(57)【要約】  第１の被処理水１を加圧して半透膜ユニットＡに送り、半透膜によって濃縮水と透過水である淡水に分離して淡水を得るための淡水製造装置であって、半透膜ユニットＡから濃縮水を取り出す濃縮水ライン１１に流量調整ユニット８およびろ過ユニット１０を配置するとともに、ろ過ユニット１０の上流側およびろ過ユニット１０自体から選ばれる少なくとも一つに、濃縮水の圧力をろ過ユニットの上限圧力以下に制御する保護ユニット（１７，１９、または１８，２０）を備えることを特徴とする。
2014007262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被処理水を加圧して第１の半透膜ユニットＡに送り、半透膜によって濃縮水と透過水である淡水とに分離する淡水製造装置であって、前記第１の半透膜ユニットＡから濃縮水を取り出す濃縮水ラインに流量調整ユニットおよびろ過ユニットを配置するとともに、前記ろ過ユニットの上流側および前記ろ過ユニット自体から選ばれる少なくとも一つに、前記濃縮水の圧力をろ過ユニットの上限圧力以下に制御する保護ユニットを備える淡水製造装置。
【請求項２】
前記ろ過ユニットが、砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜、カートリッジフィルター、活性炭フィルター、および吸着剤フィルターから選ばれる少なくとも一つを含む請求項１に記載の淡水製造装置。
【請求項３】
前記保護ユニットが、濃縮水排出ラインと、前記濃縮水排出ラインに設けられ設定圧力以上で開く圧力開放バルブとを含む請求項１または２に記載の淡水製造装置。
【請求項４】
前記第１の被処理水が廃水処理水である請求項１〜３のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項５】
前記第１の半透膜ユニットＡの上流側に、前記第１の被処理水を処理する前処理ユニットを配置するとともに、前記ろ過ユニットの処理水を前記前処理ユニットの洗浄ラインに供給する前処理水供給ラインを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項６】
前記前処理水供給ラインにオンオフバルブを設けるとともに、前記ろ過ユニットから処理水を取り出すライン上であって前処理水供給ラインとの分岐の下流側に、流量調節バルブを有する請求項５に記載の淡水製造装置。
【請求項７】
前記第１の半透膜ユニットＡの運転圧力が８０ｐｓｉ以上３００ｐｓｉ以下であるとともに、透過水流量／第１の被処理水流量比が０．７以上、かつ前記ろ過ユニットの運転圧力が４０ｐｓｉ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項８】
前記第１の半透膜ユニットＡの透過水側に背圧を付与するための機構を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項９】
前記ろ過ユニットでろ過処理した処理水と、前記第１の被処理水と水質および水温の少なくとも一つが異なる第２の被処理水とを混合する混合ユニットと、前記混合ユニットから得られた混合水に対し半透膜分離処理を行う第２の半透膜ユニットＢをさらに有し、前記第２の半透膜ユニットＢの透過水からなる淡水を得る請求項１〜８のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１０】
前記第１の半透膜ユニットＡの上流側に、前記第１の被処理水を処理する第３の半透膜ユニットＣを配置し、前記第３の半透膜ユニットＣの透過水を一旦圧力開放して中間透過水タンクに貯留した後、昇圧して前記第１の半透膜ユニットＡに送ると共に、前記ろ過ユニットの処理水が前記第３の半透膜ユニットＣの上流側に還流される請求項１〜８のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１１】
前記ろ過ユニットが、精密ろ過膜または限外ろ過膜の複数系列からなり、１系列ずつ順次に自動洗浄される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１２】
前記ろ過ユニットのろ材が、前記前処理ユニットのろ材および前記第２の半透膜ユニットＢの膜素材の少なくとも一方と同種の素材からなる請求項５、６、９のいずれか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の半透膜ユニットＡの濃縮水に含有される有機物濃度または微生物濃度が、前記第１の半透膜ユニットＡの供給水に含有される有機物濃度または微生物濃度よりも大きく、かつ前記ろ過ユニットの処理水の有機物濃度または微生物濃度が、［（第１の半透膜ユニットＡの濃縮水の有機物濃度もしくは微生物濃度）×供給水流量／濃縮水流量］よりも小さい淡水製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の半透膜ユニットＡの運転圧力を８０ｐｓｉ以上３００ｐｓｉ以下、透過水流量／第１の被処理水流量比を０．７以上にするとともに、前記ろ過ユニットの運転圧力を４０ｐｓｉ以下にする淡水製造方法。
【請求項１５】
