JP5691522B2 - 造水システムおよびその運転方法 - Google Patents

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およびその運転方法に関するものであり、複数種の原水から淡水を製造する造水システムおよびその運転方法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、農業用水、半導体関連洗浄用水といった産業用水製造分野に適用可能な淡水製造システム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（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）は、河川水や地下水や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（ＮＦ膜）や逆浸透膜（ＲＯ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。

現在、下廃水を再利用する方法として、例えば、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（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｅｒ；ＭＢＲ）」と呼ばれる処理を行い、その後段に設置したＮＦ膜／ＲＯ膜でろ過を行い、生産水として純水を入手する方法がある。

また、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膜でろ過する技術の他に、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膜でろ過する方法が挙げられる。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。

ＮＦ膜／ＲＯ膜による膜分離法では、浸透圧より高い供給圧力を必要とするため、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。

そのため、造水プラントでは、下廃水再利用プロセスか海水淡水化プロセスのどちらか一方のみを行うことが一般的であるが、近年、下水の高度処理プロセスと海水淡水化プロセスを統合した膜処理システムが開発されている（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２）。この技術によると、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、このＲＯ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ＲＯ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、このような複数種の原水を用いる統合膜処理システムでは、原水として、例えば、供給源の異なる下廃水と海水とを使用するため、それら供給水量が時間によって大きく変動することがある。特に、下廃水は人の活動時間や工場稼動時間などによって変動しやすい。原水それぞれの供給水量が変動すると、下水処理ラインから副生するＲＯ膜濃縮水と海水との混合割合が変動することになるため、海水処理ライン側のＲＯ膜に供給する海水中の塩濃度（浸透圧）は変動してしまう。

また、必要な生産水量が決まっているものの、下廃水量の変動が大きく、海水取水量で生産水量確保に対応するケースでは、混合後の塩濃度が大きく変動する場合があるため、海水処理ライン側の昇圧ポンプは高圧から低圧にまで対応できるものを設置しておかなくてはならない。容量の大きい昇圧ポンプをインバーターなどで制御して運転すると、低圧時には効率が悪く、省エネルギー効果が小さくなってしまう。また、海水の混合割合が多くなりすぎると、海水に対する下水ＲＯ膜濃縮水の希釈効果が小さくなり、塩濃度があまり低くならないため、統合膜処理システムのメリットがほとんど無くなってしまう問題がある。さらに、混合割合を一定にする場合では、下廃水の供給水量が小さくなったときに、必然的に下水ＲＯ膜濃縮水が少なくなるため、混合する海水も少なくなり、海水処理ライン側のＲＯ膜への供給水が少なくなることから、必要な生産水量を得ることができなくなってしまう問題もある。

また、下水処理場や工場は施設ごとに下水の流入量や廃水の排出量は概ね決まっており、これら下廃水を原水とし、ＲＯ膜プロセスの回収率および混合比率を画一的に決める場合は、自ずとシステムの生産水量が確定してしまい、それが必ずしもユーザーのニーズと合致しないことがある。下廃水量は少ないが、必要生産水量が多い場合、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２のシステムでは、下廃水ＲＯ膜プロセスの濃縮水量が少なくなり、設計段階で海水取水量を多くすると、省エネルギー効果が小さいシステムとなってしまう問題がある。

一方、下水の高度処理と海水淡水化を１つの造水プラントで行う例として、海水あるいはかん水よりも塩濃度の低い下廃水が供給水として存在する場合は下廃水を、乾季や工場停機などによって下廃水が供給できない場合は海水あるいはかん水を供給する方法が知られている（特許文献２や非特許文献３）。この技術によると、供給水として下廃水を用いているため、海水あるいはかん水のみの海水淡水化よりも省エネルギーとなり、かつ、確実に一定流量の生産水を入手することができる。

ところで、特許文献２や非特許文献３のような下廃水と海水あるいはかん水といった塩濃度（浸透圧）の異なる原水を切り換えることによって同一のＲＯ膜でろ過するシステムでは、水量の決まっている下廃水量に合わせてシステムを決定することが多い。

近年、中東などの渇水地域では逆浸透膜による海水淡水化が採用されており、造水量が１０万ｍ^３／ｄを超す大型逆浸透膜設備も数多く存在する。今後も、必要造水量は多くなり、大型逆浸透膜設備は増えていくと予想される。

下廃水量は、大型の下水処理場や大規模な工場の近隣に設備を造れば、それなりの量を確保することができるが、小規模な下水処理場や分散型の下水処理場、中小規模の工場では下廃水量を多く確保することは難しい。このことから、特許文献２や非特許文献３のシステムでは必要造水量が多い場合もしくは下廃水量が少ない場合に、システム大型化に対応しきれない問題がある。

国際公開ＷＯ２０１０−６１８７９号パンフレット 特許第３９５７０８１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<URL : 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> ＩＤＡ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ−Ａｔｌａｎｔｉｓ，Ｔｈｅ Ｐａｌｍ−Ｄｕｂａｉ，ＵＡＥ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ７−１２，２００９、ＰＥＦ：ＩＤＡＷＣ／ＤＢ０９−０３３

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、複数種の原水から淡水を生産する造水システムにおいて、原水の取水量変動に対応しながら、必要造水量を確保し、かつ、システムの大型化に対応しうる造水システムおよびその運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における造水システムおよびその運転方法は、以下の構成のいずれかからなる。

（１）ＲＯ膜またはＮＦ膜である半透膜を用いた、少なくとも、半透膜処理プロセスＡと半透膜処理プロセスＢと半透膜処理プロセスＣを備えた造水システムであって、半透膜処理プロセスＡは、塩濃度が低い水である被処理水Ａを半透膜処理し、膜透過水Ａおよび濃縮水Ａを生成するための半透膜処理工程Ａと、被処理水Ａを半透膜処理工程Ａに送液するための被処理水Ａ送液手段とを備え、半透膜処理プロセスＢは、濃縮水Ａよりも浸透圧が高く、塩濃度が高い水である被処理水Ｂを２以上に分岐させる被処理水Ｂ分岐手段と、被処理水Ｂを半透膜処理し、膜透過水Ｂおよび濃縮水Ｂを生成するための半透膜処理工程Ｂと、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した一方の被処理水Ｂを被処理水として半透膜処理工程Ｂに送液するための第１被処理水Ｂ送液手段とを備え、半透膜処理プロセスＣは、被処理水を半透膜処理し、膜透過水Ｃおよび濃縮水Ｃを生成するための半透膜処理工程Ｃと、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した他方の被処理水Ｂと半透膜処理工程Ａで生成された濃縮水Ａの少なくとも一部とを混合する第１水混合手段と、第１水混合手段による混合水を被処理水として半透膜処理工程Ｃに送液するための混合水送液手段と、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した他方の被処理水Ｂを被処理水として第１水混合手段に送液するための第２被処理水Ｂ送液手段とを備えることを特徴とする造水システム。
（２）塩濃度の低い水である被処理水Ａは、下水、産業廃水、湖沼水、河川水、地下水、あるいはこれらを前処理した後の処理水のいずれかであることを特徴とする（１）に記載の造水システム。
（３）塩濃度の高い水である被処理水Ｂは、海水、塩湖水、かん水のいずれかであることを特徴とする（１）または（２）に記載の造水システム。

