(57)【要約】【課題】簡便に正浸透膜を逆洗するための水処理システムを提供する。【解決手段】水処理システム（１００）は、第１室（１１）と、第２室（１２）と、第１室（１１）と第２室（１２）とを隔てている正浸透膜（１５）と、第３室（２１）と、第４室（２２）と、第３室（２１）と第４室（２２）とを隔てているろ過膜（２５）と、第１経路（４３）と、第２経路（４４）と、第１経路（４３）に配置された弁（５０）とを備える。弁（５０）を操作することにより、第１室（１１）から第２室（１２）に水が移動し、第３室（２１）から第４室（２２）に水が移動する水処理運転と、第４室（２２）から第３室（２１）に水が移動し、第２室（１２）から第１室（１１）に水が移動する逆洗運転とが相互に切り替わる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が供給される第１室と、
誘導液で満たされた第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔てている正浸透膜と、
前記誘導液で満たされた第３室と、
第４室と、
前記第３室と前記第４室とを隔てているろ過膜と、
前記第３室から前記第２室へと前記誘導液を送るための第１経路と、
前記第２室から前記第３室へと前記誘導液を送るための第２経路と、
前記第１経路に配置された弁と、を備え、
前記弁を操作することにより、前記第１室から前記第２室へと前記正浸透膜を介して水が移動し、前記第３室から前記第４室へと前記ろ過膜を介して水が移動する水処理運転と、前記第４室から前記第３室へと前記ろ過膜を介して水が移動し、前記第２室から前記第１室へと前記正浸透膜を介して水が移動する逆洗運転とが相互に切り替わる、水処理システム。
【請求項２】
前記弁は、前記第１経路における前記誘導液の流量を調節する流量調節弁である、請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記第１経路、前記第２経路、前記第２室及び前記第３室は、大気から隔離された閉鎖空間を規定している、請求項１又は２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記第２経路に配置されたポンプをさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項５】
水を貯留するタンクと、
前記第４室と前記タンクとを接続している第３経路と、
をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項６】
前記第３経路に配置されたポンプをさらに備えた、請求項５に記載の水処理システム。
【請求項７】
水を貯留するタンクと、
前記第４室と前記タンクとを接続し、前記タンク内の水を前記第４室へと供給するための給水路と、
前記第４室と前記タンクとを接続し、前記４室内の水を前記タンクへと排出するための排水路と、
をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記第１室に接続され、前記第１室へと前記原水を供給するための原水供給路と、
前記第１室に接続され、前記第１室から前記原水を排出するための原水排出路と、
前記原水供給路と前記原水排出路とを接続しているバイパス経路と、
をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項９】
前記誘導液は、親水性の高分子化合物、及び、親水性の官能基を有する粒子からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項１０】
水処理システムの運転方法であって、
前記水処理システムは、
原水が供給される第１室と、
誘導液で満たされた第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔てている正浸透膜と、
前記誘導液で満たされた第３室と、
第４室と、
前記第３室と前記第４室とを隔てているろ過膜と、
前記第３室から前記第２室へと前記誘導液を送るための第１経路と、
前記第２室から前記第３室へと前記誘導液を送るための第２経路と、
前記第１経路に配置された弁と、
を備え、
前記運転方法は、
前記第１室から前記第２室へと前記正浸透膜を介して水を移動させ、前記第３室から前記第４室へと前記ろ過膜を介して水を移動させる水処理運転を行うことと、
前記第４室から前記第３室へと前記ろ過膜を介して水を移動させ、前記第２室から前記第１室へと前記正浸透膜を介して水を移動させる逆洗運転を行うことと、
前記弁を操作することによって、前記水処理運転と前記逆洗運転とを相互に切り替えることと、
を含む、水処理システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水処理システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水などの原水から水を得るための方法として、正浸透膜（ＦＯ膜）を利用する方法が知られている。正浸透膜を利用する方法によれば、逆浸透膜（ＲＯ膜）を利用する方法に比べて、水を得るために必要なエネルギーを低減できる。
【０００３】
図１０に示すように、特許文献１には、正浸透膜２１５を利用した正浸透造水システム２００が記載されている。正浸透造水システム２００は、正浸透装置２１０及び膜分離装置２２０を備えている。正浸透装置２１０は、正浸透膜２１５、供給液流路２１１及び第１の吸収液流路２１２を有する。供給液流路２１１及び第１の吸収液流路２１２は、正浸透膜２１５によって隔てられている。膜分離装置２２０は、ろ過膜２２５、第２の吸収液流路２２１及び淡水流路２２２を有する。第２の吸収液流路２２１及び淡水流路２２２は、ろ過膜２２５によって隔てられている。ろ過膜２２５は、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）である。
