(57)【要約】【課題】分離膜面への微生物の増殖量を、前記分離膜面上で発生するよりも早期に評価できる分離膜面評価方法、その評価法を用いる水処理システムの制御方法、および、水処理システムを提供することを課題とする。【解決手段】被分離物質を原水から分離するＲＯ膜モジュールより上流に配置された測定センサ３８ａの測定部に備わる、ＲＯ膜と同質の薄膜に増殖する微生物の質量から、ＲＯ膜モジュールのＲＯ膜面への微生物の増殖を評価する分離膜面評価方法であって、微生物増殖加速機構を備えることを特徴とする分離膜面評価方法とする。また、その分離膜面評価方法を利用して水処理システムを制御する制御方法、および、水処理システムとする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分離物質を原水から分離する分離膜の上流で、前記原水の流れのうちの前記分離膜に向かう主流と、前記主流とは異なる他方である分岐流であって微生物の増殖を加速する加速機構と前記分離膜と同質の薄膜を備えた計測センサとが配置された分岐流と、に分岐する分岐工程と、
前記加速機構によって増殖した微生物により前記計測センサの測定部に発生する変化に基づいて、前記分離膜面の表面で発生する変化を評価する評価工程と、
を有することを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分離膜面評価方法であって、
前記同質の薄膜は、前記分離膜とは異なる薄膜であって、前記分離膜よりも微生物の増殖が起こりやすい薄膜である、
ことを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載の分離膜面評価方法であって、
前記評価工程は、温度調節機構を有しており、前記計測センサで検出される温度を前記分離膜の温度より高く維持することによって微生物を増殖させる、
ことを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載の分離膜面評価方法であって、
前記評価工程では、前記加速機構は前記計測センサより上流に配置された微生物の増殖を促進する物質を補給する薬注システムによって微生物を増殖させる処理を行う工程を有する、
ことを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項５】
請求項１に記載の分離膜面評価方法であって、
前記分岐工程では、逆浸透膜である前記分離膜の上流で、前記主流と前記分岐流とに分岐し、
前記評価工程では、逆浸透膜である前記分離膜の表面で発生する変化を評価する、
ことを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項６】
請求項１に記載の分離膜面評価方法であって、
前記評価工程では、水晶振動子の１つの面に前記薄膜が成膜されてなる前記測定部を備える前記計測センサを用いた水晶振動子マイクロバランス法で計測された重量変化を用いて、前記分離膜面に発生する変化を評価する、
ことを特徴とする分離膜面評価方法。
【請求項７】
被分離物質を原水から分離する分離膜の上流での前処理工程で、前記原水に含まれる微生物を殺菌する水処理システムの制御方法であって、
前記評価工程では、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の分離膜面評価方法で前記分離膜面への微生物の増殖を評価し、前記前処理工程では、前記分離膜への微生物の増殖が所定値を超えて増える場合は、前記微生物の殺菌を強化する、
ことを特徴とする水処理システムの制御方法。
【請求項８】
被分離物質を原水から分離する分離膜の上流に配置された薬注システムによって行われる薬注工程で、前記原水に前記分離膜を洗浄するための酸、アルカリ、制菌剤の少なくとも１つまたは複数を含む洗浄剤を注入する水処理システムの制御方法であって、
前記評価工程では、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の分離膜面評価方法で前記分離膜面への微生物の増殖を評価し、前記薬注工程では、前記分離膜への微生物の増殖が所定値を超えて増える場合は、前記薬注システムにより前記分離膜面を洗浄する、
ことを特徴とする水処理システムの制御方法。
【請求項９】
被分離物質を原水から分離する分離膜と、
前記分離膜の上流で、前記原水の流れのうちの前記分離膜に向かう主流と、前記主流とは異なる他方である分岐流に分岐する分岐部と、
前記分岐流に配置される微生物の増殖を加速する加速機構と、
前記分岐流に配置される前記分離膜と同質の薄膜を備えた計測センサと、
前記加速機構によって増殖した微生物により前記計測センサの測定部に発生する変化に基づいて、前記分離膜面の表面で発生する変化を評価する評価部と、
を備えることを特徴とする水処理システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の水処理システムであって、
前記同質の薄膜は、前記分離膜とは異なる薄膜であって、前記分離膜よりも微生物の増殖が起こりやすい薄膜である、
ことを特徴とする水処理システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の水処理システムであって、
前記評価部は、温度調節機構を有しており、前記計測センサで検出される温度を前記分離膜の温度より高く維持することによって微生物を増殖させる、
ことを特徴とする水処理システム。
