JP2020065953A - 逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆浸透膜を大きく劣化させることなく逆浸透膜のファウリングを抑制して、ＴＤＳが高い被処理水を安定的に逆浸透処理することができる逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法を提供する。
【解決手段】逆浸透処理装置１は、第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離する第１逆浸透膜ユニット１０と、第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い第２被処理水を第１濃縮水と混合して混合水とする混合部１５と、混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離する第２逆浸透膜ユニット２０とを備え、第１濃縮水配管１３０、又は、混合水配管２１０は、配管内にクロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入するための薬注部ＩＩ，ＩＩＩを有し、第２被処理水を混合部１５に送る第２被処理水配管１５０には、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入されることなく造水が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水等の鹹水を逆浸透により脱塩して脱塩水を造水する逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法に関する。

鹹水を逆浸透の原理で脱塩する逆浸透処理装置が、海水の淡水化、排水の再利用、純水の製造等の種々の分野で利用されている。逆浸透処理装置としては、円筒型の逆浸透膜モジュールを備える装置が一般的に用いられている。逆浸透処理装置は、複数個の逆浸透膜モジュールが並列に連結された逆浸透膜モジュールバンクや、複数個の逆浸透膜モジュールバンクが直列に連結された逆浸透膜ユニット等で構成されている。

円筒型の逆浸透膜モジュールは、円筒形状の圧力容器の内部に、多数の逆浸透膜エレメントを収納している。一般に、逆浸透膜エレメントは、袋状の逆浸透膜が集水配管の周囲にスパイラル状に巻回された構造を有している。複数の逆浸透膜エレメントが、円筒形状の圧力容器の内部に、直列状に配列して収納されている。

円筒型の逆浸透膜モジュールによると、逆浸透膜によるクロスフロー濾過方式で逆浸透処理が行われる。逆浸透圧をかけられた被処理水が圧力容器の一端から導入されると、逆浸透膜の二次側に脱塩された水が透過し、透過水として回収される。一方、逆浸透膜の一次側に塩分が残り、塩分が濃縮された濃縮水が圧力容器の他端から排出される。

従来、海水等を逆浸透処理する処理系と、下水等を逆浸透処理する処理系と、を統合した統合型の逆浸透処理装置が知られている。統合型の逆浸透処理装置では、海水をはじめとするＴＤＳ（Total Dissolved Solid：総溶解固形分、全蒸発残留物）が高い被処理水が、ＴＤＳが低い被処理水から分離された濃縮水と混合されてから逆浸透処理されている。高濃度の塩分を含む海水等を廃物である濃縮水で希釈して、省エネルギ化や環境負荷の低減を図っている。

逆浸透膜モジュールに内蔵された逆浸透膜は、微生物の繁殖が原因で、ファウリングを生じることが知られている。配管内や逆浸透膜に微生物が付着して増殖すると、バイオフィルムが形成される。逆浸透膜にバイオフィルムが堆積すると、逆浸透膜が目詰まりを生じ、運転圧力が増大したり、膜性能が低下したりするため、逆浸透膜モジュールの洗浄、殺菌剤を添加した通水が行われている。

水処理の分野では、殺菌剤として、次亜塩素酸ナトリウムが広く使用されている。しかし、次亜塩素酸ナトリウム等の遊離塩素系薬剤は、逆浸透膜の材料として一般的なポリアミドを分解し、逆浸透膜を劣化させる。そのため、従来、配管や逆浸透膜モジュールの殺菌・洗浄には、結合塩素を有するクロラミンが多用されている。遊離塩素系薬剤を使用する場合、被処理水に注入した後、逆浸透膜に到達する以前に、還元剤で無害化している。

特許文献１には、統合型の逆浸透処理装置において、被処理水に薬剤を注入する技術が開示されている。特許文献１では、被処理水Ａを半透膜処理装置Ａで処理して淡水を製造すると共に、半透膜処理装置Ａで処理した際に生じる濃縮水Ａを被処理水Ｂに混合させ、その混合水を半透膜処理装置Ｂで処理して淡水を製造する造水方法において、被処理水Ａに第１薬剤を連続的あるいは間欠的に注入し、且つ、被処理水Ｂに第２薬剤を連続的あるいは間欠的に注入している（請求項１参照）。第２薬剤として塩素含有液を用いると、クロラミンが生成する旨が記載されている。

国際公開第２０１１／０２１４１５号

クロラミンは、次亜塩素酸ナトリウム等の遊離塩素系薬剤と比較すると、殺菌力は弱いものの、安定性が高く、逆浸透膜の材料として一般的なポリアミドを分解し難い薬剤である。そのため、クロラミンを添加した被処理水を通水すると、逆浸透膜を大きく劣化させることなく、逆浸透膜モジュールや配管を殺菌・洗浄することができる。クロラミンは、逆浸透膜に到達する前に無害化する必要がないため、逆浸透処理を続けながら逆浸透膜のファウリングを予防することができる。

しかし、クロラミンは、臭化物イオンの存在下において、ブロモアミンを生成することがある。ブロモアミンはポリアミド等を分解する作用が強いため、クロラミンを添加する被処理水に高濃度の臭化物イオンが含まれていると、逆浸透膜の劣化が進行してしまう。被処理水のＴＤＳが高く、臭化物イオンのような強酸化剤を発生させる成分が高濃度に含まれている場合であっても、逆浸透膜の膜性能を損なわず殺菌・洗浄することができる技術が求められている。

