JP7200874B2 - Method for predicting operating voltage of electrodeionization device and method for controlling pure water production device - Google Patents
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Description
本発明は、電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法、及びこの運転電圧の予測値を利用した純水製造装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a method of predicting the operating voltage of an electrodeionization apparatus, and a method of controlling a pure water production apparatus using this predicted value of the operating voltage.
近年、半導体製造工場や液晶製造工場等の電子産業分野や研究開発分野において超純水の使用が盛んになってきており、この超純水の製造装置として、前処理装置、一次純水装置及び二次純水装置(サブシステム)からなるものが一般に用いられている。この一次純水装置には、電気脱イオン装置を用いることが定着しつつある。 In recent years, the use of ultrapure water has become popular in the electronics industry field such as semiconductor manufacturing factories and liquid crystal manufacturing factories, and in the research and development field. A secondary pure water system (subsystem) is commonly used. The use of an electrodeionization apparatus for this primary pure water apparatus is becoming established.
上述したような一次純水装置により一次純水を製造するにあたり、電気脱イオン装置は、脱塩性能、すなわちイオンの除去のため、電流効率などを考慮して流入イオン負荷に対して運転電流値を定め、定電流運転を行うことが一般的である。この際、電気脱イオン装置に供給される水のシリカ濃度は制限されている。これは電気脱イオン装置に供給される水のシリカ濃度が高いと、シリカスケールが発生して電気抵抗が増し、電気脱イオン装置を運転する際の電圧が上昇し、処理水の水質の低下を招くことになるからである(特許文献1)。 In producing primary pure water using the primary pure water apparatus as described above, the operating current value for the inflowing ion load is determined by taking into consideration the desalination performance, that is, the current efficiency, etc., in order to remove ions. is generally determined and constant current operation is performed. At this time, the silica concentration of the water supplied to the electrodeionization apparatus is limited. This is because when the silica concentration of the water supplied to the electrodeionization equipment is high, silica scale is generated and the electrical resistance increases. It is because it will invite (patent document 1).
この電気脱イオン装置に供給される水のシリカ濃度の対策として、従来、電気脱イオン装置の前段に逆浸透膜を2段に設けて、シリカを除去することで対応していた。 As a countermeasure against the silica concentration of the water supplied to the electrodeionization apparatus, conventionally, two stages of reverse osmosis membranes are provided in front of the electrodeionization apparatus to remove silica.
また、シリカ濃度が高い場合に対応するために、シリカの除去を目的として、暫定的にアニオン交換手段を設けて前処理を行うことも行われている。 Moreover, in order to cope with the case where the silica concentration is high, pretreatment is also performed by provisionally providing an anion exchange means for the purpose of removing silica.
さらに、例えば図1に示すようにRO膜と脱気膜を用いた一次純水装置(純水製造装置)も用いられている、この一次純水装置1は、前処理装置を構成する活性炭塔2で井水W0を処理して得られる前処理水Wを貯槽する原水タンク11と、第一の送水ポンプ12と、熱交換器13と、保安フィルタ14と、第二の送水ポンプ15と、逆浸透膜(RO膜)16と、脱気膜17と、電気脱イオン装置18とを備えるものであり、逆浸透膜(RO膜)16によりシリカ濃度を低減した被処理水を電気脱イオン装置18で処理し、この一次純水装置1で製造された一次純水W1をサブタンク3に貯留する。
Furthermore, as shown in FIG. 1, for example, a primary water purifier (pure water production device) using an RO membrane and a degassing membrane is also used. A raw water tank 11 for storing pretreated water W obtained by treating well water W0 in 2, a
上述したような従来の一次純水装置において、電気脱イオン装置の前段に逆浸透膜を2段に設けた場合には、非常に大掛かりな装置構成となり、シリカは所定の水準値以下であれば問題はないにもかかわらず必要以上に除去されることになるだけでなく、システム構成が過剰であるため、設置スペースが限られる場合には適用できないという問題点がある。 In the conventional primary pure water apparatus as described above, if reverse osmosis membranes are provided in two stages in the preceding stage of the electrodeionization apparatus, the apparatus configuration becomes very large, and if silica is below a predetermined standard value, Although there is no problem, not only is it removed more than necessary, but the system configuration is excessive, so there is a problem that it cannot be applied when the installation space is limited.
また、シリカの除去を目的として、暫定的にアニオン交換手段を設けた場合には、装置的に高価になってしまうばかりか、アニオン交換手段への切替制御を的確に行わないと、電気脱イオン装置にシリカ濃度が高い被処理水が供給される虞がある、という問題点がある。 In addition, if an anion exchange means is provisionally provided for the purpose of removing silica, not only will the equipment be expensive, but if the switching to the anion exchange means is not properly controlled, electrodeionization will occur. There is a problem that water to be treated having a high silica concentration may be supplied to the apparatus.
