海水淡化裝置及藥品注入裝置的製作方法
2023-05-17 01:45:31
專利名稱：海水淡化裝置及藥品注入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化裝置及藥品注入裝置。
背景技術：
水問題正在世界性地深化，將水商業作為巨大的市場把握，水商業競爭正在以世界規模加速。在不具有河流等的地表水或地下水作為水源的中東各國，以及即便在國內、在缺水風險較高的地域中，為了確保水源而導入海水淡化技術，設置了大型的海水淡化設備。作為海水淡化的方法，將海水蒸餾而得到淡水的稱作蒸發法的方法、和使用反滲透膜(以下稱作RO(reverse osmosis)膜)將海水以高壓過濾的膜法已實用化。在膜法中， 通過使由高壓RO泵升壓後的海水通過RO膜，進行海水的脫鹽。膜法一般與蒸發法相比淡化成本較低，所以目前代替蒸發法而不斷普及。可是，海水中含有的硼G 6mg/L)有通過1級的RO膜分離處理不能滿足基準值 (飲用水基準1. 0mg/L,WH0為0. 3mg/L)的情況，在此情況下，還存在對1級RO膜的透過水添加鹼劑、使RO膜為兩級而進行處理的設備(以下稱作2級RO膜)。另外，由2級RO膜實現的硼的阻止率，以硼作為弱電解質的硼酸存在而隨著pH變化，所以例如要求將PH調整為9. 0 10. 0而達到飲用水基準的1. Oppm (WHO為0. 3ppm)的硼濃度。此外，為了防止1級RO膜上的鈣垢，需要注入硫酸或鹽酸等的酸而將1級RO膜入口處的PH調整為6. 5 7. 0 (海水的pH是8. 0 8. 5左右)。另外，如下述式子所示，通過作為酸而添加H+，能夠使平衡點向左變動而使碳酸鈣溶解。另一方面，由於來自2級RO膜的鹽水是脫鹽水，所以從效率的觀點看也一般不是原樣放流而是返回到1級RO膜的前級，但由於將PH被調整為9. 0 10. 0的脫鹽水返回， 所以對於1級RO膜的鈣垢防止所需要的酸注入率有影響。例如，在通過酸注入將PH調整為6. 8的情況下，如果2級RO膜的鹽水的流量及pH 增加，則為了將PH保持為6. 8而需要的酸注入量增加。如果酸注入量增加，則為了鹼度減小(為了酸度增加)，為了將2級RO膜入口的pH保持為9.0而需要的鹼注入量也增加。如果通過1級RO膜前級的pH控制酸注入量、通過2級RO膜前級的pH控制鹼注入量，則有藥品注入量逐漸增加的情況。
發明內容
本發明是鑑於上述情況而做出的，目的是提供一種通過控制藥品注入量來避免藥品被過量注入的海水淡化裝置及藥品注入裝置。有關技術方案的海水淡化裝置，具備第1反滲透膜，將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水；第2反滲透膜，將上述脫鹽水過濾而將硼除去；第1注入機，對上述第1 反滲透膜的前級進行酸注入；第2注入機，對上述第2反滲透膜的前級進行鹼注入；第1傳感器，測量上述第1反滲透膜入口的pH ；第2傳感器，測量上述第2反滲透膜入口的pH ；控制器，構成為，取得上述第1傳感器及上述第2傳感器的測量值，並且被輸入上述第1反滲透膜入口的PH目標值和上述第2反滲透膜入口的pH目標值，使用從酸注入到上述第1反滲透膜入口的PH的傳遞函數、從鹼注入到第1反滲透膜入口的pH的傳遞函數、從酸注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數和從鹼注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數，控制從上述第1注入機注入的酸的注入率以及從上述第2注入機注入的鹼的注入率。根據上述結構，能夠提供一種通過控制藥品注入量來避免藥品被過量注入的海水淡化裝置及藥品注入裝置。
圖1是概略地表示有關第1實施方式的海水淡化裝置的一結構例的圖。圖2是用來說明在圖1所示的海水淡化裝置中運算酸注入率及鹼注入率的方法的一例的圖。圖3是用來說明在圖2所示的酸注入率及鹼注入率的運算中使用的傳遞函數的運算方法的一例的圖。圖4是概略地表示有關第2實施方式的海水淡化裝置的一結構例的圖。圖5是概略地表示有關第3實施方式的海水淡化裝置的一結構例的圖。圖6是概略地表示有關第4實施方式的海水淡化裝置的一結構例的圖。圖7是用來說明在圖6所示的海水淡化裝置中使用的對於注入率變化的pH的響應靈敏度的指標的一例的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對實施方式進行說明。在圖1中表示有關第1實施方式的海水淡化裝置及藥品注入裝置的一結構例。有關本實施方式的海水淡化裝置具備水槽TK、送水泵Pl、高壓泵P2、增壓泵P3、動力回收裝置 20、鹽水流量調節閥(排水閥)30、第1反滲透(RO)膜12、第2反滲透(RO)膜14、控制器 CTR、調整藥品的注入量而進行注入的第1注入機40、第2注入機50、傳感器(第3傳感器) Si、傳感器(第1傳感器)S2、傳感器(第2傳感器)S3。