算手段は、計算された生産
水量範囲で最大の生産水量を生産水量目標値として自動
的に設定することを特徴とする請求項１記載の造水プラ
ントの運転制御装置。
【請求項３】生産可能範囲計算手段は、測定手段で測定
した供給水量と、高圧ポンプの運転圧力と、濃縮水圧力
と、透過水量と、透過水導電率に基づいて以下のように
膜透過係数Ａｓを求め、Ａｓ＝ｆ（Ｑｆ，Ｐｆ，Ｐｂ，Ｑｐ，Ｃｐ）Ｐｂ……濃縮水圧力この膜透過係数Ａｓにより造水プラントで生産可能な生
産水量範囲を計算することを特徴とする請求項１記載の
造水プラントの運転制御装置。
【請求項４】生産可能範囲計算手段は、逆浸透膜の入口
弁を上限まで絞った場合のＲＯ膜入口圧力の下限を考慮
して造水プラントで生産可能な生産水量範囲を計算する
ことを特徴とする請求項１記載の造水プラントの運転制
御装置。
【請求項５】生産可能範囲計算手段は逆浸透膜の入口圧
力の下限を、高圧ポンプ特性式と、高圧ポンプと逆浸透
膜モジュール間の配管の圧力損失特性式を合成した高圧
ポンプ系特性式から任意の圧力値を減じた以下の式、逆浸透膜入口圧力の下限Ｐｆｌｉｍ＞ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃ−ｄＰｆｌｉｍ…逆浸透膜入口圧力の下限Ｑｆ……供給水流量ａ，ｂ，ｃ，ｄ…係数に基づいて定めることを特徴とする請求項４記載の造水
プラントの運転制御装置。
【請求項６】生産可能範囲計算手段は逆浸透膜の入口圧
力の下限を逆浸透膜の入口弁の最小開度を考慮した以下
の式逆浸透膜入口圧力の下限Ｐｆｌｉｍ＞ａＱｆ²＋ｂＱｆ＋ｃ−ｄＶＰｆｌｉｍ…ＲＯ膜入口圧力の下限Ｑｆ……供給水流量ｄＶ……逆浸透膜入口弁での圧力の絞りａ，ｂ，ｃ……係数【数２】Ｃｖ……Ｃｖ値ｋ………係数Ｃｖ＝ｆ（θｍｉｎ） θｍｉｎ……ＲＯ膜入口弁の最小開度に基づいて定めることを特徴とする請求項４記載の造水
プラントの運転制御装置。
【請求項７】供給水の温度と導電率から膜の特性式と、
高圧ポンプ特性式と高圧ポンプと逆浸透膜モジュール間
の配管の圧力損失特性式と、設定された回収率から、生
産水量に応じた透過水濃度、ポンプに要する動力量、前
処理に要する薬品量、逆浸透膜入口圧力を計算する運転
状態予測手段を更に備え、Ｃｐ＝Ｂｓ×ΔＣ×Ｆ ΔＣ＝ｆ（ＲＲ，Ｃｆ）ポンプに要する電力量＝ｆ（稼働ポンプ台数）前処理に要する薬品量＝ｆ（ＲＲ，Ｑｐ）【数３】表示手段は運転状態予測手段で計算された生産水量目標
値に対する透過水濃度、ポンプに要する動力量、前処理
に要する薬品量、逆浸透膜入口圧力を表示することを特
徴とする請求項１記載の造水プラントの運転制御装置。
【請求項８】透過水濃度と、電力量と、薬品量と、高圧
ポンプの運転圧力を、それぞれ統一した指標で評価する
評価式を作成し、評価式に生産水量に対するそれぞれの
値を入力し評価値を算出して、プラント全体を総合的に
評価する生産水量評価手段を更に備え、評価値（Ｑｐ）＝Ｉ（透過水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ
（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）表示手段は生産水量評価手段で評価した生産水量に対す
る評価値を表示することを特徴とする請求項７記載の造
水プラントの運転制御装置。
【請求項９】透過水濃度と、電力量と、薬品量と、高圧
ポンプの運転圧力と、需要量と生産水量の差を、それぞ
れ統一した指標で評価する評価式を作成し、評価式に生
産水量に対するそれぞれの値を入力し評価値を算出し
て、プラント全体を総合的に評価する生産水量評価手段
とを更に備え、評価値（Ｑｐ）＝Ｉ（生産水濃度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ
（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋Ｉ（需要量と生産水量の
差）表示手段は生産水量評価手段で評価した生産水量に対す
る評価値を表示することを特徴とする請求項７記載の造
水プラントの運転制御装置。
【請求項１０】逆浸透膜モジュールは複数本設けられる
とともに、その本数は制御可能となっており、透過水濃度と、電力量と、薬品量と、高圧ポンプの運転
圧力と、需要量と生産水量の差と、モジュール数をそれ
ぞれ統一した指標で評価する評価式を作成し、評価式に
生産水量に対するそれぞれの値を入力し評価値を算出し
て、プラント全体を総合的に評価する生産水量評価手段
とを更に備え、評価値（Ｑｐ，ＲＲ，モジュール数）＝Ｉ（生産水濃
度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋
Ｉ（需要量と生産水量の差）表示手段は生産水量評価手段で評価した生産水量に対す
る評価値を表示することを特徴とする請求項７記載の造
水プラントの運転制御装置。
【請求項１１】濃縮水を戻す配管に動力を回収するため
の逆転ポンプと、回収した動力を高圧ポンプに伝えるタ
ービンとが設けられ、透過水濃度と、電力量と、薬品量と、高圧ポンプの運転
圧力と、需要量と生産水量の差と、モジュール数と、逆
転ポンプ回収電力量をそれぞれ統一した指標で評価する
評価式を作成し、評価式に生産水量に対するそれぞれの
値を入力し評価値を算出して、プラント全体を総合的に
評価する生産水量評価手段とを更に備え、評価値（Ｑｐ，ＲＲ，モジュール数）＝Ｉ（生産水濃
度）＋Ｉ（電力量）＋Ｉ（薬品量）＋Ｉ（運転圧力）＋
Ｉ（淡水の需要量と生産水量の差）＋Ｉ（逆転ポンプ回
収電力量）表示手段は生産水量評価手段で評価した生産水量に対す
る評価値を表示することを特徴とする請求項７記載の造
水プラントの運転制御装置。
【請求項１２】濃縮水を戻す配管に動力を回収するため
の逆転ポンプと、回収した動力を高圧ポンプに伝えるタ
ービンとが設けられ、生産可能範囲計算手段は更に逆転ポンプ特性と逆転ポン
プと逆浸透膜モジュール間の配管の圧力損失特性から得
られる濃縮水量範囲…… 濃縮水量範囲＜ｆ（Ｑｂ，Ｐｂ）を考慮して生産水量範囲を計算することを特徴とする請
求項１記載の造水プラントの運転制御装置。