(57)【要約】【課題】逆浸透膜を用いて海水やかん水などの脱塩を行うことにより淡水を得る場合に問題となる膜のバイオファウリングを抑制する技術を提供する。【解決手段】加圧浮上分離装置内に生物担体を設置することにより、バイオファウリングの元となる溶解性有機物を除去し、かつ装置コストの大幅な増加を防ぐことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩を含む水を貯留する処理タンクと、前記処理タンク内の水中の浮遊物を浮上させる加圧浮上部と、前記加圧浮上部に存在する生物担体とを有する加圧浮上分離装置と、
前記加圧浮上分離装置を通過した水から不溶解性物質を除去する除濁ろ過装置と、
前記除濁ろ過装置を通過した水を逆浸透膜によって処理して透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜分離装置と、
を備える造水システム。
【請求項２】
加圧浮上分離装置は、前記加圧浮上部内で水を循環させる循環流発生装置を備える、請求項１記載の造水システム。
【請求項３】
前記処理タンクが加圧気体分散部と加圧浮上部に仕切られており、塩を含む水と加圧気体が前記加圧気体分散部に供給され、続いて前記加圧浮上部で処理される、請求項１または２記載の造水システム。
【請求項４】
前記加圧浮上分離装置で処理される水に含まれる浮遊物量に応じて、前記処理タンクに供給する加圧気体供給装置の運転と停止を判断する制御装置を備える、請求項２または３記載の造水システム。
【請求項５】
前記加圧浮上部内に循環流を発生させる循環流発生装置の運転と停止を判断する制御装置を備える、請求項４記載の造水システム。
【請求項６】
生物担体が設置された加圧浮上部内の水に含まれる浮遊物を加圧気体の供給によって分離する加圧浮上分離工程と、
前記加圧浮上分離工程後の水から不溶解性物質を除去する除濁ろ過工程と、
前記除濁ろ過工程後の水を逆浸透膜によって処理して透過水と濃縮水に分離する膜分離工程と、
を備える造水方法。
【請求項７】
前記加圧浮上分離工程で処理される水に含まれる浮遊物が一定量以下であれば、前記加圧浮上分離工程を停止する、請求項６記載の造水方法。
【請求項８】
前記加圧浮上部内に循環流を発生させる工程をさらに備える、請求項７記載の造水方法。
【請求項９】
前記浮遊物が油分および／または懸濁質である、請求項６から請求項８のいずれか１項記載の造水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜を用いて海水やかん水などの脱塩を行うことにより淡水を得たり、下廃水処理水や工業排水等を浄化して再利用水を得たりする造水技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いた造水システムは、海水の淡水化を始め、多くの産業や水処理分野で応用され、他の分離方法と比較し、分離性能やエネルギー効率等の点で優位性が実証されてきている。一方、該造水システムでは、膜面での微生物増殖、あるいは膜面への生物膜（バイオフィルム）の付着、すなわちバイオファウリングにより、膜差圧が急上昇し、膜の透過性、分離性が低下するという問題がある。これを抑制するためには、供給水の前処理を行い、汚染物質の除去を行うことが重要である。
【０００３】
従来、逆浸透膜の前処理としては、浮遊物を除去するため、凝集ろ過や加圧浮上分離といった方法が用いられてきた。しかし、これら汚染物質を除去しても、逆浸透膜においてバイオファウリングが発生するという問題があった。
【０００４】
バイオファウリングの原因として、供給水中に含まれる溶解性有機物や同化可能有機炭素（以下、ＡＯＣ（Ａｓｓｉｍｉｌａｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）という）の濃度との関係が明らかとなっている。ＡＯＣは微生物の栄養源となるため、急激な微生物の増殖が起こる。これにより、ＡＯＣ濃度が高いと逆浸透膜で急激なバイオファウリングが発生する事例が報告されている。
【０００５】
特許文献１には逆浸透膜海水淡水化装置の前処理として生物活性炭塔と精密ろ過膜（ＭＦ）または限外ろ過膜（ＵＦ）を用いて、不溶解性物質と溶解性有機物を除去する方法が提案されている。本手法によって、溶解性有機物が除去されるため、バイオファウリングを抑制することができる。
【０００６】
特許文献２には加圧浮上分離装置で浮遊物を除去し、その後生物反応槽で処理する排水処理方法が提案されている。本手法により加圧浮上分離で浮遊物を除去し、生物処理で溶解性有機物を除去することで良好な処理水を得ることができる。
