(57)【要約】  ろ過ユニットを効率的に使用することによって高い水質の清澄水を連続的かつ低コストで得ることができる実用的なろ過装置を提供するため、少なくとも水中の懸濁粒子を除去するろ過ユニット（Ａ）を複数並列に接続し、該複数のろ過ユニット（Ａ）の下流側に、必要に応じて水中の懸濁粒子を再度除去する再ろ過ユニット（Ｂ）を接続してなる、清澄水を得るろ過装置であって、それぞれのろ過ユニット（Ａ）は、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を清澄水として取り出す清澄水ラインと、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給する再ろ過ユニット供給ラインを有し、再ろ過ユニット（Ｂ）は、該再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水を前記前記清澄水ラインへ合流させる合流ラインを有しているろ過装置とする。
2008096585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水中の懸濁粒子を除去するろ過ユニット（Ａ）を複数並列に接続し、該複数のろ過ユニット（Ａ）の下流側に、必要に応じて水中の懸濁粒子を再度除去する再ろ過ユニット（Ｂ）を接続してなる、清澄水を得るろ過装置であって、それぞれのろ過ユニット（Ａ）は、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を清澄水として取り出す清澄水ラインと、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給する再ろ過ユニット供給ラインを有し、再ろ過ユニット（Ｂ）は、該再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水を前記清澄水ラインへ合流させる合流ラインを有しているろ過装置。
【請求項２】
前記再ろ過ユニット（Ｂ）の合計許容処理水量が、前記ろ過ユニット（Ａ）の合計許容処理水量よりも小さく、かつ、前記再ろ過ユニット（Ｂ）の合計許容処理水量が、前記ろ過ユニット（Ａ）の単体許容処理水量以上である、請求項１に記載のろ過装置。
【請求項３】
前記ろ過ユニット（Ａ）と前記再ろ過ユニット（Ｂ）とがともに砂ろ過ユニットであり、再ろ過ユニット（Ｂ）の砂の粒径がろ過ユニット（Ａ）の砂の粒径よりも小さい、請求項１または２に記載のろ過装置。
【請求項４】
前記ろ過ユニット（Ａ）が砂ろ過であり、かつ前記再ろ過ユニット（Ｂ）が精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜である、請求項１または２に記載のろ過装置。
【請求項５】
前記再ろ過ユニット（Ｂ）は、再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水を系外に排出する排水ラインを有している、請求項１−４のいずれかに記載のろ過装置。
【請求項６】
前記再ろ過ユニット供給ラインから分岐、もしくは、前記再ろ過ユニット供給ラインと並列して、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を系外に排出する排水ラインを有している、請求項１−５のいずれかに記載のろ過装置。
【請求項７】
請求項１−６のいずれか記載のろ過装置を用いて清澄水を得る水処理方法であって、水中の懸濁粒子を前記複数のろ過ユニット（Ａ）で除去してそれぞれろ過水を得るとともに、該それぞれのろ過水について、水質基準値を満足しない時には、該水質基準値を満足しないろ過水を前記再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給してさらに水中の懸濁粒子を除去し、該ろ過ユニット（Ｂ）で得られたろ過水を、前記水質基準値を満足するろ過ユニット（Ａ）のろ過水と合流させる水処理方法。
【請求項８】
間欠的に前記複数のろ過ユニット（Ａ）の一部の洗浄を行い、該洗浄の直後から一定時間は、該洗浄を行ったろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給し、それ以外のろ過ユニット（Ａ）のろ過水は清澄水として取り出す、請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水が、水質基準値を満足しない時には、該ろ過水を系外に排水する、請求項７または８に記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記再ろ過ユニット（Ｂ）への供給水がさらに別の水質基準値を満足しない時には、該供給水を系外へ排水する、請求項７−９のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１１】
