(57)【要約】【課題】直列接続された複数のろ過器に対して栄養成分を適切に供給することで、各ろ過器における生物膜を良好に成長・維持可能な海水の前処理装置を提供する。【解決手段】本発明は、海水中の塩分を除去して淡水化する際にしようされる、海水の前処理装置に関し、海水を供給する供給管（２１）と、粒子状ろ材及び生物膜を有する複数のろ過器（１６）と、複数のろ過器を直列接続する接続管（２３）と、複数のろ過器の各々を供給管に接続する複数のバイパス管（２４）と、複数のバイパス管の各々に流量を調整するために設けられた複数の調整バルブ（２６）とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置に供給する海水の前処理装置であって、
前記海水を供給する供給管と、
前記供給管から供給された海水から微粒子を分離する粒子状ろ材、及び、前記粒子状ろ材の表面に形成される生物膜とを有する複数のろ過器と、
前記複数のろ過器を直列接続する接続管と、
前記複数のろ過器の各々を前記供給管に接続する複数のバイパス管と、
前記複数のバイパス管の各々に流量を調整するために設けられた複数の調整バルブと
を備えることを特徴とする海水の前処理装置。
【請求項２】
前記複数のろ過器のうち少なくとも１つのろ過器の出口部に設置された水質検知部と、
前記水質検知部の検知値に基づいて前記調整バルブの開度を制御するバルブ制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の海水の前処理装置。
【請求項３】
前記水質検知部は、前記複数のろ過器のうち最下流に位置するろ過器の出口部に設置されており、
前記バルブ制御部は、前記複数の調整バルブを開状態に制御した後、前記水質検知部の検知値が予め設定された第１基準値を超えた場合、前記複数の調整バルブを下流側から順に閉状態に制御することを特徴とする請求項２に記載の海水の前処理装置。
【請求項４】
前記バルブ制御部は、前記調整バルブを閉制御した後、前記水質検知部の検知値が前記第１基準値より小さく予め設定された第２基準値以下になった場合、前記調整バルブを開制御することを特徴とする請求項３に記載の海水の前処理装置。
【請求項５】
前記複数のろ過器の少なくとも一つへの供給水に含まれる栄養成分を検知する栄養成分検知部と、
前記栄養成分検知部の検知値に基づいて、前記調整バルブの開度を制御するバルブ制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の海水の前処理装置。
【請求項６】
前記栄養成分検知部は、前記複数のろ過器の入口部に設けられており、
前記バルブ制御部は、前記栄養成分検知部の各々の検知値が、所定基準値以上になるように前記調整バルブの開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の海水の前処理装置。
【請求項７】
前記複数のろ過器の少なくとも一つに設けられ、該ろ過器が有する前記生物膜の活性度を検知する活性度検知部と、
前記活性度検知部の検知値に基づいて、前記調整バルブの開度を制御する前記バルブ制御手段と
を備え、
前記バルブ制御手段は、前記活性度検知部の検知値が所定基準値以上になるように、前記調整バルブの開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の海水の前処理装置。
【請求項８】
前記活性度検知部は前記ろ過器の入口部及び出口部間の酸素濃度の差に基づいて前記活性度を検知することを特徴とする請求項７に記載の海水の前処理装置。
【請求項９】
海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置に供給する海水を、微粒子を分離する粒子状ろ材、及び、前記粒子状ろ材の表面に形成される生物膜を有する互いに直列接続された複数のろ過器で前処理する海水の前処理方法であって、
前記複数のろ過器のうち少なくとも１つのろ過器の出口部における水質を検知する工程と、
前記検知された水質に基づいて、前記複数のろ過器の各々に対して海水を直接供給する工程と
を備えることを特徴とする海水の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させることによって淡水を製造する装置に供給する海水の前処理装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
淡水は産業上や生活上をはじめとする幅広い用途で必要とされており、その需要量は増加をたどっている。このような淡水の供給源として、豊富に存在する海水を利用して淡水を得る大規模な海水淡水化システムの構築が進められている。この種の海水淡水化システムでは、逆浸透膜、ＮＦ膜、電気透析膜などのろ過装置によって海水中に含まれる塩分を分離する際に、前処理として、懸濁物や微生物の除去などを行う必要がある。
【０００３】
従来、この種の前処理としては、減菌剤として塩素（Ｃｌ）、凝集剤として塩化第２鉄（ＦｅＣｌ３）、ｐＨ調整用の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）等の化学薬品を投入することで行われてきた。しかしながら、化学薬品を用いた前処理はランニングコストを含む造水コストが高くなるという問題点がある。そこで、例えば特許文献１では、前処理として、生物膜が砂表面において成長・維持される砂ろ過器を用いて、海水中に含まれる微粒子の他に、膜面を汚損するＳＤＩ（Ｓｉｌｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｉｎｄｅｘ：汚れ指数）成分（微粒子やコロイド粒子）やバイオファウリングの原因となるＢＯＤ成分を除去することで、化学薬品の使用を回避し、ランニングコストを安価にする技術が開示されている。