請求項６に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の被処理水を前処理ユニットで処理してから前記第１の半透膜ユニットＡに供給するとともに、通常運転の時は、前記オンオフバルブを全閉、前記流量調節バルブを開とし、前記ろ過ユニットの処理水で前処理ユニットを洗浄する時は、前記オンオフバルブを全開にしてから、前記流量調節バルブを徐々に閉じて洗浄水の流量が設定値に達するようにする淡水製造方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記ろ過ユニットの処理水のシリカ濃度をＣｓＡ、カルシウム濃度をＣｃＡ、マグネシウム濃度をＣｍＡ、前記第２の被処理水のシリカ濃度をＣｓＢ、カルシウム濃度をＣｃＢ、マグネシウム濃度をＣｍＢとするとき、下記関係式［１］〜［３］のうち、１つまたは２つの関係式が成り立つ淡水製造方法。
［１］  ＣｓＡ＞ＣｓＢ
［２］  ＣｃＡ＞ＣｃＢ
［３］  ＣｍＡ＞ＣｍＢ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、河川水、地下水、廃水処理水を処理して淡水を得るための半透膜ユニットを用いた淡水製造装置に関する。さらに詳しくは、半透膜の濃縮水のエネルギーを利用して、濃縮水の浄化を行うことが出来る淡水製造装置に関し、環境中に放流するのに優しい、また再利用しやすい濃縮水を得ることが出来る淡水製造装置に関する。また、当該淡水製造装置を用いた淡水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年深刻化してきている水環境の悪化に伴い、これまで以上に水処理技術が重要になってきており、分離膜利用技術が非常に幅広く適用されてきている。海水、かん水、地下水、河川水など様々な水資源を処理して、飲料水、工業用水、農業用水として利用されている。膜分離技術は、サブマイクロメートルオーダーの細孔をもって分離する精密ろ過膜、さらに小さな限外ろ過膜、ナノオーダーの分離が可能なナノろ過膜、サブナノオーダーの分離が可能な逆浸透膜に大別される。この中で、ナノろ過膜の小さな細孔を持つものや逆浸透膜は半透膜と呼ばれ、水は透過させるが、溶質は透過しない膜として分類され、飲料水に適した淡水を得ることが出来る技術として、特に幅広く適用されている。海水から淡水を得る場合は、３ＭＰａ程度の浸透圧に対抗して圧力をかけ、海水中の水だけを透過させる。具体的には、５〜７ＭＰａの高圧をポンプで供給し、半透膜を介して淡水を取り出すとともに、濃縮海水を排出する。海水淡水化用の逆浸透膜設備では、ほぼ供給された圧力エネルギーを有する濃縮海水が排出されるため、これをエネルギー回収ユニットによって圧力回収を行うのが一般的であり、これによってさらに、所要動力が低減できる仕組みになっている。【０００３】
ただし、被処理水の溶質濃度が低い場合は、浸透圧が小さいため、運転圧力が小さくなる。さらに、被処理水の濃度が低い場合は、低圧用逆浸透膜やナノろ過膜が適用されるが、淡水を取り出せる割合である回収率（＝透過水量／被処理水量）が大きくできるため、濃縮水量が少なくなる。そのため、エネルギー回収ユニットを設置しても回収できるエネルギーは小さく、エネルギー回収ユニットのコストパフォーマンスが小さくなり、経済的に見合わない場合が多いため、低圧で運転される半透膜ユニットでは、通常濃縮水のエネルギー回収はされずに、系外に排出されることが多い。この圧力エネルギーを活用して、特許文献１に例示するように、前処理ユニットの洗浄に活用するといった提案がなされているが、分離膜濃縮水の圧力は、分離膜の運転条件に左右されると共に、溶質が濃縮された水質であることから水質に問題がある場合もあるため、洗浄効果が十分に得られなかったり、制御が容易でないため、あまり適用されていない。【０００４】
一方、半透膜の被処理水は前処理で除濁されてから供給されるが、前処理では有機高分子や高分子多糖類を十分に除去できないことが多く、逆浸透膜やナノろ過膜に供給されてしまう。そのため、半透膜では微生物が繁殖する場合が多く、それを防止するために、非特許文献１、２のように運転しながら間欠的もしくは連続的に被処理水に殺菌剤を添加する方法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開昭５６−１１１００６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】木村拓平ら、“Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｅａｗａｔｅｒ  Ｄｅ  ｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＡ  Ｗｏｒｌｄ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，  ＢＡＨ０  １−０４８  （２００１）．
