(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）溶質および不溶解性成分を含む原水が収容される原水槽と、
（Ｂ）前記原水槽から供給される原水から不溶解性成分を分離除去する前処理膜モジュールと、
（Ｃ）前記原水槽から前記前処理膜モジュールへ原水を供給するための原水供給ポンプを有する原水供給ラインと、
（Ｄ）前記前処理膜モジュールの後段に設けられ、前処理水から溶質を分離除去し、膜透過水としての処理水と膜不透過水としての濃縮水とを提供する高圧逆浸透膜モジュールと、
（Ｅ）前記高圧逆浸透膜モジュールの後段に設けられ、前記高圧逆浸透膜モジュールよりも低い圧力がかかり、前記高圧逆浸透膜モジュールを通過した処理水から残りの溶質を分離除去する低圧逆浸透膜モジュールと、
（Ｆ）前記前処理水を前記高圧逆浸透膜モジュールに所定の高圧力で供給するための高圧ポンプを有する高圧ラインと、
（Ｇ）前記濃縮水と前記前処理水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の圧力を前記前処理水に伝達することにより該前処理水を加圧する容積式ポンプを有する前段の動力回収装置と、
（Ｈ）前記前段の動力回収装置からの濃縮水と前記原水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の残圧力を前記原水に伝達することにより該原水を加圧する容積式ポンプを有する後段の動力回収装置と、
（Ｉ）前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水が流れ、排出される濃縮水の圧力を前記前段の動力回収装置の容積式ポンプに伝達する濃縮水排出ラインと、
（Ｊ）前記前段の動力回収装置と前記後段の動力回収装置とを連通させ、前記前段の動力回収装置からの濃縮水が流れる連通ラインと、
（Ｋ）前記高圧ラインから分岐して前記前段の動力回収装置に連通し、前記高圧逆浸透膜モジュールに供給されるべき前処理水の一部が流れる第１の圧力伝達ラインと、
（Ｌ）前記原水供給ラインから分岐して前記後段の動力回収装置に連通し、前記前処理膜モジュールに供給されるべき原水の一部が流れる第２の圧力伝達ラインと、
（Ｍ）前記後段の動力回収装置からの濃縮水を排出するためのドレインラインと、
（Ｎ）前記ドレインラインに設けられ、前記前処理膜モジュールにおける圧力損失に応じて前記後段の動力回収装置からの濃縮水の排出を調整する圧力調整弁と、
を有することを特徴とする膜ろ過システム。
【請求項２】
前記前処理膜モジュールの上流側の圧力を測定する第１の圧力計と、
前記前処理膜モジュールの下流側の圧力を測定する第２の圧力計と、
前記第１及び第２の圧力計の測定圧力から前記前処理膜モジュールの膜差圧ΔPを求め、求めた膜差圧ΔPが設定圧力値Pcより小さいか又は等しいときは前記圧力調整弁を開けて前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を調整し、求めた膜差圧ΔPが設定圧力値Pcを超えるときは前記圧力調整弁を閉じたままにしておくコントローラと、
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
【請求項３】
前記前処理膜モジュールの後段に配置され、前記前処理膜モジュールを通過した前処理水を収容する処理水槽と、
前記処理水槽から前記高圧ポンプに前記前処理水を供給するための送水ポンプを有する送水ラインと、
前記送水ラインから分岐して前記前処理膜モジュールに連通し、前記送水ポンプの駆動により前記前処理水を前記前処理膜モジュールに導く逆洗浄ラインと、
をさらに有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
【請求項４】
前記高圧ラインに接続され、前記前処理膜モジュールを通過した前処理水を高圧逆浸透膜モジュールに直接導く直送ラインと、
前記高圧逆浸透膜モジュールを通過した処理水を収容する処理水槽と、
前記処理水槽から前記低圧逆浸透膜モジュールに前記処理水を供給するための送水ポンプを有する送水ラインと、
前記送水ラインから分岐して前記前処理膜モジュールに連通し、前記送水ポンプの駆動により前記処理水を前記前処理膜モジュールに導く逆洗浄ラインと、
をさらに有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
【請求項５】
前記後段の逆浸透膜モジュールが複数あり、これらのうちの最終段の逆浸透膜モジュールを通過した生産水を収容する処理水槽と、
前記処理水槽から前記生産水を外部に送り出すための送水ポンプを有する送水ラインと、
前記送水ラインから分岐して前記前処理膜モジュールに連通し、前記送水ポンプの駆動により前記処理水を前記前処理膜モジュールに導く逆洗浄ラインと、
をさらに有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
【請求項６】
前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水を収容する濃縮水槽と、
前記濃縮水槽から前記前処理膜モジュールに濃縮水を供給するための洗浄ポンプを有する逆洗浄ラインと、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
【請求項７】
温水を収容する温水槽と、
前記前処理膜モジュール、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つから前記温水槽までの間に設けられ、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つに温水を供給するための送水ポンプを有する洗浄ラインと、
予め設定された時間間隔でまたは予め設定された時刻のタイミングで前記送水ポンプの駆動を制御し、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つに温水を供給させるコントローラと、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載する実施の形態は、イオンや塩類のような溶質を含む汽水、海水、地下水、埋立地浸出水、産業廃水などを逆浸透膜モジュールによりろ過処理する膜ろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理分野において、イオンや塩類のような溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などから生活用水、工業用水や農業用水を得る方法として逆浸透膜モジュールによる膜ろ過が利用されている。逆浸透膜（ＲＯ膜）は、水分子を透過させ、イオンや塩類などの不純物を透過させない性質を有する膜であり、溶質濃度に応じた浸透圧以上の圧力をかけることにより水と溶質とを分離する。このようなＲＯ膜を用いる膜ろ過システムでは、海水をＲＯ膜モジュールに通して脱塩する前に、取水した海水中に含まれる濁度、藻類、微生物などの不溶解性成分を除去するために前処理を行う。この前処理には、砂充填層に海水を透過させる砂ろ過法が一般に用いられている。しかし、砂ろ過法は、ＲＯ膜モジュールの透過性能を維持するために、より清澄な前処理水を得ようとした場合に、除濁性能が低く効率的でない。
【０００３】
水処理システムにおいて効率的な前処理法として精密ろ過膜（ＭＦ膜）及び／又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）を有する膜モジュールが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７２４６２号公報
【特許文献２】特開２００８−１００２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来システムでは、ＲＯ膜モジュールの前処理にＭＦ膜またはＵＦ膜のような膜モジュールを用いると、そのＭＦ膜／ＵＦ膜モジュール（前処理膜モジュール）に圧力を掛けて海水を供給するための圧力ポンプがさらに必要になる。このため、膜モジュールを前処理に用いるシステムでは、追加の圧力ポンプの動力費がさらに加算されるので、砂ろ過法を前処理に用いるシステムに比べて動力費が高くなり、トータルの運転コストが増大する。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、膜モジュールへ供給するポンプ動力を低減させ、トータルの運転コストを低減することができる膜ろ過システム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】