【０００４】
図１１は、特許文献１に開示された海水の前処理装置１０の概略構成を示す図である。前処理装置１０は、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置１４によって淡水を分離する際に、前処理を行う装置であって複数の砂ろ過器１６を備えている。各砂ろ過器１６は、粒子状ろ材である砂１８によって海水中に含まれる微粒子を除去すると共に、その表面に成長・維持される生物膜２０によってＳＤＩ成分やＢＯＤ成分を除去する。特許文献１では特に、このような砂ろ過器１６を複数用意し（一次砂ろ過器１６ａ、二次砂ろ過器１６ｂ）、海水の流路に対して直列接続されている。
【０００５】
尚、前処理装置１０には、ろ過器の差圧が上昇した場合にろ材を洗浄するために逆流洗浄を行う逆洗ポンプ１５が、各砂ろ過器１６に設けられている。このように前処理装置１０を通過した海水は、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置１４によって濃縮海水と分離して淡水化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１１１５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、砂ろ過器１６が有する生物膜２０に存在する微生物の成長・維持には、酸素の他に、海水中に含まれる栄養成分（例えば、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）等）が必要である。図１１に示すように、生物膜２０を有する砂ろ過器１６を流路に対して直列に設けた場合、上流側の一次砂ろ過器１６ａには十分な栄養成分が供給されるものの、その下流側の二次砂ろ過器１５ｂには一次砂ろ過器１６ａで栄養成分が消費された後の海水が供給されるため、生物膜２０の成長・維持に必要な栄養成分が不足してしまい、砂ろ過器１６のろ過性能が低下してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、直列接続された複数のろ過器に対して栄養成分を適切に供給することで、各ろ過器における生物膜を良好に成長・維持可能な海水の前処理装置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】
本発明の一態様に係る海水の前処理装置は上記課題を解決するために、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置に供給する海水の前処理装置であって、前記海水を供給する供給管と、前記供給管から供給された海水から微粒子を分離する粒子状ろ材、及び、前記粒子状ろ材の表面に形成される生物膜とを有する複数のろ過器と、前記複数のろ過器を直列接続する接続管と、前記複数のろ過器の各々を前記供給管に接続する複数のバイパス管と、前記複数のバイパス管の各々に流量を調整するために設けられた複数の調整バルブとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本態様によれば、互いに直列接続された複数のろ過器の各々を、バイパス管を介して供給管に接続することにより、調整バルブの開度に応じて、各ろ過器について十分な栄養成分を含む海水を供給することができる。これにより、栄養成分が不足しがちな下流側に位置するろ過器においても生物膜を良好に成長・維持することができる。
【００１１】
前記複数のろ過器のうち少なくとも１つのろ過器の出口部に設置された水質検知部と、前記水質検知部の検知値に基づいて前記調整バルブの開度を制御するバルブ制御部とを備えてもよい。
本態様によれば、ろ過器の出口部に水質検知部を設けることによって、ろ過器が有する生物膜の状態を水質を介して把握し、その結果に応じて調整バルブの開度を調整することで、バイパス管を介して適切な量の海水を供給管から供給することができる。
【００１２】
この場合、前記水質検知部は、前記複数のろ過器のうち最下流に位置するろ過器の出口部に設置されており、前記バルブ制御部は、前記複数の調整バルブを開状態に制御した後、前記水質検知部の検知値が予め設定された第１基準値を超えた場合、前記複数の調整バルブを下流側から順に閉状態に制御するようにしてもよい。
本態様によれば、水質検知部を最下流に位置するろ過器の出口部に設置することで、前処理装置の最終的な出水の水質に応じた調整バルブの開度制御を行うことができる。また、水質検知値が第１基準値を超えることによって水質低下が検知された際に、調整バルブを閉制御する場合には、最終的な出水の水質に影響の大きい下流側から順に閉じる。これにより、水質低下を抑制しながら、各ろ過器に対して十分な栄養成分を供給することで、生物膜の成長・維持を図ることができる。
【００１３】
また、前記バルブ制御部は、前記調整バルブを閉制御した後、前記水質検知部の検知値が前記第１基準値より小さく予め設定された第２基準値以下になった場合、前記調整バルブを開制御するようにしてもよい。