【非特許文献２】Ｋａｔａｒｉｉｎａ  Ｍａｊａｍａａら、“Ｆｉｅｌｄ  Ｔｒｉａｌ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅ  ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  ＤＢＮ    ＰＡ  ｉｎ  ＷＲＵ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＡ  Ｗｏｒｌｄ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，  ＤＢ０９−０７６  （２００９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、洗浄が不十分な場合や被処理水中の有機物濃度が多い場合は、半透膜内で微生物の繁殖が生じるため、半透膜の性能を損ねることはもちろんであるが、剥離してきた微生物を含む汚れ成分が、濃縮排水と一緒に系外、すなわち、環境中に排出されることになるため、好ましいことではない。また、濃縮水を用いて前処理の洗浄に用いる場合は、剥離してきた微生物汚れが入っていると、前処理を汚染してしまうため問題である。
本発明の目的は、低圧で運転される逆浸透膜やナノろ過膜の濃縮水のエネルギーを活用して、濃縮水の浄化を行い、有効利用が可能であり、また環境影響の小さい濃縮水を排出できる淡水製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は次の構成をとる。
（１）  第１の被処理水を加圧して第１の半透膜ユニットＡに送り、半透膜によって濃縮水と透過水である淡水とに分離する淡水製造装置であって、前記第１の半透膜ユニットＡから濃縮水を取り出す濃縮水ラインに流量調整ユニットおよびろ過ユニットを配置するとともに、前記ろ過ユニットの上流側および前記ろ過ユニット自体から選ばれる少なくとも一つに、濃縮水の圧力をろ過ユニットの上限圧力以下に制御する保護ユニットを備える淡水製造装置。
（２）  前記ろ過ユニットが、砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜、カートリッジフィルター、活性炭フィルター、および吸着剤フィルターから選ばれる少なくとも一つを含む前記（１）に記載の淡水製造装置。
（３）  前記保護ユニットが、濃縮水排出ラインと、前記濃縮水排出ラインに設けられ設定圧力以上で開く圧力開放バルブとを含む前記（１）または（２）に記載の淡水製造装置。
（４）  前記第１の被処理水が廃水処理水である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（５）  前記第１の半透膜ユニットＡの上流側に、前記第１の被処理水を処理する前処理ユニットを配置するとともに、前記ろ過ユニットの処理水を前記前処理ユニットの洗浄ラインに供給する前処理水供給ラインを有する前記（１）〜（４）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（６）  前記前処理水供給ラインにオンオフバルブを設けるとともに、前記ろ過ユニットから処理水を取り出すライン上であって前処理水供給ラインとの分岐の下流側に、流量調節バルブを有する前記（５）に記載の淡水製造装置。
（７）  前記第１の半透膜ユニットＡの運転圧力が８０ｐｓｉ以上３００ｐｓｉ以下であるとともに、透過水流量／第１の被処理水流量比が０．７以上、かつ前記ろ過ユニットの運転圧力が４０ｐｓｉ以下である前記（１）〜（６）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（８）  前記第１の半透膜ユニットＡの透過水側に背圧を付与するための機構を備える前記（１）〜（７）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（９）  前記ろ過ユニットでろ過処理した水と、前記第１の被処理水と水質および水温の少なくとも一つが異なる第２の被処理水とを混合する混合ユニットと、前記混合ユニットから得られた混合水に対し半透膜分離処理を行う第２の半透膜ユニットＢをさらに有し、前記第２の半透膜ユニットＢの透過水からなる淡水を得ることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（１０）  前記第１の半透膜ユニットＡの上流側に、前記第１の被処理水を処理する第３の半透膜ユニットＣを配置し、前記第３の半透膜ユニットＣの透過水を一旦圧力開放して中間透過水タンクに貯留した後、昇圧して前記第１の半透膜ユニットＡに送ると共に、前記ろ過ユニットの処理水が前記第３の半透膜ユニットＣの上流側に還流される前記（１）〜（８）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（１１）  前記ろ過ユニットが、精密ろ過膜または限外ろ過膜の複数系列からなり、１系列ずつ順次に自動洗浄される前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（１２）  前記ろ過ユニットのろ材が前記前処理ユニットのろ材および前記第２の半透膜ユニットＢの膜素材の少なくとも一方と同種の素材からなる前記（５）、（６）、（９）のいずれかに記載の淡水製造装置。
