JP5488466B2

JP5488466B2 - 造水装置

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Publication number: JP5488466B2
Application number: JP2010522521A
Authority: JP
Inventors: 啓伸鈴木; 祐之田中; 寛生高畠; 吉佑中村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: AU2010285918A1; JPWO2011021420A1; WO2011021420A1; US9126853B2; EP2468685A4; EP2468685A1; CN102471102B; MX2012001956A; CN102471102A; SG178303A1; US20120145610A1

Description

本発明は、複合的な水処理技術を利用した造水システムにより、複数種の原水から淡水を製造する造水装置に関するものである。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できる造水装置に関するものである。

近年、水に関わる技術が数多く開発されているが、その中で膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。

水処理で用いられる分離膜は、ナノろ過膜（ＮＦ膜）／逆浸透膜（ＲＯ膜）と、精密ろ過膜（ＭＦ膜）／限外ろ過膜（ＵＦ膜）との２つに大別される。前者は海水やかん水からの脱塩用、イオン除去用などに用いられ、一方、後者は河川水や地下水、下水処理水から、工業用水や水道水を製造する浄水プロセスで用いられる。さらに、従来、活性汚泥法で処理されていた下水や産業廃水を、活性汚泥槽に直接浸漬させたＭＦ膜／ＵＦ膜で処理する「膜分離活性汚泥法（ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏｒｅａｃｔｅｒ；ＭＢＲ）」と呼ばれる処理も活発に行なわれてきている。

水不足が叫ばれる昨今の状況から、これら膜を用いた水処理法は更なる技術開発を行なわれ、近年では、ＭＦ膜／ＵＦ膜を用いて海水あるいはかん水中の有機物や微粒子を除去、あるいは下水や産業廃水をＭＢＲにて浄化といった前処理を行なった後に、ＲＯ膜で処理して効率的に淡水を生産する「統合的膜利用システム（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＭｅｍｂｒａｎｅＳｙｓｔｅｍ；ＩＭＳ）」と呼ばれる手法を採用する造水施設が、水不足に苦しむ中東地域やアジア地域等にて多数建設されている。

現在、海水あるいはかん水から淡水を生産するシステムとしては、例えば、従前の浄水化技術である砂ろ過による前処理を実施した後、ＮＦ膜／ＲＯ膜で処理する技術の他に、前述のように海水あるいはかん水をＭＦ膜／ＵＦ膜を用いて前処理した後にＮＦ膜／ＲＯ膜で処理する方法が挙げられるが、このシステムでは前処理で海水中の塩分を除去することができないため、塩分除去はすべて後段のＮＦ膜／ＲＯ膜での処理に依存することになる。そうすると、浸透圧より高い供給圧力を必要とするＮＦ膜／ＲＯ膜による膜処理法では、ＮＦ膜／ＲＯ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、ＮＦ膜／ＲＯ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に多く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、非特許文献１や非特許文献２に記載の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。

本技術によると、ＭＢＲで下水を処理した後、ＲＯ膜を用いて淡水を生産し、さらに、ＲＯ膜処理を実施した際に生じる濃縮水を海水に混合しているため、従来よりも効率的に淡水を生産できると共に、ＲＯ膜処理される海水中の塩濃度を低下させ、海水淡水化に使用されるＲＯ膜処理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を実現したことになる。

本技術では、下水をＭＢＲ処理しＲＯ膜処理する下水処理ラインから副生するＲＯ膜濃縮水を、そのまま海水淡水化処理ラインでの供給水の海水に合流させることが想定されているので、非特許文献１や非特許文献２には、処理フロー図として、図１のようなものが示されている。図１は、非特許文献１および非特許文献２に記載された従来の下水−海水淡水化統合システムのフロー図である。図１において、被処理水Ａ（下水）は前処理設備１（ＭＢＲ）にて、有機物の分解や浮遊成分や微粒子などの分離除去が行なわれ、処理水が得られる。さらにこの処理水は、被処理水Ａ処理ライン側の第１半透膜処理設備２（ＲＯ膜処理設備）によってＲＯ膜処理され生産水（淡水）と濃縮水とが得られる。上記文献記載の技術では、ここで得られた濃縮水を被処理水Ｂ処理ラインに合流させ、被処理水Ｂ（海水）と混合させ、被処理水Ｂの浸透圧を低減させている。濃縮水が混合された被処理水Ｂは、第２半透膜処理設備３（ＲＯ膜処理設備）によってＲＯ膜処理され生産水（淡水）と濃縮水とが得られる。その後、第１半透膜処理設備２および第２半透膜処理設備３にて得られた生産水（淡水）は合流し、淡水として様々な用途に利用される。

しかしながら、本技術において、原水として、下水や産業廃水、あるいは海水をＭＦ膜／ＵＦ膜で前処理した前処理水を使用する場合、それらの処理水量が時間単位や日単位で変動することがある。図１の処理フローでは、第１半透膜処理設備２から流出した濃縮水の配管４と被処理水Ｂの配管５が合流しているのみで、濃縮水、被処理水Ｂのそれぞれの流量を制御していない。さらに、濃縮水と被処理水Ｂが合流した後に、２種類の水を混合させる手段を設けていない。

