JP2013230412A - 淡水化装置及び淡水化方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】脱塩処理を長期にわたり効率よく安定して行うことができ、更に前処理に係わる動力を低減可能な淡水化方法及び装置を提供する。
【解決手段】原水中に溶解している有機物を除去する生物膜ろ過槽と、生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、を具備する淡水化装置。生物膜ろ過槽内に、垂直仕切壁２により区画されている排水室３とろ過室５とを具備し、ろ過室５は、ろ材を充填してなるろ材層４と、ろ材層４の上方に設けられている逆洗排水樋６とを含み、逆洗排水樋６は、排水室３と流体連通状態に設けられており、生物膜ろ過槽の外側に、排水サイフォン９を介して排水室３と流体連通状態に設けられている排水流出渠８と、生物膜ろ過槽１からの生物膜ろ過処理水を流出させるろ過水流出渠１６と、を設置し、ろ過水流出渠１６から生物膜ろ過処理水を脱塩槽に導入するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水又は汽水を脱塩して淡水化する淡水化方法及び淡水化装置に関する。

従来、海水或いは汽水を脱塩して、工業用水或いは飲用水を得る場合の脱塩方法として、逆浸透（RO）膜法、電気透析法又は電気式脱塩法、蒸発法などがあった。これらの技術を採用する場合には、予め海水或いは汽水に含まれている濁質を除去する前処理が必要であり、凝集法、砂ろ過法、加圧浮上法、MF/UF膜法などが単独又は併用して使用されていた。

たとえば、原水中の濁質分をろ過する前処理膜を有する前処理装置を逆浸透（RO）膜装置の前段に設ける淡水化装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１においては、前処理膜として、UF膜（限外濾過膜）又はMF膜（精密濾過膜）等の分離膜を用いることが記載されている（図２２参照）。しかし、昨今、海水或いは汽水に流入する都市下水などの影響により、濁質のみならず、液中に溶解している有機物が、RO膜法、電気透析法、電気式脱塩法、蒸発法の運転、メンテナンス及びコストに大きな影響を与えることが顕在化してきた。特に、RO膜法、電気透析法及び電気式脱塩法などの膜を用いる脱塩法では脱塩膜表面に溶解している有機物が蓄積し、それらが生物学的繁殖によってスライム等として成長し、膜流速の低下、逆洗頻度の増加、膜寿命の減少などを引き起こしている。また、蒸発法においても、蒸発によって淡水側に移行する揮発成分による造水水質の悪化、有機物による伝熱面での効率低下など、コストパフォーマンス低下などを引き起こしている。これら原水中に溶解している有機物は、従来のUF膜やMF膜、砂ろ過法では除去できない。また、RO膜法を用いた淡水化方法では、造水コストが高く、その低減が課題である。

特開2011-31121号公報 特開2006-88031号公報

本発明は、逆浸透膜ろ過、電気式脱塩法、電気透析法などの脱塩処理を長期にわたり効率よく安定して行うことができ、更に前処理に係わる動力を低減可能な淡水化方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、原水中に溶解している有機物を除去する生物膜ろ過槽と、当該生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、を具備する淡水化装置であって、当該生物膜ろ過槽内に、垂直仕切壁（２）により区画されている排水室（３）とろ過室（５）とを具備し、当該ろ過室（５）は、ろ材を充填してなるろ材層（４）と、当該ろ材層（４）の上方に設けられている逆洗排水樋（６）と、を含み、当該逆洗排水樋（６）は、当該排水室（３）と流体連通状態に設けられており、当該生物膜ろ過槽の外側に、排水サイフォン（９）を介して当該排水室（３）と流体連通状態に設けられている排水流出渠（８）と、当該生物膜ろ過槽（１）からの生物膜ろ過処理水を流出させるろ過水流出渠（１６）と、を設置し、当該ろ過水流出渠（１６）から生物膜ろ過処理水を当該脱塩槽に導入するように構成されている、淡水化装置が提供される。