（４）半透膜処理工程Ｂおよび半透膜処理工程Ｃが、それぞれ１以上の半透膜処理装置を備え、半透膜処理工程Ｂおよび半透膜処理工程Ｃからなる半透膜処理装置群の中から選ばれる少なくとも１つの半透膜処理装置が被処理水Ｂおよび混合水の両方を半透膜処理する半透膜処理装置Ｘであり、かつ、半透膜処理装置Ｘに被処理水Ｂと混合水の両方が送液可能となるように半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水を切り替える被処理水切換手段を備えることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の造水システム。

（５）半透膜処理装置Ｘが、一時に被処理水Ｂまたは混合水の一方のみを半透膜処理することを特徴とする（４）に記載の造水システム。

（６）半透膜処理装置Ｘが、第１被処理水Ｂ送液手段および混合水送液手段の両方の送液手段と連通していることを特徴とする（４）または（５）に記載の造水システム。

（７）第１被処理水Ｂ送液手段および混合水送液手段からなる群の中から選ばれる少なくとも１つの送液手段が、被処理水Ｂと混合水の両方を送液可能である送液手段Ｙであることを特徴とする（４）〜（６）のいずれかに記載の造水システム。

（８）送液手段Ｙが、一時に被処理水Ｂまたは混合水の一方のみを送液することを特徴とする（７）に記載の造水システム。

（９）被処理水Ａと濃縮水Ａまたは被処理水Ｂまたは混合水とを混合する第２水混合手段と、被処理水Ａを第２水混合手段に送液するための被処理水Ａバイパス送液手段とを備えていることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の造水システム。

（１０）第１水混合手段と第２水混合手段とが同一の水混合手段である（９）に記載の造水システム。

（１１）有機成分含有水を生物処理することによって生物処理水を得る生物処理装置と、生物処理水を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜で処理することで膜処理水Ａを得る膜処理装置Ａとを備え、膜処理水Ａを被処理水Ａとすることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載の造水システム。

（１２）塩含有水を取水する取水手段と、取水手段によって取水された塩含有水を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜で処理することで膜処理水Ｂを得る膜処理装置Ｂとを備え、膜処理水Ｂを被処理水Ｂとすることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の造水システム。

（１３）膜処理水Ｂを貯留する膜処理水Ｂ貯留槽と、膜処理水Ｂを膜処理水Ｂ貯留槽に送液する第１膜処理水Ｂ送液手段と、混合水を貯留する混合水貯留槽と、膜処理水Ｂ貯留槽の膜処理水Ｂを混合水貯留槽に送液する第２膜処理水Ｂ送液手段と、濃縮水Ａを混合水貯留槽に送液する濃縮水Ａ送液手段とを備え、第１被処理水Ｂ送液手段が、膜処理水Ｂ貯留槽に貯留された膜処理水Ｂを半透膜処理工程Ｂに送液する送液手段であって、かつ、混合水送液手段が、混合水貯留槽に貯留された混合水を半透膜処理工程Ｃに送液する送液手段であることを特徴とする（１２）に記載の造水システム。

（１４）被処理水Ａまたは濃縮水Ａの流量を測定する第１流量測定手段を備えた（４）〜（１３）のいずれかに記載の造水システムにおいて、第１流量測定手段の測定値に基づいて、被処理水切換手段によって、１以上の半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

（１５）（４）〜（１３）のいずれかに記載の造水システムにおいて、１以上の半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量の所定値あるいは処理時間の所定値に基づいて、半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

（１６）被処理水Ａバイパス送液手段で送液される被処理水Ａの流量を測定する第２流量測定手段を備えた（９）〜（１３）のいずれかに記載の造水システムにおいて、第２流量測定手段の測定値に基づいて、被処理水切換手段によって、１以上の半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

（１７）複数の塩濃度が異なる被処理水を、ＲＯ膜またはＮＦ膜を用いて半透膜処理する半透膜処理装置と、半透膜処理装置に被処理水を送液するための被処理水送液手段とを備えた造水システムであって、半透膜処理装置が、並列した複数の半透膜処理装置で構成され、複数の半透膜処理装置から選ばれる１以上の半透膜処理装置が、複数の塩濃度が異なる被処理水から選ばれる２種以上の被処理水を半透膜処理する半透膜処理装置Ｘとなるように半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水を切り替える被処理水切換手段を備えていることを特徴とする造水システム。

（１８）半透膜処理装置Ｘが、一時に複数の異なる被処理水から選ばれる１種の被処理水のみを半透膜処理することを特徴とする（１７）に記載の造水システム。

（１９）半透膜処理装置Ｘが、複数の被処理水送液手段と連通していることを特徴とする（１７）または（１８）に記載の造水システム。

（２０）１以上の被処理水送液手段が、被処理水切換手段によって送液する被処理水の種類を切り替えることによって、複数種の被処理水を半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水送液手段であることを特徴とする（１７）〜（１９）のいずれかに記載の造水システム。

（２１）複数の異なる被処理水から選ばれる１種の被処理水の流量を測定する流量測定手段を備えた（１７）〜（２０）のいずれかに記載の造水システムにおいて、
流量測定手段の測定値に基づいて、１以上の系列の半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の種類を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

（２２）（１７）〜（２１）のいずれかに記載の造水システムにおいて、１以上の系列の半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量の所定値あるいは処理時間の所定値に基づいて、被処理水切換手段によって、半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の種類を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

本発明により得られる効果は以下の通りである。

請求項１〜３の発明では、被処理水Ａを半透膜処理する半透膜処理プロセスＡと、被処理水Ｂを半透膜処理する半透膜処理プロセスＢと、濃縮水Ａの一部と被処理水Ｂの一部とを混合した混合水を半透膜処理する半透膜処理プロセスＣとを備えているため、例えば、被処理水Ａが下廃水で、被処理水Ｂがかん水や海水などの塩含有水である場合、海水淡水化を行う半透膜処理工程Ｂは、システム全体で必要な生産水量に対して半透膜処理工程Ａおよび半透膜処理工程Ｃから生成される合計の処理水量で不足する分または不足すると想定される分を処理できるように設計し、下廃水取水量の変動に対応して半透膜処理工程Ｂの処理水量を増減させることによって、必要な生産水量を確保することができる。少なくとも、被処理水Ａの供給停止や、半透膜処理工程Ａが停機した際には、半透膜処理工程Ｂによって最低限の生産水が得られる。また、下廃水取水量が少ない場合は、海水淡水化を行う半透膜処理工程Ｂを大きく設計すれば、大型の造水システムとなる。

