(57)【要約】【課題】設備を小規模化することが可能であり、淡水を低廉に造水することができる水処理システム及び水処理方法を提供する。【解決手段】水処理システムＳは、廃水又は廃水処理水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮廃水とに分離する第１逆浸透処理装置３と、分離された濃縮廃水と取水された海水とを混合する混合部６と、濃縮廃水と海水とが混合された混合水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離する第２逆浸透処理装置７と、分離された濃縮混合水の一部を混合部６に返送する返送配管１６０とを備える。水処理方法は、廃水又は廃水処理水と海水とを混合し、混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離し、濃縮混合水の一部を、混合水に再混合し、濃縮混合水と再混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに再分離して淡水を造水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水又は廃水処理水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮廃水とに分離する第１逆浸透処理装置と、
分離された前記濃縮廃水と取水された海水とを混合する混合部と、
前記濃縮廃水と前記海水とが混合された混合水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離する第２逆浸透処理装置と、
分離された前記濃縮混合水の一部を前記混合部に返送する返送配管とを備えることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記廃水又は前記廃水処理水を前記混合部に供給する供給配管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
廃水又は廃水処理水と取水された海水とを混合し、
前記廃水又は前記廃水処理水と前記海水とが混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離し、
前記濃縮混合水の一部を、混合されている前記廃水又は前記廃水処理水と前記海水に再混合し、
前記濃縮混合水と再混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに再分離して淡水を造水することを特徴とする水処理方法。
【請求項４】
取水された前記海水を、廃水又は廃水処理水をあらかじめ逆浸透処理して分離させた濃縮水と混合することを特徴とする請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
再混合する前記濃縮混合水の量を、前記廃水又は前記廃水処理水の量、前記廃水又は前記廃水処理水の塩分濃度、及び、前記混合水の塩分濃度のうちの少なくとも一つに基いて調整することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の水処理方法。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透（Reverse Osmosis；ＲＯ）膜を用いた逆浸透処理によって海水や鹹水を淡水化し、工業用水や飲料水等を造水する淡水化システムが知られている。海水淡水化システムでは、海洋等から取水された海水等が、粒子等の濁質を除去する前処理に供された後、逆浸透処理されることによって淡水が造水される。
【０００３】
従来、取水された海水と下水等の廃水をそれぞれ逆浸透処理して淡水を造水する水処理システム（比較例に係る水処理システム）も知られている。図３は、比較例に係る水処理システムの概略構成を示す図である。図３に示すように、比較例に係る水処理システム１０Ｓは、廃水処理槽１０１と低圧ＲＯ膜ユニット１０３とを備える廃水処理系と、前処理設備１０５と高圧ＲＯ膜ユニット１０７とを備える海水処理系とによって構成されている。
【０００４】
水処理システム１０Ｓにおいては、下水等の廃水が、ポンプＰ１１１によって膜分離装置を備える廃水処理槽１０１に供給される。次いで、廃水は、廃水処理槽１０１において膜分離活性汚泥法に基く活性汚泥による分解処理を受ける。そして、有機物が分解処理された廃水は、ポンプＰ１１２によって膜分離装置に吸引されて除濁された後、高圧ポンプＰ１１４によって低圧ＲＯ膜ユニット１０３に圧送される。
【０００５】
低圧ＲＯ膜ユニット１０３においては、廃水が半透膜によって逆浸透処理される。逆浸透処理によって塩分が除去された透過水（生産水）は、回収されて各種の用途に用いられる。一方、逆浸透処理によって塩分が濃縮された濃縮水（濃縮廃水）は、海水処理系に送水される。
【０００６】