【０００７】
本実施形態の膜ろ過システムは、（Ａ）溶質および不溶解性成分を含む原水が収容される原水槽と、（Ｂ）前記原水槽から供給される原水から不溶解性成分を分離除去する前処理膜モジュールと、（Ｃ）前記原水槽から前記前処理膜モジュールへ原水を供給するための原水供給ポンプを有する原水供給ラインと、（Ｄ）前記前処理膜モジュールの後段に設けられ、前処理水から溶質を分離除去し、膜透過水としての処理水と膜不透過水としての濃縮水とを提供する高圧逆浸透膜モジュールと、（Ｅ）前記高圧逆浸透膜モジュールの後段に設けられ、前記高圧逆浸透膜モジュールよりも低い圧力がかかり、前記高圧逆浸透膜モジュールを通過した処理水から残りの溶質を分離除去する低圧逆浸透膜モジュールと、（Ｆ）前記前処理水を前記高圧逆浸透膜モジュールに所定の高圧力で供給するための高圧ポンプを有する高圧ラインと、（Ｇ）前記濃縮水と前記前処理水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の圧力を前記前処理水に伝達することにより該前処理水を加圧する容積式ポンプを有する前段の動力回収装置と、（Ｈ）前記前段の動力回収装置からの濃縮水と前記原水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の残圧力を前記原水に伝達することにより該原水を加圧する容積式ポンプを有する後段の動力回収装置と、（Ｉ）前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水が流れ、排出される濃縮水の圧力を前記前段の動力回収装置の容積式ポンプに伝達する濃縮水排出ラインと、（Ｊ）前記前段の動力回収装置と前記後段の動力回収装置とを連通させ、前記前段の動力回収装置からの濃縮水が流れる連通ラインと、（Ｋ）前記高圧ラインから分岐して前記前段の動力回収装置に連通し、前記高圧逆浸透膜モジュールに供給されるべき前処理水の一部が流れる第１の圧力伝達ラインと、（Ｌ）前記原水供給ラインから分岐して前記後段の動力回収装置に連通し、前記前処理膜モジュールに供給されるべき原水の一部が流れる第２の圧力伝達ラインと、（Ｍ）前記後段の動力回収装置からの濃縮水を排出するためのドレインラインと、（Ｎ）前記ドレインラインに設けられ、前記前処理膜モジュールにおける圧力損失に応じて前記後段の動力回収装置からの濃縮水の排出を調整する圧力調整弁と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は第１実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【図２】図２は前段の動力回収装置を含む流体回路を示すブロック回路図。
【図３】図３は流路を切り替えたときの前段の動力回収装置を含む流体回路を示すブロック回路図。
【図４】図４は後段の動力回収装置を含む流体回路を示すブロック回路図。
【図５】図５は圧力調整弁の開閉制御によるライン圧力の制御を説明するためのフローチャート。
【図６】図６は第２実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【図７】図７は第３実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【図８】図８は第４実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【図９】図９は第５実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【図１０】図１０は第６実施形態の膜ろ過システムを示す構成ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に種々の好ましい実施の形態を説明する。
【００１０】
（１）実施形態の膜ろ過システムは、
（Ａ）溶質および不溶解性成分を含む原水が収容される原水槽2と、
（Ｂ）前記原水槽から供給される原水から不溶解性成分を分離除去する前処理膜モジュール3と、
（Ｃ）前記原水槽から前記前処理膜モジュールへ原水を供給するための原水供給ポンプP1を有する原水供給ラインL2と、
（Ｄ）前記前処理膜モジュールの後段に設けられ、前処理水から溶質を分離除去し、膜透過水としての処理水と膜不透過水としての濃縮水とを提供する高圧逆浸透膜モジュール6と、
（Ｅ）前記高圧逆浸透膜モジュールの後段に設けられ、前記高圧逆浸透膜モジュールよりも低い圧力がかかり、前記高圧逆浸透膜モジュールを通過した処理水から残りの溶質を分離除去する低圧逆浸透膜モジュール10と、
（Ｆ）前記前処理水を前記高圧逆浸透膜モジュールに所定の高圧力で供給するための高圧ポンプP4を有する高圧ラインL5と、
（Ｇ）前記濃縮水と前記前処理水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の圧力を前記前処理水に伝達することにより該前処理水を加圧する容積式ポンプ71,72を有する前段の動力回収装置7と、
（Ｈ）前記前段の動力回収装置からの濃縮水と前記原水の一部とがそれぞれ供給され、前記濃縮水の残圧力を前記原水に伝達することにより該原水を加圧する容積式ポンプ81,82を有する後段の動力回収装置8と、
（Ｉ）前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水が流れ、排出される濃縮水の圧力を前記前段の動力回収装置の容積式ポンプ71,72に伝達する濃縮水排出ラインL61と、
（Ｊ）前記前段の動力回収装置7と前記後段の動力回収装置8とを連通させ、前記前段の動力回収装置7からの濃縮水が流れる連通ラインL7と、
（Ｋ）前記高圧ラインL5から分岐して前記前段の動力回収装置7に連通し、前記高圧逆浸透膜モジュールに供給されるべき前処理水の一部が流れる第１の圧力伝達ラインL52と、
（Ｌ）前記原水供給ラインL2から分岐して前記後段の動力回収装置8に連通し、前記前処理膜モジュールに供給されるべき原水の一部が流れる第２の圧力伝達ラインL22と、
（Ｍ）前記後段の動力回収装置8からの濃縮水を排出するためのドレインラインL8と、
（Ｎ）前記ドレインラインL8に設けられ、前記前処理膜モジュールにおける圧力損失に応じて前記後段の動力回収装置からの濃縮水の排出を調整する圧力調整弁V1と、を有する。
【００１１】
実施形態の膜ろ過システムでは、第１の圧力伝達ライン L52を介して高圧ポンプP4による前処理水の供給圧力が前段の動力回収装置7に伝達され、この伝達圧力が動力回収装置7により回収され、この回収圧力が第１の圧力伝達ラインL52を介して高圧逆浸透膜モジュールの上流側の高圧ラインL5を流れる前処理水に与えられる。また、連通ラインL7を介して前段の動力回収装置7から濃縮水の残圧力が後段の動力回収装置8に伝達され、この伝達圧力が動力回収装置8により回収される。この回収圧力が第２の圧力伝達ラインL22を介して前処理膜モジュール上流側の原水供給ラインL2を流れる原水に与えられる（図１、図４〜図１０）。
【００１２】
実施形態の膜ろ過システムによれば、前段の動力回収装置7で回収した圧力を逆浸透膜モジュールの上流側ラインに印加することにより高圧ポンプP4の動力を低減させるとともに、後段の動力回収装置8で回収した回収圧力を前処理膜モジュールの上流側ラインに印加することにより原水供給ポンプP1の動力を低減しているので、トータルのランニングコストを大幅に低減することができる。このとき、前処理膜モジュール3における圧力損失ΔPに応じて圧力調整弁V1を開閉制御し、後段の動力回収装置8から排出される濃縮水の圧力を調整することにより、後段の動力回収装置から伝達される回収圧力が調整され、その調整された回収圧力が付加されることによって原水の供給圧力が昇圧される。
【００１３】
（２）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、前記前処理膜モジュールの上流側の圧力P17を測定する第１の圧力計G1と、前記前処理膜モジュールの下流側の圧力P18を測定する第２の圧力計G2と、前記第１及び第２の圧力計の測定圧力から前記前処理膜モジュールの膜差圧ΔPを求め、求めた膜差圧ΔPが設定圧力値Pcより小さいか又は等しいときは前記圧力調整弁V1を開けて前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を調整し、求めた膜差圧ΔPが設定圧力値Pcを超えるときは前記圧力調整弁V1を閉じたままにしておくコントローラ20と、をさらに有することが好ましい。
【００１４】
