(57)【要約】【課題】生物膜や逆浸透膜の膜性能を確実に維持し、海水などの被処理水から好適に淡水を製造することが可能な水処理システム及び水処理方法を提供する。【解決手段】被処理水３を溶質濃度が高い濃縮水１１と淡水１２に分離するための逆浸透膜装置２を備えた水処理システムＡであって、表面に生物膜を形成した担体を備え、逆浸透膜装置２に透過させる前の被処理水３を処理する生物膜処理装置４と、生物膜処理装置４で処理する前段の被処理水３、あるいは逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段の被処理水３に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置５と、前段の被処理水３、あるいは後段の被処理水３に、還元剤を添加して酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置６とを備えて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離するための逆浸透膜装置を備えた水処理システムであって、
表面に生物膜を形成した担体を備え、前記逆浸透膜装置に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理装置と、
前記生物膜処理装置で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記逆浸透膜装置で処理する前で且つ前記生物膜処理装置で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、
前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置とを備えて構成されていることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の水処理システムにおいて、
前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び／又は前記還元剤を添加した前記被処理水を混合する混合手段を備えていることを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
被処理水を逆浸透膜によって溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離する淡水分離工程と、
担体の表面に形成された生物膜によって、前記逆浸透膜に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理工程と、
前記生物膜処理工程で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記淡水分離工程で処理する前で且つ前記生物膜処理工程で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、
前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加工程とを備えていることを特徴とする水処理方法。
【請求項４】
請求項３記載の水処理方法において、
前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び／又は前記還元剤を添加した前記被処理水を混合する混合工程を備えていることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システム及び水処理方法に関し、特に海水から淡水を製造する際に用いて好適な水処理システム及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば砂漠地帯や離島、発展途上国、大量の淡水を要する工業地帯など、河川や湖沼等の淡水源がないあるいは十分に確保できず、気候特性によって雨水に依存することもできず、慢性的または季節的に深刻な水不足が生じる地域がある。このような地域の一部では、大量に存在する海水を処理して淡水（飲料水）を造りだすことが行われ、この淡水の製造手法として、海水を中空糸膜やスパイラル膜などの逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）に通し、淡水を漉し出す方法が多用されている。
【０００３】
一方、海水から淡水を製造する際には、逆浸透膜に浸透させる前に海水を前処理する必要がある。この前処理では、一般に、海水を取水する取水口や配管、水路に藻類や貝類等の生物付着を防止するために、次亜塩素酸などの酸化剤を添加する。また、塩化第二鉄などの無機凝集剤、またはＰＡＣなどの高分子凝集剤を添加して、海水中の微粒子やコロイドなどの懸濁物を凝集させ、砂ろ過器やカートリッジフィルター装置（ＣＦ）でろ過して、予め、海水中の懸濁物を除去するようにしている。
【０００４】
また、塩素系の酸化剤が残留すると、逆浸透膜の酸化を招き、これに伴って逆浸透膜の膜性能の低下が生じるため、逆浸透膜に海水が透過する前に重亜硫酸ソーダ（ＳＢＳ）などの還元剤を、酸化還元電位を計測しながら添加し、中和処理するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような海水の前処理を行うことによって、海水を取水する取水口や配管、水路などへの生物付着を防止し、また、生物の繁殖や懸濁物の目詰まりによる逆浸透膜の膜性能の早期低下（ファウリング）を防止し、効率的且つ経済的に淡水を製造することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９６１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、本願の出願人は、砂ろ過器の替わりに、砂などの担体（ろ材）の表面に生物膜を形成させた生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）を用いた水処理技術（海水からの淡水製造技術）に関する出願を既に行っている（特願２０１１−２６２５０７）。そして、この生物膜処理装置では、生物膜の微生物が海水中の懸濁物の除去（捕捉、分解）に重要な働きをし、これに伴いろ過性能を維持できるため、上記従来の水処理システムに対し、凝集剤等の薬品を使用することなく、効率的且つ経済的に淡水を製造することが可能になる。
【０００８】
この一方で、生物膜処理装置を用いる場合においても、海水を取水する取水口や配管、水路に藻類や貝類等の生物付着を防止するためには、次亜塩素酸などの酸化剤を添加する必要があり、また、海水以外の既に塩素が含まれている被処理水の処理に適用することも考えられる。そして、このような酸化剤由来などの塩素が存在することで、生物膜処理装置の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じ、生物膜の性能を維持できなくなるおそれがあった。