また、水処理システム１０Ｓには、海洋等から取水された海水が、ポンプＰ１２１によって前処理設備１０５に供給される。次いで、海水は、前処理設備１０５において海洋生物の繁殖の防止や微粒子の除去を目的とした前処理を受ける。そして、前処理された海水は、ポンプＰ１２２によって送水され、廃水処理系において分離された濃縮廃水と合流した後、高圧ポンプＰ１２５によって高圧ＲＯ膜ユニット１０７に圧送される。
【０００７】
高圧ＲＯ膜ユニット１０７においては、濃縮廃水と合流した海水が半透膜によって逆浸透処理される。逆浸透処理によって塩分が除去された透過水（生産水）は、廃水処理系においてと同様に、回収されて各種の用途に用いられる。一方、逆浸透処理によって塩分が濃縮された濃縮水（ブライン）は、処理或いは放流される。
【０００８】
通常、海水の塩分濃度は、３％以上４％以下程度の範囲にある。これに対して、廃水処理系に備えられる低圧ＲＯ膜ユニット１０３に給水される廃水の塩分濃度は、一般に０．１％程度と低い濃度である。そのため、比較例に係る水処理システム１０Ｓでは、廃水処理系で分離された濃縮廃水と、海水処理系で逆浸透処理される海水とが合流することによって塩分濃度が希釈され、浸透圧が下げられる。
【０００９】
その結果、高圧ＲＯ膜ユニット１０７に備えられる半透膜にかける逆浸透圧は小さくて済み、高圧ポンプＰ１２５等の運転動力が削減される。また、水処理システム１０Ｓでは、廃水処理系において分離された濃縮廃水の一部が、廃棄されること無く、海水処理系において逆浸透処理されるため、生産水量が高められるという利点も有している。
【００１０】
このように海水と廃水のそれぞれを逆浸透処理して淡水を造水する水処理システムに関わる技術としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４４８１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示されるような、海水と廃水を逆浸透処理して淡水を造水する水処理システムは、淡水資源に乏しく、慢性的に水不足である地域に導入されることが少なくない。このような地域は雨水や、生活排水や、産業排水等を排水する水路の機能が脆弱であることも多く、水処理システムに供給される廃水の流量が安定し難い傾向がある。そのため、このような地域では、需要量に見合う量の淡水を安定的に造水しようとする場合、原水の多くを、廃水ではなく海水で賄わなければならない。
【００１３】
しかしながら、海水の取水量を大きくとるためには、水処理システムに付帯して大規模な取水設備や前処理設備を設ける必要がある。大規模な取水設備や前処理設備を設ける場合、水処理システムの初期設備コストが嵩むし、稼働時においては、ポンプ等を稼働させるために大きな動力コストが掛かることになる。また、海水の取水量を大きくとると、取水設備や前処理設備の規模に比例して、凝集剤、殺菌剤、脱塩素剤、スケール抑制剤、ｐＨ調整剤等の薬品コストも増大してしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、設備を小規模化することが可能であり、淡水を低廉に造水することができる水処理システム及び水処理方法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】
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に係る水処理システムは、廃水又は廃水処理水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮廃水とに分離する第１逆浸透処理装置と、分離された前記濃縮廃水と取水された海水とを混合する混合部と、前記濃縮廃水と前記海水とが混合された混合水を逆浸透処理して、淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離する第２逆浸透処理装置と、分離された前記濃縮混合水の一部を前記混合部に返送する返送配管とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る水処理方法は、廃水又は廃水処理水と取水された海水とを混合し、前記廃水又は前記廃水処理水と前記海水とが混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離し、前記濃縮混合水の一部を、混合されている前記廃水又は前記廃水処理水と前記海水に再混合し、前記濃縮混合水と再混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに再分離して淡水を造水することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、設備を小規模化することが可能であり、淡水を低廉に造水することができる水処理システム及び水処理方法を提供することができる。
【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の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の変形例に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
