JP2015123430A - 造水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半透膜を用いた膜ユニットを複数配置した複合的水処理技術を利用した造水方法において、バイオフィルム形成によるトラブルを抑制し、かつ、注入する薬剤および中和剤を効率的に有効利用することができる造水方法を提供する。
【解決手段】第１被処理水１を第１半透膜処理装置２で処理して淡水を製造するとともに、第１半透膜処理装置２で処理した際に生じる第１濃縮水を第２被処理水４に混合させ、その混合水を第２半透膜処理装置６で処理して淡水を製造する造水方法において、第１被処理水１に第１薬剤、第１中和剤、第２薬剤を間欠的に注入し、かつ、第２被処理水４に第３薬剤、混合水に第２中和剤、第４薬剤を間欠的に注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合的な水処理技術を利用した造水方法に関するものであり、浸透圧が異なる複数の被処理水を原水とし、淡水化技術により淡水を製造する造水方法に関するものである。

近年、分離膜に関する技術開発が進み、省スペース、省力化およびろ過水質向上等の特長を有するため、水処理をはじめ様々な用途での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜は、河川水や地下水や下水処理液から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理、膜分離活性汚泥法への適用が挙げられる。ナノろ過膜や逆浸透膜は、イオン類の除去や、海水淡水化、廃水再利用プロセスへの適用が挙げられる。

水不足が叫ばれる昨今の状況から、ナノろ過膜／逆浸透膜による海水淡水化が盛んに行われているが、浸透圧より高い供給圧力を必要とするナノろ過膜／逆浸透膜ろ過法では、ナノろ過膜／逆浸透膜に原水を供給する際に「昇圧ポンプ」と呼ばれるポンプで加圧しなければならない。つまり、ナノろ過膜／逆浸透膜に供給される原水の塩濃度が高いほど浸透圧が高くなるため、昇圧ポンプによってより高く加圧する必要性が出てくることになり、昇圧ポンプを稼動させるためのエネルギーが必要になってくる。

これらの問題を解決すべく、例えば、下水の高度処理と海水淡水化を統合した膜処理システムが開発されている（非特許文献１や非特許文献２）。この技術によると、膜分離活性汚泥法で下水を処理した後、逆浸透膜を用いて淡水を生産し、さらに、この逆浸透膜分離の際に副生する濃縮水を海水に合流させているため、供給する海水中の塩濃度が低下し、海水淡水化に使用される逆浸透膜分離の運転における昇圧ポンプの仕様を従来よりも低く抑えることができるようになり、より省エネルギーなシステムとなる。

ところで、半透膜を用いる造水システムでは、一般的に、有機物や濁質の付着、金属イオン類のスケールや微生物の増殖によるバイオフィルムの形成などによって半透膜表面や半透膜処理装置内に閉塞現象が起き、造水量の低下や圧力の上昇等のトラブルを引き起こすことがある。特に、バイオフィルムの形成は、原水由来の微生物や基質（炭素源や栄養塩）が主たる原因であり、微生物が増殖する箇所は、半透膜表面や半透膜処理装置内だけではなく、その上流の配管内も含まれるため、トラブルになることが多い。配管内で形成されたバイオフィルムが断続的に剥がれると、配管やタンク等の流路の閉塞や、上記のような半透膜処理装置のトラブルを促進させることとなる。このようなトラブルを抑制するためには、半透膜処理装置および配管を殺菌しておくことが必要となる。また、下水のような有機物の多い原水を半透膜処理する場合は、有機物が膜表面に付着し、それを基に微生物が増殖しやすくなるため、薬剤による半透膜処理装置の洗浄を行い、有機物を除去する必要がある。

非特許文献１、非特許文献２に記載されたような下水の高度処理と海水淡水化を統合した造水システムの場合、下水を膜分離活性汚泥法で処理した水を原水として逆浸透膜処理し淡水を得るが、通常廃棄する逆浸透膜濃縮水を海水に混合してさらに逆浸透膜で処理することとなる。濃縮水は、微生物の基質となる炭素源や栄養塩が生物処理水より濃縮されているため、微生物が増殖しやすい環境となり、濃縮水配管に微生物膜が形成し、後段の逆浸透膜がトラブルを引き起こしてしまうという問題点があった。また、先述した下水の高度処理と海水淡水化を統合した造水システムにおいては、前段の逆浸透膜に使用した薬剤が濃縮水配管を経由して後段の逆浸透膜にも通水されるため、前段の逆浸透膜に使用した薬剤を濃縮水配管と後段の逆浸透膜でも再利用できるというメリットを有するが、薬剤を再利用する際には洗浄／殺菌効果が低下している場合があり、また前段の逆浸透膜、濃縮水配管、後段の逆浸透膜では最適な薬剤が異なる場合があるために、濃縮水配管と後段の逆浸透膜では洗浄／殺菌効果が不十分であるという問題点があった。