前記水質基準値が、ＳＤＩもしくは濁度である、請求項７−１０のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１２】
請求項１−６のいずれか記載のろ過装置を用いて清澄水を得る水処理方法であって、間欠的に前記複数のろ過ユニット（Ａ）の一部の洗浄を行い、該洗浄の直後から一定時間は、該洗浄を行ったろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給し、それ以外のろ過ユニット（Ａ）のろ過水は清澄水として取り出す水処理方法。
【請求項１３】
前記ろ過ユニット（Ａ）の供給水に凝集剤を添加するとともに、前記再ろ過ユニット（Ｂ）の供給水に前記ろ過ユニット（Ａ）の供給水とは異なる種類の凝集剤を添加する、請求項７−１２のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記ろ過装置で得られた清澄水をさらに脱塩処理する、請求項７−１３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項１５】
請求項１−６のいずれかに記載のろ過装置の下流側に、該ろ過装置の清澄水を脱塩処理する半透膜ユニットが備えられてなる水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水中の懸濁物質などを除去し、清澄水を得るためのろ過装置および水処理方法に関するものであり、詳しくは、原水水質やろ過性能が変動した場合にも安定して水質の高いろ過水を低コストで得ることが可能なろ過装置およびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川水をはじめとする自然水から飲料水や用水を製造する浄水技術は、古くから凝集沈澱、加圧浮上などの化学的手段と、砂ろ過による物理的手段を中心として普及・発展してきている。砂ろ過は、重力によって砂槽を通して清澄水を得る重力ろ過とポンプによって圧力をかけてろ過を行う加圧ろ過とに大きく分類され、原水水質や立地条件などによって適宜選択される。【０００３】
また、近年は、さらなる水不足の深刻化を受けて海水を脱塩して飲料水や用水を製造する、いわゆる海水淡水化が実用化されている。海水淡水化は、従来、水資源が極端に少なく、かつ、石油による熱資源が非常に豊富である中東地域で蒸発法を中心に実用化されてきていたが、エネルギー効率の高い逆浸透法により、近くに熱源がなくても高効率で海水から淡水を得られるようになってきている。最近では、逆浸透法の技術進歩による信頼性の向上やコストダウンが進み、熱源が豊富な中東においても多くの逆浸透法海水淡水化プラントが建設され始めている。【０００４】
通常、海水を直接、逆浸透膜に通すと海水中に含有される懸濁物質や生物などの侵入により、膜表面が傷つく、膜表面への付着によって膜性能（透水性能、阻止性能）が低下する、膜への流路が閉塞する、といったトラブルを生じるため、逆浸透膜へ供給する海水の水質には注意が必要である。すなわち、逆浸透法海水淡水化においても旧来の浄水技術が必要とされ、必要に応じて凝集沈澱、加圧浮上を併用しつつ、砂ろ過によって懸濁物質や微生物などを除去した清澄な海水を逆浸透膜に供給するのが一般的である。また、最近では、砂ろ過に代わってサブミクロンの細孔を有する精密ろ過膜やさらに０．０１ミクロンレベルの分離性能を有する限外ろ過膜が採用されつつある。【０００５】
ここで、砂ろ過の場合も膜ろ過の場合も、ろ過の進行に伴って懸濁物質などの不純物がろ材の表面や内部に蓄積していくため、許容圧力範囲内でろ過流量が得られなくなったり、状況によっては不純物がろ材から漏出しはじめる。このような状況になるのを避けるために、ろ材の洗浄行程が必要とされる。具体的には、ろ過水などの清澄水をろ過と反対方向に高速で通水する“逆洗”が適用されることが一般的である。しかしながら、洗浄工程によってろ材の間隙に詰まった不純物を取り除くと、ろ材の間隙が大きくなる。そのため、逆洗直後からある程度の時間、すなわち、ろ材間に不純物が蓄積して間隙が小さくなるまでは、不純物のリークが生じやすくなるため、得られるろ過水の水質が基準値を満足しないことになり、その間は清澄水として採水せずに排水するのが一般的である。【０００６】
通常の浄水処理の場合は、ろ過後の濁度（ＪＩＳ  Ｋ０１０１−１９９８で規定）が０．１を下回ることを目標水質としているが（非特許文献１、２）、この基準では排水の必要があるろ過水がそれほど生じず、逆洗後の排水時間もせいぜい１時間以内で十分であった。一方、海水淡水化における前処理の場合、逆浸透膜への供給水質の一般的な基準であるＳＤＩ（Silt Density Index，ＡＳＴＭ  Ｄ４１８９−９５で規定）を３〜４程度にすることが必要となる。しかしながら、浄水の基準である濁度０．１を大きく下回る値であっても、ＳＤＩがこの基準を満足できないことも多々ある。このため、海水の水質やろ過条件などによっては、逆洗後の排水時間が１時間以内では逆浸透膜の供給水質を満足することが困難となる場合がある。したがって、図３に示すような１段ろ過の場合は、非特許文献３や非特許文献４に例示するような水質が悪い逆洗直後の水を、逆浸透膜へ供給するか、排水時間を長くとって水質が良くなるまで使用を停止するか、もしくは、沖縄の大型海水淡水化プラント（非特許文献５、６）や特許文献１や図４に例示するような２段ろ過を採用する必要があり、それぞれ、逆浸透膜の交換コスト、ろ過水量減少による運転コストの増大や、２段ろ過による設備費、運転コストの増大を招いていた。