実施形態の膜ろ過システムでは、第１の圧力計G1で前処理膜モジュールの上流側の圧力P17を測定し、第２の圧力計G2で前処理膜モジュールの下流側の圧力P18を測定し、両測定圧力P17,P18の差圧ΔPを求め、求めた膜差圧ΔPが所定の設定圧力値Pcより小さいか又は等しいときは圧力調整弁V1を開けて逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を所望の値に調整する（図５、図１）。なお、求めた膜差圧ΔPが所定の設定圧力値Pcを超えるときは圧力調整弁V1を閉じたままの状態で、上流側と下流側の圧力を再度測定し、膜差圧の算出を継続する。
【００１５】
処理時間の経過とともに高圧逆浸透膜モジュールの一次側での濃縮水の溶質濃度が上昇すると、浸透圧が高まり、ＲＯ膜の負荷と高圧ポンプP4の負荷がともに過大になる。しかし、本実施形態の膜ろ過システムによれば、高圧逆浸透膜モジュールから濃縮水（ブライン）を適正な溶質濃度で排出することができ、ＲＯ膜や高圧ポンプP4に損傷を生じることなく高圧ＲＯ膜モジュールにおける処理効率を向上させることができる。
【００１６】
（３）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、前処理膜モジュールの後段に配置され、前処理膜モジュールを通過した前処理水を収容する処理水槽と、この処理水槽から高圧ポンプに前処理水を供給するための送水ポンプP3を有する送水ラインL4と、この送水ラインL4から分岐して前処理膜モジュールに連通し、送水ポンプP3の駆動により前処理水を前処理膜モジュール3に導く逆洗浄ラインL42と、をさらに有することが好ましい。
【００１７】
本実施形態の膜ろ過システムでは、前処理水を処理水槽4内に一時的に収容し、切替弁により送水ラインL4から逆洗浄ラインL42に流路を切替え、送水ポンプP3の駆動により処理水槽4から逆洗浄ラインL42を通って前処理膜モジュール3へ前処理水を供給し、前処理水により前処理膜モジュール内のろ過膜を逆洗浄する（図４図６）。
【００１８】
実施形態の膜ろ過システムによれば、システム外部から新たに逆洗浄用水を導入することなく、システム内で生じる前処理水を逆洗浄用水として利用できるため、低コストで前処理膜モジュール内のろ過膜を洗浄することができる。
【００１９】
（４）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、前記高圧ラインに接続され、前記前処理膜モジュールを通過した前処理水を前記高圧逆浸透膜モジュールに直接導く直送ラインL31と、前記高圧逆浸透膜モジュールを通過した処理水を収容する処理水槽9と、前記処理水槽から前記低圧逆浸透膜モジュールに前記処理水を供給するための送水ポンプP6を有する送水ラインL91と、前記送水ラインから分岐して前記前処理膜モジュールに連通し、前記送水ポンプの駆動により処理水を前処理膜モジュールに導く逆洗浄ラインL92と、をさらに有することが好ましい。
【００２０】
実施形態の膜ろ過システムでは、高圧逆浸透膜モジュール6から処理水槽9へ直送ラインL31を介して逆浸透膜モジュールを通過した処理水を送り、処理水槽9内に一時的に処理水を収容し、通常処理を行う場合は送水ポンプP6の駆動により送水ラインL91を介して２段目以降の逆浸透膜モジュール10に処理水を送り、逆洗浄処理を行う場合は切替弁により送水ラインL91から逆洗浄ラインL92に流路を切替え、送水ポンプP6の駆動により逆洗浄ラインL92を介して前処理膜モジュール3に処理水を送り、前処理膜モジュール3のろ過膜を逆洗浄する（図７）。
【００２１】
実施形態の膜ろ過システムによれば、システム外部から新たに逆洗浄用水を導入することなく、システム内で生じる前処理水を逆洗浄用水として利用できるため、低コストで前処理膜モジュール内のろ過膜を洗浄することができる。
【００２２】
（５）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、前記後段の逆浸透膜モジュール10が複数あり、これらのうちの最終段の逆浸透膜モジュール10を通過した生産水を収容する処理水槽11と、前記処理水槽から前記生産水を外部に送り出すための送水ポンプP7を有する送水ラインL111と、前記送水ラインから分岐して前記前処理膜モジュールに連通し、前記送水ポンプP7の駆動により前記処理水を前記前処理膜モジュールに導く逆洗浄ラインL112と、をさらに有することが好ましい。
【００２３】
本実施形態の膜ろ過システムでは、生産水を処理水槽11内に一時的に収容し、送水ポンプP7の駆動により処理水槽11から逆洗浄ラインL112を通って前処理膜モジュール3へ生産水を供給し、生産水により前処理膜モジュール内のろ過膜を逆洗浄する（図８）。
【００２４】
実施形態の膜ろ過システムによれば、システム外部から新たに逆洗浄用水を導入することなく、システム内で生産される生産水を逆洗浄用水として利用できるため、低コストで前処理膜モジュール内のろ過膜を洗浄することができる。
【００２５】
（６）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、前記高圧逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水を収容する濃縮水槽23と、前記濃縮水槽から前記前処理膜モジュールに濃縮水を供給するための洗浄ポンプP8を有する逆洗浄ラインL82と、をさらに有することが好ましい。
【００２６】
実施形態の膜ろ過システムでは、逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水を濃縮水槽23内に一時的に収容し、洗浄ポンプP8の駆動により濃縮水槽23から逆洗浄ラインL82を通って前処理膜モジュール3へ濃縮水を供給し、濃縮水により前処理膜モジュール内のろ過膜を逆洗浄する（図９）。
【００２７】
実施形態の膜ろ過システムによれば、システム外部から新たに逆洗浄用水を導入することなく、システム内で生じる濃縮水を逆洗浄用水として利用できるため、低コストで前処理膜モジュール内のろ過膜を洗浄することができる。
【００２８】
（７）上記（１）の膜ろ過システムにおいて、温水を収容する温水槽と、前記前処理膜モジュール、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つから前記温水槽までの間に設けられ、前記前処理膜モジュール、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つに温水を供給するための送水ポンプを有する洗浄ラインと、予め設定された時間間隔でまたは予め設定された時刻のタイミングで前記送水ポンプの駆動を制御し、前記前処理膜モジュール、前記高圧逆浸透膜モジュールおよび前記低圧逆浸透膜モジュールのうちの少なくとも１つに温水を供給させるコントローラと、をさらに有することが好ましい。
【００２９】
実施形態の膜ろ過システムでは、切替弁により送水ラインL111から逆洗浄ラインL112に流路を切替え、送水ポンプP7の駆動により温水槽27から逆洗浄ラインL112を通って前処理膜モジュール3へ温水を供給し、温水により前処理膜モジュール内のろ過膜を逆洗浄する（図１０）。
【００３０】
実施形態の膜ろ過システムによれば、通常の洗浄に加え定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の温水で逆洗浄を行うことで、ろ過膜の目詰まりを短時間で効率よく解消することができ、前処理膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールの圧力上昇を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。
【００３１】
以下、添付の図面を参照して種々の実施の形態をそれぞれ説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１〜図５を参照して第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図１に示すように、第１の実施形態の膜ろ過システム１は、原水槽２、原水供給ポンプＰ１、前処理膜モジュール３、第１の処理水槽４、送水ポンプＰ３、保安フィルタ５、高圧ポンプＰ４、１段目の高圧逆浸透膜モジュール６、第２の処理水槽９、低圧ポンプＰ６、２段目の低圧逆浸透膜モジュール１０、第３の処理水槽１１および送水ポンプＰ７を備えている。これらの装置や機器類は、主要ラインＬ１〜Ｌ１１上に上流側から順に直列に配置されている。さらに、膜ろ過システム１は、周辺付帯設備としてコンプレッサＣ１、第１の圧力計Ｇ１、第２の圧力計Ｇ２、洗浄ポンプＰ２、前段の動力回収装置７、後段の動力回収装置８、ブースターポンプＰ５、圧力調整弁Ｖ１、各種バルブ（図示せず）およびコントローラ２０を備えている。膜ろ過システム１はコントローラ２０により統括的に制御されるようになっている。