【図３】比較例に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
【図４】水処理システムにおける濃縮混合水の返送による作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、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。なお、以下の図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水処理システムＳは、廃水処理槽１と、供給水槽２と、第１ＲＯ膜ユニット（第１逆浸透処理装置）３と、濾過装置４と、濾過水槽５と、混合槽（混合部）６と、第２ＲＯ膜ユニット（第２逆浸透処理装置）７と、エネルギ回収装置８と、濃縮水受槽９と、分岐配管１４０と、返送配管１６０とを備えている。
【００２１】
水処理システムＳは、海水と廃水（或いは、廃水処理水）をそれぞれ逆浸透処理して、塩分濃度が低減された淡水を造水することが可能な設備となっている。水処理システムＳにおいて、廃水処理槽１、供給水槽及び第１ＲＯ膜ユニット３は、廃水処理系を構成し、濾過装置４、濾過水槽５、混合槽６及び第２ＲＯ膜ユニット７は、海水処理系を構成している。
【００２２】
水処理システムＳは、図１に示すように、逆浸透処理の原水として廃水の供給を受ける。廃水としては、具体的には、下水や産業排水等が供給される。下水は、雨水、生活排水、事業場から排水される事業排水等であってもよいし、これらが混合されたものであってもよい。また、廃水は、汚染成分として、有機物を含んでいてもよいし、無機物を含んでいてもよい。図１に示すように、原水としての廃水は、例えば、下水道や排水路等から揚水され、必要に応じて不純物である微粒子を除去する濾過処理等がなされた後に、ポンプＰ１１によって廃水処理槽１に供給される。
【００２３】
廃水処理槽１は、廃水に含まれている汚染成分を除去又は分解したり、廃水から濁質を除去したりする処理槽である。図１においては、廃水処理槽１は、膜分離装置を備える膜分離活性汚泥処理槽（Membrane Bioreactor；ＭＢＲ）とされている。ＭＢＲは、廃水に含まれている有機成分等を活性汚泥によって除去又は分解処理すると共に、処理水に含まれている汚泥等の濁質を、精密濾過膜（Microfiltration Membrane；ＭＦ膜）、限外濾過膜（Ultrafiltration Membrane；ＵＦ膜）等の分離膜５０によって除濁処理することができる。
【００２４】
廃水処理槽１に供給された廃水は、廃水処理槽１に保持されている活性汚泥によって、有機成分、無機成分等の汚染成分が除去される。また、廃水に含まれている無機成分等の一部は、余剰汚泥と共に廃水から除去される。その後、廃水は、ポンプＰ１２に吸引され、精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜５０によって活性汚泥や、生分解により生じたコロイド質等の濁質が除濁された後、供給水槽２に送水される。
【００２５】
供給水槽２は、除濁された廃水を一時的に貯留し、第１ＲＯ膜ユニット３に給水される廃水量を平準化させる。すなわち、供給水槽２に一定以上の水量の廃水が保持されることによって、廃水の供給量の変動に大きく左右されること無く、第１ＲＯ膜ユニット３における逆浸透処理が安定して行われるようになっている。
【００２６】
廃水は、ポンプＰ１３によって供給水槽２から吸引され、高圧ポンプＰ１４によって昇圧されて第１ＲＯ膜ユニット３に圧送される。高圧ポンプＰ１４は、廃水を第１ＲＯ膜ユニット３に備えられるＲＯ膜における処理水総量を得るのに必要な圧力に昇圧する。詳細には、ＲＯ膜の膜透過抵抗に加え、第１ＲＯ膜ユニット３に至るまでの通水流路抵抗と、ＲＯ膜に生じる濃縮水と処理水の濃度に因る浸透圧とを加味した必要膜差圧に昇圧する。
【００２７】
第１ＲＯ膜ユニット３は、例えば、ＲＯ膜と、集水配管などとによって形成されるエレメントを有し、複数のエレメントが充填された耐圧容器（ベッセル）を備えるように構成される。ＲＯ膜は、水を容易に通過させる一方、塩分等の低分子やイオンを通過させ難い性質を有する半透膜である。エレメントが充填されたベッセルによって構成されるモジュールは、直列状又は並列状に配列するように複数備えられていてもよい。
【００２８】
第１ＲＯ膜ユニット３に給水される廃水は、通常、塩分濃度が０．１％程度の低濃度であり、ＲＯ膜にかかる浸透圧は比較的低圧である。そのため、第１ＲＯ膜ユニット３においては、凡そ１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下の低い逆浸透圧の範囲でＲＯ膜による逆浸透処理が行われる。第１ＲＯ膜ユニット３は、ＲＯ膜の一般的性能から、透過水の回収率が５０％以上７０％以下程度の範囲となるように運転される。
【００２９】
