(57)【要約】  自然エネルギーを主動力とした逆浸透膜による水処理装置の運転の際に、膜劣化やファウリングを抑制しながら、安定に脱塩水を製造する。  自然エネルギー発電ユニット１５から得られる電力を主な動力源として被処理水を昇圧して半透膜ユニット７に供給、処理し、脱塩水を得る方法において、半透膜ユニット７へ供給する被処理水の水質から算出される浸透圧に基づいて、最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎを決定し、予め設定した供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを流したときに、Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来ないときは、供給水流量Ｑｆに対する透過水流量Ｑｐの比の値である回収率Ｒを０として運転するか、もしくは、半透膜ユニット７の運転を停止し、Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来るときは、濃縮水流量がＱｆｍｉｎよりも大きくなるように回収率Ｒを制御する。
2014133101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用した発電ユニットから得られる電力を主な動力源として被処理水を昇圧して半透膜ユニットに供給し、透過水と濃縮水に分離し、透過水を脱塩水として得る方法において、前記半透膜ユニットへ供給する前記被処理水の水質に基づいて算出される浸透圧に基づいて、最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎを決定し、予め設定した供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを流したときに、供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来ないときは、供給水流量Ｑｆに対する透過水流量Ｑｐの比の値として得られる回収率Ｒを０として運転するか、もしくは、前記半透膜ユニットの運転を停止するように制御し、供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを流したときに、供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来るときは、濃縮水流量Ｑｂが前記供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも大きくなるように回収率Ｒを制御する脱塩水の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記回収率Ｒを０にして前記半透膜ユニットを運転するとき、（１）前記半透膜ユニットへの供給水流量Ｑｆを供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも小さくする、（２）前記供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎよりも小さくする、（３）前記半透膜ユニットから排出される濃縮水を半透膜ユニットへ供給する被処理水として還流する、のうち少なくともひとつを実施する脱塩水の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記回収率Ｒの上限値として、最大回収率Ｒｍａｘを前記被処理水の水質に基づいて算出し、前記回収率Ｒが最大回収率Ｒｍａｘを上回らないように、前記供給水圧力Ｐｆを制御する脱塩水の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記回収率Ｒを０として運転する期間に、一旦、被処理水の半透膜ユニットへの供給を停止し、半透膜ユニット内で被処理水の流入口と濃縮水の排出口とを入れ替えるように設定した後、被処理水の半透膜ユニットへの供給を再開する脱塩水の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記半透膜ユニットから排出された濃縮水の圧力エネルギーを圧力交換式のエネルギー回収ユニットでエネルギー回収する脱塩水の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記自然エネルギーが太陽光、風力のいずれかを含む脱塩水の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、