そこで、本発明は、逆浸透膜を大きく劣化させることなく逆浸透膜のファウリングを抑制して、ＴＤＳが高い被処理水を安定的に逆浸透処理することができる逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る逆浸透処理装置は、第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離する第１逆浸透膜ユニットと、前記第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い第２被処理水を前記第１濃縮水と混合して混合水とする混合部と、前記混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離する第２逆浸透膜ユニットと、を備え、前記第１濃縮水を前記第１逆浸透膜ユニットから前記混合部に送る第１濃縮水配管、又は、前記混合水を前記混合部から前記第２逆浸透膜ユニットに送る混合水配管は、配管内にクロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入するための薬注部を有し、前記第２被処理水を前記混合部に送る第２被処理水配管には、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入されることなく造水が行われる。

また、本発明に係る逆浸透処理方法は、第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離し、前記第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い第２被処理水を前記第１濃縮水と混合して混合水とし、前記混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離する逆浸透処理方法において、前記逆浸透処理の間に、前記第１濃縮水、又は、前記混合水に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を連続的又は間欠的に注入し、且つ、前記第２被処理水には、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入することなく造水を行う。

本発明に係る逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法によれば、逆浸透膜を大きく劣化させることなく逆浸透膜のファウリングを抑制して、ＴＤＳが高い被処理水を安定的に逆浸透処理することができる。

本発明の一実施形態に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。 逆浸透膜モジュールの構造の一例を示す断面図である。 逆浸透膜エレメントの構造の一例を示す斜視図である。 比較例に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。 本発明の変形例に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法について説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る逆浸透処理装置１は、第１逆浸透膜ユニット１０と、混合部１５と、第２逆浸透膜ユニット２０と、第１被処理水配管１１０と、第１透過水配管１２０と、第１濃縮水配管１３０と、第２被処理水配管１５０と、混合水配管２１０と、第２透過水配管２２０と、第２濃縮水配管２３０と、第１供給ポンプＰ１と、第１高圧ポンプＰ２と、第２供給ポンプＰ３と、第２高圧ポンプＰ４と、を備えている。

逆浸透処理装置１は、ＴＤＳが相対的に低い低ＴＤＳ水を逆浸透処理する第１処理系と、ＴＤＳが相対的に高い高ＴＤＳ水を逆浸透処理する第２処理系と、が統合された統合型の逆浸透処理装置である。逆浸透処理装置１において、低ＴＤＳ水が第１処理系で逆浸透処理されると濃縮水が分離され、濃縮水は高ＴＤＳ水と混合される。そして、濃縮水によって希釈された高ＴＤＳ水が第２処理系で逆浸透処理される。

低ＴＤＳ水としては、例えば、下水、雨水、生活廃水、工業廃水、汽水（河川水、湖沼水、地下水等）等が第１処理系に導入される。また、高ＴＤＳ水としては、各種の陽イオン及び陰イオンを高濃度で含む鹹水、例えば、海水、汽水、化石水等が第２処理系に導入される。これらの原水は、必要に応じて、濾過処理、凝集処理、殺菌処理、生物学的処理等の前処理を施されてから、逆浸透処理装置１に導入される。

第１逆浸透膜ユニット１０、及び、第２逆浸透膜ユニット２０は、それぞれ、一個又は複数個の逆浸透膜モジュールを備える。例えば、各逆浸透膜ユニットは、一個又は複数個の逆浸透膜モジュールバンクで構成することができる。また、各逆浸透膜モジュールバンクは、一個又は複数個の逆浸透膜モジュールで構成することができる。

逆浸透膜ユニットを構成する複数個の逆浸透膜モジュールバンクは、互いに直列の関係となるように配管を介して接続される。前段側の逆浸透膜モジュールバンクで分離された濃縮水は、後段側の逆浸透膜モジュールバンクで更に逆浸透処理される。逆浸透膜ユニットを処理単位として備えると、逆浸透膜モジュールの許容圧力の範囲内で、より高い回収率で脱塩水を造水することができる。

また、逆浸透膜モジュールバンクを構成する複数個の逆浸透膜モジュールは、互いに並列の関係となるように配管を介して接続される。並列に接続された複数個の逆浸透膜モジュールは、互いに同等の運転条件で逆浸透処理を行う。逆浸透膜モジュールバンクを処理単位として備えると、逆浸透膜モジュールの許容圧力の範囲内で、造水量を拡張することができる。

ここで、逆浸透膜ユニット１０，２０を構成する逆浸透膜モジュールの構造について説明する。

図２は、逆浸透膜モジュールの構造の一例を示す断面図である。
図２に示すように、逆浸透膜モジュールＭは、圧力容器５と、逆浸透膜エレメント６と、を備えている。圧力容器５は、略円筒形状を呈する容器であり、一方の端部に導入ポート５ａ、他方の端部に導出ポート５ｂを有している。圧力容器５の内部には、逆浸透膜エレメント６が収容されている。逆浸透膜エレメント６は、逆浸透膜７を備えており、圧力容器５の内部に直列状に配置されている。

なお、図２においては、計５個の逆浸透膜エレメント６が配置されているが、逆浸透膜エレメント６の個数は、逆浸透膜モジュールの仕様、逆浸透処理の条件等に応じて適宜の個数とすることができる。