藥品注入裝置具備控制器CTR、第 1注入機40和第2注入機50。另外，海水淡化裝置具備各種閥，但在圖1中省略。送水泵Pl從水槽TK吸引海水或海水1次處理水(殺菌、除濁後的海水)，將海水送入到海水淡化裝置內。從送水泵Pl排水的海水被供給到高壓泵P2和動力回收裝置20 中。高壓泵P2將從送水泵Pl供給的海水升壓到高壓狀態(例如6MPa左右)而排水。 從高壓泵P2排水的海水被供給到第1反滲透膜12。第1反滲透膜12及第2反滲透膜14將海水過濾，將海水中含有的離子及鹽類等的溶質除去，生成脫鹽水。將由第1反滲透膜12過濾後的脫鹽水供給到第2反滲透膜14。 第2反滲透膜14從被供給的脫鹽水進一步除去硼並排出。將第2反滲透膜14的鹽水儲存到水槽TK中。將由第1反滲透膜12除去的鹽分作為濃縮海水以高壓排水。從第1反滲透膜12 排水的濃縮海水被供給到動力回收裝置20中。動力回收裝置20例如是容積式動力回收裝置。動力回收裝置20具備高壓側入口 22、高壓側出口 24、低壓側入口沈和低壓側出口 28。動力回收裝置20利用濃縮海水中含有的壓力能量將從送水泵Pl由低壓側入口沈流入的海水升壓，向增壓泵P3輸出。動力回收裝置20將回收了壓力能量後的濃縮海水經由低壓側出口觀及排水閥30排水。S卩，在高壓側入口 22中，被供給從第1反滲透膜12排水的濃縮海水。濃縮海水在其壓力能量被回收後被從低壓側出口觀排水。在低壓側入口沈中被從送水泵Pl供給海水。該海水通過利用濃縮海水具有的壓力(動力)而被從高壓側出口 M排水。被從高壓側出口 M排水的海水被供給到增壓泵P3中。排水閥30例如是鹽水流量調節閥，以調節濃縮海水流量的目的作為致動器設置。 排水閥30的閥開度受來自控制器CTR的控制信號控制。增壓泵P3將來自動力回收裝置20的海水升壓到與來自高壓泵P2的海水相同程度的壓力。並且，將從增壓泵P3排水的升壓後的海水合流到來自高壓泵P2的海水中，向第 1反滲透膜12送水。第1注入機40向流路中注入硫酸或鹽酸等的酸，調整第1反滲透膜12的入口處的PH。第1注入機40構成為，使其向送水泵Pl與高壓泵P2之間的流路注入酸。第2注入機50向流路注入鹼劑而調整第2反滲透膜14入口處的pH。第1注入機40構成為，使其對第1反滲透膜12的出口與第2反滲透膜14的入口之間的流路注入鹼劑。傳感器Sl設置在水槽TK的前級(前段)，測量海水(或海水1次處理水)的pH 及鹼度。傳感器S2設置在第1反滲透膜12入口的附近，測量海水(或海水1次處理水) 的pH。傳感器S3設置在第2反滲透膜14入口的附近，測量脫鹽水的pH。將由傳感器S2 及傳感器S3測量出的pH的值向控制器CTR發送。控制器CTR構成為，使其監視從傳感器S3、S3發送的pH，並且通過交叉限幅控制、 最優調節器等2輸入2輸出的多變量控制進行酸注入率及鹼注入率的控制。在圖2中，表示用來說明控制器CTR中的控制方法的圖。在控制器CTR中，被輸入第1反滲透膜12入口 pH的目標值Y1、和第2反滲透膜14pH的目標值Y2。控制器CTR根據目標值Yl、Y2，使用傳遞函數Pl 1、P12、P21、P22運算酸注入率Ul和鹼注入率U2。可以將目標值Yl、Y2與酸注入率Ul及鹼注入率U2的關係使用傳遞函數Pll、P12、P21、P22如下述式(1)那樣表示。[式1]
權利要求
1.一種海水淡化裝置，其特徵在於，具備第1反滲透膜，將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水； 第2反滲透膜，將上述脫鹽水過濾而將硼除去； 第1注入機，對上述第1反滲透膜的前級進行酸注入； 第2注入機，對上述第2反滲透膜的前級進行鹼注入； 第1傳感器，測量上述第1反滲透膜入口的PH ； 第2傳感器，測量上述第2反滲透膜入口的pH ；以及控制器，構成為，取得上述第1傳感器及上述第2傳感器的測量值，並且被輸入上述第 1反滲透膜入口的PH目標值和上述第2反滲透膜入口的pH目標值，使用從酸注入到上述第 1反滲透膜入口的PH的傳遞函數、從鹼注入到第1反滲透膜入口的pH的傳遞函數、從酸注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數和從鹼注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數，控制從上述第1注入機注入的酸的注入率以及從上述第2注入機注入的鹼的注入率。
