(57)【要約】【課題】正浸透膜装置と逆浸透膜装置を用いて被処理水を安定して処理することができる水処理システムおよび水処理方法を提供する。【解決手段】第１半透膜を挟んで被処理水が存在する一次側と高張溶液が存在する二次側とを有し、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる正浸透膜装置と；第２半透膜を挟んで高張溶液が存在する一次側と処理水が存在する二次側とを有し、高張溶液中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させる逆浸透膜装置と；高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する第１流路と；高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する第２流路と；第１流路に備えられた第１バッファータンクと；第２流路に備えられた第２バッファータンクとを有する水処理システム。【選択図】図１
2014061488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半透膜を備え、第１半透膜を挟んで被処理水が存在する一次側と高張溶液が存在する二次側とを有し、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる正浸透膜装置と、
第２半透膜を備え、第２半透膜を挟んで高張溶液が存在する一次側と処理水が存在する二次側とを有し、高張溶液中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させる逆浸透膜装置と、
第１半透膜の二次側流出部と第２半透膜の一次側流入部とに連通し、高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する第１流路と、
第２半透膜の一次側流出部と第１半透膜の二次側流入部とに連通し、高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する第２流路と、
第１流路に備えられた第１バッファータンクと、
第２流路に備えられた第２バッファータンクとを有することを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクまたは第２流路に接続する、または、一方端が第１流路に接続し、他方端が第２バッファータンクに接続する第３流路が設けられている請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
第３流路は、一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクに接続している請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
第２バッファータンクまたは第２流路に、高張溶液に加える溶質の供給装置が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項５】
被処理水を正浸透膜装置の第１半透膜を挟んだ一次側に導入し、第１半透膜の二次側に高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる工程と、
前記高張溶液を逆浸透膜装置の第２半透膜を挟んだ一次側に導入して、第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液中の水を浸透させて処理水を得る工程と、
第１バッファータンクが備えられた第１流路を通じて、前記高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する工程と、
第２バッファータンクが備えられた第２流路を通じて、前記高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する工程とを有し、
第１半透膜と第２半透膜の浸透量に応じて、第１バッファータンクおよび／または第２バッファータンクの高張溶液の貯留量を調整することを特徴とする水処理方法。
【請求項６】
一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクまたは第２流路に接続する第３流路が設けられ、
第１バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第１バッファータンクの高張溶液を第３流路を通じて第２バッファータンクまたは第２流路に移送する請求項５に記載の水処理方法。
【請求項７】
一方端が第１バッファータンクまたは第１流路に接続し、他方端が第２バッファータンクに接続する第３流路が設けられ、
第２バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第２バッファータンクの高張溶液を第３流路を通じて第１バッファータンクまたは第１流路に移送する請求項５に記載の水処理方法。
【請求項８】