図３は、逆浸透膜エレメントの構造の一例を示す斜視図である。
図３に示すように、逆浸透膜エレメント６は、逆浸透膜７が重ねられた膜積層体６ａが集水配管８の周囲に配置された構造を有している。膜積層体６ａは、袋体状の複数の逆浸透膜７と、メッシュ状のスペーサ９とが、集水配管８の周面に放射状に接合され、集水配管８の周囲にスパイラル状に巻回されて形成される。逆浸透膜７は、袋体の内部が集水配管８の透孔８ａに連通する位置に接合される。逆浸透膜７は、袋体の内側と膜同士の間とにスペーサ９が介装されて外形が保たれる。

図２に示すように、逆浸透膜エレメント６は、集水配管８が圧力容器５の長手方向に沿う向きとなるように圧力容器５に収容される。各逆浸透膜エレメント６の集水配管８は、互いに直列に連結されて、末端が開いた一つの管路を形成する。集水配管８の末端は、導出ポート５ｂが設けられた圧力容器５の端部から外側に引き出され、透過水を回収するための配管に接続される。

逆浸透膜モジュールＭには、浸透圧を超える圧力に加圧された被処理水が、導入ポート５ａを通じて導入される。そして、被処理水は、圧力容器５の長手方向に沿って流れる間に、逆浸透膜７によりクロスフロー濾過方式で逆浸透処理される。逆浸透が進むと、逆浸透膜７の二次側にイオン類が除去された水が移動し、逆浸透膜７の一次側にイオン類が残る。イオン類が濃縮された一次側の濃縮水は、導出ポート５ｂを通じて圧力容器５から排出される。一方、イオン類が除去された二次側の透過水は、集水配管８の内部に集水されて末端から排出される。

図１に示す統合型の逆浸透処理装置１では、第１逆浸透膜ユニット１０、及び、第２逆浸透膜ユニット２０のそれぞれが、被処理水の水質、透過水の回収率等に応じた適切な運転条件の下で被処理水を逆浸透処理する。第１逆浸透膜ユニット１０では、低ＴＤＳ水である第１被処理水が、第１透過水と第１濃縮水とに分離される。また、第２逆浸透膜ユニット２０では、第１濃縮水で希釈された高ＴＤＳ水（第２被処理水）である混合水が、第２透過水と第２濃縮水とに分離される。

なお、第１逆浸透膜ユニット１０、及び、第２逆浸透膜ユニット２０のそれぞれは、互いに同じ個数の逆浸透膜モジュールバンクで構成されてもよいし、互いに異なる個数の逆浸透膜モジュールバンクで構成されてもよい。また、個々の逆浸透膜モジュールバンクは、互いに同じ個数の逆浸透膜モジュールで構成されてもよいし、互いに異なる個数の逆浸透膜モジュールで構成されてもよい。各逆浸透膜モジュールに内蔵される逆浸透膜７は、逆浸透（Reverse Osmosis：ＲＯ）膜、ナノろ過（Nanofiltration：ＮＦ）膜のいずれであってもよい。

図１に示すように、第１逆浸透膜ユニット１０には、第１被処理水配管１１０と、第１透過水配管１２０と、第１濃縮水配管１３０と、が接続されている。第１濃縮水配管１３０の他端は、混合部１５に接続されている。

第１被処理水配管１１０は、低ＴＤＳ水である第１被処理水の供給元から第１逆浸透膜ユニット１０まで、第１被処理水を流す配管である。第１透過水配管１２０は、第１逆浸透膜ユニット１０から系外に向けて、第１透過水を流す配管である。第１濃縮水配管１３０は、第１逆浸透膜ユニット１０から混合部１５まで、第１濃縮水を流す配管である。

第１被処理水配管１１０には、第１被処理水の供給元から第１逆浸透膜ユニット１０に向けて第１被処理水を移送する第１供給ポンプＰ１と、第１逆浸透膜ユニット１０の逆浸透膜の浸透圧を超える圧力まで第１被処理水を昇圧する第１高圧ポンプＰ２と、が設置されている。

混合部１５には、第１濃縮水配管１３０に加え、第２被処理水配管１５０と、混合水配管２１０と、が接続されている。混合水配管２１０の他端は、第２逆浸透膜ユニット２０に接続されている。

第２被処理水配管１５０は、高ＴＤＳ水である第２被処理水の供給元から混合部１５まで、第２被処理水を流す配管である。なお、図１においては、混合部１５が処理槽の形態とされているが、混合部１５は、配管同士を連結した合流点等として設けてもよい。

第２逆浸透膜ユニット２０には、混合水配管２１０に加え、第２透過水配管２２０と、第２濃縮水配管２３０と、が接続されている。

混合水配管２１０は、混合部１５から第２逆浸透膜ユニット２０まで、混合水を流す配管である。第２透過水配管２２０は、第２逆浸透膜ユニット２０から系外に向けて、第２透過水を流す配管である。第２濃縮水配管２３０は、第２逆浸透膜ユニット２０から系外に向けて、第２濃縮水を流す配管である。

混合水配管２１０には、混合部１５から第２逆浸透膜ユニット２０に向けて混合水を移送する第２供給ポンプＰ３と、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜の浸透圧を超える圧力まで混合水を昇圧する第２高圧ポンプＰ４と、が設置されている。