本態様によれば、水質検知値が第１基準値を超えることによって水質低下を抑制すべく調整バルブを閉制御した後に、水質検知値が第２基準値以下になることで水質改善が確認できた場合には、調整バルブを開制御することで、バイパス管を介した海水の供給を再開する。これにより、ろ過器の水質低下を回避しながら、各ろ過器に対してバイパス管を介した栄養成分を効率的に供給することができる。
【００１４】
前記複数のろ過器の少なくとも一つへの供給水に含まれる栄養成分を検知する栄養成分検知部と、前記栄養成分検知部の検知値に基づいて、前記調整バルブの開度を制御するバルブ制御部とを備えてもよい。
本態様によれば、ろ過器の入口部における海水中に含まれる栄養成分を検知し、その検知値に応じて調整バルブの開度を制御する。これにより、各ろ過器に対して生物膜の成長・維持に必要な栄養成分がいきわたるように、バイパス管からの供給量を制御することができる。
【００１５】
この場合、前記栄養成分検知部は、前記複数のろ過器の入口部に設けられており、前記バルブ制御部は、前記栄養成分検知部の各々の検知値が、所定基準値以上になるように前記調整バルブの開度を制御するようにしてもよい。
本態様によれば、各ろ過器に栄養成分検知部を設けることで、複数のろ過器の各々に供給される栄養成分を検知して調整バルブの開度を制御する。これにより、各ろ過器に対して十分な栄養成分が供給されるように、複数のバイパス管から各ろ過器への海水の供給量を個別に制御することができる。
【００１６】
また、前記複数のろ過器の少なくとも一つに設けられ、該ろ過器が有する前記生物膜の活性度を検知する活性度検知部と、前記活性度検知部の検知値に基づいて、前記調整バルブの開度を制御する前記バルブ制御手段とを備え、前記バルブ制御手段は、前記活性度検知部の検知値が所定基準値以上になるように、前記調整バルブの開度を制御するようにしてもよい。
本態様によれば、活性度検知部によってろ過器が有する生物膜の活性度を直接的に検知した結果に基づいて、調整バルブの開度制御を行うことで、バイパス管を介した各ろ過器への海水の供給量を適切に制御することができる。
【００１７】
前記活性度検知部は前記ろ過器の入口部及び出口部間の酸素濃度の差に基づいて前記活性度を検知するようにしてもよい。
この場合、生物膜の活性度はろ過器の入口部及び出口部間の酸素濃度の差に基づいて検知するとよい。
【００１８】
本発明の一態様に係る海水の前処理方法は上記課題を解決するために、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させる装置に供給する海水を、微粒子を分離する粒子状ろ材、及び、前記粒子状ろ材の表面に形成される生物膜を有する互いに直列接続された複数のろ過器で前処理する海水の前処理方法であって、前記複数のろ過器のうち少なくとも１つのろ過器の出口部における水質を検知する工程と、前記検知された水質に基づいて、前記複数のろ過器の各々に対して海水を直接供給する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
この態様に係る方法は、上述の海水の前処理装置（上記各種態様を含む）によって好適に実施することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、互いに直列接続された複数のろ過器の各々を、バイパス管を介して供給管に接続することにより、調整バルブの開度に応じて、各ろ過器について十分な栄養成分を含む海水を供給することができる。これにより、栄養成分が不足しがちな下流側に位置するろ過器においても生物膜を良好に成長・維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る海水の前処理装置を含む海水淡水化システムの構成を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る海水の前処理装置を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る海水の前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】第３実施形態に係る海水の前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】第４実施形態に係る海水の前処理装置を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。
【図６】第４実施形態に係る海水の前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】第５実施形態に係る海水の前処理装置を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。
【図８】第５実施形態に係る海水の前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】第６実施形態に係る海水の前処理装置を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。
【図１０】第６実施形態に係る前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】背景技術に係る海水の前処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る海水の前処理装置１０を含む海水淡水化システムの構成を示す図である。