第２バッファータンクまたは第２流路の高張溶液の溶質濃度を調整して、第１半透膜の二次側の高張溶液の溶質濃度を高める請求項６に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透膜装置と逆浸透膜装置を用いた水処理システムおよび水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、正浸透膜装置を用いて、被処理水を半透膜を介して高張溶液と接触させて正浸透処理を行って被処理水を濃縮するとともに、正浸透処理に用いた高張溶液を逆浸透膜装置に導入して逆浸透処理により濃縮した後、正浸透膜装置に返送して正浸透処理に再利用する方法が知られている。例えば、特許文献１には、このような方法により汚泥を濃縮（脱水）する方法が開示され、特許文献２には分析用検水を濃縮する方法が開示され、特許文献３には嫌気性処理液を処理する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−９８１９９号公報
【特許文献２】特開２００９−９２５６４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７３０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に開示された処理方法では、高張溶液を正浸透膜装置と逆浸透膜装置との間を循環させながら、被処理水を正浸透膜装置と逆浸透膜装置で処理している。しかしこれらの方法では、正浸透膜装置と逆浸透膜装置のどちらか一方に不具合が生じたり、どちらか一方の半透膜の水の浸透量が大きく変動すると、正浸透膜装置と逆浸透膜装置の他方に導入される高張溶液の量が変化して、当該装置における処理にも即座に影響が及ぶこととなり、システム全体として処理が不安定化しやすくなる。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正浸透膜装置と逆浸透膜装置を用いて被処理水を安定して処理することができる水処理システムおよび水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することができた本発明の水処理システムとは、第１半透膜を備え、第１半透膜を挟んで被処理水が存在する一次側と高張溶液が存在する二次側とを有し、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる正浸透膜装置と；第２半透膜を備え、第２半透膜を挟んで高張溶液が存在する一次側と処理水が存在する二次側とを有し、高張溶液中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させる逆浸透膜装置と；第１半透膜の二次側流出部と第２半透膜の一次側流入部とに連通し、高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する第１流路と；第２半透膜の一次側流出部と第１半透膜の二次側流入部とに連通し、高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する第２流路と；第１流路に備えられた第１バッファータンクと；第２流路に備えられた第２バッファータンクとを有するところに特徴を有する。また、本発明の水処理方法は、被処理水を正浸透膜装置の第１半透膜を挟んだ一次側に導入し、第１半透膜の二次側に高張溶液を存在させた状態で、被処理水中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる工程と；前記高張溶液を逆浸透膜装置の第２半透膜を挟んだ一次側に導入して、第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液中の水を浸透させて処理水を得る工程と；第１バッファータンクが備えられた第１流路を通じて、前記高張溶液を第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送する工程と；第２バッファータンクが備えられた第２流路を通じて、前記高張溶液を第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送する工程とを有し；第１半透膜と第２半透膜の浸透量に応じて、第１バッファータンクおよび／または第２バッファータンクの高張溶液の貯留量を調整するところに特徴を有する。なお本発明において、高張溶液とは、被処理水と処理水よりも浸透圧が高い溶液を意味する。
【０００７】
本発明の水処理システムおよび水処理方法では、高張溶液が第１流路と第２流路を通って正浸透膜装置と逆浸透膜装置との間を循環しているが、第１流路と第２流路にそれぞれ第１バッファータンクと第２バッファータンクを設けることにより、正浸透膜装置と逆浸透膜装置の一方の処理変動が他方の処理に影響を及ぼしにくくなり、水処理システム全体の処理が安定化する。また、第１バッファータンクと第２バッファータンクを用いれば、被処理水の溶質濃度が変動した場合でも、それによる正浸透膜装置の第１半透膜の水の浸透量の変動を緩和しつつ、逆浸透膜装置への影響を抑えることができる。
【０００８】