【０００７】
バイオファウリングと並んで問題となる逆浸透膜の汚染物質として、懸濁質と油分がある。閉鎖地域の海水淡水化前処理装置においては加圧浮上分離装置を前処理として用いることが一般的である。
【０００８】
浮遊物が供給水に含まれる場合には、加圧浮上分離装置の供給水に凝集剤を添加し、その後、加圧気体を混合し、汚染物質を浮上分離することにより、浮遊物を除去することが可能である。しかしながら、本加圧浮上分離装置は浮遊物のような懸濁成分にのみ有効であり、海水の油分含有量や懸濁質量が少ない場合には加圧浮上分離装置をバイパスさせることがしばしば行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開２００６／０５７２４９号
【特許文献２】特開平９−２１５９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の逆浸透膜海水淡水化装置の前処理装置では、不溶解性物質と溶解性有機物の除去は行えるものの、活性炭塔と膜ろ過装置を設置する必要があり、装置の設備費が増加するという問題があった。更に、供給水中に油分が含まれる際には別途加圧浮上分離装置等を設置する必要があり、更に設備費が増加し、かつ装置の設置面積が大きくなり、結果としてプラントの建設費用が増加するという問題があった。
【００１１】
上記特許文献２では油分除去と生物処理を行うことが可能であるが、浮上分離装置と生物処理装置を別々に設置する必要があるため設備費が高くなり、設置面積も大きくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、逆浸透膜を用いて海水やかん水などの脱塩を行うことにより淡水を得る際に問題となる膜のバイオファウリングを抑制するため、供給水の前処理として、生物担体が設置された加圧浮上分離装置を用いる。このような工夫により、良好な処理水質が得られると同時に、装置コストの大幅な増加を防ぐものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明における造水システムおよび造水方法は、以下の構成のいずれかからなる。
【００１４】
（１）塩を含む水を貯留する処理タンクと、前記処理タンク内の水中の浮遊物を浮上させる加圧浮上部と、前記加圧浮上部に存在する生物担体とを有する加圧浮上分離装置と、前記加圧浮上分離装置を通過した水から不溶解性物質を除去する除濁ろ過装置と、前記除濁ろ過装置を通過した水を逆浸透膜によって処理して透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜分離装置と、を備える造水システム。
【００１５】
（２）加圧浮上分離装置は、前記加圧浮上部内で水を循環させる循環流発生装置を備える、（１）記載の造水システム。
【００１６】
（３）前記処理タンクが加圧気体分散部と加圧浮上部に仕切られており、塩を含む水と加圧気体が前記加圧気体分散部に供給され、続いて前記加圧浮上部で処理される、（１）または（２）記載の造水システム。
【００１７】
（４）前記加圧浮上分離装置で処理される水に含まれる浮遊物量に応じて、前記処理タンクに供給する加圧気体供給装置の運転と停止を判断する制御装置を備える、（２）または（３）記載の造水システム。
【００１８】
（５）前記加圧浮上部内に循環流を発生させる循環流発生装置の運転と停止を判断する制御装置を備える、（４）記載の造水システム。
【００１９】
（６）生物担体が設置された加圧浮上部内の水に含まれる浮遊物を加圧気体の供給によって分離する加圧浮上分離工程と、前記加圧浮上分離工程後の水から不溶解性物質を除去する除濁ろ過工程と、前記除濁ろ過工程後の水を逆浸透膜によって処理して透過水と濃縮水に分離する膜分離工程と、を備える造水方法。
【００２０】
（７）前記加圧浮上分離工程で処理される水に含まれる浮遊物が一定量以下であれば、前記加圧浮上分離工程を停止する、（６）記載の造水方法。
【００２１】
（８）前記加圧浮上部内に循環流を発生させる工程をさらに備える、（７）記載の造水方法。
【００２２】
（９）前記浮遊物が油分および／または懸濁質である（６）から（８）のいずれか１項記載の造水方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、バイオファウリングの元となる溶解性有機物の除去と油分及び懸濁質の除去を効率良く行い、かつ装置コストの大幅な増加を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の造水システムの一実施形態を示すシステム構成図。