海水淡水化システムは、供給水タンク１１に貯留された海水を前処理装置１０によって処理することにより、海水中に含まれる微粒子、膜面を汚損するＳＤＩ成分、バイオファウリングの原因となるＢＯＤ成分などを除去した後、逆浸透膜１４で海水から塩分を除去することで淡水を生成する。尚、本実施形態では塩分の除去を行う手段として逆浸透膜１４を例示しているが、これに代えて、ＮＦ膜、電気透析膜などを用いてもよい。
【００２４】
前処理装置１０は、互いに同じ構成を有する３つの砂ろ過器１６（以下、それぞれの砂ろ過器及びそれに対応する各種構成を区別して示す場合は、添え字ａ、ｂ、ｃを付すこととする）を備えている。各砂ろ過器１６は、海水に含まれる微粒子を除去する粒子状ろ材である砂１８と、該砂１８の表面に形成され、ＳＤＩ成分及びＢＯＤ成分を除去する生物膜２０とを有している。
【００２５】
前処理装置１２は、供給水タンク１１に貯留された海水を砂ろ過器１６に供給するための給水管２１を備えている。供給管２１を流れる海水に含まれる酸素によって、砂ろ過器１６が有する生物膜２０が成長・維持される。
【００２６】
３つの砂ろ過器１６ａ、１６ｂ、１６ｃが上流側から順に直列に設けられており、互いに接続管２３ａ及び２３ｂによって接続されている。最下流に位置する砂ろ過器１６ｃは出水管２５に接続されており、該出水管２５に設けられた高圧ポンプ１７で電気透析膜１４に送られて淡水化される。このように得られた淡水は、かん水タンク１９に貯留される。
【００２７】
尚、各砂ろ過器１６には、ろ過性能が低下した場合にリフレッシュするために逆流洗浄を行う逆洗ポンプ１５がそれぞれ設けられている。また、本実施形態では３つの砂ろ過器１６を直列接続した場合を例示しているが、設置数や接続形態の異なる前処理装置においても、以下に説明する技術的思想を適用可能である。
【００２８】
砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃには、供給管２１にバイパス接続するための複数のバイパス管２４ｂ及び２４ｃが設けられている。バイパス管２４ｂ及び２４ｃは開度が可変に調整可能な調整バルブ２６ｂ及びｃを有しており、手動により開度を調整可能に構成されている。これにより、バイパス管２４ｂ及び２４ｃを介して、供給管２１から栄養成分が豊富な海水を下流側の砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに直接供給することができるので、上流側の砂ろ過器１６ａで消費されることにより下流側の砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃで不足しがちな栄養成分を効果的に補うことができ、各砂ろ過器１６が有する生物膜２０を良好に成長・維持することができる。
【００２９】
尚、調整バルブ２６の開度の調整方法については、砂ろ過器１６から出水される海水の水質、及び、砂ろ過器１６に供給される海水に含まれる栄養成分量を考慮して、適宜調整するとよい。より好ましくは、第２実施形態以降に記載する調整バルブ２６の開度の電子制御の例に倣って行うとよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに対して、バイパス管２４ｂ及び２４ｃを介して供給管２１から海水を直接供給することで、各ろ過器１６に十分な栄養成分を与え、生物膜２０を良好に成長・維持することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
図２は第２実施形態に係る海水の前処理装置１０を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。尚、本実施形態では上記実施形態と共通する箇所に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
【００３２】
前処理装置１０は、水質検知センサ２８と、該水質検知センサ２８の検知値に基づいて調整バルブ２６の開度を電子的に制御するための制御装置３０を備える点において、上記実施形態と異なる。水質検知センサ２８は、砂ろ過器１６ｂ及び２６ｃの出口部に設けられており、それぞれ砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃで処理された後の海水の水質を検知するできるようになっている。水質検知センサ２８は、本実施形態では水質の一例としてＳＤＩ値を検知するＳＤＩ計を使用するが、その他の水質指標を検知するデバイスを用いてもよい。
【００３３】
図３は第２実施形態に係る海水の前処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
まず、前処理装置１０の運転を開始すると（ステップＳ１０１）、制御装置３０は調整バルブ２６ｂ及び２６ｃを開状態に設定することで、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに対してバイパス管２４ｂ及び２４ｃを介して給水し、栄養成分を豊富に含む海水を供給する（ステップＳ１０２）。これにより、下流側にある砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃにおいても、生物膜に必要な栄養成分が十分供給される。
【００３４】