【０００４】
正浸透造水システム２００を使用することによって、次のように原水から水を得ることができる。原水を供給液流路２１１に供給する。第１の吸収液流路２１２には、原水よりも高い溶質の濃度を有する吸収液が収容されている。正浸透膜２１５を介して、原水から吸収液に水が移動する。次に、吸収液を第２の吸収液流路２２１に供給する。ろ過膜２２５を介して、吸収液に含まれた水が淡水流路２２２に移動する。
【０００５】
正浸透膜を利用した水処理システムでは、正浸透膜の表面に堆積物が生じ、目詰まりすることがある。目詰まりを防ぐためには、定期的に正浸透膜を逆洗する必要がある。正浸透膜の逆洗は、誘導液（吸収液）の浸透圧を原水よりも低下させることによって実施できる（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−４１４０４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
誘導液の浸透圧を原水よりも低下させるためには、誘導液の濃度を大きく低下させる必要がある。
【０００８】
本開示は、簡便に正浸透膜を逆洗するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本開示は、
原水が供給される第１室と、
誘導液で満たされた第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔てている正浸透膜と、
前記誘導液で満たされた第３室と、
第４室と、
前記第３室と前記第４室とを隔てているろ過膜と、
前記第３室から前記第２室へと前記誘導液を送るための第１経路と、
前記第２室から前記第３室へと前記誘導液を送るための第２経路と、
前記第１経路に配置された弁と、を備え、
前記弁を操作することにより、前記第１室から前記第２室へと前記正浸透膜を介して水が移動し、前記第３室から前記第４室へと前記ろ過膜を介して水が移動する水処理運転と、前記第４室から前記第３室へと前記ろ過膜を介して水が移動し、前記第２室から前記第１室へと前記正浸透膜を介して水が移動する逆洗運転とが相互に切り替わる、水処理システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の水処理システムによれば、簡便に正浸透膜を逆洗することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の実施形態１にかかる水処理システムの構成図である。
【図２】図２は、原水、誘導液及び処理水のそれぞれの浸透圧の関係を示す図である。
【図３】図３は、水処理システムによる水処理運転を説明するための図である。
【図４】図４は、水処理システムによる逆洗運転を説明するための図である。
【図５】図５は、本開示の実施形態２にかかる水処理システムの構成図である。
【図６】図６は、本開示の実施形態３にかかる水処理システムの構成図である。
【図７】図７は、本開示の実施形態４にかかる水処理システムの構成図である。
【図８】図８は、本開示の実施形態４の変形例にかかる水処理システムの構成図である。
【図９】図９は、測定例１における誘導液に印加した圧力と限外ろ過膜を透過した水の流束との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、従来の水処理システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示の基礎となった知見）
特許文献２には、誘導液（高浸透圧溶液）の濃度が大きく変化しないように、逆洗の途中で誘導液を調整タンクに送る方法が開示されている。しかし、特許文献２の方法では、誘導液の濃度の低下を十分に防ぐことが容易ではない。特許文献２の海水淡水化システムは、複雑な構成を必要としているという問題もある。
【００１３】
水処理システムが他のろ過膜を有するとき、正浸透膜だけでなく、ろ過膜も定期的に逆洗する必要がある。そのため、正浸透膜とともにろ過膜を逆洗できる水処理システムが求められている。
【００１４】
本開示の第１態様にかかる水処理システムは、
原水が供給される第１室と、
誘導液で満たされた第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔てている正浸透膜と、
前記誘導液で満たされた第３室と、
第４室と、
前記第３室と前記第４室とを隔てているろ過膜と、
前記第３室から前記第２室へと前記誘導液を送るための第１経路と、
前記第２室から前記第３室へと前記誘導液を送るための第２経路と、
前記第１経路に配置された弁と、を備え、
前記弁を操作することにより、前記第１室から前記第２室へと前記正浸透膜を介して水が移動し、前記第３室から前記第４室へと前記ろ過膜を介して水が移動する水処理運転と、前記第４室から前記第３室へと前記ろ過膜を介して水が移動し、前記第２室から前記第１室へと前記正浸透膜を介して水が移動する逆洗運転とが相互に切り替わるものである。
【００１５】
第１態様によれば、弁は、水処理運転と逆洗運転とを相互に切り替えることができる。詳細には、弁を操作することによって、第２室及び第３室のそれぞれの内部の圧力を調節できる。そのため、逆洗運転のときに、誘導液の浸透圧を原水よりも低下させる必要がない。すなわち、誘導液の濃度をほとんど低下させずに、簡便に正浸透膜を逆洗することができる。