【図２】本発明の造水システムの他の実施形態を示すシステム構成図。
【図３】本発明の造水システムの更に他の実施形態を示すシステム構成図。
【図４】本発明の造水システムの更に他の実施形態を示すシステム構成図。
【図５】比較例１の造水システムのシステム構成図。
【図６】比較例２の造水システムのシステム構成図。
【図７】図２および図４の造水システムの処理タンクの一実施形態を上方向から見たシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明するが、本発明の内容は以下の態様に限定されるものではない。
【００２６】
［造水システム］
図１に示す一実施形態としての造水システム１００Ａは、加圧浮上分離装置３、除濁ろ過装置９および逆浸透膜分離装置１０を備える。加圧浮上分離装置３と除濁ろ過装置９とは、処理水配管１１によって接続されている。造水システム１００Ａは、その他にも各部を接続する配管等を備える。
【００２７】
＜加圧浮上分離装置＞
加圧浮上分離装置３は、浮上によって供給水１から浮遊物を除去することができる。  浮遊物とは、懸濁質および油分等、水の中に浮遊している物体を指す。
【００２８】
供給水１としては、例えば海水、かん水、河川水、湖沼水、地下水、下水、下水二次処理水等が挙げられる。特に、造水システム１００Aは、塩を含有する供給水１の処理に好適に用いられる。なお、海水等の原水が後述の凝集剤添加等の前処理を経ることで得られる水が、供給水１として加圧浮上分離装置３に供給されてもよい。
【００２９】
具体的には、加圧浮上分離装置３は、処理タンク３１と、生物担体６と、微細気泡発生装置２０Ａとを備える。
【００３０】
処理タンク３１は、内部に供給水１（つまり浮上により処理される対象の水）を溜めることができる。供給水１は供給水配管２４を通して、処理タンク３１内の加圧気体分散部３３に供給される。処理タンク３１は、加圧気体分散部３３と加圧浮上部３２を備える。供給水１は加圧気体分散部３３を通過した後、加圧浮上部３２を通過する。供給水１は処理タンク３１内で処理水と浮上分離汚泥に分離され、処理水は処理水配管１１を通じて処理タンク３１から出ていき、浮上分離汚泥は浮上分離汚泥出口１３から排出される。加圧気体分散部３３と加圧浮上部３２は処理タンク３１内にて仕切板等で分離されており、タンク上部（つまり液面近く）でつながっていることが浮上分離を効率良く行うという観点から好ましい。なお、加圧気体分散部３３の代わりに、加圧気体供給配管１４を供給水配管２４に直接接続することによって、加圧気体分散部３３を省略することも可能である。
【００３１】
生物担体６の少なくとも一部は、処理タンク３１内の加圧浮上部３２に設置される。生物担体６としては、
・プラスチックの小筒の集合体（ハニコーム）を有するハニコーム型；
・図示しない筐体と、その筐体内に充填された砕石、砂利、プラスチック担体、スポンジ担体、または多孔質ポリウレタンフォーム等の充てん材とを有する充填型；
・プラスチック繊維で形成されたひも型
等の形態が挙げられる。また、生物担体６の空隙率は、浮遊物による詰まりを防ぎ、加圧浮上分離の妨げとならないように５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。生物担体６は空隙率が５０％以上の多孔質担体や、プラスチック担体や、プラスチック小筒や、プラスチック繊維で形成されたひも担体の小担体が集まってできた構造であり、空隙率が均一に分散していることが好ましい。生物担体６は、処理タンク３１の加圧気体分散部３３に続く加圧浮上部３２内の高さ方向および横方向の中央付近に設置することが好ましい。これは被処理水がまんべんなく生物担体６を通過することにより、生物処理が効率良く行われるためである。
【００３２】
微細気泡発生装置２０Ａは、供給水１内の浮遊物を浮上法によって浮上させる加圧気体を発生させる装置であり、処理水配管１１から枝分かれした分岐配管１２と、加圧ポンプ２１と、コンプレッサー２２と、加圧タンク２３と、加圧気体供給配管１４とを備える。
【００３３】