前記生物膜ろ過槽（１）に酸化還元電位計或いは残留塩素計を設け、前記酸化還元電位計或いは残留塩素計の値に応じて還元剤の注入量を制御可能な還元剤注入管を前記生物膜ろ過槽の前段に設けてもよい。

前記生物膜ろ過槽（１）或いはその前段に濁度計を設け、前記濁度計の値に応じて微細気泡の注入量を制御可能な微細気泡導入機構を前記排水渠（３）に設け、前記生物膜ろ過槽（１）にフロスの排出口を設けてもよい。

前記ろ材層（４）には、球状に加工された造粒活性炭又は繊維からなるろ材が充填されていることが好ましい。
前記垂直仕切壁（２）の上方に、ろ材流出防止用多孔部材を設けてもよい。

前記生物膜ろ過槽と前記脱塩槽との間に、ろ過槽をさらに設けてもよい。
また、本発明によれば、上記淡水化装置を用い、生物膜ろ過槽に原水中に溶解している有機物を生物膜ろ過により除去した後、脱塩処理する淡水化方法も提供される。

前記生物膜ろ過槽に導入する前に、原水に酸化剤を添加してもよい。
前記生物膜ろ過槽に導入する前に、原水に酸化剤及び還元剤を添加してもよい。
さらに、前記生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水に酸化剤を添加してもよい。

前記生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水を脱塩槽に導入する前に、さらに濁質分をろ過してもよい。
酸化還元電位計又は残留塩素計を設けた淡水化装置を用い、原水又は生物膜ろ過処理水の酸化還元電位又は残留塩素濃度を測定して、当該酸化還元電位の値又は残留塩素濃度の値に応じて前記還元剤の注入量を調節することが好ましい。

微細気泡導入機構を具備する淡水化装置を用い、前記原水に微細気泡を導入し、濁質分を浮上させ、浮上した濁質分を前記フロスの排出口より排出することが好ましい。

本発明の淡水化方法及び淡水化装置によれば、脱塩処理の前に、生物膜ろ過処理により原水中の濁質分ばかりでなく溶解している有機物をも除去できるので、脱塩処理を長期にわたり効率よく安定して行うことができる。更に、生物膜ろ過槽にポンプなどを設ける必要がなく、生物膜ろ過処理に係わる動力を低減することが可能で、造水コスト低減に貢献することができる。

図１は、本発明の淡水化装置の一実施形態を示す概略断面図である。 図２は、本発明の淡水化装置の別の実施形態を示す概略断面図である。 図３は、本発明の淡水化装置のまた別の実施形態を示す概略断面図である。 図４は、本発明の炭水化方法の概略基本フロー図である。 図５は、本発明の炭水化方法の酸化剤を添加する概略フロー図である。 図６は、本発明の淡水化方法の酸化剤と還元剤を添加する概略フロー図である。 図７は、本発明の淡水化方法の別の例の概略フロー図である。 図８は、本発明の淡水化方法のまた別の例の概略フロー図である。 図９は、本発明の淡水化方法の更に別の例の概略フロー図である。

実施形態

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の説明において、生物膜ろ過槽（工程）にて溶解性の有機物を除去された後の水を「生物膜ろ過処理水」という。

＜淡水化装置＞
図１は、本発明の淡水化装置の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の淡水化装置は、原水中に溶解している有機物を除去する生物膜ろ過槽と、当該生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、を具備する。生物膜ろ過槽内に、垂直仕切壁２により区画されている排水室３とろ過室５とを具備する。ろ過室５は、ろ材を充填してなるろ材層４と、ろ材層４の上方に設けられている逆洗排水樋６と、を含む。逆洗排水樋６は、排水室３と流体連通状態に設けられている。ろ過室５には、原水の濁度を測定する濁度計又はクロロフィルセンサー４０を設けることが好ましい。