本発明の水処理システムは、一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクまたは第２流路に接続する、または、一方端が第１流路に接続し、他方端が第２バッファータンクに接続する第３流路が設けられていることが好ましい。第３流路の使用方法としては、第３流路が、一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクまたは第２流路に接続している場合は、第１バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第１バッファータンクの高張溶液を第３流路を通じて第２バッファータンクまたは第２流路に移送することが好ましい。第３流路が、一方端が第１バッファータンクまたは第１流路に接続し、他方端が第２バッファータンクに接続している場合は、第２バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第２バッファータンクの高張溶液を第３流路を通じて第１バッファータンクまたは第１流路に移送することが好ましい。第３流路を設けることにより、第１バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えても、高張溶液を第２バッファータンクまたは第２流路に移送することができ、あるいは、第２バッファータンクの高張溶液の貯留量が所定の上限値を超えても、高張溶液を第１バッファータンクまたは第１流路に移送することができ、正浸透膜装置や逆浸透膜装置の稼働を急に止めずに済むようになる。第３流路は、より好ましくは、一方端が第１バッファータンクに接続し、他方端が第２バッファータンクに接続している。
【０００９】
第２バッファータンクまたは第２流路には、高張溶液に加える溶質の供給装置が設けられていることが好ましい。第２バッファータンクまたは第２流路に溶質供給装置を設けることにより、正浸透膜装置に流入する高張溶液の溶質濃度が低下した場合などに、第２バッファータンクまたは第２流路の高張溶液に溶質を供給して、正浸透膜装置の第１半透膜の水の浸透量を高めることができる。特に、第１バッファータンクの高張溶液を第３流路を通じて第２バッファータンクまたは第２流路に移送する場合は、第２バッファータンクまたは第２流路の高張溶液の溶質濃度を調整して、第１半透膜の二次側の高張溶液の溶質濃度を高めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水処理システムおよび水処理方法によれば、正浸透膜装置と逆浸透膜装置を繋いで循環流路を構成する第１流路と第２流路にそれぞれ第１バッファータンクと第２バッファータンクが設けられているため、正浸透膜装置と逆浸透膜装置の一方の処理変動が他方の処理に影響を及ぼしにくくなり、水処理システム全体として処理が安定化する。また、第１バッファータンクと第２バッファータンクを用いれば、被処理水の溶質濃度が変動した場合でも、それによる正浸透膜装置の第１半透膜の水の浸透量の変動を緩和しつつ、逆浸透膜装置への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水処理システムの一例を表す。
【図２】本発明の水処理システムの他の一例を表す。
【図３】水処理システムの参考例を表す。
【図４】本発明の水処理システムの他の一例を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、正浸透膜装置と逆浸透膜装置を用いた水処理システムと水処理方法に関し、詳細には、正浸透膜装置と逆浸透膜装置を用いて被処理水から高純度の水を取り出す、あるいは、被処理水を濃縮するための水処理システムおよび水処理方法に関するものである。以下、本発明について図面を参照しながら説明するが、本発明は図面に示された実施態様に限定されるものではない。
【００１３】
図１には本発明の水処理システムの第１実施態様を示す。本発明の水処理システムは、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５とを有する。正浸透膜装置１は第１半透膜を備え、第１半透膜を挟んで一次側と二次側を有する。正浸透膜装置１は、第１半透膜を挟んで第１半透膜の一次側と二次側とに区分され、第１半透膜の一次側には被処理水２１が存在し、二次側には高張溶液２２が存在している。逆浸透膜装置５は第２半透膜を備え、第２半透膜を挟んで一次側と二次側を有する。逆浸透膜装置５は、第２半透膜を挟んで第２半透膜の一次側と二次側とに区分され、第２半透膜の一次側には高張溶液２２が存在し、二次側には処理水２３が存在している。
【００１４】
本発明において、半透膜を挟んだ一次側と二次側は半透膜を浸透する水の透過方向に基づき定められ、水は全体として半透膜の一次側から二次側に浸透する。なお、水が全体として半透膜の一次側から二次側に浸透するとは、水分子の一部が半透膜の二次側から一次側に浸透したとしても、全体としてみれば、水分子は半透膜の一次側から二次側に浸透する方が優勢であることを意味する。
【００１５】
第１半透膜と第２半透膜は、少なくとも水分子が透過し、一定の大きさ以上の分子やイオンが透過しない膜であれば特に限定されず、公知の半透膜を用いることができる。第１半透膜と第２半透膜としては、逆浸透処理に一般に用いられる半透膜を使用してもよく、膜を構成する材料や膜の形式等は特に限定されない。膜の構成材料としては、例えば、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン等が挙げられ、膜の形式としては、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜等が挙げられる。
【００１６】
正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側および逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側に存在する高張溶液２２は、溶質が溶解した水溶液であり、被処理水２１と処理水２３よりも高い浸透圧を示すものであれば、特に限定されない。等温条件では、高張溶液２２が被処理水２１と処理水２３よりも高浸透圧であることは、高張溶液２２が被処理水２１と処理水２３よりも高い溶質濃度（モル濃度）を有することを意味する。高張溶液２２の溶質としては水に可溶な物質であれば特に限定されず、例えば、塩類、糖類、水溶性高分子等を溶質として用いることができる。また、半透膜や機器に不具合を与えなければ、溶質として酸やアルカリを用いてもよい。