一方で、バイパス管２４から供給される海水は、砂ろ過器１６を通過する前の海水であるため、過剰な供給は水質低下の原因となる。そこで、制御装置３０は、水質検知センサ２８ｃの検知値に基づいて、砂ろ過器１６ｃから出水される海水の水質を監視し（ステップＳ１０３）、その検知値が予め設定された第１基準値Ｑ１以内であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。その結果、検知値が第１基準値Ｑ１以内である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、バイパス管２４からの給水による水質低下がないと判断し、制御装置３０は処理をステップＳ１０３に戻して、現状を維持する。
【００３５】
一方、検知値が第１基準値Ｑ１を超えた場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、バイパス管２４を介した給水による水質低下が発生していると判断し、制御装置３０は最下流に位置する砂ろ過器１６ｃに対応する調節バルブ２６ｃを閉じる（ステップＳ１０５）。最下流に位置する砂ろ過器１６ｃは最終的に前処理装置１２からの出水される水質に最も影響が大きいため、ここでは、調節バルブ２６ｃを閉じることで、前処理装置１０からの出水される海水の水質低下を迅速かつ効果的に防止できる。
【００３６】
その後、制御装置３０はステップＳ１０４と同様に、制御装置３０は、水質検知センサ２８ｃの検知値が第１基準値Ｑ１以内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。その結果、検知値が第１基準値Ｑ１以内である場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、バイパス管２４を介した給水による水質低下がないと判断し、制御装置３０は処理をステップＳ１０３に戻して現状を維持する。
【００３７】
一方、検知値が第１基準値Ｑ１を超えた場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、バイパス管２４からの給水によって水質低下が発生していると判断し、制御装置３０はステップＳ１０５で閉じられた調整バルブ２６ｃの１つ上流側の調節バルブ２６ｂを閉じる（ステップＳ１０７）。砂ろ過器１６ｂは砂ろ過器１６ｃに次いで下流側に位置するため、前処理装置１２からの出水される水質への影響も砂ろ過器１６ｃに次いで大きい。そのため、このように最下流に位置する砂ろ過器１６ｃに対応する調節バルブ２６ｃを閉じてもなお水質低下が検知された場合には、調整バルブ２６ｂも閉じることで、更なる水質低下を防止することができる。
【００３８】
その後、ステップＳ１０４及びＳ１０６と同様に、制御装置３０は、水質検知センサ２８ｃの検知値が第１基準値Ｑ１以内であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。その結果、検知値が第１基準値Ｑ１以内である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、バイパス管２４を介した給水による水質低下がないと判断し、制御装置３０は処理をステップＳ１０３に戻し、現状を維持する。
一方、検知値が第１基準値Ｑ１を超えた場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、依然としてバイパス管２４を介した給水による水質低下が発生していると判断し、制御装置３０は給水停止を行う（ステップＳ１０９）。この場合、給水停止に加えて、逆洗ポンプ１５によって各砂ろ過器１６を自動的にリフレッシュすることで、水質改善を図るようにしてもよい。
【００３９】
尚、本実施形態では水質検知センサ２８ｃの検知値に基づいた調整バルブ２６の開度制御を例示したが、水質検知センサ２８ｂの検知値に基づいて、中間に位置する砂ろ過器１６ｂのろ過性能を評価した結果に基づいて、同様の思想に基づいた開度制御を行ってもよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、砂ろ過器１６から出水される海水の水質に基づいて各調整バルブ２６の開度制御を行うことで、水質の維持を図りながら、各砂ろ過器１６への栄養成分の供給を行うことができる。
【００４１】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態に係る海水の前処理装置１０の制御方法を示すフローチャートである。
尚、本実施形態に係る海水のろ過装置は上記第２実施形態と同様のハードウェア構成を有しており、図４において共通するステップには共通する符号を付すこととし、重複する説明は省略することとする。
【００４２】
本実施形態における制御方法は基本的に第２実施形態と同様であるが、ステップＳ１０４、Ｓ１０６及びＳ１０８において、水質の検知値が第１基準値Ｑ１を超えていると判断された場合、制御装置３０は更に、水質検知センサ２８ｃの検知値が第１基準値Ｑ１より小さく設定された第２基準値Ｑ２以内であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。水質ＳＤＩが第２基準値Ｑ２以内である場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、上述した調整バルブ２６の制御によって水質が改善と判断し、ステップＳ１０２に処理を戻すことによって、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃへのバイパス管２４ｂ及び２４ｃを介した給水を自動的に再開する。このように、調整バルブ２６を閉じることで水質低下が改善したことが確認できた場合には、調整バルブ２６ｂ及び２６ｃを再び開制御することによって、バイパス管２４ｂ及び２４ｃを介した栄養成分に富んだ海水の供給を再開できる。