（１３）  前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の半透膜ユニットＡの濃縮水に含有される有機物濃度または微生物濃度が、前記第１の半透膜ユニットＡの供給水に含有される有機物濃度または微生物濃度よりも大きく、かつ前記ろ過ユニットの処理水の有機物濃度または微生物濃度が、［（第１の半透膜ユニットＡの濃縮水の有機物濃度もしくは微生物濃度）×供給水流量／濃縮水流量］よりも小さい淡水製造方法。
（１４）  前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の半透膜ユニットＡの運転圧力を８０ｐｓｉ以上３００ｐｓｉ以下、透過水流量／第１の被処理水流量比を０．７以上にするとともに、前記ろ過ユニットの運転圧力を４０ｐｓｉ以下にする淡水製造方法。
（１５）  前記（６）に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記第１の被処理水を前処理ユニットで処理してから前記第１の半透膜ユニットＡに供給するとともに、通常運転の時は、前記オンオフバルブを全閉、前記流量調節バルブを開とし、前記ろ過ユニットの処理水で前処理ユニットを洗浄する時は、前記オンオフバルブを全開にしてから、前記流量調節バルブを徐々に閉じて洗浄水の流量が設定値に達するようにする淡水製造方法。
（１６）  前記（９）に記載の淡水製造装置を用いる淡水製造方法であって、前記ろ過ユニットの処理水のシリカ濃度をＣｓＡ、カルシウム濃度をＣｃＡ、マグネシウム濃度をＣｍＡ、前記第２の被処理水のシリカ濃度をＣｓＢ、カルシウム濃度をＣｃＢ、マグネシウム濃度をＣｍＢとするとき、下記関係式［１］〜［３］のうち、１つまたは２つの関係式が成り立つ淡水製造方法。
［１］  ＣｓＡ＞ＣｓＢ
［２］  ＣｃＡ＞ＣｃＢ
［３］  ＣｍＡ＞ＣｍＢ
【発明の効果】
【０００９】
本発明の淡水製造装置によれば、半透膜ユニット、特に、低圧で運転される逆浸透膜やナノろ過膜の濃縮水ラインにろ過ユニットを直結するようにしたので、濃縮水に残留する圧力エネルギーを有効に活用して、濃縮水の浄化を行い、濃縮水を有効利用したり、環境影響の小さい濃縮水にして排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明に係る淡水製造装置の実施形態の一例を示す概略フロー図である。
【図２】図２は本発明に係る淡水製造装置の他の実施形態の一例を示す概略フロー図である    。
【図３】図３は本発明に係る淡水製造装置の更に他の実施形態の一例を示す概略フロー図である。
【図４】図４は本発明に係る淡水製造装置の更に他の実施形態の一例を示す概略フロー図である。
【図５】図５は本発明に係る淡水製造装置の更に他の実施形態の一例を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。また図面の説明において共通する符号の説明についての記載は省略する。
【００１２】
本発明の淡水製造装置の実施形態の一例を図１に示す。
【００１３】
図１に示す淡水製造装置では、第１の被処理水１（原水）が被処理水タンク２に貯留された後、取水ポンプ３で前処理ユニット４に供給され、濁質除去などの前処理を施された後、中間タンク５に一旦貯留されてから、昇圧ポンプ６によって第１の半透膜ユニットＡに供給・処理される。半透膜ユニットＡでは、導入された前処理水を半透膜の透過成分（透過水）と非透過成分（濃縮水）に分離し、透過水を淡水として透過水タンク９に貯留する。濃縮水は、半透膜ユニットＡから濃縮水ライン１１に取り出され、濃縮水流量調節バルブ８を通って、ろ過ユニット１０に供給され、ろ過処理される。ろ過ユニット１０でろ過処理された処理水は、後述するように有効利用されるか、或いは濃縮水排出バルブ１４を通って排出される。
【００１４】
ここで、半透膜ユニットＡから取り出される透過水の流量（透過水量）は、前処理水の圧力に応じて変動する。このため、前処理水の昇圧ポンプ６の出力を調整すると共に、濃縮水流量調節バルブ８からなる濃縮水流量調節ユニットで濃縮水量と透過水量の比率を調節することによって、透過水量を決定することが出来る。なお、透過水は、必要に応じてｐＨ、ランゲリア指数、殺菌剤濃度、ミネラル濃度などを適宜調節された後、淡水として使用に供される。
【００１５】
ここで、半透膜ユニットＡは、ろ過ユニット１０よりも高圧で運転されるため、本発明の淡水製造装置はろ過ユニット１０を高圧から保護する保護ユニットを有する。保護ユニットとしては特に制約はなくろ過ユニット１０が設定圧力以上にならないような機構を有していれば、設定圧力以上で開放する破裂板や、バネによって通常は閉じているがバネ圧力以上がかかった場合に開放するような機械的な機構でも、圧力センサーによって開放するバルブや、圧力センサーの指示値に応じてバルブ８を閉じたり、昇圧ポンプ６の出力を抑えるような機構のようなものでもよい。本発明では、ろ過ユニット１０の設定上限圧力以上で開放されるバルブ１７と濃縮水排出ライン１９をろ過ユニット１０の上流側に配置すること、ろ過ユニット１０自体が、設定上限圧力以上で開放するバルブ１８と濃縮水排出ライン２０を有することから選ばれる少なくとも一つが必要である。図１には、これら両方の保護ユニットを備えた例を示しているが、いずれか一つを備えることにより本発明の目的を達成することが可能である。