【００１６】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる水処理システムの前記弁は、前記第１経路における前記誘導液の流量を調節する流量調節弁である。第２態様によれば、第２室及び第３室のそれぞれの内部の圧力を容易に調節できる。
【００１７】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる水処理システムの前記第１経路、前記第２経路、前記第２室及び前記第３室は、大気から隔離された閉鎖空間を規定している。第３態様によれば、第２室及び第３室のそれぞれの内部の圧力を容易に調節できる。
【００１８】
本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる水処理システムは、前記第２経路に配置されたポンプをさらに備える。第４態様によれば、第３室の内部の圧力を容易に調節できる。
【００１９】
本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる水処理システムは、水を貯留するタンクと、前記第４室と前記タンクとを接続している第３経路と、をさらに備える。第５態様によれば、水処理運転によって得られた水をタンクで貯留することができる。そのため、水処理運転によって得られた水を逆洗運転に利用することができる。
【００２０】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかる水処理システムは、前記第３経路に配置されたポンプをさらに備える。第６態様によれば、タンクから第４室に水を容易に供給できる。
【００２１】
本開示の第７態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる水処理システムは、水を貯留するタンクと、前記第４室と前記タンクとを接続し、前記タンク内の水を前記第４室へと供給するための給水路と、前記第４室と前記タンクとを接続し、前記４室内の水を前記タンクへと排出するための排水路と、をさらに備える。第７態様によれば、水処理運転によって得られた水をタンクで貯留することができる。そのため、水処理運転によって得られた水を逆洗運転に利用することができる。
【００２２】
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つにかかる水処理システムは、前記第１室に接続され、前記第１室へと前記原水を供給するための原水供給路と、前記第１室に接続され、前記第１室から前記原水を排出するための原水排出路と、前記原水供給路と前記原水排出路とを接続しているバイパス経路と、をさらに備える。第８態様によれば、水処理運転によって第１室から排出された原水を原水供給路に送ることができる。すなわち、第１室における原水の浸透圧を上昇させることができる。これにより、正浸透膜を容易に逆洗できる。
【００２３】
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つにかかる水処理システムの前記誘導液は、親水性の高分子化合物、及び、親水性の官能基を有する粒子からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第９態様によれば、親水性の高分子化合物、及び、親水性の官能基を有する粒子は、正浸透膜及びろ過膜をほとんど透過しない。そのため、水処理運転及び逆洗運転を長時間実施しても、誘導液の濃度がほとんど低下しない。
【００２４】
本開示の第１０態様にかかる水処理システムの運転方法は、
水処理システムの運転方法であって、
前記水処理システムは、
原水が供給される第１室と、
誘導液で満たされた第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔てている正浸透膜と、
前記誘導液で満たされた第３室と、
第４室と、
前記第３室と前記第４室とを隔てているろ過膜と、
前記第３室から前記第２室へと前記誘導液を送るための第１経路と、
前記第２室から前記第３室へと前記誘導液を送るための第２経路と、
前記第１経路に配置された弁と、
を備え、
前記運転方法は、
前記第１室から前記第２室へと前記正浸透膜を介して水を移動させ、前記第３室から前記第４室へと前記ろ過膜を介して水を移動させる水処理運転を行うことと、
前記第４室から前記第３室へと前記ろ過膜を介して水を移動させ、前記第２室から前記第１室へと前記正浸透膜を介して水を移動させる逆洗運転を行うことと、
前記弁を操作することによって、前記水処理運転と前記逆洗運転とを相互に切り替えることと、
を含むものである。
【００２５】
第１０態様によれば、弁を操作することによって、水処理運転と逆洗運転とを相互に切り替えることができる。詳細には、弁を操作することによって、第２室及び第３室のそれぞれの内部の圧力を調節できる。そのため、逆洗運転のときに、誘導液の浸透圧を原水よりも低下させる必要がない。すなわち、誘導液の濃度をほとんど低下させずに、簡便に正浸透膜を逆洗することができる。
【００２６】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２７】
（実施形態１）
図１に示すように、本開示の一実施形態にかかる水処理システム１００は、第１タンク１０及び第２タンク２０を備えている。図１は、第１タンク１０及び第２タンク２０のそれぞれの断面を示している。第１タンク１０は、互いに向かい合う１対の壁面を３組有する。第１タンク１０は、第１室１１及び第２室１２を有する。第１タンク１０の内部には、正浸透膜１５が配置されている。第１タンク１０の内部において、正浸透膜１５は、第１室１１と第２室１２とを隔てている。正浸透膜１５は、第１タンク１０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。