分岐配管１２は、加圧ポンプ２１に接続されている。分岐配管１２は、処理水配管１１を流れる水（つまり加圧浮上分離装置３で処理された水）の一部を加圧ポンプ２１に送る。加圧ポンプ２１は、分岐配管１２により送られた水を加圧し、加圧タンク２３に送る。コンプレッサー２２は、気体を加圧し、それを加圧タンク２３に送る。こうして、加圧タンク２３内で、気液混合状態の加圧水が作られる。加圧水は、加圧タンク２３から、加圧気体供給配管１４を通って、処理タンク３１の加圧気体分散部３３に供給される。処理タンク３１内の圧力は、加圧タンク２３よりも低いので、処理タンク３１内で、供給された加圧水からは微細な気泡が発生する。気泡は、供給水１内の浮遊物を浮上させる。ここで気体は空気であることがコスト低減の観点から好ましい。
【００３４】
こうして発生した気泡は、供給水１内の浮遊物を加圧浮上部３２で浮上させることにより、浮上分離層５として水面に濃縮させる。浮上分離層５は、浮上分離汚泥出口１３により系外に排出される。浮上分離層５は浮上分離汚泥出口１３の代わりに掻き取り機を用いて液面から除去されても良い。加圧浮上部３２で浮遊物は処理タンク３１の液面に移動し、処理水は処理タンク３１の加圧浮上部３２のタンク下部付近より得られる。以上のように、加圧浮上分離装置３によって供給水１から浮遊物が除去され、比較的清澄な処理水が得られる。得られた処理水は、処理水配管１１を通って、除濁ろ過装置９に送られる。ここでタンク上部とは、タンク液面高さ方向の上半分を意味し、タンク下部とはタンク液面高さ方向の下半分を意味する。
【００３５】
供給水１内の浮遊物が一定量以下である場合、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２を停止することにより、加圧浮上分離工程を停止し、生物処理を効率良く行うために、加圧浮上部３２内に循環流を発生させてもよい。ここで、「一定量」とは浮遊物が油分の場合、四塩化炭素抽出法により油分が０．５〜１ｍｇ／Ｌであることが好ましい。また、浮遊物が懸濁質の場合「一定量」とは、濁度換算で２〜１００度が好ましく、５〜５０度が除濁ろ過装置９の懸濁質の負荷を下げることと、生物処理による溶解性有機物を除去することのバランスの点からより好ましい。また、除濁ろ過装置９の供給水濁度の許容限界値に応じて適宜「一定量」の数値を設定することが好ましい。なおここで、濁度とはＪＩＳ  Ｋ０１０１やＪＩＳ  Ｋ０８０１（濁度自動計測器）で示される手法で測定した濁度であることが好ましい。なお、油分を比誘電率法や光反射法により油膜検出する場合は、「一定量以下」とは油膜が検出されない場合であり、「一定量より多い」とは油膜が検出される場合を意味する。
【００３６】
循環流発生装置として、加圧浮上分離装置３は、図２の造水システム１００Ｂのように、散気管７および循環用空気供給機８を備えてもよい。
【００３７】
散気管７は、数ミリの穴を多数有する管状の筒であってもよいし、ゴムシート等を利用した散気管であってもよい。散気管７は、生物担体６の下方にあっても、生物担体６が上方に無い空間にあってもかまわないが、直接気体が生物担体６に接触すると、生物担体６から微生物等が剥離し、生物処理能力が低下する可能性があるため、生物担体６に直接気体が接触しないように、図７の上方から見た図のように生物担体６が上方に無い空間に散気管７を設置することが好ましい。このように設置された散気管７から供給された気体の浮力により、加圧浮上部３２内に設置された生物担体６の表面に循環流が発生し、生物処理を効率良く行うことが可能となる。
【００３８】
加圧浮上分離装置３の加圧浮上部３２に循環流を発生させることにより、生物担体６の表面に循環流が発生し、効率良く生物処理を行うことが可能となる。循環流の流速は生物担体表面において０．５ｍ／分以上であることが好ましく、生物処理を効率良く行うという点で１〜３ｍ／分であることがより好ましい。循環用空気供給機８は、ブロワーやコンプレッサーといった気体を供給できるものであれば良い。
【００３９】
循環流の発生は、気体を吹き込むエアレーションによる方法以外にも、ポンプ等によって加圧浮上部３２の水を直接ポンプ等で流動させることによって処理タンク３１内に循環流を発生させてもかまわない。
【００４０】
他の実施形態として、図３の造水システム１００Ｃは、加圧浮上分離装置３０１の処理タンク３１内に加圧浮上部３２に続いて、処理水集水部３４を備える。このような装置では、処理水集水部３４に図には記載しないが砂ろ過等を設置し、除濁ろ過装置９の代わりとしてもかまわない。
【００４１】
なお、加圧浮上部３２を含む処理タンク３１に循環流を発生させるために、コンプレッサー２２を低出力で稼働させることにより、散気管７および循環用空気供給機８の代わりに用いてもよい。
【００４２】
＜除濁ろ過装置＞