生物膜ろ過槽１の外側に、排水サイフォン９を介して排水室３と流体連通状態に設けられている排水流出渠８と、生物膜ろ過槽１からの生物膜ろ過処理水を流出させるろ過水流出渠１６と、を設置し、ろ過水流出渠１６から生物膜ろ過処理水を脱塩槽に導入するように構成されている。

排水流出渠８は、溢流壁７を有し、排水を系外に溢流する。
排水サイフォン９の頂部には、排水サイフォン形成用弁１０を有する排水サイフォン形成用管１１と排水サイフォン破壊弁１２が連結されている。さらに、生物膜ろ過槽１は、排水サイフォン９とろ過室５とを連通する捨水サイフォン形成管１３を具備する。捨水サイフォン形成管１３は、生物膜ろ過槽１内の低水位にあるろ材層４と逆洗排水樋６との間の位置に取水開口端部１３ａが位置づけられ、排水サイフォン９の排出側内で生物膜ろ過槽１内の高水位（HWL）よりも高い位置に排水開口端部１３ｂが位置づけられるように設けられる。

ろ過水流出渠１６は、溢流壁１５を有し、隣接する生物膜ろ過処理水貯槽２６に生物膜ろ過処理水を溢流させる。ろ過水流出渠１６は、生物膜ろ過槽１のろ材層４の下方に位置づけられている集水室１７と連通する連通管１８を具備する。連通管１８の集水開口端部１８ａは集水室１７と連通し、排水開口端部１８ｂは、溢流壁１５の頂部よりは下方であるが生物膜ろ過槽１内のろ材層４よりは上方の位置に設けられている。排水開口端部１８ｂには、洗浄時の流水量を制御するための複数の孔又はスリットが設けられている。排水開口端部１８ｂには、排水開口端部１８ｂからの排水を可能とする程度の隙間をおいて、開放端が流水量制御のための孔又はスリットよりも下方の位置になるように、筒体１９が覆い被さるように設けられている。筒体１９の頂部には、逆流サイフォン形成管２１が連通して設けられている。サイフォン形成管２１は、サイフォンブレーカ弁２０を有し、サイフォンブレーカ弁２０よりも下方の位置に空気供給管２３が連結されている。空気供給管２３は、空気弁２２を有する。ろ過水流出渠１６には、さらに、生物膜ろ過槽１内の集水室１７に連通し、洗浄用空気を導入するための洗浄用空気導入管２４が設けられている。洗浄用空気導入管２４は、空気弁２５を有する。

生物膜ろ過槽１の外側には、生物膜ろ過槽１に原水を供給する原水流入渠３０も設ける。原水流入渠３０は、垂直隔壁３１により流入部３２と流出部３３とに区画されている。流入部３２と流出部３３とは流入サイフォン３５を介して連通する。流入サイフォン３５の頂部には、流入サイフォン形成用弁３６を有する流入サイフォン形成管３７と、流入サイフォン破壊弁３８が連結されている。流出部３３は、溢液壁３４を介して生物膜ろ過槽１と流通する。流入部３２には、残留塩素計（図示せず）及び残留塩素濃度に基づいて還元剤の注入量を制御する還元剤注入管（図示せず）を設けてもよい。あるいは、流入部３２に、酸化還元電位計（図示せず）及び酸化還元電位に基づいて還元剤の注入量を制御する還元剤注入管（図示せず）を設けてもよい。

図２は、本発明の淡水化装置の別の実施形態を示す概略断面図である。図1に示した装置とほぼ同様の構成であるが、生物膜ろ過槽１内の垂直仕切壁２の上方に、ろ材流出防止用の多孔部材４１を設けた点が異なる。ろ材流出用の多孔部材４１は、ろ材層４を構成するろ材が排水室３に流出することを防止することができれば特に限定されず、ステンレス製の各種織による網を用いたストレーナや、ウエッジワイヤ、バースクリーンなど各種多孔部材を用いることができる。目開きは、ろ材の直径又は直線部の長さの最も短い長さよりも小さくする。