さらに、海水側も取水直後に次亜塩素酸ナトリウムなどの薬剤を添加することが知られているが、配管殺菌のために消失したり、下水側の逆浸透膜濃縮水との合流・混合後に希釈されたりするなどして、その後の洗浄／殺菌効果が不十分となり、混合水配管内にバイオフィルムが形成し、混合水配管や逆浸透膜処理装置、またはその保安フィルターを閉塞してしまうことがあった。さらに、海水と下水側の逆浸透膜濃縮水との合流・混合後に、双方の薬剤または中和剤が混合されることによって、洗浄／殺菌効果の低減や有害ガスの発生などの問題があった。さらに、後段の逆浸透膜処理装置の供給水に薬剤を注入する際、同種の薬剤が上流より供給されているにも関わらず、新規に注入するなどして過分に薬剤を注入する、あるいは、上流より供給される薬剤や中和剤の効果によって新たに注入する薬剤の効果が低減されるなどの問題があった。

そこで、特許文献１に記載されているように、殺菌剤や中和剤を組み合わせることで配管や逆浸透膜処理装置を殺菌する技術が開発された。しかし、該技術では、殺菌剤と中和剤の添加タイミングが適正でないため、逆浸透膜の劣化と殺菌を両立することが困難であり、これら薬剤の添加方法を改善する必要があった。

WO2011/021415 A1

"神鋼環境ソら４者経産省のモデル事業 周南市で実証実験"、[online]、平成２１年３月５日、日本水道新聞、[平成２１年７月２日検索]、インターネット< http://www.suido-gesuido.co.jp/blog/suido/2009/03/post_2780.html> "「低炭素社会に向けた技術シーズ発掘・社会システム実証モデル事業」の採択について"、[online]、平成２１年３月２日、東レ株式会社プレスリリース、[平成２１年７月２日検索]、インターネット< http://www.toray.co.jp/news/water/nr090302.html>

本発明の目的は、半透膜を用いた膜ユニットを複数配置した複合的水処理技術を利用した造水方法において、バイオフィルム形成によるトラブルを抑制し、かつ、注入する殺菌剤および中和剤を効率的に有効利用することができる造水システムを提供することにある。

（ａ−１）第１被処理水（１）に、第１薬剤を注入し、かつ、第１中和剤を前記第１薬剤の注入位置より下流で、少なくとも前記第１薬剤と混合するタイミングで注入すること、
（ａ−２）第１被処理水（１）に、第２薬剤を、前記第１中和剤の注入位置より下流で間欠的に注入すること、
（ｂ）前記（ａ−１）または（ａ−２）を経た第１被処理水（１）を第１半透膜処理装置（２）で処理して淡水および第１濃縮水（１２）を製造すること、
（ｃ）下記（ｃ−１）または（ｃ−２）の少なくとも一方を行うこと
（ｃ−１）第２被処理水（４）に第３薬剤を間欠的に添加すること、
（ｃ−２）第１濃縮水（１２）に第５薬剤を間欠的に注入すること、
（ｄ）第１濃縮水（１２）と前記（ｃ）を経た第２被処理水（４）とを混合することで混合水を得ること、
（ｅ−１）前記混合水に、第２中和剤を、少なくとも第３薬剤および／または第５薬剤と混合するようなタイミングで間欠的に注入すること、
（ｅ−２）前記混合水に、第４薬剤を、前記第２中和剤の添加点より下流で、第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入すること、
（ｆ）前記（ｅ−１）または（ｅ−２）で得た混合水を第２半透膜処理装置（６）で処理して淡水を製造すること、を含む造水方法であって、
前記第１薬剤、第３薬剤および第５薬剤のうち少なくとも１種の薬剤が強酸化剤であり、
前記第１中和剤が、第１薬剤の洗浄効果および／または殺菌効果を消失あるいは低減させる効果を有し、
前記第２中和剤が前記第３薬剤並びに／または第５薬剤の洗浄効果および／若しくは殺菌効果を消失あるいは低減させる効果があり、
前記造水方法は、前記（ａ−２）において、前記第２薬剤を前記第１中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するか、前記（ｅ−２）において、第４薬剤を第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するかの、少なくとも一方を満たす、
造水方法。

第１被処理水に注入した第１薬剤は、第１被処理水を第１半透膜処理装置に送液するための配管を洗浄／殺菌する。また、第２被処理水に注入した第３薬剤は、第２被処理水を第２半透膜処理装置に送液するための配管を洗浄／殺菌する。

第５薬剤を間欠的に注入することによって、第１半透膜処理装置の第１濃縮水配管を効果的に洗浄／殺菌することが可能である。第１濃縮水は、第１半透膜処理装置の原水を濃縮したものであり、微生物の基質濃度が高くなるため、配管内にバイオフィルムが形成しやすい。また、半透膜処理装置、配管それぞれに適した異なる薬剤を利用する、半透膜処理装置によって薬剤が消化されてしまう場合に補填することなどによって、洗浄／殺菌効果の向上、薬剤使用量低下を図ることが可能である。