さらに、図1に示すようにRO膜と脱気膜を用いた一次純水装置を用いた場合には、RO膜のメンテナンスの時期を的確に制御しないと電気脱イオン装置18にシリカ濃度が高い被処理水が供給される虞がある、という問題点がある。 Furthermore, in the case of using a primary pure water apparatus using an RO membrane and a degassing membrane as shown in FIG. There is a problem that the water to be treated may be supplied.
もし電気脱イオン装置18に流入する被処理水のシリカ濃度及び運転電圧から処理水質の低下を予測して、一次純水製造装置を制御することができれば、電気脱イオン装置の処理水、さらには製造される一次純水W1の水質を良好に維持することができるため望ましい。
If it is possible to predict the deterioration of treated water quality from the silica concentration and operating voltage of the water to be treated flowing into the
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電気脱イオン装置の処置水の水質を良好に維持するために電気脱イオン装置の運転電圧を予測する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この運転電圧の予測値を利用した純水製造装置の制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for predicting the operating voltage of an electrodeionization apparatus in order to maintain good quality of treated water of the electrodeionization apparatus. Another object of the present invention is to provide a method of controlling a water purifying apparatus using the predicted operating voltage.
上記目的を達成するために第一に本発明は、陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備え、前記脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂が充填されていて、前記濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と前記脱塩室に被処理水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有し、前記濃縮水通水手段が前記脱塩室を通水した脱イオン水を濃縮水として通水する電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法であって、前記電気脱イオン装置の運転時の初期電圧及び初期給水シリカ濃度と、所定時間経過後の電圧及び給水シリカ濃度とから、該電気脱イオン装置の将来の運転電圧を予測する、電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法を提供する(発明1)。 In order to achieve the above objects, the present invention firstly provides a cathode and an anode, a cation exchange membrane and an anion exchange membrane disposed between the cathode and the anode, and a compartment formed by the cation exchange membrane and the anion exchange membrane. The desalting chambers and the concentrating chambers are filled with an ion exchange resin, and the concentrated water passing means for passing the concentrated water to the concentrating chambers and the desalting chambers are connected to each other. means for passing the water to be treated to extract deionized water, and the concentrated water passing means passes the deionized water passed through the desalting chamber as concentrated water. A method for predicting the voltage, wherein the future operating voltage of the electrodeionization apparatus is calculated from the initial voltage and the initial silica concentration of the feed water when the electrodeionization apparatus is in operation, and the voltage and the silica concentration of the feed water after a predetermined time has elapsed. A method for predicting the operating voltage of an electrodeionization apparatus is provided (Invention 1).
かかる発明(発明1)によれば、電気脱イオン装置を運転した際の給水シリカ濃度と電圧の推移から、電圧の上昇速度を計算し、電気脱イオン装置の運転を継続した場合の将来の経時的電圧の変動を予測することで、電気脱イオン装置に流入する被処理水の水質の適否を予測して、事前に適正化のための対応をとることが可能となる。 According to this invention (Invention 1), the rate of increase in voltage is calculated from the transition of the feed water silica concentration and voltage when the electrodeionization apparatus is operated, and the future time course when the operation of the electrodeionization apparatus is continued is calculated. By predicting the fluctuation of the target voltage, it is possible to predict whether the quality of the water to be treated flowing into the electrodeionization apparatus is appropriate and to take appropriate measures in advance.
上記発明(発明1)においては、前記電気脱イオン装置の将来の運転電圧を下記式
Vn=V(n-1)+m×(Sin-Se)×D
(式中、Vnは予測運転電圧(V)であり、V(n-1)は所定時間経過後の電圧(V)であり、Dは当該経過後の所定時間(日)であり、Sinは給水シリカ濃度(μg/L)であり、Seは限界シリカ濃度(μg/L)であり、mは電気脱イオン装置に固有の係数である)
により予測することが好ましい(発明2)。
In the above invention (Invention 1), the future operating voltage of the electrodeionization apparatus is determined by the following formula: Vn = V(n-1) + m x (Sin - Se) x D
(In the formula, Vn is the predicted operating voltage (V), V(n-1) is the voltage (V) after the elapse of a predetermined time, D is the predetermined time after the elapse (days), and Sin is is the feed silica concentration (μg/L), Se is the limit silica concentration (μg/L), and m is a coefficient specific to the electrodeionization apparatus)
It is preferable to predict by (Invention 2).