【０００９】
また、過剰な還元剤の存在や酸化剤で分解された難分解性有機物の低分子化により、逆浸透膜装置内で微生物が再増殖し、逆浸透膜の閉塞による膜性能の低下を招く場合もある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水処理システムは、被処理水を溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離するための逆浸透膜装置を備えた水処理システムであって、表面に生物膜を形成した担体を備え、前記逆浸透膜装置に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理装置と、前記生物膜処理装置で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記逆浸透膜装置で処理する前で且つ前記生物膜処理装置で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の水処理方法は、被処理水を逆浸透膜によって溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離する淡水分離工程と、担体の表面に形成された生物膜によって、前記逆浸透膜に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理工程と、前記生物膜処理工程で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記淡水分離工程で処理する前で且つ前記生物膜処理工程で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加工程とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の水処理システムにおいては、前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び／又は前記還元剤を添加した前記被処理水を混合する混合手段を備えていることが望ましい。
【００１３】
本発明の水処理方法においては、前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び／又は前記還元剤を添加した前記被処理水を混合する混合工程を備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水処理システム及び水処理方法においては、生物膜処理装置（生物膜処理工程）の前段あるいは後段で次亜塩素酸などの酸化剤を添加し（酸化剤添加工程）、被処理水中の微生物等を死滅させ、例えば被処理水の海水などを取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止できる。さらに、生物膜処理装置の前段あるいは後段で、且つ酸化剤を添加した後でＳＢＳなどの還元剤を添加（還元剤添加工程）することにより、先に添加した酸化剤を中和処理することができる。
【００１５】
そして、生物膜処理装置の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、生物膜処理装置の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。また、酸化剤と還元剤を添加した被処理水が逆浸透膜装置の逆浸透膜に供給されるため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、確実に逆浸透膜の膜性能を維持して、被処理水を処理（淡水分離工程）、すなわち淡水を製造することが可能になる。さらに、生物膜処理装置の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などを生物膜処理装置で分解除去することができるため、後段の逆浸透膜（逆浸透膜装置）のファウリングを効果的に抑制することが可能になる。
【００１６】
さらに、逆浸透膜装置で処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、被処理水中の微生物などを酸化剤によって分解除去することができる。そして、生物膜処理装置の後段で酸化剤を添加するため、生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。また、逆浸透膜装置で処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、還元剤によって酸化剤を中和処理した被処理水が逆浸透膜に供給されるため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、確実に逆浸透膜の膜性能を維持して、被処理水を処理、すなわち淡水を製造することが可能になる。
【００１７】
また、本発明の水処理システム及び水処理方法においては、生物膜処理装置（生物膜処理工程）で被処理水を処理する前段、あるいは逆浸透膜装置で被処理水を処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で、酸化剤及び／又は還元剤を添加した被処理水を混合（混合工程）することによって、酸化剤の効果、還元剤の効果を確実に発揮させることができ、ひいては、より確実且つ効果的に、生物膜の膜性能、逆浸透膜の膜性能を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る水処理システム（及び水処理方法）を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水処理システム（及び水処理方法）の変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る水処理システム及び水処理方法について説明する。ここで、本実施形態では、本発明に係る水処理システム及び水処理方法が、被処理水として海水を用い、この海水を逆浸透膜（ＲＯ膜）で濃縮水と淡水に分離して淡水を製造するシステム及び方法であるものとして説明を行う。なお、本発明に係る被処理水は必ずしも海水に限定する必要はない。
【００２０】
本実施形態の水処理システムＡは、図１（及び図２）に示すように、前処理装置１と、逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）２とを備えて構成されている。
【００２１】