【００１７】
高張溶液２２と被処理水２１と処理水２３の浸透圧は、ｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆの式に基づき、溶質濃度（モル濃度）と温度をパラメータとして求めることができる。あるいは、高張溶液２２と被処理水２１または処理水２３を半透膜を挟んで同一液面高さとなるように設置した後、それぞれの液面高さの変化を観察することで、高張溶液２２と被処理水２１または処理水２３の浸透圧の大小を判別してもよい。この場合、高張溶液２２の液面高さが高くなれば、高張溶液２２が被処理水２１または処理水２３よりも浸透圧が高いと判断される。
【００１８】
正浸透膜装置１では、第１半透膜の二次側の高張溶液２２が、第１半透膜の一次側の被処理水２１よりも浸透圧が高くなっている。正浸透膜装置１では、被処理水２１と高張溶液２２の浸透圧差を利用して、被処理水２１中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる。その結果、正浸透膜装置１では、被処理水２１から水が浸透除去され被処理水２１の溶質濃度が高められ、高張溶液２２は水で希釈されて溶質濃度が低下することとなる。
【００１９】
逆浸透膜装置５では、第２半透膜の二次側の処理水２３が、第２半透膜の一次側の高張溶液２２よりも溶質濃度が低くなっている。逆浸透膜装置５では、この状態で第２半透膜の一次側に存在する高張溶液２２を加圧することにより、高張溶液２２中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させて処理水２３を得る。その結果、逆浸透膜装置５では、高張溶液２２から水が浸透除去され高張溶液２２の溶質濃度が高められ、処理水２３として高純度の水が得られる。
【００２０】
正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５は、第１流路６と第２流路７によって互いに接続されている。第１流路６は、第１半透膜の二次側流出部と第２半透膜の一次側流入部とに連通して設けられ、高張溶液２２は、第１流路６を通って、第１半透膜の二次側から第２半透膜の一次側に移送される。第２流路７は、第２半透膜の一次側流出部と第１半透膜の二次側流入部とに連通して設けられ、高張溶液２２は、第２流路７を通って、第２半透膜の一次側から第１半透膜の二次側に移送される。なお、第１半透膜の二次側流入部と二次側流出部、第２半透膜の一次側流入部と一次側流出部は、それぞれ、高張溶液２２が流入する部分または流出する部分として定められる。
【００２１】
高張溶液２２は第１流路６と第２流路７を通って正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５との間を循環している。高張溶液２２は、正浸透膜装置１で第１半透膜を浸透してきた水で希釈され、逆浸透膜装置５で第２半透膜を浸透して水が抜けることにより濃縮される。従って、高張溶液２２は基本的に、第１流路６よりも第２流路７における方が溶質濃度が高くなる。
【００２２】
第１流路６には第１バッファータンク８が備えられ、第２流路７には第２バッファータンク９が備えられている。第１バッファータンク８は第１流路６を流れる高張溶液２２を貯留できるものであればよく、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２２を受け入れるとともに、第１バッファータンク８に貯留された高張溶液２２を第１流路６を介して逆浸透膜装置５に供給することができる。第２バッファータンク９は第２流路７を流れる高張溶液２２を貯留できるものであればよく、逆浸透膜装置５から流出した高張溶液２２を受け入れるとともに、第２バッファータンク９に貯留された高張溶液２２を第２流路７を介して正浸透膜装置１に供給することができる。
【００２３】
第１流路６には、正浸透膜装置１と第１バッファータンク８との間に、正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側に存在する高張溶液２２を引き抜くためのポンプが設けられることが好ましい。このような位置にポンプを設けることにより、第１半透膜の二次側の高張溶液２２がポンプによって加圧されず、第１半透膜の一次側から二次側に水が浸透しやすくなる。一方、逆浸透膜装置５用のポンプは、第１流路６に、第１バッファータンク８と逆浸透膜装置５との間に設けられ、このポンプにより高張溶液２２を逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側に加圧供給することで、第２半透膜の一次側から二次側に水が浸透し逆浸透処理される。
【００２４】
図１に示した水処理システムの使用方法、すなわち本発明の水処理方法を説明する。まず、被処理水２１を正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側に導入し、第１半透膜の二次側に高張溶液２２を存在させた状態で、被処理水２１中の水を第１半透膜の一次側から二次側に浸透させる。その結果、被処理水２１から濃縮水２４が得られる。
【００２５】