かかる発明(発明2)によれば、初期の電気脱イオン装置を運転した際の給水シリカ濃度及び電圧と、所定期間経過後の電気脱イオン装置を運転した際の給水シリカ濃度及び電圧の推移から、電気脱イオン装置に固有の係数を算出し、上記の式により電圧の上昇速度を計算し、電気脱イオン装置の運転を継続した場合の将来の経時的電圧の変動を予測する。そして、この予測された電圧に基づいて、電気脱イオン装置に流入する被処理水の水質の適否を予測して、事前に適正化のための対応をとることが可能となる。 According to this invention (Invention 2), from the transition of the feedwater silica concentration and voltage when the electrodeionization apparatus is operated at the initial stage and the feedwater silica concentration and voltage when the electrodeionization apparatus is operated after a predetermined period of time has passed, , the coefficient specific to the electrodeionization apparatus is calculated, the rate of voltage increase is calculated by the above formula, and future temporal voltage fluctuations when the operation of the electrodeionization apparatus is continued are predicted. Then, based on this predicted voltage, it is possible to predict whether the quality of the water to be treated that flows into the electrodeionization apparatus is appropriate, and to take appropriate measures in advance.
また、第二に本発明は、電気脱イオン装置と少なくとも該電気脱イオン装置以外の構成エレメントを有する純水製造装置の運転方法であって、前記電気脱イオン装置の運転時の初期電圧及び初期給水シリカ濃度と、所定時間経過後の電圧及び給水シリカ濃度とから、該電気脱イオン装置の将来の運転電圧を予測し、この予測された電気脱イオン装置の将来の運転電圧に基づき前記電気脱イオン装置以外の構成エレメントの制御を行う、純水製造装置の制御方法を提供する(発明3)。 Secondly, the present invention is a method of operating a water purifying apparatus having an electrodeionization apparatus and at least constituent elements other than the electrodeionization apparatus, wherein the initial voltage and the initial voltage during operation of the electrodeionization apparatus. The future operating voltage of the electrodeionization apparatus is predicted from the feed-water silica concentration, the voltage after the lapse of a predetermined time, and the feed-water silica concentration, and the electrodeionization is performed based on the predicted future operation voltage of the electrodeionization apparatus. Provided is a method for controlling a water purifying apparatus that controls constituent elements other than the ion apparatus (Invention 3).
かかる発明(発明3)によれば、電気脱イオン装置の運転を継続した場合の将来の経時的電圧の変動を予測することで、電気脱イオン装置の前段に配置されたエレメントでの処理の将来の適否を予測して、事前に適正化のための対応をとることが可能となり、純水製造装置の稼働及び製造される純水の水質を安定化することができる。 According to this invention (Invention 3), future fluctuations in voltage over time when the operation of the electrodeionization apparatus is continued are predicted, thereby predicting the future treatment of the elements arranged upstream of the electrodeionization apparatus. It is possible to predict the suitability of , and take appropriate measures in advance, thereby stabilizing the operation of the pure water production apparatus and the quality of the produced pure water.
上記発明(発明3)においては、前記電気脱イオン装置以外の構成エレメントが逆浸透膜分離装置であることが好ましい(発明4)。 In the above invention (invention 3), the component other than the electrodeionization device is preferably a reverse osmosis membrane separation device (invention 4).
かかる発明(発明4)によれば、電気脱イオン装置の運転を継続した場合の将来の経時的電圧の変動を予測することで、電気脱イオン装置の前段に配置された逆浸透膜での処理の将来の適否を予測して、事前に適正化のために逆浸透膜の交換やメンテナンスなどの計画を立てることができ、純水製造装置の稼働及び製造される純水の水質を安定化することができる。 According to this invention (Invention 4), by predicting future voltage fluctuations over time when the operation of the electrodeionization apparatus is continued, treatment with the reverse osmosis membrane arranged in the preceding stage of the electrodeionization apparatus can be performed. It is possible to predict the future suitability of the system and plan in advance the replacement and maintenance of the reverse osmosis membrane for optimization. be able to.
本発明によれば、電気脱イオン装置の運転時の初期電圧及び初期給水シリカ濃度と、所定時間経過後に測定した電圧及び給水シリカ濃度とから、この電気脱イオン装置の将来の運転電圧を算出することにより、電気脱イオン装置を備えた純水製造装置の前段に配置されたエレメントでの処理の適否を予測して、事前に適正化のための対応をとることが可能となり、純水製造装置の稼働及び製造される純水の水質を安定化することができる。 According to the present invention, the future operating voltage of the electrodeionization apparatus is calculated from the initial voltage and the initial silica concentration of the feed water when the electrodeionization apparatus is in operation, and the voltage and the silica concentration of the feed water measured after a predetermined time has elapsed. As a result, it is possible to predict the appropriateness of the treatment in the element arranged in the front stage of the pure water production apparatus equipped with the electrodeionization device, and to take measures for optimization in advance. operation and the quality of pure water produced can be stabilized.
