JP2013043156A - 淡水化システムおよび淡水化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下水を可及的に有効利用できるとともに、システム全体の造水コストを低減できる淡水化システムおよび淡水化方法を提供する。
【解決手段】本発明の淡水化システムは、下水や海水を淡水化する淡水化システムＳであって、下水を透過させて浄化する浄化装置１と、浄化装置１を透過した透過水ｓ５ａを透過させ、その塩分が第１の濃縮水ｓ６ａに含まれ除去されるとともに工業用水ｓ１を生成する第１のＲＯ膜２と、第１の濃縮水ｓ６ａが、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる第１の前処理装置３と、第１の前処理装置３で前処理が行われた第１の被処理水ｓ７ａを透過させ、その塩分が第２の濃縮水ｓ６ｂに含まれ除去されるとともに工業用水ｓ２を生成する第２のＲＯ膜４とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水や海水を淡水化する淡水化システムおよび淡水化方法に関する。

近年、世界的な人口増や新興国を含む広域な産業の進展から、砂漠地域などでの飲料水や工業用水の造水需要が顕在化している。
従来、海水、下水を淡水化するシステムとして、図７に示す淡水化システムＳ１００がある。
淡水化システムＳ１００における下水を用いた生産水ｓ１０１(工業用水)の生産は、以下のように遂行される。なお、下水の塩分濃度は、０．１％程度である。

下水は、ポンプｐ１０１により、膜分離活性汚泥法が適用されるＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１０１に送水され、ＭＢＲ１０１で下水中の固形分の活性汚泥などが除去され、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水が、ポンプｐ１０２により低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane：逆浸透膜)１０２に送水される。
なお、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水は、塩分濃度０．１％程度で低いので、低圧ＲＯ膜１０２は、低圧の約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)のＲＯ膜が使用される。

ポンプｐ１０２により送水されたＭＢＲ透過水は、低圧ＲＯ膜１０２を透過することで淡水化され、ほぼ半分が生産水ｓ１０１(工業用水)として生産され、残り半分が塩分などの不純物を含む濃縮水ｓ１０４として分離、除去される。

一方、低圧ＲＯ膜１０２で除去された塩分などの不純物を含む塩分濃度０．２％程度に濃縮された下水の約１／２の容量の濃縮水ｓ１０４は低圧ＲＯ膜１０２から攪拌槽１０４に送水される。

淡水化システムＳ１００における海水からの生産水ｓ１０２(工業用水)の生産は以下のように遂行される。なお、海水の塩分濃度は、３〜４％程度である。
海水は、ポンプｐ１０３により、ＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)１０３に送水され、ＵＦ膜１０３で粒子が除去され攪拌槽１０４に送水される。攪拌槽１０４では、このＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水と、前記した低圧ＲＯ膜１０２で下水から濃縮された下水の１／２程度の容量の濃縮水ｓ１０４とが攪拌されて生成された混合水ｓ１０３が、ポンプｐ１０４により、中圧ＲＯ膜１０５に送水される。

ＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水は、３〜４％の塩分濃度であるが、塩分濃度０．２％程度の濃縮水ｓ１０４で希釈されるため、中圧ＲＯ膜１０５は、中圧の約３〜５ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)が使用される。
攪拌槽１０４からポンプｐ１０４により中圧ＲＯ膜１０５に送水された混合水ｓ１０３は、中圧ＲＯ膜１０５を透過することで淡水化され、１／２程度が淡水化された生産水ｓ１０２(工業用水)として生産され、残り１／２程度が塩分などの不純物を含むブラインｓ１０５として分離、除去される。つまり、生産水ｓ１０２(工業用水)は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって生産される。

ブラインｓ１０５は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって分離され排水される。
なお、ブラインｓ１０５の圧力エネルギは、動力回収装置１０６で回転エネルギとして回収され、ポンプｐ１０４を迂回した一部の混合水ｓ１０３の中圧ＲＯ膜１０５への送圧の動力源(エネルギ源)として用いられる。

従来のその他の淡水化システムとして、図８に示す淡水化システムＳ２００がある。
淡水化システムＳ２００は、図７の淡水化システムＳ１００における下水の濃縮水ｓ１０４を、攪拌槽２０４に送水せず、下水の淡水化と海水の淡水化とを独立して構成したものである。