【非特許文献１】由田秀人、環境技術、第２６号、５７６−５７９ページ（１９９７）
【非特許文献２】厚生科学審議会、水質基準の見直しにおける検討概要、基４９/目２５、（２００３）
【非特許文献３】丹保憲仁、小笠原紘一、浄水の技術、技報堂出版（１９８５）８０ページ
【非特許文献４】Ｈ．Ｂ．ディンら、ＩＤＡ（国際脱塩学会）、World Congressシンガポール、ＳＰ０３−１４４（２００５）
【非特許文献５】岩堀博ら、ＩＤＡ（国際脱塩学会）、World Congressシンガポール、ＳＰ０５−２０９（２００５）
【非特許文献６】安藤雅明ら、ＩＤＡ（国際脱塩学会）、World Congressバハマ、ＳＰ０３−０８０（２００３）
【特許文献１】特開平０６−３０４５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、原水中の懸濁物質などを効率的に除去すること、とくに、半透膜ユニットの供給水として十分に水質の高い清澄水を低コストで製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本発明は、次の（１）〜（１５）を特徴とするものである。
（１）少なくとも水中の懸濁粒子を除去するろ過ユニット（Ａ）を複数並列に接続し、該複数のろ過ユニット（Ａ）の下流側に、必要に応じて水中の懸濁粒子を再度除去する再ろ過ユニット（Ｂ）を接続してなる、清澄水を得るろ過装置であって、それぞれのろ過ユニット（Ａ）は、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を清澄水として取り出す清澄水ラインと、該ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給する再ろ過ユニット供給ラインを有し、再ろ過ユニット（Ｂ）は、該再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水を前記清澄水ラインへ合流させる合流ラインを有しているろ過装置。
（２）前記再ろ過ユニット（Ｂ）の合計許容処理水量が、前記ろ過ユニット（Ａ）の合計許容処理水量よりも小さく、かつ、前記再ろ過ユニット（Ｂ）の合計許容処理水量が、前記ろ過ユニット（Ａ）の単体許容処理水量以上である、前記（１）に記載のろ過装置。
（３）前記ろ過ユニット（Ａ）と前記再ろ過ユニット（Ｂ）とがともに砂ろ過ユニットであり、再ろ過ユニット（Ｂ）の砂の粒径がろ過ユニット（Ａ）の砂の粒径よりも小さい、前記（１）または（２）に記載のろ過装置。
（４）前記ろ過ユニット（Ａ）が砂ろ過であり、かつ前記再ろ過ユニット（Ｂ）が精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜である、前記（１）または（２）に記載のろ過装置。
（５）前記再ろ過ユニット（Ｂ）は、再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水を系外に排出する排水ラインを有している、前記（１）−（４）のいずれかに記載のろ過装置。
（６）前記再ろ過ユニット供給ラインから分岐、もしくは、前記再ろ過ユニット供給ラインと並列して、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水を系外に排出する排水ラインを有している、前記（１）−（５）のいずれかに記載のろ過装置。
（７）前記（１）−（６）のいずれか記載のろ過装置を用いて清澄水を得る水処理方法であって、水中の懸濁粒子を前記複数のろ過ユニット（Ａ）で除去してそれぞれろ過水を得るとともに、該それぞれのろ過水について、水質基準値を満足しない時には、該水質基準値を満足しないろ過水を前記再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給してさらに水中の懸濁粒子を除去し、該ろ過ユニット（Ｂ）で得られたろ過水を、前記水質基準値を満足するろ過ユニット（Ａ）のろ過水と合流させる水処理方法。
（８）間欠的に前記複数のろ過ユニット（Ａ）の一部の洗浄を行い、該洗浄の直後から一定時間は、該洗浄を行ったろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給し、それ以外のろ過ユニット（Ａ）のろ過水は清澄水として取り出す、前記（７）に記載の水処理方法。
（９）前記再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水が、水質基準値を満足しない時には、該ろ過水を系外に排水する、前記（７）または（８）に記載の水処理方法。