【請求項１２】
請求項９に記載の水処理システムであって、
前記評価部は、前記加速機構は、前記計測センサより上流に配置された微生物の増殖を促進する物質を補給する薬注システムによって微生物を増殖させる、
ことを特徴とする水処理システム。
【請求項１３】
請求項９に記載の水処理システムであって、
前記分岐流は、逆浸透膜である前記分離膜の上流で、前記主流と前記分岐流とに分岐し、前記評価部では、逆浸透膜である前記分離膜の表面で発生する変化を評価する、
ことを特徴とする水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を浄化する水処理システムにおける分離膜面評価方法、当該水処理システムの制御方法、および、水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水や廃水などを浄化する水処理システムでは、原水から被分離物質を除去するために分離膜が使われる場合が多い。このような分離膜には、ミクロの孔（微孔）が形成されてその微孔より大きな被分離物質の粒子を物理的に排除する精密ろ過膜や限外ろ過膜と、分離膜の中の分子の拡散速度と透過速度の差や分離膜と分子との親和性を利用して被分離物質を除去する、逆浸透膜（ＲＯ膜）、ナノフィルタ膜（ＮＦ膜）、イオン交換膜などがある。
【０００３】
しかしながら、いずれのタイプの分離膜でもファウリング（目詰まり）がある頻度で発生する。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜では微孔の中に微小物質が入り込んで微孔が閉塞し目詰まりが発生する。また、ＲＯ膜、ＮＦ膜、イオン交換膜などでは、分離膜の表面に分子が吸着したり、その分子を培地として微生物が増殖したりしてファウリングが発生する。ファウリングが発生すると被分離物質を原水から分離する分離性能が低下する。
【０００４】
そのため、ファウリングを検知する技術として、特許文献１や特許文献２に開示される技術が知られている。特許文献１には、分離膜材料に類似する材料を表面に成膜したセンサを用い、センサ表面への被分離物質の吸着量の変化や、センサ前後の有機物濃度変化から供給水（原水）の水質がファウリングに及ぼす影響を評価する技術が開示されている。また、特許文献２には、逆浸透膜システム内にバイオフィルム形成基材を配し、バイオフィルム量を測定してシステムの運転を制御する制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００２３９７号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／０３８５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分離膜のファウリングには、凡そ３つのモードがあると考えられる。無機物質の堆積、有機物質の吸着、微生物の増殖である。水処理システムに使用される分離膜の微孔の物理的な閉塞に関する評価法として、ＪＩＳ規格であるＦＩ法（Ｆｏｕｌｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ）があるが、この方法は主に１μｍ前後の粒子を分離する精密ろ過膜を対象とする評価法であり、無機物質の堆積によるファウリングを評価するのに適している。
【０００７】
また、特許文献１には、分離膜材料と類似する材料が成膜されたセンサの表面への有機物の吸着量を測定する方法およびその方法を用いて水処理システムの前処理を実行する方法が開示されている。この方法は、有機物質の吸着によるファウリングを評価するのに適している。
【０００８】
ＦＩ法、また特許文献１の方法は、原水を分析するものであり、実際のファウリングが発生する前に、その可能性を捉えることができる。一方で、微生物の増殖によるファウリングは、原水の分析だけでは評価できない。その理由は以下のようである。まず、原水中の全ての物質が微生物の増殖の養分となるわけではないことが挙げられる。また、微生物の増殖の速度は微生物の置かれている環境のわずかな変化の影響をも受けることも、ある時刻において原水中に含まれる物質の分析や温度、ｐＨなどの測定のみでは微生物の増殖を評価できないことの理由である。
【０００９】
特許文献２には、分離膜そのものをシステム内に配置して適宜切り出し、生物が持つエネルギ物質であるＡＴＰ（アデノシン三燐酸）の量で表面に付着したバイオフィルム量を評価する技術が開示されている。この技術では、細胞として存在する被分離物質（生物由来の物質）は検出可能であり、微生物の増殖によるファウリングを評価するのに適している。しかしながら、実際にファウリングに相当する現象が発生してから検知することになり、ファウリングを事前に検知してシステムの制御などにフィードバックすることができない。また、システム内からバイオフィルム形成基材を切り出して分析するため、システム内の水質変化を連続的にインラインで監視できない。
【００１０】