淡水化システムＳ２００においては、海水は、ＵＦ膜２０３で粒子が除去されるが、攪拌槽２０４で下水からの送水(図７の下水の濃縮水ｓ１０４)で希釈されないため、塩分濃度が約３〜４％と高い。そのため、高圧の約６〜８ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)である高圧ＲＯ膜２０５を用いている。

淡水化システムＳ２００は、下水が低圧ＲＯ膜２０２を透過して淡水化され、下水の約半分の生産水ｓ２０１(工業用水)が得られる。一方、海水がＵＦ膜２０３で粒子が除去され、高圧ＲＯ膜２０５を透過して淡水化され、海水の１／２の量の生産水ｓ２０２(飲料水)が得られる。

その他の構成は、図７の淡水化システムＳ１００と同様であるから、淡水化システムＳ１００の構成要素に２００番台の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
なお、本願に係る先行技術文献として特許文献１がある。

特許第４４８１３４５号公報

ところで、従来の淡水化システムＳ１００、Ｓ２００においては、以下の問題がある。
第１に、工業用水、飲料水それぞれにニーズが大なる場合に対応が困難である。例えば、図７の淡水化システムＳ１００では、工業用を増水できるものの、濃縮水ｓ１０４を海水の淡水化過程における攪拌槽１０４に送水するため、飲料水を取水できない。
一方、図８の淡水化システムＳ２００では、飲料水(生産水ｓ２０２)を取水できるものの、工業用水を増水しようとすると、下水の取水量を増加させる必要がある。そのため、下水の量が限られる地域では、工業用水の増水が困難となる。

第２に、淡水化システムＳ１００、Ｓ２００とも下水の流入量の変動が大きい場合、下水の流入量の変動に対応する構成になっていない。そのため、下水の流入量の変動に対応できない。

第３に、造水コストは下水を淡水化する方が廉価であるが、下水を有効に利用できる構成となっていないため、システム全体の造水コストが上昇し易い。
例えば、図８の淡水化システムＳ２００では、取水した下水の半分が生産水ｓ２０１(工業用水)となるが、半分はブラインとして系外に排出される。一方、図７の淡水化システムＳ１００では、下水のうち半分は生産水ｓ１０１(工業用水)となり、下水の半分の濃縮水ｓ１０４はその半分が生産水ｓ１０２(工業用水)となるが、濃縮水ｓ１０４の半分はブラインとして系外に排出される。
結果的には、下水の３／４は工業用水として利用されるが、淡水化システムＳ１００においても、下水を可及的に有効利用しているものではない。

一方、下水に代替して海水の取水量を増加させることはコストがかかるため、海水の取水量を増加させることは、システム全体の造水コスト上昇の起因となる。

本発明は上記実状に鑑み、下水を可及的に有効利用できるとともに、システム全体の造水コストを低減できる淡水化システムおよび淡水化方法の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる淡水化システムは、下水や海水を淡水化する淡水化システムであって、前記下水を透過させて浄化する浄化装置と、前記浄化装置を透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、前記第１の濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる第１の前処理装置と、前記第１の前処理装置で前処理が行われた第１の被処理水を透過させ、その塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第２のＲＯ膜とを具備している。

第３の本発明に関わる淡水化方法は、第１の本発明に関わる淡水化システムを実現する方法である。

第２の本発明に関わる淡水化システムは、下水や海水を淡水化する淡水化システムであって、前記下水を透過させて浄化する浄化装置と、前記浄化装置を透過した透過水を透過させ、その塩分が濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する複数のＲＯ膜と、前記複数のＲＯ膜の何れかで除去された濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる単数または複数の前処理装置とを具備している。

第４の本発明に関わる淡水化方法は、第２の本発明に関わる淡水化システムを実現する方法である。

本発明の淡水化システムおよび淡水化方法によれば、下水を可及的に有効利用できるとともに、システム全体の造水コストを低減できる淡水化システムおよび淡水化方法を実現できる。