（１０）前記再ろ過ユニット（Ｂ）への供給水がさらに別の水質基準値を満足しない時には、該供給水を系外へ排水する、前記（７）−（９）のいずれかに記載の水処理方法。
（１１）前記水質基準値が、ＳＤＩもしくは濁度である、前記（７）−（１０）のいずれかに記載の水処理方法。
（１２）前記（１）−（６）のいずれか記載のろ過装置を用いて清澄水を得る水処理方法であって、間欠的に前記複数のろ過ユニット（Ａ）の一部の洗浄を行い、該洗浄の直後から一定時間は、該洗浄を行ったろ過ユニット（Ａ）のろ過水を再ろ過ユニット（Ｂ）へ供給し、それ以外のろ過ユニット（Ａ）のろ過水は清澄水として取り出す水処理方法。
（１３）前記ろ過ユニット（Ａ）の供給水に凝集剤を添加するとともに、前記再ろ過ユニット（Ｂ）の供給水に前記ろ過ユニット（Ａ）の供給水とは異なる種類の凝集剤を添加する、前記（７）−（１２）のいずれかに記載の水処理方法。
（１４）前記ろ過装置で得られた清澄水をさらに脱塩処理する、前記（７）−（１３）のいずれかに記載の水処理方法。
（１５）前記（１）−（６）のいずれかに記載のろ過装置の下流側に、該ろ過装置の清澄水を脱塩処理する半透膜ユニットが備えられてなる水処理装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、海水や河川水などの水中の懸濁粒子を除去するためのろ過ユニット（Ａ）を複数並列に接続するとともに、該複数のろ過ユニット（Ａ）の下流側に、必要に応じて水中の懸濁粒子を再度除去する再ろ過ユニット（Ｂ）を接続しているので、基本的にはろ過ユニット（Ａ）のろ過水を清澄水として取り出すことができ、また、水質が十分でない、たとえば洗浄直後のろ過ユニット（Ａ）のろ過水も再ろ過ユニットに供給、処理して、そのろ過水を清澄水として取り出すことが出来る。その結果、清澄水の回収率が高くなるとともに、設備規模も必要最小限に抑えることが出来るため、低コストで半透膜の前処理として優れた水質の清澄水を安定して低コストで得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るろ過装置の一実施態様を示す概略フロー図である。
【図２】本発明に係るろ過装置の他の態様を示す概略フロー図である。
【図３】従来のろ過装置（１段処理）の一態様を示す概略フロー図である。
【図４】従来のろ過装置（２段処理）の一態様を示す概略フロー図である。
【図５】参考例におけるＳＤＩの経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１：原水
２：ｐＨ調整手段
３：凝集剤添加手段
４：ろ過ユニット（Ａ）の供給ポンプ
５：ろ過ユニット（ろ過ユニット（Ａ））
６：ろ過ユニット（再ろ過ユニット（Ｂ））
７：再ろ過ユニット（Ｂ）の供給ポンプ
８：ろ過ユニット（Ａ）の供給バルブ
９：清澄水バルブ
１０：ろ過ユニット（Ａ）の逆洗排水バルブ
１１：ろ過水排出バルブ
１２：再ろ過ユニット（Ｂ）の供給バルブ
１３：再ろ過清澄水バルブ
１４：再ろ過ユニット（Ｂ）の逆洗排水バルブ
１５：再ろ過水排水バルブ
１６：ろ過水排水ライン
１７：排水ライン
１８：清澄水タンク
１９：ろ過ユニット（Ａ）の逆洗水供給バルブ
２０：再ろ過ユニット（Ｂ）の逆洗水供給バルブ
２１：ろ過ユニット（Ａ）の逆洗ポンプ
２２：再ろ過ユニット（Ｂ）の逆洗ポンプ
２３：廃水ピット
２４：膜ろ過ユニット
９０：清澄水ライン
９１：合流ライン
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明にかかるろ過装置の基本的フローおよびその装置を用いた水処理方法を、図１に示す模式図を参照しながら説明する。【００１３】
図１に示すろ過装置は、原水１が供給ポンプ４によってｐＨ調整手段２と凝集剤添加手段３を経てろ過ユニット５ａ〜５ｄ（ろ過ユニット（Ａ））に供給されるようになっている。ろ過ユニット５ａ〜５ｄで処理された水は、ろ過水質に応じ、ろ過水質が良好な場合は、清澄水バルブ９ａ〜９ｄを備えた清澄水ライン９０ａ〜９０ｄを通して清澄水タンク１８に貯留されるようになっている。また、ろ過ユニット５ａ〜５ｄのいずれかから得られるろ過水の水質が良好でない場合、すなわち、ろ過ユニット５ａ〜５ｄのいずれかから得られたろ過水が所定の水質基準値を満足しない場合、その水質基準値を満足しないろ過水に対応する清澄水バルブ９ａ〜９ｄのいずれかを閉じて、代わりにろ過水排出バルブ１１ａ〜１１ｄのいずれかおよびろ過ユニット６への供給バルブ１２を開いて、ろ過ユニット５ａ〜５ｄのろ過水のうちの水質基準を満足しないろ過水をろ過ユニット６（再ろ過ユニット（Ｂ））に供給し、ろ過ユニット６でさらに水中の懸濁粒子を除去して水質を高めることが可能となっている。ろ過ユニット６のろ過水は清澄水として、再ろ過清澄水バルブ１３を備えた合流ライン９１を通して清澄水ライン９０ａ〜９０ｄと合流し、清澄水タンク１８に通じている。【００１４】