給水された廃水は、逆浸透処理によって、塩分濃度が低減された透過水と、塩分濃度が濃縮された濃縮廃水とに分離される。第１ＲＯ膜ユニット３において分離された透過水は、生産水として、飲料水、工業用水、農業用水、修景用水、親水用水等の適宜の用途に用いられる。一方、分離された濃縮廃水は、混合槽６に送水される。
【００３０】
一方、水処理システムＳは、図１に示すように、逆浸透処理の原水として海水を取水する。海水は、例えば、ポンプＰ２１によって海洋等から取水され、濾過装置４に供給される。海水の取水の方式としては、海底下等から取水する間接取水方式、及び、水中から取水する直接取水方式のいずれを採用することも可能である。
【００３１】
濾過装置４は、取水された海水から不純物の微粒子を除去する濾過処理を行う。海水は、濾過処理を受けることによって、数μｍ程度以上の微粒子や濁質が除去されて清澄化される。濾過装置４における濾過処理は、例えば、限外濾過膜、精密濾過膜等による膜分離や、砂濾過、活性炭濾過、珪藻土濾過等の濾材による分離など、適宜の方法によることができる。また、複数の濾過装置を直列状に配設し、これら各種の濾過処理を組み合わせて行うことも可能である。
【００３２】
濾過水槽５は、濾過処理された海水を受けて一時的に貯留し、混合槽６に送水される海水の流量を調整する。濾過水槽５に貯留されている海水は、ポンプＰ２２によって混合槽６に送水される。
【００３３】
濾過水槽５に貯留されている海水は、ポンプＰ２３によって濾過装置４に返送可能とされている。濾過処理された後、濾過水槽５に受けられた海水は、所定時間間隔毎に、又は、濾過装置４が処理の累積により所定濾過圧力に到達する毎に、ポンプ６によって間欠的に濾過装置４に返送される。海水が返送されることによって濾過装置４は逆洗され、濾過装置４を洗浄した海水は逆洗排水として排水処理された後に海洋等に放流される。
【００３４】
混合槽６は、第１ＲＯ膜ユニット３において分離された濃縮廃水と、取水された海水とを混合する処理槽となっている。混合槽６では、塩分濃度が海水よりも低い濃縮廃水と海水とが混合されて、塩分濃度が海水よりも低い混合水とされる。また、この水処理システムＳにおいては、濃縮廃水や海水と共に、後段から返送配管１６０を通じて返送される濃縮混合水も併せて再混合される。濃縮混合水は、後記するように、第２ＲＯ膜ユニット７における逆浸透処理によって分離される濃縮水である。
【００３５】
混合水は、ポンプＰ２４によって混合槽６から吸引され、高圧ポンプＰ２５によって昇圧されて第２ＲＯ膜ユニット７に圧送される。高圧ポンプＰ２５は、混合水を第２ＲＯ膜ユニット７に備えられるＲＯ膜における処理水総量を得るのに必要な圧力に昇圧する。詳細には、ＲＯ膜の膜透過抵抗に加え、第２ＲＯ膜ユニット７に至るまでの通水流路抵抗と、ＲＯ膜に生じる濃縮水と処理水の濃度に因る浸透圧とを加味した必要膜差圧に昇圧する。また、ポンプＰ２４によって混合水の一部は、分岐配管１４０を通じてエネルギ回収装置８に送水される。
【００３６】
第２ＲＯ膜ユニット７は、第１ＲＯ膜ユニット３と同様に、例えば、ＲＯ膜と、集水配管などとによって形成される複数のエレメントが充填された耐圧容器を備えるように構成される。エレメントが充填されたベッセルによって構成されるモジュールは、直列状又は並列状に配列するように複数備えられていてもよい。
【００３７】
第２ＲＯ膜ユニット７に給水される混合水は、第１ＲＯ膜ユニット３の濃縮廃水（ブライン）と海水と第２ＲＯ膜ユニット７の濃縮混合水（ブライン）とが混合されることによって、塩分濃度が、濃縮廃水よりも高く海水よりも低い濃度となる。そのため、第２ＲＯ膜ユニット７においては、凡そ５ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の通常のＲＯ膜による海水ろ過システムよりも低い逆浸透圧の範囲でＲＯ膜による逆浸透処理が行われる。第２ＲＯ膜ユニット７は、ＲＯ膜の一般的性能から、透過水の回収率が５０％以上７０％以下程度の範囲となるように運転される。
【００３８】
給水された混合水は、逆浸透処理によって、塩分濃度が低減された透過水と、塩分濃度が濃縮された濃縮混合水とに分離される。第２ＲＯ膜ユニット７において分離された透過水は、第１ＲＯ膜ユニット３における透過水と共に、生産水として適宜の用途に用いられる。一方、分離された濃縮混合水は、エネルギ回収装置８に送水される。
【００３９】
エネルギ回収装置８は、濃縮混合水の圧力や流量のエネルギを、第２ＲＯ膜ユニット７に給水される混合水を昇圧するためのエネルギに変換し、給水される混合水の圧力を補助的に昇圧させる。例えば、エネルギ回収装置８としては、シリンダ内にピストンを有する容積型ポンプ等が備えられる。容積型ポンプには、ピストンによって隔てられたシリンダ内の一方に濃縮混合水が導入され、他方に混合水が導入される。そして、高圧に昇圧されている濃縮混合水の圧力によってピストンの行程が駆動されて、濃縮混合水と混合水との間で圧力交換が行われる。エネルギ回収装置８は、この他、回転式ロータや、ターボ型や、水車型等であってもよい。
【００４０】