また、下廃水は海水よりも浸透圧が低いことから、下廃水半透膜処理プロセスは海水半透膜処理プロセスよりも低エネルギーで運転できる。そのため、可能な限り高い回収率で下廃水半透膜処理プロセスを稼動させたいが、回収率が高い分、発生する濃縮水は少なくなる。特許文献１、非特許文献１、非特許文献２のような従来の造水システムでは、発生する濃縮水が少なく、必要生産水量が多い場合は、濃縮水に対して多くの海水を混合することで必要量の混合水を生成し、その混合水を半透膜処理し、生産水量を得ることになる。ここで、下廃水由来の濃縮水は有機物などの汚れ成分が濃縮されているため、混合水は海水よりも膜の目詰まりやバイオファウリングが発生しやすくなり、薬品洗浄を頻繁に行わなければならなくなることがある。本発明の造水システムでは、濃縮水と海水を希釈効果による省エネルギー効果が生じる範囲で混合し、その混合水を半透膜処理工程Ｃで半透膜処理し、残る海水を半透膜処理工程Ｂで半透膜処理するため、従来の造水システムより下廃水由来の濃縮水が入った供給水は少なくなり、膜の目詰まりやバイオファウリングに対する薬品洗浄を行う回数が半透膜処理工程Ｂに供給される海水の分だけ少なくなる。さらに、必要生産水量が減少した場合は、昇圧ポンプの動力が大きい海水淡水化を行う半透膜処理工程Ｂの処理水量を減らすことによって、生産水量を調整することもできる。

請求項４〜８の発明では、並列した複数系列の半透膜処理装置を備え、被処理水切換手段によって被処理水Ｂおよび混合水を適宜選択もしくは混合して半透膜処理することができる。そのため、例えば、被処理水Ａが下廃水で、被処理水Ｂがかん水や海水などの塩含有水の場合、被処理水Ａの水量が多く、濃縮水Ａの水量が多い場合は、混合水が多くなるため、被処理水切換手段によって、省エネルギーとなる混合水半透膜処理プロセスでの処理水量をより多くし、多くのエネルギーを要する海水半透膜処理プロセスを減らすことができる。また、被処理水Ａの水量が少ない場合は、混合水が少なくなるため、被処理水Ｂの取水量を増やし、被処理水切換手段によって被処理水Ｂの処理水量を増やす、つまり海水半透膜処理プロセスを増やすことで、必要生産水量を確保することができる。また、必要生産水量が変動しない、もしくは、被処理水Ａの水量がほとんど変動しない場合でも、被処理水切換手段によって被処理水Ｂと混合水の処理比率を定期的に切り換えることで、被処理水Ｂと混合水の塩濃度や膜汚染物質濃度等の水質の違いによる半透膜にかかる負荷が均一化され、膜の延命化や、膜交換や薬品洗浄などのメンテナンスの簡易化に寄与し、処理コストおよび処理エネルギーが低減される。

請求項９と１０の発明では、被処理水Ａを濃縮水Ａまたは被処理水Ｂまたは混合水に混合するための被処理水Ａバイパス送液手段を備えているため、例えば、半透膜処理装置Ａに問題が生じて半透膜処理ができなくなった場合や被処理水Ａの流量が増加した場合でも、被処理水Ａを半透膜処理工程Ｂもしくは半透膜処理工程Ｃの原水に混合し塩濃度を下げて供給することによって、昇圧ポンプの圧力が低減し、省エネルギーになる。

請求項１１の発明では、被処理水Ａが有機成分含有水から生じた水の場合、生物処理後にＭＦ膜／ＵＦ膜で処理すると、半透膜に対する有機成分の影響が小さくなり、安定した運転が可能となる。

請求項１２の発明では、被処理水Ｂが塩含有水から生じた水の場合、取水後にＭＦ膜／ＵＦ膜処理すると、濁質や有機成分が除去され、後段の半透膜は安定した運転が可能となる。

請求項１３の発明では、膜処理水Ｂ貯留槽と混合水貯留槽を備えているため、ＭＦ膜／ＵＦ膜の洗浄工程時など膜処理水Ｂが一時的に取得できない際でも、膜処理水Ｂ貯留槽にて貯留した被処理水Ｂを常時混合水貯留槽や半透膜処理装置Ｂに送液可能となり、また、半透膜処理装置Ａなど混合水貯留槽よりも上流側の工程が停機するなどして、濃縮水Ａが一時的に取得できない場合でも、半透膜処理工程Ｃへ混合水が供給可能となる。また、被処理水Ｂと濃縮水Ａの混合比を精度良く調整可能となる。

請求項１４〜１６の発明では、被処理水Ａもしくは濃縮水Ａの流量、または、半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量あるいは処理時間を測定し、この測定値によって、半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の切り換えを自動で行うことにより、半透膜処理装置を合理的に延命化し、かつ、運転管理を容易とすることが可能となる。

請求項１７の発明では、並列した複数系列の半透膜処理装置を備え、被処理水切換手段によって被処理水Ａおよび被処理水Ｂを適宜選択もしくは混合して半透膜処理することができる。下廃水は海水よりも浸透圧が低いため、下廃水半透膜処理プロセスは海水半透膜処理プロセスよりも低エネルギーで運転できることから、例えば、被処理水Ａが下廃水で、被処理水Ｂがかん水や海水などの塩含有水の場合、被処理水Ａの水量が多い場合は、被処理水切換手段によって、省エネルギーとなる下廃水半透膜プロセスでの処理水量をより多くし、多くのエネルギーを要する海水半透膜処理プロセスを減らすことができる。また、被処理水Ａの水量が少ない場合は、被処理水Ｂの取水量を増やし、被処理水切換手段によって被処理水Ｂの処理水量を増やす、つまり海水半透膜処理プロセスを増やすことで、必要な生産水量を確保することができる。また、必要な生産水量が変動しない、もしくは、被処理水Ａの水量がほとんど変動しない場合でも、被処理水切換手段によって被処理水Ａと被処理水Ｂの処理比率を定期的に切り換えることで、被処理水Ａと被処理水Ｂの塩濃度や膜汚染物質濃度等の水質の違いによる半透膜にかかる負荷が均一化され、膜の延命化や、膜交換や薬品洗浄などのメンテナンスの簡易化に寄与し、処理コストおよび処理エネルギーが低減される。