以下、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法及びこれを適用した純水製造装置の制御方法について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, a method for predicting the operating voltage of an electrodeionization apparatus and a method for controlling a pure water production apparatus to which the method is applied according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(純水製造装置)
本実施形態において適用可能な純水製造装置としては、電気脱イオン装置を備えるものであれば特に制限はなく、例えば、前述した図1に示すように電気脱イオン装置の前段に逆浸透膜を備えるものを特に好適に適用することができる。
(pure water production equipment)
The pure water production apparatus that can be applied in the present embodiment is not particularly limited as long as it is equipped with an electrodeionization apparatus. For example, as shown in FIG. can be applied particularly preferably.
(電気脱イオン装置)
本実施形態において電気脱イオン装置としては特に制限はなく、例えば、図2に示すような電気脱イオン装置を用いることができる。図2において、電気脱イオン装置21は、電極(陽極22、陰極23)の間に複数のアニオン交換膜24及びカチオン交換膜25を交互に配列して濃縮室26と脱塩室27とを交互に形成したものであり、脱塩室27にはイオン交換樹脂(アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂)が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室26と、陽極室28及び陰極室29にもイオン交換樹脂が充填されている。
(Electrodeionization device)
In this embodiment, the electrodeionization device is not particularly limited, and for example, an electrodeionization device as shown in FIG. 2 can be used. In FIG. 2, the
この電気脱イオン装置21には、脱塩室27に前処理水である被処理水Wを通水して一次純水(脱イオン水)W1を取り出す通水手段(図示せず)と、濃縮室26に濃縮水W2を通水する濃縮水通水手段(図示せず)とが設けられていて、本実施形態においては濃縮水W2を脱塩室27の一次純水W1の取り出し口に近い側から濃縮室26内に導入すると共に、脱塩室27の入口に近い側から流出する、すなわち脱塩室27における被処理水Wの流通方向と反対方向から濃縮水W2を濃縮室26に導入して濃縮排水W3を吐出する構成となっている。
The
具体的には、図3に示すように脱塩室27から得られる一次純水W1の一部を濃縮室26及び陽極室28に導入する。このように濃縮水W2として一次純水W1を用いてイオン濃度が低減された濃縮水W2を流通させる。
Specifically, as shown in FIG. 3, a portion of the primary pure water W1 obtained from the
このような電気脱イオン装置において、脱塩室27に充填されるイオン交換樹脂のアニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂の比率は体積比で80:20~60:40、好ましくは80:20~70:30である。アニオン交換樹脂の割合が体積比で80%を超えるとカチオン交換樹脂に由来するPSA成分の溶出は少なくなるものの一次純水W1中のカチオン成分の除去率が低下する。一方、アニオン交換樹脂の割合が体積比で60%未満では、カチオン交換樹脂に由来するからのPSA成分溶出が増加し、電気脱イオン装置の電気抵抗が上昇し、運転に必要な電圧が大きくなり、もって電気脱イオン装置1の耐用年数が短期化しやすくなる。なお、このイオン交換樹脂の割合は脱塩室7の上側(入口側)と下側(出口側)とで異ならせても良く、この場合には、上記割合の範疇で上側(入口側)のアニオン交換樹脂の割合を高くするなどしてもよい。
In such an electrodeionization apparatus, the volume ratio of the anion exchange resin to the cation exchange resin in the ion exchange resin filled in the
(電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法)
図1に示す一次純水製造装置1において、井水W0を活性炭塔2で処理して得られる前処理水Wを原水タンク11に貯槽した後、第一の送水ポンプ12及び第二の送水ポンプ15を起動して、この前処理水Wを熱交換器13、保安フィルタ14、逆浸透膜(RO膜)16で順次処理し、シリカや有機物を除去する。続いて脱気膜17で酸素や二酸化炭素を除去した後、電気脱イオン装置18で処理する。この電気脱イオン装置18でイオン性の不純物を除去して得られた一次純水W1をサブタンク3に貯留する。
(Method for Predicting Operating Voltage of Electrodeionization Apparatus)
In the primary pure water production apparatus 1 shown in FIG. 1, after pretreated water W obtained by treating well water W0 in the activated
そして、この電気脱イオン装置18において、逆浸透膜(RO膜)16が経時劣化したり、井水W0の水質が変動したりすると、電気脱イオン装置18の給水のシリカ濃度が上昇し、限界値を超える。これに伴い電気脱イオン装置18中のイオン交換樹脂へのシリカの蓄積量が増大する。このとき電圧が可逆的に低下するので、シリカがスケールとなることはない。しかしながら、蓄積したシリカの一部は、次第に移動しにくい形態となって電気脱イオン装置18内に残留し、これにより電気脱イオン装置18の電気抵抗が増大するに伴い運転電圧が上昇する。そして、限界電圧に達すると電流値が低下し、電気脱イオン装置18の脱塩性能が低下して一次純水W1の水質が悪化してしまうのである。
In this
そこで、本発明者が電気脱イオン装置18の給水シリカ濃度が規定値より高くなることによる電気脱イオン装置の電圧につき検討した結果、以下の式で示されることが判明した。
Accordingly, the present inventor investigated the voltage of the electrodeionization apparatus when the silica concentration in the feed water of the
Vn=V(n-1)+m×(Sin-Se)×D
(式中、Vnは予測運転電圧(V)であり、V(n-1)は所定時間経過後の電圧(V)であり、Dは当該経過後の所定時間(日)であり、Sinは給水シリカ濃度(μg/L)であり、Seは限界シリカ濃度(μg/L)であり、mは電気脱イオン装置に固有の係数である)
Vn=V(n-1)+m×(Sin−Se)×D
(In the formula, Vn is the predicted operating voltage (V), V(n-1) is the voltage (V) after the elapse of a predetermined time, D is the predetermined time after the elapse (days), and Sin is is the feed silica concentration (μg/L), Se is the limit silica concentration (μg/L), and m is a coefficient specific to the electrodeionization apparatus)