【００３４】
原水槽２は、海中に連通するラインＬ１を介して図示しない揚水ポンプの駆動により海中から汲み上げられた海水を原水として収容している。原水槽２の出口にはポンプＰ１を有する圧送ラインＬ２が接続され、原水供給ポンプＰ１の駆動によりラインＬ２を通って原水槽２から前処理膜モジュール３に原水が所定の圧力で圧送されるようになっている。
【００３５】
前処理膜モジュール３は、内部を一次側と二次側とに仕切るＭＦ膜またはＵＦ膜を内蔵している。前処理膜モジュール３の一次側には、原水供給ラインＬ２、コンプレッサＣ１からの圧縮空気供給ラインおよび排出ラインＬ３２がそれぞれ連通している。また、前処理膜モジュール３の二次側には直送ラインＬ３１が連通している。原水は、原水供給ラインＬ２を通って前処理膜モジュール３内に導入され、ＭＦ膜またはＵＦ膜を透過し、固形分（砂や浮遊物質など）が除去された前処理水として直送ラインＬ３１を通って第１の処理水槽４に送られるようになっている。
【００３６】
前処理膜モジュール３の上流側のラインＬ２に第１の圧力計Ｇ１が取り付けられている。第１の圧力計Ｇ１は、前処理膜モジュール３の上流側の圧力P17を測定し、その測定信号Ｓ１をコントローラ２０に送るようになっている。また、前処理膜モジュール３の下流側のラインＬ３１に第２の圧力計Ｇ２が取り付けられている。第２の圧力計Ｇ２は、前処理膜モジュール３の下流側の圧力P18を測定し、その測定信号Ｓ２をコントローラ２０に送るようになっている。コントローラ２０は、入力信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて上流側測定圧力P17と下流側測定圧力P18をそれぞれ求め、両測定圧力P17,P18から差分ΔPを算出し、算出した差分ΔPに対応する制御信号Ｓ３を後述する圧力調整弁Ｖ１の駆動電源に送るようになっている。
【００３７】
第１の処理水槽４は、前処理膜モジュール３で膜ろ過された前処理水を収容するための貯水槽である。第１の処理水槽４の出口は、ポンプＰ３を有する送水ラインＬ４に接続され、このラインＬ４を介して保安フィルタ５に連通している。また、第１の処理水槽４の下部にポンプＰ２を有する逆洗浄ラインＬ１２が接続されている。この逆洗浄ラインＬ１２は上記直送ラインＬ３１の適所に接続されている。洗浄ポンプＰ２の駆動により第１の処理水槽４からの前処理水がラインＬ１２→Ｌ３１を通って前処理膜モジュール３の二次側に供給され、目詰まりしたＭＦ膜またはＵＦ膜が逆洗浄されるようになっている。
【００３８】
保安フィルタ５は、第１の処理水槽４から高圧逆浸透膜モジュール６までの間に設けられ、高圧逆浸透膜モジュール６内に固形分などの異物が侵入しないようにするために、第１の処理水槽４から送られてくる前処理水から異物を除去するものである。保安フィルタ５の内部にはフィルタエレメントが充填され、保安フィルタ５の入口には送水ラインＬ４が接続され、保安フィルタ５の出口には高圧ラインＬ５が接続されている。
【００３９】
高圧ポンプＰ４は、保安フィルタ５を通過した水を所定の高圧力P4（例えば６ＭＰａ）で高圧逆浸透膜モジュール６に供給するために高圧ラインＬ５に取り付けられている。高圧ポンプＰ４には往復ポンプや渦巻きポンプなど各種タイプのポンプを用いることができる。
【００４０】
高圧逆浸透膜モジュール６は、内部を一次側と二次側とに仕切るＲＯ膜を内蔵している。高圧逆浸透膜モジュール６の一次側には、高圧ラインＬ５およびブライン排出ラインＬ６１がそれぞれ接続されている。高圧逆浸透膜モジュール６の二次側には、送水ラインＬ６２が接続されている。
【００４１】
高圧ラインＬ５は２つに分岐している。すなわち、高圧ポンプＰ４を経由して高圧逆浸透膜モジュール６に連通する主要ラインＬ５からラインＬ５１が分岐している。この分岐ライン５１は、図２と図３に示すように前段の動力回収装置７の容積式ポンプ71,72の高圧側チャンバ（ピストン72a,72bで仕切られたシリンダ71a,71b 内の一方側のスペース）に連通しており、ピストン72a,72b に前処理水（前処理された海水）からの圧力が伝達される第１の伝達ラインをなしている。
【００４２】
また、他の第１の圧力伝達ラインＬ５３が動力回収装置７のシリンダ71a,71bの低圧側チャンバ（ピストン72a,72bで仕切られたシリンダ71a,71b 内の他方側のスペース）に連通している。この圧力伝達ラインＬ５３は、高圧逆浸透膜モジュール６の一次側に回収圧力を伝達するために、圧力伝達回路７９および他の圧力伝達ラインＬ５２を介して高圧ラインＬ５に合流している。ラインＬ５２のブースターポンプＰ５は、前段の動力回収装置７による回収圧力の不足分の圧力を補うものであり、前段の動力回収装置７で必要十分な圧力を回収できる場合は省略してもよい任意の機器である。
【００４３】
濃縮水排出ラインＬ６１が前段の動力回収装置７の４ポート切替弁６１に連通している。この濃縮水排出ラインＬ６１は、高圧逆浸透膜モジュール６の一次側から排出される濃縮水（ブライン）を前段の動力回収装置７に導き、ブラインが保有する高い圧力がピストン72a,72bに伝達されるようになっている。
【００４４】
連通ラインＬ７が、前段の動力回収装置７の４ポート切替弁６１から後段動力回収装置８の４ポート切替弁６２までの間に設けられている。この連通ラインＬ７は、前段の動力回収装置７から排出されるブラインの圧力エネルギを後段の動力回収装置８側の原水に回収させるための圧力伝達流路である。
【００４５】
第２の圧力伝達ラインＬ２２が、後段動力回収装置８の低圧側チャンバからポンプＰ１の下流側ラインＬ２までの間に設けられている。また、原水導入ラインＬ２１が、ポンプＰ１の上流側ラインＬ２から後段の動力回収装置８の低圧側チャンバまでの間に設けられている。このラインＬ２１から後段の動力回収装置８の低圧側チャンバに導入された原水は、ピストン82a,82bを介して高圧側チャンバの圧力流体（ブライン）から圧力エネルギが伝達され、この圧力エネルギを第２の圧力伝達ラインＬ２２を通ってラインＬ２を流れる原水に与えるようになっている。
【００４６】
ドレインラインＬ８が、後段動力回収装置８の高圧側チャンバから圧力調整弁Ｖ１を経由して図示しない濃縮水槽までの間に設けられている。なお、圧力調整弁Ｖ１の駆動電源はコントローラ２０により制御されるようになっている。すなわち、コントローラ２０から制御信号Ｓ３を受け取ると、圧力調整弁Ｖ１が開いてブラインが大気圧中に排出されるようになっている。なお、圧力制御信号Ｓ３は、２つの圧力測定信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてコントローラ２０により求めたものである。この詳細については図５を参照して後述する。
【００４７】
高圧ＲＯ膜モジュール６の二次側空間は、送水ラインＬ６２を介して第２の処理水槽９に連通している。すなわち、ＲＯ膜を透過した一次処理水が高圧ＲＯ膜モジュール６からラインＬ６２を通って第２の処理水槽９に送られるようになっている。
【００４８】
第２の処理水槽９は、高圧ＲＯ膜モジュール６で膜ろ過された一次処理水を収容するための貯水槽である。第２の処理水槽９の出口は、低圧ポンプＰ６を有するラインＬ９に接続され、このラインＬ９を介して低圧ＲＯ膜モジュール１０の一次側に連通している。低圧ポンプＰ６は、高圧ポンプＰ４が流体に印加する所定の高圧力P4（６ＭＰａ）よりも低い圧力を流体に印加するものである。
【００４９】
低圧ＲＯ膜モジュール１０の二次側には２つのラインL101,L102がそれぞれ連通している。一方のラインL101は第１の処理水槽４に連通している。他方のラインL102は第３の処理水槽１１に連通している。
【００５０】
第３の処理水槽１１は、低圧ＲＯ膜モジュール１０で処理された生産水（低溶質濃度の処理水）を収容するための貯水槽である。第３の処理水槽１１の出口は、送水ポンプＰ７を有するラインＬ１１に接続され、このラインＬ１１を介して図示しない生産水処理装置の淡水浄化槽に連通している。
【００５１】
図２〜図４を参照して２段の動力回収装置を詳しく説明する。
【００５２】
前段の動力回収装置７は、図２と図３に示すように、圧力制御弁PV1、４ポート切替弁61、１対の容積式ポンプ71,72、２組のロッド位置検出部(77a,78a),(77b,78b)、および４つの逆止弁CV1,CV2,CV3,CV4を含む圧力伝達回路79を備えている。これらは高圧ＲＯ膜モジュール６から排出される濃縮水の圧力P6を高圧ＲＯ膜モジュール６へ供給される前処理水に追加される追加圧力P11に変換する圧力変換部として機能するものである。これらのうち圧力制御弁PV1および４ポート切替弁61は、上述のコントローラ20により動作がそれぞれ制御されるようになっている。