第１半透膜の二次側の高張溶液２２は、第１流路６を通じて逆浸透膜装置５に移送される。高張溶液２２は逆浸透膜装置５の第２半透膜の一次側に導入され、第２半透膜の一次側から二次側に高張溶液２２中の水を浸透させることにより、処理水２３が得られる。このとき、第２半透膜の二次側には高張溶液２２よりも低浸透圧の処理水２３が存在しているため、第２半透膜を挟んだ浸透圧差に対抗するように第２半透膜の一次側の高張溶液２２を加圧する必要があり、その結果、高張溶液２２中の水を第２半透膜の一次側から二次側に浸透させることができる。
【００２６】
第２半透膜の一次側の高張溶液２２は、第２流路７を通じて正浸透膜装置１に移送される。高張溶液２２は正浸透膜装置１の第１半透膜の二次側に再び導入され、被処理水２１の正浸透処理に用いられる。
【００２７】
本発明では、高張溶液２２を正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５との間を循環させることにより、正浸透膜装置１に供給する高張溶液２２の溶質濃度を所望程度に高く維持して、正浸透処理を安定して行うことができるようになる。つまり、正浸透膜装置１から流出する高張溶液２２は、正浸透膜装置１に流入する高張溶液２２よりも水で希釈されて溶質濃度が低下するが、高張溶液２２をそのまま正浸透膜装置１に再び供給すると、正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側と二次側との間に十分な浸透圧差が確保されず、第１半透膜を透過する水の浸透量が減ってしまうところ、正浸透膜装置１から流出した高張溶液２２を逆浸透膜装置５で処理して正浸透膜装置１に返送することにより、溶質濃度が高められた高張溶液２２を正浸透膜装置１に供給でき、正浸透処理を安定して行うことができるようになる。
【００２８】
また、高張溶液２２は、基本的に正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の間の閉じた系を循環しているため、不純物等の混入が防止され、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）等による前処理を行うことなく逆浸透処理を比較的簡便に行うことが可能となる。
【００２９】
本発明では、第１流路６に第１バッファータンク８を設け、第２流路７に第２バッファータンク９を設けている。このように第１バッファータンク８と第２バッファータンク９を設けることにより、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の処理をそれぞれ独立して行えるようになる。例えば、第１バッファータンク８を設けて第２バッファータンク９を設けない場合は、逆浸透膜装置５の処理能力（すなわち、逆浸透膜装置５に導入される高張溶液２２の量と第２半透膜の水の浸透量）に依存して、正浸透膜装置１に導入される高張溶液２２の量が変動することとなる。逆に、第２バッファータンク９を設けて第１バッファータンク８を設けない場合は、正浸透膜装置１の処理能力（すなわち、正浸透膜装置１に導入される高張溶液２２の量と第１半透膜の水の浸透量）に依存して、逆浸透膜装置５に導入される高張溶液２２の量が変動することとなる。これらの場合、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５のどちらか一方に不具合が生じたり、第１半透膜または第２半透膜の水の浸透量が大きく変動することにより、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の他方の処理にも即座に影響が及ぶこととなり、水処理システム全体として処理が不安定化しやすくなる。これに対し本発明の水処理システムでは、第１バッファータンク８と第２バッファータンク９を設けることにより、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の一方の処理変動が他方の処理に影響を及ぼしにくくなり、水処理システム全体として処理が安定化するようになる。
【００３０】
また、第１バッファータンク８と第２バッファータンク９を用いれば、正浸透膜装置１の第１半透膜を浸透する水の浸透量を調整することもできるようになる。正浸透膜装置１では、第１半透膜の一次側の被処理水２１と二次側の高張溶液２２の浸透圧差を駆動力として、被処理水２１中の水が第１半透膜の一次側から二次側に浸透するが、例えば、被処理水２１の溶質濃度が変動する場合は、この変動に依存して第１半透膜の水の浸透量も変動することとなる。しかし、第１バッファータンク８と第２バッファータンク９を用いれば、被処理水２１の溶質濃度が変動した場合でも、それによる第１半透膜の水の浸透量の変動を緩和することができ、しかも逆浸透膜装置５への影響も抑えることができる。
【００３１】
例えば、被処理水２１の溶質濃度が高くなると、第１半透膜の一次側の被処理水２１と二次側の高張溶液２２の浸透圧差が縮まって、第１半透膜の水の浸透量が低下する。この場合、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量を減らして、正浸透膜装置１への高張溶液２２の供給量を増やすことにより、第１半透膜の二次側（特に二次側流出部）の高張溶液２２の溶質濃度の低下を抑え、その結果、第１半透膜の水の浸透量の低下を抑えることができる。第２バッファータンク９からの高張溶液２２の供給量の増加分は、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量を増やすことで、逆浸透膜装置５への高張溶液２２の供給量を一定あるいは所望量に調整することができ、逆浸透膜装置５を安定稼働させることができる。この場合、見かけ上、高張溶液２２が第２バッファータンク９から第１バッファータンク８に移送されることとなる。