ろ過ユニット５ａ〜５ｄおよびろ過ユニット６はそれぞれ逆洗が可能なように逆洗ポンプ２１、２２を備えている。また、逆洗排水は、逆洗排水バルブ１０ａ〜１０ｄ、１４を開くことによって排水ライン１７を通して廃水ピット２３に送られるようになっている。また、本発明の適用に必須ではないが、原水水質やろ過ユニット５ａ〜５ｄの構成によって、さらには、ろ過ユニット６の逆洗直後など、ろ過ユニット６のろ過水質が良好ではなく所望の基準値を満足しない場合は、再ろ過清澄水バルブ１３を閉じるとともに再ろ過水排水バルブ１５を開き、ろ過ユニット６のろ過水を系外に排出することによって、清澄水タンク１８内の水質低下を防止することが出来るようになっている。なお、ろ過ユニット６の水質が基準値を満足している時は、合流ライン９１を通して清澄水タンク１８に送るようになっている。【００１５】
さらに、図１に示す装置では、ろ過ユニット（Ａ）の逆洗直後など著しく水質が悪い場合や、ろ過ユニット（Ａ）の逆洗に薬液を使用した場合など、逆洗直後のろ過水が再ろ過ユニット（Ｂ）への供給に適しない場合に、ろ過ユニット５ａ〜５ｄのろ過水を系外に排出しろ過ユニット６への水の供給を停止することができるようになっている。具体的には、ろ過ユニット５ａ〜５ｄのろ過水排水ライン１６を有している。ろ過ユニット５ａ〜５ｄのろ過水水質を後述するようなオンラインモニターで観測し、原水水質の悪化やろ過ユニット５ａ〜５ｄのトラブルなどでろ過ユニット６を通しても良好な水質が期待できないような場合やろ過ユニット６にダメージを与えるような場合に、ろ過ユニット６への通水を一時的に停止し、ろ過ユニット６を守る。ろ過水排水ライン１６は、図１に示すようにろ過ユニット６への供給ラインから分岐させる以外に、ろ過ユニット６への供給ラインとは完全に切り離して、並列に設けてもよい。【００１６】
ここで、ろ過ユニット６への水の供給を停止するかどうかの判断方法としては、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水質をオンラインでモニターする方法が最も現実的である。オンラインモニターとしては、濁度計、微粒子カウンター、ＳＤＩ計、ＴＯＣ計、油分計などが挙げられるが、本発明の目的からして濁度計やＳＤＩ計が好適である。本発明に適用する濁度計は、測定限界値が浄水レベルである０．１よりも小さい高精度のものが好ましく、例えば、散乱光方式のレーザー濁度計が適している。一方、ＳＤＩ計は計測に分単位の時間を要するので、ＳＤＩ計を用いる場合は、他のオンラインモニターの併用も好ましい。【００１７】
ところで、ろ過ユニット（Ａ）は、原水中に含まれる懸濁物質や凝集剤によって生じたフロックによって経時的に目詰まりを生じていくため、時々逆洗を実施してろ材の目詰まりを取り除く必要がある。ここで、逆洗のタイミングとしては、あらかじめインターバルを設定して定期的に実施する方法や、定流量運転の場合はろ過圧力が設定上限を越えた場合などに実施するのが一般的である。また、目詰まりが進んでいくと懸濁物質などが徐々にろ材を通り抜けてくる現象、いわゆる破過が生じ、ろ過水質の悪化が見られるようになるため、ろ過水質をモニターし、水質が設定値を超えた場合に逆洗を実施することも可能である。【００１８】
しかしながら、逆洗実施後のろ過ユニット（Ａ）は、目詰まりした懸濁物質などが除去されるが、逆洗によって懸濁物質がろ材全体に残留したり、ろ過抵抗が小さくなる一方で懸濁物質もすり抜けやすくなるため、残留した懸濁物質がリークしてきたり、ある程度ろ材が再度目詰まりしてろ過性能が良好になるまで、そのろ過水を清澄水として清澄水タンク１８に送ることは好ましくない。そのため、図３に例示した様な、再ろ過ユニット（Ｂ）を具備しない従来の技術では、逆洗が終了し、ろ過が再開した後しばらくの間は、ろ過ユニット排水バルブ１１ａ〜１１ｄを通して排水する。一般的な浄水処理の場合は、この排水はせいぜい１時間程度であるが、逆浸透膜の供給水とするためにはさらに水質を高める必要がある。【００１９】
そこで、本発明者らが海水淡水化を目的として鋭意検討を実施した結果、ろ過ユニットを適正に設計、運転条件を設定した多くの場合、ろ過ユニット（Ａ）から得られるろ過水はＳＤＩが４以下になるまでに２〜３時間程度、３以下になるまでには５時間程度かかるとともに、その間は再ろ過ユニット（Ｂ）による再ろ過を実施することによって最終的に得られる清澄水のＳＤＩが、ろ過ユニット（Ａ）の逆洗直後から確実に４以下になること、さらに、ろ過ユニット（Ａ）から得られるろ過水のＳＤＩが３程度になると再ろ過ユニット（Ｂ）を通した後もＳＤＩが変化しないことが判明した。【００２０】