【００５３】
圧力制御弁PV1は、４ポート切替弁 61より上流のブライン排出ラインＬ61に設けられ、高圧ＲＯ膜モジュール６から排出されるブライン（高濃度海水）の圧力 P6を制限することで、４ポート切替弁61へ導出されるブライン圧力 P7を制御するものである。高圧ＲＯ膜モジュール６からのブライン排出圧力 P6は、ＲＯ膜を長期間使用することによりＲＯ膜に詰まりを生じて減少する。圧力制御弁PV1は、このブライン排出圧力 P6の減少分を調整するために用いられる。コントローラ20が圧力制御弁PV1を制御することにより、前段の動力回収装置７から出力される前処理水の圧力 P11と高圧ポンプＰ４から出力される前処理水の圧力 P4とが常に等しくなるように制御されている。
【００５４】
４ポート切替弁61は、ラインＬ61において圧力制御弁 PV1の下流側に配置され、コントローラ20からの制御信号に従って、容積式ポンプ71,72へのブラインの流入と、容積式ポンプ71,72からのブラインの排出とを切り替えるものである。なお、４ポート切替弁61を切り替える方式としては、空圧式、水圧式、油圧式およびソレノイドコイルによる方式等を用いることができる。
【００５５】
１対の容積式ポンプ71,72は、ラインL61の圧力制御弁PV1および４ポート切替弁61を介して高圧ＲＯ膜モジュール６の一次側に連通接続されている。第１の容積式ポンプ 71と第２の容積式ポンプ 72とは実質的に同じ構成である。４ポート切替弁61によりポンプ71,72への入力流路が切り替えられ、第１の容積式ポンプ 71と第２の容積式ポンプ 72との間でブライン圧力 P7が交互に負荷されるようになっている。図２はブライン圧力 P7が第１の容積式ポンプ 71に負荷された状態を示す。図３はブライン圧力 P7が第２の容積式ポンプ 72に負荷された状態を示す。
【００５６】
第１の容積式ポンプ71は、シリンダ 71a、ピストン 72a及びロッド 73aを備えている。シリンダ 71aは、密閉空間を形成するための円筒または角筒状の容器からなり、この容器には圧力流体の出入口とロッド 73aの挿通口との合計３つの開口部が形成されている。ピストン 72aは、シリンダ 71a内を往復摺動しうるように可動に支持され、シリンダ 71aの内部空間を第１の空間と第２の空間とに仕切っている。ピストン 72aの外周には図示しないシールリングが嵌め込まれ、シリンダ 71a内で第１の空間から第２の空間へ流体が漏れないように液密にシールされている。シリンダ 71aの第１の空間にはラインL61の４ポート切替弁61を通ってブラインが導入されるようになっている。シリンダ 71aの第２の空間にはラインL51を通って前処理水が供給されるようになっている。
【００５７】
ロッド 73aは、一端が第２の空間側からピストン 72aに接合され、他端がシリンダ71aのシール孔を通って外方へ突出している。ロッド 73aがシリンダ71aの第２の空間側からピストン 72aに接合されているので、ピストン 72aがシリンダ71aの第２の空間に面する面積Ａ２はピストン 72aがシリンダ71aの第１の空間に面する面積Ａ１より小さい（Ａ２＜Ａ１）。ここで、面積Ａ１，Ａ２の比率は、高圧ＲＯ膜モジュール６からのブラインの圧力、高圧ポンプＰ４からの前処理水の圧力、シリンダ 71aとピストン 72aとの間の摩擦力、及び、シリンダ 71aとロッド 73aとの間の摩擦力等に基づいて予め設定されている。
【００５８】
圧力伝達回路79は、一方側が分岐ライン L51により保安フィルタ５に接続され、他方側がラインL53により各シリンダ 71a,71bに接続されている。この圧力伝達回路79は、第１の処理水槽４から保安フィルタ５を介して送水ポンプＰ３の駆動により前処理水が通流するループ状の回路と、このループ状回路に取り付けられた４つの逆止弁CV1,CV2,CV3,CV4とを備えている。これら４つの逆止弁CV1,CV2,CV3,CV4は、周囲の圧力差に応じてそれぞれ独立して開閉するものである。
【００５９】
１対の検出部 77a,78aは、第１の容積式ポンプ 71のシリンダ 71aから外方に突出したロッド 73aの位置を検出する位置検出センサである。一方の検出部 77aは、ピストン 72aがシリンダ 71aの左端に近接したときにロッド 73aを検出できる位置に取り付けられている。他方の検出部 78aは、ピストン 72aがシリンダ 71aの右端に近接したときにロッド 73aが非検出となる位置に取り付けられている。一方の検出部 77aがロッド 73aを検出する状態となるか、または、他方の検出部 78aがロッド 73aを検出しない状態（非検出の状態）となった場合に、それらの信号がコントローラ 20に送られるようになっている。
【００６０】
第２の容積式ポンプ 72の検出部 77b,78bは、上述した第１の容積式ポンプ 71の検出部 77a,78aと実質的に構成が同じであり、シリンダ 71bから突出したロッド 73bの位置を検出するものである。一方の検出部 77bがロッド 73bを検出するか、または、他方の検出部 78bがロッド 73bを検出しない状態（非検出の状態）となった場合に、それらの信号がコントローラ 20に送られるようになっている。
【００６１】
前段の動力回収装置７の動作の概要を説明する。
【００６２】
コントローラ 20は、第１の検出部 77a,78aから送られてくる信号に基づいて第１のシリンダ 71a内におけるピストン72aの位置を算出するとともに、第２の検出部 77b,78bから送られてくる信号に基づいて第２のシリンダ 71b内におけるピストン 72bの位置を算出する。コントローラ 20は、算出した第１及び第２のピストン 72bの位置に基づいて４ポート切替弁61に切り替え動作をさせるかさせないかを判定し、４ポート切替弁61に切り替え動作をさせる場合はその指令信号を切替弁61に送る。
【００６３】
コントローラ 20は、検出部 77a,78bから検出信号を受けた場合は、第１のピストン 72aが第１のシリンダ 71aの左端近傍に位置し、第２のピストン 72bが第２のシリンダ 71bの右端近傍に位置すると判断し、切替弁61に対して信号を出力し、第１の容積式ポンプ 71からブラインを排水させるとともに、第２の容積式ポンプ 72へブラインを給水させる。この場合のブライン圧力の伝達経路は、モジュール６→ラインL61→切替弁61→第２のポンプ72→ラインL53→逆止弁CV3→ラインL52→ラインL5→モジュール６である（図３）。
【００６４】
一方、コントローラ 20は、検出部 78a,77bから検出信号を受けた場合は、第１のピストン 72aがシリンダ 71aの右端近傍に位置し、第２のピストン 72bがシリンダ 71bの左端近傍に位置していると判断し、４ポート切替弁 61に対して信号を出力し、第１の容積式ポンプ 71へブラインを給水させるとともに、第２の容積式ポンプ 72からブラインを排水させる。この場合のブライン圧力の伝達経路は、モジュール６→ラインL61→切替弁61→第１のポンプ71→ラインL53→逆止弁CV2→ラインL52→ラインL5→モジュール６である（図２）。
【００６５】
次に図４を参照して後段の動力回収装置８について説明する。
【００６６】
後段の動力回収装置８は、連通ラインL7により前段の動力回収装置７に接続されている。すなわち、前段の動力回収装置７の切替弁61の出口が連通ラインL7を介して後段の動力回収装置８の切替弁62の入口に連通し、前段の動力回収装置７を通過したブラインの残圧力 P9が後段の動力回収装置８側の原水に伝達されるようになっている。
【００６７】
後段の動力回収装置８は、４ポート切替弁62、１対の容積式ポンプ81,82、２組のロッド位置検出部(87a,88a),(87b,88b)、および４つの逆止弁CV5,CV6,CV7,CV8を含む圧力伝達回路89を備えている。これらはブラインの残圧力 P9を前処理膜モジュール３へ供給される原水に追加される追加圧力 P15に変換する圧力変換部として機能するものである。これらのうち４ポート切替弁62は、上述のコントローラ20により動作が制御されるようになっている。
【００６８】