かかる状況に鑑みると、本発明によって解決すべき課題は、分離膜表面に微生物が繁殖することで発生するファウリング（バイオファウリング）を、実際にファウリングが発生するよりも早く検出する分離膜面評価方法と、該分離膜面評価方法を用いた水処理システムの制御方法、および、前記分離膜面評価方法を備えた水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題は、被分離物質を原水から分離する分離膜の上流で、前記原水の流れのうちの前記分離膜に向かう主流と、その他方である分岐流であって微生物の増殖を加速する加速機構と前記分離膜と同質の薄膜を備えた計測センサとが配置された分岐流と、に分岐する分岐工程と、前記加速機構によって増殖した微生物により前記計測センサの測定部に発生する変化に基づいて、前記分離膜面の表面で発生する変化を評価する評価工程と、を含むことを特徴とする分離膜面評価方法と、その分離膜面評価方法を利用して水処理システムを制御する制御方法、および、水処理システムを用いることで、解決される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、水処理システムの安定な制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る海水淡水化システムの構成例を示す図である。
【図２】測定部の構成例を示す図である。
【図３】測定センサの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の効果を示すグラフである。
【図５】測定部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
本実施形態ではＲＯ膜を用いて海水を淡水化する海水淡水化システムを水処理システムの例とするが、本発明は、ＲＯ膜のほかＮＦ膜、イオン交換膜などを用いた海水淡水化システム、廃水を浄化して再利用水を生成する再利用水製造システム、純水や超純水を生成する純水・超純水製造システム等にも適用できる。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る海水淡水化システム１は、海水に含まれる、塩分、有機物、微生物、菌類、ホウ素、懸濁物質となる固形浮遊物などを被分離物質として除去して淡水化する水処理システムであって、上流側から海水取水部１０、前処理部２０、脱塩部３０、の順に、主に３つの部分を含んで構成される。なお、以下、菌類も含めて微生物と称する。
【００１６】
海水取水部１０は、取水管１１、取水ポンプ１２、原水タンク１３を含んで構成される。取水管１１は海中に設置されて原水となる海水を吸上げる構成のほか、沖まで伸ばして深層水を原水として吸上げる構成であってもよいし、海底に埋設して海底砂でろ過した後に海水（原水）を吸上げる構成であってもよい。また、取水ポンプ１２は陸上に設置される構成のほか、海中に設置される構成であってもよい。
【００１７】
また、取水管１１内で微生物、藻類、貝類等が増殖して取水管１１が閉塞することを防止するため、これらの生物の増殖を防止する薬品（殺菌剤等）が取水管１１内に注入される構成としてもよい。
【００１８】
前処理部２０は、例えば砂ろ過槽２１、限外ろ過膜モジュール２２、送水ポンプ２２ａ、ＲＯ膜供給水タンク２３を含んで構成され、生きている微生物の殺菌やその他の有機物を除去する前処理工程を実行する。さらに、前処理部２０には複数種類の薬品を原水に注入する薬注システム２４が備わっている。薬注システム２４は原水に注入する薬品の種類に応じて構成され、図１には、微生物を殺菌する殺菌剤を注入する殺菌剤注入部２４ａ、多価イオンによるスケール防止や凝集の効率向上のためのｐＨ調整剤を注入するｐＨ調整剤注入部２４ｂ、砂ろ過槽２１で効率よく被分離物質となる懸濁成分（有機物）を取り除くための凝集剤を注入する凝集剤注入部２４ｃ、中和剤や還元剤を注入する中和還元剤注入部２４ｄ、が図示されている。
【００１９】
殺菌剤注入部２４ａからは微生物を殺菌する殺菌剤として、次亜塩素酸や塩素などが原水に注入される。殺菌剤注入部２４ａから注入される殺菌剤の間歇注入の間隔や濃度によって原水における微生物の死滅率や生存率が変化する。
【００２０】
なお、殺菌剤として注入される次亜塩素酸や塩素は、脱塩部３０のＲＯ膜モジュール３２に備わるＲＯ膜の膜機能を低下させるため、原水がＲＯ膜モジュール３２に送水される前に還元される構成が好ましい。そのため、殺菌剤の過剰な注入は回避されることが好ましく、殺菌剤注入部２４ａには殺菌剤の注入量を調節する調節バルブＶＬ１が備わっている。
【００２１】
また、殺菌剤注入部２４ａから取水管１１に殺菌剤が注入される構成であってもよい。この場合、取水管１１に殺菌剤を注入する管路にも注入量を調節する調節バルブＶＬ８が備わる構成が好ましい。
【００２２】
また、多価イオンによるスケールの発生を防止し、かつ、凝集効率を向上させるため、海水淡水化システム１で処理される原水は酸性（ｐＨ３〜５）に調整されることが好ましい。そこで、ｐＨ調整剤注入部２４ｂから硫酸などのｐＨ調整剤が原水に注入されて好適にｐＨが調整される。符号ＶＬ２は、ｐＨ調整剤の注入量を調節する調節バルブである。
【００２３】
また、凝集剤注入部２４ｃからポリ塩化アルミニウム、塩化第２鉄などの凝集剤が原水に注入される。原水に含まれる懸濁成分（有機物）のフロックは凝集剤によって成長が促進されるため、凝集剤の注入によって懸濁成分の０．１μｍ以上の微粒子が１μｍ以上のフロックに成長しやすくなり、砂ろ過槽２１における懸濁成分除去の効率が向上する。凝集剤の注入量が過少の場合はフロックが好適に成長せず被分離物質である懸濁成分（有機物）が砂ろ過槽２１を通り抜ける場合がある。また、凝集剤の注入量が過剰の場合はフロックの成長に使用されない余剰分が、脱塩部３０のＲＯ膜モジュール３２に備わるＲＯ膜に負荷を与える。したがって、凝集剤注入部２４ｃには凝集剤の注入量を調節する調節バルブＶＬ３が備わっている。