前記発電ユニットとともに、コンデンサー、キャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオン電池から選ばれる少なくともひとつを電力貯蔵手段として用いて、前記半透膜ユニットの運転時に供給する電力の変動を抑える脱塩水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーを利用して被処理水中から不純物を除去する水処理プロセスを用いて脱塩水を得る脱塩水の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年深刻化してきている水環境の悪化に伴い、これまで以上に水処理技術が重要になってきており、とくに分離膜利用技術が非常に幅広く適用されてきている。分離膜利用技術は、飲料水、工業用水、農業用水などを得るために河川水、湖沼水などの浄化に主に適用されてきた。一方、水資源が極端に少なく、かつ、石油による熱資源が非常に豊富である中東地域で蒸発法を中心に海水淡水化が進められてきた。しかし、中東以外の熱源が豊富でない地域でも、海水淡水化のニーズが高まり、とくに１９９０年以降、所要動力が小さい半透膜（とくに逆浸透膜）を用いた淡水化プロセスが採用され、カリブ諸島や地中海エリアなどで多数のプラントが建設され実用運転されている。逆浸透膜設備では、圧力エネルギーを有する濃縮海水が排出されるため、エネルギー回収ユニットによって圧力回収を行うのが一般的であり、これによってさらに、所要動力が低減できる仕組みになっている。最近では、逆浸透法の技術進歩による信頼性の向上やコストダウンに加え、エネルギー回収技術の著しい向上によって中東においても多くの逆浸透法海水淡水化プラントが建設されるに至っている。【０００３】
しかしながら、逆浸透膜による海水淡水化が万能というわけではなく、中東のように高濃度海水、さらに温度が高い場合は、脱塩能力が低下し、処理水（淡水）の塩濃度が大きくなる傾向にある（非特許文献１）ため、高品質の処理水を得るために、脱塩水を再度低圧逆浸透膜で処理する、透過水二段法という方法が多く建設・稼働にいたっており、逆浸透膜性能の向上、プロセス・システムの改善による更なる所要エネルギー低減が求められている。そのための方法として、逆浸透膜を複数種類組み合わせる方法（特許文献１）、逆浸透膜の濃縮水を再度逆浸透膜で処理する方法（特許文献２）、ナノろ過膜で前処理して硬度成分を除去し、逆浸透膜の回収率を上げる方法（特許文献３）、ナノろ過膜の処理水を再度ナノろ過膜で処理する方法（非特許文献２）が提案され、実用化に至っているものも少なくない。【０００４】
さらに、エネルギー消費量が低減したといっても、分離膜による水処理には電力が必要とされ、その源は、石油や石炭による火力や原子力といった、必ずしも環境に優しい技術と言い難いエネルギーである。そのため、太陽エネルギー、風力、波力などの自然エネルギーによって産み出された電力を活用する試み（非特許文献３、特許文献４）がなされているが、自然エネルギーの大きな課題の一つとして、電力の安定供給が挙げられる。すなわち、太陽エネルギーは、夜間にはほとんど得られず、風力は凪には得られない。そのため、非特許文献３にもあるように大きな蓄電池を備え、発電量の変動を吸収する必要があるが、高コストな蓄電池が淡水化コストに大きな影響を与え、実用化、普及にとって大きな障害となっている。現在は、水力、火力、原子力といった従来発電技術による電力と併用する技術が実用化されているが、電力の安定供給のためには発電量を制御しやすい水力や火力が中心になっている必要があり、自然エネルギーのように状況によって変動する発電方法で得られる電力を主な動力源にした水処理プロセスの実用化・普及には至っていない。【０００５】
とくに、逆浸透膜を海水淡水化に適用する場合は、浸透圧以上の圧力がかからなければ、淡水を得ることができないため、特定期間、すなわち、太陽光であれば、昼間の日射が大きな時間しか淡水製造ができない。また、運転を開始した場合でも、自然エネルギーによる発電能力は、刻々変化するため、大容量の蓄電池を備えるか、従来の電力を併用しなければ、逆浸透膜を一定条件で安定運転することは出来ない。一方で、逆浸透膜の運転に当たっては、逆浸透膜エレメントに適した供給水流量、濃縮水流量、透過流束（膜面積あたりの透過水流量）を適正範囲に収めることが求められる。すなわち、例えば、供給水流量が適正範囲を超えると、逆浸透膜エレメントに過大な負荷がかかり、膜エレメントの変形をもたらしたり、また濃縮水流量が少なすぎたり、透過流束が大きすぎると、膜面への汚れの蓄積（ファウリング）を促進することになる。したがって、自然エネルギーを利用した発電量が変動して、ポンプ出力などが変動する場合、スタート時に設定した運転条件のまま、成り行きで運転すると、適正な運転条件範囲内で運転することが出来ない場合が出てくるため、逆浸透膜の寿命を縮めることとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許第３５５１１２７号公報
【特許文献２】日本国特開平８−１０８０４８号公報
【特許文献３】日本国特開平８−２０６４６０号公報
【特許文献４】日本国特開２０００−２０２４４１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】谷口雅英ら、 “Behavior  of  a  reverse  osmosis  plant  adopting  a  brine  conversion  two-stage  process  and  its  computer  simulation,” J. Membrane Sci., 183, p249 (2001).