後段の動力回収装置８において、４ポート切替弁62は上述した前段の４ポート切替弁61と実質的に同じ構成であるが、容積式ポンプ81,82のほうは上述した前段の容積式ポンプ71,72とは異なる型式のものである。すなわち、容積式ポンプ81(82)は、両端に異径のピストン82a,84a(82b,84b)が取り付けられた連結ロッド83a(83b)を有している。第１の容積式ポンプ 81は、１組の大径シリンダ81a／ピストン82aと、１組の小径シリンダ85a／ピストン84aと、大径ピストン82aを小径ピストン84aに連結する連結ロッド83aと、を備えている。
【００６９】
両シリンダ81a,85aは、密閉空間を形成するための円筒または角筒状の容器からなり、一方端が開口し、他方端が閉じている。両シリンダ81a,85aの開口部は対向している。シリンダ81a,85aには圧力流体（ブラインまたは原水）の出入口と連結ロッド83aの挿通口とが形成されている。
【００７０】
連結ロッド83aの一端に大径ピストン82aが取り付けられ、ロッド83aの他端に小径ピストン84aが取り付けられている。すなわち、２つのピストン82a,84aが１本のロッド83aを共有している。連結ロッド83aの長手中央にドグ 86aが形成されている。大径ピストン82aはロッド83aに支持された状態で大径シリンダ81a内に摺動可能に配置され、小径ピストン84aはロッド83aに支持された状態で小径シリンダ85a内に摺動可能に配置されている。
【００７１】
大径ピストン82aと大径シリンダ81aとで高圧側チャンバが形成されている。大径ピストン82aと大径シリンダ81aとの間には図示しないシール材が挿入されている。大径シリンダ81aの１つの開口は連通ラインＬ７に連通し、高圧側チャンバに前段の動力回収装置７からブラインが導入されるようになっている。この高圧側チャンバ内に導入されるブラインから圧力を受ける大径ピストン82aの面の面積はＡ３である。
【００７２】
一方、小径ピストン84aと小径シリンダ85aとで低圧側チャンバが形成されている。小径ピストン84aと小径シリンダ85aとの間に図示しないシール材が挿入されている。小径シリンダ85aの１つの開口はラインＬ21に連通し、低圧側チャンバに原水槽２からの原水が導入されるようになっている。この低圧側チャンバ内に導入される原水から圧力を受ける小径ピストン84aの面の面積はＡ４である。面積Ａ３は面積Ａ４よりも大きい（Ａ３＞Ａ４）。ここで、面積Ａ３と面積Ａ４との比率は、前段の動力回収装置７からのブラインの残圧力 P9、原水槽２からの原水の供給圧力 P16、ポンプＰ１からの原水供給圧力P17、大径シリンダ81aと大径ピストン82aとの間の摩擦力、および小径シリンダ85aと小径ピストン84aとの間の摩擦力等に基づいて予め設定されている。
【００７３】
第２の容積式ポンプ 82は、１組の大径シリンダ81b／ピストン82bと、１組の小径シリンダ85b／ピストン84bと、大径ピストン82bを小径ピストン84bに連結する連結ロッド83bと、を備えている。
【００７４】
両シリンダ 81b,85bは、密閉空間を形成するための円筒または角筒状の容器からなり、一方端が開口し、他方端が閉じている。両シリンダ 81b,85bの開口部は対向している。シリンダ 81b,85bには圧力流体（ブラインまたは原水）の出入口と連結ロッド83bの挿通口とが形成されている。
【００７５】
連結ロッド83bの一端に大径ピストン82bが取り付けられ、ロッド83bの他端に小径ピストン84bが取り付けられている。すなわち、２つのピストン82b,84bが１本のロッド83bを共有している。連結ロッド83bの長手中央にドグ 86bが形成されている。大径ピストン82bはロッド83bに支持された状態で大径シリンダ81b内に摺動可能に配置され、小径ピストン84bはロッド83bに支持された状態で小径シリンダ85b内に摺動可能に配置されている。
【００７６】
大径ピストン82bと大径シリンダ81bとで高圧側チャンバが形成されている。大径ピストン82bと大径シリンダ81bとの間に図示しないシール材が挿入されている。大径シリンダ81bの１つの開口はラインＬ８に連通し、第３の空間から圧力流体（ブライン）が排出されるようになっている。この第３の空間内に導入される圧力流体（ブライン）から圧力を受ける大径ピストン 82bの面の面積はＡ３である。
【００７７】
一方、小径ピストン84bと小径シリンダ 85bとで低圧側チャンバが形成されている。小径ピストン84bと小径シリンダ 85bとの間に図示しないシール材が挿入されている。小径シリンダ 85bの１つの開口はラインＬ22に連通し、低圧側チャンバに原水槽２からの原水が導入されるようになっている。この低圧側チャンバ内に導入される原水から圧力を受ける小径ピストン84bの面の面積はＡ４である。面積Ａ３は面積Ａ４よりも大きい（Ａ３＞Ａ４）。ここで、面積Ａ３と面積Ａ４との比率は、前段の動力回収装置７からのブラインの圧力 P9、送水ポンプＰ１からの原水の圧力 P17、大径シリンダ 81bと大径ピストン 82bとの間の摩擦力、および小径シリンダ85bと小径ピストン 84bとの間の摩擦力等に基づいて予め設定されている。
【００７８】
第１組の検出部 87a,88aは、第１の連結ロッド83aにおけるドグ 86aの位置を検出するものである。一方の検出部 87aは、ピストン 84aがシリンダ 85aの左端に近接したときにドグ 86aが接触したことを検出できる位置に取り付けられている。他方の検出部 88aは、ピストン 82aがシリンダ 81aの右端に近接したときにドグ 86aが接触したことを検出できる位置に取り付けられている。検出部 87a,88aがドグ 86aを検出した場合、検出信号がコントローラ 20に送られ、これにより第１の容積式ポンプ 81における両ピストン 82a,84aの位置が把握される。
【００７９】
第２組の検出部 87b,88bは、第２の連結ロッド83bに取り付けたドグ 86bの位置を検出するものである。第２組の検出部 87b,88bは、上述の第１組の検出部 87a,88aと同様の構成であり、ロッド83bにおけるドグ 86bの位置を検出するものである。検出部 87b,88bがドグ 86bを検出した場合、検出信号がコントローラ 20に送られ、これにより第２の容積式ポンプ 82における両ピストン 82b,84bの位置が把握される。
【００８０】
コントローラ 20は、検出部 87a,88a,87b,88bからの検出信号に応じて切替弁 62に対して切替信号を出力するようになっている。すなわち、コントローラ 20は、検出部 87a,88bから検出信号を受けた場合は、ピストン 84aがシリンダ 85aの左端近傍に位置し、ピストン 82bがシリンダ 81bの右端近傍に位置すると判断する。そして、コントローラ 20は、第１の容積式ポンプ 81からブラインを排出するように、かつ、第２の容積式ポンプ 82へブラインを供給するように、切替弁 62に切替信号を送る。また、コントローラ 20は、検出部 88a,87bから検出信号を受けた場合は、ピストン 82aがシリンダ 81aの右端近傍に位置し、ピストン 84bがシリンダ 85bの左端近傍に位置すると判断する。そして、コントローラ 20は、第１の容積式ポンプ 81へブラインを供給するように、かつ、第２の容積式ポンプ 82からブラインを排出するように、切替弁 62に切替信号を送る。
【００８１】
なお、上述した実施形態では２シリンダ方式の動力回収装置を用いる場合を説明したが、動力回収装置はこれらの構造のみに限定されるものではなく、３シリンダ方式とすることもできる。また、実施形態の動力回収装置では圧力伝達機構としてピストンロッドを用いる場合を説明したが、これ以外の圧力伝達機構としてクランクシャフトを用いることもできる。
【００８２】
後段の動力回収装置８の動作の概要を説明する。
【００８３】
コントローラ 20は、第１の検出部 87a,88aから送られてくる信号に基づいて第１及び第２のシリンダ 81a,85a内における第１及び第２のピストン 82a,85aの位置をそれぞれ算出するとともに、第２の検出部 87b,88bから送られてくる信号に基づいて第３及び第４のシリンダ 81b,85b内における第３及び第４のピストン 82b,84bの位置をそれぞれ算出する。コントローラ 20は、これらの算出したピストン 82a,84a, 82b,84bの位置に基づいて４ポート切替弁62に切り替え動作をさせるかさせないかを判定し、４ポート切替弁62に切り替え動作をさせる場合はその指令信号を切替弁62に送る。
【００８４】
コントローラ 20は、検出部 87a,88bから検出信号を受けた場合は、第１のピストン 82aがシリンダ 81aの右端近傍に位置し、第４のピストン 84bがシリンダ 85bの左端近傍に位置していると判断し、４ポート切替弁 62に対して信号を出力し、第１の容積式ポンプ 81へブラインを給水させるとともに、第２の容積式ポンプ 82からブラインを排水させる。この場合のブライン圧力の伝達経路は、動力回収装置７→ライン L7→切替弁62→第１のポンプ81→ラインL23→逆止弁CV6→ラインL22→ラインL2→モジュール３である（図４）。