本発明に係る実施形態１の淡水化システムの概念的構成図である。 実施形態１の変形形態の淡水化システムの概念的構成図である。 実施形態２の淡水化システムの概念的構成図である。 実施形態２の変形形態の淡水化システムの概念的構成図である。 実施形態３の淡水化システムの概念的構成図である。 実施形態３の変形形態の淡水化システムの概念的構成図である。 従来の淡水化システムを示す概念的構成図である。 従来のその他の淡水化システムを示す概念的構成図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明に係る実施形態１の淡水化システムの概念的構成図である。
実施形態１の淡水化システムＳは、下水から工業用水ｓ１、ｓ２を造水するための工業用水造水システムＳａと、海水から飲料水ｓ３を造水するための飲料水造水システムＳｂとを具備している。

淡水化システムＳの工業用水造水システムＳａは、工業用水ｓ１を生成するため、下水を透過させて固形分や細菌などを除去し浄化するＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１と、下水を透過して下水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する第１の低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane)２とを備えている。

さらに、工業用水造水システムＳａは、工業用水ｓ２を生成するため、第１の低圧ＲＯ膜２で分離される下水濃縮水ｓ６ａを透過させて凝集ろ過または／およびＮＦ処理する前処理装置３と、前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａを透過させて被処理水ｓ７ａに含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する第２の低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane)４とを備えている。

ＭＢＲ１は、固液分離を行い、下水から固形分や細菌などを除去して浄化する。
ＲＯ膜(逆浸透膜)は、水は通すが塩分などの低分子物質やイオンを通しにくい半透膜である。第１の低圧ＲＯ膜２は、下水の塩分濃度が０．１％程度で低いので、下水を透過させる(ろ過する)ことで、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。

前処理装置３は、凝集ろ過および／またはＮＦ処理の機能を有している。
前処理装置３の凝集ろ過は、下水濃縮水ｓ６ａを凝集ろ過してスケール分を減らしたり、シアン(ＣＮ)化合物などの有害物質やクロムなどの重金属を除去する。
前処理装置３のＮＦ処理は、ＮＦ膜を用いる処理である。ＮＦ膜(Nanofiltration Membrane：ナノろ過膜)は、元素、イオンに対して選択性があり、下水を透過させる(ろ過する)ことで、毒性があるシアン(ＣＮ)化合物などの低分子の不純物や微生物をカットする。

第２の低圧ＲＯ膜４は、被処理水ｓ７ａの塩分濃度が０．２％程度で低いので、下水を透過させる(ろ過する)ことで、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。

一方、淡水化システムＳにおいて飲料水を造水する飲料水造水システムＳｂは、以下の構成を備えている。
飲料水造水システムＳｂは、海水を透過させて海水に含有される粒子を除去するＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)５と、ＵＦ膜５を透過して粒子が除去された海水を撹拌して一様にする撹拌槽６と、粒子が除去され一様にされた海水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去して淡水化する高圧ＲＯ膜７とを備えている。

ＵＦ膜(限外ろ過膜)５は、海水を透過させる(ろ過する)ことで膜の孔径と海水中の除去対象物質の分子の大きさによって分子レベルのふるい分けを行い、海水中の粒子を除去する。
高圧ＲＯ膜７は、海水の塩分濃度が３〜４％程度であるので、比較的高い海水の透過圧、約６〜８ＭＰａ(メガパスカル)で海水を透過させる(ろ過する)ことで海水の塩分などを除去する高圧なＲＯ膜(逆浸透膜)である。

次に、淡水化システムＳの工業用水造水システムＳａにおいて、下水から工業用水ｓ１、ｓ２を造水する過程について説明する。
下水は、ポンプｐ１により工業用水造水システムＳａ内に圧送され、ＭＢＲ１に送水される。下水は、ＭＢＲ１を透過することで活性汚泥フロックや細菌などが除去される。

ＭＢＲ１を透過した下水のＭＢＲ透過水ｓ５ａは、ポンプｐ２により、第１の低圧ＲＯ膜２に送水され、第１の低圧ＲＯ膜２を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含む下水濃縮水ｓ６ａが除去され淡水化され、工業用水ｓ１が生産される。
工業用水ｓ１は、下水の１／２程度得られる一方、下水の残余の分、すなわち下水の１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含む下水濃縮水ｓ６ａとして除去される。