すなわち、運転電圧値Vn(V)は、電気脱イオン装置への給水のシリカ濃度(Sin:μg/L)と限界シリカ濃度(Se:例えば、900μg/Lとする)との濃度差に経過時間D日と係数m値を乗じた値をD日後の運転電圧値V(n-1)(V)に加えることで算出することができる。なお、給水のシリカ濃度(Sin:μg/L)は、実測値を用いても良いが、逆浸透膜(RO膜)16など劣化に伴うシリカ濃度の増加傾向をあらかじめ測定しておき、経過時間によるシリカ濃度を予測した想定シリカ濃度を用いてもよい。このとき、逆浸透膜(RO膜)16の交換後のシリカ濃度もあらかじめ測定しておくことが好ましい。 That is, the operating voltage value Vn (V) is determined by the concentration difference between the silica concentration (Sin: μg/L) of the water supply to the electrodeionization apparatus and the limit silica concentration (Se: for example, 900 μg/L), and the elapsed time It can be calculated by adding the value obtained by multiplying D days by the coefficient m value to the operating voltage value V(n-1) (V) after D days. The silica concentration of the feed water (Sin: μg/L) may be measured, but the tendency of silica concentration increase due to deterioration of the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 etc. is measured in advance, and the elapsed time You may use the assumed silica concentration which predicted the silica concentration by. At this time, it is preferable to measure the silica concentration after replacement of the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 in advance.
例えば、栗田工業製の電気脱イオン装置(KCDI-UPz-250H)では、一定水量25m3/h、一定電流6Aにおいては、m値は0.08の値と計算される。なお、Vnの初期値V0は200(V)とする。 For example, in an electrodeionization apparatus (KCDI-UPz-250H) manufactured by Kurita Water Industries, at a constant water flow rate of 25 m 3 /h and a constant current of 6 A, the m value is calculated to be 0.08. The initial value V0 of Vn is assumed to be 200 (V).
上述した電圧上昇速度にて電圧は到達電圧値まで上昇していくが、その到達電圧Veは、電気脱イオン装置18の想定給水シリカ濃度Sin(μg/L)により下記式で計算される。
Ve=E×(Sin-Se)
The voltage rises to the ultimate voltage value at the voltage rising rate described above, and the ultimate voltage Ve is calculated by the following formula from the assumed feed water silica concentration Sin (μg/L) of the
Ve = E x (Sin - Se)
ここで、E値はSinが900~2000ppbの範囲では、この電気脱イオンにおける前述した水量及び電流での運転条件では1.0の値で計算される。ただし、Sin<Seの場合はVe=200(V)となる。この係数mの値は、電気脱イオン装置の機種や、電気脱イオン装置18の定常運転条件(流量、電流値)により変動するが、運転電流値が変わる場合、Vn(V)は電流値I(A)に対して、I/6倍とすることにより求められる。また、電気脱イオン装置18の流量Q(m3/h)を、脱塩セルの枚数により設定して機種により変動する場合、Vn(V)はQ/25倍(Q>10のとき)、あるいはQ/12.5倍(Q≦10のとき)でおおよその値を計算することもできる。
Here, the E value is calculated to be 1.0 when Sin is in the range of 900 to 2000 ppb, under the operating conditions of the above-described water amount and current in this electrodeionization. However, when Sin<Se, Ve=200 (V). The value of this coefficient m varies depending on the model of the electrodeionization apparatus and the steady-state operating conditions (flow rate, current value) of the
また、係数mは、限界シリカ濃度(Se)をあらかじめ設定しておき、電気脱イオン装置18の運転時の初期電圧(Vn0)及び初期給水シリカ濃度(Sin0)に基づいて、所定時間(日)経過後に測定した電気脱イオン装置18の運転電圧(Vn)及び想定給水シリカ濃度(Sin)とから、あらかじめ算出しておくことができる。このように電気脱イオン装置の機種ごとに、シリカ負荷試験により、あらかじめm値などの係数を求めておき、計算しておけばよい。
In addition, the coefficient m is determined by setting the limit silica concentration (Se) in advance, and the predetermined time (days) It can be calculated in advance from the operating voltage (Vn) of the
このようにして、運転電圧値(Vn)を算出したら、この算出された運転電圧値(Vn)を用いてさらにその後のVnを算出し、これを繰り返すことで電気脱イオン装置18の電圧を経日に沿って断続的に予測することができる。また、必要に応じて原水質の変動や運転条件の変動など、条件変動に伴い適宜運転電圧値を実測して、これに基づき計算値を補正することで、運転電圧値(Vn)算出値(予想値)の精度を高めることができる。 After calculating the operating voltage value (Vn) in this way, the calculated operating voltage value (Vn) is used to further calculate the subsequent Vn. It can be predicted intermittently along the day. In addition, if necessary, the operating voltage value is measured appropriately according to changes in conditions such as fluctuations in raw water quality and operating conditions, and by correcting the calculated value based on this, the calculated operating voltage value (Vn) expected value) can be improved.