【００２８】
第１室１１には、原水８０が供給される。第１室１１は、原水８０で満たされている。原水８０は、処理されるべき水であり、例えば、海水又は下水である。第１室１１は、第１タンク１０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。第１室１１は、入口１１ａ及び出口１１ｂを有する。入口１１ａは、第１タンク１０の１対の壁面の一方に形成された開口である。出口１１ｂは、第１タンク１０の１対の壁面の他方に形成された開口である。
【００２９】
第２室１２は、誘導液８１で満たされている。誘導液８１は、水を含む。第２室１２は、第１タンク１０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。第２室１２は、第１室１１に隣接している。第２室１２の容積は、第１室１１の容積と同じであってもよく、異なっていてもよい。第２室１２は、入口１２ａ及び出口１２ｂを有する。入口１２ａは、第１タンク１０の１対の壁面の一方に形成された開口である。出口１２ｂは、第１タンク１０の１対の壁面の他方に形成された開口である。第１タンク１０において、第２室１２の入口１２ａを有する壁面は、第１室１１の出口１１ｂを有する壁面と同一である。第１タンク１０において、第２室１２の出口１２ｂを有する壁面は、第１室１１の入口１１ａを有する壁面と同一である。
【００３０】
第２タンク２０は、互いに向かい合う１対の壁面を３組有する。第２タンク２０は、第３室２１及び第４室２２を有する。第２タンク２０の内部には、ろ過膜２５が配置されている。第２タンク２０の内部において、ろ過膜２５は、第３室２１と第４室２２とを隔てている。ろ過膜２５は、第２タンク２０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。
【００３１】
第３室２１は、誘導液８１で満たされている。第３室２１は、第２タンク２０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。第３室２１は、入口２１ａ及び出口２１ｂを有する。入口２１ａは、第２タンク２０の１対の壁面の一方に形成された開口である。出口２１ｂは、第２タンク２０の１対の壁面の他方に形成された開口である。
【００３２】
第４室２２は、処理水８２で満たされている。処理水８２は、典型的には、水処理システム１００の水処理運転によって得られた水である。水処理システム１００によって逆洗運転を実施するとき、処理水８２は、逆洗用水として用いられてもよい。第４室２２は、第２タンク２０の１対の壁面の一方から他方まで延びている。第４室２２は、第３室２１に隣接している。第４室２２の容積は、第３室２１の容積と同じであってもよく、異なっていてもよい。第４室２２は、入口２２ａ及び出口２２ｂを有する。入口２２ａは、第２タンク２０の１つの壁面に形成された開口である。出口２２ｂは、第２タンク２０の１つの壁面に形成された開口である。第２タンク２０において、第４室２２の入口２２ａを有する壁面は、出口２２ｂを有する壁面と同一である。
【００３３】
水処理システム１００は、さらに、原水供給路４１及び原水排出路４２を備えている。原水供給路４１は、原水供給源（図示省略）から第１室１１に原水８０を供給するための経路である。原水供給源は、例えば、原水を貯留しているタンクである。原水供給路４１は、原水供給源と第１室１１の入口１１ａとを接続している。原水供給路４１には、ポンプ６０が配置されている。ポンプ６０は、原水８０を昇圧するためのポンプである。ポンプ６０を操作することによって原水８０の流量を調節できる。
【００３４】
原水排出路４２は、第１室１１から水処理システム１００の外部に原水８０を排出するための経路である。原水排出路４２は、排水口７０を含む。排水口７０は、原水排出路４２から原水８０を排出するための開口である。原水排出路４２は、第１室１１の出口１１ｂから排水口７０まで延びている。
【００３５】
水処理システム１００は、さらに、第１経路４３、弁５０及び制御器６５を備えている。第１経路４３は、誘導液８１を第３室２１から第２室１２に送るための経路である。第１経路４３は、第３室２１の出口２１ｂと第２室１２の入口１２ａとを接続している。第１経路４３は、誘導液８１で満たされている。
【００３６】
弁５０は、第１経路４３に配置されている。弁５０は、開閉弁であってもよく、流量調節弁であってもよい。弁５０が流量調節弁であるとき、例えば、弁５０の開度を変更することによって、第１経路４３における誘導液８１の流量を調節できる。本明細書において、「開度」とは、流量調節弁を全開にしたときに誘導液８１が通る通路の断面積に対する誘導液８１が実際に通る通路の断面積の比率である。
【００３７】
制御器６５は、弁５０の開度を制御する。詳細には、制御器６５は、弁５０のアクチュエータを電気的に制御する。すなわち、制御器６５に対して指令を与えることによって、弁５０を操作することができる。ただし、弁５０の操作は、作業員によって行われてもよい。
【００３８】
水処理システム１００は、さらに、第２経路４４を備えている。第２経路４４は、誘導液８１を第２室１２から第３室２１に送るための経路である。第２経路４４は、第２室１２の出口１２ｂと第３室２１の入口２１ａとを接続している。第２経路４４は、誘導液８１で満たされている。第２経路４４には、ポンプ６１が配置されている。ポンプ６１は、誘導液８１を昇圧するためのポンプである。ポンプ６１を操作することによって、第２経路４４における誘導液８１の流量を調節できる。
【００３９】