第１の低圧ＲＯ膜２で分離された下水濃縮水ｓ６ａは、前処理装置３に送られ、前処理装置３において、凝集ろ過および／またはＮＦ処理され、スケール分やシアン化合物などが除去される。下水濃縮水ｓ６ａが前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａは、ポンプｐ３により、第２の低圧ＲＯ膜４に送水され、第２の低圧ＲＯ膜４を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含む被処理濃縮水ｓ６ｂが除去され淡水化され、工業用水ｓ２が生産される。

工業用水ｓ２は、下水濃縮水ｓ６ａの１／２程度得られる一方、下水の残余の分、すなわち下水濃縮水ｓ６ａの１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含む被処理濃縮水ｓ６ｂとして除去される。下水濃縮水ｓ６ａは下水の１／２程度であるから、工業用水ｓ２は、下水の１／４程度得られる。
結果的に、工業用水ｓ１が下水の１／２程度得られ、また、工業用水ｓ２が下水の１／４程度得られることから、下水の約３／４の容量の工業用水が取水できる。

次に、淡水化システムＳの飲料水造水システムＳｂにおいて、海水から飲料水ｓ３を造水する過程について説明する。
海水は、ポンプｐ４により飲料水造水システムＳｂ内に圧送され、ＵＦ膜５に送水される。海水は、ＵＦ膜５を透過することで海水中の粒子が除去される。ＵＦ膜５で粒子が除去された海水であるＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、撹拌槽６で攪拌され一様にされる。

そして、攪拌されたＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、ポンプｐ５により、高圧ＲＯ膜７に送水される。ＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、高圧ＲＯ膜７を透過することで、ほぼ半分が塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ８として除去され、残り半分が淡水化された飲料水ｓ３として生産される。
従って、海水の約半分の量の飲料水ｓ３が取水できる。

実施形態１の淡水化システムＳによれば、工業用水造水システムＳａにより下水の約３／４の量の工業用水を取水できるとともに、飲料水造水システムＳｂにより無尽蔵な海水の取水量を増加することで飲料水を増水することができる。
従って、工業用水、飲料水それぞれのニーズが大きな場合に適合できる。

また、下水の流入量の変動が大きい場合にも、下水の約３／４の量の工業用水を取水できるので、取水した工業用水を貯留することで対応可能である。さらに、下水の量が少ない場合にも、下水の約３／４の量の工業用水を取水できるので、少ない下水を有効に利用して多くの工業用水を取水できる。従って、下水の再利用率を高めることができる。

また、第２の低圧ＲＯ膜４を透過する前に、下水濃縮水ｓ６ａが前処理装置３で凝集ろ過および／またはＮＦ処理するので、後段の第２の低圧ＲＯ膜４で目詰まりを起こすことが未然に防止される。

なお、実施形態１においては、淡水化システムＳに工業用水造水システムＳａと飲料水造水システムＳｂとを具備する場合を例示して説明したが、図２に示すように、淡水化システムＳ´に工業用水造水システムＳａのみを具備する構成としてもよい。

＜＜実施形態２＞＞
図３は、実施形態２の淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態２の淡水化システム２Ｓは、実施形態１の淡水化システムＳの工業用水造水システムＳａに、第２の前処理装置３ａ、第３の低圧ＲＯ膜４ａをさらに１段加え、低圧ＲＯ膜を３段で構成し、前処理装置を２段で構成したものである。
その他の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

淡水化システム２Ｓは、３段の低圧ＲＯ膜および２段の前処理装置を備えて下水から工業用水ｓ１、ｓ２、ｓ２ａを造水するための工業用水造水システム２Ｓａを具備している。また、淡水化システム２Ｓは、実施形態１と同様に、海水から飲料水ｓ３を造水するための飲料水造水システムＳｂを具備している。

淡水化システム２Ｓの工業用水造水システム２Ｓａは、実施形態１の工業用水造水システムＳａに、第２の低圧ＲＯ膜４で除去される被処理濃縮水ｓ６ｂを前処理する第２の前処理装置３ａと、第２の前処理装置３ａで前処理された第２の被処理濃縮水ｓ７ｂを透過させる第３の低圧ＲＯ膜４ａとをさらに備えている。