第１薬剤および／または第３薬剤および／または第５薬剤に強酸化剤を使用することで、低コストで十分な配管の殺菌が可能となる。ここで、強酸化剤とは、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素などの酸化力が強く、接触することにより半透膜にダメージを与えるものである。

一方、第１薬剤、第３薬剤、第５薬剤が半透膜処理装置の機能を低減させてしまう場合、これらの薬剤が半透膜処理装置に供給される前に、その効果を消失あるいは低減させてしまうことが好ましい。よって、これらの薬剤が半透膜処理装置に供給される前に第１中和剤、第２中和剤を注入し薬剤の効果を低減させてしまうことにより、半透膜処理装置の機能を維持することができる。しかし、それだけでは、半透膜処理装置の洗浄／殺菌が不十分となるため、第１中和剤、第２中和剤を注入した後に第２薬剤、第４薬剤を注入することで、半透膜処理装置を洗浄／殺菌することができる。ここで、第１中和剤、第２中和剤によって第２薬剤、第４薬剤の洗浄／殺菌効果が消失もしくは低減される場合には、第１中和剤の注入停止時に第２薬剤を注入し、第２中和剤の注入停止時に第４薬剤を注入することによって、混合水中に残存する第１中和剤によって第２薬剤の効果を消失もしくは低減することを抑制し、半透膜処理装置の洗浄／殺菌効果を高めることができる。このとき、配管や貯槽の滞留時間を考慮して中和剤と薬剤が混合しないよう調整することにより、半透膜処理装置の洗浄／殺菌効果を高めることができる。

本発明に係る造水システムの一実施態様を示すフロー図である。

以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。

図１は本発明を適用した造水システムの一実施態様を示す図である。

この造水システムは、第１被処理水１を第１半透膜処理装置２で半透膜処理する第１半透膜処理システム１００と、第２被処理水４を第２半透膜処理装置６で半透膜処理する半透膜処理システム２００とを具備する。

半透膜処理システム１００は、第１半透膜処理装置２と、第１被処理水１を第１半透膜処理装置２に供給するための第１被処理水送液配管１０１と、第１被処理水送液配管１０１に設置する第１半透膜処理装置２に第１被処理水１を供給するための昇圧ポンプ１１１と、第１半透膜処理装置２の２次側（膜透過水側）に接続される膜透過水配管１０２と、第１半透膜処理装置２および／または第１被処理水送液配管１０１を薬液洗浄するための第１薬剤を貯留する第１薬剤タンク１０と、第１薬剤を間欠的に第１被処理水に注入する第１薬剤注入手段としての第１薬剤送液ポンプ１１とを備えている。半透膜処理システム１００はさらに、第１半透膜処理装置２を薬液洗浄するための第２薬剤を貯留する第２薬剤タンク２０と、第２薬剤を間欠的に第１被処理水に注入する第２薬剤注入手段としての第２薬剤送液ポンプ２１とを備えている。膜透過水配管１０２には、膜透過水３が流れる。

また、半透膜処理システム２００は、第２被処理水４を混合水タンク５に供給するための第２被処理水送液配管１０３と、第１半透膜処理装置２の１次側（被処理水側）に連通し、第１濃縮水を水混合手段としての混合水タンク５に供給するための第１濃縮水送液配管１０４と、第２被処理水送液配管１０３と第１濃縮水送液配管１０４とに連通し第２被処理水４と第１濃縮水を混合し混合水を得るための混合水タンク５と、混合水を第２半透膜処理装置６に供給するための混合水送液配管１０５と、混合水送液配管１０５に設置し、第２半透膜処理装置６に混合水を供給するための昇圧ポンプ１１２と、混合水送液配管１０５に連通する第２半透膜処理装置６と、第２半透膜処理装置６の２次側（膜透過水側）に連通する膜透過水配管１０６と、第２半透膜処理装置６の１次側（被処理水側）に連通する濃縮水配管１０７と、第２被処理水送液配管１０３を薬液洗浄するための第３薬剤用の第３薬剤タンク３０と、第３薬剤を第２被処理水に間欠的に注入する第３薬剤注入手段としての第３薬剤送液ポンプ３１とを備えている。膜透過水配管１０６には、膜透過水７が流れる。

また、第２半透膜処理装置６を薬液洗浄するための第４薬剤用の第４薬剤タンク４０と、第４薬剤を間欠的に混合水に注入する第４薬剤注入手段としての第４薬剤送液ポンプ４１とを備えている。