【００８５】
一方、コントローラ 20は、検出部 88a,87bから検出信号を受けた場合は、第２のピストン 84aが第２のシリンダ 85aの左端近傍に位置し、第３のピストン 82bが第３のシリンダ 81bの右端近傍に位置すると判断し、切替弁62に対して信号を出力し、第１の容積式ポンプ 81からブラインを排水させるとともに、第２の容積式ポンプ 82へブラインを給水させる。この場合のブライン圧力の伝達経路は、動力回収装置７→ライン L7→切替弁62→第２のポンプ82→ラインL23→逆止弁CV7→ラインL22→ラインL2→モジュール３である。
【００８６】
次に、実施形態の膜ろ過システムの作用の概要を説明する。
【００８７】
原水はポンプＰ１により前処理膜モジュール３に所定圧力P17で供給され、ＭＦ膜またはＵＦ膜を透過して溶質の一部が除去された前処理水となり、第１の処理水槽４に貯留される。送水ポンプＰ３により、高圧ポンプＰ４および前段の動力回収装置７へ第１の処理水槽４の前処理水を送水し、高圧ポンプＰ４は水を所定の高圧力P4（6MPa程度）まで昇圧して高圧ＲＯ膜モジュール６へ送水する。高圧ＲＯ膜モジュール６は、原水に含まれるイオンや塩類などの溶質を除去し、溶質濃度を低下させた一次処理水を生成する。生成された一次処理水は第２の処理水槽９に貯留される。さらに良好な水質の水を得るために、低圧ポンプＰ６により第２の処理水槽９の水を低圧ＲＯ膜モジュール１０に送水する。低圧ＲＯ膜モジュール１０では水中に残留するイオンや塩類などの溶質をさらに除去し、溶質濃度を大幅に低下させた二次処理水（生産水）を生成する。生成された生産水は第３の処理水槽１１に貯留される。
【００８８】
一方、高圧ＲＯ膜モジュール６から排出されるブライン（濃縮海水）は、前段の動力回収装置７へ送られる。前段の動力回収装置７は、第１の容積式ポンプ 71にブラインが給水され、第２の容積式ポンプ 72からブラインが排水される状態となっている。前段の動力回収装置７では、ブラインの圧力を回収し、回収した圧力をラインL53→圧力伝達回路79→ラインL52→高圧ラインL5の経路を通って前処理水へ伝達する。この回収圧力が付加された前処理水は、ブースターポンプＰ５によりさらに昇圧され、高圧ラインL5の高圧の前処理水を押す。
【００８９】
一方、保安フィルタ５からの前処理水は、主要ラインL5を通って例えば０．２ＭＰａで高圧ポンプＰ４へ供給されると共に、分岐ラインL5から逆止弁CV4を通過して、第２の容積式ポンプ 72のシリンダの第２の空間へ供給される（図２）。
【００９０】
高圧ポンプＰ４で例えば６．０ＭＰａに昇圧された前処理水は、前段の動力回収装置７からの前処理水と合流され、高圧ＲＯ膜モジュール６へ導入される。このとき、前段の動力回収装置７からの前処理水は、第１の容積式ポンプのシリンダ71aの第２の空間から排出され、逆止弁 CV2を通過したものである。高圧ＲＯ膜モジュール６は、処理水とブラインとを排出する。
【００９１】
高圧ＲＯ膜モジュール６から排出されたブラインは、圧力制御弁 PV1と切替弁61を通過し、第１の容積式ポンプのシリンダ 71aの第１の空間へ流入する。このとき、第１の容積式ポンプのシリンダ 71aの第２の空間には前処理水が充填されている。ブラインは、シリンダ 71a内にあるピストン 72aを第２の空間方向へ押し、前処理水を加圧しながら第２の空間から排出させる。
【００９２】
ここで、ピストン 72aが第１の空間に面する面積がＡ１であり、ピストン 72aが第２の空間に面する面積がＡ２であることから、シリンダ 71aの第２の空間から排出される前処理水の圧力 P8は、切替弁61からのブライン圧力 P7を用いて、Ｐ８＝Ｐ７×（Ａ１／Ａ２）となる。これにより、圧力Ｐ８は、高圧ＲＯ膜モジュール６に導入される圧力Ｐ４と同等か少し高い圧力となる。
【００９３】
保安フィルタ５からの前処理水は、逆止弁CV4を通過して第２の容積式ポンプ 72のシリンダ71bの第２の空間へ流入する。このとき、第２の容積式ポンプ 72のシリンダ71bの第１の空間にはブラインが充填されている。
【００９４】
第４の逆止弁CV4を通過した前処理水は、例えば０．２ＭＰａの圧力を有し、シリンダ 71b内にあるピストン 72bを第１の空間方向へ押す。ピストン 72bが第１の空間方向へ移動することにより、４ポート切換弁 61を介してシリンダ 71bの第１の空間からブラインを排出させる。
【００９５】
これにより、上記の動作が持続された場合、一方のピストン 72aはシリンダ 71aの左端へ近接し、他方のピストン 72bはシリンダ 71bの右端へ近接する。すると、第１の検出部 77aにロッド 73aが接触し、その検出信号（接触信号）がコントローラ 20に送られる。また、第４の検出部 78bからロッド 73aが離れ、その検出信号（非接触信号）がコントローラ 20に送られる。コントローラ 20は、第１及び第４の検出部 77a,78bからの検出信号を受信すると、ブラインの流入及び排出の方向を切り換えるように４ポート切替弁61に対して制御信号を送る。これによりブラインの流入と排出が切り替わり、矢印方向にピストン 72a,72bが動く。すなわち、図３に示すように、第２の容積式ポンプ 72にブラインが導入され、第１の容積式ポンプ 71からブラインが排出される。
【００９６】
高圧ＲＯ膜モジュール６から排出されたブラインは、圧力制御弁 PV1および４ポート切替弁 61をそれぞれ通過し、第２の容積式ポンプ 72のシリンダ 71bの第１の空間へ流入する。このとき、第２の容積式ポンプ 72のシリンダ 71bの第２の空間には前処理水が充填されている。ブラインはシリンダ 71b内にあるピストン 72bを第２の空間方向へ押し、前処理水を加圧しながら第２の空間からブラインを排出させる。
【００９７】
第２のピストン 72bが第１の空間に面する面積がＡ１であり、第２のピストン 72bが第２の空間に面する面積がＡ２であることから、シリンダ 71bの第２の空間から排出される前処理水の圧力 P10は、４ポート切換弁 61からのブラインの圧力 P7を用いて、Ｐ１０＝Ｐ７×（Ａ１／Ａ２）となる。これにより、圧力 P10は、ＲＯ膜モジュール６に導入される圧力 P4と同等か少し高い圧力となる。
【００９８】
前段の動力回収装置７で圧力を回収されたブラインは、さらに後段の動力回収装置８に送られる。後段の動力回収装置８ではブラインの残圧力 P9が回収され、回収した圧力をポンプＰ１の下流ライン L2の原水に伝達する。この追加圧力が付加された原水は、前処理膜モジュール３へ送られる。このとき原水の昇圧は、第１の圧力計Ｇ１で測定した膜モジュール３の上流側の測定圧力P17と第２の圧力計Ｇ２で測定した膜モジュール３の下流側の測定圧力P18との差分（膜間差圧）ΔPに応じて圧力調整弁Ｖ１を制御し、前処理膜モジュール３へ原水を供給するために必要な圧力を得る。ここで、圧力調整弁Ｖ１の一端は、大気開放されているため、第２の容積式ポンプ 72のシリンダ71bの第１の空間のゲージ圧はほぼ零である。第４の逆止弁CV4を通過した前処理水は、例えば０．２ＭＰａの圧力を有し、シリンダ 71b内にあるピストン 72bを第１の空間方向へ移動させる。前処理水はピストン 72bを第１の空間方向へ押し、第１の空間からブラインを排出させる。
【００９９】
また、所定の間隔で定期的に洗浄ポンプＰ２を駆動させ、逆洗浄ラインＬ１２を介して第１の処理水槽４の前処理水を前処理膜モジュール３に逆流させ、モジュール内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。このときコンプレッサＣ１から膜モジュール３内に圧縮空気を供給するバブリングを併用するようにしてもよい。
【０１００】
次に図５を参照して圧力調整弁Ｖ１の動作の概要について説明する。
【０１０１】
ポンプＰ１を起動して原水槽２から前処理膜モジュール３への原水の供給を開始する。ポンプＰ３を起動して第１の処理水槽４から保安フィルタ５への前処理水の供給を開始し、さらに、ブースターポンプＰ５を起動して動力回収ラインＬ５２に保安フィルタ５を通過した水を供給した後、高圧ポンプＰ４を起動して保安フィルタ５を通過した水に高圧を印加して高圧ＲＯ膜モジュール６に供給するとともに、ブースターポンプＰ５により圧力伝達ラインL52を通過する流体に補充圧力を印加して処理を開始する（工程Ｋ１）。処理開始時の圧力調整弁Ｖ１は開いた状態にある。
【０１０２】