第２の前処理装置３ａは、前処理装置３と同様な凝集ろ過および／またはＮＦ処理を行う装置である。
第２の前処理装置３ａの凝集ろ過は、前記したように、被処理濃縮水ｓ６ｂを凝集ろ過してスケール分を減らしたり、シアン(ＣＮ−)化合物などの有害物質やクロムなどの重金属を除去する。

第２の前処理装置３ａのＮＦ処理は、前記したように、ＮＦ膜を用いる処理であり、被処理濃縮水ｓ６ｂをＮＦ膜に透過させることで、シアン(ＣＮ−)化合物などの低分子の不純物や微生物をカットする。
第３の低圧ＲＯ膜４ａは、下水の塩分濃度が０．４％程度で低いので、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で下水を透過させる(ろ過する)ことで、塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。

次に、図３に示す淡水化システム２Ｓの工業用水造水システム２Ｓａにおいて、下水から工業用水ｓ１、ｓ２、ｓ２ａを造水する過程について説明する。
下水は、ポンプｐ１により工業用水造水システム２Ｓａ内に圧送され、ＭＢＲ１に送水される。下水は、ＭＢＲ１を透過する(でろ過される)ことで活性汚泥フロックや細菌などが除去される。

ＭＢＲ１を透過した下水のＭＢＲ透過水ｓ５ａは、ポンプｐ２により、第１の低圧ＲＯ膜２に送水され、第１の低圧ＲＯ膜２を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含む下水濃縮水ｓ６ａが除去され淡水化され、工業用水ｓ１が生産(生成)される。
工業用水ｓ１は、下水の１／２程度得られる一方、下水の残余の分、すなわち下水の１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含む下水濃縮水ｓ６ａとして除去される。

第１の低圧ＲＯ膜２で分離された下水濃縮水ｓ６ａは、前処理装置３に送られ、前処理装置３において、凝集ろ過および／またはＮＦ処理され、スケール分やシアン化合物などが除去される。下水濃縮水ｓ６ａが前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａは、ポンプｐ３により、第２の低圧ＲＯ膜４に送水され、第２の低圧ＲＯ膜４を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含む被処理濃縮水ｓ６ｂが除去され淡水化され、工業用水ｓ２が生産(生成)される。

工業用水ｓ２は、被処理水ｓ７ａの１／２程度得られる一方、被処理水ｓ７ａの残余の分、すなわち被処理水ｓ７ａの１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含む被処理濃縮水ｓ６ｂとして除去される。
被処理水ｓ７ａは下水の１／２程度であるから、工業用水ｓ２は、下水の１／４程度得られる。

第２の低圧ＲＯ膜４で除去された被処理濃縮水ｓ６ｂは、第２の前処理装置３ａに送られ、第２の前処理装置３ａにおいて、凝集ろ過および／またはＮＦ処理され、スケール分やシアン化合物などが除去される。被処理濃縮水ｓ６ｂが第２の前処理装置３ａで前処理された第２の被処理水ｓ７ｂは、ポンプｐ３ａにより、第３の低圧ＲＯ膜４ａに送水され、第３の低圧ＲＯ膜４ａを透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含む第２の被処理濃縮水ｓ６ｃが除去され淡水化され、工業用水ｓ２ａが生産(生成)される。

工業用水ｓ２ａは、第２の被処理水ｓ７ｂの１／２程度得られる一方、第２の被処理水ｓ７ｂの残余の分、すなわち第２の被処理水ｓ７ｂの１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含む第２の被処理濃縮水ｓ６ｃとして除去される。
第２の被処理水ｓ７ｂは、下水の１／４程度であるので、工業用水ｓ２ａは下水の１／８程度得られる。

結果的に、工業用水ｓ１が下水の１／２程度得られ、また、工業用水ｓ２が下水の１／４程度得られ、また、工業用水ｓ２ａが下水の１／８程度得られることから、下水の約７／８の容量の工業用水が取水できる。

実施形態２によれば、前処理装置を２段とし、低圧ＲＯ膜を３段で構成したので、工業用水が取水した下水の約７／８の容量得られ、下水からより多くの工業用水が生産できる。
その他の実施形態１の作用効果は同様に奏する。