さらに、本発明者らが原水、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水、再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水の水質の経時変化を追跡調査したところ、原水をろ過ユニット（Ａ）でろ過して得られるろ過水では懸濁物質濃度が逆洗から時間を経るとともに低下し、５時間以内に一定濃度に到達するものの溶解性の有機物濃度は逆洗直後から時間経過後もほとんど同じ除去性能を発現すること、また、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水をさらに再ろ過した後のろ過水では、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水における懸濁物質濃度が定常に到達するまでは、再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過水の懸濁物質濃度も低下するものの、ろ過ユニット（Ａ）のろ過水の懸濁物質濃度が定常になると再ろ過ユニット（Ｂ）によって低減できる懸濁物質濃度も定常に達し、また、溶解性有機物濃度は、ろ過ユニット（Ａ）の逆洗からの経過時間に関わらず同じ除去性能を発現することが明らかになった。【００２１】
これらの結果から、逆洗約５時間後に懸濁物質濃度がほぼ定常状態に達した後のろ過ユニット（Ａ）のろ過水質が良好であるならば、その後は再ろ過ユニット（Ｂ）による処理は不要であるとの結論に達した。【００２２】
これらを鑑み、ろ過ユニット（Ａ）のうち水質が十分に良好でない逆洗後のろ過水のみを再ろ過ユニット（Ｂ）で水質が良好になるまで処理し、それ以外はろ過ユニット（Ａ）のろ過水を直接清澄水として得ることが効率的であるという結論に達した。【００２３】
なお、上記のような洗浄を複数あるろ過ユニット（Ａ）で行うにあたっては、全ろ過ユニットに対して同時に行うのではなく、一部のろ過ユニットについてのみ行い、順次、洗浄に供するろ過ユニットを切り替えていくことが好ましい。こうすることで、残りのろ過ユニット（Ａ）は清澄水を得るための通常運転を行うことができ、ろ過装置全体としては連続的に安定して清澄水を得ることができる。【００２４】
また、再ろ過ユニット（Ｂ）での処理の要否は、前述したようにオンラインの水質モニターでろ過ユニット５ａ〜５ｄ（Ａ）のろ過水質を監視し、基準値以内になったら直接清澄水タンクに送るという方法を採ることも出来るが、複数ユニットから安定して水量を得るためには、ろ過ユニット（Ａ）の逆洗後一定時間だけろ過ユニット（Ｂ）に通水するように設定しておくことも好ましい。こうすることで、他のユニットとの切り替えなど運転シーケンスを設定しやすい。【００２５】
ところで、本発明に適用可能なろ過ユニットとしては、特に制限されるものではなく、一般的な砂ろ過（緩速ろ過、急速ろ過）、活性炭ろ過、繊維ろ過、膜ろ過など、原水水質に応じて適宜使用することが可能である。なお、その前後の補助処理として、凝集、沈澱、浮上、吸着などを併用することは全く差し支えなく、原水中に含まれる不純物に応じて適宜選択することが出来る。とくに、溶解性高分子や油分などろ過ユニット（Ａ）で除去が難しい成分はあらかじめ除去しておくことが好ましく、そのためには、凝集材を添加して沈澱させたり浮上させたりして除去する方法が効果的である。【００２６】
また、ろ過の分離サイズを最適にするために砂の粒径、膜の細孔径なども適宜選択可能であるが、ろ過ユニット（Ａ）では基本的に目的とする水質を得るためのろ過水質が求められ、再ろ過ユニット（Ｂ）ではろ過ユニット（Ａ）でリークしてきたものを除去することが求められるため、再過ユニット（Ｂ）のろ過サイズがろ過ユニット（Ａ）のろ過サイズよりも小さいことが好ましい。具体的には、例えば、砂ろ過に限定すると、再過ユニット（Ｂ）の砂の粒径がろ過ユニット（Ａ）の砂の粒径と比べて小さいことが好ましい。また、ろ過ユニット（Ａ）の前段に比較的大きな懸濁物質を除去できる粗ろ過処理がない場合などはろ過ユニット（Ａ）をいわゆる複層ろ過にすると懸濁物質の捕捉が表面だけにとどまらない、いわゆる深層ろ過になるため、ろ過圧力の上昇を抑えることが出来て好ましい。一方、再ろ過ユニット（Ｂ）においては、すでにろ過ユニット（Ａ）を通った水が供給されるため、砂ろ過の場合は単層ろ過の方が好ましい。また、膜ろ過を適用する場合も特に制限はないが、再ろ過ユニット（Ｂ）のろ過サイズ（すなわち、細孔径）をろ過ユニット（Ａ）のろ過サイズよりも小さくすると本発明の目的を達成するのに好ましい。なお、一般に膜ろ過は他のろ過方法に比べてばらつきなく高い精度で不純物を除去できる一方で、膜の強度や逆洗に対する回復性で砂ろ過などに劣る場合が多い。そのため、膜ろ過を適用する場合であっても、ろ過ユニット（Ａ）には砂ろ過を適用し、再ろ過ユニット（Ｂ）に膜ろ過を適用するのが好ましい。【００２７】
ろ過ユニット（Ａ）に砂ろ過を適用し、再ろ過ユニット（Ｂ）に膜ろ過を適用した場合のフローを図２に例示する。なお、このフローにおいて、再ろ過ユニット（Ｂ）として膜ろ過ユニット２４を配置するとともに、図１におけるろ過ユニット逆洗排水バルブ１４およびそれを設けている配管を設置しなかった点以外は、図１と同様である。また、膜ろ過は、ろ過中は再ろ過水排水バルブ１５を閉止して、供給水全量をろ過する「全ろ過」にすることもできるし、一部をろ過し、残りを懸濁物質が濃縮された水として排水バルブ１５から連続排水する「クロスフローろ過」にすることも可能である。このような構成にすることで、両方式の優れた点を引き出すことができる。【００２８】