このような従来の処理フローにおいて、前述の処理水量が変動すると、下水処理ラインから副生するＲＯ膜濃縮水と海水とが混合する際、混合比が変動し、その混合後に海水処理ライン側のＲＯ膜へ供給される塩濃度（浸透圧）等の水質が変動する。供給水の塩濃度等の水質が変動すると、ＲＯ膜にかかる負荷が大きくなり、安定的な処理が行えなくなるとともに、膜寿命が短くなり易い。あるいは、第２半透膜処理設備の仕様によっては、第２半透膜処理設備３の運転を完全にもしくは一部を停機せざるを得ないといった問題点もある。さらには、非特許文献１や非特許文献２のフロー図では、合流後に積極的に混合する手段を設けていないので、混合された水は均一に混ざらずに濃度分極（浸透圧分極）が生じたままでＲＯ膜に供給されることになり易く、この場合にもＲＯ膜にかかる負荷が大きくなり、安定的な処理が行えなくなるとともに、膜寿命が短くなり易い。膜寿命が短くなると、メンテナンスやＲＯ膜交換の頻度が上がるという問題が生じる。あるいは、上記と同様、第２半透膜処理設備３の仕様によっては、第２半透膜処理設備３の運転を完全にもしくは一部を停機せざるを得ないといった問題点もある。

ところで、原水を前処理してＲＯ膜に供給する水処理システムにおいては、例えば、前処理として砂ろ過処理をした後、その処理水を前処理水槽に貯留し、供給ポンプおよび高圧ポンプを使用し、ＲＯ膜に原水を供給することや、インバーターで高圧ポンプの供給流量を制御することが知られている（特許文献１）。

また、ＲＯ膜を直列につなげて海水淡水化を行なう場合において、１段目ＲＯ膜で海水を処理した際に生じた濃縮水を２段目ＲＯ膜に供給する際に、その流量および操作圧力を調整する弁を設けることや、中継水槽を設置することが知られている（特許文献２）。

さらに、特許文献２と同様にＲＯ膜を直列につなげて海水淡水化を行なう場合において、１段目ＲＯ膜を２本のＲＯ膜エレメント２本から成るＲＯ膜モジュールとして、各ＲＯ膜エレメントの処理水を混合後に２段目ＲＯ膜に供給する際、流量調整バルブで制御することが知られている（特許文献３）。

これらの手段を用いることによって後段のＲＯ膜処理に供給される原水の流量を調整することは可能になる。

しかし、前述のような異なる原水を混合する造水システムにおいては、前段の処理から供給される原水量の変動が生じ、混合後の水質の変動や不均一が生じるため、単に調整弁で流量調整をしたり、水槽を設けたりするのみでは、前記した問題を解消することは難しい。

特開平９−２９２５２号公報特開２００６−１６７５３３号公報特開２００４−９７９１１号公報

"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、複合的な水処理技術を利用して、複数種の原水から淡水を生産する装置にて、被処理水Ａを第１半透膜処理設備で処理した際に生じる濃縮水と、被処理水Ｂとを混合して第２半透膜処理設備で処理する場合に、前記濃縮水と前記被処理水Ｂの流量比（混合比）を常に一定に保ち、前記第２半透膜処理設備の膜にかかる負荷を抑制し、膜寿命を悪化させないために有効な淡水生産用の造水装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は次の構成をとる。

（１）少なくとも、被処理水Ａを第１の半透膜処理設備で処理して淡水を生成する処理プロセスＡと、前記第１の半透膜処理設備から流出する濃縮水と別途供給される被処理水Ｂとを混合し、第２の半透膜処理設備で処理して淡水を生成する処理プロセスＢとを備えた造水装置において、前記第１の半透膜処理設備から流出する前記濃縮水と前記被処理水Ｂとを合流する前にそれぞれ貯留するための貯留槽Ａと貯留槽Ｂが配設され、さらに、貯留槽Ａ及びＢから供給される前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの流量を制御するための手段が配設されていることを特徴とする造水装置。

（２）前記被処理水Ａの浸透圧が前記被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であることを特徴とする（１）に記載の造水装置。

（３）前記貯留槽Ｂの上流側に前処理設備を備えていることを特徴とする（１）または（２）に記載の造水装置。

（４）前記濃縮水と前記被処理水Ｂとを貯留する貯留槽Ｃが配設され、さらに、前記貯留槽Ｃから前記第２の半透膜処理装置に供給される混合水の流量を制御するための手段が配設されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の造水装置。

（５）前記濃縮水及び前記被処理水Ｂを混合する手段が配設されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の造水装置。