なお、実施形態２においては、淡水化システム２Ｓに工業用水造水システム２Ｓａと飲料水造水システムＳｂとを具備する場合を例示したが、図４に示すように、淡水化システム２Ｓ´に工業用水造水システム２Ｓａのみを具備する構成としてもよい。
また、実施形態２においては、前処理装置を２段とし、低圧ＲＯ膜を３段で構成する場合を例示したが、前処理装置を３段以上とし、低圧ＲＯ膜を４段以上とする実施形態２と同様な構成としてもよい。これにより、下水からさらに多くの工業用水を生産(生成)できる。

＜＜実施形態３＞＞
図５は、実施形態３の淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態３の淡水化システム３Ｓは、実施形態１、２で説明した複数段の前処理装置、複数段の低圧ＲＯ膜を任意の段数に切り換える工業用水量切り換え手段(切り換え手段)を設ける構成としたものである。
その他の構成は、実施形態１、２の淡水化システムＳ、２Ｓと同様であるから、同一の構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

淡水化システム３Ｓは、複数段の低圧ＲＯ膜、複数段の前処理装置、工業用水量切り換え手段などを備えて下水から工業用水ｓ１、ｓ２、ｓ２ａ、ｓ２ｂ、…を造水するための工業用水造水システム３Ｓａと、海水から飲料水ｓ３を造水するための飲料水造水システムＳｂとを具備している。

第１・第２・第３・、第４の低圧ＲＯ膜２、４、４ａ、４ｂ、…は、それぞれ下水の塩分濃度が０．１％、０．２％、０．４％、０．８％、…程度で低いので、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で下水を透過させる(ろ過する)ことで、塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。

前処理装置３、第２の前処理装置３ａ、第３の前処理装置３ｂ、…は、それぞれ凝集ろ過および／またはＮＦ処理を行う装置である。凝集ろ過は、前記したように、ブライン(濃縮水)を凝集ろ過してスケール分を減らしたり、シアン(ＣＮ−)化合物などの有害物質やクロムなどの重金属を除去する。ＮＦ処理は、前記したように、ブライン(濃縮水)をＮＦ膜に透過させる(ろ過する)ことで、シアン(ＣＮ−)化合物などの低分子の不純物や微生物をカットする。

工業用水量切り換え手段としては、バルブｖ１、ｖ２、…と、バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…の流路を切り換える切り換え制御装置９とを有する。
バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…は、三方弁であり、それぞれ第１の低圧ＲＯ膜２、第２の低圧ＲＯ膜４、第３の低圧ＲＯ膜４ａ、第４の低圧ＲＯ膜４ｂ、…からのブライン(濃縮水)を、排水するか、または、次段の前処理装置３、第２の前処理装置３ａ、第３の前処理装置３ｂ…に流すかを切り換える。なお、バルブｖ１、ｖ２、…は、排水か下流の前処理装置へ流すか、継続時間の長い方をノーマル状態とするとよい。

切り換え制御装置９は、バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…の切り換えを制御する制御装置であり、各バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…がそれぞれ第１の低圧ＲＯ膜２、第２の低圧ＲＯ膜４、第３の低圧ＲＯ膜４ａ、…からのブラインを、排水するか、または、次段の前処理装置３、第２の前処理装置３ａ、第３の前処理装置３ｂ、…に流すかを切り換える制御を行う。

切り換え制御装置９は、淡水化システム３Ｓ全体を制御する不図示のコントローラに格納されている。具体的には、切り換え制御装置９は、マイクロコンピュータ(microcomputer)、Ａ／Ｃ・Ｄ／Ｃ変換器などのインターフェース回路、バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…の動作を切り換える電流制御回路などで構成される。バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…の切り換え動作は、マイコンのＲＯＭ(Read Only Memory)に記憶される制御プログラムに記述されている。

切り換え制御装置９の制御は、以下のように行われる。
第１のモードとして、バルブｖ１を排水側に切り換える。その他のバルブｖ２、ｖ３、…は、上流のバルブｖ１で下水濃縮水ｓ６ａが排水されてしまうので、何れの側に切り換えられていてもよい。
これにより、下水から、ＭＢＲ透過水ｓ５ａが第１の低圧ＲＯ膜２を透過した工業用水ｓ１が得られる。