請求項１８の発明では、半透膜処理装置Ｘを一時に複数の異なる被処理水から選ばれる１種の被処理水のみを半透膜処理できるようにすることで、例えば、一方の被処理水が、前処理装置の故障やメンテナンス、原水源の枯渇などで供給されない場合に、他方の被処理水のみで半透膜処理することで、必要な生産水量を確実に得ることができる。

請求項１９の発明では、半透膜処理装置Ｘを複数の被処理水送液手段と連通させることで、被処理水の切り替え経路を考慮せずに、それぞれの半透膜処理装置に対して、容易に被処理水の切り替えを行うことができる。

請求項２０の発明では、それぞれの半透膜もしくは半透膜ユニットに被処理水を供給する被処理水送液手段を設け、被処理水送液手段に供給する被処理水の種類を被処理水切換手段によって切り替える。被処理水送液手段が他の半透膜もしくは半透膜ユニットと連通していないため、それぞれの半透膜もしくは半透膜ユニットに適した流量、回収率、圧力を被処理水送液手段によって容易に制御することができる。また、メンテナンスによる停機や異常時停機などを行う場合は、被処理水送液手段を停止することによって容易に行うことができる。

請求項２１の発明では、複数の異なる被処理水から、例えば、浸透圧が低い被処理水の流量を測定することとし、その流量測定値が大きくなった場合に、浸透圧が低い被処理水の半透膜処理装置Ｘへの送液量を被処理水切換手段によって増加させ、他方の浸透圧が高い被処理水の送液を減らすことによって、より処理エネルギーが低減される。

請求項２２の発明では、半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量の所定値あるいは処理時間の所定値に基づいて、被処理水切換手段によって、半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の種類を切り替えることで、被処理水Ａと被処理水Ｂの処理比率を定期的に切り換えることになり、被処理水Ａと被処理水Ｂの塩濃度や膜汚染物質濃度等の水質の違いによる半透膜にかかる負荷が均一化され、膜の延命化や、膜交換や薬品洗浄などのメンテナンスの簡易化に寄与し、処理コストおよび処理エネルギーが低減される。

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のフローを示す図である。この造水システムは、被処理水Ａ１を半透膜処理装置Ａ１０１で半透膜処理する半透膜処理プロセスＡ１００と、被処理水Ｂ２を半透膜処理装置Ｂ２０１で半透膜処理する半透膜処理プロセスＢ２００と、混合水を半透膜処理装置Ｃ３０１で半透膜処理する半透膜処理プロセスＣ３００とを具備する。

この半透膜処理プロセスＡ１００では、被処理水Ａ１を収容する被処理水Ａ槽２１と、被処理水Ａ１を半透膜処理装置Ａ１０１に供給するための被処理水Ａ送液配管１ａと、被処理水Ａ送液配管１ａに設置する被処理水Ａ１を被処理水Ａ槽２１から半透膜処理装置Ａ１０１に供給するための昇圧ポンプ１１と、被処理水Ａ１を半透膜処理するための半透膜処理装置Ａ１０１とを備えている。

また、半透膜処理プロセスＢ２００では、被処理水Ｂ２を収容する被処理水Ｂ槽２２と、被処理水Ｂ２を半透膜処理装置Ｂ２０１に供給するための被処理水Ｂ送液配管２ａと、被処理水Ｂ送液配管２ａに設置する半透膜処理装置Ｂ２０１に被処理水Ｂ２を供給するための昇圧ポンプ１２と、被処理水Ｂ２を半透膜処理するための半透膜処理装置Ｂ２０１と、被処理水Ｂ槽２２から被処理水Ｂ２を混合水槽２３に供給するための被処理水Ｂ送液配管２ｂと、被処理水Ｂ送液配管２ｂに設置する混合水槽２３に被処理水Ｂ２を供給するためのポンプ１５とを備えている。

半透膜処理プロセスＣ３００では、半透膜処理装置Ａ１０１の１次側（被処理水側）に連通し、半透膜処理装置Ａ１０１の濃縮水Ａを混合水槽２３に供給するための濃縮水Ａ送液配管４ａと、被処理水Ｂ送液配管２ｂと濃縮水Ａ送液配管４ａとに連通し被処理水Ｂ２と濃縮水Ａを混合した混合水をつくるための混合水槽２３と、混合水を半透膜処理装置Ｃ３０１に供給するための混合水送液配管９と、混合水送液配管９に設置し、半透膜処理装置Ｃ３０１に混合水を供給するための昇圧ポンプ１３と、混合水を半透膜処理するための半透膜処理装置Ｃ３０１とを備えている。

入手した膜透過水Ａ３、膜透過水Ｂ５、膜透過水Ｃ７は膜透過水槽に収容し、システム外に放流するか、工業用水や修景用水、農業用水などで再利用することができる。

ここにおいて、被処理水Ａ１は、半透膜処理装置Ａ１０１に供給されるための供給水を指す。また被処理水Ａ１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被処理水Ａ１とし、半透膜処理装置Ａ１０１で発生するファウリングを低減させても良い。

被処理水Ｂ２についても、その性状・成分は被処理水Ａ１と同様であるが、濃縮水Ａの浸透圧と被処理水Ｂの浸透圧とが、次式の関係
（濃縮水Ａの浸透圧）＜（被処理水Ｂの浸透圧）
を満足するように、原水を組合せれば、半透膜処理工程Ｃにおいて、半透膜処理装置Ｃ３０１に供給されるための供給水である混合水は被処理水Ｂ２よりも浸透圧が低下し、半透膜処理装置Ｃ３０１に供給する水の昇圧水準を被処理水Ｂ２より抑えることができる。これによって、被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２でそれぞれ造水するよりは、被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２、混合水でそれぞれ造水した方が被処理水Ｂ２での造水量を減少させた分、省エネルギー、省コストとなる。

ここで、浸透圧とは、半透膜を隔てて溶媒と溶液を接したとき、溶媒側から溶液側への溶媒の進入を止めるために溶液側にかけるべき圧力のことを指す。本発明においては、濃縮水Ａの浸透圧と被処理水Ｂの浸透圧との大小が重要であるので、半透膜を隔てて濃縮水Ａと被処理水Ｂを接することによって、溶媒の進入を止めるために圧力をかける側の浸透圧が高いと判断することができる。

このような浸透圧の関係とするためには、被処理水Ａ１として浸透圧の低い原水を用い、被処理水Ｂ２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、被処理水Ａ１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、被処理水Ｂ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、薬液注入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、半透膜処理装置Ａ１０１、半透膜処理装置Ｂ２０１、半透膜処理装置Ｃ３０１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。原水が下水や産業廃水のようにファウリング物質を多く含む水の場合は、低ファウリング性半透膜を使用することが好ましい。