図３は、本発明の淡水化装置のまた別の実施形態を示す概略断面図である。図１に示した装置とほぼ同様の構成であるが、排水室３２に微細気泡発生機構４２を設置し、ろ過水流出渠１６のろ過水を抜き出して微細気泡発生装置に供給するためのろ過水抜き出しライン４３及びポンプを設け、生物膜ろ過槽１にフロス流出口４４を設けた点が異なる。フロス排出口は、微細気泡により浮上した懸濁物質（以下「フロス」ともいう）を排出する開口部である。微細気泡発生機構は、微細気泡を発生させることができる気液混合ノズル４２であることが好ましく、濁度計４０により計測された原水の濁度に応じて微細気泡の注入量を制御することができる気液混合ノズルであることがより好ましい。微細気泡の注入量の制御は、ろ過水抜き出しラインのポンプを制御してろ過水の供給量を調節し、あるいは気液混合ノズルへの空気の注入量を調節することで行うことができる。気液混合ノズルは、種々のものが提案されており、ノズル内で、段階的に管路を変化させたもの、管路に球状の障害物を設置したもの、スリットを用いるもの、遠心力によって発生した気体柱を突起物によって破砕するものなど、を採用することができる。微細気泡を発生する気液混合ノズル４２は、いわゆるマイクロバブル(以下「ＭＢ」ともいう。)を発生させることができる気泡発生器を示す。マイクロバブルとは、「１０〜数１０μｍの直径をもつ気泡」であり、必ずしもすべての気泡がこの範囲に収まるものでなくてもよく、一部がこの範囲に含まれていればよい。また、マイクロバブルよりも気泡が小さいナノバブルを発生させることができる気泡発生器を用いても良いが、発生した気泡の大粒径側は上記の気泡径の範囲に入っていることが望ましい。マイクロバブル発生器は種々のものが提案されており、例えば、旋回液流式、スタティックミキサー式、エゼクター式、ベンチュリ式、加圧溶解式、極微細孔式、超音波付加中空針状ノズル、蒸気凝縮式などが挙げられる。例えば、エゼクター式では、気液混合ノズル内で、狭い通路を高速で通過する液流によって生じる負圧を利用してガスを吸引し、下流における管路の拡大により生じたキャビテーションによって吸引ガスが微細に粉砕される。加圧溶解式は、ガスと液との混相をポンプで昇圧（０．５〜１ＭＰａ程度）し、ガス成分を液中に過飽和まで溶解させる。加圧タンク内で未溶解気泡を浮上分離させパージする。過飽和液のみを減圧弁を経て常圧液中にフラッシュさせると、過飽和ガス成分が水中からマイクロバブルになって析出する（化学工学ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．３（２００７））。このとき、気液の混合ノズルを通すとより微細な気泡を発生させることができる。

本発明で用いるろ材層４は、造粒活性炭、アンスラサイト、砂、繊維ろ材、粒状プラスチックなどの粒状の支持体に好気性微生物を担持させ、支持体表面に均一な生物膜を形成させてなる。生物膜ろ過性能は、支持体の微生物担持性能及び通水性に依存する。安定な淡水化処理を行うためには、通水を高速で行っても微生物が剥離せず、微生物との良好な接触を維持し、且つ通水速度が低下しないことが求められる。また、淡水化処理の進行に伴い、生物膜ろ過層及び砂ろ過層には除去した濁質や有機物が付着して目詰まりを起こすため、生物膜ろ過層及び砂ろ過層は、定期的に逆洗を行う必要がある。好気性微生物を担持する支持体としては、微生物担持能に加えて、頻繁な洗浄に耐えられる耐性も求められる。