除濁ろ過装置９は、供給水１を加圧浮上分離装置３で処理して得られた処理水から、不溶解性物質を除去する。ここで不溶解性物質とは微生物や懸濁質等、水に溶けていない物質を意味する。加圧浮上分離装置３で処理された水は、除濁ろ過装置９にポンプ等で供給されても良いし、処理タンク３１に続くタンクに砂等を設置し、重力式砂ろ過により除濁ろ過を行ってもかまわない。ここで除濁ろ過装置９としては、砂ろ過、精密ろ過膜、限外ろ過膜等が用いられる。また精密ろ過膜および限外ろ過膜のろ過方式は加圧方式であっても浸漬方式による吸引方式であってもかまわない。
【００４３】
＜逆浸透膜分離装置＞
逆浸透膜分離装置１０は、除濁ろ過装置９によって処理された後の水から塩分を除去する。除濁ろ過装置９で処理された処理水は、逆浸透膜分離装置１０に高圧ポンプで供給され塩類が分離除去される。ここで逆浸透膜分離装置１０に備え付けられた逆浸透膜は海水淡水化用逆浸透膜やかん水用低圧逆浸透膜、ナノフィルトレーション膜であってもかまわない。
【００４４】
＜その他＞
必須ではないが、造水システム１００Aは、凝集剤添加装置２を備えてもよい。凝集剤添加装置２は、加圧浮上分離装置３に供給される供給水１に凝集剤を添加することで、浮上分離の効率を上げることができる。凝集剤は、供給水１に添加し混合攪拌された後、供給水配管２４から処理タンク３１の加圧気体分散部３３にて気液混合状態の加圧水と混合され、その後、加圧浮上部３２で浮上分離層５と処理水に分離される。
【００４５】
供給水１の水質によっては凝集剤を添加し、加圧浮上分離をより効率的に行うことが好ましい。また加圧浮上分離工程を停止した際、凝集剤添加量を減らしたり、添加を停止することが好ましい。
【００４６】
［造水システムを用いた造水方法］
以下、本発明の実施形態の造水システムを用いて実施される造水方法について、造水システムの運転方法とともに説明する。
【００４７】
実施形態の造水システム１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ（後述する図４参照）を用いて造水方法を実施する場合、１）生物担体６が設置された処理タンク３１内の加圧浮上部３２の水に含まれる浮遊物を加圧気体の供給によって分離する加圧浮上分離工程と、２）加圧浮上分離工程後の水から不溶解性物質を除去する除濁ろ過工程と、３）除濁ろ過工程後の水を逆浸透膜によって処理して透過水と濃縮水に分離する膜分離工程とを行う。１）は加圧浮上部３２において実施され、２）は主に除汚濁ろ過装置９によって実施され、３）は主に逆浸透膜分離装置１０によって実施される。
【００４８】
供給水１中の浮遊物が一定量以下である場合、浮上分離により浮遊物を取り除く必要が無いため、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２の運転を停止し、加圧水および加圧気体の供給を停止することにより、加圧浮上分離工程を停止すると好ましい。これら装置を停止することにより、電力費が削減できる。更に凝集剤添加を停止することにより、凝集剤等の薬液使用量も低減されるのでより好ましい。供給水１中の浮遊物が一定量より多い場合、浮上分離により浮遊物を取り除く必要があるため、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２の運転を開始し、加圧水および加圧気体を加圧気体供給配管１４を通して、処理タンク３１内の加圧気体分散部３３に供給する。この加圧浮上分離工程の停止と開始は、供給水１中の浮遊物量によって自動的に制御されることが好ましい。
【００４９】
循環流を発生させ、生物処理を効率的に行うことにより、供給水中の溶解性有機物濃度を低減させることが可能である。これにより、除濁ろ過装置９では除去することができないＡＯＣ等の除去が可能となり、逆浸透膜分離装置１０のバイオファウリングを抑制することが可能となる。加圧浮上分離装置３の処理タンク内の加圧浮上部３２における被処理水の平均滞留時間は５から１２０分の間が好ましく、１０から６０分が生物処理を効率良く行うという点からより好ましい。
【００５０】