（６）前記濃縮水の浸透圧が前記被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の造水装置。

（７）貯留槽Ａ及びＢから供給される前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの流量を制御する手段として、流量制御のために開度を調整できる電磁開閉弁、流量制御のために開度が制御されるインバーター制御式開閉弁、及び、流量制御のために供給量がインバーター制御されるポンプから選ばれる１以上が、前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの供給配管途中に配設されていることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の造水装置。

（８）前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの供給配管途中に、さらに、ポンプ及び／又は開閉弁が配設されていることを特徴とする（７）に記載の造水装置。

（９）前記濃縮水及び前記被処理水Ｂを混合する手段として、撹拌手段を備えた前記貯留槽Ｃ、管内撹拌素子、及び、阻流板を設けた撹拌手段から選ばれる１以上が配設されていることを特徴とする（５）〜（８）のいずれかに記載の造水装置。

本発明によると、複合的な水処理技術を利用して、複数種の原水から淡水を生産する装置によって、第１の半透膜処理設備の濃縮水と別の被処理水Ｂとを混合して第２の半透膜処理設備で処理する場合に、濃縮水と被処理水Ｂの流量比（混合比）を一定に保つことが可能になり、前記第２の半透膜処理設備の処理媒体（半透膜）にかかる負荷変動を抑制し、膜寿命の悪化を防止することができ、安定的に淡水を生産することができるようになる。

従来の下水−海水淡水化統合システムを示すフロー図である。本発明の造水システムの一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムの別の一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムのさらに別の一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムのさらに別の一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムのさらに別の一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムのさらに別の一実施態様を示すフロー図である。本発明の造水システムのさらに別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。

複数種の原水から淡水を製造する従来の造水システムとしては、図１に示すフロー図の下水−海水淡水化統合システム（非特許文献１および非特許文献２）がある。この従来の造水システムでは、万一、第１半透膜処理設備２の全体もしくは一部に何らかの問題が生じた場合や、薬品洗浄が必要となり、一部設備が停機して半透膜処理が不十分になった場合に、濃縮水の供給量が減少する。その結果、混合水の浸透圧が高くなり、それに伴って、第２半透膜処理設備３の運転時にかかるエネルギーも通常時より高くなり、下水−海水淡水化統合システムのメリットである低エネルギー運転の実現が難しくなる。また、浸透圧の高い混合水を第２半透膜処理設備３で処理する場合、第２半透膜処理設備３内の処理媒体（半透膜）への供給圧力を高くすることになるので、第２半透膜処理設備３内の処理媒体（半透膜）に負荷がかかり、処理媒体の寿命が通常よりも短くなり、メンテナンスや処理媒体交換の頻度が上がるという問題がある。あるいは、第２半透膜処理設備の仕様によっては、第２半透膜処理設備３の運転を完全にもしくは一部を停機せざるを得ないといった問題点もある。

さらに、被処理水Ａが下水や産業廃水等のように流量変動する場合もある。被処理水Ａの流量が増えた場合には、第１半透膜処理設備２で処理可能な流量を超えていれば、被処理水Ａの一部を処理できなくなる。一方、被処理水Ａの増加量が第１半透膜処理設備２で処理可能な流量内であれば、第１半透膜処理設備２から流出する濃縮水の流量が増加し、被処理水Ｂとの混合水の浸透圧をより低減化できるといったメリットはある反面、被処理水Ａ由来の不純物により、第２半透膜処理設備３内の処理媒体（半透膜）が詰まり易くなるため、処理媒体の寿命が通常よりも短くなり、メンテナンスや処理媒体交換の頻度が上がるという問題点がある。逆に、被処理水Ａの流量が減った場合には、第１半透膜処理設備２から流出する濃縮水の流量が減り、第１半透膜処理設備２の安定的な処理が妨げられると同時に、被処理水Ｂとの混合水の浸透圧を低減化することができず、第２半透膜処理設備３の運転時にかかるエネルギーも通常時より高くなり、下水−海水淡水化統合システムのメリットである低エネルギー運転の実現が難しくなったり、両方あるいは片方の処理設備の全体もしくは一部を停機せざるを得なくなったりするという問題点がある。

そこで、本発明者らは、この課題を解決するため、図２〜８に示すような造水装置を考案した。

図２は、第１半透膜処理装置２から流出する濃縮水と被処理水Ｂとを合流する前にそれぞれを貯留するための貯留槽Ａ（７）と貯留槽Ｂ（８）を設け、貯留槽Ａ、Ｂから供給される濃縮水及び被処理水Ｂの流量及び流量比を制御するための手段１０〜１３を設置した実施態様を示す。

図３は、被処理水Ｂが前処理設備１４での処理によって生産された水であり、被処理水Ｂを貯留槽Ｂ（８）に貯留して、濃縮水との合流点へ被処理水Ｂを供給する実施態様を示す。

図４は、貯留槽Ｂ（８）に貯留された被処理水Ｂが、槽外に取り出し可能な配管１５を備え、取り出し配管１５から取り出された被処理水Ｂが前処理設備１４の洗浄に使用される実施態様を示す。