【非特許文献２】S. Adham et al., “Long Beach’s dual-stage NF beats single-stage SWRO,” D&WR 13(3), p18 (2003).
【非特許文献３】A. Kunczynski, “Develeopment and optimization of 1000-5000 GPD solar power SWRO,” Proc. IDA World Congress on D&WR, BAH03-040 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、自然エネルギーを主動力とした逆浸透膜による水処理装置の運転の際に、膜劣化やファウリングを抑制しながら、安定に脱塩水を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は次の（１）−（７）の実施態様に関する。【００１０】
（１）  自然エネルギーを利用した発電ユニットから得られる電力を主な動力源として被処理水を昇圧して半透膜ユニットに供給し、透過水と濃縮水に分離し、透過水を脱塩水として得る方法において、前記半透膜ユニットへ供給する前記被処理水の水質に基づいて算出される浸透圧に基づいて、最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎを決定し、予め設定した供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを流したときに、供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来ないときは、供給水流量Ｑｆに対する透過水流量Ｑｐの比の値として得られる回収率Ｒを０として運転するか、もしくは、前記半透膜ユニットの運転を停止するように制御し、供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを流したときに、供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来るときは、濃縮水流量Ｑｂが前記供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも大きくなるように回収率Ｒを制御する脱塩水の製造方法。【００１１】
（２）  （１）に記載の脱塩水の製造方法であって、前記回収率Ｒを０にして前記半透膜ユニットを運転するとき、（１）前記半透膜ユニットへの供給水流量Ｑｆを供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも小さくする、（２）前記供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎよりも小さくする、（３）前記半透膜ユニットから排出される濃縮水を半透膜ユニットへ供給する被処理水として還流する、のうち少なくともひとつを実施する脱塩水の製造方法。【００１２】
（３）  （１）または（２）に記載の脱塩水の製造方法であって、前記回収率Ｒの上限値として、最大回収率Ｒｍａｘを前記被処理水の水質に基づいて算出し、前記回収率Ｒが最大回収率Ｒｍａｘを上回らないように、前記供給水圧力Ｐｆを制御する脱塩水の製造方法。【００１３】
（４）  （１）から（３）のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、前記回収率Ｒを０として運転する期間に、一旦、被処理水の半透膜ユニットへの供給を停止し、半透膜ユニット内で被処理水の流入口と濃縮水の排出口とを入れ替えるように設定した後、被処理水の半透膜ユニットへの供給を再開する脱塩水の製造方法。【００１４】
（５）  （１）から（４）のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、前記半透膜ユニットから排出された濃縮水の圧力エネルギーを圧力交換式のエネルギー回収ユニットでエネルギー回収する脱塩水の製造方法。【００１５】
（６）  （１）から（５）のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、前記自然エネルギーが太陽光、風力のいずれかを含む脱塩水の製造方法。【００１６】