これらの保護ユニットにおいては、機械的なオンオフバルブを配置しても構わないが、濃縮水をなるべくろ過ユニットで処理したいという観点からすると、上限圧力を維持しながら、ろ過ユニット１０に濃縮水の一部を供給する方法を採ることが好ましい。その為にはバルブ１７及びバルブ１８がオンオフバルブの場合、設定上限圧力以上で開放されてしまうとろ過ユニット１０への供給水が全て濃縮水排出ライン１９または濃縮水排出ライン２０から排出されてしまい、濃縮水がろ過ユニット１０でろ過出来なくなってしまうので、バルブ１７及びバルブ１８を圧力調節弁とするのが好ましい。この圧力調節弁にて設定上限圧力で制御することにより、圧力が上限圧力以下の場合はバルブ１７、バルブ１８は全閉で濃縮水は全てろ過ユニット１０で処理され、設定上限圧力以上となった場合は、自動圧力制御によりバルブ１７又はバルブ１８を若干開とすることで設定上限圧力を保持し、濃縮水を全量排水するのではなく、濃縮水をなるべくろ過ユニット１０で処理することが可能となる。ここで、取水ポンプ３や昇圧ポンプ６は、必要能力に応じて適宜選択することも出来るし、被処理水タンク２や中間タンク５は必須の構成ではなく、設計に応じて適宜省略すること（すなわち、上流側および下流側の配管を直結すること）も可能である。
【００１６】
前処理ユニット４については、糸巻きやプリーツ式に代表されるカートリッジフィルター、ディスクフィルター、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノフィルター、砂ろ過、生物担体ろ過、活性炭フィルター、吸着剤フィルター、イオン交換樹脂、生物フィルター、プレコートフィルター、浮上分離、沈降分離など、様々なろ過材料を用いることが出来る。またろ過法としても、分離膜を使用する方法、分離膜を使用し被処理水を加圧する加圧法（図１に例示）、分離膜を使用し透過側を吸引する減圧法、また、重力による緩速ろ過分離を適用する方法も出来るし、被処理水を全量ろ過する方法でも、一部を排出するクロスフロー方式と呼ばれる方法でも差し支えない。さらに、物理的な分離のみならず、凝集剤などの薬剤を併用した化学的処理も可能であるし、活性汚泥などで生物処理することも差し支えない。
【００１７】
一方、ろ過ユニット１０は、半透膜ユニットＡから取り出された濃縮水の圧力を利用し、直接ろ過できるろ過ユニットである。このため、ろ過ユニット１０のろ過方式としては、加圧ろ過を採用する必要があるし、全量ろ過であることが好ましい。ろ過材料としては、加圧方式に適用できるものであれば、差し支えなく、カートリッジフィルター、ディスクフィルター、精密ろ過、限外ろ過、砂ろ過、生物担体ろ過、ナノフィルター、プリコートフィルター、活性炭フィルター、イオン交換樹脂に体表される吸着剤フィルターなどを用いることが出来る。
【００１８】
ろ過ユニット１０による除去対象物質としては、濁質や溶解性物質が挙げられるが、特に、微生物やその代謝物、副生成物などである。濃縮水をろ過処理して系外に放出する場合、再利用する場合のいずれでも、微生物やその代謝物、副生成物などが含まれていると問題となりやすいため、上述したろ過処理により濃縮水中の有機物濃度を低減させることが好ましい。
【００１９】
具体的には、半透膜ユニットＡの濃縮水に含有される有機物濃度もしくは微生物濃度が、半透膜ユニットＡへの供給水（第１の被処理水、前処理水または後述する第３の半透膜ユニットＣの透過水）の有機物濃度もしくは微生物濃度よりも大きく、かつろ過ユニット１０の処理水の有機物濃度もしくは微生物濃度が、［（半透膜ユニットＡの濃縮水の有機物濃度もしくは微生物濃度）×半透膜ユニットＡの供給水流量／半透膜ユニットＡの濃縮水流量］よりも小さいことが好ましい。ここで（半透膜ユニットＡの供給水流量／半透膜ユニットＡの濃縮水流量）は半透膜ユニットＡにおける濃縮倍率を表わす。さらに、ろ過ユニットのろ過水を再利用する場合には、ろ過ユニットの処理水の有機物濃度もしくは微生物濃度が半透膜ユニットＡの供給水の有機物濃度もしくは微生物濃度よりも小さくなるようにすると特に好ましい。
【００２０】
ここで、有機物濃度や微生物濃度の測定に関しては、特に制約はないが、有機物濃度については、ＴＯＣ（全有機炭素量）、ＡＯＣ（同化可能有機炭素）、ＤＯＣ（溶解性有機炭素）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）などが一般的である。微生物濃度に関しては、バクテリアカウント、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）、クロロフィルなどを適用することができる。これらの有機物濃度および微生物濃度の測定は、水処理の技術分野において、通常用いられる測定方法を適用することができる。
【００２１】
なお、本発明の適用に効果的な半透膜ユニットＡの濃縮水としては、ＴＯＣとして５ｍｇ／ｌ以上が好ましく、さらに好ましくは１０ｍｇ／ｌ以上であるとよい。とくに、１０ｍｇ／ｌ以上の場合は、環境中に放出する規制値を超える場合が多いので、本発明の淡水製造装置を適用することにより一層大きな効果が得られる。
【００２２】