【００２４】
中和還元剤注入部２４ｄからは、ｐＨ３〜５の酸性に調節されている原水を中和するための中和剤や、主に殺菌剤を還元するための還元剤が原水に注入される。符号ＶＬ４は、中和剤や還元剤の注入量を調節する調節バルブである。
【００２５】
以上のように、前処理部２０における前処理工程では、殺菌剤の注入によって微生物を殺菌する工程と、凝集剤を注入して有機物のフロックを成長させ、砂ろ過槽２１で有機物を除去する工程と、が実行される。
【００２６】
なお、前処理部２０を構成する装置は本実施例に限定されるものではなく、水質に応じて、例えば砂ろ過槽２１を省略したりしてもよい。
【００２７】
脱塩部３０は、高圧ポンプ３１、ＲＯ膜モジュール３２および淡水タンク３３を含んで構成される主ラインＬＭと、ＲＯ膜モジュール３２、エネルギ回収装置３４および濃縮水タンク３５を含んで構成される副ラインＬＳと、を備える。さらに脱塩部３０には、廃水タンク３６と、測定部３８と、複数種類の薬品を原水に注入する薬注システム３９が備わっている。
【００２８】
ＲＯ膜モジュール３２に備わるＲＯ膜の表面（ＲＯ膜表面）には半透膜が用いられている。半透膜は、水分子および被分離物質と膜の相互作用の違いによって水分子のみを透過させる膜であり、酢酸セルロース系のものや芳香族ポリアミド系のものなどがある。このうち、芳香族ポリアミド系のＲＯ膜は水分子の透過性や電解質除去性能が高いため工業用の半透膜として広く用いられている。本実施形態は、芳香族ポリアミド系のＲＯ膜を使用する構成とするが、酢酸セルロース系など他の材質のＲＯ膜を使用する構成としてもよい。
【００２９】
ＲＯ膜モジュール３２の構成は限定するものではない。例えば、いずれも図示しないが、厚さ数１００μｍの微孔多孔質支持体に厚さ０．１μｍ以下のポリアミド膜を形成した複合膜（ＲＯ膜）をスパイラルと呼ばれる形状に折り畳んだエレメントや、中空糸状膜を束ねたエレメントで構成されるＲＯ膜モジュール３２とすればよい。この場合のエレメントは直径が４インチ（約１０ｃｍ）、８インチ（約２０ｃｍ）、１６インチ（約４０ｃｍ）で長さが１ｍ程度の円筒形のものが多く、このようなエレメントをベッセルという耐圧容器内に直列に並べたＲＯ膜モジュール３２が用いられる。
【００３０】
例えば複合膜をスパイラル状に折り畳んだ形状のエレメントでは、膜同士の密着を防止するため膜間にポリエチレン製のスペーサが挟み込まれるが、スペーサと複合膜の間隙は０．５μｍ程度となって狭くなる。そこで、ＲＯ膜モジュール３２の上流側には数μｍの被分離物質を除去する保安フィルタが取り付けられる構成としてもよい。
【００３１】
１μｍ以上の大きな被分離物質は前処理部２０で取り除かれるが、原水がＲＯ膜モジュール３２に到達するまでに、前処理部２０で取り除かれなかった微小な有機物（被分離物質）が再凝集したり、配管から被分離物質となる有機物等が剥離したりして数μｍの被分離物質が発生する場合がある。ＲＯ膜モジュール３２の保安フィルタは、このような被分離物質がＲＯ膜モジュール３２内に流れ込んでエレメントにおける原水の流路を閉塞すること、を防止するために取り付けられる。
【００３２】
薬注システム３９はＲＯ膜モジュール３２の洗浄に用いる薬品の種類に応じて構成され、図１には、微生物の繁殖を抑制する制菌剤を注入する制菌剤注入部３９ａ、主にスケーリングを除去するための酸注入部３９ｂ、主に有機物を除去するためのアルカリ注入部３９ｃ、が図示されている。
【００３３】
制菌剤注入部３９ａからは微生物の繁殖を抑制する制菌剤として、2,2-ジブロモ-3-ニトリロプロピオンアミド（通称ＤＢＮＰＡ）などが原水に注入される。制菌剤注入部３９ａから注入される制菌剤の間歇注入の間隔や濃度によって原水における微生物の死滅率や生存率が変化する。
【００３４】
なお、制菌剤として注入されるＤＢＮＰＡなどの過剰な注入は回避されることが好ましく、制菌剤注入部３９ａには殺菌剤の注入量を調節する調節バルブＶＬ５が備わっている。
【００３５】
また、発生したスケールを定期的に除去するため、酸注入部３９ｂから硫酸などの酸がＲＯ膜供給水に注入される。符号ＶＬ６は、酸の注入量を調節する調節バルブである。
【００３６】
また、アルカリ注入部３９ｃからは、苛性ソーダなどのアルカリがＲＯ供給水に注入される。アルカリ注入部３９ｃにはアルカリの注入量を調節する調節バルブＶＬ７が備わっている。
【００３７】
以上、図１に示すように構成される海水淡水化システム１においては、海水取水部１０の取水ポンプ１２によって取水管１１を介して海から取水された海水（原水）は原水タンク１３に一時貯水され、原水に含まれる被分離物質の一部が沈殿除去された後に前処理部２０に送水される。
【００３８】
前処理部２０では、殺菌剤注入部２４ａからの殺菌剤注入と、ｐＨ調整剤注入部２４ｂからのｐＨ調整剤注入と、凝集剤注入部２４ｃからの凝集剤注入と、がなされた原水が砂ろ過槽２１に流れ込む。砂ろ過槽２１では、主に凝集剤によって１μｍ以上に成長した被分離物質（有機物）のフロックがろ過されて除去され、砂ろ過槽２１を透過した原水は送水ポンプ２２ａによって限外ろ過膜モジュール２２に送水される。限外ろ過膜モジュール２２では、さらに細かい０．１μｍ以上の粒子状の被分離物質や、分子量が数千の高分子、細菌などが原水から分離除去される。原水に含まれる細菌などの微生物は限外ろ過膜モジュール２２によってほぼ１００％除去される。
【００３９】