第２のモードとして、バルブｖ１のみを第２の低圧ＲＯ膜４への流路を開く一方、バルブｖ２は排水側に切り換える。その他のバルブｖ３、…は、上流のバルブｖ２で被処理濃縮水ｓ６ｂが排水されてしまうので、何れの側に切り換えられていてもよい。
これにより、下水から、ＭＢＲ透過水ｓ５ａが第１の低圧ＲＯ膜２を透過した工業用水ｓ１と、前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａが第２の低圧ＲＯ膜４を透過した工業用水ｓ２とが得られる。

第３のモードとして、バルブｖ１、ｖ２をそれぞれ第２の低圧ＲＯ膜４、第３の低圧ＲＯ膜４ａへの流路を開く一方、バルブｖ３は排水側に切り換える。その他のバルブは、上流のバルブｖ３で被処理濃縮水ｓ６ｃが排水されてしまうので、何れの側に切り換えられていてもよい。
これにより、下水から、ＭＢＲ透過水ｓ５ａが第１の低圧ＲＯ膜２を透過した工業用水ｓ１と、前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａが第２の低圧ＲＯ膜４を透過した工業用水ｓ２と、第２の前処理装置３ａで前処理された第２の被処理水ｓ７ｂが第２の低圧ＲＯ膜４ａを透過した工業用水ｓ２ａとが得られる。

第４のモードとして、バルブｖ１、ｖ２、ｖ３をそれぞれ第２の低圧ＲＯ膜４、第３の低圧ＲＯ膜４ａへの流路を開く一方、その他のバルブは排水側に切り換える。
これにより、下水から、ＭＢＲ透過水ｓ５ａが第１の低圧ＲＯ膜２を透過した工業用水ｓ１と、前処理装置３で前処理された被処理水ｓ７ａが第２の低圧ＲＯ膜４を透過した工業用水ｓ２と、第２の前処理装置３ａで前処理された第２の被処理水ｓ７ｂが第２の低圧ＲＯ膜４ａを透過した工業用水ｓ２ａと、第３の前処理装置３ｂで前処理された第３の被処理水ｓ７ｃが第４の低圧ＲＯ膜４ｂを透過して工業用水ｓ２ａとが得られる。なお、第４の低圧ＲＯ膜４ｂでは第３の被処理濃縮水ｓ６ｄが除去される。
以下、同様に任意数のバルブを低圧ＲＯ膜側に開くことで工業用水を増水できる。

実施形態３によれば、複数段の低圧ＲＯ膜、複数段の前処理装置、次段の低圧ＲＯ膜にブレイン(濃縮水)を流すか排水するかを切り換えるバルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…および該バルブの切り換えを制御する切り換え制御装置９を設けたので、取水する工業用水量を工業用水の需要量や下水量の多寡で自在に変更することができる。
その他の実施形態１、２の作用効果は同様に奏する。

なお、実施形態３においては、淡水化システム３Ｓに工業用水造水システム３Ｓａと飲料水造水システムＳｂとを具備する場合を例示したが、図６に示すように、淡水化システム３Ｓ´に工業用水造水システム３Ｓａのみを具備する構成としてもよい。

また、実施形態３で説明した工業用水量切り換え手段においては、前処理装置を２段とし、低圧ＲＯ膜を３段で構成する場合を例示したが、前処理装置を３段以上とし、低圧ＲＯ膜を４段以上とする実施形態２と同様な構成としてもよい。これにより、下水からさらに多くの工業用水を生産できる。

なお、実施形態３で説明した工業用水量切り換え手段(切り換え手段)(バルブｖ１、ｖ２、ｖ３、…、切り換え制御装置９)の構成は、実施形態１、２にも適用できることは勿論である。

また、前記実施形態では、下水を浄化する浄化装置として、ＭＢＲ１を例示したが、自然沈殿法、砂ろ過、消毒などＭＢＲ以外の浄化装置を適用しても構わない。
なお、前記実施形態の説明で使用した数値は一例を示したものであり、これらの数値に限定されるものではない。