図５は、貯留槽Ｃ（１８）と、貯留槽Ｃ（１８）から供給される混合水の流量を制御するための手段として、混合水の供給手段２０と混合水の流量計２１を設置した実施態様を示す。

図６は、濃縮水と被処理水Ｂを混合する手段として、貯留槽Ｃ（１８）内に撹拌手段２２を設置した実施態様を示す。

図７は、濃縮水と被処理水Ｂを混合する手段として、管内撹拌素子２３を設置した実施態様を示す。

図８は、濃縮水と被処理水Ｂを混合する手段として、阻流板２４を設置した実施態様を示す。

図２において、被処理水Ａは、第１半透膜処理設備２に供給され、処理プロセスＡが行われ、淡水と濃縮水が得られる。流出した濃縮水は濃縮水配管４を通って貯留槽Ａ（７）に一旦貯留される。貯留槽Ａ（７）に貯留された濃縮水は、濃縮水供給配管９を流れ、下記被処理水Ｂとの合流点に至る。一方、被処理水Ｂは、貯留槽Ｂ（８）に一旦貯留される。貯留された被処理水Ｂは、被処理水Ｂ供給配管５を流れ、上記濃縮水との合流点に至る。

それぞれの供給配管を流れる濃縮水及び被処理水Ｂは合流点にて混合され、その後、第２半透膜処理設備３で処理され、淡水と濃縮水とが得られる。淡水は、第１半透膜処理設備２からの淡水と共に、淡水として系外に取り出される。濃縮水は第２濃縮水配管６により系外に取り出される。

本発明では、それぞれの原水（被処理水Ａ、被処理水Ｂ）の供給量が大きく変動する場合でも、濃縮水と被処理水Ｂとを混合する前にそれぞれを貯留するための貯留槽Ａ（７）、貯留槽Ｂ（８）を設けており、さらに、それぞれ濃縮水供給配管９、被処理水Ｂ供給配管５の途中に貯留槽Ａ（７）及び貯留槽Ｂ（８）から供給される濃縮水及び被処理水Ｂの流量を制御する手段を設けているため、濃縮水と被処理水Ｂとの混合水を常に一定の流量、さらには、それらの流量比も制御することで、常に一定の流量比（混合比）で第２半透膜処理設備３へと供給することが可能となり、第２半透膜処理設備３を低負荷で安定的に稼働させることができる。また、それらの流量の制御は、濃縮水流量計１１及び被処理水Ｂ流量計１３により行えばよい。

ここで設置される貯留槽Ａ、Ｂは、貯留される水の水質や水量に応じた水槽であればよい。また、図示はしないが、所定水量を超えた時にオーバーフロー排水するためのオーバーフロー配管が設けられていてもよい。

この造水システムにおいて、被処理水Ｂに濃縮水を混合しても不都合を生じないためには、第１半透膜処理設備２で得られる濃縮水は、その浸透圧が被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であって、被処理水Ｂに濃縮水を混合しても、混合後の浸透圧が被処理水Ｂの浸透圧と同等以下となることが好ましい。したがって、濃縮水の原水である被処理水Ａの浸透圧も被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であることが好ましい。

このような浸透圧の関係とするためには、被処理水Ａとして浸透圧の低い原水を用い、被処理水Ｂ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、あるいはこれらを前処理した後の処理水が挙げられる。

特に下水や産業廃水等のように不純物を多く含む水を原水として用いる場合には、前処理設備によって不純物を除外した前処理水を被処理水Ａや被処理水Ｂとして用いることが好ましい。ここで、前処理設備としては、活性汚泥処理設備や、活性汚泥処理とＭＦ／ＵＦ膜あるいは砂ろ過との二段処理設備、ＭＢＲ設備、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過処理設備あるいは砂ろ過処理設備、などが使用できる。

また、上記した前処理設備を効率的に稼動させるためには、凝集剤やｐＨ調整剤、次亜塩素酸ナトリウムのような酸化剤を添加しても構わない。また、前処理設備で膜を使用する場合、使用される膜についても特に限定されることはなく、平膜、中空糸膜、管状型膜、その他いかなる形状のものも適宜用いることができる。膜の素材については、特に限定しないが、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースや、セラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいると好ましい。

上記のように、前記濃縮水の浸透圧が前記被処理水Ｂの浸透圧と同等以下となるように、原水を組合せれば、濃縮水を混合することによって被処理水Ｂの浸透圧を低下できるので、第２半透膜処理設備３に供給する混合水の昇圧水準を抑えることができ、第２半透膜処理設備で被処理水Ｂ単独を処理する時より低エネルギー化することが可能となる。