供給水中の浮遊物が一定量より多い場合には循環流を停止し、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２を運転し、加圧浮上分離操作を行う。この場合は加圧浮上分離装置３の加圧浮上部３２内は一定方向の流れとなり循環流は発生しないため、生物処理による溶解性有機物の除去率は低下する。しかし、浮遊物を加圧浮上によって除去することを優先させることにより、除濁ろ過装置９の負荷を低減し、造水システム全体の運転を安定化することが可能である。なぜなら浮遊物は除濁ろ過装置９や逆浸透膜分離装置１０に対して、大きなダメージを与えるため、これらを除去することが極めて重要であるからである。また一般的に、供給水中の浮遊物が一定量より多くなる期間は短期間であるため、残りの期間を生物担体による溶解性有機物の除去を行うことによって、逆浸透膜分離装置１０のバイオファウリング発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００５１】
逆浸透膜分離装置１０は、飲料水、工業用水、都市用水などに利用できるように、供給水の塩濃度を下げることができるものであれば、いかなる素材のものを用いても良いが、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系の素材により構成されるものが挙げられる。この中でも、本発明の方法において特に有効であるのは、ポリアミド系の素材により構成されるものである。ポリアミド系の膜は、バイオフィルムの増殖を防ぐために殺菌剤として最も一般的に用いられる次亜塩素酸ナトリウムに対する耐性が低く、わずかな濃度の次亜塩素酸ナトリウムであっても膜劣化が顕著に起こるため、バイオファウリングを防止することが難しい。よって本発明を実施することによる効果が顕著に現れる。
【００５２】
凝集剤としては、海水淡水化の場合塩化第二鉄が用いられることが多いが、ポリ塩化アルミニウムや高分子ポリマーや硫酸バンドといった凝集剤を用いてもかまわない。
【００５３】
加圧浮上分離操作を行うか判断する水質として、供給水中の油分の有無や懸濁質濃度が好ましい。供給水１の油分の測定方法は油分検知器を供給水１の配管途中にオンラインで設置し、油分を感知した際に、循環流を停止し、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２を運転し、加圧気体を処理タンク３１内の加圧気体分散部３３に供給することにより、加圧浮上部３２にて加圧浮上分離操作を行うことが好ましい。懸濁質量としては、濁度計を供給水１の配管途中にオンラインで設置し測定することが好ましい。懸濁質量としては濁度の代わりにＳＳ量を使用してもかまわないし、他の懸濁質量の指標を用いてもかまわない。
【００５４】
加圧浮上分離操作を行うためのコンプレッサー２２によって加圧される気体の圧力としては０．０１ＭＰａ以上が好ましく、さらに０．２ＭＰａ以上がより好ましい。これは気体を加圧水に溶かし、加圧気体分散部３３で圧力開放されることにより、より小さい気泡が発生し、浮上分離効率を高めることが可能となるからである。コンプレッサー２２で加圧される気体の圧力が低く、十分に気泡のサイズが小さくならない場合には、気泡のサイズを小さくするために微細気泡散気管等を加圧気体供給配管１４に設置し、加圧ポンプ２１から供給される加圧水に気体を溶かす工程の代替とすることも可能である。この場合、加圧ポンプ２１を使用せず、分岐配管１２から循環水を供給せずに微細気泡を発生させることも可能である。また、コンプレッサー２２はブロワー等、別の方法で気体を供給することができる装置であってもかまわない。
【００５５】
また、供給水１としては海水やかん水が好ましい。これは、下水や下水二次処理水や工場排水といった比較的汚れた水では、本浮上分離装置では有機物や油分を同時に処理することが難しく、逆浸透膜分離装置１０のバイオファウリングを十分に抑制することができない可能性があるためである。また、海水やかん水に使用する逆浸透膜分離装置では、高い塩除去率が求められるため、この逆浸透膜の塩除去率を低下させるような殺菌剤が使用できず、バイオファウリングの発生が顕著に問題となることが多いためである。このように海水やかん水では、逆浸透膜分離装置１０におけるバイオファウリングの発生を抑制するために、前処理において供給水１に含まれるＡＯＣを除去することが重要である。ここでかん水とは、溶解性の塩濃度が１，０００ｍｇ／Ｌから３０，０００ｍｇ／Ｌの水で、淡水と海水が混ざった水を意味する。
【００５６】
［実施例］
以下、本発明の具体的態様を実施例を用いて説明するが、本発明はこの実施例の態様のみに限定されるものではない。
【００５７】
＜実施例１＞