ところで、ろ過ユニット１０の処理水は、そのまま系外に排出することも差し支えない。また図２に例示するように、濃縮水ライン１１から分岐させた前処理水供給ライン１５を、前処理ユニット４の出口に接続することにより、ろ過ユニット１０の処理水を前処理ユニット４の逆流洗浄に有効利用することも好ましい実施態様である。この場合、前処理水バルブ１２を閉じて、前処理洗浄バルブ１３を開くことによって前処理ユニット４を洗浄することが出来る。特に、本発明では、半透膜ユニットＡにおいて濃縮されたり、半透膜ユニットＡ内部で汚染・繁殖したりした微生物など、濃縮水に含有される成分をろ過ユニット１０によって除去したため、得られたろ過処理水を前処理ユニット４の洗浄水へ適用するのが好ましい。なお、前処理水供給ライン１５は、ろ過ユニット１０の処理水を一旦処理水タンクに貯留してからポンプで供給することも出来れば、直結することも可能である。直結する場合、ろ過ユニットの処理水側に残圧を持たせる必要があり、濃縮水排出バルブ１４の開度を調節することによって前処理水供給ライン１５を通して前処理ユニットに洗浄水として供給する圧力と流量を制御することが可能である。しかしながら、より好ましくは、ろ過ユニット１０と連通する濃縮水ライン１１から前処理水供給ライン１５を分岐し前処理ユニット４の出口へ直結させると、ろ過ユニット１０のろ過水の水圧を利用し無動力で前処理ユニット４の洗浄ができるため非常に好ましい。この場合、前処理洗浄バルブ１３をオンオフバルブとし、濃縮水ライン１１に濃縮水排出バルブ１４を流量調節バルブとし、通常運転の時は、オンオフバルブ（前処理洗浄バルブ１３）を全閉、流量調節バルブ（濃縮水排出バルブ１４）を開にすると共に、ろ過ユニット１０のろ過水を用いて前処理ユニット４を洗浄する際、オンオフバルブ（前処理洗浄バルブ１３）を全開にしてから、洗浄水の流量が設定値に達するまで、流量調節バルブ（濃縮水排出バルブ１４）を徐々に閉じるように制御することが好ましい。なお前処理ユニット４の洗浄に使用された排水は、前処理排水ライン１６から系外に排出される。
【００２３】
なお、ろ過ユニット１０の処理水を前処理ユニット４の洗浄に適用する場合は、殺菌剤を予め添加することも差し支えない。殺菌剤の添加位置としても、半透膜ユニットＡの上流側、ろ過ユニット１０の上流側、ろ過ユニット１０の下流側など、特に限定されないが、例えば、半透膜ユニットＡの上流側に添加すると、半透膜ユニットＡ、ろ過ユニット１０、前処理ユニット４まで、一度に殺菌できるため好ましい。ただし、半透膜ユニットＡの運転条件によっては、ろ過ユニット１０に必要なろ過圧力、さらには、前処理ユニット４を洗浄するための供給圧力が十分に維持できない場合もあり得るため、その場合は、中間昇圧ポンプを取り入れることも出来る。また図３に示すように、半透膜ユニットＡの透過側に背圧バルブ３０を、背圧、すなわち透過側への圧力を付与する機構として設けることにより、半透膜ユニットＡの運転所要圧力が小さいときには、透過側の背圧バルブ３０を絞ることによって背圧をかける（透過側に圧力を付与する）ことによって、運転所要圧力を減じることができる。これによって、被処理水側の圧力、すなわち濃縮水の圧力を高く維持する事が出来、ろ過ユニット１０や前処理洗浄のための還流に必要な圧力を高めることが出来るため、中間昇圧ポンプが不要となり、好ましい実施態様である。
【００２４】
本発明に適用可能な第１の被処理水として、特に制約はなく、代表的な原水として、河川水、海水などの自然水、工業廃水、農業廃水、生活排水やそれらの処理水を挙げることができる。この中でも、廃水やその処理水、とくに、前述のように有機物を多く含む廃水やその処理水が本発明に適しており、とくに廃水が有機物を主体とする有機性廃水、さらに具体的には、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）が１００ｍｇ／Ｌ以上の廃水であり、それを生物処理した処理水である場合、生物処理が不安定であったり、懸濁物質の除去が不十分になる場合があるため、特に本発明を適用すると効果的である。
【００２５】
本発明に適用可能な半透膜ユニットＡに用いる半透膜ユニットとして、特に制約はないが、取扱いを容易にするため中空糸膜状や平膜状の半透膜を筐体に納めて流体分離素子（エレメント）としたものを耐圧容器に装填したものを用いることが好ましい。流体分離素子は、平膜状の半透膜で形成する場合、例えば、多数の孔を穿設した筒状の中心パイプの周りに、半透膜を流路材（ネット）とともに円筒状に巻回したものが一般的であり、市販製品としては、東レ社製逆浸透膜エレメントＴＭ７００シリーズやＴＭ８００シリーズを挙げることができる。これら、流体分離素子は１本で半透膜ユニットを構成でき、また複数本を直列あるいは並列に接続して半透膜ユニットを構成することもできる。とくに、本発明においては、前述のように濃縮水のエネルギー回収ユニットを装備したときのコストパフォーマンスが低い、低圧逆浸透膜もしくはナノろ過膜へ適用すると非常に効果的である。具体的には、半透膜ユニットＡの上限圧力としては好ましくは４５０ｐｓｉ以下であり、ろ過ユニット１０の上限圧力としては好ましくは１００ｐｓｉ以下である。また半透膜ユニットＡの運転圧力が８０ｐｓｉ以上３００ｐｓｉ以下であるとともに、半透膜ユニットＡにおける回収率（透過水流量／被処理水流量比）が０．７以上であり、さらに、ろ過ユニット１０の運転圧力が４０ｐｓｉ以下であることが好ましい。また、これを超える圧力やこれを下回る回収率の場合、エネルギー回収ユニットのコストダウンおよび電力単価次第ではあるが、エネルギー回収ユニットを装備することもリーズナブルになってくる場合があるので、本発明の淡水製造装置、エネルギー回収ユニットのどちらを採用するかについて、詳細の比較が必要である。