2.一種海水淡化裝置，其特徵在於，具備第1反滲透膜，將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水；第2反滲透膜，將上述脫鹽水過濾而將硼除去；水槽，儲存從上述第2反滲透膜排出的含有硼的脫鹽水和原海水；第1注入機，對上述第1反滲透膜的前級進行酸注入；第2注入機，對上述第2反滲透膜的前級進行鹼注入；第1傳感器，測量上述第1反滲透膜入口的PH ；第2傳感器，測量上述第2反滲透膜入口的pH ；控制器，根據上述第1傳感器和上述第2傳感器的測量值控制上述第1注入機的酸注入率及上述第2注入機的鹼注入率；第3傳感器，測量上述原海水的pH和鹼度；過注入狀態判斷單元，具有以每個鹼度表示上述原海水的PH與上述第1注入機的酸注入率之間的關係的酸注入曲線、以及以每個鹼度表示上述原海水的PH與上述第2注入機的鹼注入率之間的關係的鹼注入曲線，監視根據上述酸注入曲線及上述鹼注入曲線求出的酸注入率及鹼注入率是否處於適當注入率範圍；以及注入率修正單元，在由上述過注入狀態判斷單元判斷為不處於適當注入率範圍的情況下，修正酸注入率及鹼注入率。
3.—種海水淡化裝置，其特徵在於，具備第1反滲透膜，將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水；第2反滲透膜，將上述脫鹽水過濾而將硼除去；水槽，儲存從上述第2反滲透膜排出的含有硼的脫鹽水和原海水；第1注入機，對上述第1反滲透膜的前級進行酸注入；第2注入機，對上述第2反滲透膜的前級進行鹼注入；第1傳感器，測量上述第1反滲透膜入口的PH ；第2傳感器，測量上述第2反滲透膜入口的pH ；控制器，根據上述第1傳感器和上述第2傳感器的測量值控制上述第1注入機的酸注入率及上述第2注入機的鹼注入率；第3傳感器，測量上述原海水的pH和鹼度；以及第4傳感器，測量從上述第2反滲透膜向上述水槽供給的脫鹽水的導電度； 上述控制器構成為，取得由上述第4傳感器測量的值，判斷從上述第2反滲透膜向上述水槽供給的脫鹽水的硼的親水性。
4.一種海水淡化裝置，其特徵在於，具備第1反滲透膜，將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水； 第2反滲透膜，將上述脫鹽水過濾而將硼除去； 第1注入機，對上述第1反滲透膜的前級進行酸注入； 第2注入機，對上述第2反滲透膜的前級進行鹼注入； 第1傳感器，測量上述第1反滲透膜入口的PH ； 第2傳感器，測量上述第2反滲透膜入口的pH ；控制器，根據上述第1傳感器和上述第2傳感器的測量值控制上述第1注入機的酸注入率及上述第2注入機的鹼注入率；過注入狀態判斷單元，取得上述第1注入機的注入率的變化、上述第2注入機的注入率的變化、由上述第1傳感器測量的PH值的變化以及由上述第2傳感器測量的pH值的變化， 以與上述注入率的變化相對的PH值的響應靈敏度為指標判斷過注入狀態；以及注入率修正單元，在由上述過注入狀態判斷單元判斷為是過注入狀態的情況下，修正酸注入率及鹼注入率。
5.一種藥品注入裝置，其特徵在於，具備第1注入機，對第1反滲透膜的前級進行酸注入，該第1反滲透膜將海水過濾，分離為脫鹽水和濃縮海水並排水；第2注入機，對第2反滲透膜的前級進行鹼注入，該第2反滲透膜將上述脫鹽水過濾而將硼除去；以及控制器，構成為，取得上述第1傳感器及上述第2傳感器的測量值，並且被輸入上述第 1反滲透膜入口的PH目標值和上述第2反滲透膜入口的pH目標值，使用從酸注入到上述第 1反滲透膜入口的PH的傳遞函數、從鹼注入到第1反滲透膜入口的pH的傳遞函數、從酸注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數和從鹼注入到上述第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數，控制從上述第1注入機注入的酸的注入率以及從上述第2注入機注入的鹼的注入率。
全文摘要
避免藥品過量注入的海水淡化裝置及藥品注入裝置，具備第1反滲透膜(12)，將海水分離為脫鹽水和濃縮海水並排水；第2反滲透膜(14)，將脫鹽水過濾而除去硼；第1注入機(40)，對第1反滲透膜的前級酸注入；第2注入機(50)，對第2反滲透膜的前級鹼注入；第1傳感器(S2)，測量第1反滲透膜入口的pH；第2傳感器(S3)，測量第2反滲透膜入口的pH；控制器(CTR)，使用酸注入到第1反滲透膜入口的pH的傳遞函數、鹼注入到第1反滲透膜入口的pH的傳遞函數、酸注入到第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數和鹼注入到第2反滲透膜入口的pH的傳遞函數，控制第1注入機注入的酸的注入率及第2注入機注入的鹼的注入率。
文檔編號C02F9/04GK102399035SQ201110187379
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月5日 優先權日2010年9月16日
發明者山形英顯, 松井公一, 松代武士, 橫川勝也, 難波諒, 黑川太 申請人:株式會社東芝