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、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、分画分子量が２００〜１，０００で、塩化ナトリウム阻止率９０％以下のＲＯ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。

また、被処理水Ａ送液配管１ａ、被処理水Ｂ送液配管２ａ、被処理水Ｂ送液配管２ｂ、濃縮水Ａ送液配管４ａ、混合水送液配管９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１１、昇圧ポンプ１２、昇圧ポンプ１３は、それぞれ被処理水Ａ１、被処理水Ｂ２、混合水を加圧し、それぞれ半透膜処理装置Ａ１０１、半透膜処理装置Ｂ２０１、半透膜処理装置Ｃ３０１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。ここで、昇圧ポンプ１１、昇圧ポンプ１２、昇圧ポンプ１３は、それぞれ、被処理水Ａ送液手段が被処理水Ａ１を半透膜処理工程Ａに送液する被処理水Ａ送液手段、第１被処理水Ｂ送液手段が被処理水Ｂ２を半透膜処理工程Ｂに送液する第１被処理水Ｂ送液手段、混合水送液手段が混合水を半透膜処理工程Ｃに送液する混合水送液手段の具体的な一態様を示したものであり、それらはいずれも昇圧ポンプの形態には限定されない。対象水の浸透圧が低い場合は、対象水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、対象水の浸透圧が高い場合は、対象水を送液するポンプと、膜透過を実施するために対象水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。

第１水混合手段は、被処理水Ｂと濃縮水Ａ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。前記の混合水槽２３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。被処理水Ａ槽２１、被処理水Ｂ槽２２、混合水槽２３としては、混合水を貯えることができ、殺菌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。

被処理水Ｂを被処理水Ｂ槽２２から混合水槽２３に送液する第２被処理水Ｂ送液手段は、被処理水Ｂを被処理水Ｂ槽２２から混合水槽２３に移送する機能を有しているものであれば、その方法、形式は特に限定しない。前記のポンプ１５による方法、水頭差による方法、オーバーフローを利用する方法などが例示される。

ここで、不純物を多く含む水を原水として用いる場合には、図２のように、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。特に、ここで、前処理設備としては、活性汚泥処理設備や、活性汚泥処理と精密ろ過／限外ろ過膜（ＭＦ／ＵＦ膜）あるいは砂ろ過との二段処理設備、膜分離活性汚泥法（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。

図２では、前処理設備として、半透膜処理プロセスＡ１００において、被処理水Ａ１を生物処理するための生物処理槽１０２と、生物処理槽１０２で生物処理された生物処理水を分離膜装置１０３に供給するための生物処理水送液配管１ｂと、生物処理水送液配管１ｂに連通する分離膜装置１０３と、分離膜装置１０３の２次側（膜透過水側）に連通する膜処理水Ａ送液配管１ｃと、膜処理水Ａ送液配管１ｃに設置し、分離膜装置１０３に生物処理水を供給するためのポンプ１６とを備え、半透膜処理プロセスＢ２００において、被処理水Ｂ２を分離膜装置２０２に供給するためのポンプ１４と、被処理水Ｂ２を分離処理するための分離膜装置２０２と、分離膜装置２０２の２次側（膜透過水側）に連通する膜処理水Ｂ送液配管２ｃとを備えている。なお、分離膜装置１０３と膜分離装置２０２の前段に流量調整のための槽を設けてもよい。

ここにおいて、被処理水Ａ１は、生物処理槽１０２内にある液中の微生物の基質となる物質を含む液体であり、例えば、家庭廃水、都市下水、工場廃水などの有機性廃水が挙げられる。また、被処理水Ａ１を生物処理槽１０２に供給する手段としては、例えば、被処理水槽や湖沼などから吸引ポンプにより供給する吸引手段や、被処理水Ａ１と生物処理槽の液面との水頭差を利用して供給する手段でもよい。また、分離膜装置１０３は生物処理槽１０２の液中に浸漬しても槽外に設置してもよく、膜分離方式は、浸漬膜方式、外部膜分離方式、回転平膜方式など特に問わない。

また、ここにおいて、被処理水Ｂ２は、有機物は生物処理を必要とするほど多くは含まないが、濁質や不純物など半透膜をファウリングさせる物質を含む水であり、例えば、海水、かん水、工場廃水などの水が挙げられる。分離膜装置２０２によって濁質などが分離され、半透膜処理装置２０１のファウリングを抑制することができるため、半透膜処理装置の前段には分離膜装置を設置することが好ましい。

ここで、分離膜装置の膜構造としては、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これらの膜の具体例としては、ポリアクリロニトリル多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルフォン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜などが挙げられるが、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は耐薬品性が高いため、特に好ましい。さらに、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合膜を挙げることができる。

また、分離膜装置の膜孔径は、活性汚泥や濁質含有水を固形成分と溶解成分とに固液分離できる程度の孔径であることが好ましい。膜孔径が大きければ、膜透水性が向上するが、膜処理水に固形成分が含有する可能性が高くなる傾向がある。一方、膜孔径が小さければ、膜処理水に固形成分が含有する可能性が小さくなるが、膜透水性が低下する傾向がある。具体的には、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが好ましく、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下とすることがさらに好ましい。

分離膜装置の形態には中空糸膜、管状膜、平膜などが存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜である。そしてこれらの分離膜は、中空糸膜の場合は中空糸膜をＵ字状やＩ字状に束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントに、管状膜の場合はチューブラー型エレメントに、平膜の場合はスパイラル型エレメントやプレート・アンド・フレーム型エレメントにし、単独、あるいは複数個を組み合わせてモジュール化することが好ましい。