ここで、前記第１濃縮水に、第５薬剤を間欠的に注入する第５薬剤注入手段を備えていることが好ましい。

ここにおいて、第１被処理水１は、第１半透膜処理装置２に供給されるための供給水を指す。また第１被処理水１の性状・成分は、特に限定されるものではなく、例えば、下水、工場廃水、海水、かん水、湖沼水、河川水、地下水などであり、また、これらの原水に対し、活性汚泥処理、プレフィルター、精密ろ過膜処理、限外ろ過膜処理、活性炭処理、オゾン処理、紫外線照射処理などの生物学的および／または物理的および／または化学的な前処理を施したものを第１被処理水とし、第１半透膜処理装置２で発生するファウリングを低減させても良い。第２被処理水４についても、その性状・成分は第１被処理水と同様であるが、前記第１濃縮水の浸透圧が前記第２被処理水の浸透圧よりも低くなるように、原水を組合せれば、第１濃縮水を混合することによって第２被処理水の浸透圧を低下でき、半透膜処理設備Ｂに供給する水の昇圧水準を抑えることができる。

このような浸透圧の関係とするためには、第１被処理水として浸透圧の低い原水を用い、第２被処理水として、浸透圧の高い原水を用いればよい。浸透圧の低い原水としては、塩分濃度が低い水を用い、浸透圧の高い原水としては、塩分濃度が高い水を用いることが好ましい。塩分濃度が低い水としては、一般的に、下水、産業廃水、河川水、あるいはこれらを前処理した後の処理水が挙げられる。また、塩分濃度が高い水としては、一般的に、海水、塩湖水、かん水が挙げられる。具体的には、第１被処理水として下廃水を膜分離活性汚泥法で処理した２次処理水、第２被処理水として海水とする組合せなどが例示される。

また、上記の各種配管の途中に、活性汚泥処理、プレフィルター、精密ろ過膜処理、限外ろ過膜処理、活性炭処理、オゾン処理、紫外線照射処理などの生物学的および／または物理的および／または化学的な処理や中間タンクなどを設けてもよい。

また、第１半透膜処理装置およびＢは、装置内に備えた半透膜によって、透過水と濃縮水とに分離する機能を有すものであれば、特に形状および素材は限定されない。ここで、半透膜とは、被処理水中の一部の成分を透過させない半透性の膜であり、例えば溶媒を透過させ溶質を透過させない半透性の膜が挙げられる。水処理技術で使用される半透膜の一例としては、ナノろ過膜や逆浸透膜が挙げられる。ナノろ過膜あるいは逆浸透膜は、被処理水中に含まれる溶質を再生水として利用可能な濃度まで低減することができる性能を有していることが要求される。具体的には、塩分やミネラル成分等、多種のイオン、例えばカルシウムイオン、マグネシウムイオン、硫酸イオンのような二価イオンや、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンのような一価イオン、また、フミン酸（分子量Ｍｗ≧１００，０００）、フルボ酸（分子量Ｍｗ＝１００〜１，０００）、アルコール、エーテル、糖類などをはじめとする溶解性有機物を阻止する性能を有することが求められる。ＮＦ膜とは、操作圧力が１．５ＭＰａ以下で、分画分子量が２００〜１，０００で、塩化ナトリウム阻止率９０％以下の逆浸透ろ過膜と定義されており、それよりも分画分子量の小さく、高い阻止性能を有するものを逆浸透膜（ＲＯ膜）という。また、逆浸透膜でもナノろ過膜に近いものはルース逆浸透膜とも呼ばれる。

ナノろ過膜や逆浸透膜は、中空糸膜や平膜の形状があり、いずれも本発明において適用することができる。また、取り扱いを容易にするため中空糸膜や平膜を筐体に収めて流体分離素子（エレメント）としたものを用いることができる。この流体分離素子は、ナノろ過膜や逆浸透膜として平膜状のものを用いる場合、例えば、多数の孔を穿設した筒状の中心パイプの周囲に、ナノろ過膜あるいは逆浸透膜とトリコットなどの透過水流路材と、プラスチックネットなどの供給水流路材とを含む膜ユニットを巻回し、これらを円筒状の筐体に収めた構造とするのが好ましい。複数の流体分離素子を直列あるいは並列に接続して分離膜モジュールとすることも好ましい。この流体分離素子において、供給水は一方の端部からユニット内に供給され、他方の端部に到達するまでの間にナノろ過膜あるいは逆浸透膜を透過した透過水が、中心パイプへと流れ、他方の端部において中心パイプから取り出される。一方、ナノろ過膜あるいは逆浸透膜を透過しなかった供給水は、他方の端部において濃縮水として取り出される。

これらナノろ過膜あるいは逆浸透膜の膜素材としては、酢酸セルロース、セルロース系のポリマー、ポリアミド、及びビニルポリマーなどの高分子材料を用いることができる。代表的なナノろ過膜／逆浸透膜としては、酢酸セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、及び、ポリアミド系またはポリ尿素系の活性層を有する複合膜を挙げることができる。

また、第１被処理水送液配管１０１、膜透過水配管１０２、第２被処理水送液配管１０３、第１濃縮水送液配管１０４、混合水送液配管１０５、膜透過水配管１０６、濃縮水配管１０７の各配管は、液体を移送する機能を有する素材・形状であれば特に限定するものではないが、移送する液体の性状、注入する薬品の性状、加える圧力に耐性のあるものが好ましい。