エネルギ回収装置８によって昇圧された混合水は、ポンプＰ２６によってさらに昇圧されて混合水の残部と合流し、第２ＲＯ膜ユニット７に圧送される。一方、エネルギ回収装置８によって減圧された濃縮混合水（ブライン）は、濃縮水受槽９に受けられる。
【００４１】
濃縮水受槽９は、第２ＲＯ膜ユニット７において分離された濃縮混合水を受けて一時的に貯留する。濃縮水受槽９には、混合槽６との間に返送配管１６０が接続されている。返送配管１６０は、第２ＲＯ膜ユニット７において分離された濃縮混合水の一部を混合槽６に返送するための流路を形成している。濃縮水受槽９に受けられた濃縮混合水の一部は、返送配管１６０を通じてポンプＰ２７によって混合槽６に送水され、混合槽６において濃縮廃水や海水と再混合される。一方、濃縮水受槽９に受けられた濃縮混合水の残部は、処理或いは放流される。
【００４２】
以上の水処理システムＳによると、濃縮混合水の一部を混合槽６に返送する返送配管１６０が備えられているため、海水を原水の一部として含む混合水が、再度の前処理を受けること無く、第２ＲＯ膜ユニット７に再び給水されることになる。そのため、第２ＲＯ膜ユニット７による生産水量を維持しながらも、濃縮混合水の返送量に相当する程度で、海水の取水量を縮小させることができる。したがって、海水の取水設備や前処理設備を小規模化することが可能であり、淡水を低廉に造水することができる。また、水処理システムに供給される廃水の流量が、淡水の需要量に対して不足するような場合においても、海水を大量に取水して第２ＲＯ膜ユニット７に給水する必要が減ぜられるため、運転コストについても低減することが可能である。
【００４３】
次に、本発明の変形例に係る水処理システムについて説明する。
【００４４】
図２は、本発明の変形例に係る水処理システムの概略構成を示す図である。
図２に示すように、変形例に係る水処理システム２Ｓは、前記の水処理システムＳと同様に、廃水処理槽１と、供給水槽２と、第１ＲＯ膜ユニット（第１逆浸透処理装置）３と、濾過装置４と、濾過水槽５と、混合槽（混合部）６と、第２ＲＯ膜ユニット（第２逆浸透処理装置）７と、エネルギ回収装置８と、濃縮水受槽９と、分岐配管１４０と、返送配管１６０とを備えている。変形例に係る水処理システム２Ｓが、前記の水処理システムＳと異なる点は、これらに加えて、混合槽６に接続される供給配管１８０を備えている点である。
【００４５】
供給配管１８０は、廃水処理槽１と供給水槽２とを接続している管路から分岐しており、廃水処理槽１で処理された廃水を第１ＲＯ膜ユニット３を経ること無く混合槽６に供給する流路を形成している。供給配管１８０は、汚染成分が除去又は分解されると共に除濁された廃水を、供給水槽２や第１ＲＯ膜ユニット３をバイパスして、混合槽６に直接的に供給する働きをもたらす。供給配管１８０への分岐点には、具体的には、廃水を所定の流量比で第１ＲＯ膜ユニット３に分配する分配弁、流量調節弁等を設置することができる。
【００４６】
以上の水処理システム２Ｓによると、供給配管１８０が備えられているため、第１ＲＯ膜ユニット３における逆浸透処理の処理量が一時的に低下するような状況においても、混合槽６における水量を維持することができる。例えば、第１ＲＯ膜ユニット３に並列状に備えられる複数のモジュールのうちの一部について、保守、修繕等の目的で給水を停止したとしても、第２ＲＯ膜ユニット７への給水量を海水の流量を増大させること無く保つことが可能である。したがって、海水の取水設備や前処理設備を小規模化することが可能であり、淡水を低廉に造水することができる。また、第１ＲＯ膜ユニット３に備えられる複数のモジュールのうちの一部について給水を停止したとしても、返送配管１６０を通じた濃縮混合水の返送量を大幅に変更しなくて済む利点がある。
【００４７】
次に、本発明の一実施形態に係る水処理方法の詳細について、前記の水処理システムＳの運転方法の一例に基いて説明する。なお、以下の方法は、水処理システム２Ｓについても同様に適用可能である。
【００４８】
本実施形態に係る水処理方法は、廃水又は廃水処理水と取水された海水とを混合して混合水とし、廃水又は廃水処理水と海水とが混合された混合水を逆浸透処理して淡水化された透過水と濃縮混合水とに分離すると共に、さらに、濃縮混合水の一部を、混合されている廃水又は廃水処理水と海水に再混合する方法である。廃水又は廃水処理水と海水に加えて、濃縮混合水と再混合された混合水を逆浸透処理し、淡水化された透過水と濃縮混合水とに再分離して淡水を造水する。そして、濃縮混合水の再混合と混合水の逆浸透処理とを循環的に繰り返すことによって、生産水としての淡水の造水を行う方法に関する。
【００４９】
この水処理方法においては、取水された海水を、廃水をあらかじめ逆浸透処理して分離させた濃縮水（濃縮廃水）と混合する形態としてもよい。取水された海水と混合される廃水は、含まれている汚染成分の除去又は分解を行う除去分解処理をあらかじめ受けている処理水（廃水処理水）であってもよい。除去分解処理としては、廃水の性状に応じて、活性汚泥処理、嫌気処理、脱リン処理等の各種の生物処理や、吸着処理、イオン交換処理、酸化還元剤処理、オゾン処理、紫外線処理等の各種の物理化学処理を行うことができる。また、海水と混合される廃水や取水された海水は、あらかじめ不純物の微粒子や濁質が除濁されていることが好ましい。