図１に示すように、第１被処理水配管１１０には、配管内に薬剤を注入するための薬注部Ｉを設けることができる。第１被処理水配管１１０の薬注部Ｉには、薬注装置（１１，１２）を設置することができる。

第１被処理水配管１１０の薬注部Ｉは、第１被処理水配管１１０や第１逆浸透膜ユニット１０の殺菌・洗浄に用いられる。第１被処理水配管１１０の薬注部Ｉは、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を薬注するために用いることができる。これらの薬剤は、薬剤槽１１に用意され、逆浸透処理の間に、薬注ポンプ１２によって連続的又は間欠的に注入される。

図１に示すように、逆浸透処理装置１においては、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０のうち、少なくとも一方に、配管内に薬剤を注入するための薬注部（ＩＩ，ＩＩＩ）が設けられる。第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩには、薬注装置（２１，２２）を設置することができる。また、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩには、薬注装置（３１，３２）を設置することができる。

第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩは、第１濃縮水配管１３０や混合部１５や混合水配管２１０や第２逆浸透膜ユニット２０の殺菌・洗浄に用いられる。また、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩは、混合水配管２１０や第２逆浸透膜ユニット２０の殺菌・洗浄に用いられる。第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩや、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩは、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を薬注するために用いられる。これらの薬剤は、薬剤槽２１，３１に用意され、逆浸透処理の間に、薬注ポンプ２２，３２によって連続的又は間欠的に注入される。

各配管に薬注するクロラミンとしては、殺菌力や安定性が高い点で、主にモノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）が用いられるが、ジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）や、トリクロラミン（ＮＣｌ_３）を用いてもよい。また、各薬注部は、装置と一体化した管に薬剤を注入可能な管一体型の薬注装置を、配管同士の間に連結して設けてもよいし、配管内に薬剤を注入可能な配管注入型の薬注装置を、分岐させた配管や注入口を有する配管に接続して設けてもよい。

クロラミンは、結合塩素を有する比較的安定な塩素化合物であり、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）等の遊離塩素を水中で緩慢に生成する性質がある。クロラミンは、次亜塩素酸ナトリウム等の遊離塩素系薬剤と比較すると、殺菌力が弱いものの、逆浸透膜の材料として一般的なポリアミド、酢酸セルロース等を分解する作用が弱い薬剤である。そのため、クロラミンによると、遊離塩素系薬剤とは異なり、逆浸透膜を大きく劣化させることなく、逆浸透膜モジュールや配管を殺菌・洗浄することができる。

クロラミンの前駆物質としては、例えば、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム等の次亜塩素酸類を用いることができる。また、次亜塩素酸類と共に、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等のアンモニウム塩、アンモニア水等を用いることもできる。アンモニウム塩、アンモニア水等は、注入する配管に次亜塩素酸類とは別の薬注部を設けて、別の薬注装置を用いて注入することができる。

次亜塩素酸類は、アルカリ性の条件下、アンモニウムイオンとの反応によって、クロラミンを生成する。そのため、アンモニア濃度が高い水に次亜塩素酸類のみを薬注する方法や、次亜塩素酸類とアンモニウム塩、アンモニア水等との両方を薬注する方法によって、クロラミン自体を薬注する場合と同様に、逆浸透膜モジュールや配管を殺菌・洗浄することができる。

次に、逆浸透処理装置１を用いた造水方法（逆浸透処理方法）について説明する。

逆浸透処理装置１を用いた造水方法は、第１逆浸透膜ユニット１０で、低ＴＤＳ水である第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離し、混合部１５で、第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い高ＴＤＳ水である第２被処理水を第１濃縮水と混合して混合水とし、第２逆浸透膜ユニット２０で、混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離して、第１透過水や第２透過水を脱塩水として造水するものである。

第２被処理水のＴＤＳや、第２被処理水と第１濃縮水との混合比は、特に制限されるものではないが、通常、第２被処理水のＴＤＳは第１被処理水の２〜３倍以上である。第１逆浸透膜ユニット１０や第２逆浸透膜ユニット２０の運転条件、透過水の回収率等は、原水の水質、逆浸透膜モジュールの仕様等に応じて適宜の条件とされる。逆浸透膜モジュールの運転条件、透過水の回収率等は、透過水や濃縮水の流量を不図示の流量調整弁等で調節することによって調整することができる。

逆浸透処理装置１においては、第１逆浸透膜ユニット１０及び第２逆浸透膜ユニット２０による逆浸透処理の間に、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩ、及び、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩのうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入される。第１濃縮水、及び、混合水のうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入し、クロラミンを溶存した水を通水させることにより、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜モジュールや配管の殺菌・洗浄が行われる。

但し、第１逆浸透膜ユニット１０及び第２逆浸透膜ユニット２０による逆浸透処理の間に、第２被処理水配管１５０には、クロラミンや、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜でクロラミンが有効濃度となる量のクロラミンの前駆物質を、いずれも注入することなく、脱塩水の造水を行う。

一般には、第２逆浸透膜ユニット２０を殺菌・洗浄する目的で第２被処理水配管１５０にクロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入する場合、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜でクロラミンが有効濃度となる量を注入する必要がある。第２被処理水配管１５０の高ＴＤＳ水（第２被処理水）に注入されたクロラミンや、クロラミンの前駆物質とアンモニアとの反応によって生成したクロラミンは、第２逆浸透膜ユニット２０に到達するまでに、一部分解して殺菌力が弱まるためである。