前処理装置１は、被処理水の海水３中の微粒子やコロイドなどの懸濁物、藻類や貝類などの微生物を除去して、海水３を取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止し、また、逆浸透膜２の透水性能が低下するファウリング現象を抑えるためのものである。
【００２２】
そして、本実施形態の前処理装置１は、表面に生物膜を形成した担体を備えた生物膜処理装置４と、海水３に次亜塩素酸等の酸化剤を添加する酸化剤添加装置５と、重亜硫酸ソーダ（ＳＢＳ）などの還元剤を、酸化還元電位を計測しながら添加して酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置６とを備えて構成されている。
【００２３】
また、生物膜処理装置４は、逆浸透膜装置２に透過させる前の海水３を処理するように逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側（流通方向上流側）に配設されている。なお、この生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）４は、生物膜を表面に形成した砂などの担体を容器に充填して構成されており、これにより、生物膜によるＢＯＤ成分の分解除去性能に加え、ろ過性能を備えている。また、本実施形態の生物膜処理装置４は、逆洗によってろ過性能を回復させるための逆洗ポンプ等の逆洗手段７を備えている。さらに、生物膜を好適に担体表面に形成するため、さらに、好適に形成された生物膜を維持するため、窒素やリンなどの栄養分を適宜供給可能な栄養分供給手段８、酸素を供給する酸素供給手段９を備えている。また、生物膜の量や状態を、シルト密度指数（ＳＤＩ）、目詰まり指数（ＳＩ）、汚れ指数（ＦＩ）、溶存酸素量（ＤＯ）、逆洗排水の濁度、装置入口出口の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素消費量（ＢＯＤ）などを適宜選択的に、定期・不定期的あるいは連続的に測定して、生物膜の量や状態を確認する生物膜確認手段１０を備えている。
【００２４】
次に、図１に示すように、酸化剤添加装置５は、生物膜処理装置４で処理する前段の海水３に酸化剤を添加するように、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設されている。また、還元剤添加装置６は、生物膜処理装置４で処理する前段の海水３に還元剤を添加するように、且つ酸化剤を添加した後の海水３に還元剤を添加するように、生物膜処理装置４と酸化剤添加装置５の間、すなわち、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ前方側で、且つ酸化剤添加装置５よりも海水３の給送方向Ｔ後方側に配設されている。
【００２５】
一方、図２に示すように、酸化剤添加装置５は、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段の海水３に酸化剤を添加するように、生物膜処理装置４と逆浸透膜装置２の間、すなわち、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ後方側で、且つ逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設されていてもよい。
【００２６】
また、この場合、還元剤添加装置６は、酸化剤を添加した後の海水３に還元剤を添加するように、且つ逆浸透膜装置２で処理する前の海水３に還元剤を添加するように、酸化剤添加装置５と逆浸透膜装置２の間、すなわち、酸化剤添加装置５よりも海水３の給送方向Ｔ後方側で、且つ逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設される。
【００２７】
逆浸透膜装置２は、例えば、複数の逆浸透膜エレメント（逆浸透膜モジュール）を容器内に備えて構成され、各逆浸透膜エレメントに前処理装置１で処理した後の海水３が供給され、この海水３が各逆浸透膜エレメントの逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離して容器から排出される。これにより、淡水１２が製造される。なお、濃縮水１１を電気透析装置や蒸発器に送り、塩化ナトリウムや苦汁を生成したり、海水３に含まれるカリウム、臭素、ホウ素などを有価物として抽出回収するように、水処理システムＡを構成してもよい。
【００２８】
そして、上記構成からなる本実施形態の水処理システムＡを用いて海水３から淡水１２を製造する際には（本実施形態の水処理方法においては）、図１に示すように、被処理水である原水の海水３を取水し、生物膜処理装置４に供給する前段で、まず、海水３に酸化剤添加装置５によって酸化剤を添加する（酸化剤添加工程）。この酸化剤の添加によって海水３中の微生物などが死滅し、それ以降の取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することが防止される。
【００２９】
また、酸化剤を添加した海水３に、生物膜処理装置４に供給する前段で、還元剤添加装置６によって還元剤を添加する（還元剤添加工程）。この還元剤の添加によって、海水３中に残った酸化剤が中和処理される。また、このとき、酸化還元電位を計測しながら還元剤を添加することで、過剰に還元剤が添加されることを防止する。
【００３０】
そして、酸化剤と還元剤を添加して処理した海水３が生物膜処理装置４に送られ、この生物膜処理装置４の担体の表面に形成された生物膜の微生物が海水３中の懸濁物など（ＢＯＤ成分）を補足したり、分解するなどして除去する。また、前段で添加した酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物なども生物膜処理装置４で分解除去される。さらに、この生物膜処理装置４は、表面に生物膜が形成された担体を容器に充填し、ろ過性能を備えて構成されているため、生物膜の微生物による懸濁物の除去性能に加え、海水３が生物膜処理装置４の容器内を透過してろ過されることによっても、海水３中の懸濁物が除去される。これにより、従来のように凝集剤を添加することなく、海水３の処理が行える（生物膜処理工程）。
【００３１】
さらに、このとき、生物膜処理装置４に供給して処理する前段で、海水３中の酸化剤が還元剤によって中和されているため、酸化剤によって生物膜の微生物の活性低下が生じたり、死滅による生物膜の減少が生じない。このため、確実に生物膜の膜性能が発揮され、海水３が好適に前処理されることになる。
【００３２】