【００４３】
一方、水質ＳＤＩが第２基準値Ｑ２を超えている場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、上述した調整バルブ２６の制御による水質改善が不十分と判断し、処理をステップＳ１０３に戻す。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば水質低下を防止するために調整バルブ２６の閉制御を行った場合に、水質改善の確認を行って調整バルブ２６を自動的に開制御することで、自動的に復旧を行うことができる。
【００４５】
（第４実施形態）
図５は第４実施形態に係る海水の前処理装置１０を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。尚、本実施形態では上記実施形態と共通する箇所に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
【００４６】
前処理装置１０は、栄養成分検知センサ３２と、該栄養成分検知センサ３２の検知値に基づいて調整バルブ２６の開度を電子的に制御するための制御装置３０とを備える点において、上記実施形態と異なる。栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃは、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの入口部に設けられることによって、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに供給される海水に含まれる栄養成分を検知する。栄養成分検知センサ３２は、本実施形態では栄養成分として炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）を検知する場合を例に説明するが、その他の栄養成分を検知するデバイスを用いてもよい。
【００４７】
図６は第４実施形態に係る海水の前処理装置１０の制御方法を示すフローチャートである。
まず、前処理装置１０の運転を開始すると（ステップＳ２０１）、まず制御装置３０は調整バルブ２６ｂ及び２６ｃを予め設定された所定開度になるように開制御し、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに対してバイパス管２４ｂ及び２４ｃを介して海水を給水する（ステップＳ２０２）。
【００４８】
ここで栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃは、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに供給される海水に含まれる栄養成分を入口部にて検知し（ステップＳ２０３）、制御装置３０は、その検知結果が予め設定された基準値Ｎ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃの検知値が基準値Ｎ１以上である場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃには十分な栄養成分が含まれているため、制御装置３０は処理をステップＳ２０３に戻し、現状を維持する。
【００４９】
一方、栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃの検知値が基準値Ｎ１未満である場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、調整バルブ２６ｂ及び２６ｃの開度を増加させる（ステップＳ２０５）。この場合、栄養成分が基準値Ｎ１に足りていないため、バルブ開度を増加させることでバイパス管２４を介した供給量を増やし、不足している栄養成分を補うことができる。より好ましくは、調整バルブ２６ｂ及び２６ｃの開度制御量は、対応する栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃの検知値に基づいて個別に設定するとよい。
【００５０】
続いて、ステップＳ２０３と同様に、栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃによって砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに供給される海水の栄養成分を検知し（ステップＳ２０６）、制御装置３０は、その検知値が基準値Ｎ１以上であるか否かを再判定する（ステップＳ２０７）。その結果、検知値が基準値Ｎ１以上である場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、対応する調整バルブ２６の開度を減少させることにより、バイパス管２４からの給水が過剰になることによって水質が低下することを防止する（ステップＳ２０８）。一方、栄養成分検知センサ３２の検知値が所定基準値Ｎ１未満である場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、制御装置３０は処理をステップＳ２０５に戻す。
【００５１】