（７）  （１）から（６）のいずれか１項に記載の脱塩水の製造方法であって、前記発電ユニットとともに、コンデンサー、キャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオン電池から選ばれる少なくともひとつを電力貯蔵手段として用いて、前記半透膜ユニットの運転時に供給する電力の変動を抑える脱塩水の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の脱塩水の製造方法によれば、自然エネルギーから得られる不安定な電力を動力源としながら、分離膜の膜劣化やファウリングを抑制して、半透膜ユニットを安定的に運転し脱塩水を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の脱塩水の製造方法で使用する水処理装置の一例を示すフロー図である。
【図２】図１の水処理装置に、後処理ユニットを加えた水処理装置の一例を示すフロー図である。
【図３】本発明の脱塩水の製造方法で使用する他の実施形態の水処理装置であって、圧力交換式エネルギー回収ユニットを備えた水処理装置の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこの図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の脱塩水の製造方法に適用可能な水処理装置の実施形態の一例を示すフロー図である。
【００２１】
図１において、原水１は、原水タンク２に供給され、前処理ポンプ３で前処理ユニット４に供給、処理され、前処理水タンク５に貯留される。前処理水タンク５から排出された前処理水は、高圧ポンプ６によって昇圧され、半透膜ユニット７に供給・処理され、透過水と濃縮水に分離される。透過水（脱塩水）は透過水タンク８に貯留される。また半透膜ユニット７から排出される濃縮水は、濃縮水バルブ１３ａから濃縮水ライン１２ａを通って取出される。
【００２２】
図１のフローにおいて必要な動力は、自然エネルギーを用いた動力源としての自然エネルギー発電ユニット１５によって電力が供給される。また短時間の電力供給量の変動を吸収するために小型の電力貯蔵ユニット１４を備えることができる。さらに電力安定供給制御ユニット１６によって安定化した電力を各ユニット、例えば図１では前処理ポンプ３および高圧ポンプ６に供給するようになっている。
【００２３】
ここで、自然エネルギー発電ユニット１５が利用する自然エネルギーについては、太陽光、風力、波力、水力などを挙げることができる。本発明は、気候による変動が大きな太陽光と風力に対して適用することができ、得られる効果が大きい。
【００２４】
電力安定供給制御ユニット１６は、自然エネルギー発電ユニット１５から得られる電力をメインに、電力貯蔵ユニット１４で補うことによって、発電ユニット１５からの急激な出力変動をある程度吸収できるように出力調整される。従って、電力貯蔵ユニット１４は、特に制約はないが、コンデンサー、キャパシタ、二次電池など、高出力に適したものが好ましい。とくに、大出力に最も適しており、充放電による劣化が少ないキャパシタが最も好ましい。また、二次電池の場合は、電力貯蔵ユニットの使用状況が完全充電と完全放電の繰り返しよりも浅い充放電を繰り返すため、メモリー効果のあるニカド電池やニッケル水素電池はあまり適さず、鉛蓄電池やリチウムイオン電池が好ましい。
【００２５】
本発明を適用する水処理装置において、半透膜ユニット流量制御ユニット２１を設置し、運転を制御する閾値を決めるとともに、運転条件を制御するとよい。図示の例では、半透膜ユニット流量制御ユニット２１は、濃度センサー２０で測定した被処理水の水質に基づいて算出される浸透圧πに基づき最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎを決定し、測定された供給水圧力Ｐｆを検知しながら、高圧ポンプ６、濃縮水バルブ１３ａおよび透過水バルブ１７の運転条件を制御する。すなわち、被処理水を半透膜ユニット７へ供給水最小流量Ｑｆｍｉｎで流したときに、半透膜ユニット７の供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来ないときは、供給水流量Ｑｆに対する透過水流量Ｑｐの比の値として得られる回収率Ｒ＝Ｑｐ／Ｑｆを０として運転するか、もしくは、半透膜ユニットの運転を停止する。一方、半透膜ユニット７の供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎまで昇圧出来るときは、濃縮水流量Ｑｂが供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも大きくなるように回収率Ｒを制御しながら、透過水（脱塩水）を安定的に得る運転をする。