ここで、濃縮水及び被処理水Ｂをそれぞれ貯留槽Ａ（７）及び貯留槽Ｂ（８）に貯留し、さらに、それぞれ濃縮水供給配管９、被処理水Ｂ供給配管５の途中に貯留槽Ａ（７）及び貯留槽Ｂ（８）から供給される濃縮水及び被処理水Ｂの流量、さらには流量比を制御する手段を設ける必要性をさらに例を用いて述べる。

第１半透膜処理設備２の全体もしくは一部に何らかの問題が生じた場合や、薬品洗浄が必要となり、一部設備が停機して半透膜処理が不十分になった場合、被処理水Ｂと合流する濃縮水の供給量は低減することになる。すると、濃縮水と被処理水Ｂとの混合比を維持するために、混合水の第２半透膜処理設備３への供給量を低減せざるを得ず、第２半透膜処理設備３の淡水の生産量を低減せざるを得ないといったデメリットを生じるが、本発明では貯留槽Ａ（７）に濃縮水を貯留しており、かつ流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）を設けているため、常に流量変動なしで濃縮水を供給することが可能となる。また、被処理水Ｂを貯留槽Ｂ（８）に貯留しておけば、万一、貯留槽Ａ（７）中の濃縮水の水位が低下し、濃縮水の供給量を低減させる必要が出てきた場合でも、被処理水Ｂ側の流量を制御する手段（被処理水Ｂ供給手段１２、被処理水Ｂ流量計１３）を調整することで、一定の流量で、さらには一定の流量比（混合比）、つまり一定の浸透圧に設定することが可能となり、第２半透膜処理設備３を低エネルギーで安定的に稼動させることが可能となる。

また、被処理水Ａが下水や産業廃水等のような流量変動するものであれば、第１半透膜処理設備２からの濃縮水の流出量も変動する。この時、濃縮水の被処理水Ｂとの合流点への供給を、流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）のみで行うと、濃縮水の流出量が必要とされる供給量よりも大きかった場合には濃縮水を系外に排出しなければいけないというデメリットが発生するが、本発明では貯留槽Ａ（７）に濃縮水を貯留しており、かつ流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）を設けているため、過多な濃縮水は一旦、貯留槽Ａ（７）に貯留され、また、流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）によって、常に流量変動なしで濃縮水を供給することが可能となる。また、被処理水Ｂを貯留槽Ｂ（８）に貯留しておけば、万一、濃縮水の供給量が一時的に変動せざるを得なくなった場合でも、被処理水Ｂ側の流量を制御する手段（被処理水Ｂ供給手段１２、被処理水Ｂ流量計１３）を調整することで、一定の流量比（混合比）、つまり一定の浸透圧に設定することが可能となり、第２半透膜処理設備３を低エネルギーで安定的に稼動させることが可能となる。

さらに、被処理水Ａが一時的に水質悪化した場合、被処理水Ａを処理する第１半透膜処理設備２の濃縮水も一時的に水質が悪化する。一時的に水質が悪化した濃縮水を被処理水Ｂと混合し、その混合水を第２半透膜処理設備３で処理すると、たとえ混合比が通常時と同じ程度であっても、混合水の水質が通常時より悪化しているため、第２半透膜処理設備３内の処理媒体（半透膜）が被処理水Ａ由来の不純物により詰まりやすくなってしまい、処理媒体の寿命が通常よりも短くなり、メンテナンスや処理媒体交換の頻度が上がるというデメリットが生じる。水質悪化については、貯留槽の設置が逆になった場合、つまり濃縮水の供給を貯留槽Ａ（７）と、流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）とで行い、被処理水Ｂの供給を、流量を制御する手段（被処理水Ｂ供給手段１２、被処理水Ｂ流量計１３）のみで行った場合でも上記と同様なデメリットが生じる。しかし、濃縮水及び被処理水Ｂともに、貯留槽Ａ（７）及び貯留槽Ｂ（８）に一旦貯留すれば、前述のような一時的な水質の悪化も低減化（平準化）することができ、被処理水Ｂとの流量比（混合比）に及ぼす影響も小さくすることが可能となる。

また、図３に示すように被処理水Ｂが前処理設備１４で処理された水であった場合、被処理水Ｂの貯留を貯留槽Ｂ（８）にておこなうことが貯留槽設置のためのイニシャルコスト削減の観点からより好ましい形態であるが、貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽に一旦貯留した後に、貯留槽Ｂ（８）に貯留されてもよい。さらに、前処理設備１４と貯留槽Ｂ（８）の間に複数の貯留槽を設けても構わない。

なお、貯留槽Ｂ（８）及び／または貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽に被処理水Ｂを槽外に取り出し可能な配管１５を設けた場合（図４）、槽外に取り出された被処理水Ｂは第１半透膜処理設備２や第２半透膜処理設備３、前処理設備１４の定期的な洗浄のための用水、場内用水、農業用水などの様々な用途に使用できるが、その用途は特に限定されるものではない。