尚、上記説明では、栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃは砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの入口部に設置するとしたが、これに代えて、砂ろ過器１６ａ及び１６ｂの出口部に設置してもよい。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、各砂ろ過器１６に供給される栄養成分を検知することにより、その過不足に応じた調整バルブ２６の開度制御を行うことで、水質低下を防止しながら各砂ろ過器１６への栄養成分を補給して良好な性能を得ることができる。
【００５３】
（第５実施形態）
図７は第５実施形態に係る海水の前処理装置１０を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る前処理装置１０は、上述した水質検知センサ２８及び栄養成分検知センサ３２の双方を備え、制御装置３０が両者の検知値に基づいて各種制御を実施することを特徴としている。
尚、本実施形態では上記実施形態と共通する箇所に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
【００５４】
図８は第５実施形態に係る海水の前処理装置１０の制御方法を示すフローチャートである。
まず前処理装置１０の運転を開始すると（ステップＳ３０１）、調整バルブ２６ｂ及び２６ｃを所定開度に開制御することで、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに対してバイパス管２４ｂ及び２４ｃから栄養成分を含む海水を供給する（ステップＳ３０２）。
【００５５】
その後、水質検知センサ２８ｃによって最下流の砂ろ過器１６ｃの出口部の水質を検知すると共に、栄養成分検知センサ３２によって各砂ろ過器１６の入口部における栄養成分を検知し（ステップＳ３０３）、それぞれ対応する基準値と比較する（ステップＳ３０４＆Ｓ３０５）。まず、水質が基準値Ｑ１未満である場合（ステップＳ３０４：ＮＯ）、制御装置３０は最下流の調整バルブ２６ｃを閉制御した後（ステップＳ３０６）、水質を再検知して基準値Ｑ１と比較する（ステップＳ３０７）。そして、水質が基準値Ｑ１を超えている場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、制御装置３０は調整バルブ２６ｃの１つ上流側に位置する調整バルブ２６ｂを閉じ（ステップＳ３０８）、再び水質が基準値Ｑ１いないであるかを判定する（ステップＳ３０９）。その結果、水質が基準値Ｑ１以内である場合（ステップＳ３０９：ＮＯ）、制御装置３０は処理をステップＳ３０３に戻す。一方、水質が基準値Ｑ１を超えている場合（ステップＳ３０９：ＮＯ）、制御装置３０は給水を停止する（ステップＳ３０１０）。
【００５６】
続いて、水質が基準値以上である場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、更に栄養成分が基準値Ｎ１以上であるか判定する（ステップＳ３０５）。その結果、栄養成分が基準値以上である場合には（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、制御装置３０は処理をステップＳ３０３に戻して、上記処理を繰り返す。一方、栄養成分が基準値Ｎ１未満である場合には（ステップＳ３０５：ＮＯ）、各調整バルブ２６の開度を増加するように調整し（ステップＳ３１１）、バイパス管２４からの海水の供給量を増加させる。これにより、不足している栄養成分を各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃに供給できる。
【００５７】
続いて制御装置３０は、再度、水質が基準値Ｑ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。その結果、水質が基準値Ｑ１未満である場合（ステップＳ３１２：ＮＯ）、制御装置３０は処理をステップＳ３０６に移動し、その後、上述した処理に従って進める。一方、水質が基準値Ｑ１以上である場合（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、制御装置３０は栄養成分検知センサ３２ｂ及び３２ｃによって検知を行い（ステップＳ３１３）、その検知値が基準値Ｎ１以上であるか再度判定を行う（ステップＳ３１４）。その結果、検知値が基準値Ｎ１以上である場合（ステップＳ３１４：ＹＥＳ）、各調整バルブ２６ｂ及び２６ｃの開度を減少させることで、バイパス管２４ｂ及び２４ｃからの過剰な海水供給を防止する（ステップＳ３１４）。一方、検知値が基準値Ｎ１未満である場合（ステップＳ３１２：ＮＯ）、制御装置３０は処理をステップＳ３１１に移動し、上述の処理を繰り返す。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、水質及び栄養成分の双方を検知することで、水質低下が生じない範囲で、各砂ろ過器に対して必要十分な栄養成分を供給することで良好な性能を得ることができる。
【００５９】
（第６実施形態）
図９は第６実施形態に係る海水の前処理装置１０を含む海水淡水化システムの全体構成を示す図である。上記実施形態では水質や栄養成分に基づいた調整バルブの開度制御について説明したが、本実施形態では、各砂ろ過器１６における活性度に基づいて調整バルブ２６の開度制御を行うことに特徴がある。