【００５０】
逆浸透処理において分離された濃縮混合水のうち、廃水又は廃水処理水と海水に再混合する濃縮混合水の割合については、単位時間あたり混合される濃縮混合水の量が単位時間あたり供給される海水の量を超えない程度の範囲で設定することが好ましい。ＲＯ膜による逆浸透処理においては、塩分の除去率が高く、塩分の大半はＲＯ膜を透過すること無く濃縮水として分離される。そのため、原水としての廃水や海水に含まれていた塩分の大半については、逆浸透処理の後にブラインとして排水しなければならない。したがって、再混合する濃縮混合水の量を、供給される海水の量よりも小さくすることによって、高濃度の塩分が再混合されるのを防止する。
【００５１】
水処理システムＳにおいては、廃水又は廃水処理水と取水された海水との混合は、混合槽６において、混合水の逆浸透処理は、第２ＲＯ膜ユニット７において、それぞれ行うことができる。また、濃縮混合水の再混合は、濃縮混合水を返送配管１６０を通じて混合槽６に返送することによって行うことができる。再混合する濃縮混合水の量は、返送配管１６０を通じて返送される濃縮混合水の流量を変えることにより調節される。混合槽６への濃縮混合水の返送は、海水の取水が行われている間に常時行ってもよいし、所定時間間隔毎に間欠的に行ってもよい。
【００５２】
図４は、水処理システムにおける濃縮混合水の返送による作用を説明する図である。図４（ａ）は、比較例に係る水処理システムにおける流量と塩分濃度を示す図であり、図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る水処理システムにおける流量と塩分濃度の一例を示す図である。
図４（ａ）においては、比較例に係る水処理システム１０Ｓが備える構成を、図４（ｂ）においては、前記の実施形態に係る水処理システムＳが備える構成をそれぞれ簡略化して示している。水処理システム１０Ｓが備える低圧ＲＯ膜ユニット１０３及び高圧ＲＯ膜ユニット１０７、並びに、水処理システムＳが備える第１ＲＯ膜ユニット３及び第２ＲＯ膜ユニット７については、それぞれ、回収率が５０％、塩分の除去率が１００％である場合を仮定して例示したものである。また、供給される廃水の流量と海水の流量については同量に設定し、実施形態に係る水処理システムＳにおいては、返送される濃縮混合水の量と排水されるブラインの量を同量に設定した例としている。
【００５３】
図４における、Ｃ１は、濃縮廃水の塩分濃度、Ｑ１は、その流量である。また、Ｃ２は、供給される海水の塩分濃度、Ｑ２は、その流量である。また、Ｃ３は、合流後の混合水の塩分濃度、Ｑ３は、その流量である。また、Ｃ４は、海水処理系における透過水の塩分濃度、Ｑ４は、その流量である。また、Ｃ５は、ブラインとして排水される濃縮混合水の塩分濃度、Ｑ５は、その流量である。また、Ｃ６は、混合水に返送される濃縮混合水の塩分濃度、Ｑ６は、その流量である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、比較例に係る水処理システム１０Ｓによると、例えば、塩分濃度が０．１％程度、流量が２ｑである廃水が、低圧ＲＯ膜ユニット１０３において逆浸透処理されることによって、濃縮廃水の塩分濃度は約０．２％、流量はｑとなる。この濃縮廃水が、塩分濃度が３．５％程度、流量がｑである海水に合流すると、高圧ＲＯ膜ユニット１０７に給水される混合水の塩分濃度は約１．８５％、流量は２ｑとなる。そして、高圧ＲＯ膜ユニット１０７における逆浸透処理によって、塩分濃度が約０％、流量がｑである透過水と、塩分濃度が３．７％程度、流量がｑであるブラインとに分離される。
【００５５】
図４（ａ）に示す比較例に係る水処理システム１０Ｓでは、廃水処理系と海水処理系との合算によって、流量が２ｑの生産水量を実現する上で、海水の流量がｑに相当する規模の取水設備や前処理設備、或いは、相当量の薬品の添加等が必要となるといえる。
【００５６】
これに対して、図４（ｂ）に示すように、実施形態に係る水処理システムＳによると、例えば、塩分濃度が０．１％程度、流量がｑである廃水が第１ＲＯ膜ユニット３において逆浸透処理されることによって、濃縮廃水の塩分濃度は約０．２％、流量はｑとなる。この濃縮廃水が、塩分濃度が３．５％程度、流量がｑ／２である海水と共に、第２ＲＯ膜ユニット７において分離された後に返送されてくる濃縮混合水と再混合される。その結果、高圧ＲＯ膜ユニット１０７に給水される混合水の塩分濃度は約１．９５％、流量はｑとなる。また、返送される濃縮混合水の塩分濃度は約３．９％、流量はｑ／２となり、同様にして、排水されるブラインの塩分濃度は約３．９％、流量はｑ／２となる。
【００５７】
