(57)【要約】海水淡水化設備の上流に微生物処理槽が配置され、前記微生物処理槽が、チタニアまたは活性酸素を含むカルシウムアルミネートで構成された殺菌フィルタを備えることにより、海水淡水化設備への微生物の侵入を抑止し海水淡水化システムの信頼性が向上する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水淡水化設備の上流に微生物処理槽が配置され、前記微生物処理槽が、チタニアまたは活性酸素を含むカルシウムアルミネートで構成された殺菌フィルタを備えることを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項２】
請求項１において、前記殺菌フィルタは、前記カルシウムアルミネートの板に水路を設けた構造であること特徴とする海水淡水化システム。
【請求項３】
請求項１において、前記殺菌フィルタは、前記カルシウムアルミネートで構成された多孔質板であること特徴とする海水淡水化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、淡水資源に乏しい地域における海水淡水化システムの需要が増えている。海水淡水化システムとは、塩濃度3.5wt.%の海水から、飲料可能な塩濃度0.05wt.%以下の淡水を製造する設備であり、その製造方式は、大きく分けて液相変化を伴う蒸発法と液相変化を伴わない逆浸透(Reverse Osmosis:RO)膜法及び電気透析法がある。【０００３】
逆浸透膜法とは、水以外のイオンや不純物を透過しない逆浸透膜に接触した海水を加圧することにより淡水と高濃度の塩水を分離する濾過方法であり、蒸発法に比べ原海水の影響を受けやすい。特に、浸透膜の孔径はナノメートル以下であるため、逆浸透膜上に海水中の微生物が繁殖すると容易に目詰まり(Bio-Fouling)を引き起こし、脱塩効率が低下する。【０００４】
水中微生物繁殖防止にかかわる従来技術として、銀担持活性炭を用いる技術が開示されている（特許文献１）。具体的には、排水処理、海水の淡水化、純水の製造等、各種の無機物質、有機物質を含有する液の水処理において、上流に微生物殺菌設備を設け被処理水を銀担持活性炭で殺菌する殺菌手段と殺菌した被処理水を濃縮分離する膜手段を用いる方法である。特許文献１の技術により、被処理水中の微生物を殺菌し、逆浸透膜への微生物の侵入を抑止できる。しかし、銀担持活性炭は、骨格となる活性炭と殺菌作用を持つ銀を併用しているため、銀担持活性炭を再生する場合には、通常の活性炭再生工程である高温加熱し有機物を燃焼する前工程として、活性炭と銀を分離する化学処理が必要である。また、銀担持活性炭を殺菌フィルタとして用いる場合、一般的に活性炭は形状が不均一で担持される銀の面密度もばらつきがあるため、被処理水の流量や殺菌効果の制御が困難であり、淡水化システムの運転効率のさらなる向上や保守工数の削減を考慮すると、必ずしも適した手法とは言えなくなった。【０００５】
そして、水中微生物繁殖防止にかかわる従来技術として、活性酸素を含むカルシウムアルミネートを用いた水中生物付着防止粉末が開示されている（特許文献２）。カルシウムアルミネートとは、CaCO3とAl2O3を原材料とした、組成式12CaO・7Al2O3からなる籠（ケージ）の構造を有すセメントの一種として知られている。このカルシウムアルミネート12CaO・7Al2O3からなる籠内部に活性酸素を取り込むことにより、酸化剤の機能を付与した（特許文献３）。特許文献２の水中生物付着防止粉末は、この活性酸素(O-)を1×1019個/cm3以上含有した結晶カルシウムアルミネートを含む樹脂組成物であり、例えば塗料として用いることにより、水中構造物への生物付着を防止している。しかし、この酸化剤及び水中生物付着防止粉末は、水中構造物を抗菌する効果はあるものの、微生物を補足する機能はないため、下流に配置された逆浸透膜への微生物侵入を防止できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭61-054278号公報
【特許文献２】特開2006-３１２６０２号公報
【特許文献３】特開2002-３２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、海水淡水化設備への微生物侵入を抑止することにより、低コストで高信頼性の海水淡水化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
海水淡水化システムは、海水淡水化設備の上流に微生物処理槽が配置され、前記微生物処理槽が、チタニアまたは活性酸素を含むカルシウムアルミネートで構成された殺菌フィルタを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、環境負荷を低減しつつ、逆浸透膜への微生物侵入を抑止することが可能となり、高信頼性の海水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が係る海水淡水化システムを示す模式図である。