【００３２】
一方、被処理水２１の溶質濃度が低くなると、第１半透膜の一次側の被処理水２１と二次側の高張溶液２２の浸透圧差が広がって、第１半透膜の水の浸透量が増加する。この場合、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量を増やして、正浸透膜装置１への高張溶液２２の供給量を減らすことにより、第１半透膜の二次側（特に二次側流出部）の高張溶液２２の溶質濃度を下げることができ、その結果、第１半透膜の水の浸透量の増加を抑えることができる。第２バッファータンク９からの高張溶液２２の供給量の低下分は、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量を減らすことにより、第１バッファータンク８から逆浸透膜装置５への高張溶液２２の供給量を一定あるいは所望量に調整することができ、逆浸透膜装置５を安定稼働させることができる。この場合、見かけ上、高張溶液２２が第１バッファータンク８から第２バッファータンク９に移送されることとなる。
【００３３】
以上のように、本発明によれば、正浸透膜装置１の第１半透膜と逆浸透膜装置５の第２半透膜の浸透量に応じて、第１バッファータンク８および／または第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量を調整することにより、被処理水の溶質濃度が変動しても、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５の安定稼働あるいは安定処理を実現することができる。
【００３４】
なお、第２バッファータンク９には、高張溶液２２に加える溶質の供給装置１０が設けられることが好ましい。正浸透膜装置１において被処理水２１の第１半透膜の浸透量を調整するためには、高張溶液２２の溶質濃度を調整することが主な操作因子となる。このとき、第１半透膜の二次側に導入する高張溶液２２の溶質濃度は、基本的には逆浸透膜装置５の操作条件を調整することにより、所望程度に調整することが望ましい。しかし、逆浸透膜装置５へ流入する高張溶液２２の変動や逆浸透膜装置５の一時的な不具合等によって、逆浸透膜装置５から得られる高張溶液２２が所望するように高い溶質濃度を有していない場合も想定される。このような場合は、溶質供給装置１０から第２バッファータンク９の高張溶液２２に溶質を供給して、正浸透膜装置１に導入する高張溶液２２の溶質濃度を調整することが好ましい。なお図面には示されていないが、溶質供給装置１０は、供給された溶質が正浸透膜装置１に導入されるまでに高張溶液２２中で実質的に均一分散されるのであれば、第２流路７にライン供給できるように設けられてもよい。
【００３５】
高張溶液２２には、正浸透膜装置１の第１半透膜または逆浸透膜装置５の第２半透膜を洗浄するための薬剤や、ファウリングを防止するための薬剤を加えてもよい。このような薬剤としては、酸、アルカリ、殺菌剤、酸化剤等が挙げられる。第２バッファータンク９には、このような薬剤を添加するための薬剤供給装置が設けられてもよく、また、第１バッファータンク８や第１または第２流路６，７に薬剤供給装置が設けられてもよい。
【００３６】
次に、本発明の水処理システムの第２実施態様について説明する。図２には、本発明の水処理システムの第２実施態様を示す。第２実施態様の水処理システムは、一方端が第１バッファータンク８に接続し、他方端が第２バッファータンク９に接続する第３流路１１が設けられている点で、第１実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第１実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００３７】
本発明の水処理システムでは、処理の進行に伴い、第１バッファータンク８または第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値に達する場合がある。この場合、第１バッファータンク８または第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値に達した時点で、正浸透膜装置１および／または逆浸透膜装置５の稼働を停止せざるを得ない状況となりうる。なお、貯留量の所定上限値は、バッファータンクの仕様や設置条件に基づき定められる。第２実施態様に係る水処理システムは、このような状況に対応するために、一方端が第１バッファータンク８に接続し、他方端が第２バッファータンク９に接続する第３流路１１が設けられている。なお、図２には示されていないが、第３流路１１は、一方端が第１バッファータンク８に接続し、他方端が第２流路７に接続する、または、一方端が第１流路６に接続し、他方端が第２バッファータンク９に接続するものでもよい。
【００３８】