昇圧ポンプ１１１および昇圧ポンプ１１２は、それぞれ第１被処理水および混合水を加圧し、半透膜処理装置に液体を供給・分離するための昇圧機能を有しているポンプである。対象液の浸透圧が低い場合は、対象液を供給することにより加圧する供給ポンプを設置し、また、対象液の浸透圧が高い場合は、対象液を送液するポンプと、膜透過を実施するために対象液を昇圧して半透膜処理装置に供給するための昇圧ポンプとを設置することが好ましい。

水混合手段は、第２被処理水と第１濃縮水とを混合する機能を有するものであれば、その方法、形式は特に限定しない。前記の混合水タンク５による方法、ラインミキサーによる方法、送液ポンプを利用する方法などが例示される。例えば、混合水タンク５としては、混合水を貯えることができ、薬剤や中和剤などの薬液に劣化しなければ特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽、プラスチック槽などが用いられる。槽内攪拌のための攪拌機を設けてもよい。

また、薬剤注入手段および後述の中和剤注入手段としては、配管途中に攪拌機付きのタンクを設け、該タンクに薬剤あるいは中和剤を注入し攪拌機で混合する方法や、昇圧ポンプよりも上流側で配管内に薬剤あるいは中和剤を注入し昇圧ポンプで混合する方法や、ラインミキサーを設置し混合する方法などがある。また、薬剤タンクおよび中和剤タンクは、薬剤や中和剤などの薬剤を貯えることができ、該薬剤で劣化しない材質であれば特に制限されるものではなく、繊維強化プラスチック槽、プラスチック槽などが用いられる。また、薬剤注入手段および後述の中和剤注入手段は、薬剤や中和剤をタイマーやシグナルなどでＯＮ／ＯＦＦを切り替える間欠注入式が使用できる。

また、第１薬剤は、主として第１被処理水送液配管を洗浄／殺菌するために、第２薬剤は、主として第１半透膜処理装置２を洗浄／殺菌するために、第３薬剤は、主として第２被処理水送液配管１０３を洗浄／殺菌するために、第５薬剤は、主として濃縮水送液配管１０４を洗浄／殺菌するために、第４薬剤は、主として第２半透膜処理装置６を洗浄／殺菌するために、注入される。具体的には、第１〜第５薬剤としては、シュウ酸やクエン酸、硫酸などの酸；重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、シュウ酸などの還元剤； 水酸化ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸ナトリウムなどのアルカリ； 次亜塩素酸ナトリウムや、二酸化塩素、過酸化水素などの酸化剤；２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）、クロラミンなどの殺菌剤；もしくは、界面活性剤、スケール防止剤などのその他の薬剤を、適宜選択して使用することができる。

ただし、通常、半透膜は、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素などの強酸化剤には弱いため、後述の耐塩素性薬剤を適用する場合を除き、主として半透膜処理装置を洗浄／殺菌するために用いる第２薬剤および第４薬剤には、強酸化剤以外の殺菌剤を用いることが好ましい。一方、これらの強酸化剤は、比較的安価でありかつ殺菌力が強いことから、配管の殺菌には適しており、第１薬剤および第３薬剤として利用可能である。ただし、下流の第２半透膜処理装置の性能を低減させないために、第１薬剤として強酸化剤を利用する場合には、後述の第１中和剤および／または第２中和剤にて、第３薬剤として強酸化剤を利用する場合には、後述の第２中和剤にて、重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤中和剤を用いて完全に中和することが好ましい。

この場合、前記第１薬剤注入手段と前記第２薬剤注入手段との間に、前記第１薬剤の洗浄／殺菌効果を消失あるいは低減させる効果のある第１中和剤を間欠的に注入する第１中和剤注入手段を備えていることが好ましい。この態様をとることにより、第１薬剤が、第１半透膜処理装置の機能を低下させてしまう場合、これを回避することが可能となる。

さらに、前記水混合手段と前記第４薬剤注入手段との間に、前記第３薬剤の洗浄／殺菌効果を消失あるいは低減させる効果のある第２中和剤を間欠的に注入する第２中和剤注入手段を備えていることが好ましい。この態様をとることにより、第３薬剤が、第２半透膜処理装置の機能を低下させてしまう場合、これを回避することが可能となる。