原水は、例えば送水ポンプ２２ａなどの加圧手段によって０．１〜０．５ＭＰａ程度まで加圧されて限外ろ過膜モジュール２２に送水（圧送）される。限外ろ過膜モジュール２２に送水される原水は高圧であるほど限外ろ過膜モジュール２２を透過する速度が高くなるが、被分離物質を原水から分離する性能（分離性能）は低下する。
【００４０】
限外ろ過膜モジュール２２を透過した原水には中和還元剤注入部２４ｄから中和剤と還元剤が注入され、ｐＨ調整剤で酸性に調整されている原水が中和されるとともに、注入されている殺菌剤が還元される。そして原水はＲＯ膜供給水タンク２３に貯水される。
【００４１】
ＲＯ膜供給水タンク２３に貯水された原水は、脱塩部３０の高圧ポンプ３１で加圧され、ＲＯ膜モジュール３２に送水（圧送）されてろ過される。そしてＲＯ膜モジュール３２で被分離物質が除去された原水は淡水として淡水タンク３３に貯水される。一方、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜を透過しない原水は、高圧ポンプ３１で加圧された状態で被分離物質を含む濃縮水となって濃縮水タンク３５に貯水される。
【００４２】
なお、濃縮水タンク３５に貯水された濃縮水を例えば海に戻す排水系（図示せず）が備わる場合もある。この場合、排水系では、塩分濃度を低下させる処理や、塩分および化学薬品の原料となりうる物質を取り出す処理が実施されるように構成される。
【００４３】
また、脱塩部３０に備わるエネルギ回収装置３４は、例えば、高圧の水（高圧水）が排水されるときのエネルギで回転するタービンとそのタービンの回転で発電する発電機であり、発電した電力を高圧ポンプ３１等の駆動電力として利用可能に構成される。一例として、高圧の水（高圧水）は濃縮水タンク３５に貯水されたものであってもよい。
【００４４】
以上のように、原水である海水を淡水化する海水淡水化システム１において、ＲＯ膜モジュール３２には分離膜としてＲＯ膜が備わっている。このような分離膜で原水をろ過するろ過方式には下記の２つの方式が知られている。
【００４５】
ろ過方式の１つは「全量ろ過方式」であり、原水の全量を分離膜に通す方式である。この方式では分離膜を透過しない被分離物質は分離膜の膜面に堆積する。そして、被分離物質の堆積によって分離膜の微孔が閉塞するため、透過水量が運転時間とともに低下する現象（ファウリング）が発生する。
【００４６】
ろ過方式の他の１つは「クロスフローろ過方式」であり、分離膜の膜面に沿うように原水を流し、その一部が分離膜を透過するように構成される。クロスフローろ過方式では、分離膜を透過しない被分離物質は原水とともに排出されて膜面等に堆積しない。したがって、理想的なクロスフローろ過方式では、分離膜を透過する水量は原水の流速と膜間差圧によって主に決定され運転時間によらずほぼ安定している。
【００４７】
精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、ＲＯ膜を用いたモジュールでは、クロスフローろ過方式が用いられる場合がある。
【００４８】
しかしながら、クロスフローろ過方式でも長時間の運転によって原水に含まれる有機物（被分離物質）が分離膜に少しずつ吸着して微孔が閉塞し、分離膜の透過水量が次第に低下する現象（これもファウリングと称する）が発生する。
【００４９】
クロスフローろ過方式の分離膜に吸着する物質としては、膜面付近で電解質の濃度が高くなって析出する無機物スケール、原水に含まれる微生物が膜面で増殖することによるバイオファウリングのほか、原水に含まれる有機物が吸着する有機物スケールなどがある。
【００５０】
例えば、電解質濃度が高くなって析出する無機物スケールについては、無機物スケール防止剤やｐＨ調整剤の注入によって電解質濃度が高くなっても無機物スケールが析出しにくい条件に調整することや、膜面に清浄水を流して除去すること、によって対応可能である。
【００５１】
しかしながら、有機物スケールはせん断力で完全に除去することができず、長時間の運転によって次第に蓄積する。例えば、図１に示す海水淡水化システム１の場合、前処理部２０の構成や性能、海水（原水）の水質、薬注システム２４で注入される薬品の種類等による変動はあるが、ＴＯＣ（Total Organic Carbon：全有機炭素量）換算で、０．１〜１０ｍｇ／Ｌ程度の有機物が脱塩部３０に送水される原水に含まれる。
【００５２】
また、有機物スケールが分離膜に吸着して蓄積すると、その有機物を培地として微生物が増殖しバイオフィルムを形成してバイオファウリングの要因となる。
【００５３】
図１に示す海水淡水化システム１の場合、海水（原水）に含まれる微生物は、殺菌剤注入部２４ａから注入される殺菌剤によって死滅する。しかしながら、前記したようにＲＯ膜（特に、芳香族ポリアミド系）は殺菌剤である次亜塩素酸や塩素に弱いため、殺菌剤が還元剤によって還元されて殺菌成分が含まれない状態の原水が脱塩部３０に送水される。
【００５４】
脱塩部３０を構成する配管等の部材は施工後に充分洗浄され、さらに、使用開始後も定期的に薬品によって洗浄されるが、配管等の部材から完全に微生物を排除することは不可能である。
【００５５】
また、殺菌剤注入部２４ａから注入される殺菌剤で殺菌しきれない微生物が脱塩部３０に流れ込むこともあり、脱塩部３０（より詳細には、ＲＯ膜供給水タンク２３の下流）に微生物が存在する場合がある。そしてこの場合、脱塩部３０に送水される原水には殺菌成分（殺菌力のある殺菌剤）が含まれていないため、脱塩部３０に存在する微生物を除去できず、このように脱塩部３０に存在する微生物によってバイオフィルムが形成される。