水処理システム１００において、第１経路４３、第２経路４４、第２室１２及び第３室２１は、大気から隔離された閉鎖空間を規定している。閉鎖空間が誘導液８１で満たされている。閉鎖空間は、水処理システム１００の外部に開放していない。水処理システム１００は、第１経路４３又は第２経路４４から分岐した他の経路を備えていない。水処理システム１００は、誘導液８１を貯留する他のタンクを備えていない。ただし、水処理システム１００は、後述する逆洗運転を実施できる限り、第１経路４３又は第２経路４４から分岐した他の経路を備えていてもよく、誘導液８１を貯留する他のタンクを備えていてもよい。
【００４０】
水処理システム１００は、さらに、給水路４５及び排水路４６を備えている。給水路４５は、貯水タンクなどの水源（図示省略）から第４室２２に逆洗用水を供給するための経路である。給水路４５は、水源と第４室２２の入口２２ａとを接続している。給水路４５には、ポンプ６２が配置されている。ポンプ６２は、逆洗用水を昇圧するためのポンプである。ポンプ６２を操作することによって逆洗用水の流量を調節できる。
【００４１】
排水路４６は、第４室２２から水処理システム１００の外部に処理水８２を排出するための経路である。排水路４６は、排水口７１を含む。排水口７１は、排水路４６から処理水８２を排出するための開口である。排水路４６は、第４室２２の出口２２ｂから排水口７１まで延びている。
【００４２】
水処理システム１００の経路のそれぞれは、例えば、金属製又は樹脂製の配管で構成されている。
【００４３】
正浸透膜１５は、原水８０又は誘導液８１から水を選択的に透過する半透膜であれば、特に限定されない。正浸透膜１５の材料は、例えば、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、ポリベンゾイミダゾール及びグラフェンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４４】
ろ過膜２５は、誘導液８１から水を選択的に透過する半透膜であれば、特に限定されない。ろ過膜２５は、典型的には、限外ろ過膜である。ろ過膜２５の材料は、例えば、正浸透膜１５の材料として例示した材料を含む。ろ過膜２５の材料は、正浸透膜１５の材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４５】
誘導液８１は、典型的には、分散質を含む水である。誘導液８１において、分散質が水に分散している。分散質は、例えば、親水性の高分子化合物、及び、親水性の官能基を有する粒子からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。このとき、分散質は、正浸透膜１５及びろ過膜２５をほとんど透過しない。そのため、水処理運転及び逆洗運転を長時間実施しても、誘導液８１における分散質の濃度がほとんど低下しない。分散質は、親水性の官能基を有する粒子を主成分として含んでいてもよい。「主成分」とは、分散質に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。分散質は、実質的に親水性の官能基を有する粒子からなっていてもよい。「実質的に〜からなる」は、言及された成分の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味する。ただし、分散質は、親水性の官能基を有する粒子の他に不純物を含んでいてもよい。
【００４６】
親水性の高分子化合物は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム及びポリスチレンスルホン酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。親水性の高分子化合物は、親水性の官能基を有するデンドリマーを含んでいてもよい。親水性の官能基は、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基及びスルホン酸基からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４７】
親水性の官能基を有する粒子において、親水性の官能基は、例えば、粒子の表面に位置している。
【００４８】
親水性の官能基を有する粒子の平均粒径は、１〜１０ｎｍの範囲にあってもよい。「平均粒径」は、次の方法で測定することができる。上記の粒子を電子顕微鏡で観察し、任意の数の粒子（例えば５０個）の直径を測定する。得られた測定値を用いて算出された平均値により、平均粒径が定められる。電子顕微鏡で観察された粒子の面積と等しい面積を有する円の直径を粒子の直径とみなすことができる。粒子の形状は、特に限定されない。粒子の形状には、球状、鱗片状、繊維状などの様々な形状が含まれる。粒子の形状が球状であるとき、正浸透膜１５及びろ過膜２５に対する粒子の透過をより抑制できる。
【００４９】
水処理システム１００によって水処理運転を行ったとき、原水８０、誘導液８１及び処理水８２は、図２に示す浸透圧πの大小関係を満たしている。原水８０の浸透圧は、原水８０における溶質の濃度に起因する。誘導液８１の浸透圧は、誘導液８１における分散質の濃度に起因する。図２において、Ａ１は、第１室１１の入口１１ａ付近での原水８０の浸透圧を示す。Ａ２は、第１室１１の出口１１ｂ付近での原水８０の浸透圧を示す。Ａは、Ａ１及びＡ２の平均値である。Ｂ１は、第２室１２の出口１２ｂ付近での誘導液８１の浸透圧を示す。Ｂ２は、第２室１２の入口１２ａ付近での誘導液８１の浸透圧を示す。Ｂは、Ｂ１及びＢ２の平均値である。Ｃは、処理水８２の浸透圧を示す。本明細書において、「原水８０に含まれた水」、「誘導液８１に含まれた水」、「処理水８２」及び「逆洗用水」のそれぞれは、浸透圧Ｃ又は浸透圧Ｃよりも低い浸透圧を示す水を意味する。そのため、本明細書では、「原水８０に含まれた水」、「誘導液８１に含まれた水」、「処理水８２」及び「逆洗用水」のそれぞれを単に「水」と呼ぶことがある。