また、半透膜処理装置Ａ１０１に問題が生じて半透膜処理ができなくなった場合、被処理水Ａ１を半透膜処理プロセスＢ２００もしくは半透膜処理プロセスＣ３００の原水に混合し、塩濃度を下げて半透膜処理装置Ｂ２０１もしくは半透膜処理装置Ｃ３０１に供給することが好ましい。被処理水Ａ１を濃縮水Ａあるいは被処理水Ｂ２あるいは混合水に移送し混合する手段としては、その方法、形式は特に限定しないが、半透膜処理装置Ｂ２０１もしくは半透膜処理装置Ｃ３０１よりも上流で混合すればよく、図３のように、被処理水Ａバイパス送液配管３０を、被処理水Ａ槽２１と濃縮水Ａ送液配管とに連通、あるいは、被処理水Ａ槽２１と混合水槽２３とに連通、あるいは、被処理水Ａ槽２１と膜処理水Ｂ送液配管２ｃとに連通、あるいは、被処理水Ａ槽２１と被処理水Ｂ槽２２とに連通、あるいは、被処理水Ａ槽２１と被処理水Ｂ送液配管２ａとに連通、あるいは、被処理水Ａ槽２１と被処理水Ｂ送液配管２ｂとに連通するように設けることが好ましい。被処理水Ａバイパス送液配管３０にバルブを設け、通常運転時には該バルブを閉にし、半透膜処理装置Ａ１０１に問題が生じた場合に該バルブを開にすることが好ましい。該バルブの自動開閉制御は、半透膜処理装置Ａ１０１の濃縮水Ａ流量による制御、もしくは、半透膜処理装置Ａ１０１が停止した際の信号による制御などが好ましい。また、被処理水Ａ槽２１から被処理水Ａバイパス送液配管３０を通じて被処理水Ａ１を送液する手段として、被処理水Ａ槽２１に水中ポンプを設置する方法や、水頭差による方法、オーバーフローを利用する方法などが例示される。

ここで、第１水混合手段と第２水混合手段とが同一、つまり、被処理水Ａバイパス送液配管３０を被処理水Ａ槽２１と混合水槽２３とに連通するように設けると、半透膜処理装置Ｂ２０１に供給する塩濃度が大きく変化せず、昇圧ポンプ１２の供給圧を変動させるインバーターをつける必要がなくなり、また、配管へ連通する場合に発生する配管接合部での合流圧損がないため、好ましい。

また、図４〜９では、並列した複数系列の半透膜処理装置を備え、弁４０によって被処理水Ｂおよび混合水を適宜選択もしくは混合して半透膜処理することができる実施態様の例を示す。

図４、５に示す態様では、被処理水Ｂ送液配管２ａと混合水送液配管９とを連通するように配管３１を備え、配管３１に弁４０を設ける。弁４０を開閉することで、半透膜処理装置Ｘ４０１が配管３１を介して混合水送液配管９あるいは被処理水Ｂ送液配管２ａあるいは混合水送液配管９と被処理水Ｂ送液配管２ａとの両配管に連通し、混合水あるいは被処理水Ｂ２を選択的に半透膜処理することができる。

被処理水Ａ１の減少や半透膜処理装置Ａ１０１の停機、薬液洗浄などによる濃縮水Ａの減少によって、混合水量が減少した場合は、混合水を半透膜処理する半透膜処理装置の本数もしくはユニット数を減らし、この半透膜処理装置に被処理水Ｂ２を送液するように弁４０を制御することによって、生産水量を大幅に減少させることなく、確保することができる。あるいは、混合水と被処理水Ｂ２との境界になっている弁４０を微開ないし開にすることによって、浸透圧が高いために高圧に加圧している被処理水Ｂ２が混合水の方に流れ込み、弁４０の開閉具合で圧力と流量とを調整しながら被処理水Ｂを混合水に補填し、混合水送液配管９に連通している半透膜処理装置に必要供給水量分を供給することができる。

また、混合水量が０になった場合は、昇圧ポンプ１３を停止し、全ての半透膜処理装置Ｘ４０１に被処理水Ｂ２を送液するように弁４０を制御にすることによって、半透膜処理装置Ｘ４０１を半透膜処理装置Ｂとして稼動させ、生産水量を大幅に減少させることなく、確保することができる。

混合水量が増加した場合は、昇圧ポンプ１２を停止し、全ての半透膜処理装置Ｘ４０１を混合水送液配管９に連通させるように弁４０を制御にする、あるいは、昇圧ポンプ１２を調整し、混合水送液配管９に連通する半透膜処理装置Ｘ４０１を増やすように弁４０を制御することによって、被処理水Ｂ２よりも低圧で半透膜処理できる混合水の処理水量が増えるため、省エネルギー、省コストとなる。

ここで、半透膜処理装置Ｘ４０１が一時に被処理水Ｂまたは混合水の一方のみを処理する、つまり、被処理水Ｂと混合水Ｃとが混合しないように弁４０を制御にして運転すると、供給圧の高い昇圧ポンプ側から圧力の低い方への液の移動が少なくなり、浸透圧が安定した運転ができるため、好ましい。

また、被処理水Ｂ送液配管２ａと混合水送液配管９とを連通するように配管３１を備え、配管３１からそれぞれの半透膜処理装置に連通するように送液配管を設置すると、被処理水Ｂ送液配管２ａまたは混合水送液配管９からそれぞれの半透膜処理装置に連通するように送液配管を設置するよりも、配管や弁の数を少なくできるため、好ましい。

また、図６、７に示す態様のように、被処理水Ｂおよび混合水の最低取水量分を半透膜処理できるように半透膜処理装置Ｂおよび半透膜処理装置Ｃを設置すると、弁の数が減るため、好ましい。

大規模な施設で半透膜処理装置が多数ある場合は、図８、９に示す態様のように、昇圧ポンプを半透膜処理装置ユニットもしくは半透膜処理装置ごとに設置することで、各半透膜処理装置が確実に昇圧することができ、また、流量調整もしやすいため、好ましい。

ここで、混合水は被処理水Ｂよりも塩濃度が低いため、図８のように混合水と被処理水Ｂの送液配管を同一としないことで、混合水送液配管側の配管や弁を耐腐食性の高いものとする必要性がなくなり、好ましい。

また、図９のように、昇圧ポンプよりも上流側で被処理水の切り替えを行い、昇圧ポンプよりも下流側の配管の数を少なくすることによって、昇圧ポンプよりも下流の高圧用配管の領域を少なくすることができるため、好ましい。

また、半透膜処理装置Ｘの膜の型式を同一のものにすると、より多くの流量変動への対応ができるようになり、また、被処理水を切り換えることで、塩濃度やｐＨなどの違いによるケミカルファウリングやバイオファウリング等の抑制ができるため、好ましい。

図１０は、本発明を適用した造水システムのさらに別の一実施態様のフローを示す図である。この造水システムは、被処理水Ａ１を収容する被処理水Ａ槽２１と、被処理水Ａ１を半透膜処理装置に供給するための被処理水Ａ送液配管１ａと、被処理水Ａ１を被処理水Ａ槽２１から半透膜処理装置に供給するための昇圧ポンプ１１と、被処理水Ｂ２を収容する被処理水Ｂ槽２２と、被処理水Ｂ２を半透膜処理装置に供給するための被処理水Ｂ送液配管２ａと、被処理水Ｂ２を被処理水Ｂ槽２２から半透膜処理装置に供給するための昇圧ポンプ１２と、昇圧ポンプ１１及び昇圧ポンプ１２の下流側で、被処理水Ａ送液配管１ａと被処理水Ｂ送液配管２ａとを連通する配管３１と、半透膜処理装置に供給する供給水の種類、混合比を変更するために配管３１に設ける弁４０と、被処理水Ａ１を半透膜処理する半透膜処理装置Ａ１０１と、被処理水Ｂ２を半透膜処理する半透膜処理装置Ｂ２０１と、被処理水Ａ１もしくは被処理水Ｂ２もしくは被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２との混合水を半透膜処理する半透膜処理装置Ｘ４０１とを備えている。