第３流路１１は、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超える場合と、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超える場合とで、使用方法あるいは設置態様が異なる。第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えることが想定される場合は、第３流路１１は、一方端が第１バッファータンク８に接続し、他方端が第２バッファータンク９または第２流路７に接続するように設けられる。そして、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第１バッファータンク８の高張溶液２２を第３流路１１を通じて第２バッファータンク９または第２流路７に移送する。その結果、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えても、正浸透膜装置１や逆浸透膜装置５の稼働を急に止めずに済むようになる。高張溶液２２の第１バッファータンク８から第２バッファータンク９または第２流路７への移送は、自然流下により行ってもよく、第３流路１１にポンプ等の移送手段を設けることにより行ってもよい。
【００３９】
なお、第１バッファータンク８の高張溶液２２は、第２バッファータンク９または第２流路７の高張溶液２２よりも溶質濃度が低いため、第３流路１１を通じて第１バッファータンク８の高張溶液２２を第２バッファータンク９または第２流路７に移送すると、正浸透膜装置１に流入する高張溶液２２の溶質濃度が下がって、正浸透膜装置１の第１半透膜の水の浸透量が低下するおそれがある。従って、この場合、第２バッファータンク９または第２流路７の高張溶液２２に溶質を供給することにより、第２バッファータンク９または第２流路７の高張溶液２２の溶質濃度を調整して、第１半透膜の二次側の高張溶液２２の溶質濃度を高めることが好ましい。このように高張溶液２２の溶質濃度を調整すれば、正浸透膜装置１の第１半透膜の水の浸透量を確保することができるようになる。
【００４０】
第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えることが想定される場合は、第３流路１１は、一方端が第１バッファータンク８または第１流路６に接続し、他方端が第２バッファータンク９に接続するように設けられる。そして、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第２バッファータンク９の高張溶液２２を第３流路１１を通じて第１バッファータンク８または第１流路６に移送する。その結果、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えても、正浸透膜装置１や逆浸透膜装置５の稼働を急に止めずに済むようになる。高張溶液２２の第２バッファータンク９から第１バッファータンク８または第１流路６への移送は、自然流下により行ってもよく、第３流路１１にポンプ等の移送手段を設けることにより行ってもよい。
【００４１】
第３流路１１は、図２に示すように、一方端が第１バッファータンク８に接続し、他方端が第２バッファータンク９に接続して設けられることが好ましい。このように第３流路１１を設ければ、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えた場合と、第２バッファータンク９の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えた場合のいずれにおいても、高張溶液２２を第１バッファータンク８と第２バッファータンク９の一方から他方に移送することができ、正浸透膜装置１と逆浸透膜装置５を安定稼働させることができる。
【００４２】
なお、図面には示されていないが、第１バッファータンクと第２バッファータンクは互いに仕切り壁で区切られ、仕切り壁の上部に開口を設けることにより第１バッファータンクと第２バッファータンクを接続してもよく、このような開口も第３流路に含まれる。
【００４３】
図３には、参考実施態様として、第２バッファータンク９を設けずに、第１バッファータンク８と第２流路７に接続する第４流路１２を設ける水処理システムを示す。なお下記の説明で、第１実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００４４】
図３に示した水処理システムを用いる場合、第１バッファータンク８は、正浸透膜装置１からの高張溶液２２の流出量の変動を緩和するように用いられる。正浸透膜装置１では、被処理水２１の溶質濃度に応じて第１半透膜の水の浸透量が変わるため、正浸透膜装置１からの高張溶液２２の流出量の変動を第１バッファータンク８で緩和することにより、逆浸透膜装置５に供給する高張溶液２２の量を一定に保ったり、任意に調整することができる。
【００４５】
図３に示した水処理システムでは、被処理水２１の溶質濃度が大きく低下したような場合、正浸透膜装置１で被処理水２１中の水が第１半透膜を浸透する量が増えて、第１半透膜の一次側から流出する高張溶液２２の量が増え、その結果、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が増加することが想定される。そして、この状態での処理が継続すると、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値に達する。図３に示した水処理システムでは、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えたときに、第１バッファータンク８の高張溶液２２を第４流路１２を通じて第２流路７に移送する。その結果、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が所定の上限値を超えても、正浸透膜装置１や逆浸透膜装置５の稼働を急に止めずに済むようになる。
【００４６】