【００５０】
Ｂ２の値は、Ａ２よりも高い。Ｂ１の値は、Ａ１よりも高い。Ｂ２は、例えば、Ａ２＜Ｂ２≦３×Ａ１を満たす。Ａ、Ｂ及びＣは、Ｂ＞Ａ＞Ｃを満たす。ＡとＢとの差をΔＡＢと定義する。ＢとＣとの差をΔＢＣと定義する。ΔＡＢ及びΔＢＣは、ΔＢＣ＞ΔＡＢを満たす。Ａ２の値は、Ａ１の２倍以上であってもよい。Ｂ２の値は、Ｂ１の２倍以上であってもよい。一例として、Ａ１、Ａ２及びＡは、それぞれ、３．０ＭＰａ、６．０ＭＰａ及び４．５ＭＰａである。一例として、Ｂ１、Ｂ２及びＢは、それぞれ、３．５ＭＰａ、７．０ＭＰａ及び５．２５ＭＰａである。Ｃは、例えば、０ＭＰａである。
【００５１】
次に、水処理システム１００の水処理運転を説明する。
【００５２】
まず、弁５０を閉じる、又は、弁５０の開度を減少させる。次に、図３に示すように、原水供給路４１から第１室１１に原水８０を供給する。図３において、破線は、水などの液体が移動する方向を示している。原水８０は、第１室１１の入口１１ａから出口１１ｂに向かう方向に移動する。原水８０の供給とともに、第１経路４３から第２室１２に誘導液８１を供給する。誘導液８１は、第２室１２の入口１２ａから出口１２ｂに向かう方向に移動する。水処理システム１００において、原水８０は、対向流の形式で処理される。このとき、原水８０を効率的に処理することができる。
【００５３】
誘導液８１の浸透圧Ｂが原水８０の浸透圧Ａよりも高いため、原水８０に含まれた水の一部は、正浸透膜１５を透過する。これにより、正浸透膜１５を介して、第１室１１から第２室１２に水が移動する。第２室１２に移動した水は、誘導液８１と混合される。原水８０における溶質の濃度は、第１室１１の入口１１ａから出口１１ｂに向かって、徐々に上昇する。誘導液８１における分散質の濃度は、第２室１２の入口１２ａから出口１２ｂに向かって、徐々に低下する。第１室１１で処理された原水８０は、原水排出路４２を通じて水処理システム１００の外部に排出される。
【００５４】
第２室１２で処理された誘導液８１は、第２経路４４を通じて第３室２１に供給される。水処理運転では、弁５０の開度が減少しているため、誘導液８１の供給とともに第３室２１の内部の圧力が上昇する。第３室２１の内部の圧力が誘導液８１の浸透圧Ｂ１と処理水８２の浸透圧Ｃとの差を上回ったとき、誘導液８１に含まれた水の一部がろ過膜２５を透過する。これにより、ろ過膜２５を介して、第３室２１から第４室２２に水が移動する。第４室２２に移動した水は、処理水８２と混合される。以上のとおり、水処理運転によって、原水８０から水を得ることができる。
【００５５】
第４室２２の処理水８２の一部は、排水路４６を通じて水処理システム１００の外部に排出される。誘導液８１は、第３室２１の入口２１ａから出口２１ｂに向かう方向に移動する。弁５０が完全に閉じていない場合、第３室２１で処理された誘導液８１は、第１経路４３を移動する。このとき、誘導液８１は、第１経路４３、第２室１２、第２経路４４及び第３室２１をこの順番で循環する。
【００５６】
第３室２１の内部の圧力は、例えば、誘導液８１の浸透圧Ｂ２と処理水８２の浸透圧Ｃとの差に調節される。第３室２１の内部の圧力は、弁５０の開度によって調節できる。弁５０とともに第２経路４４に配置されたポンプ６１を操作すれば、第３室２１の内部の圧力をより容易に調節できる。水処理システム１００では、第１経路４３、第２経路４４、第２室１２及び第３室２１によって規定された閉鎖空間が誘導液８１で満たされている。そのため、第１室１１から第２室１２に水が移動するにつれて、第２室１２及び第３室２１のそれぞれの内部の圧力が上昇する。これにより、ポンプ６１を稼働するためのエネルギーが小さくても、第３室２１の内部の圧力を十分に上昇できる。
【００５７】
ろ過膜２５として限外ろ過膜を用いた場合であっても、水処理システム１００において、誘導液８１に含まれた分散質は、ろ過膜２５を透過しない。すなわち、水処理システム１００では、ろ過膜２５として、ナノフィルトレーション膜（ＮＦ膜）又は逆浸透膜を用いる必要がない。限外ろ過膜の平均孔径は、一般的に、ＮＦ膜及び逆浸透膜よりも大きい。そのため、ＮＦ膜又は逆浸透膜と比べて、限外ろ過膜では、単位圧力当たりの膜を透過する水の流量が大きい。一例において、限外ろ過膜における単位圧力当たりの膜を透過する水の流量は、逆浸透膜における単位圧力当たりの膜を透過する水の流量の約１０倍である。そのため、ろ過膜２５として限外ろ過膜を用いたとき、本実施形態の水処理システム１００において、原水から水を得るために必要なエネルギーは、逆浸透膜を利用した水処理システムに比べて小さい。限外ろ過膜によって誘導液を処理する方法は、蒸留、磁気分離などの他の方法によって誘導液を処理する方法に比べて、分離精度及びエネルギーの観点から有利である。ただし、ろ過膜２５は、ＮＦ膜又は逆浸透膜であってもよい。
【００５８】
次に、水処理システム１００の逆洗運転を説明する。
【００５９】
まず、弁５０を開く、又は、弁５０の開度を増加させる。これにより、第３室２１の内部の圧力が低下する。第３室２１の内部の圧力が誘導液８１の浸透圧Ｂ１と逆洗用水８３の浸透圧との差を下回ったとき、図４に示すように、逆洗用水８３の一部がろ過膜２５を透過する。すなわち、ろ過膜２５を介して、第４室２２から第３室２１に水が移動する。これにより、ろ過膜２５が逆洗される。水処理運転と同じように、第３室２１の内部の圧力は、弁５０の開度によって調節できる。弁５０とともに第２経路４４に配置されたポンプ６１を操作すれば、第３室２１の内部の圧力をより容易に調節できる。
【００６０】