より好ましい形態である前処理設備１４で生産された被処理水Ｂを貯留槽Ｂ（８）に貯留した場合、被処理水Ｂが前処理設備１４の定期的な洗浄に使用される等、貯留槽Ｂ（８）の水位が一時的に変動することがあり、濃縮水との合流点に供給される被処理水Ｂの流量も一時的に変動すると想定される。この時、濃縮水を貯留する貯留槽Ａ（７）が設けられておらず、かつ第１半透膜処理設備２から流出する濃縮水の量が被処理水Ｂの供給量より大きいと、濃縮水は濃縮水配管４の途中に分岐管を設け、系外に排出する必要が出てくる。さらには、その排出のために流量制御をする必要性も出てくる。あるいは、第１半透膜処理設備の全部あるいは一部を停機させることも考えられる。しかし、濃縮水を貯留槽Ａ（７）に貯留し、かつ流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）を設ければ、被処理水Ｂの流量変動にあわせて濃縮水の供給量を変動させることが可能となり、濃縮水と被処理水Ｂの流量比（混合比）を一定に保つことが可能となる。

また、被処理水Ｂの流量が変化せずに、一時的に水質変動があった場合、濃縮水との混合水の水質を通常時に保つために、濃縮水の供給量を変動させる必要があるが、濃縮水を貯留槽Ａ（７）に貯留しておかなければ、一時的な濃縮水の供給量変動に対応できないというデメリットが発生する。しかし、本発明では、濃縮水を貯留槽Ａ（７）に貯留し、かつ流量を制御する手段（濃縮水供給手段１０、濃縮水流量計１１）を設けているため、一時的に水質変動した被処理水Ｂが貯留槽Ｂ（８）から濃縮水との合流点に供給された場合でも、混合水の水質が適正値になるように濃縮水の供給量を変動させることが可能になる。

一方、前処理設備１４から得られた被処理水Ｂを一旦、貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽に貯留する場合、被処理水Ｂを貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽に一旦貯留した後に貯留槽Ｂ（８）に貯留することで、被処理水Ｂの供給側は、被処理水Ｂの一時的な流量変動あるいは水質（浸透圧）変動の影響を低減化（平準化）することが可能となり、濃縮水との流量比（混合比）を一定に保つことが可能となる。

ここで、貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽中の被処理水Ｂが前処理設備１４の定期的な洗浄に使用される等、貯留槽Ｂ（８）とは異なる別の貯留槽の水位が一時的に変動する場合、貯留槽Ｂ（８）への被処理水Ｂの供給量が変動することになるが、被処理水Ｂは貯留槽Ｂ（８）に貯留されているため、濃縮水との混合に必要とされる供給量は変動することはなく、また、濃縮水は貯留槽Ａ（７）に貯留されて、常に一定の供給量にすることができるため、濃縮水と被処理水Ｂは一定の流量比（混合比）を確保することが可能となる。

つまり、濃縮水側及び被処理水Ｂ側両方に貯留槽を設けないと、一方の水の供給量が変動した場合や水質変動があった場合に、混合水の混合比を一定に保つことができなくなったり、混合水の浸透圧が一定でも、水質が変動したりして、第２半透膜処理設備３に供給する混合水の流量や流量比（混合比）が一定にできず、安定運転が難しくなるというデメリットが生じることになるが、本発明の造水装置によれば、もう一方の水の供給量を柔軟に変動させることが可能であり、このようなデメリットを解消することが可能となる。

貯留槽Ａ（７）、貯留槽Ｂ（８）から濃縮水、被処理水Ｂを取り出す配管９、５にそれぞれ設けられる濃縮水供給手段１０、被処理水Ｂ供給手段１２としては、任意の流量制御手段を採用すればよい。例えば、流量制御のために開度を調整できる電磁開閉弁、流量制御のために開度が制御されるインバーター制御式開閉弁、及び、流量制御のために供給量がインバーター制御されるポンプを設ければよい。電磁開閉弁あるいはインバーター制御式開閉弁については、流量を制御するために、バタフライ弁やコーン弁、ボール弁、スリーブ弁、多孔可変オリフィス弁等が好ましく使用される。一方、インバーター制御ポンプとしては、形式が特に限定されることはなく、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプのいずれも好ましく使用される。また、ポンプによる流量の制御は、ポンプの運転台数や回転速度を所定水準とすることによって行なわれる。

これら流量制御手段として電磁開閉弁やインバーター制御式開閉弁などの送水機能の劣る手段を用いる場合には、規定の流量を確保するために、配管内の水流を補助的に制御するためのポンプを設けることが好ましい。また、流量制御手段としてインバーター制御されるポンプを設ける場合には、さらに開閉弁を併設することが好ましい。

これら流量制御手段により制御された濃縮水及び被処理水Ｂの流量を知るために、それら流量制御手段の近くの下流側もしくは上流側に流量計１１、１３を設置し、流量監視を行ない、所定水準の流量となるように上記流量制御手段を制御する。ここで使用される流量計としては、電磁流量計、超音波流量計、差圧式流量計、面積式流量計などのいかなる流量計も好ましく使用される。