しかし、逆浸透処理装置１においては、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０のうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入し、第２被処理水配管１５０には、クロラミン及び高濃度のクロラミンの前駆物質をいずれも注入しないものとする。第２逆浸透膜ユニット２０を殺菌・洗浄する目的の場合、第２被処理水配管１５０には、クロラミンやクロラミンの前駆物質をいずれも注入しないことがより好ましい。

図４は、比較例に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。
図４に示すように、従来の統合型の逆浸透処理装置（比較例に係る逆浸透処理装置）１００においては、第１逆浸透膜ユニット１０ａに向けて低ＴＤＳ水を流す配管に、薬注部αが設けられており、配管や第１逆浸透膜ユニット１０ａを殺菌・洗浄するために薬注装置（Ａ１，Ａ２）が設置されている。また、混合部１５ａに向けて高ＴＤＳ水を流す配管に、薬注部βが設けられており、配管や第２逆浸透膜ユニット２０ａを殺菌・洗浄するために薬注装置（Ｂ１，Ｂ２）が設置されている。薬注部α，βは、クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入に用いられている。

しかしながら、クロラミンやクロラミンの前駆物質を注入する水に、高濃度の臭化物イオンやヨウ化物イオンが含まれていると、これらのイオンとクロラミンとの共存下、大量の強酸化剤が生成する虞がある。例えば、クロラミンは、臭化物イオンの存在下、ｐＨに依存してブロモアミンを生成する。ブロモアミンは、強い酸化力を示し、殺菌力を有するが、逆浸透膜の材料として一般的なポリアミド、酢酸セルロース等を分解する作用も強く、一般に使用されている逆浸透膜を劣化させる。

特に、海水等の高ＴＤＳ水は、高濃度の臭化物イオンやヨウ化物イオンを含んでいる。ブロモアミン等の生成量（生成反応の反応速度）は、反応物（クロラミン、臭化物イオン等）の濃度に依存するため、濃縮水で希釈される前の高ＴＤＳ水は、ブロモアミン等を生成し易い状態にある。従来の統合型の逆浸透処理装置１００のように、高ＴＤＳ水が流れる薬注部βに、高濃度のクロラミンやクロラミンの前駆物質を注入すると、第２逆浸透膜ユニット２０ａにおいてブロモアミン等の強酸化剤が高濃度になり、逆浸透膜の劣化が進行してしまう。

これに対し、本実施形態に係る逆浸透処理装置１のように、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩ、及び、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩのうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入すると、第１濃縮水、及び、混合水のいずれも、臭化物イオン濃度やヨウ化物イオン濃度が低いため、ブロモアミン等の強酸化剤の生成を抑制しつつ、クロラミンによる殺菌・洗浄を行うことができる。

また、第２被処理水配管１５０に対して、クロラミン、及び、クロラミンの前駆物質をいずれも注入しないことにより、第２逆浸透膜ユニット２０においてブロモアミン等の強酸化剤の濃度を最小限に抑制することができる。第２逆浸透膜ユニット２０の殺菌・洗浄に必要な有効濃度のクロラミンは、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩや、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩから供給されるため、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜の劣化を抑制しつつ殺菌・洗浄を行うことができる。

特に、第１濃縮水配管１３０に注入すると、混合水配管２１０に注入する場合と比較して、クロラミンやクロラミンの前駆物質の濃度に対する臭化物イオン・ヨウ化物イオンの濃度比が、薬注部ＩＩ付近で極めて小さくなる。第１濃縮水は、希釈前の高ＴＤＳ水と比較して、臭化物イオンやヨウ化物イオンが低濃度である。そのため、第１濃縮水の濃縮率が低いほど、また、高ＴＤＳ水（第２被処理水）に対する第１濃縮水の混合比が大きいほど、第２逆浸透膜ユニット２０におけるクロラミンの有効濃度を確保するにあたって、ブロモアミン等の強酸化剤が生成する可能性を小さくすることができる。

一方、混合水配管２１０に注入すると、第１濃縮水配管１３０に注入する場合と比較して、クロラミンが、第２逆浸透膜ユニット２０に到達し易くなる。クロラミンは、第２逆浸透膜ユニット２０に到達するまでに、一部が分解して殺菌力が弱まるため、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜においてクロラミンが有効濃度となる量を、上流で注入する必要がある。例えば、第１濃縮水配管１３０には、第１濃縮水配管１３０や混合部１５の汚染防止を目的として、定量のクロラミンや定量のクロラミン前駆物質を注入し、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜においてクロラミンが有効濃度となる量を混合水配管２１０に注入することができる。混合水配管２１０に注入すると、混合部１５のＴＤＳや滞留時間にかかわらず、殺菌・洗浄に必要な有効濃度のクロラミンを容易に第２逆浸透膜ユニット２０に到達させることができるため、薬剤コストを低減することができる。

クロラミンやクロラミンの前駆物質の薬注は、造水中に連続的に行ってもよいし、造水中に間欠的に行ってもよい。また、クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入量は、所定時間あたり一定量を注入する定量注入に制御してもよいし、任意の測定位置におけるクロラミンの濃度に応じて可変的に制御してもよい。測定位置としては、例えば、図１に符号２０ａで示す第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口や、図１に符号２０ｂで示す第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口等が挙げられる。