(純水製造装置の制御方法)
次に電気脱イオン装置18の予測運転電圧を利用した本実施形態の純水製造装置の制御方法について説明する。
(Control method for pure water production device)
Next, a method for controlling the pure water production apparatus of this embodiment using the predicted operating voltage of the
上述したようにして電気脱イオン装置18の運転電圧上昇の経日変化を予測することで、一次純水W1のシリカ濃度の上昇などの電気脱イオン装置18の処理水質が低下するまでの時間を予測することができる。そこで、この予測された低下時間に基づいて、電気脱イオン装置18の前段の逆浸透膜(RO膜)16の交換などのメンテナンスの計画をたてたり、運転条件にフィードバックしたりするなどして、電気脱イオン装置18の給水シリカ濃度(Sin:μg/L)を低下させることにより、純水製造装置としての一次純水装置1で製造される一次純水W1の水質を安定化させ、水質に起因するトラブルが発生することを未然に防止することができる。
By predicting the day-to-day change in the rise in the operating voltage of the
さらに、電気脱イオン装置18の運転電圧の上昇だけでなく、例えば、前段の逆浸透膜(RO膜)16を交換後に電気脱イオン装置18の想定給水シリカ濃度(Sin)が正常となった後の運転電圧の低下速度も計算できるので、対策の効果の状況確認にも活用することができる。この場合、逆浸透膜(RO膜)16の交換後の給水シリカ濃度(Sin)をあらかじめ測定しておくか、逐次計測すればよい。
Further, not only is the operating voltage of the
以上、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は、電気脱イオン装置18の運転電圧上昇の予測に基づき、前段のエレメント制御を行うことを特徴とするものであり、上記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、一次純水製造装置(純水製造装置)1の構成は特に制限されず、逆浸透膜(RO膜)16以外に再生式のイオン交換装置やホウ素除去手段などを有していてもよく、電気脱イオン装置18の運転電圧の予測値により、これらのメンテナンスなどの制御を行ってもよい。
An embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. The present invention is characterized in that element control in the preceding stage is performed based on prediction of an increase in the operating voltage of the
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be more specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
図1に示すように活性炭塔2、逆浸透膜(RO膜)16、脱気膜17及び電気脱イオン装置18を備えた一次純水製造装置1(水量25m3/h)を用いて、電気脱イオン装置の運転電圧の予測と、これを利用した純水製造装置の制御方法に関する検証試験を行った。なお、電気脱イオン装置18としては、栗田工業(株)製「KCDI-UPz」を使用し、処理水量25m3/h、運転電流6A(定電流運転)で運転した。このときの運転電圧を90日間にわたり測定した。結果を図4に示す。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, using a primary pure water production apparatus 1 (water volume 25 m 3 /h) equipped with an activated
図4から明らかなように、電圧が上昇し始めた経過時間を0日とすると、その後46日間電圧の上昇が継続した。そして、運転電圧が350Vを超えた46日目に前段の逆浸透膜(RO膜)16を交換したら、電圧は低下し70~80日目において、初期電圧値(200V)に戻るという動向を示した。 As is clear from FIG. 4, when the elapsed time at which the voltage began to rise was defined as 0 days, the voltage continued to rise for 46 days thereafter. Then, when the operating voltage exceeded 350 V on the 46th day, when the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 in the front stage was replaced, the voltage decreased and returned to the initial voltage value (200 V) on the 70th to 80th day. rice field.