本発明に適用可能なろ材としては特に制限されるものではなく、砂ろ過においては硅砂、アンスラサイト、ガーネット、軽石などを用いるのが一般的である。代表的なサイズとしては、複層の場合は１〜３ｍｍ程度の平均粒径を有するアンスラサイト、０．３〜１ｍｍ程度の平均粒径を有する硅砂を用いることが多いが、原水水質などによっては、粒径の大きな軽石や、さらに細かいガーネットを併用することも可能である。また、膜ろ過の場合は、本発明の目的であるＳＤＩを低減させるために、平均細孔径が０．１〜１μｍ程度のいわゆる精密ろ過膜や０．００１〜０．１ミクロン程度の限外ろ過膜を使用するのが好ましい。【００２９】
また、精密ろ過膜や限外ろ過膜を使用する場合、その形状としては、平膜、チューブ膜、中空糸膜など特に限定されるものではないが、体積あたりの膜面積を大きくとることが出来ることから、中空糸膜が好ましい。素材としても、無機材料や高分子材料やその複合材料を用いることが出来るが、中空糸膜の場合は、膜に十分な強度を付与することが困難で、揺動による材料の疲労による損傷も生じやすいことから、高分子膜の適用が効果的である。これらの中空糸膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。細孔構造としても、均一な細孔構造を有する多孔質対称膜や、表面に緻密部分を有する非対称膜や２種類以上の素材からなる複合膜が挙げられる。【００３０】
本発明者らが鋭意検討した結果によると、機械的強度や汚れにくさ、化学的安定性の点からポリフッ化ビニリデンを素材とする中空糸膜が優れ、さらに、供給水が地下水や深層海水のように濁質があまり含まれない場合には対称膜が、また、表層海水、河川水、湖水などの表面水の場合には、供給水側表面に緻密部分を有する非対称膜や複合膜が優れている。一方、モジュール構造としては、供給水を加圧ろ過する方式として、平膜を海苔巻き状に巻回したスパイラル型、チューブ膜や中空糸膜を容器に収納した加圧型、ろ過側を吸引するモジュール構造として、浸漬型が挙げられる。【００３１】
さらに、本発明の主旨からしてろ過ユニット（Ａ）と再ろ過ユニット（Ｂ）単体の処理能力や基数、運転条件などに制限はないが、再ろ過ユニット（Ｂ）全体がろ過ユニット（Ａ）の一部のバックアップの目的で使用されることを鑑みるに、再ろ過ユニット（Ｂ）の合計の許容処理水量が、ろ過ユニット（Ａ）の合計の許容処理水量よりも小さく、かつ、再ろ過ユニット（Ｂ）の合計の許容処理水量がろ過ユニット（Ａ）の単体の許容処理水量以上であることが好ましい。また、再ろ過ユニット（Ｂ）がろ過ユニット（Ａ）のバックアップに間に合う様にするためには、ろ過ユニット（Ａ）単体の基数をＮａ、逆洗間隔をＴａ１、逆洗＋排水時間をＴａ２、再ろ過ユニット（Ｂ）への供給時間Ｔａ３、再ろ過ユニット（Ｂ）単体の基数をＮｂ、逆洗間隔をＴｂ１、逆洗＋排水時間をＴｂ２とするとき、
Ｔｂ２／Ｔｂ１≦１−（Ｔａ２＋Ｔａ３）／Ｔａ１×Ｎａ／Ｎｂ
とするとよい。【００３２】
ところで、前述のようにろ過ユニット（Ａ）の前で凝集剤を添加する場合、凝集剤の種類は特に制限されるものではなく、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化鉄（III）などの無機系凝集剤やカチオン系、アニオン系、ノニオン系の高分子凝集剤などから幅広く選択することが可能であるが、凝集剤によっては、凝集しやすいｐＨを調整することが好ましく、例えば塩化鉄（III）の場合は一般的にはｐＨ５以上８未満、好ましくは、ｐＨ７以下である。一方、再ろ過ユニット（Ｂ）の前で凝集剤を添加することも出来る。この場合は、ろ過ユニット（Ａ）で凝集除去できなかったものが含有されているので、ろ過ユニット（Ａ）と種類の異なる、例えば、荷電の異なる凝集剤を添加すると効果的である。【００３３】
本発明のろ過装置は飲料水製造、産業用水製造、廃水処理、湖沼浄化など特に制限されるものではなく、様々な原水を浄化するのに適している。さらに、本発明のろ過装置を適用して得られた処理水は水質基準に応じて、そのまま利用することも可能であるが、本発明のろ過装置の下流側に逆浸透膜などの半透膜ユニットを設け、ろ過装置で得られた清澄水を脱塩処理することも好ましい。逆浸透膜などの供給水として用いれば、非常に清澄な水を高回収率、低コストで製造することができる。とくに本発明のろ過装置を海水から淡水を製造する大型プラントの前処理に適用することで、低コストで安定した清澄海水を逆浸透膜に供給することが出来、海水淡水化コスト低減に大きく貢献することが出来る。
ここで、用いられる逆浸透膜は、海水中の塩分を高度に除去することが要求されるが、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができる。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜のどちらでもよい。【００３４】