クロラミンの濃度は、例えば、遊離塩素濃度と全塩素濃度を測定して結合塩素濃度を求める残留塩素センサ、酸化還元電位（Oxidation Reduction Potential：ＯＲＰ）センサ、ジエチルパラフェニレンジアミン（ＤＰＤ）法を利用する比色式センサ等によって測定することができる。これらのセンサは、例えば、図１に符号２０ａで示す第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口や、図１に符号２０ｂで示す第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口等に設置することができる。

クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入量は、第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口におけるクロラミンの濃度、又は、第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持されるように制御することが好ましい。例えば、これらの各位置において、クロラミンの濃度が結合塩素濃度として０．０５〜１０ｍｇ／Ｌ程度に維持される注入量とすることができる。

第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口における濃度を維持すると、殺菌・洗浄に必要な有効濃度のクロラミンを確保しつつ、過剰なクロラミンが第２逆浸透膜ユニット２０に流入するのを防ぐことができる。第２逆浸透膜ユニット２０に到達するクロラミンの濃度を適切に制御することができるため、クロラミンによる逆浸透膜の劣化を最小限に抑制することができる。

一方、第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口における濃度を維持すると、殺菌・洗浄に必要な有効濃度のクロラミンを第２逆浸透膜ユニット２０の全体で確保することができる。第２逆浸透膜ユニット２０に流入したクロラミンが、第２逆浸透膜ユニット２０の途中で殺菌力を喪失するのを防ぐことができるため、第２逆浸透膜ユニット２０の下流側も十分に殺菌・洗浄することができる。

逆浸透処理装置１において、クロラミンやクロラミンの前駆物質を注入するための薬注部は、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０のうち、少なくとも一方に設けることができるが、図１に示すように、第１濃縮水配管１３０及び混合水配管２１０の両方に設けることが好ましい。これらの薬注部（ＩＩ，ＩＩＩ）には、互いに独立した注入量で、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入することができる。

クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入量は、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩにおいて、第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口、又は、第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持されるように制御してもよい。このような制御によると、第１濃縮水配管１３０から第２逆浸透膜ユニット２０までを、十分なクロラミンを溶存した水の通水によって確実に殺菌・洗浄することができる。

また、クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入量は、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩにおいて、所定時間あたり一定量を注入する定量注入に制御し、且つ、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩにおいて、第２逆浸透膜ユニット２０の被処理水入口、又は、第２逆浸透膜ユニット２０の濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持されるように制御してもよい。このような制御によると、第１濃縮水のクロラミンが、混合部１５における高ＴＤＳ水との混合で殺菌力を低下したとしても、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜においてクロラミンの有効濃度を維持することができるので、第１濃縮水配管１３０や混合部１５の汚染を防止しつつ第２逆浸透膜ユニット２０を殺菌・洗浄するにあたり、総注入量を抑制することができる。

以上の本実施形態に係る逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法によると、第１濃縮水配管を流れる第１濃縮水、及び、混合水配管を流れる混合水のうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入され、ＴＤＳが高い第２被処理水には、クロラミン及び高濃度のクロラミンの前駆物質が注入されないため、ブロモアミン等の強酸化剤による逆浸透膜の劣化を避けつつ、第２逆浸透膜ユニットの逆浸透膜モジュールや配管の殺菌・洗浄を継続することができる。薬注された被処理水の通水によって、配管や圧力容器内にバイオフィルムが形成され難くなるため、逆浸透膜のファウリングが発生し難くなり、安定した運転圧力や回収率で長期間にわたって逆浸透処理を続けることが可能になる。よって、逆浸透膜を大きく劣化させることなく逆浸透膜のファウリングを抑制して、ＴＤＳが高い被処理水を安定的に逆浸透処理することができる統合型の逆浸透処理を提供することができる。

次に、本発明の変形例に係る逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法について説明する。前記の逆浸透処理装置１は、高ＴＤＳ水である第２被処理水を流す第２被処理水配管１５０を個別に殺菌・洗浄する装置構成とし、造水中に第２被処理水配管１５０の殺菌・洗浄を行うこともできる。

図５は、本発明の変形例に係る逆浸透処理装置の構成を示す図である。
図５に示すように、変形例に係る逆浸透処理装置２は、前記の逆浸透処理装置１と同様に、第１逆浸透膜ユニット１０と、混合部１５と、第２逆浸透膜ユニット２０と、第１被処理水配管１１０と、第１透過水配管１２０と、第１濃縮水配管１３０と、第２被処理水配管１５０と、混合水配管２１０と、第２透過水配管２２０と、第２濃縮水配管２３０と、第１供給ポンプＰ１と、第１高圧ポンプＰ２と、第２供給ポンプＰ３と、第２高圧ポンプＰ４と、を備えている。

変形例に係る逆浸透処理装置２が、前記の逆浸透処理装置１と異なる点は、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０のうち、少なくとも一方に加え、第２被処理水配管１５０にも、別の薬剤を薬注するための薬注部ＩＶが設けられている点である。また、混合水配管２１０には、薬注部ＩＩＩに加え、別の薬剤を薬注するための薬注部Ｖが設けられている。

図５に示すように、逆浸透処理装置２には、前記の逆浸透処理装置１と同様に、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０のうち、少なくとも一方に、配管内に薬剤を注入するための薬注部（ＩＩ，ＩＩＩ）が設けられる。第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩには、薬注装置（２１，２２）を設置することができる。また、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩには、薬注装置（３１，３２）を設置することができる。