なお、第１バッファータンク８の高張溶液２２は、第２流路７の高張溶液２２よりも溶質濃度が低いため、第４流路１２を通じて第１バッファータンク８の高張溶液２２を第２流路７に移送すると、正浸透膜装置１に流入する高張溶液２２の溶質濃度が下がって、正浸透膜装置１の第１半透膜の水の浸透量が低下することが懸念される。従って、この場合、第２流路７に高張溶液２２の溶質の供給装置１０を設けて、溶質供給装置１０から高張溶液２２に溶質を供給することにより、第１半透膜の二次側に移送される高張溶液２２の溶質濃度を高めることが好ましい。このように高張溶液２２の溶質濃度を調整すれば、正浸透膜装置１の第１半透膜の水の浸透量を確保することができるようになる。
【００４７】
一方、被処理水２１の溶質濃度が大きく上昇したような場合は、正浸透膜装置１で被処理水２１中の水が第１半透膜を浸透する量が低下して、第１半透膜の一次側から流出する高張溶液２２の量が減り、その結果、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が低下することが想定される。そして、この状態での処理が継続すると、第１バッファータンク８の高張溶液２２の貯留量が枯渇するおそれが出てくる。従って、このような場合は、第２流路７に設けられた溶質供給装置１０から高張溶液２２に溶質を供給することにより、第１半透膜の二次側に移送される高張溶液２２の溶質濃度を高めて、正浸透膜装置１の第１半透膜の水の浸透量を増やすことが好ましい。
【００４８】
図４には、本発明の水処理システムの第３実施態様を示した。第３実施態様の水処理システムは、正浸透膜装置１を被処理水２１中に設けている点で、第２実施態様の水処理システムとは異なる。なお下記の説明で、第３実施態様に関する説明と重複する部分の説明を省く。
【００４９】
図４に示した水処理システムでは、水槽２内に正浸透膜装置１が設けられ、正浸透膜装置１が水槽２内の被処理水２１中に浸漬設置されている。水槽２に被処理水２１を供給することにより、被処理水２１が正浸透膜装置１の第１半透膜の一次側に導入されることとなる。正浸透膜装置１を被処理水２１中に設けることにより、正浸透膜装置１が設置される水深に対応して第１半透膜の一次側の被処理水２１に水圧がかかり、第１半透膜の一次側から二次側への水の浸透が促進されて、被処理水２１の濃縮を好適に行いやすくなる。
【００５０】
正浸透膜装置１を被処理水２１中に設ける場合、水槽２には、正浸透膜装置１の下方に散気装置３を設けることが好ましい。このように散気装置３を設けることにより、散気装置３から供給された気泡によって正浸透膜装置１の第１半透膜の膜面をクロスフロー方式で洗浄することができ、第１半透膜の目詰まりを防止して、正浸透処理を安定して行いやすくなる。
【００５１】
図４に示した水処理システムでは、水槽２の被処理水２１の流入部と正浸透膜装置１との間に、夾雑物を除去するためのスクリーン４を設けている。スクリーン４を設けることにより、被処理水２１から粗大夾雑物が除去され、正浸透膜装置１やその他の設備や機器の損傷が防止され、好適に水処理を行うことができるようになる。
【００５２】
なお、第３実施態様のように、正浸透膜装置１を被処理水２１中に設ける態様は、上記の第１実施態様や参考実施態様にも適用可能である。
【００５３】
以上、本発明の水処理システムと水処理方法について説明したが、本発明で用いられる被処理水は液状（スラリー状を含む）であれば特に限定されない。被処理水は、本発明の水処理システムまたは水処理方法の使用目的により異なり、廃水（例えば、下水、し尿、畜産糞尿、厨房排水、工場排水、埋立浸出水、それらの処理におけるプロセス排水）、上水、上水原水、飲料品（例えば、果汁）、液状の工業用製造原料や中間品、分析用検水、液状汚泥、金属イオン含有水（例えば、メッキ廃液、海水、温泉水）等が挙げられる。
【００５４】
本発明の水処理システムまたは水処理方法は、被処理水を正浸透処理して濃縮水を得ることを目的とするものでよく、被処理水を正浸透処理および逆浸透処理して処理水を得ることを目的とするものでもよい。濃縮水は、使用目的に応じて、そのまま用いてもよく、さらに他の処理を施してもよい。濃縮水は被処理水よりも溶質濃度が高められているため、他の処理を施す場合は、そのための処理装置をコンパクトにすることができる。また、他の処理が溶質の反応を伴うものである場合は、その反応効率を高めることができる。被処理水が廃水である場合、濃縮水は、例えば、生物処理（好気性処理、嫌気性処理等）や化学処理（凝集沈殿、酸化処理、ｐＨ調整、イオン交換等）を施せばよい。処理水は高純度な水であるため、飲用としたり、精密工業品の洗浄水として用いたりすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、廃水、上水、上水原水、飲料品、液状の工業用製造原料や中間品、分析用検水、液状汚泥、金属イオン含有水等の処理に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１：  正浸透膜装置
５：  逆浸透膜装置
６：  第１流路
７：  第２流路
８：  第１バッファータンク
９：  第２バッファータンク
１０：  溶質供給装置
１１：  第３流路
２１：  被処理水
２２：  高張溶液
２３：  処理水
２４：  濃縮水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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