１ ＭＢＲ(浄化装置)
２ 第１の低圧ＲＯ膜(第１のＲＯ膜、ＲＯ膜)
３ 前処理装置(第１の前処理装置、前処理装置)
３ａ 第２の前処理装置(第２の前処理装置、前処理装置)
３ｂ 第３の前処理装置(第１の前処理装置、前処理装置)
４ 第２の低圧ＲＯ膜(第２のＲＯ膜、ＲＯ膜)
４ａ 第３の低圧ＲＯ膜(第３のＲＯ膜、ＲＯ膜)
４ｂ 第４の低圧ＲＯ膜(第４のＲＯ膜、ＲＯ膜)
５ ＵＦ膜
７ 高圧ＲＯ膜(ＲＯ膜)
９ 切り換え制御装置(切り換え手段)
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、Ｓ´、２Ｓ´、３Ｓ´ 淡水化システム
ｓ１、ｓ２、ｓ２ａ、ｓ２ｂ 工業用水
ｓ３ 飲料水
ｓ５ａ ＭＢＲ透過水(透過水)
ｓ５ｂ ＵＦ膜透過海水(処理水)
ｓ６ａ 下水濃縮水(第１の濃縮水、濃縮水)
ｓ６ｂ 被処理濃縮水(第２の濃縮水、濃縮水)
ｓ６ｃ 第２の被処理濃縮水(第３の濃縮水、濃縮水)
ｓ６ｄ 第３の被処理濃縮水(濃縮水)
ｓ７ａ 被処理水(第１の被処理水)
ｓ７ｂ 第２の被処理水(第２の被処理水)
ｖ１、ｖ２、ｖ３ バルブ(切り換え手段)

Claims (10)

1. 下水や海水を淡水化する淡水化システムであって、
   前記下水を透過させて浄化する浄化装置と、
   前記浄化装置を透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、
   前記第１の濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる第１の前処理装置と、
   前記第１の前処理装置で前処理が行われた第１の被処理水を透過させ、その塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第２のＲＯ膜とを
   具備することを特徴とする淡水化システム。
2. 前記第２の濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる第２の前処理装置と、
   前記第２の前処理装置で前処理が行われた第２の被処理水を透過させ、その塩分が第３の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第３のＲＯ膜とを
   具備することを特徴とする請求項１に記載の淡水化システム。
3. 下水や海水を淡水化する淡水化システムであって、
   前記下水を透過させて浄化する浄化装置と、
   前記浄化装置を透過した透過水を透過させ、その塩分が濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する複数のＲＯ膜と、
   前記複数のＲＯ膜の何れかで除去された濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる単数または複数の前処理装置とを
   具備することを特徴とする淡水化システム。
4. 前記ＲＯ膜で除去される濃縮水側の下流で、当該濃縮水を排水するかまたは下流の前記前処理装置に流すか切り換える切り換え手段を
   具備することを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の淡水化システム。
5. 前記海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜と、
   前記ＵＦ膜を透過した処理水を透過させ、当該処理水の塩分が除去されるとともに飲料水を生成するＲＯ膜とを
   具備することを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の淡水化システム。
6. 下水や海水を淡水化する淡水化方法であって、
   前記下水を、浄化装置と第１のＲＯ膜とを透過させて工業用水を生成し、
   前記第１のＲＯ膜で除去された第１の濃縮水を、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理を行った後、第２のＲＯ膜を透過させて工業用水を生成する
   ことを特徴とする淡水化方法。
7. 前記第２のＲＯ膜で除去された第２の濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理を行った後、第３のＲＯ膜を透過させて工業用水を生成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の淡水化方法。
8. 下水や海水を淡水化する淡水化方法であって、
   前記下水を、浄化装置を透過させて浄化し、
   前記浄化装置を透過した透過水をＲＯ膜に透過させて工業用水を生成する過程と、前記ＲＯ膜で除去された濃縮水が、少なくとも濃縮ろ過およびＮＦ膜のろ過のうちの何れかの前処理が行われる過程とを、繰り返して行う
   ことを特徴とする淡水化方法。
9. 前記ＲＯ膜で除去される濃縮水側の下流で、当該濃縮水を、排水するかまたは下流で行われる前記前処理に流すかを切り換える
   ことを特徴とする請求項６から請求項８のうちの何れか一項に記載の淡水化方法。
10. 前記海水を、ＵＦ膜とＲＯ膜と透過させて飲料水を生成する
    ことを特徴とする請求項６から請求項９のうちの何れか一項に記載の淡水化方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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