ここで、弁４０を開閉することで、半透膜処理装置Ｘ４０１が配管３１を介して被処理水Ａ送液配管１ａあるいは被処理水Ｂ送液配管２ａあるいは被処理水Ａ送液配管１ａと被処理水Ｂ送液配管２ａとの両配管に連通し、被処理水Ａ１あるいは被処理水Ｂ２あるいは被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２との混合水を選択的に半透膜処理することができる。

被処理水Ａ１が減少した場合は、被処理水Ａ１を半透膜処理する半透膜処理装置の本数もしくはユニット数を減らし、この半透膜処理装置に被処理水Ｂ２を送液するように弁４０を制御することによって、生産水量を大幅に減少させることなく、確保することができる。あるいは、被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２との境界になっている弁４０を微開ないし開にすることによって、浸透圧が高いために高圧に加圧している被処理水Ｂ２が被処理水Ａ１の方に流れ込み、弁４０の開閉具合で圧力と流量とを調整しながら被処理水Ｂ２を被処理水Ａ１に補填し、被処理水Ａ送液配管１ａに連通している半透膜処理装置に必要供給水量分を供給することができる。

また、被処理水Ａ１水量が０になった場合は、昇圧ポンプ１１を停止し、全ての半透膜処理装置に被処理水Ｂ２を送液するように弁４０を制御にすることによって、全ての半透膜処理装置を半透膜処理装置Ｂとして稼動させ、生産水量を大幅に減少させることなく、確保することができる。

被処理水Ａ１が増加した場合は、昇圧ポンプ１２を停止し、全ての半透膜処理装置を被処理水Ａ送液配管１ａに連通させるように弁４０を制御にする、あるいは、昇圧ポンプ１２を調整し、被処理水Ａ送液配管１ａに連通する半透膜処理装置を増やすように弁４０を制御することによって、被処理水Ｂ２よりも低圧で半透膜処理できる被処理水Ａ１の処理水量が増えるため、省エネルギー、省コストとなる。

ここで、半透膜処理装置が一時に被処理水Ａ１または被処理水Ｂ２の一方のみを処理する、つまり、被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２とが混合しないように弁４０を制御にして運転すると、供給圧の高い昇圧ポンプ側から圧力の低い方への液の移動が少なくなり、浸透圧が安定した運転ができるため、好ましい。

また、被処理水Ａ送液配管１ａと被処理水Ｂ送液配管２ａとに連通するように配管３１を備え、配管３１からそれぞれの半透膜処理装置に連通するように送液配管を設置すると、被処理水Ａ送液配管１ａまたは被処理水Ｂ送液配管２ａからそれぞれの半透膜処理装置に連通するように送液配管を設置するよりも、配管や弁の数を少なくできるため、好ましい。

また、被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２の最低取水量分を半透膜処理できるように半透膜処理装置Ａ１０１および半透膜処理装置Ｂ２０１を設置すると、弁の数が減るため、好ましい。

大規模な施設で半透膜処理装置が多数ある場合は、図１１、１２に示す態様のように、昇圧ポンプを半透膜処理装置ユニットもしくは半透膜処理装置ごとに設置することで、各半透膜処理装置が確実に昇圧することができ、また、流量調整もしやすいため、好ましい。

ここで、被処理水Ａ１は被処理水Ｂ２よりも塩濃度が低いため、図１１のように被処理水Ａ１と被処理水Ｂ２の送液配管を同一としないことで、被処理水Ａ送液配管側の配管や弁を耐腐食性の高いものとする必要性がなくなり、好ましい。

また、図１２のように、昇圧ポンプよりも上流側で被処理水の切り替えを行い、昇圧ポンプよりも下流側の配管の数を少なくすることによって、昇圧ポンプよりも下流の高圧用配管の領域を少なくすることができるため、好ましい。

また、半透膜処理装置Ｘの膜の型式を同一のものにすると、より多くの流量変動への対応ができるようになり、また、被処理水を切り換えることで、塩濃度やｐＨなどの違いによるケミカルファウリングやバイオファウリング等の抑制ができるため、好ましい。

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システムおよびその運転方法であって、下水と海水のように浸透圧が異なる複数の被処理水Ａ、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：被処理水Ａ
１ａ：被処理水Ａ送液配管
１ｂ：生物処理水送液配管
１ｃ：膜処理水Ａ送液配管
２：被処理水Ｂ
２ａ：被処理水Ｂ送液配管
２ｂ：被処理水Ｂ送液配管
２ｃ：膜処理水Ｂ送液配管
３：膜透過水Ａ
４：濃縮水Ａ
４ａ：濃縮水Ａ送液配管
５：膜透過水Ｂ
６：濃縮水Ｂ
７：膜透過水Ｃ
８：濃縮水Ｃ
９：混合水送液配管
１１：昇圧ポンプ
１２：昇圧ポンプ
１３：昇圧ポンプ
１４：ポンプ
１５：ポンプ
１６：ポンプ
２１：被処理水Ａ槽
２２：被処理水Ｂ槽
２３：混合水槽
３０：被処理水Ａバイパス送液配管
３１：配管
３２：配管
３３：配管
４０：弁
１００：半透膜処理プロセスＡ
１０１：半透膜処理装置Ａ
１０２：生物処理槽
１０３：分離膜装置
２００：半透膜処理プロセスＢ
２０１：半透膜処理装置Ｂ
２０２：分離膜装置
３００：半透膜処理プロセスＣ
３０１：半透膜処理装置Ｃ
４０１：半透膜処理装置Ｘ

Claims (22)