【００２６】
このとき、半透膜メーカーのガイドラインや技術資料に基づく場合が多いが、供給水流量Ｑｆが供給水最大流量Ｑｆｍａｘを超えないようにするとともに、供給水流量Ｑｆが最小濃縮水流量Ｑｂｍｉｎを下回らない、すなわち、Ｑｆｍｉｎ＝Ｑｂｍｉｎ、となるようにすべく注意が必要である。その結果、供給水流量Ｑｆは、Ｑｆ≧Ｑｆｍｉｎ＋Ｑｐ、となるように設定することが必要である。すなわち、回収率Ｒを、Ｒ＝Ｑｐ／Ｑｆ、により求め、Ｒ≦１−Ｑｆｍｉｎ／Ｑｆ、となるように回収率Ｒを制御する。
【００２７】
また、被処理水を半透膜ユニット７へ供給・処理するとき、濃縮水流量Ｑｂが供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを下回らないように回収率Ｒを制御する。ここで、供給水最小流量Ｑｆｍｉｎを決定するにあたっては、半透膜メーカーのガイドラインや技術資料に基づく濃縮水最小流量Ｑｂｍｉｎのインストラクションに従うのが最も一般的かつ安全である。すなわち、透過水流量Ｑｐが０の時に供給水最小流量Ｑｆｍｉｎがもっとも小さな値である最小濃縮水流量Ｑｂｍｉｎと等しくなる。
【００２８】
ただし、濃縮水最小流量Ｑｂｍｉｎのインストラクションでは、その前提が、ガイドラインに併記されている透過水最大流量Ｑｐｍａｘもしくは透過水最大流束（膜面積あたりの最大透過流量）Ｆｐｍａｘの範囲内であることとしている。すなわち、実際の設計透過流量がインストラクションの透過水最大流束Ｑｐｍａｘよりも小さい場合は、濃縮水最小流量Ｑｂｍｉｎをインストラクションよりも小さな値とすることが出来る。どこまで減じることが出来るかは、非特許文献（M. Taniguchiら、”Behavior of a reverse osmosis plant adopting a brine conversion two-stage process and its computer simulation,” Journal of Membrane Science 183, p249-257, 2001）に示される濃度分極モデルに基づくシミュレーション計算を実施することによっても得ることが出来る。また、実験的には、透過水最大流量Ｑｐｍａｘと透過水最小流量Ｑｐｍｉｎの条件下で、溶解度が比較的低い、すなわち、析出しやすい成分（例えば、溶解性シリカ）を供給水（被処理水）に添加して濃度を上げていき、半透膜ユニット内に溶質が析出しはじめる、すなわち、析出によって圧力損失が大きくなり始めたときの溶質濃度を求める。この溶質濃度の供給水（被処理水）を用い、透過水流量Ｑｐを設計値にした時に濃縮水流量Ｑｂを下げていき、半透膜ユニット内の圧力損失が濃縮水流量に応じた圧力損失よりも大きくなり始めたときの濃縮水流量Ｑｂを求め、これを濃縮水最小流量Ｑｂｍｉｎとすることができる。すなわち、本発明においては、このときの濃縮水最小流量Ｑｂｍｉｎを供給水最小流量Ｑｆｍｉｎとして予め設定する。また半透膜ユニット７への供給水流量Ｑｆは、高圧ポンプ６の運転条件により調節することができる。
【００２９】
本発明においては、濃度センサー２０で測定した半透膜ユニット７へ供給する被処理水の水質に基づいて算出される浸透圧πに基づいて、半透膜ユニット７における最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎを決定する。具体的には、Ｐｆｍｉｎ＝π＋Ｐｐ＋α、とする。ここで、πは被処理水の浸透圧［ａｔｍ］、Ｐｐは透過水圧力［ａｔｍ］、αは０より大きい圧［ａｔｍ］である。透過水圧力Ｐｐは、透過水側の配管圧損などが若干発生するときの圧力であり、それ以外は、通常ほとんど０である。αは０を超えた数であれば良いが、αが０に近いと、半透膜ユニット７の供給水圧力Ｐｆが最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎに近いときに透過水の水質が低下し、一方、αが大きすぎると、透過水を得られる運転可能な圧力範囲が狭くなるので、注意が必要である。具体的には、αを２〜５ａｔｍにすると好ましい。