第３室２１に水が移動するとともに、給水路４５を通じて逆洗用水が第４室２２に供給される。このとき、給水路４５に配置されたポンプ６２を操作すれば、第４室２２の内部の圧力を増加させることができる。第４室２２の内部の圧力が増加すると、ろ過膜２５を容易に逆洗できる。
【００６１】
水処理システム１００では、第１経路４３、第２経路４４、第２室１２及び第３室２１によって規定された閉鎖空間が誘導液８１で満たされている。そのため、第４室２２から第３室２１に水が移動するにつれて、第２室１２及び第３室２１のそれぞれの内部の圧力が上昇する。第２室１２の内部の圧力が誘導液８１の浸透圧Ｂと原水８０の浸透圧Ａとの差ΔＡＢを上回ったとき、誘導液８１に含まれた水の一部が正浸透膜１５を透過する。すなわち、正浸透膜１５を介して、第２室１２から第１室１１に水が移動する。これにより、正浸透膜１５が逆洗される。
【００６２】
ろ過膜２５及び正浸透膜１５を定期的に逆洗することによって、ファウリングを十分に防止することができる。ファウリングとは、ろ過膜２５又は正浸透膜１５の細孔が溶質、分散質、夾雑物などの堆積物によって閉塞することを意味する。逆洗運転によって、ろ過膜２５及び正浸透膜１５の表面又は内部の堆積物を除去できる。逆洗運転の時間及び頻度は、特に限定されない。逆洗運転の時間は、例えば、５〜１５分の範囲にあってもよい。水処理運転を１日〜２か月実施したあとに、逆洗運転を実施してもよい。
【００６３】
以上のとおり、水処理システム１００では、弁５０を操作することによって、水処理運転と逆洗運転とを相互に切り替えることができる。詳細には、弁５０を操作することによって、第２室１２及び第３室２１のそれぞれの内部の圧力を調節できる。そのため、逆洗運転のときに、誘導液８１の浸透圧を原水８０よりも低下させる必要がない。すなわち、誘導液８１の濃度をほとんど低下させずに、簡便に正浸透膜１５を逆洗することができる。水処理システム１００では、正浸透膜１５とともにろ過膜２５を逆洗できる。水処理システム１００では、逆洗運転から水処理運転に切り替える前に、誘導液８１の濃度を上昇させる処理を行う必要がない。逆洗運転によって誘導液８１の浸透圧がほとんど低下しないため、逆洗運転のあとに水処理運転を実施しても、原水８０から得られる水の量がほとんど減少しない。
【００６４】
（実施形態２）
図５に示すように、本実施形態２にかかる水処理システム１１０は、第３タンク３０を備えている。第３タンク３０を除き、水処理システム１１０の構成は、実施形態１の水処理システム１００の構成と同じである。したがって、実施形態１の水処理システム１００と本実施形態の水処理システム１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【００６５】
第３タンク３０は、水（処理水８２）を貯留する。第３タンク３０の少なくとも一部は、第４室２２の上方に位置している。第３タンク３０の上部は、大気に開放されていてもよい。
【００６６】
給水路４５は、第４室２２の入口２２ａと第３タンク３０とを接続している。給水路４５は、第３タンク３０の側面部又は底部に接続されている。水処理システム１１０において、給水路４５は、第３タンク３０内の水を第４室２２に供給するための経路である。排水路４６は、第４室２２の出口２２ｂと第３タンク３０とを接続している。排水路４６は、第３タンク３０の側面部に接続されている。水処理システム１１０において、排水路４６は、第４室２２内の水を第３タンク３０に排出するための経路である。
【００６７】
水処理システム１１０において水処理運転を実施したとき、第４室２２の処理水８２の一部は、排水路４６を通じて第３タンク３０に送られる。すなわち、水処理運転によって得られた水は、第３タンク３０に貯留される。逆洗運転を実施したとき、第３タンク３０の水は、給水路４５を通じて第４室２２に送られる。このように、水処理システム１１０では、水処理運転によって得られた水を逆洗運転に利用することができる。
【００６８】
（実施形態３）
図６に示すように、本実施形態３にかかる水処理システム１２０において、原水排出路４２は、第４タンク３５、上流部分９０及び下流部分９１を含む。水処理システム１２０は、さらに、バイパス経路４７、弁５２及び弁５３を備えている。これらの構成を除き、水処理システム１２０の構成は、実施形態１の水処理システム１００の構成と同じである。
【００６９】
第４タンク３５は、第１室１１から排出された原水８０を貯留する。第４タンク３５の少なくとも一部は、第１室１１の上方に位置している。第４タンク３５の上部は、大気に開放されていてもよい。上流部分９０は、第１室１１の出口１１ｂから第４タンク３５まで延びている。上流部分９０は、第４タンク３５の側面部又は底部に接続している。下流部分９１は、第４タンク３５から排水口７０まで延びている。下流部分９１は、第４タンク３５の側面部に接続している。
【００７０】
バイパス経路４７は、原水供給路４１と原水排出路４２とを接続している。詳細には、バイパス経路４７は、原水排出路４２の下流部分９１から分岐し、ポンプ６０において原水供給路４１に合流している。バイパス経路４７には、弁５２が配置されている。弁５２は、例えば、開閉弁である。
【００７１】
原水供給路４１には、弁５３が配置されている。弁５３は、原水供給源とポンプ６０との間に位置する。弁５３は、例えば、開閉弁である。
【００７２】
水処理システム１２０において水処理運転を実施するときには、弁５２を閉じ、弁５３を開く。これにより、実施形態１の水処理システム１００と同じ方法によって水処理運転を実施できる。
【００７３】