圧力調整弁Ｖ１を閉じた後に（工程Ｋ２）、第１の圧力計Ｇ１により前処理膜モジュール３の上流側の圧力P17を測定する（工程Ｋ３）。圧力調整弁Ｖ１を閉じた後に（工程Ｋ２）、第２の圧力計Ｇ２により前処理膜モジュール３の下流側の圧力P18を測定する（工程Ｋ４）。コントローラ２０は、両測定圧力P17,P18間の差圧ΔＰを算出し（工程Ｋ５）、算出した差圧ΔＰを予め設定された許容圧力Ｐｃと比較し、差圧ΔＰが許容圧力Ｐｃ以下であるか否かを判定する（工程Ｋ６）。求めた膜差圧ΔＰが所定の設定圧力値Pcより小さいか又は等しいときは圧力調整弁Ｖ１を開けて高圧ＲＯ膜モジュール６から排出されるブライン圧力P6を所望の値に調整する。なお、求めた膜差圧ΔＰが所定の設定圧力値Ｐｃを超えるときは圧力調整弁Ｖ１を閉じたままの状態で、上流側の圧力P17と下流側の圧力P18を再度測定し、膜差圧ΔＰの算出を継続する。すなわち、工程Ｋ６の判定結果がＮＯのときは、上記工程Ｋ２の前に戻り、工程Ｋ２〜Ｋ６の動作を繰り返す。工程Ｋ６の判定結果がＹＥＳ（ΔＰ≦Ｐｃ）のときは、圧力調整弁Ｖ１を開け（工程Ｋ７）、工程Ｋ２の後に戻り、工程Ｋ３〜Ｋ６の動作を繰り返す。
【０１０３】
前処理膜モジュール３の逆洗浄操作について説明する。
【０１０４】
所定の時間間隔で洗浄ポンプＰ２を定期的に駆動させ、逆洗浄ラインＬ１２を介して第１の処理水槽４の前処理水を前処理膜モジュール３に逆流させ、前処理膜モジュール３内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。このときコンプレッサＣ１から膜モジュール３内に圧縮空気を供給するバブリングを併用する。これによりＭＦ膜またはＵＦ膜に付着した固形分などの異物が除去され、膜の目詰まりが解消される。
【０１０５】
本実施形態の膜ろ過システムによれば、逆浸透膜モジュールへ供給するポンプ動力を低減させるとともに、前処理膜モジュールへ供給するポンプ動力を低減させることができ、トータルのランニングコストを低減することができる。
【０１０６】
（第２の実施形態）
次に図４を参照して第２の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
【０１０７】
第２の実施形態の膜ろ過システム１Ａは、上記第１実施形態のシステム１から洗浄ポンプＰ２を省略した構成となっている。その代わりとして、逆洗浄ラインＬ４２が送水ポンプＰ３の直ぐ下流側から前処理膜モジュール３の二次側までの間に設けられている。
【０１０８】
本実施形態では、送水ポンプＰ３の駆動力により逆洗浄ラインＬ４２を通って第１の処理水槽４から前処理膜モジュール３へ前処理水を送り、膜モジュール３内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。
【０１０９】
本実施形態によれば、逆洗浄に専用の洗浄ポンプを省略することにより、トータルの装置コストとランニングコストを低減することができる。
【０１１０】
（第３の実施形態）
次に図５を参照して第３の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
【０１１１】
第３の実施形態の膜ろ過システム１Ｂは、上記第１実施形態のシステム１から第１の処理水槽４、洗浄ポンプＰ２、送水ポンプＰ３、保安フィルタ５を省略した構成となっている。その代わりとして、逆洗浄ラインＬ９２が低圧ポンプＰ６の直ぐ下流側から前処理膜モジュール３の二次側までの間に設けられている。
【０１１２】
本実施形態では、低圧ポンプＰ６の駆動力により逆洗浄ラインＬ９２を通って処理水槽９から前処理膜モジュール３へ一次処理水を送り、膜モジュール３内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。
【０１１３】
本実施形態によれば、第１の処理水槽４、洗浄ポンプＰ２、送水ポンプＰ３、保安フィルタ５を省略することにより、トータルの装置コストとランニングコストを低減することができる。
【０１１４】
（第４の実施形態）
次に図６を参照して第４の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
【０１１５】
第４の実施形態の膜ろ過システム１Ｃは、上記第１実施形態のシステム１から第１の処理水槽４、洗浄ポンプＰ２、送水ポンプＰ３、保安フィルタ５を省略した構成となっている。その代わりとして、逆洗浄ラインＬ112が送水ポンプＰ７の直ぐ下流側から前処理膜モジュール３の二次側までの間に設けられている。
【０１１６】
本実施形態では、送水ポンプＰ７の駆動力により逆洗浄ラインＬ112を通って処理水槽１１から前処理膜モジュール３へ生産水を送り、膜モジュール３内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。
【０１１７】
本実施形態によれば、第１の処理水槽４、洗浄ポンプＰ２、送水ポンプＰ３、保安フィルタ５を省略することにより、トータルの装置コストとランニングコストを低減することができる。
【０１１８】
（第５の実施形態）
次に図７を参照して第５の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
【０１１９】
第５の実施形態の膜ろ過システム１Ｄは、上記第１実施形態のシステム１に濃縮水槽２３、洗浄ポンプＰ８および逆洗浄ラインＬ８２を追加した構成となっている。
【０１２０】
本実施形態では、洗浄ポンプＰ８の駆動力により逆洗浄ラインＬ８２を通って濃縮水槽２３から前処理膜モジュール３へ生産水を送り、膜モジュール３内のＭＦ膜またはＵＦ膜を逆洗浄する。
【０１２１】
本実施形態によれば、ろ過膜を濃縮水で洗浄することでシステムの回収率を向上させ、トータルのランニングコストを低減することができる。
【０１２２】
（第６の実施形態）
図８を参照して第６の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
【０１２３】
第６の実施形態の膜ろ過システム１Ｅは、上記第１実施形態のシステム１にヒータ２８付き温水槽２７および洗浄ラインＬ112,Ｌ121,Ｌ122,Ｌ123を加えた構成となっている。なお、温水を製造する手段としてはヒータ２８の代わりに省エネ型のヒートポンプや自然エネルギを用いてもよい。
【０１２４】
本実施形態では、送水ポンプＰ７の駆動力により第３の処理水槽１１から温水槽２７へ生産水を送り、さらに洗浄ラインＬ112,Ｌ123を通って前処理膜モジュール３へ温水を送りＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュールを通常の洗浄に加え定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水で逆通水を行う。また、送水ポンプＰ７の駆動力により第３の処理水槽１１から温水槽２７へ生産水を送り、洗浄ラインＬ112,Ｌ122を通って１段目の逆浸透膜モジュール６へ温水を送り、ＲＯ膜を洗浄するとともに、洗浄ラインＬ112,Ｌ121を通って２段目の逆浸透膜モジュール１０へ温水を送り、ＲＯ膜を洗浄する。
【０１２５】
本実施形態によれば、ＭＦ膜またはＵＦ膜およびＲＯ膜を温水で洗浄することでシステムの回収率を向上させ、トータルのランニングコストを低減することができる。
【０１２６】
本発明によれば、原水供給ポンプおよび高圧ポンプの動力を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…膜ろ過システム、２…原水槽、
３…前処理膜モジュール（MF膜モジュールまたはUF膜モジュール）、
４，９，１１…処理水槽、５…保安フィルタ、
６，１０…逆浸透膜モジュール、７，８…動力回収装置、
２０…コントローラ、
２３…濃縮水槽、２７…温水槽、２８…ヒータ、
61,62…切替弁、71,72,81,82…容積式ポンプ、
Ｐ１…原水供給ポンプ、Ｐ２…洗浄ポンプ、Ｐ３…送水ポンプ、
Ｐ４…高圧ポンプ、Ｐ５…ブースターポンプ、Ｐ６…低圧ポンプ、
Ｐ７…送水ポンプ、Ｐ８…洗浄ポンプ、
L12，L42，L82，L92，L112…逆洗浄ライン、
Ｌ２…圧送ライン、L22…第２の圧力伝達ライン、L31…直送ライン、
L52…第１の圧力伝達ライン、L61…濃縮水排出ライン、
Ｌ５…高圧ライン、
Ｇ１…第１の圧力計、Ｇ２…第２の圧力計、
Ｃ１…コンプレッサ、Ｖ１…圧力調整弁。
【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】
0005787680.tif 000009
【図９】
0005787680.tif 000010
【図１０】
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