【００３０】
ここで、濃度センサー２０で測定した半透膜ユニット７へ供給する被処理水の濃度ＣＭ［ｍｇ／ｌ］に基づき、被処理水の浸透圧π［ａｔｍ］を算出する。算出方法は、以下に示すファントホッフの式を用いるのが、代表的である。
【００３１】
π＝ＣＭ×Ｒ×（Ｔ＋２７３．１５）
式中、π：浸透圧［ａｔｍ］
ＣＭ：モル濃度［ｍｏｌ／ｌ］
Ｒ：気体定数＝０．０８２［ｌ・ａｔｍ／（Ｋ・ｍｏｌ）］
Ｔ:温度［℃］
【００３２】
上記ファントホッフの式を海水のような混合物に適用する場合、代表的な組成に基づいて、それぞれの成分の濃度に基づく浸透圧を算出し、合計することによって得ることが出来る。浸透圧πの算出は、その他、非特許文献「谷口雅英ら、”Estimation of Transport Parameters of RO Membranes for Seawater Desalination,” AIChE Journal Vol. 46, p1967-1973 (2000)」でも引用されているように、実測値に基づく、近似式を用いることも出来る。
【００３３】
被処理水が海水以外のときでも、被処理水の成分を測定することにより、また、実測値に基づく近似式を得ることが出来れば、その近似式に基づいて、浸透圧πを得ることが出来る。
【００３４】
半透膜ユニット７の回収率Ｒを０として運転する期間の、回収率Ｒ以外の他の運転条件については、特に制限はない。また回収率Ｒ＝０にする最も簡単な方法としては、供給水流量Ｑｆを供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも小さくすることにより、供給水圧力Ｐｆを浸透圧π近傍まで下げること、また、透過水バルブ１７を全閉することが挙げられる。もちろん、これらの方法は同時に実施することが確実であるが、透過水バルブ１７を全閉すると、透過水圧力が供給水圧力Ｐｆと基本的に同じになるため、装置の透過水側の耐圧限界を超えないように供給水圧力Ｐｆを設定することが必要である。また、通常、海水淡水化の場合は、供給水側の耐圧が、７０〜８０ａｔｍ程度、透過水側の耐圧が１０ａｔｍ程度であることが多いので、装置の透過水側の圧力が耐圧限界を超えないように、供給水圧力Ｐｆのリミッターをつけたり、透過水側に逃がし弁や放圧板を装備したりするなどの安全策を備えることが好ましい。
【００３５】
また、回収率Ｒ＝０ということは、膜透過がないということを意味するので、膜面への汚れ（ファウリング）物質の吸い込みがない。このため、通常推奨される半透膜ユニットへの供給水流量Ｑｆを予め設定された供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも小さな値にしても問題ない。回収率Ｒ＝０にする運転条件としては、透過水を得ないようにするので、供給水圧力Ｐｆを最低供給水圧力Ｐｆｍｉｎよりも小さくすることも可能である。ただし、前述の浸透圧πよりも供給水圧力Ｐｆを小さくすると、透過側から供給側への透過水の逆流が生じ、膜へのダメージを起こす可能性がある。このため、膜の強度などを考慮して、供給水圧力Ｐｆを設定することが求められる。逆流する透過水の流量を抑えるためには、供給側の供給水圧力Ｐｆや透過水バルブ１７の絞り方を適切に実施することが重要である。
【００３６】
さらに、回収率Ｒ＝０にすると、半透膜ユニットへ供給する被処理水は、そのまま濃縮水排出ラインから排出されることになる。したがって、被処理水が装置外に流出してしまう損失を抑えるために、濃縮水排出ライン１２ａから排出された被処理水をそのまま、前処理水タンク５に還流させることも好ましい。
【００３７】