このときの電気脱イオン装置18の給水の想定シリカ濃度を図5に示す。図5において、30日目の想定シリカ濃度のみ実測値である。なお、逆浸透膜(RO膜)16の交換後の想定シリカ濃度は、事前に測定した傾向により算定しておいた値を適用した。
FIG. 5 shows the assumed silica concentration of the water supply of the
(電圧上昇速度の計算式に基づくシミュレーション)
以下の数式にて運転電圧の上昇および低下の状況の数式化を検討した。
Vn=V(n-1)+m×(Sin-Se)×D
(式中、Vnは予測運転電圧(V)であり、Dは運転電圧の予測の経過時間に対する事前の電圧測定時間(日)であり、V(n-1)は初期電圧に基づいて計算された電圧(V)であり、Sinは想定給水シリカ濃度(μg/L)であり、Seは限界シリカ濃度(μg/L)であり、mは電気脱イオン装置に固有の係数である)
(Simulation based on formula for voltage rise rate)
We studied how to formulate the rise and fall of the operating voltage using the following formulas.
Vn=V(n-1)+m×(Sin−Se)×D
(where Vn is the predicted operating voltage (V), D is the previous voltage measurement time (days) for the elapsed time of the predicted operating voltage, and V(n-1) is calculated based on the initial voltage. is the applied voltage (V), S is the assumed feed water silica concentration (μg/L), Se is the critical silica concentration (μg/L), and m is a coefficient specific to the electrodeionization apparatus).
電圧値V(n-1)(V)でD(日)運転を行い、その時のシリカ給水濃度がSin(μg/L)、電気脱イオン装置18へのシリカ許容濃度をSe(μg/L)とすると、電圧はVn(V)となるという数式として検討した。ここでは(Sin-Se)がドライビングフォース(Dri-Force)となり、係数m値で電圧上昇速度が決まり、経過日数が大きいほど電圧が上昇していく意味合いとなる。すなわち、想定給水シリカ濃度が許容限界を超えればその分に比例して、イオン交換樹脂への平衡蓄積量が決まり、吸着量が増えるにしたがって、電圧値が上昇(電気抵抗が増加)するという考え方である。
Operation is performed for D (days) at a voltage value of V(n-1) (V), the concentration of silica feedwater at that time is Sin (μg/L), and the permissible concentration of silica to the
通水日数と想定シリカ濃度(Sin)、許容シリカ濃度(限界濃度(Sin);900μg/L)、その差(Dri-Force)から、逐次計算を行い、その計算電圧値が現場電圧値に合致するようにm値を算出して計算したところm値=0.008を合可能であることがわかった。この際、想定シリカ濃度はあらかじめ逆浸透膜(RO膜)16の性状に基づいて算定した想定値である。これらに基づくm値=0.008としたときの計算結果を表1に示す。 Sequential calculation is performed from the number of days of water flow, the assumed silica concentration (Sin), the allowable silica concentration (limit concentration (Sin); 900 μg / L), and the difference (Dri-Force), and the calculated voltage value matches the field voltage value. When the m value was calculated so that the m value was 0.008, it was found to be possible. At this time, the assumed silica concentration is an assumed value calculated in advance based on the properties of the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 . Table 1 shows the calculation results based on these when m value=0.008.
(計算値と実測値の比較)
先に示した実測値と比較して、m値=0.008としたときの計算値における電圧を図6に示す。図6と図4とを対比すれば明らかなように、計算結果は実測値をほぼ再現できていることがわかる。また電圧上昇だけでなく、電圧低下の状況も同じm値で計算した結果と合致することがわかった。このことは、シリカのイオン交換樹脂への蓄積量の増加および減少が、シリカ平衡蓄積量の差が正の値であれ負の値であれ、ドライビングフォースとなって、電圧上昇および下降速度を決定していることを示していると考えられる。
(Comparison between calculated and measured values)
FIG. 6 shows the voltage at the calculated value when m value=0.008 compared with the measured value shown above. As can be seen from a comparison between FIG. 6 and FIG. 4, the calculation results can almost reproduce the measured values. Moreover, it was found that not only the voltage rise but also the voltage drop situation matched the results calculated with the same m value. This suggests that the increase and decrease in silica accumulation on the ion-exchange resin, whether the difference in silica equilibrium accumulation is positive or negative, is the driving force that determines the rate of voltage rise and fall. This is considered to indicate that
これらのことから、本発明により、電気脱イオン装置の運転電圧の予測が可能であり、この予測された運転電圧により逆浸透膜(RO膜)16が劣化する場合や水源が変わる場合などのRO処理水のシリカ濃度を、現在値を参考に予測して入力し、計算することができる。またシリカ濃度計により自動計測した結果などから計算することも可能である。これらの計算から、例えば、逆浸透膜(RO膜)16交換手配までの時間と、電圧上昇が電源装置の許容範囲であるかどうかの判断ができ、運転電流がそのままでいいか、電流値を下げて運転するべきか等の判断が可能となる。さらに、逆浸透膜(RO膜)16の交換後や水源の変更等により想定給水シリカ濃度が規定値以下に低下した場合、どのくらいの期間で電圧値が正常に戻るのか等を予測し、現在の状況と比べることにより、狙い通りに電圧値が回復しているのかどうかの運転確認やそうでない場合の対応策の検討を素早く実施することが可能となる。 