1. ＲＯ膜またはＮＦ膜である半透膜を用いた、少なくとも、半透膜処理プロセスＡと半透膜処理プロセスＢと半透膜処理プロセスＣを備えた造水システムであって、
   半透膜処理プロセスＡは、塩濃度が低い水である被処理水Ａを半透膜処理し、膜透過水Ａおよび濃縮水Ａを生成するための半透膜処理工程Ａと、被処理水Ａを半透膜処理工程Ａに送液するための被処理水Ａ送液手段とを備え、
   半透膜処理プロセスＢは、濃縮水Ａよりも浸透圧が高く、塩濃度が高い水である被処理水Ｂを２以上に分岐させる被処理水Ｂ分岐手段と、被処理水Ｂを半透膜処理し、膜透過水Ｂおよび濃縮水Ｂを生成するための半透膜処理工程Ｂと、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した一方の被処理水Ｂを被処理水として半透膜処理工程Ｂに送液するための第１被処理水Ｂ送液手段とを備え、
   半透膜処理プロセスＣは、被処理水を半透膜処理し、膜透過水Ｃおよび濃縮水Ｃを生成するための半透膜処理工程Ｃと、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した他方の被処理水Ｂと半透膜処理工程Ａで生成された濃縮水Ａの少なくとも一部とを混合する第１水混合手段と、第１水混合手段による混合水を被処理水として半透膜処理工程Ｃに送液するための混合水送液手段と、被処理水Ｂ分岐手段によって分岐した他方の被処理水Ｂを被処理水として第１水混合手段に送液するための第２被処理水Ｂ送液手段とを備えることを特徴とする造水システム。
2. 塩濃度の低い水である被処理水Ａは、下水、産業廃水、湖沼水、河川水、地下水、あるいはこれらを前処理した後の処理水のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の造水システム。
3. 塩濃度の高い水である被処理水Ｂは、海水、塩湖水、かん水のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の造水システム。
4. 半透膜処理工程Ｂおよび半透膜処理工程Ｃが、それぞれ１以上の半透膜処理装置を備え、半透膜処理工程Ｂおよび半透膜処理工程Ｃからなる半透膜処理装置群の中から選ばれる少なくとも１つの半透膜処理装置が被処理水Ｂおよび混合水の両方を半透膜処理する半透膜処理装置Ｘであり、かつ、半透膜処理装置Ｘに被処理水Ｂと混合水の両方が送液可能となるように半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水を切り替える被処理水切換手段を備え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システム。
5. 半透膜処理装置Ｘが、一時に被処理水Ｂまたは混合水の一方のみを半透膜処理することを特徴とする請求項４に記載の造水システム。
6. 半透膜処理装置Ｘが、第１被処理水Ｂ送液手段および混合水送液手段の両方の送液手段と連通していることを特徴とする請求項４または５に記載の造水システム。
7. 第１被処理水Ｂ送液手段および混合水送液手段からなる群の中から選ばれる少なくとも１つの送液手段が、被処理水Ｂと混合水の両方を送液可能である送液手段Ｙであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の造水システム。
8. 送液手段Ｙが、一時に被処理水Ｂまたは混合水の一方のみを送液することを特徴とする請求項７に記載の造水システム。
9. 被処理水Ａと濃縮水Ａまたは被処理水Ｂまたは混合水とを混合する第２水混合手段と、被処理水Ａを第２水混合手段に送液するための被処理水Ａバイパス送液手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の造水システム。
10. 第１水混合手段と第２水混合手段とが同一の水混合手段である請求項９に記載の造水システム。
11. 有機成分含有水を生物処理することによって生物処理水を得る生物処理装置と、生物処理水を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜で処理することで膜処理水Ａを得る膜処理装置Ａとを備え、膜処理水Ａを被処理水Ａとすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の造水システム。
12. 塩含有水を取水する取水手段と、取水手段によって取水された塩含有水を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜で処理することで膜処理水Ｂを得る膜処理装置Ｂとを備え、膜処理水Ｂを被処理水Ｂとすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の造水システム。
13. 膜処理水Ｂを貯留する膜処理水Ｂ貯留槽と、
    膜処理水Ｂを膜処理水Ｂ貯留槽に送液する第１膜処理水Ｂ送液手段と、
    混合水を貯留する混合水貯留槽と、
    膜処理水Ｂ貯留槽の膜処理水Ｂを混合水貯留槽に送液する第２膜処理水Ｂ送液手段と、
    濃縮水Ａを混合水貯留槽に送液する濃縮水Ａ送液手段とを備え、
    第１被処理水Ｂ送液手段が、膜処理水Ｂ貯留槽に貯留された膜処理水Ｂを半透膜処理工程Ｂに送液する送液手段であって、かつ、
    混合水送液手段が、混合水貯留槽に貯留された混合水を半透膜処理工程Ｃに送液する送液手段であることを特徴とする請求項１２に記載の造水システム。
14. 被処理水Ａまたは濃縮水Ａの流量を測定する第１流量測定手段を備えた請求項４〜１３のいずれかに記載の造水システムにおいて、第１流量測定手段の測定値に基づいて、被処理水切換手段によって、１以上の半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。
15. 請求項４〜１３のいずれかに記載の造水システムにおいて、１以上の半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量の所定値あるいは処理時間の所定値に基づいて、半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。
16. 被処理水Ａバイパス送液手段で送液される被処理水Ａの流量を測定する第２流量測定手段を備えた請求項９〜１３のいずれかに記載の造水システムにおいて、第２流量測定手段の測定値に基づいて、被処理水切換手段によって、１以上の半透膜処理装置Ｘの被処理水を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。
17. 複数の塩濃度が異なる被処理水を、ＲＯ膜またはＮＦ膜を用いて半透膜処理する半透膜処理装置と、半透膜処理装置に被処理水を送液するための被処理水送液手段とを備えた造水システムであって、
    半透膜処理装置が、並列した複数の半透膜処理装置で構成され、
    複数の半透膜処理装置から選ばれる１以上の半透膜処理装置が、複数の塩濃度が異なる被処理水から選ばれる２種以上の被処理水を半透膜処理する半透膜処理装置Ｘとなるように半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水を切り替える被処理水切換手段を備えていることを特徴とする造水システム。
18. 半透膜処理装置Ｘが、一時に複数の異なる被処理水から選ばれる１種の被処理水のみを半透膜処理することを特徴とする請求項１７に記載の造水システム。
19. 半透膜処理装置Ｘが、複数の被処理水送液手段と連通していることを特徴とする請求項１７または１８に記載の造水システム。
20. １以上の被処理水送液手段が、被処理水切換手段によって送液する被処理水の種類を切り替えることによって、複数種の被処理水を半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水送液手段であることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の造水システム。
21. 複数の異なる被処理水から選ばれる１種の被処理水の流量を測定する流量測定手段を備えた請求項１７〜２０のいずれかに記載の造水システムにおいて、
    流量測定手段の測定値に基づいて、１以上の系列の半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の種類を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。
22. 請求項１７〜２１のいずれかに記載の造水システムにおいて、１以上の系列の半透膜処理装置Ｘの累積膜透過水量の所定値あるいは処理時間の所定値に基づいて、被処理水切換手段によって、半透膜処理装置Ｘに送液する被処理水の種類を切り替えることを特徴とする造水システムの運転方法。

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