しかしながら、中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを分離機能層とした複合膜が好ましい。特に、海水を原水とするような場合には、浸透圧以上の圧力を供給水側にかける必要があり、実質的には少なくとも５ＭＰａの操作圧力が負荷されることが多い。この圧力に対して、高い透水性と阻止性能を維持できるためにはポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。また、ポリアミド半透膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの分離機能層を支持体に有してなる複合半透膜が適している。
【実施例】
【００３５】
＜参考例＞
東レ（株）愛媛工場の近傍の海水（全溶質濃度３．４重量、水温２５℃、ｐＨ＝７．５）を硫酸でｐＨ＝６．２に調整（硫酸消費量２６ｍｇ／リットル）し、流量２５０リットル／ｈで、塩化鉄（III）を１５ｍｇ／リットル添加した後、容積２０Ｌのタンクで撹拌した上で、加圧浮上装置（幅２００ｍｍ×長３００ｍｍ×高２０００ｍｍ、浮上ＬＶ＝４ｍ／ｈ、加圧水圧０．５ＭＰａ、循環水量３０リットル／ｈ）に供給した。その処理水を同じ流量２５０リットル／ｈで砂ろ過ユニット（Ａ）に供給し、ろ過処理した。このろ過ユニットは、直径２０ｃｍの縦型で、ろ材として硅砂（有効径０．６ｍｍ、均等係数１．４）を５００ｍｍおよびその上にアンスラサイト（有効径１．４ｍｍ、均等係数１．４）を５００ｍｍを積層したものである。この砂ろ過器を逆洗間隔２４時間（ろ過運転２３時間＋逆洗時間１時間）で運転した。【００３６】
さらに、ろ過ユニット（Ａ）の処理水を、ろ材として硅砂（有効径０．３５ｍｍ、均等係数１．４）を８００ｍｍ単層にした以外はろ過ユニット（Ａ）と同じ構造の再ろ過ユニット（Ｂ）によって、逆洗間隔４８時間（ろ過運転４７時間＋逆洗１時間）で全量ろ過処理した。【００３７】
それぞれのろ過水のＳＤＩをろ過ユニット（Ａ）の逆洗直後からＳＤＩを測定したところ、図５のようになった。なお、ＳＤＩについては、ミリポア（株）製のＳＤＩ測定装置を用いて、ＡＳＴＭ  Ｄ４１８９−９５の方法に従って、１５分間の測定（すなわち、ＳＤＩ１５）を実施した。また、図中、波線矢印はＳＤＩの概略推定線、実践矢印はそれぞれのろ過ユニットの逆洗を実施したタイミングを意味している。【００３８】
＜実施例１＞
上記の参考例から、ろ過ユニット（Ａ）４基（５ａ−５ｄ）と再ろ過ユニット（Ｂ）１基（６）を用いて図１に示すフローを構成し、表１のようなシーケンスで運転すれば、４基のろ過ユニット（Ａ）の逆洗後５時間までの処理水は再ろ過ユニット（Ｂ）で処理することになり、常時ＳＤＩ≦３の清澄水を２３ｍ３／日製造できると計算された。また、ろ過ユニット（Ａ）と再ろ過ユニット（Ｂ）の逆洗を含む稼働のべ時間は、１１６．５時間・基、凝集剤塩化鉄(III)と硫酸の使用量は、それぞれ３４５ｇ／日、６００ｇ／日となった。また、取水量に対する清澄水生産量の比率は１００％となった。【００３９】
【表１】
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【００４０】
なお、表中、Ｂ、Ｆ、ＦＢ、Ｒ、Ｆ１〜Ｆ４は、Ｂ＝逆洗、Ｆ＝ろ過、ＦＢ＝ろ過→再ろ過へ、Ｒ＝休止、Ｆ１〜Ｆ４＝ろ過ユニット５ａ−５ｄのろ過水の再ろ過、という運転状態を示している。【００４１】
＜比較例１＞
図３に示すように、再ろ過ユニット（Ｂ）を設けないフローを想定した。参考例から、再ろ過ユニット（Ｂ）を備えない場合は、１基のろ過ユニットで２４時間中５時間の水質がＳＤＩ＞３となり、逆洗１時間を差し引いて、１８時間、ＳＤＩ≦３の清澄水を製造できることになった。すなわち、設備費を同じとするために実施例１と同じろ過ユニット数（Ａ＋Ｂ＝５基）と考えると、清澄水を２２．５ｍ３／日、５基のろ過ユニット（Ａ）の逆洗を含む稼働のべ時間は、１２０時間・基、凝集剤塩化鉄(III)と硫酸の使用量は、それぞれ４３０ｇ／日、７５０ｇ／日となり、実施例１に比べて製造水量はわずかに少なく、のべ稼働時間、薬品使用量は多い（すなわち、運転コストが高い）という結果になった。また、取水量に対する清澄水生産量の比率は７８％となった。運転シーケンスを表２に示す。【００４２】
【表２】
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【００４３】
なお、表中、Ｂ、Ｆ、ＦＢ、Ｒ、Ｆ１〜Ｆ４は、Ｂ＝逆洗、Ｆ＝ろ過、ＦＢ＝ろ過→再ろ過へ、Ｒ＝休止、という運転状態を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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