また、濃縮水と被処理水Ｂとの合流方法が、図２に示されるような濃縮水及び被処理水Ｂの供給配管中での合流方法ではなく、図５に示されるような貯留槽Ｃ（１８）に一旦貯留する方法がより好ましく用いられる。濃縮水と被処理水Ｂの混合を貯留槽Ｃ（１８）で行うことで、万一、濃縮水供給手段１０あるいは被処理水Ｂ供給手段１２に不具合が起こり、濃縮水あるいは被処理水Ｂの流量が調整できなくなった場合でも、濃縮水及び被処理水Ｂは貯留槽Ｃ（１８）内で一時的に滞留して、それぞれが混合するため、濃縮水と被処理水Ｂの混合比を一定にすることが可能となるといったメリットがある。さらに、貯留槽Ｃ（１８）の混合水を第２半透膜処理設備３へと供給させる混合水供給手段２０を併設することにより、第２半透膜処理装置３へと供給する混合水の流量を一定に制御することが可能となる。

さらに、例えば、被処理水Ａが一時的に水質変動した場合、被処理水Ａ由来の水を処理する第１半透膜処理設備２の濃縮水も一時的に水質変動をするが、貯留槽Ｃ（１８）を設けていることにより、前述の貯留槽Ａ（７）で影響が低減化（平準化）された濃縮水が、さらに貯留槽Ｃ（１８）にて低減化（平準化）されることとなり、より被処理水Ｂとの流量比（混合比）に及ぼす影響も小さくすることが可能となる。これは、逆に被処理水Ｂが一時的に水質変動した場合でも、同様であり、貯留槽Ｂ（７）で影響が低減化（平準化）された被処理水Ｂが、さらに貯留槽Ｃ（１８）にて低減化（平準化）されることとなり、より濃縮水との流量比（混合比）に及ぼす影響も小さくすることが可能となる。

ここで設置される貯留槽Ｃ（１８）は、貯留される水の水質や水量に応じた適宜の水槽であればよい。また、図示はしないが、所定水量を超えた時にオーバーフロー排水するためのオーバーフロー配管が設けられていてもよい。

貯留槽Ｃ（１８）から混合水を取り出す配管１９に設けられる混合水供給手段２０としては、濃縮水供給手段１０、被処理水Ｂ供給手段１２と同様に、任意の流量制御手段を採用すればよい。また、混合水供給手段２０により制御された混合水の流量を計測するために、混合水供給手段２０の下流側もしくは上流側に流量計２１を設置し、流量監視を行ない、所定水準の流量となるように上記混合水供給手段２０を制御する。ここで使用される流量計としては、電磁流量計、超音波流量計、差圧式流量計、面積式流量計などのいかなる流量計も好ましく使用される。

また、図６〜８には、濃縮水と被処理水Ｂとを積極的に混合するための混合手段が設けられているが、この混合手段としては、貯留槽Ｃ（１８）に設置した撹拌手段（図６）、管内撹拌素子（図７）、及び、阻流板（図８）を設けた撹拌手段が例示され、これらの内のいずれかを設置することが好ましい。また、異なる混合手段を併用してもよい。図６〜８に示すような濃縮水と被処理水Ｂとを積極的に混合するための混合手段を設けた場合、貯留槽Ｃ（１８）内での滞留による混合よりも効果的な混合を実現することが可能になり、第２半透膜処理設備３へ送液される混合水における濃縮水と被処理水Ｂの混合比を常に一定に保つことが可能になる。

図６に示す混合手段において、貯留槽Ｃ（１８）に備えられる撹拌手段２２としては、ポンプを利用した撹拌、貯留槽下部から気泡を送り込むことで生じる循環流による撹拌、プロペラや平羽根ディスクタービン、湾曲羽根による撹拌等の如何なる手段であっても構わない。

図７に示す管内撹拌素子２３は、流体の流れにより配管内の流体の混合撹拌を生じさせる機能を有するものであり、管内混合素子やラインミキサーとも称され、管内に設置されて使用される。即ち、配管内に分割板や変位板等の混合エレメントが存在することにより流れが連続的に分割されたり、反転されたりすることで、混合や撹拌が生じる混合撹拌素子である。

また、図８に示す阻流板２４としては、上下迂流式、水平迂流式及び両者の複合式がある。阻流板２４を用いた撹拌では、水流自体のエネルギーを利用して撹拌を生じさせるので、流量が少なくなると極端に撹拌が不足する。そのため、この方式を用いて撹拌を行う場合にはあらかじめ定められた流量範囲内の流量を維持することが好ましい。また、流量変動がある条件下で使用する場合には、阻流板２４の寸法や数を可変にし、流量変動しても一定水準の撹拌が維持できるようにすることが好ましい。