図４（ｂ）に示す実施形態に係る水処理システムＳでは、廃水処理系と海水処理系との合算により流量が２ｑの生産水量を実現する上で、海水の流量がｑ／２に相当する規模の取水設備や前処理設備、或いは、相当量の薬品の添加等で足りることが分かる。このとき、第２ＲＯ膜ユニット７に給水される混合水や、排水されるブラインの塩分濃度は、比較例に係る水処理システム１０Ｓよりもやや上昇している。
【００５８】
しかしながら、塩分濃度の上昇による浸透圧の増加は僅かであり、また、高圧ポンプの動力は、浸透圧と、通水流路抵抗や膜透過抵抗等との積み重ねに基いているため、動力コスト全体としての上昇は小さくて済む。一方、取水設備や前処理設備は、耐腐食性の材料や、防食施工や、海洋土木工事等を要するため、コストへの影響は遥かに大きいものとなる。また、濃縮混合水は、あらかじめ除濁されており、前処理も行われているため、再度の処理を行うこと無く再混合することができる。したがって、水処理システムＳによると、総合的なコストが下がり、淡水を低廉に造水することができるといえる。
【００５９】
ところで、従来、一般的な水処理システムにおいては、淡水の造水コストの内訳の大半が、高圧ポンプの動力コストによって占められている実情がある。そのため、需要量に足る淡水を低廉に造水する観点からは、逆浸透圧が海水よりも低い廃水処理系を優先して生産水量の総計の最大化を図る水処理方法が有利である。そして、海水処理系については、廃水の供給量が昼夜変動、季節変動、天候変動等によって低下し、淡水の需要量に比して廃水処理系における生産水量が不足しているような場合に、その不足を補填する目的で稼働させるのが適している。
【００６０】
したがって、水処理システムＳの運転方法としては、逆浸透圧が低い第１ＲＯ膜ユニット３を生産水量が最大化されるように稼働させると共に、この時に廃水の供給量の不足によって生じ得る、淡水の需要量と第１ＲＯ膜ユニット３による生産水量との差分についてを、第２ＲＯ膜ユニット７による生産水量で賄う運転方法が好ましい形態となる。つまり、動力コストが相対的に低い第１ＲＯ膜ユニット３による生産水量と、豊富な海水により原水が不足し難い第２ＲＯ膜ユニット７による生産水量との合算によって、需要量を充足させる運転方法が好適である。
【００６１】
このような運転方法を採る場合は、第１ＲＯ膜ユニット３については、廃水の供給量の変動の内において、設計圧力・設計流量の下で透過水の流量（生産水量）を最大化させる観点から、廃水の給水量や透過水の回収率を設定することが好ましい。このとき、給水量や回収率の設定により、濃縮廃水の流量も凡そ定まることになる。そこで、第２ＲＯ膜ユニット７については、このように定められる濃縮廃水の流量の下で、海水の取水量や濃縮混合水の返送量を調節し、淡水の需要量と第１ＲＯ膜ユニット３による生産水量との差分を補う生産水量が得られるように造水させる。
【００６２】
このように、廃水処理系において造水される生産水量と、海水処理系において造水すべき生産水量とが凡そ定まっている条件の下では、混合槽６において混合されている廃水及び海水に対して、返送配管１６０を通じて再混合する濃縮混合水の量を、廃水又は廃水処理水の量、廃水又は廃水処理水の塩分濃度、及び、混合水の塩分濃度のうちの少なくとも一つに基いて調整することが好ましい。すなわち、返送配管１６０を通じて混合槽６に返送する濃縮混合水の流量を、廃水又は廃水処理水の流量の変動、或いは、廃水又は廃水処理水の塩分濃度の変動に基いて加減する調整を行うことが好ましい。
【００６３】
濃縮混合水の量の調整に参照する廃水（或いは、廃水処理水）の量としては、第１ＲＯ膜ユニット３に給水される廃水（或いは、廃水処理水）の流量、第１ＲＯ膜ユニット３において分離された透過水の流量（生産水量）、及び、第１ＲＯ膜ユニット３において分離された濃縮混合水の流量のいずれを用いてもよい。これらの流量は、通常、第１ＲＯ膜ユニット３の設計、仕様、稼働条件等によって略一意に定まる。そのため、管路上に流量計を設置するなどし、このいずれかの流量を計測することで、混合槽６において混合される廃水の流量を把握することが可能である。
【００６４】
廃水（或いは、廃水処理水）の量に基く濃縮混合水の量の調整は、具体的には、廃水又は廃水処理水の流量が減少したときに、濃縮混合水の濃度が、運転コストが適当となるように定めた濃度以上となることがないように行う。すなわち、廃水又は廃水処理水の流量が減少したときに濃縮混合水の返送量を調整して、供給する混合水の濃度が高くなり過ぎないようにすると共に、海水の取水量を調整して、需要量を賄うために必要となる第２ＲＯ膜ユニット７への給水量の確保を図る。このとき、返送配管１６０を通じて混合槽６に返送する濃縮混合水の流量は、混合槽６に送水する海水の流量よりも小さくし、塩分濃度の濃縮を防止することが好ましい。
【００６５】
また、濃縮混合水の量の調整に参照する廃水（或いは、廃水処理水）の塩分濃度としては、第１ＲＯ膜ユニット３に給水される廃水（或いは、廃水処理水）の塩分濃度、及び、第１ＲＯ膜ユニット３において分離された濃縮混合水の塩分濃度のいずれを用いてもよい。これらの塩分濃度は、通常、第１ＲＯ膜ユニット３の設計、仕様、稼働条件等によって略一意に定まる。そのため、管路上に塩分濃度計を設置するなどし、このいずれかの塩分濃度を計測することで、混合槽６において混合される廃水の塩分濃度を把握することが可能である。