また、前記第１中和剤注入手段が、前記第１中和剤を間欠的に注入する第１中和剤注入手段であり、かつ、前記第１薬剤注入手段が、前記第１薬剤を間欠的に注入する第１薬剤注入手段であり、かつ、該第１薬剤注入手段が、該第１中和剤注入手段による該第１中和剤の注入時に、該第１薬剤を注入する第１薬剤注入手段であること、および／または、前記第２薬剤注入手段が、前記第２薬剤を間欠的に注入する第２薬剤注入手段であり、かつ、該第１中和剤注入手段による該第１中和剤の注入を中断している間に、該第２薬剤を注入する第２薬剤注入手段であること、および／または、前記第２中和剤注入手段が、前記第２中和剤を間欠的に注入する第２中和剤注入手段であり、かつ、前記第３薬剤注入手段が、前記第３薬剤を間欠的に注入する第３薬剤注入手段であり、かつ、該第３薬剤注入手段が、該第２中和剤注入手段による該第２中和剤の注入時に、該第３薬剤を注入する第１薬剤注入手段であること、および／または、前記第５薬剤注入手段が、前記第５薬剤を間欠的に注入する第５薬剤注入手段であり、かつ、前記第２中和剤注入手段が、該第２中和剤を間欠的に注入する該第２中和剤注入手段であり、該第２中和剤注入手段による該第２中和剤の注入時に、該第５薬剤を注入する第５薬剤注入手段であること、
および／または、該第４薬剤注入手段が、前記第４薬剤を間欠的に注入する第４薬剤注入手段であり、かつ、前記第１中和剤注入手段が、該第１中和剤を間欠的に注入する該第１中和剤注入手段であり、該第１中和剤注入手段による該第１中和剤の注入停止時、および／または、前記第２中和剤注入手段が、該第２中和剤を間欠的に注入する該第２中和剤注入手段であり、該第２中和剤注入手段による該第２中和剤の注入停止時に、該第４薬剤を注入する第４薬剤注入手段であることで効果的に第１半透膜処理装置、第２半透膜処理装置を殺菌、洗浄することが可能となる。

混合水送液配管１０５上に、第２半透膜処理装置に濁質成分が流入するのを防ぐための保安フィルター１１３を設置するときには、水混合手段（水混合タンク５）と第２中和剤注入手段との間に設置することが好ましい。

第１薬剤タンク１１あるいは第２薬剤タンク２０あるいは第３薬剤タンク３０あるいは第４薬剤タンク４０が酸もしくはアルカリの場合、半透膜に供給する水から遊離塩素を確実に還元除去するために、酸もしくはアルカリを注入する場所よりも上流側で遊離塩素を還元させることが好ましい。混合水タンク５よりも上流に酸もしくはアルカリを注入する場合は、第１被処理水と第２被処理水との両方で遊離塩素を還元除去することが好ましい。また、混合水タンク５よりも下流に酸もしくはアルカリを注入する場合は、混合水で遊離塩素を除去するのが、薬剤タンクが１台でよいため、好ましい。

また、前記第１半透膜処理装置が、耐塩素性半透膜を備えた半透膜処理装置であり、かつ、前記第１薬剤が塩素系薬剤であることが好ましい。この態様をとることにより、通常配管洗浄／殺菌に利用される次亜塩素酸ナトリウムなどの塩素系薬剤を第１薬剤として利用可能であり、第１半透膜処理装置の洗浄／殺菌後もそのまま第１半透膜処理装置の濃縮水配管や第２半透膜処理装置の洗浄／殺菌に利用可能となる。

また、第２半透膜処理装置６が、耐塩素性半透膜を備えた半透膜処理装置であり、かつ、第３薬剤、第４薬剤、第５薬剤から選ばれる少なくとも１つの薬剤が塩素系薬剤であることが好ましい。この態様をとることにより、配管洗浄後の塩素系薬剤をそのまま利用して第２半透膜処理装置６を洗浄／殺菌可能となる。

ここで、耐塩素性半透膜とは、半透膜をｐＨ６．５に調整した塩化ナトリウムの１５００ｐｐｍ水溶液を２５℃、操作圧力５ｋｇ／ｃｍ２の条件下で３０分間運転した後の塩化ナトリウム阻止率を阻止率Ａとし、同じ半透膜を上記の塩化ナトリウム水溶液に次亜塩素酸ナトリウムを１００ｐｐｍ添加し、リン酸二水素カリウムでｐＨ６．５に調整した水溶液中に４８時間浸漬させた後、操作圧力５ｋｇ／ｃｍ２の条件下で３０分間運転した後の塩化ナトリウム阻止率を阻止率Ｂとしたとき、Ｂ／Ａ≧０．９を満たす半透膜であり、素材としては、三酢酸セルロース膜や耐塩素性を保有したポリアミド膜が例示される。

また、第２被処理水に注入する第２薬剤として塩素系薬剤を用いる場合、第１被処理水として窒素含有水を供給するか、第１被処理水あるいは第１濃縮水あるいは混合水に窒素含有薬剤を注入すると、塩素とアンモニア性窒素とが混合水タンク５内で反応してクロラミンが発生するので、このクロラミンにより第２半透膜処理装置６を薬液洗浄することができる。特に、第２半透膜処理装置６がポリアミド系の半透膜で塩素含有水によって劣化する場合は、クロラミンによってバイオファウリングを抑制することが好ましい。ここで、窒素含有水とは、例えば、水中に窒素含有物質を含む、畜産農業廃水、し尿、下水等、これらを活性汚泥法で生物処理した後の水である。窒素含有水中に含まれる窒素含有物質とは、アンモニア性窒素およびアミノ酸、アミン類など含窒素有機化合物のことである。この含窒素有機化合物中の窒素系成分は塩素と反応することで、クロラミンを生成する。