【図２】本発明が係る殺菌フィルタを示す模式図である。
【図３】本発明が係る殺菌フィルタを示す模式図である。
【図４】本発明が係る殺菌フィルタを示す模式図である。
【図５】本発明の実施例を適用した微生物の捕獲量を実験的に求めた結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例を適用した微生物の殺菌量を実験的に求めた結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。【００１２】
図１に示した海水淡水化システムにおいて、逆浸透膜14を備えた淡水化処理槽13の上流に、微生物処理槽18が配置され、前記微生物処理槽18に図2のチタニアまたは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートで構成された殺菌フィルタ21に殺菌用水路22を設けることにより、被処理水に含まれる微生物を殺菌、捕獲し淡水化処理槽13への侵入を防止することを特徴とする。【００１３】
具体的には、殺菌作用を持つチタニアもしくは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートを焼結させ表面にミクロポーラス状の凹凸を形成し効率よく微生物を殺菌・捕獲する。さらに、本発明の殺菌フィルタ21は、殺菌用の水路22を設け、水路の開口面積と長さを変更することにより、淡水化処理槽13への送水量つまり淡水化の処理能力と殺菌効果の最適化が可能となる海水淡水化システムを提供する。そして、殺菌フィルタは、チタニアもしくは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートのみで形成することにより、加水分解により殺菌フィルタの表面が劣化し崩れても、新たなチタニアもしくは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートが露出することにより殺菌及び捕獲の持続性を持たせることを可能とした。また、殺菌フィルタの再生処理も、劣化したチタニアもしくはカルシウムアルミネートを回収し、再度高温焼結すればよく、再生処理も容易となった。【００１４】
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。即ち、海水淡水化設備の上流に、微生物処理槽が配置され、前記微生物処理槽にチタニアまたは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートで構成された殺菌用フィルタを配置した構造が有効である。その殺菌用フィルタは、チタニアまたは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートの板に殺菌用水路を設けた構造であることが有効である。その殺菌用フィルタは、チタニアまたは活性酸素(O-,O2-,O3-)を含むカルシウムアルミネートで構成された多孔質板であることが有効である。【００１５】
以下、実施例を説明する。【００１６】
ここでは本発明による水処理システムを、脱塩処理として逆浸透膜で構成された海水淡水化システムを例として説明する。しかし、本発明は、脱塩処理として逆浸透膜で構成された海水淡水化システムに限るものではなく、廃水処理システムや純水製造装置など、微生物殺菌を伴うその他水処理システムにも有効である。また、被処理水は海水だけではなく、かん水、河川水、排水、温泉水、その他でもよい。本発明はとりわけ、芳香族ポリアミド樹脂など耐薬品性の低い逆浸透膜を用いた海水淡水化システムに特に有効である。
【実施例】
【００１７】
水処理システムのうち、微生物殺菌槽を設けた海水淡水化システムの実施例を述べる。【００１８】
図１は本発明の実施例の説明図であり、海水淡水化システムを例とした模式図である。従来の海水淡水化システムは、主に取水設備より取り入れた原海水中の異物や濁質成分を取り除く1次濾過槽11と、固形物が混入するのを防止するための保安フィルタ12、逆浸透膜14を備えた淡水化処理槽13に海水を高圧で注入する高圧ポンプ17及び、処理水を保管する淡水貯水槽15で構成される。淡水化処理槽13に高圧で注入された被処理水は、ナノポーラス構造の逆浸透膜14を透過した塩濃度0.05%以下の淡水と非透過の濃縮水に分離され、透過水は淡水として淡水貯水槽15に保管される。非透過水は塩濃度が7〜8%と海水の約2倍程度に濃縮されるため、下水処理水と混合希釈した後、海に放水することにより環境への影響を低減している。本発明では、以上の従来型の海水淡水化システムにおける淡水化処理槽13の上流に微生物処理槽18を設け、殺菌水路を有す殺菌フィルタ19を配置することにより、原海水中に生存する微生物を殺菌及び捕獲し、淡水化処理槽13に侵入するのを防止した。【００１９】