From these facts, the present invention makes it possible to predict the operating voltage of the electrodeionization apparatus. The silica concentration of the treated water can be calculated by predicting it with reference to the current value and entering it. It is also possible to calculate from the result of automatic measurement by a silica densitometer. From these calculations, for example, it is possible to determine whether the time until replacement of the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 is arranged and whether the voltage rise is within the allowable range of the power supply. It is possible to determine whether to drive with the vehicle lowered. Furthermore, when the assumed feed water silica concentration drops below the specified value due to the replacement of the reverse osmosis membrane (RO membrane) 16 or the change of the water source, etc., it is predicted how long it will take for the voltage value to return to normal. By comparing with the situation, it is possible to quickly check whether the voltage value is recovered as intended or not, and to consider countermeasures in case it is not.
1 一次純水装置(純水製造装置)
2 活性炭塔
3 サブタンク
11 原水タンク
12 第一の送水ポンプ
13 熱交換器
14 保安フィルタ
15 第二の送水ポンプ
16 逆浸透膜(RO膜)
17 脱気膜
W0 井水
W 前処理水
W1 一次純水(純水,脱イオン水)
1 Primary pure water device (pure water production device)
2 activated
17 degassing membrane W0 well water W pretreated water W1 primary pure water (pure water, deionized water)
Claims (4)
前記電気脱イオン装置の運転時の初期電圧及び初期給水シリカ濃度と、所定時間経過後の電圧及び給水シリカ濃度とから、該電気脱イオン装置の将来の運転電圧を予測する、電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法。 a cathode and an anode; a cation exchange membrane and an anion exchange membrane arranged between the cathode and the anode; Concentrated water passage means for passing concentrated water through the concentration chambers and means for passing water to be treated through the demineralization chambers to extract deionized water, wherein the chambers and the concentration chambers are filled with an ion exchange resin. and a method for predicting the operating voltage of an electrodeionization apparatus in which the concentrated water passing means passes the deionized water passed through the deionization chamber as concentrated water,
predicting the future operating voltage of the electrodeionization apparatus from the initial voltage and initial feed-water silica concentration during operation of the electrodeionization apparatus and the voltage and feed-water silica concentration after a predetermined time has elapsed; How to predict operating voltage.
Vn=V(n-1)+m×(Sin-Se)×D
(式中、Vnは予測運転電圧(V)であり、V(n-1)は所定時間経過後の電圧(V)であり、Dは当該経過後の所定時間(日)であり、Sinは給水シリカ濃度(μg/L)であり、Seは限界シリカ濃度(μg/L)であり、mは電気脱イオン装置に固有の係数である)
により予測する、請求項1に記載の電気脱イオン装置の運転電圧の予測方法。 The future operating voltage of the electrodeionization apparatus is calculated by the following formula Vn = V(n-1) + m x (Sin - Se) x D
(In the formula, Vn is the predicted operating voltage (V), V(n-1) is the voltage (V) after the elapse of a predetermined time, D is the predetermined time after the elapse (days), and Sin is is the feed silica concentration (μg/L), Se is the limit silica concentration (μg/L), and m is a coefficient specific to the electrodeionization apparatus)
The method for predicting the operating voltage of the electrodeionization apparatus according to claim 1, wherein the prediction is made by
前記電気脱イオン装置の運転時の初期電圧及び初期給水シリカ濃度と、所定時間経過後の電圧及び給水シリカ濃度とから、該電気脱イオン装置の将来の運転電圧を予測し、
この予測された電気脱イオン装置の将来の運転電圧に基づき前記電気脱イオン装置以外の構成エレメントの制御を行う、純水製造装置の制御方法。 A method for operating a pure water production apparatus having an electrodeionization apparatus and at least constituent elements other than the electrodeionization apparatus,
Predicting the future operating voltage of the electrodeionization device from the initial voltage and initial feed silica concentration during operation of the electrodeionization device and the voltage and feed silica concentration after a predetermined time has elapsed,
A method of controlling a water purifying apparatus, comprising controlling constituent elements other than the electrodeionization apparatus based on the predicted future operating voltage of the electrodeionization apparatus.
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