このように生物膜処理装置４によって処理された海水３が逆浸透膜装置２に供給されるとともに、逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離され、淡水１２が製造される（淡水分離工程）。そして、このとき、既に酸化剤が還元剤によって中和されているため、残留した酸化剤によって逆浸透膜が酸化し、逆浸透膜の膜性能の低下を招くことがない。また、前段で添加した酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などが生物膜処理装置４で分解除去されているため、確実且つ効果的に、逆浸透膜の膜性能の低下（ファウリング現象）が抑制されることになる。
【００３３】
一方、図２に示すように水処理システムＡを構成した場合には、被処理水である原水の海水３を取水し、この海水中の懸濁物、微生物などが生物膜処理装置４の生物膜で捕捉、分解して除去され、さらに、生物膜処理装置４のろ過性能によって除去される（生物膜処理工程）。
【００３４】
次に、生物膜処理装置４で処理した後の海水３に、酸化剤添加装置５によって酸化剤を添加（酸化剤添加工程）することによって、生物膜処理装置（生物膜）４で処理しきれなかった海水３中の懸濁物や微生物などが分解除去される。このため、図２に示すように生物膜処理装置４の後に酸化剤を添加する場合には、酸化剤の薬剤量を少なくすることができる。
【００３５】
また、このように生物膜処理装置４の後段で酸化剤を添加すると、確実に、酸化剤由来の生物膜処理装置４の生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）が確実且つ好適に維持されることになる。
【００３６】
次に、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４及び酸化剤添加装置（酸化剤）５で処理した後の後段の海水３に、還元剤添加装置６によって還元剤を添加する（還元剤添加工程）。これにより、海水３中に残留した酸化剤が還元剤で中和処理される。
【００３７】
そして、このように生物膜処理装置４、酸化剤添加装置５、還元剤添加装置６によって処理された海水３が逆浸透膜装置２に供給されるとともに、逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離され、淡水１２が製造される（淡水分離工程）。このとき、既に酸化剤が還元剤によって中和されているため、残留した酸化剤によって逆浸透膜が酸化し、逆浸透膜の膜性能の低下を招くことがない。また、生物膜処理装置４と酸化剤によって十分に海水３中の懸濁物、微生物などが除去されているため、確実且つ効果的に、逆浸透膜の膜性能の低下（ファウリング現象）が抑制されることになる。
【００３８】
したがって、本実施形態の水処理システムＡ及び水処理方法においては、生物膜処理装置４（生物膜処理工程）の前段あるいは後段で次亜塩素酸などの酸化剤を添加し（酸化剤添加工程）、被処理水の海水３中の微生物等を死滅させ、海水３を取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止できる。さらに、生物膜処理装置４の前段あるいは後段で、且つ酸化剤を添加した後でＳＢＳなどの還元剤を添加（還元剤添加工程）することにより、先に添加した酸化剤を中和処理することができる。
【００３９】
そして、生物膜処理装置４の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、生物膜処理装置４の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。また、酸化剤と還元剤を添加した海水３が逆浸透膜装置２の逆浸透膜に供給されるため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、確実に逆浸透膜の膜性能を維持して、海水３を処理、すなわち淡水１２を製造することが可能になる（淡水分離工程）。さらに、生物膜処理装置４の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などを生物膜処理装置４で分解除去することができるため、後段の逆浸透膜（逆浸透膜装置２）のファウリングを効果的に抑制することが可能になる。
【００４０】
さらに、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、海水３中の微生物などを酸化剤によって分解除去することができる。そして、生物膜処理装置４の後段で酸化剤を添加するため、生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に海水３を処理することが可能になる。また、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、還元剤によって酸化剤を中和処理した海水３が逆浸透膜に供給されるため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、確実に逆浸透膜の膜性能を維持して、海水３を処理、淡水１２を製造することが可能になる。
【００４１】
以上、本発明に係る水処理システム及び水処理方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、図１及び図２に破線で示したように、生物膜処理装置４（生物膜処理工程）で被処理水３を処理する前段、あるいは逆浸透膜装置２で被処理水３を処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で、酸化剤及び／又は還元剤を添加した被処理水３を混合（混合工程）する混合手段１３を備えて、水処理システムＡを構成するようにしてもよい。この場合には、上記した本実施形態の作用効果に加え、混合手段１３（混合工程）によって、添加した酸化剤や還元剤を早期に且つ確実に被処理水３に混合できるため、酸化剤の効果、還元剤の効果を確実に発揮させることができる。よって、より確実且つ効果的に、生物膜の膜性能、逆浸透膜の膜性能を維持することが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１      前処理装置
２      逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）
３      海水（被処理水）
４      生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）
５      酸化剤添加装置
６      還元剤添加装置
７      逆洗手段
８      栄養分供給手段
９      酸素供給手段
１０    生物膜確認手段
１１    濃縮水
１２    淡水
１３    混合手段
Ａ      水処理システム
Ｔ      被処理水の給送方向（流通方向）
【図１】
2015013238.tif 000003
【図２】
2015013238.tif 000004