水処理システム１２０において逆洗運転を実施するときには、弁５３を閉じ、弁５２を開く。これにより、第４タンク３５に貯留された原水８０がバイパス経路４７を通じて原水供給路４１に送られる。第４タンク３５に貯留された原水８０は、原水供給源から供給される原水８０の浸透圧Ａ１よりも高い浸透圧Ａ２を示す。浸透圧Ａ２を示す原水８０は、原水供給路４１を通じて第１室１１に送られる。これにより、第１室１１における原水８０の浸透圧が上昇する。第１室１１における原水８０の浸透圧と、第２室１２における誘導液８１の浸透圧との差が減少する。そのため、第２室１２から第１室１１に水が容易に移動する。これにより、正浸透膜１５を容易に逆洗できる。
【００７４】
（実施形態４）
図７に示すように、本実施形態４にかかる水処理システム１３０は、実施形態３の水処理システム１２０の構成に加え、第３タンク３０をさらに備えている。給水路４５は、第４室２２の入口２２ａと第３タンク３０とを接続している。排水路４６は、第４室２２の出口２２ｂと第３タンク３０とを接続している。水処理システム１３０では、水処理システム１１０と同じように、水処理運転によって得られた水を逆洗運転に利用することができる。
【００７５】
（実施形態４の変形例）
図８に示すように、水処理システムは、弁５２及び弁５３の代わりに三方弁５５を備えていてもよい。水処理システム１４０において、三方弁５５は、原水供給路４１に配置されている。三方弁５５は、原水供給源とポンプ６０との間に位置している。バイパス経路４７は、三方弁５５において原水供給路４１に合流している。バイパス経路４７は、原水排出路４２の下流部分９１から分岐していなくてもよい。水処理システム１４０において、バイパス経路４７は、原水排出路４２の第４タンク３５の底面から延びている。
【００７６】
水処理システム１４０は、給水路４５及び排水路４６の代わりに第３経路４８を備えている。第３経路４８は、排水路を兼ねた給水路である。第３経路４８は、第４室２２と第３タンク３０とを接続している。第３経路４８には、ポンプ６３が配置されている。ポンプ６３は、水を昇圧するためのポンプである。ポンプ６３を操作することによって水の流量を調節できる。
【００７７】
水処理システム１４０において水処理運転を実施するときには、原水供給源から第１室１１に原水８０が送られるように三方弁５５を操作する。これにより、実施形態１の水処理システム１００と同じ方法によって水処理運転を実施できる。このとき、第４室２２の処理水８２の一部は、第３経路４８を通じて第３タンク３０に送られる。水処理運転によって得られた水は、第３タンク３０に貯留される。
【００７８】
水処理システム１４０において逆洗運転を実施するときには、第４タンク３５から第１室１１に原水８０が送られるように三方弁５５を操作する。これにより、実施形態３の水処理システム１２０と同じ方法によって逆洗運転を実施できる。このとき、第１室１１における原水８０の浸透圧が上昇するため、正浸透膜１５を容易に逆洗できる。逆洗運転を実施したとき、第３タンク３０の水は、第３経路４８を通じて第４室２２に送られる。このように、水処理システム１４０では、水処理運転によって得られた水を逆洗運転に利用することができる。
【実施例】
【００７９】
本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されない。
【００８０】
（測定例１）
誘導液に印加した圧力と、限外ろ過膜を透過した水の流束との関係を調べた。まず、限外ろ過膜を備えたタンクを準備した。限外ろ過膜は、タンクをａ室とｂ室とに仕切っていた。限外ろ過膜の分画分子量は、１０００であった。
【００８１】
次に、ａ室に誘導液を加えた。誘導液の浸透圧は、０．１７ＭＰａであった。ａ室に誘導液を加えるとともに、ｂ室に水を加えた。水の浸透圧は、０ＭＰａであった。このとき、誘導液に０．１７ＭＰａの圧力を印加した。限外ろ過膜を透過した水の流束は、０Ｌ／ｍ2ｈであった。
【００８２】
次に、誘導液に印加した圧力の値を変更した。変更後の圧力の値Ｐと、このときに限外ろ過膜を透過した水の流束Ｖとの関係を図９に示す。ａ室からｂ室に水が移動したとき、流束Ｖは、正の値を示す。ｂ室からａ室に水が移動したとき、流束Ｖは、負の値を示す。図９からわかるとおり、圧力Ｐが誘導液の浸透圧と水の浸透圧との差（０．１７ＭＰａ）より大きいとき、誘導液に含まれた水が限外ろ過膜を透過した。すなわち、水は、ａ室からｂ室に移動した。圧力Ｐが０．１７ＭＰａより小さいとき、水は、ｂ室からａ室に移動した。このように、圧力Ｐを調節することによって、水の移動する方向を切り替えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本開示の水処理システムは、海水から淡水を得るための水処理などに有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    第１タンク
１１    第１室
１１ａ    入口
１１ｂ    出口
１２    第２室
１２ａ    入口
１２ｂ    出口
１５    正浸透膜
２０    第２タンク
２１    第３室
２１ａ    入口
２１ｂ    出口
２２    第４室
２２ａ    入口
２２ｂ    出口
２５    ろ過膜
３０    第３タンク
３５    第４タンク
４１    原水供給路
４２    原水排出路
４３    第１経路
４４    第２経路
４５    給水路
４６    排水路
４７    バイパス経路
４８    第３経路
５０    弁
６０，６１，６２，６３    ポンプ
６５    制御器
８０    原水
８１    誘導液
８２    処理水
８３    逆洗用水
１００，１１０，１２０，１３０，１４０    水処理システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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