【００５６】
このようにＲＯ膜モジュール３２に、有機物スケールによるファウリング（有機物ファウリング）やバイオフィルムによるバイオファウリングが発生すると、ＲＯ膜における原水のろ過能力が低下するためＲＯ膜の交換が必要になる。図１に示す海水淡水化システム１においてはＲＯ膜モジュール３２のエレメントの洗浄や、ＲＯ膜モジュール３２の交換となる。
【００５７】
このようなエレメントの洗浄時や交換時は、海水淡水化システム１を長時間停止するため稼動率が低下する。また、エレメントの部品代や交換の作業費用がランニングコストに加算されるため、海水淡水化システム１のランニングコストが上昇する。
【００５８】
海水淡水化システム１で淡水化する海水（原水）には多種類の被分離物質（有機物および微生物）が含まれるが、有機物ファウリングおよびバイオファウリングの原因となる有機物や微生物はその種類が限られている。
【００５９】
例えば、有機物についてはＲＯ膜との親和性の違い等、微生物については増殖力やバイオフィルムの特性（粘性や代謝物の分子量など）の違い等、によってファウリング発生に対する影響度が異なる。したがって、原水の全有機炭素量および微生物量（ＡＴＰ（アデノシン三りん酸）量）と、ＲＯ膜でのファウリング発生と、の相関が必ずしも高いとはいえない。換言すると、全有機炭素量や微生物量に基づいてＲＯ膜の交換時期を判定すると、本来は交換する必要のないときに交換する場合もある。
【００６０】
したがって、ファウリングが実際に発生しているか否かを測定して、その測定結果に基づいてＲＯ膜の交換時期を判定する構成が好ましい。そのため、図２に示すように、本実施形態に係る海水淡水化システム１（図１参照）の脱塩部３０には、有機物の吸着量および微生物の吸着量を検出可能に構成される測定部３８が備わる。
【００６１】
図２に示すように、測定部３８は、高圧ポンプ３１より下流（つまり、高圧ポンプ３１よりＲＯ膜モジュール３２（図１参照）の側）に配置され、温度調節部３７を有してなり、高圧ポンプ３１とＲＯ膜モジュール３２を接続する配管ＰＭの途中から分岐した、分岐配管ＰＢに備わる。温度調節部３７はさらに、加熱冷却素子３７ａと、断熱部３７ｂと、測定センサ３８ａと、を有してなる。この場合、高圧ポンプ３１を共通として使用することができるため、別の装置を追加せずに運用することで可能となる。なお、本実施例の変形例のひとつとして、上述の測定部３８は、高い圧力がかかるため高圧ポンプ３１の上流側に配置してもよい。変形例の場合は、送液ポンプを接続する必要がある。
【００６２】
加熱冷却素子３７ａは、本実施形態ではペルチェ素子を使用した。断熱部３７ｂは、本実施形態では周囲を発泡スチロールで包囲されたチタン製金属ブロックを使用した。
【００６３】
測定センサ３８ａは、本実施形態においては水晶振動子マイクロバランス法によってセンサの測定面（測定部）に吸着する吸着物の質量を測定する重量計測センサとした。以下、測定センサ３８ａを例として、その具体的な構成の例を説明する。
【００６４】
水晶振動子マイクロバランス法は、図３に示すように、例えば、測定センサ３８ａのＡＴカット水晶板２５０ａに発生するずり振動の共振周波数がＡＴカット水晶板２５０ａの質量に比例する原理を用いた測定方法であり、測定面Ｆ１（ＳｉＯ２（２５０ｃ）が成膜されている面）に吸着物が付着、或いは微生物が増殖したときの質量変化を共振周波数の変化として検出する。つまり、共振周波数の変化が吸着物または増殖物の質量の変化となる。
【００６５】
測定センサ３８ａは、例えば、厚さ約０．３ｍｍ、直径約１４ｍｍの薄い円板形状を呈する水晶振動子（ＡＴカット水晶板２５０ａ）の両面に厚さ約３００ｎｍの金電極２５０ｂが形成され、さらに、測定面Ｆ１には厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ２（２５０ｃ）がスパッタ成膜されているセンサチップ２５０（例えば、Ｑ−Ｓｅｎｓｅ社製の市販品）の測定面Ｆ１に、芳香族ポリアミド膜２５１が成膜された構成とする。
【００６６】
なお、測定センサ３８ａの構造、測定センサ３８ａによる質量の計測方法の詳細は、前記した特許文献１に記載されている。本実施形態では、測定センサ３８ａの構造や質量の計測方法について特許文献１を例に挙げたが、もちろん他の構造、手法を用いても構わない。
【００６７】
また、測定センサ３８ａに用いる膜質は、ＲＯ膜モジュール３２と同質の薄膜を採用してもよい。同質とは、同一の素材や、同一のロットで生産された薄膜であることや、同一の製品の型番であること等を意味し、まったく同じものを使用するという限定的な意味ではない。このように、同質の薄膜を採用することによって、測定センサ３８ａとＲＯ膜モジュール３２の膜表面には微生物の増殖が近い状態を作ることができ、ファウリングの進行を予測あるいは先行して検出することができる。したがって、同質の膜質とは、上記の微生物の増殖にかかる環境が近くなるものであればよいことは明らかである。
【００６８】
また、測定センサ３８ａに用いる膜質は、ＲＯ膜モジュール３２よりも微生物の増殖が起こりやすい薄膜を採用してもよい。この場合には、ＲＯ膜モジュール３２表面の周囲の環境よりも測定センサ３８ａ周辺の環境の方が微生物の増殖が活発となり、ＲＯ膜表面でのファウリングの進行を予測あるいは検出することができる。
【００６９】