また、第２被処理水配管１５０には、例えば、海水等の高ＴＤＳ水（第２被処理水）を前処理する不図示の濾過装置等の直後に、薬注部ＩＶが設けられる。第２被処理水配管１５０の薬注部ＩＶには、薬注装置（４１，４２）を設置することができる。また、混合水配管２１０には、例えば、第２供給ポンプＰ３の下流、且つ、第２高圧ポンプＰ４の上流に、薬注部Ｖが設けられる。混合水配管２１０の薬注部Ｖには、薬注装置（５１，５２）を設置することができる。なお、薬注部Ｖは、第２被処理水配管１５０や、混合部１５に設けてもよい。

第２被処理水配管１５０の薬注部ＩＶは、第２被処理水配管１５０や混合部１５や混合水配管２１０や第２逆浸透膜ユニット２０の殺菌・洗浄に用いられる。第２被処理水配管１５０の薬注部ＩＶは、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム等の遊離塩素系薬剤を注入するために用いられる。遊離塩素系薬剤は、薬剤槽４１に用意され、逆浸透処理の間、且つ、第２被処理水配管１５０の洗浄時に、薬注ポンプ４２によって間欠的に注入される。

混合水配管２１０等に設けられる薬注部Ｖは、遊離塩素を無害化する還元剤を薬注するために用いられる。還元剤としては、例えば、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等の各種の化合物を用いることができる。還元剤は、薬剤槽５１に用意され、第２被処理水配管１５０に遊離塩素系薬剤が注入される間に、薬注ポンプ４２によって連続的又は間欠的に注入される。

逆浸透処理装置２においては、前記の逆浸透処理装置１と同様に、第１逆浸透膜ユニット１０及び第２逆浸透膜ユニット２０による逆浸透処理の間に、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩ、及び、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩのうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入される。

逆浸透処理装置２においては、第１逆浸透膜ユニット１０及び第２逆浸透膜ユニット２０による逆浸透処理の間に、第２被処理水配管１５０を殺菌・洗浄するために、第２被処理水配管１５０の薬注部ＩＶに遊離塩素系薬剤を注入することができる。通常、第２被処理水配管１５０は、クロラミンが注入されないため、配管内で微生物が繁殖する虞がある。しかし、第２被処理水配管１５０に遊離塩素系薬剤を注入すると、第２被処理水配管１５０自体を殺菌・洗浄することができるため、下流における微生物の繁殖も予防することができる。

遊離塩素系薬剤の注入量は、例えば、混合部１５の入口や、混合部１５の出口における遊離塩素の濃度が所定範囲に維持されるように制御することができる。遊離塩素系薬剤は、殺菌力が高いため、間欠的に注入することによって、第２被処理水配管１５０の殺菌・洗浄に必要な有効濃度を確保することができる。

逆浸透処理装置２においては、第２被処理水配管１５０に遊離塩素系薬剤が注入される間に、第２被処理水配管１５０、混合部１５、及び、混合水配管２１０のうちの少なくとも一以上に還元剤を注入することが好ましい。還元剤を注入すると、遊離塩素系薬剤が第２被処理水配管１５０に注入されたとき、第２逆浸透膜ユニット２０よりも上流で遊離塩素を無害化することができる。そのため、第２逆浸透膜ユニット２０の逆浸透膜を大きく劣化させることなく、第２被処理水配管１５０の殺菌・洗浄を行うことができる。

逆浸透処理装置２においては、第２被処理水配管１５０、混合部１５、混合水配管２１０の少なくとも一つに還元剤が注入される間に、第１濃縮水配管１３０、又は、混合水配管２１０、又は、第１濃縮水配管１３０と混合水配管２１０の両方において、クロラミン及びクロラミンの前駆物質の注入が停止されることが好ましい。クロラミンやクロラミンの前駆物質は、還元剤によって分解されて殺菌力を失う。クロラミンやクロラミンの前駆物質の注入を停止すると、配管内のクロラミンが還元剤によって分解されなくなるため、クロラミンやクロラミンの前駆物質が無駄打ちにならなくて済み、薬剤コストが低減される。

但し、第２逆浸透膜ユニット２０の保護を目的とするクロラミンの注入は、混合水配管２１０中に還元剤がある場合、無効化されるため、還元剤が注入される間に、薬注を停止することが望ましい一方で、第１濃縮水配管１３０の保護を目的として第１濃縮水配管１３０に注入するクロラミンについては、薬注を継続しても構わない。

以上の変形例に係る逆浸透処理装置及び逆浸透処理方法によると、第１濃縮水配管を流れる第１濃縮水、及び、混合水配管を流れる混合水のうち、少なくとも一方に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入されるため、逆浸透膜を大きく劣化させることなく、第２逆浸透膜ユニットの逆浸透膜モジュールの殺菌・洗浄を行うことができる。また、高ＴＤＳ水である第２被処理水を流す第２被処理水配管が個別に殺菌・洗浄されるため、第２被処理水配管にバイオフィルムが形成され難くなり、希釈前の高ＴＤＳの水質に起因する第２逆浸透膜ユニットの逆浸透膜のファウリングが、より発生し難くなる。よって、逆浸透膜を大きく劣化させることなく逆浸透膜のファウリングを抑制して、ＴＤＳが高い被処理水を安定的に逆浸透処理することができる統合型の逆浸透処理を提供することができる。