海水淡水化プラントで、図４に示すような他の実施形態の造水システム１００Ｄを用いて海水の処理を行った。まず供給水１はポンプにより表層海水を取水した。次に海水を供給ポンプで加圧浮上分離装置３（処理タンク容量：０．０５ｍ３、処理タンク水槽深さ：１ｍ）に供給し、加圧浮上分離を行い処理水を得た。処理水量は０．１７ｍ３／時間に調整した。処理された海水の一部は供給ポンプで限外膜ろ過装置（ＨＦＵ−１０１０、東レ株式会社製）から解体して得た中空糸膜で作成した中空糸膜ミニモジュール９１（０．２ｍ２）でろ過し、不溶解性物質の除去を行った。ろ過流速は膜１ｍ２あたり１．５ｍ３／日とした。限外膜ろ過装置の処理水のバイオファウリングポテンシャルを以下の方法で確認した。バイオフィルム形成基材１０１として逆浸透透膜モジュール（ＴＭ８１０、東レ株式会社製）の逆浸透膜の一部を切り取り、中空糸膜ミニモジュール９１の処理水によるクロスフロー流０．５ｍ／秒の条件下に配しておき、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量を１週間に１回の頻度でＡＴＰ（アデノシン−５´−三リン酸）量を測定し、バイオフィルム形成基材１０１の単位面積あたりのＡＴＰ量の増加速度を測定した。加圧浮上分離装置３の処理タンク３１内にはアクリル系繊維ひも状生物担体６を設置した。ひも状生物担体６は長さ０．６ｍの物を５本設置した。処理タンク３１内を循環させるために、循環用空気供給機８としてブロワーを用い、生物担体表面の循環流の流速が２ｍ／分となるようにした。濁度は、供給水１を供給水配管２４から枝分かれした配管によりJIS K0801（濁度自動計測器）に準じた表面散乱方式濁度自動計測器に流すことにより常時測定した。油分は、同様に得られた供給水１を光反射法による油膜検出器により常時測定した。
【００５８】
本実施例において、中空糸膜ミニモジュール９１は、図１、図２、図３における除濁ろ過装置９と同等の役割を果たし、バイオフィルム形成基材１０１は、図１、図２、図３における逆浸透膜分離装置１０におけるバイオファウリングを模擬する役割を果たす。
【００５９】
本プラントを運転したところ、供給水１の濁度は平均２度であり、最大濁度は運転期間中、１５度であった。濁度が１０度以上となった期間以外は、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２は停止し、加圧空気を処理タンク３１に供給しないままで浮上分離操作は行わなかった。濁度が１０度以上となった期間は、凝集剤として塩化第２鉄（濃度３８％）を濃度１０ｍｇ／Ｌとなるように連続的に供給水１に添加した。また、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２を運転し、加圧空気を処理タンク３１に供給した。加圧水の水量は０．０２ｍ３／時間とした。加圧空気量は理論的に計算される飽和溶解濃度に対して６０％とした。加圧空気の圧力は０．４ＭＰａとした。濁度が１０度以上となった期間は運転期間１週間あたり半日程度であった。運転開始１週間後から１ヶ月後の中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを測定したところ、膜面上のＡＴＰ増加速度は５ｐｇ／ｃｍ２／日であった。また、供給水１に対する中空糸膜ミニモジュール９１の処理水の溶解性有機物の除去率は２０％であった。
【００６０】
次に、海水取水に懸濁質としてベントナイトと、油分として鉱物油をそれぞれ濃度１５ｍｇ／Ｌ（濁度１５度）と１ｍｇ／Ｌとなるように連続的に供給水１に添加した。また凝集剤として塩化第２鉄（濃度３８％）を濃度１０ｍｇ／Ｌとなるように連続的に供給水１に添加した。また、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２を運転し、加圧空気を処理タンク３１に供給した。加圧水の水量は０．０２ｍ３／時間とした。加圧空気量は理論的に計算される飽和溶解濃度に対して６０％とした。加圧空気の圧力は０．５ＭＰａとした。この結果、加圧浮上分離装置３の処理水中の濁度は０．５度となった。また、油分は検出限界以下であった。また、中空糸膜ミニモジュール９１の膜差圧は３０ｋＰａで安定して１週間運転可能であった。この期間の中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを測定したところ、膜面上のＡＴＰ増加速度は７ｐｇ／ｃｍ２／日であった。
＜実施例２＞
海水淡水化プラントで、図４に示すような処理装置を用いて海水の処理を行った。濁度が１０度より低くなった期間において、循環用空気供給機８を運転し、散気管７より循環用空気を供給することにより、生物担体６表面に１．５ｍ／分の循環流を発生させた以外は実施例１と同じ条件とした。