半透膜ユニット７の回収率Ｒを０にして運転する場合、もしくは、半透膜ユニット7を停止している場合は、半透膜ユニット７の消費電力が小さくなるので、自然エネルギー発電ユニット（動力源）から得られた電力を前処理などの他のユニットへ回して使用すること、例えば、前処理流量を上げることも好ましい実施態様である。他の例として、図２のように、半透膜ユニット７の下流側に、後処理ユニット１０を装備することも可能であり、この場合は、半透膜ユニット７の停止により節約できた電力を、前処理に加えて、後処理にも振り分けることが出来る。図２では、透過水タンク８に貯留された脱塩水が、昇圧ポンプ９で後処理ユニット１０である低圧半透膜ユニットで処理され、その透過水が生産水（脱塩水）として生産水タンク１１に送られる。また後処理ユニット１０から排出された濃縮水は、濃縮水バルブ１３ｂから濃縮水ライン１２ｂを通って取出される。この濃縮水は、半透膜ユニット７の透過水を濃縮した水であるため、非常に清澄であり、原水タンク２や前処理水タンク５などに還流させることも非常に好ましい実施態様である。後処理ユニット１０から排出された濃縮水を還流させる場合、還流量は適宜決定することが出来る。とくに半透膜ユニット７の浸透圧を下げたい場合は、還流量を増やすことが出来る。この操作のために、濃度センサー２０ａに加え、還流水が混合された後の半透膜ユニット７への供給水に対する濃度センサー２０ｂを備えることも好ましい実施態様である。濃度センサー２０ｂを配置するとき、被処理水の浸透圧は濃度センサー２０ｂで検出された水質に基づいて算出することができる。この場合、還流量を制御することによって半透膜ユニット７への供給水濃度（被処理水の水質）、すなわち、浸透圧の変動を低減することが出来るため好ましい。
【００３８】
本発明を実施するに当たって留意すべき点として、半透膜ユニット７における回収率Ｒの上限値である最大回収率Ｒｍａｘが挙げられる。最大回収率Ｒｍａｘは、供給された被処理水の水質の測定値や、元々実測しておいた供給される被処理水の成分比率に基づく濃縮限界に基づき、決定することができる。具体的には、溶解度積に基づく濃縮限界濃度を計算によって求めることも出来るし、供給水を濃縮していって析出が始まる濃度を実測し、濃縮水に析出が生じない最大濃度以下になるように最大回収率Ｒｍａｘを決めるとよい。
【００３９】
半透膜ユニット７へ供給する被処理水の水質が大きく変動する環境、例えば潮汐の影響を受ける場合や、浸透圧の異なる２種以上の原水を混合して被処理水を得る場合においては、濃縮水流量Ｑｂが供給水最小流量Ｑｆｍｉｎよりも大きくなるように制御するだけでは、回収率Ｒが被処理水の濃縮限界を上回る可能性がある。この場合、溶解しきれない成分がスケールとなって析出することが問題となる。このため、最大回収率Ｒｍａｘを決めておいて、この値を上回らないようにすることが必要である。回収率Ｒを調節する方法としては、例えば回収率を下げたい場合は、供給水流量Ｑｆを増やすこと、濃縮水流量Ｑｂを増やす、すなわち、透過水流量Ｑｐを減らすこと等に例示されるように、供給水圧力Ｐｆを制御することができる。
【００４０】
ただし、供給水に、スケール防止剤を添加すれば、最大回収率Ｒｍａｘの値を引き上げることが可能であるため、Ｒｍａｘをスケール防止剤添加濃度の関数にすることも好ましい実施態様である。
【００４１】
ところで、本発明の実施にあたって、回収率Ｒを０に設定する運転期間に、一旦、被処理水の半透膜ユニットへの供給を停止し、半透膜ユニット内で供給される被処理水の流れる方向を反対向きに設定してから被処理水の半透膜ユニットへの供給を再開すると、半透膜エレメント内や膜面に付着、堆積した汚れ（ファウリング）物質を除去することができるため、好ましい。すなわち、被処理水の半透膜ユニットへの供給を停止する前後で、半透膜ユニットへの被処理水の流入口と、半透膜ユニットからの濃縮水の排出口とを入れ替えるように設定して半透膜ユニットを運転することが好ましい。
【００４２】