図７又は図８では、管内撹拌素子２３又は阻流板２４にて濃縮水及び被処理水Ｂが積極的に混合された後に、混合水は第２半透膜処理設備３に直接供給されているが、管内撹拌素子２３又は阻流板２４で混合された混合水を貯留槽Ｃ（１８）で一旦貯留した後に第２半透膜処理設備３へと混合水供給手段２０で供給することにより、第２半透膜処理装置３へと供給する水の流量を常に一定に保つことが可能になり、より好ましい形態となる。

濃縮水供給管９と被処理水Ｂ供給管５とが合流する合流点では、それぞれの水量の比が所定水準となるように制御される。その水量比の制御は、それぞれの供給水量が所定水準となるように制御することによって行えばよい。

このように流量さらには流量比を制御されて供給された濃縮水および被処理水Ｂは、合流後に均質化され均一な浸透圧となり、一定の水量で第２半透膜処理設備３へと供給され、処理されて淡水と濃縮水に分離される。

また、ここで、被処理水Ａを処理する第１半透膜処理設備２、および、濃縮水混合被処理水Ｂを処理する第２半透膜処理設備３について説明する。半透膜とは、被処理液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膜が挙げられ、逆浸透膜とも言われる。水処理技術で使用される半透膜の一例としては、ＮＦ膜やＲＯ膜が挙げられる。ＮＦ膜あるいはＲＯ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Ｍ_ｗ≧１００，０００）、フルボ酸（分子量Ｍ_ｗ＝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２００〜１，０００で、塩化ナトリウム阻止率９０％以下の逆浸透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ＲＯ膜という。また、ＲＯ膜でもＮＦ膜に近いものはルースＲＯ膜とも呼ばれる。

ＮＦ膜やＲＯ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、ＮＦ膜やＲＯ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、ＮＦ膜あるいはＲＯ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ＮＦ膜あるいはＲＯ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、ＮＦ膜あるいはＲＯ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ＮＦ膜あるいはＲＯ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ＮＦ膜／ＲＯ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。

本発明は、下水と海水のように浸透圧の異なる複数の原水から淡水を製造するための複合的造水システムに好適に適用することができる。

１：前処理設備
２：第１半透膜処理設備
３：第２半透膜処理設備
４：第１半透膜処理設備の濃縮水配管
５：被処理水Ｂ供給配管
６：第２半透膜処理設備の濃縮水配管
７：貯留槽Ａ
８：貯留槽Ｂ
９：第１半透膜処理設備の濃縮水の供給配管
１０：第１半透膜処理設備の濃縮水の供給手段
１１：第１半透膜処理設備の濃縮水の流量計
１２：被処理水Ｂの供給手段
１３：被処理水Ｂの流量計
１４：前処理設備
１５：被処理水Ｂの取り出し配管
１６：取り出した被処理水Ｂの供給手段
１７：取り出した被処理水Ｂの流量計
１８：貯留槽Ｃ
１９：混合水の供給配管
２０：混合水の供給手段
２１：混合水の流量計
２２：撹拌手段
２３：管内撹拌素子
２４：阻流板

Claims

少なくとも、被処理水Ａを第１の半透膜処理設備で処理して淡水を生成する処理プロセスＡと、前記第１の半透膜処理設備から流出する濃縮水と別途供給される被処理水Ｂとを混合し、第２の半透膜処理設備で処理して淡水を生成する処理プロセスＢとを備えた造水装置において、前記第１の半透膜処理設備から流出する前記濃縮水と前記被処理水Ｂとを合流する前にそれぞれを貯留するための貯留槽Ａと貯留槽Ｂが配設され、さらに、貯留槽Ａ及びＢから供給される前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの流量を制御するための手段が配設されていることを特徴とする造水装置。
前記被処理水Ａの浸透圧が前記被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であることを特徴とする請求項１に記載の造水装置。
前記貯留槽Ｂの上流側に前処理設備を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の造水装置。
前記濃縮水と前記被処理水Ｂとを貯留する貯留槽Ｃが配設され、さらに、前記貯留槽Ｃから前記第２の半透膜処理装置に供給される混合水の流量を制御するための手段が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の造水装置。
前記濃縮水及び前記被処理水Ｂを混合する手段が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の造水装置。
前記濃縮水の浸透圧が前記被処理水Ｂの浸透圧と同等以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の造水装置。
貯留槽Ａ及びＢから供給される前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの流量を制御する手段として、流量制御のために開度を調整できる電磁開閉弁、流量制御のために開度が制御されるインバーター制御式開閉弁、及び、流量制御のために供給量がインバーター制御されるポンプから選ばれる１以上が、前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの供給配管途中に配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の造水装置。
前記濃縮水及び前記被処理水Ｂの供給配管途中に、さらに、ポンプ及び／又は開閉弁が配設されていることを特徴とする請求項７に記載の造水装置。
前記濃縮水及び前記被処理水Ｂを混合する手段として、撹拌手段を備えた前記貯留槽Ｄ、管内撹拌素子、及び、阻流板を設けた撹拌手段から選ばれる１以上が配設されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の造水装置。