例えば、窒素含有水中に含まれる窒素系成分のほとんどがアンモニア性窒素である場合、以下の反応により塩素と反応してモノクロラミンが生成される。

この場合、アンモニア性窒素１ｇにつき、約５ｇの塩素が消費され、約３．６ｇのモノクロラミンが生成される。クロラミン含有量を適正水準にするためには、窒素含有水中のアンモニア性窒素濃度は０．００３ｍｇ／ｌ以上であることが好ましく、また、混合水タンク１３中に流入させる第１濃縮水中の遊離塩素濃度は７ｍｇ／ｌ以下とすることが好ましい。

また、水中の塩素は遊離塩素と結合塩素の形で存在する。塩素含有水に含有される塩素は遊離塩素の形であり、窒素含有物質と反応することで結合塩素の形となる。結合塩素とはクロラミンの形で存在する塩素のことである。

クロラミンとは、モノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）およびトリクロラミン（ＮＣｌ_３）の総称である。殺菌力はジクロラミンの方がモノクロラミンより強く、トリクロラミンには殺菌力はない。クロラミンの生成比率は塩素濃度やアミン化合物濃度、ｐＨなどの影響を受け変化する。また、クロラミンの殺菌力は遊離塩素に比べると約１０分の１であり、半透膜に与える悪影響も遊離塩素よりもはるかに小さい。

遊離塩素とは、塩素剤が水と反応して生じる次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）や次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）の形で存在する塩素のことで、強い消毒力と酸化力をもっている。遊離塩素は強い酸化力をもっているため、半透膜の流入水に遊離塩素が含まれている場合、半透膜は劣化してしまうので、ＲＯ膜やＮＦ膜の流入水に遊離塩素が含まれる場合は膜の劣化により処理液質が悪化するという問題が生じる。

また、混合水中のクロラミンにより第２半透膜処理装置６での膜殺菌効果を十分に発揮しバイオファウリングの抑制を可能とし、かつ、半透膜の機能層の劣化を防止するためには、第２半透膜処理装置６へ供給される混合水に含まれるクロラミン濃度を０．０１〜５ｍｇ／ｌとすることが好ましい。クロラミン濃度が０．０１ｍｇ／ｌ未満ではバイオファウリングの抑制をすることができない。また、クロラミン濃度が５ｍｇ／ｌより濃い場合、膜の機能層が劣化してしまう。

＜水処理方法＞
図１に示す水処理システムを用いる造水方法について、以下説明する。

本形態の造水方法は、
（ａ−１）第１被処理水１に、第１薬剤を注入し、かつ、第１中和剤を前記第１薬剤の注入位置より下流で、少なくとも前記第１薬剤と混合するタイミングで注入すること、
（ａ−２）第１被処理水１に、第２薬剤を、前記第１中和剤の注入位置より下流で間欠的に注入すること、
（ｂ）前記（ａ−１）または（ａ−２）を経た第１被処理水１を第１半透膜処理装置２で処理して淡水および第１濃縮水１２を製造すること、
（ｃ）下記（ｃ−１）または（ｃ−２）の少なくとも一方を行うこと
（ｃ−１）第２被処理水４に第３薬剤を間欠的に添加すること、
（ｃ−２）第１濃縮水１２に第５薬剤を間欠的に注入すること、
（ｄ）第１濃縮水１２と前記（ｃ）を経た第２被処理水４とを混合することで混合水を得ること、
（ｅ−１）前記混合水に、第２中和剤を、少なくとも第３薬剤および／または第５薬剤と混合するようなタイミングで間欠的に注入すること、
（ｅ−２）前記混合水に、第４薬剤を、前記第２中和剤の添加点より下流で、第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入すること、
（ｆ）前記（ｅ−１）または（ｅ−２）で得た混合水を第２半透膜処理装置６で処理して淡水を製造すること、を含む。

それぞれの薬剤および中和剤の添加およびその停止は、対応するポンプのオン／オフによって制御することができる。

第１薬剤、第３薬剤、第５薬剤が、洗浄効果および／または殺菌効果を有すること、第１薬剤、第３薬剤および第５薬剤のうち少なくとも１種の薬剤が強酸化剤であること、第１中和剤が第１薬剤の洗浄効果および／または殺菌効果を消失あるいは低減させる効果があること、第２中和剤が第３薬剤および／または第５薬剤の洗浄効果や殺菌効果を消失あるいは低減させる効果があることは、上述したとおりである。

また、上記造水方法は、（ａ−２）において、前記第２薬剤を前記第１中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するか、（ｅ−２）において、第４薬剤を第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するかの、少なくとも一方を満たす。