図２は、海水淡水化システムにおける微生物殺菌フィルタとして、活性酸素を含有したカルシウムアルミネートの板に殺菌水路を設けた例の模式断面図である。本発明の微生物殺菌フィルタは以下のとおり製造した。まず、殺菌フィルタの構成材となるカルシウムアルミネートを作成するために、炭酸カルシウム（CaCO3）粉末とアルミナ（Al2O3）粉末を混合した後、高温溶融し製造する。このカルシウムアルミネートの製造は、焼成雰囲気や温度を精度よく制御するため、ガス置換が可能な高温雰囲気炉がよく、炭酸カルシウム粉末及びアルミナ粉末はモル比率12:7の割合で混合するのが好ましい。ここではカルシウムアルミネートの製造と活性酸素の含有を同時に行うため、高純度の酸素雰囲気が得られる真空ポンプが併設された高温雰囲気炉を用い、酸素雰囲気中で焼成した。また、焼成温度は１２００℃とした。以上の作成法で得た活性酸素を含有するカルシウムアルミネートをボールミルで破砕後、篩分けによりカルシウムアルミネート粉末の粒径を整えた上で、殺菌水路22を設けた金型で乾式プレス成型した後、再度焼成した。本発明においては、殺菌フィルタの残留応力によるき裂を防止し、全長1μm以上の微生物を捕獲しやすくするため、カルシウムアルミネート粉末の粒径は均一とし、直径1μm以上50μm以下とするのが好ましい。焼成温度は、カルシウムアルミネート粉末の再溶融を防止するために1200℃以下が有効である。【００２０】
以上の、実施例では、板状のカルシウムアルミネートに、金型を用い殺菌水路を設けた殺菌フィルタを製造したが、本発明の殺菌フィルタは図２のような円柱状の水路に限定されたものではなく、被処理水が淡水処理設備に流れるための隙間を殺菌フィルタが有していればよい。例えば図３に示したようなカルシウムアルミネートで形成された円柱棒31を束ね構成されたすき間を水路32とした構造でもよく、また図４のようなポーラス状のフィルタでも有効である。以上の工程により、Bio-Foulingが防止され、信頼性が向上した海水淡水化システムができる。【００２１】
本発明の効果として、実施例の殺菌フィルタを適用した水処理システムの試験結果を図５、６に示す。試験法としては、吸光法を採用した。即ち、水中に微生物が存在すると照射された光は散乱・吸収されるため、吸光度を計測することにより微生物量の相対量を評価できる。そこで、原海水中の異物や濁質成分を濾紙により濾過した海水を、図２の殺菌フィルタで水処理した被処理水中及び殺菌フィルタ未処理の海水中の微生物量を吸光度により評価した（図５）。その結果、被処理水の吸光度は、未処理の吸光度よりも低く、殺菌フィルタを透過させることにより、下流への微生物の侵入が抑止できたことが示された。また、被処理水に含まれる活性微生物量を評価するため、被処理水と未処理水を、硫酸還元菌を対象とした同定手法（海洋アセスメントのための微生物実験法p94-97を参照）で２週間培地成長させた。その結果、未処理水では微生物の活性を示す硫化鉄形成による培地の黒化が確認されたものの、被処理水では黒化がなく、殺菌フィルタにより活性微生物の侵入を抑止できる結果が得られた（図６）。【００２２】
ここで、本発明の実施例より殺菌フィルタの下流への微生物の侵入が抑制できた理由を説明する。活性炭素を含有したカルシウムアルミネートの殺菌機能を有す機構については明らかになっていないが、カルシウムアルミネートの加水分解により放出された活性酸素が持つ酸化力により細胞膜や細胞内酵素を破壊されたと推定している。以上により、本発明により微生物の侵入及びBio-Foulingが抑止された海水化淡水化システムを提供できることが実証された。【００２３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、実施例の図１〜６を基に詳細に説明した。なお、本実施例のチタニア及び活性酸素を含むカルシウムアルミネートの殺菌フィルタとして、板材に殺菌水路を設けた構造及び、円柱を組合せ出来たすきまを殺菌水路とした構造、及び多孔質板の構造を用いたが、本発明はチタニア及び活性酸素を含むカルシウムアルミネートの固形物を組合せた他の構造にも適用可能であり、これに限定したものではない。
【符号の説明】
【００２４】
11…1次濾過槽、12…安全フィルタ、13…淡水化処理槽、14…逆浸透膜、15…淡水貯水槽、16…送水ポンプ、17…高圧ポンプ、18…微生物処理槽、19…殺菌フィルタ、21…殺菌板（チタニア、活性酸素を含むカルシウムアルミネート）、22…殺菌水路、31…殺菌棒（チタニア、活性酸素を含むカルシウムアルミネート）、32…殺菌水路、41…殺菌多孔板（チタニア、活性酸素を含むカルシウムアルミネート）、42…殺菌水路、61…微生物培地、62…硫化鉄による黒化。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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