これらの測定センサ３８ａを複数用意し、複数用意した薄膜には、ＲＯ膜モジュール３２の薄膜と同質の薄膜と、ＲＯモジュール３２の薄膜よりも微生物の増殖が起こりやすい薄膜を組み合わせてもよい。この場合、ＲＯ膜モジュール３２周辺の環境とさらにファウリングが起こりやすい環境を併せて計測・測定することができるようになる。つまり、実際の環境とこれから起こりうる環境を予測することができる。上記の薄膜の膜質の関係は、後述の実施例２にも採用でき、上記の効果をそれぞれ奏するものである。
【００７０】
本実施形態に係る海水淡水化システム１（図１参照）には、図２に示すように、温度調節部３７内に配置された測定センサ３８ａを備える測定部３８を有し、微生物の増殖によるファウリングの進行を、ＲＯ膜表面での進行より先行して検出することができる。
【００７１】
配管ＰＭと分岐配管ＰＢには同じ被分離物質を含む原水が流れ込む。分岐配管ＰＢに備わる測定センサ３８ａの測定面Ｆ１（図３参照）には、微生物と有機物が吸着する。また、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１には、ＲＯ膜モジュール３２（図１参照）に備わるＲＯ膜と同等の芳香族ポリアミド膜２５１（図３参照）が成膜されているため、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１に吸着する有機物や微生物はＲＯ膜モジュール３２に吸着する被分離物質である。つまり、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１にはＲＯ膜モジュール３２で除去する被分離物質となる物質が吸着する。このとき、温度調節部３７（図２参照）の温度を配管ＰＭより微生物の増殖にとって好適に、例えば配管ＰＭの温度が１５℃から２５℃であるときに温度調節部３７の温度を２０℃から３０℃に設定する。このような微生物の増殖によってＲＯ膜モジュール３２にファウリングが発生する。これにより、測定センサ３８ａの表面を測定する測定面Ｆ１では、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜表面より、微生物の増殖が速やかに進行することから、微生物の増殖由来の質量変化を実際のファウリングより早く検出することが可能となる。
【００７２】
例えば、図４に示すように、ＲＯ膜モジュール３２上での微生物の増殖に対応した質量変化推定値ＷＲ（破線）に対して、測定センサ３８ａの表面の測定面Ｆ１での微生物の増殖に対応した質量測定値はＷＳ（実線）のようになる。そして、測定センサ３８ａの質量変化測定値ＷＳとＲＯ膜モジュール３２上での質量変化推定値ＷＢの差ΔＴは、微生物の増殖の加速量を示し、ΔＴだけ早期に検知できることを示す。
【００７３】
また、以上のように測定される、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜における微生物の増殖に起因するファウリングの量を利用して、効率よく海水を淡水化するように海水淡水化システム１（図１参照）を運転できる。例えば、下記の３つの方法で、効率よく海水を淡水化するように海水淡水化システム１を運転できる。
【００７４】
《前処理部２０の運転を制御する》
前記したように測定センサ３８ａの測定値は、前処理部２０（図１参照）で殺菌されない微生物がＲＯ膜モジュール３２（図１参照）のＲＯ膜で増殖する増殖量を示す。そこで、微生物の増殖を抑制するように前処理部２０における殺菌処理を調節する構成とする。
【００７５】
例えば、微生物の増殖量が一定値Ｗｘに到達するまでの日数Δｔが５日以上であることを維持するように、前処理部２０における殺菌剤の濃度や間歇注入の間隔を調節し、さらに、還元剤の濃度や注入量を調節する構成とする。
【００７６】
つまり、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜において、微生物が予め決定される所定の増殖速度Ｗｘ／Δｔを超えて増殖するときには、前処理部２０での前処理工程における微生物の殺菌を強化する構成とする。
【００７７】
しかしながら、ＲＯ膜モジュール３２における微生物の増殖が増加すると、前処理部２０での殺菌を強化しても増殖を抑制できない。したがって、例えば、バイオファウリング量（微生物の増殖量）が予め設定される所定値Ｗｙを超えた場合は、そのときの殺菌剤の濃度や間歇注入の間隔を維持するように構成する。このことによって、前処理部２０の原水における殺菌剤の濃度を必要最低限とすることができる。
【００７８】
《ＲＯ膜を洗浄する》
分岐配管ＰＢに備わる測定センサ３８ａ（図２参照）の測定値ＷＡは、１日乃至数日後のＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜のエレメント上の微生物の増殖によるファウリング量を示す。そこで、例えば、測定センサ３８ａの測定値ＷＡが所定値を超えたときに、ＲＯ膜モジュール３２に洗浄剤を流して洗浄する構成とする。本実施形態では、脱塩部３０は制菌剤注入部３９ａ、酸注入部３９ｂ、アルカリ注入部３９ｃから構成される薬注システム３９を備えてなる。このうち適切な薬剤を選択してＲＯ膜モジュール３２に注入することにより、ＲＯ膜エレメント表面のバイオファウリング層（微生物の増殖層）を除去することができる。
【００７９】
なお、このとき温度調節部３７の温度を主配管ＰＭと同じに設定し、分岐配管ＰＢにも主配管ＰＭと同様に薬剤を注入して、測定センサ３８ａの重量変化を測定することにより、洗浄処理による微生物増殖層の除去をリアルタイムで測定することができる。これにより、薬剤の濃度や流量を調節したり、洗浄終了時期を判定したりすることができる。