上記（ａ−１）において、第１被処理水１に、第１中和剤が前記第１薬剤の注入位置より下流で添加されることは、図１に示すとおりである。第１中和剤は、少なくとも前記第１薬剤と混合するタイミングで注入される。言い換えると、第１半透膜処理装置２で処理される被処理水が第１薬剤を含むときは、その被処理水が第１中和剤も含有するように、それぞれの薬剤が注入される。第１中和剤は、第１薬剤の添加が完了した後など、第１薬剤が添加されていない期間にも添加されてもよい。

また、上記（ｅ−１）により、第３薬剤が添加されるときおよび／または第５薬剤が添加されるときには、第２中和剤が添加される。言い換えると、第２半透膜処理装置で処理される混合水は、第３薬剤および／または第５薬剤を含むときは、第２中和剤も含有する。第２中和剤は、第３薬剤および／または第５薬剤の添加が完了した後など、これらの薬剤が添加されていない期間にも添加されてもよい。

上記（ａ−２）で、第２薬剤が第１中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入されると、第２薬剤が第１中和剤とは独立して添加されることになるので、第２薬剤は、中和されずに第１半透膜処理装置２に到達する。

また、上記（ｅ−２）において、第４薬剤が第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入されると、第４薬剤が中和されずに第２半透膜処理装置６に到達する。

本発明は、半透膜を用いた膜ユニットを複数配置した複合的な水処理技術を利用した造水方法であって、下水と海水のように浸透圧が異なる複数の第１被処理水、Ｂを原水とし、淡水化技術により淡水を製造する場合に好適に適用することができる。さらに詳しくは、上水道における浄水処理分野や、工業用水、食品・医療プロセス用水、半導体関連洗浄用水といった産業用水製造分野などの造水装置として適用可能であって、省エネルギーかつ効率的に淡水を生産することができる。

１：第１被処理水
２：第１半透膜処理装置
３：膜透過水
４：第２被処理水
５：混合水タンク
６：第２半透膜処理装置
７：膜透過水
８：濃縮水
１０：第１薬剤タンク
１１：第１薬剤送液ポンプ
２０：第２薬剤タンク
２１：第２薬剤送液ポンプ
３０：第３薬剤タンク
３１：第３薬剤送液ポンプ
４０：第４薬剤タンク
４１：第４薬剤送液ポンプ
５０：第１中和剤タンク
５１：第１中和剤送液ポンプ
６０：第２中和剤タンク
６１：第２中和剤送液ポンプ
７０：第５薬剤タンク
７１：第５薬剤剤送液ポンプ
１００：半透膜処理システム
１０１：第１被処理水送液配管
１０２：膜透過水配管
１０３：第２被処理水送液配管
１０４：第１濃縮水送液配管
１０５：混合水送液配管
１０６：膜透過水配管
１０７：濃縮水配管
１１１：昇圧ポンプ
１１２：昇圧ポンプ
１１３：保安フィルター
２００：半透膜処理システム

Claims (1)

1. （ａ−１）第１被処理水（１）に、第１薬剤を注入し、かつ、第１中和剤を前記第１薬剤の注入位置より下流で、少なくとも前記第１薬剤と混合するタイミングで注入すること、
   （ａ−２）第１被処理水（１）に、第２薬剤を、前記第１中和剤の注入位置より下流で間欠的に注入すること、
   （ｂ）前記（ａ−１）または（ａ−２）を経た第１被処理水（１）を第１半透膜処理装置（２）で処理して淡水および第１濃縮水（１２）を製造すること、
   （ｃ）下記（ｃ−１）または（ｃ−２）の少なくとも一方を行うこと
   （ｃ−１）第２被処理水（４）に第３薬剤を間欠的に添加すること、
   （ｃ−２）第１濃縮水（１２）に第５薬剤を間欠的に注入すること、
   （ｄ）第１濃縮水（１２）と前記（ｃ）を経た第２被処理水（４）とを混合することで混合水を得ること、
   （ｅ−１）前記混合水に、第２中和剤を、少なくとも第３薬剤および／または第５薬剤と混合するようなタイミングで間欠的に注入すること、
   （ｅ−２）前記混合水に、第４薬剤を、前記第２中和剤の添加点より下流で、第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入すること、
   （ｆ）前記（ｅ−１）または（ｅ−２）で得た混合水を第２半透膜処理装置（６）で処理して淡水を製造すること、を含む造水方法であって、
   前記第１薬剤、第３薬剤および第５薬剤のうち少なくとも１種の薬剤が強酸化剤であり、
   前記第１中和剤が、第１薬剤の洗浄効果および／または殺菌効果を消失あるいは低減させる効果を有し、
   前記第２中和剤が前記第３薬剤並びに／または第５薬剤の洗浄効果および／若しくは殺菌効果を消失あるいは低減させる効果があり、
   前記造水方法は、前記（ａ−２）において、前記第２薬剤を前記第１中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するか、前記（ｅ−２）において、第４薬剤を第２中和剤と混合しないようなタイミングで間欠的に注入するかの、少なくとも一方を満たす、
   造水方法。
   
   

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