本プラントを運転したところ、供給水１の濁度は平均２度であり、最大濁度は運転期間中、１５度であった。濁度が１０度以上となった期間は運転期間１週間あたり半日程度であった。運転開始１週間後から１ヶ月後の中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを測定したところ、膜面上のＡＴＰ増加速度は２．５ｐｇ／ｃｍ２／日であった。また、供給水１に対する中空糸膜ミニモジュール９１の処理水の溶解性有機物の除去率は３０％であった。
【００６１】
＜比較例１＞
海水淡水化プラントで、図５に示すような処理装置を用いて海水の処理を行った。図５の装置は図４の装置から生物担体６と散気管７と循環用空気供給機８を除去した装置である。処理装置を図５のものとした以外は実施例１と同じ条件とした。
【００６２】
本プラントを運転したところ、供給水１の濁度は平均２度、最大濁度は運転期間中９度であり、また油分は検出されなかったことから、加圧ポンプ２１とコンプレッサー２２は停止し、加圧空気を処理タンク３１に供給しないままで浮上分離操作は行わなかった。運転開始１週間後から１ヶ月後の中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを測定したところ、膜面上のＡＴＰ増加速度は２０ｐｇ／ｃｍ２／日と実施例と比べてバイオファウリングの発生量が多かった。また、供給水１に対する中空糸膜ミニモジュール９１の処理水の溶解性有機物の除去率は１０％であった。
【００６３】
＜比較例２＞
海水淡水化プラントで、図６に示すような処理装置を用いて海水の処理を行った。まず供給水１はポンプにより表層海水を取水した。次に海水を供給ポンプで生物活性炭塔４１（直径３２ｍｍ、高さ：１ｍ）に上向流にて供給し、処理水を得た。生物活性炭塔にはブロワー４２にて活性炭塔の下部から常時エアレーションを行い、活性炭を流動状態とした。活性炭は平均粒径１ｍｍの物を使用した。処理水量は２５ｍＬ／分に調整した。処理された海水の一部は供給ポンプで限外膜ろ過膜モジュール（ＨＦＵ−１０１０、東レ株式会社製）から解体して得た中空糸膜で作成した中空糸膜ミニモジュール９１（０．０２ｍ２）でろ過し、不溶解性物質の除去を行った。ろ過流速は膜１ｍ２あたり１．５ｍ３／日とした。中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを、処理装置を図６のものとした以外は実施例１と同じ条件で測定した。
【００６４】
本プラントを運転したところ、供給水１の濁度は平均２度、最大濁度は運転期間中９度であった。また油分は検出されなかった。運転開始から１週間後から１ヶ月後の中空糸膜ミニモジュール９１の処理水のバイオファウリングポテンシャルを測定したところ、膜面上のＡＴＰ増加速度は５ｐｇ／ｃｍ２／日であった。
【００６５】
次に、海水取水に懸濁質としてベントナイトと、油分として鉱物油をそれぞれ濃度１５ｍｇ／Ｌ（濁度１５度）と１ｍｇ／Ｌとなるように連続的に供給水１に添加した。また凝集剤として塩化第２鉄（濃度：３８％）を濃度１０ｍｇ／Ｌとなるように連続的に供給水１に添加した。この結果、生物活性炭塔の処理水中の濁度は１５度のままであり、油分も１ｍｇ／Ｌ検出された。活性炭塔の処理水を供給水として中空糸膜ミニモジュール９１を運転したところ、膜差圧は半日で３０ｋＰａから１５０ｋＰａに上昇し、安定運転ができなかった。
【符号の説明】
【００６６】
１  供給水
２  凝集剤添加装置
３  加圧浮上分離装置
５  浮上分離層
６  生物担体
７  散気管
８  循環用空気供給機
９  除濁ろ過装置
１０  逆浸透膜分離装置
１１  処理水配管
１２  分岐配管
１３  浮上分離汚泥出口
１４  加圧気体供給配管
２１  加圧ポンプ
２２  コンプレッサー
２３  加圧タンク
２４  供給水配管
３１  処理タンク
３２  加圧浮上部
３３  加圧気体分散部
３４  処理水集水部
３５  仕切板
４１  生物活性炭塔
４２  ブロワー
８１  循環用空気供給機
９１  中空糸膜ミニモジュール
１０１  バイオフィルム形成基材
３０１  加圧浮上分離装置
２０Ａ  微細気泡発生装置
１００Ａ  造水システム
１００Ｂ  造水システム
１００Ｃ  造水システム
１００Ｄ  造水システム
【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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