【００６６】
廃水（或いは、廃水処理水）の塩分濃度に基く濃縮混合水の量の調整は、具体的には、廃水又は廃水処理水の塩分濃度が増大したときに、濃縮混合水の返送量を減少させるように行う。すなわち、廃水又は廃水処理水の塩分濃度が増大したときに、濃縮混合水の返送量を減らす一方で、ブラインの排水量についてを増大させる。このとき、返送配管１６０を通じて混合槽６に返送する濃縮混合水の流量は、混合槽６に送水する海水の流量よりも小さくし、塩分濃度の濃縮を防止することが好ましい。
【００６７】
また、濃縮混合水の量の調整に参照する混合水の塩分濃度としては、第２ＲＯ膜ユニット７に給水される混合水の塩分濃度、及び、廃水（或いは、廃水処理水）と海水の塩分濃度及び流量から算出される混合水の塩分濃度のいずれを用いてもよい。混合水の塩分濃度は、混合槽６やその出口側に塩分濃度計を設置して計測すればよい。また、混合水の流量は、出口流量を計測する流量計や水位計等を設置して計測し、混合水の塩分濃度の算出に参照してもよい。
【００６８】
混合水の塩分濃度に基く濃縮混合水の量の調整は、具体的には、混合水の塩分濃度が増大したときに、濃縮混合水の返送量を減少させるように行う。すなわち、混合水の塩分濃度が増大したときに、濃縮混合水の返送量を減らす一方で、ブラインの排水量についてを増大させる。このとき、返送配管１６０を通じて混合槽６に返送する濃縮混合水の流量は、混合槽６に送水する海水の流量よりも小さくし、塩分濃度の濃縮を防止することが好ましい。
【００６９】
このように混合水に再混合する濃縮混合水の流量を廃水又は廃水処理水の流量、廃水又は廃水処理水の塩分濃度の変動に基いて加減する調整を行うことによって、海水の取水量を最大限削減しつつ、濃縮混合水の再混合による塩分の累積についても少なくすることが可能である。塩分がブラインとして適切に排水されることで、第２ＲＯ膜ユニット７における浸透圧が濃縮混合水の循環に伴っては増大し難くなるため、高圧ポンプＰ２５等の動力コストが必要な限りに抑制される。
【００７０】
なお、以上の水処理システム（Ｓ，２Ｓ）は、廃水処理槽１に代えて、有機物や無機物の除去分解処理を行う処理槽と、活性汚泥や濁質等の除濁処理を行う処理槽との組み合わせを備えるものとしてもよい。除去分解処理は、微生物による生物処理に限られず、吸着処理、イオン交換処理、酸化還元剤処理、オゾン処理、紫外線処理等の物理化学処理や、これらの処理が組み合わされたものであってもよい。また、除濁処理は、沈降処理、凝集沈殿処理、吸着処理、浮上分離処理等の物理化学処理や、砂濾過等の濾過処理や、精密濾過膜、限外濾過膜等による膜分離処理や、これらの処理が組み合わされたものであってもよい。さらに、廃水の性状によっては、除去分解処理が省略されてもよい。
【００７１】
また、以上の水処理システム（Ｓ，２Ｓ）は、供給水槽２の設置が省略されてもよい。供給水槽２を無くし、廃水を廃水処理槽１から直接的に第１ＲＯ膜ユニット３に送水することも可能である。
【００７２】
また、以上の水処理システム（Ｓ，２Ｓ）は、混合槽６の設置が省略されてもよい。濃縮廃水が送水される配管と、海水が送水される配管と、濃縮混合水が送水される配管とが合流する合流配管によって第２ＲＯ膜ユニット７に連なる管路を形成し、その管路中で濃縮廃水や海水や濃縮混合水が混合される形態とすることも可能である。
【００７３】
また、以上の水処理システム（Ｓ，２Ｓ）は、容量型ポンプとは異なる形態のエネルギ回収装置８を備えてもよい。このようなエネルギ回収装置８としては、濃縮混合水の圧力又は流速のいずれのエネルギを回収するものであってもよい。また、エネルギ回収装置８は、羽根車、水車等によるタービン機構、ピストン機構等の適宜のエネルギ変換機構を備える構成としてよい。
【００７４】
また、以上の水処理システム（Ｓ，２Ｓ）は、濃縮水受槽９の設置が省略されてもよい。第２ＲＯ膜ユニット７において分離された濃縮混合水が送水される配管が、ブラインが排水される配管と返送配管１６０とに分岐する管路を形成する形態とすることも可能である。この分岐点には、第２ＲＯ膜ユニット７において分離された濃縮混合水を、混合槽６に返送される濃縮混合水と排水されるブラインとに分配する分配弁、流量調節弁等を設置することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  廃水処理槽
２  供給水槽２
３  第１ＲＯ膜ユニット（第１逆浸透処理装置）
４  濾過装置
５  濾過水槽
６  混合槽（混合部）
７  第２ＲＯ膜ユニット（第２逆浸透処理装置）
８  エネルギ回収装置
９  濃縮水受槽
１４０  分岐配管
１６０  返送配管
Ｓ  水処理システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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