以上、本発明について説明したが、本発明は、前記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態や変形例が備える全ての構成を備えるものに限定されない。実施形態や変形例の構成の一部を他の構成に置き換えたり、実施形態や変形例の構成の一部を他の形態に追加したり、実施形態や変形例の構成の一部を省略したりすることができる。

例えば、前記の逆浸透処理装置１，２において、第１濃縮水配管１３０、及び、混合水配管２１０の両方に薬注部が設けられており、両方に薬注装置が設置されているが、いずれか一方のみに薬注部を設けてクロラミンやクロラミンの前駆物質を注入してもよい。このような場合、クロラミンやクロラミンの前駆物質を注入しない配管には、薬注部や薬注装置を設けなくてもよい。

また、前記の逆浸透処理装置１，２において、逆浸透膜モジュールの具体例として、図２及び図３に示す形態が挙げられているが、逆浸透処理装置が備える逆浸透膜は、例えば、スパイラル型、チューブラ型、中空糸型等の適宜のモジュールとして備えることができる。薬注装置としては、薬注槽、薬注ポンプ等に加え、ｐＨ調整機構、ｐＨセンサ等の機器を備える適宜の装置を用いることができる。

また、図１及び図５において、第１被処理水配管１１０の薬注部Ｉ、第１濃縮水配管１３０の薬注部ＩＩ、混合水配管２１０の薬注部ＩＩＩ、第２被処理水配管１５０の薬注部ＩＶ、及び、混合水配管２１０の薬注部Ｖは、配管上の所定位置に設けられているが、これらの薬注部は、殺菌・洗浄に適した配管上の任意の位置に設けることができる。

１ 逆浸透処理装置
２ 逆浸透処理装置
５ 圧力容器
５ａ 導入ポート
５ｂ 導出ポート
６ 逆浸透膜エレメント
６ａ 膜積層体
７ 逆浸透膜
８ 集水配管
８ａ 透孔
９ スペーサ
１０ 第１逆浸透膜ユニット
１５ 混合部
２０ 第２逆浸透膜ユニット
１１０ 第１被処理水配管
１２０ 第１透過水配管
１３０ 第１濃縮水配管
１５０ 第２被処理水配管
２１０ 混合水配管
２２０ 第２透過水配管
２３０ 第２濃縮水配管
Ｐ１ 第１供給ポンプ
Ｐ２ 第１高圧ポンプ
Ｐ３ 第２供給ポンプ
Ｐ４ 第２高圧ポンプ
Ｉ 薬注部
ＩＩ 薬注部
ＩＩＩ 薬注部
ＩＶ 薬注部
Ｖ 薬注部

Claims (10)

1. 第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離する第１逆浸透膜ユニットと、
   前記第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い第２被処理水を前記第１濃縮水と混合して混合水とする混合部と、
   前記混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離する第２逆浸透膜ユニットと、を備え、
   前記第１濃縮水を前記第１逆浸透膜ユニットから前記混合部に送る第１濃縮水配管、又は、前記混合水を前記混合部から前記第２逆浸透膜ユニットに送る混合水配管は、配管内にクロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入するための薬注部を有し、
   前記第２被処理水を前記混合部に送る第２被処理水配管には、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が注入されることなく造水が行われる逆浸透処理装置。
2. 請求項１に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第２逆浸透膜ユニットの被処理水入口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持される逆浸透処理装置。
3. 請求項１に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第２逆浸透膜ユニットの濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持される逆浸透処理装置。
4. 請求項１に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第２被処理水配管の洗浄時に、前記第２被処理水配管に遊離塩素系薬剤が注入される逆浸透処理装置。
5. 請求項４に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第２被処理水配管の洗浄時に、前記第２被処理水配管、前記混合部、及び、前記混合水配管のうちの少なくとも一以上に還元剤が注入される逆浸透処理装置。
6. 請求項５に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記還元剤が注入される間に、前記第１濃縮水配管、前記混合水配管、又は、前記第１濃縮水配管と前記混合水配管の両方において、クロラミン及びクロラミンの前駆物質の注入が停止される逆浸透処理装置。
7. 請求項１に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第１濃縮水配管、及び、前記混合水配管に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質が連続的又は間欠的に注入される逆浸透処理装置。
8. 請求項７に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第１濃縮水配管における注入量は、前記第２逆浸透膜ユニットの被処理水入口又は濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持されるように制御される逆浸透処理装置。
9. 請求項７に記載の逆浸透処理装置であって、
   前記第１濃縮水配管における注入量は、一定に制御され、前記混合水配管における注入量は、前記第２逆浸透膜ユニットの被処理水入口又は濃縮水出口におけるクロラミンの濃度が所定範囲に維持されるように制御される逆浸透処理装置。
10. 第１被処理水を逆浸透処理して第１透過水と第１濃縮水とに分離し、
    前記第１被処理水よりも全蒸発残留物が多い第２被処理水を前記第１濃縮水と混合して混合水とし、
    前記混合水を逆浸透処理して第２透過水と第２濃縮水とに分離する逆浸透処理方法において、
    前記第１濃縮水、又は、前記混合水に、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を連続的又は間欠的に注入し、且つ、前記第２被処理水には、クロラミン又はクロラミンの前駆物質を注入することなく造水を行う逆浸透処理方法。

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