【００２６】
本発明において、半透膜の素材としては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微細孔を有する緻密層を持ち、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機能層を有する複合膜のどちらでもよい。
【００２７】
半透膜ユニットにおいては、被処理水（供給水）が濃縮されるため、濃縮によるスケール析出を防止したりｐＨを調整したりするために、それぞれの半透膜ユニットの被処理水（供給水）に対してスケール防止剤や酸・アルカリを添加することが可能である。なお、スケール防止剤を添加する位置は、その添加効果を発揮できるように、ｐＨ調整剤（酸、アルカリ）を添加する位置よりも上流側にすることが好ましい。また、薬品添加の直後にはインラインミキサーを設けたり、添加口を供給水の流れに直接接触するようにするなどして添加口近傍での急激な濃度やｐＨ変化を防止することも好ましい。
【００２８】
スケール防止剤とは、溶液中の金属、金属イオンなどと錯体を形成し、金属あるいは金属塩を可溶化させるもので、有機や無機のイオン性ポリマーあるいはモノマーが使用できる。有機系のポリマーとしてはポリアクリル酸、スルホン化ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアリルアミンなどの合成ポリマーやカルボキシメチルセルロース、キトサン、アルギン酸などの天然高分子が、モノマーとしてはエチレンジアミン四酢酸などが使用できる。また、無機系のスケール防止剤としてはポリリン酸塩などが使用できる。これらのスケール防止剤の中では入手のしやすさ、溶解性など操作のしやすさ、価格の点から特にポリリン酸塩、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）が好適に用いられる。ポリリン酸塩とはヘキサメタリン酸ナトリウムを代表とする分子内に２個以上のリン原子を有し、アルカリ金属、アルカリ土類金属とリン酸原子などにより結合した重合無機リン酸系物質をいう。代表的なポリリン酸塩としては、ピロリン酸４ナトリウム、ピロリン酸２ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘプタポリリン酸ナトリウム、デカポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、およびこれらのカリウム塩などがあげられる。
【００２９】
一方、酸やアルカリとしては、硫酸や水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムが一般的に用いられるが、塩酸、シュウ酸、水酸化カリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウムなどを使用することもできる。但し、海水の場合、スケール成分の増加を防止するためには、カルシウムやマグネシウムを含む酸およびアルカリは使用しない方がよい。
【００３０】
本発明においては、環境に優しい、清澄な濃縮排水を得ることが出来るため、濃縮排水を系外に排出したり、前処理の洗浄に供する以外に、例えば、ろ過ユニットの処理水を第２の被処理水と混合する混合ユニットを設け、得られる混合水を淡水化処理することも本発明の適用に好ましい。かかる態様を図４に例示する。
【００３１】
図４において、第２の被処理水２１を被処理水タンク２２、取水ポンプ２３を通して、必要に応じて前処理ユニット２４で前処理した後、ろ過ユニット１０の処理水と混合し、混合ユニットの一態様である混合水タンク２５で一旦貯留した後、昇圧ポンプ２６によって加圧した後、第２の半透膜ユニットＢへ供給し淡水化処理する。第２の半透膜ユニットＢから得られた透過水は透過水タンク２９に貯留される。半透膜ユニットＢから排出された濃縮水は、濃縮水流量調節バルブ２８を通って排出される。
【００３２】
図４に示すようにろ過ユニット１０の処理水を第２の半透膜ユニットＢに供給する場合、また、図２に例示するように前処理ユニット４の洗浄に用いる場合は、ろ過ユニット１０のろ材として、第２の半透膜ユニットＢの膜素材や前処理ユニット４のろ材と同種の素材を用いることが好ましい。すなわち、例えば、第２の半透膜ユニットＢがポリアミドの半透膜であれば、ろ過ユニット１０もポリアミドのフィルターを用いると、第２の半透膜ユニットＢに吸着して性能低下を引き起こす可能性がある物質を除去することが出来るため、好ましい。
【００３３】