尚、本実施形態を、上述した水質や栄養成分に基づいた調整バルブの開度制御と組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００６０】
本実施形態では、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの活性度を評価するために、複数の酸素濃度センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備えている。これらの酸素濃度センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの入口部及び出口部にそれぞれ設けられている（図９では特に、砂ろ過器１６ｂの出口部と砂ろ過器１６ｃの入口部が共有されているので、ここには１つの酸素濃度センサが設置されている）。制御装置３０は酸素濃度センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃに基づいて、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの入口部及び出口部の検知値の差分を求めることによって、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃ内の微生物による酸素消費量を算出し、活性度を求める。
【００６１】
図１０は第６実施形態に係る前処理装置１０の制御方法を示すフローチャートである。
まず制御装置３０は前処理装置１０の運転を開始すると（ステップＳ４０１）、各調整バルブ２６ｂ及び２６ｃを所定の開度に制御する（ステップＳ４０２）。これにより、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃにはバイパス管２４ｂ及び２４ｃを介して栄養成分を含む海水が供給管２１から供給される。その後、制御装置３０は、上述した方法によって酸素濃度センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃの検知値から各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの活性度を検知する（ステップＳ４０３）。
【００６２】
そして制御装置３０は、砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの活性度が予め設定された基準値Ｂ１以上か否かを判定する（ステップＳ４０４）。活性度が基準値Ｂ１以上である場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）、バイパス管２４を介して十分な栄養成分が各砂ろ過器１６に供給されているとして、処理をステップＳ４０３に戻し、現状維持を図る。一方、活性度が基準値Ｂ１未満である場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）、制御装置３０は各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃへの栄養成分が不足することによって活性度が低下していると判断し、各調整バルブ２６ｂ及び２６ｃの開度を増加する（ステップＳ４０５）。これにより、バイパス管２４ｂ及び２４ｃを介した海水の供給量を増加し、不足している栄養成分を補うことができる。
【００６３】
その後、制御装置３０はステップＳ４０４と同様に、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃの活性度を再度検知し（ステップＳ４０６）、基準値Ｂ１と比較する（ステップＳ４０７）。その結果、活性度が基準値Ｂ１以上である場合（ステップＳ４０７：ＹＥＳ）、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃへの栄養成分の供給が過剰になっていると判断し、各調整バルブ２６ｂ及び２６ｃの開度を減少させる（ステップＳ４０８）。これにより、各砂ろ過器１６ｂ及び１６ｃへのバイパス管２４ｂ及び２４ｃを介した海水供給量を適切に調整し、過剰供給による水質低下を防止することができる。
一方、活性度が基準値Ｂ１未満である場合（ステップＳ４０７：ＮＯ）、制御装置３０は処理をステップＳ４０５に戻すことにより上記処理を繰り返す。
【００６４】
以上説明したように本実施形態によれば、各砂ろ過器１６の活性度を直接的に評価することにより、各砂ろ過器にバイパス管を介して栄養成分を含んだ海水を過不足なく供給して良好なろ過性能を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、海水中の塩分を膜ろ過により除去し、又は濃縮させることによって淡水を製造する装置に供給する海水の前処理装置の技術分野に関する。
【符号の説明】
【００６６】
１０  前処理装置
１１  供給水タンク
１４  電気透析膜
１５  逆洗ポンプ
１６  砂ろ過器
１７  高圧ポンプ
１９  かん水タンク
２１  供給管
２４  バイパス管
２６  調整バルブ
２８  水質検知センサ
３０  制御装置
３２  栄養成分検知センサ
３４  酸素濃度センサ
【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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【図１１】
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