本発明では、半透膜ユニット７から取出した濃縮水を排水するが、この濃縮水は図１、２における濃縮水バルブ１３ａで、圧力損失を生じさせ、減圧してから排水するようになっている。この濃縮水が有する圧力エネルギーを回収するため、濃縮水バルブ１３ａの代わりに、エネルギー回収ユニットを備えることも好ましい。エネルギー回収ユニットとしては、逆転ポンプ、ペルトン水車、ターボチャージャー、圧力交換などを挙げることができる。本発明では、濃縮水流量Ｑｂを制御するために、供給水圧力Ｐｆを変動させる。このような条件に適している圧力交換方式のエネルギー回収ユニットを使用することが好ましい。すなわち、圧力交換式エネルギー回収ユニットのエネルギー回収効率は、流量の影響を大きく受けるが、圧力の影響はあまりないため、流量範囲が狭い本発明では、圧力交換式エネルギー回収ユニットを使用することにより、どのような運転条件であっても高いエネルギー回収効率を発現することができる。他のエネルギー回収では、効率が圧力変動、流量変動それぞれの影響を受け、高いエネルギー回収効率を維持することが難しいため、本発明にはあまり適していない。圧力交換式エネルギー回収ユニット１８を備えた装置の一例を図３に示す。
【００４３】
図３において、前処理水タンク５に貯留された前処理水の少なくとも一部を、２台のブースターポンプ１９により、圧力交換式エネルギー回収ユニット１８に通し、半透膜ユニット７から排出された濃縮水との間で圧力交換して、半透膜ユニット７へ供給される。
【００４４】
本発明の脱塩水の製造方法では、前処理ユニット４としては、砂ろ過、分離膜などを挙げることが出来る。分離膜の場合、様々な分離膜ユニットを用いることが出来るが、マイクロメートル以下の高精度の固液分離が可能な糸巻きフィルター、不織布フィルター、精密濾過膜、限外ろ過膜などを原水水質に応じて用いることができる。
【００４５】
また、これらの前処理ユニット、半透膜ユニットなどは、原水に含有される汚れ成分によって汚染されていくので、性能回復させるために適宜、オンラインもしくはオフラインで洗浄が行われるのが一般的である。オンラインの場合は、洗浄薬品を被処理水側に注入する。例としては、取水やユニットへの供給水などに連続もしくは間欠注入される次亜塩素酸、クロラミン、二酸化塩素、過マンガン酸カリウム、次亜硫酸ナトリウム、２，２−ジブロモ―３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）などの殺菌剤や硫酸、塩酸、クエン酸などの一般的な酸や、水酸化ナトリウムなどのアルカリを挙げることが出来る。オフラインの場合は、被処理水や処理水などをそのまま、もしくは、加温したり上述の洗浄薬品を添加して洗浄効果を上げて、汚染部分に供給し、フラッシングしたり、浸漬することが一般的である。ここでいう汚染部分は、被処理水側、処理水側、いずれでもかまわないが、汚染しやすい被処理水側に適用するのが好ましい。
【００４６】
本発明を適用可能な被処理水（原水）は特に、制限されるものではなく、河川水、海水、下水処理水、雨水、工業用水、工業廃水、またはそれらの混合水など、いろいろな被処理水を挙げることができるが、特に、浸透圧を有する海水やかん水に対しての適用が好適である。
【００４７】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４８】
本出願は、２０１３年２月２８日出願の日本特許出願、特願２０１３−０３８１９９に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、不安定な自然エネルギーから得られた電力を動力源としつつ、効率的に半透膜ユニットおよびその他のユニットを運転することによって、分離膜ユニットの汚染を防止し、環境負荷を抑えつつ半透膜ユニットを安定に運転する方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１：原水
２：原水タンク
３：前処理ポンプ
４：前処理ユニット
５：前処理水タンク
６：高圧ポンプ
７：半透膜ユニット
８：透過水タンク
９：昇圧ポンプ
１０：後処理ユニット
１１：生産水タンク
１２ａ，１２ｂ：濃縮水ライン
１３ａ，１３ｂ：濃縮水バルブ
１４：電力貯蔵ユニット
１５：自然エネルギー発電ユニット（動力源）
１６：電力安定供給制御ユニット
１７：透過水バルブ
１８：圧力交換式エネルギー回収ユニット
１９：ブースターポンプ
２０，２０ａ，２０ｂ：濃度センサー
２１：半透膜ユニット流量制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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