第２の被処理水２１としては、第１の被処理水１と水質、水温の少なくとも片方が異なる水であることが好ましい。すなわち、水質および／または水温が異なる２種類の被処理水を任意の割合で混合することができれば、水質変動を抑制することが出来、第２の半透膜ユニットＢを安定的に運転することが出来る。さらに、半透膜ユニットＢの回収率の上限を決定するのに必要なスケール成分を希釈することが出来る場合は、回収率を上げたり、スケール析出リスクを低減することが出来るため特に好ましい。すなわち、半透膜ユニットで通常スケール析出の原因となるシリカ、カルシウム、マグネシウムについて、混合後のスケール析出リスクが低減するように混合する成分構成になっていることが好ましい。具体的には、ろ過ユニット１０の処理水のシリカ濃度をＣｓＡ、カルシウム濃度をＣｃＡ、マグネシウム濃度をＣｍＡ、第２の被処理水２１のシリカ濃度をＣｓＢ、カルシウム濃度をＣｃＢ、マグネシウム濃度をＣｍＢとするとき、
［１］ＣｓＡ＞ＣｓＢ、［２］ＣｃＡ＞ＣｃＢ、［３］ＣｍＡ＞ＣｍＢ
のうち、１つまたは２つの関係式が成り立つと好ましい。
【００３４】
さらに具体例としては、第１の被処理水１に河川水、地下水、廃水処理水などに多く見られる比較的シリカ濃度が大きな水、第２の被処理水２１としては、カルシウム、マグネシウムを豊富に含んだ海水を用いれば、スケール成分の濃度が希釈された混合水を得ることができ、半透膜ユニットＢの回収率を高くすることができる。
【００３５】
また、本発明を適用する他の実施形態としては、図５に示すように、第３の半透膜ユニットＣを、第１の半透膜ユニットＡの上流側に配置する淡水化システムが例示される。この実施形態では、半透膜ユニットＡの濃縮水をろ過ユニット１０で浄化した後に中間タンク５に還流させることが出来、非常に好ましい実施態様の一つである。
【００３６】
図５において、第１の被処理水１が被処理水タンク２に貯留された後、取水ポンプ３で前処理ユニット４に供給され前処理を施された後、中間タンク５に一旦貯留されてから、昇圧ポンプ３６によって半透膜ユニットＣに供給され１段目の処理が行われる。半透膜ユニットＣの濃縮水は濃縮水流量調節バルブ３８を通して排出される。半透膜ユニットＣの透過水は中間透過水タンク３９に一旦貯留されてから、昇圧ポンプ６によって半透膜ユニットＡに供給され２段目の処理が行われる。半透膜ユニットＡの透過水は透過水タンク９に貯留される。半透膜ユニットＡの濃縮水は、濃縮水ライン１１に取り出され、濃縮水流量調節バルブ８を通って、ろ過ユニット１０に供給され、ろ過処理された後、中間タンク５に還流され、半透膜ユニットＣで更に処理される。
【００３７】
以上の実施態様は、半透膜ユニットＡおよびろ過ユニット１０がそれぞれ１ユニットで構成されているが、それぞれ複数ユニットで構成することも好ましい。ただし、ろ過ユニット１０に関しては、半透膜ユニットＡと直結しているため、１対１で直結させると、洗浄タイミングが同じになるとは限らないため、少なくともろ過ユニット１０が並列に配置された複数系列から構成される、さらに好ましくは、半透膜ユニットＡも併せて並列に配置された複数系列から構成されることが好ましい。とくに、ろ過ユニットが精密ろ過膜や限外ろ過膜からなる場合は、一般に洗浄が数十分から数時間毎に実施されるため、並列に配置された複数系列のろ過ユニットを１ユニットずつ順次に自動洗浄することが好ましい。もちろん、ユニット数が多い場合は、２系列ずつ運転するなどまとめて実施することも差し支えない。
【００３８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１２年７月２日出願の日本特許出願（特願２０１２−１４８４８６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、海水、河川水、地下水、廃水処理水を処理して淡水を得るための半透膜ユニットを用いた淡水製造装置、さらに詳しくは、半透膜の濃縮水のエネルギーを利用して、濃縮水の浄化を行うことが出来る淡水製造装置に関するものであり、濃縮水圧力を利用して、ろ過を行うことでエネルギーを消費せずに、環境中に放流するのに優しい、また再利用しやすい濃縮水を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００４０】
１：第１の被処理水
２：被処理水タンク
３：取水ポンプ
４：前処理ユニット
５：中間タンク
６：昇圧ポンプ
８：濃縮水流量調節バルブ
９：透過水タンク
１０：ろ過ユニット
１１：濃縮水ライン
１２：前処理水バルブ
１３：前処理洗浄バルブ
１４：濃縮水排出バルブ
１５：前処理水供給ライン
１６：前処理排水ライン
１７：バルブ
１８：バルブ
１９：濃縮水排出ライン
２０：濃縮水排出ライン
２１：第２の被処理水
２２：被処理水タンク
２３：取水ポンプ
２４：前処理ユニット
２５：混合水タンク
２６：昇圧ポンプ
２８：濃縮水流量調節バルブ
２９：透過水タンク
３０：背圧バルブ
３５：前処理水タンク
３６：昇圧ポンプ
３８：濃縮水流量調節バルブ
３９：中間透過水タンク
Ａ：第１の半透膜ユニット
Ｂ：第２の半透膜ユニット
Ｃ：第３の半透膜ユニット
【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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