【００８０】
以上のように、本実施形態に係る海水淡水化システム１（図１参照）は、ＲＯ膜モジュール３２（図１参照）の上流に配置され、温度調節部３７（図２参照）が備わる分岐配管ＰＢ（図２参照）に備わる測定センサ３８ａの測定値に基づいて、ＲＯ膜モジュール３２（図１参照）のＲＯ膜への微生物の増殖を測定できる。すなわち、微生物由来のファウリングを事前に検知できることとなる
そして、ＲＯ膜上の微生物の増殖量に応じて好適に海水淡水化システム１を運転して、効率よく海水を淡水化できる。
【００８１】
本実施例は上記構成をとることによって、従来の装置構成に比べて簡便な装置で構成することができるため、安価な水処理システムを提供できる。
（実施例２）
本実施形態では、実施例１と同様の海水淡水化システム１を使用した。ただし、測定部３８の構成が実施例１と異なる。
【００８２】
図５に示すように、本実施形態における測定部３８は、高圧ポンプ３１より下流（つまり、高圧ポンプ３１よりＲＯ膜モジュール３２（図１参照）の側）に配置され、温度調節部３７を有してなり、高圧ポンプ３１とＲＯ膜モジュール３２を接続する配管ＰＭの途中から分岐した、分岐配管ＰＢに備わる。温度調節部３７はさらに、加熱冷却素子３７ａと、断熱部３７ｂと、測定センサ３８ａと、を有してなる。また、分岐配管ＰＢに薬液を注入するための薬注システム３８ｂを備える。なお、実施例１と同様に、本実施例の変形例のひとつとして、上述の測定部３８は、高い圧力がかかるため高圧ポンプ３１の上流側に配置してもよい。
【００８３】
本実施形態に係る海水淡水化システム１において、測定センサ３８ａが、微生物の増殖によるファウリングの進行を、ＲＯ膜表面での進行より先行して検出することができる理由は以下による。
【００８４】
配管ＰＭと分岐配管ＰＢには同じ被分離物質を含む原水が流れ込む。分岐配管ＰＢに備わる測定センサ３８ａの測定面Ｆ１（図３参照）には、微生物と有機物が吸着する。また、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１には、ＲＯ膜モジュール３２（図１参照）に備わるＲＯ膜と同等の芳香族ポリアミド膜２５１（図３参照）が成膜されているため、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１に吸着する有機物や微生物はＲＯ膜モジュール３２に吸着する被分離物質である。つまり、測定センサ３８ａの測定面Ｆ１にはＲＯ膜モジュール３２で除去する被分離物質となる物質が吸着する。このとき、薬注システム３８ｂより、微生物の増殖に対して養分となる物質、例えばアミノ酸等を連続的に、或いは間歇的に供給することにより、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜エレメント表面より早期に、微生物の増殖を進行させることが可能となる。
【００８５】
なお、温度調節部３７（図５参照）の温度は配管ＰＭの温度と等しくてもよいが、より微生物の増殖にとって好適に、例えば配管ＰＭの温度が１５℃から２５℃であるときに温度調節部３７の温度を２０℃から３０℃に、などのように設定してもよい。このような微生物の増殖によってＲＯ膜モジュール３２にファウリングが発生する。測定センサ３８ａの表面では、ＲＯ膜モジュール３２のＲＯ膜表面より、微生物の増殖が速やかに進行することから、微生物の増殖由来の質量変化を実際のファウリングより早く検出することが可能となる。すなわち、微生物由来のファウリングを事前に検知できることとなる。その結果、前処理部２０の運転を制御したり、ＲＯ膜モジュール３２の洗浄を適切に行うことなどが可能となる。
【００８６】
なお、本発明は、発明の趣旨を変更しない範囲において適宜設計変更可能である。
【００８７】
例えば、図２および図５に示すように、測定センサ３８ａはＲＯ膜モジュール３２をバイパスする分岐配管ＰＢに備わる構成としたが、分岐配管ＰＢが測定センサ３８ａの下流で配管ＰＭに合流する構成であってもよい。
【００８８】
また、分岐配管ＰＢを流れた原水を溜める貯水槽（図示せず）が備わる構成であってもよい。
【００８９】
本実施例によれば、上記構成をとることによって、従来の装置構成に比べて簡便な装置で構成することができるため、安価な水処理システムを提供できる。
【００９０】
また、測定センサ３８ａ（図２および図５参照）における微生物の増殖量の測定方法は、水晶振動子マイクロバランス法に限定されない。水晶振動子マイクロバランス法の他の測定方法として、表面プラズモン共鳴法、全反射フーリエ変換赤外吸収法、エリプソメトリ法などがある。また、表面反射率測定を実施する測定機器の測定面にファウリングを評価する分離膜と同等の薄膜を成膜して微生物の増殖を測定する方法もある。
【符号の説明】
【００９１】
１      海水淡水化システム（水処理システム）
１０    海水取水部
２０    前処理部
３０    脱塩部
３８ａ  測定センサ
３２    ＲＯ膜モジュール（ＲＯ膜、分離膜）
２５０  ＡＴカット水晶板（水晶振動子）
Ｆ１    測定面（測定部）
ＰＭ    主配管
ＰＢ    分岐配管
【図１】
2015134327.tif 000003
【図２】
2015134327.tif 000004
【図３】
2015134327.tif 000005
【図４】
2015134327.tif 000006
【図５】
2015134327.tif 000007