ろ材の支持体としては、造粒活性炭は、破砕炭、球状炭などを使用できるが、球状炭は、ろ材が最密充填に近い状態になりやすく、空隙が少なくなるので、懸濁物質を多量に捕捉することができ、また、洗浄しやすく、少ない逆洗水量で元の状態に回復することができるため、好適である。繊維ろ材は、公知の繊維ろ材を使用することができる。例えば、有機繊維からなる短繊維をからみ合わせた多数の繊維塊ろ材や、合成繊維糸フリンジ（ふさ毛）付き部材又は繊維束紐状部材などを好適に用いることができる。これらの繊維ろ材は、砂などよりも懸濁水を目詰まりが少ない状態で、６００ｍ／ｄ以上の高速で処理することができ、また、繊維表面積が大きく、生物維持が容易であるなどの利点がある。

脱塩槽としては、逆浸透（RO）膜、UF膜（限外濾過膜）又はMF膜（精密濾過膜）等の分離膜を具備する脱塩装置や、電気式脱塩装置や電気透析装置などの公知の脱塩装置を用いることができる。

＜淡水化方法＞
本発明は、図４〜図９に示す淡水化フローにおいて、生物膜ろ過工程及び脱塩工程を本発明の淡水化装置を用いて行うことを特徴とする。すなわち、原水を生物膜ろ過槽に導入し、原水中に含まれている溶解している有機物を生物膜ろ過した後の生物膜ろ過処理水を脱塩槽に導入して。脱塩処理することを基本フローとする。

図４は、本発明の炭水化方法の概略フロー図である。海水又は汽水である原水は、生物膜ろ過工程において濁質分及び溶解している有機物が除去された後、脱塩工程において脱塩処理され、淡水となり、工業用水又は飲用水としての利用に供される。

図５は、生物膜ろ過工程の前段において、原水に酸化剤が添加される場合を示す。通常の淡水化処理では、脱塩工程までの間に生物が生育していると脱塩膜に堆積して脱塩膜の目詰まりを引き起こし、生物が繁殖することによるスライム発生などの問題が生じることを防止するため、酸化剤を添加する。本発明の淡水化処理においても、生物膜ろ過処理の前に酸化剤を添加することができる。

図６は、生物膜ろ過処理の前に酸化剤を添加し、次いで還元剤を添加して、生物膜ろ過処理に供される原水を中和する態様を示す。生物膜ろ過は好気性生物が膜に堆積してろ過膜を形成するものであるから、酸化剤の作用が強すぎると生物膜も劣化するため、還元剤を添加して中和する。

図７は、生物膜ろ過処理の前に酸化剤と還元剤を添加し、さらに生物膜ろ過処理の後、脱塩処理の前に、酸化剤を添加する態様を示す。生物膜ろ過処理の間は原水を中和し、生物膜ろ過処理から脱塩処理に至る間に、生物が繁殖することを防止するため、酸化剤を添加する。

図８は、図６のフローにおいて、生物膜ろ過処理と脱塩処理との間に、ポリッシングろ過及びカートリッジフィルタによる追加のろ過処理を含む。
図９は、図８のフローにおいて、生物膜ろ過処理水の一部を気液混合ノズルに供給して、微細気泡を発生させる生物膜ろ過処理を含む。

［ろ過工程］
濁質分及び有機物質を含む原水は、流入サイフォン３５から流出部３３を経て、生物膜ろ過槽１内に導入される。原水は、ろ材層４を下向流に通過すると、原水中の濁質がろ材層４に捕捉され、ろ過水は集水室１７に至り、逆流サイフォン形成管２１を経てろ過水流出渠１６に流出し、溢流壁１５から生物膜ろ過処理水貯槽２６へ溢流する。 かかるろ過を継続するにつれて、ろ材層４は捕捉した濁質によって通水抵抗を増す。生物膜ろ過槽１内の水位が高水位(HWL)に達した時又は一定時間ごとにろ過を停止して、ろ材の逆洗を行う。

ろ過工程では、設置されている残留塩素計又は酸化還元電位計の計測値に基づいて、還元剤の注入量が制御され、還元剤は原水流入渠３０の流入部３２内に供給される。
［逆洗工程］
ろ材の逆洗は、原水流入を停止し、排水室３内の水位を降下させ、ろ過室５内の水を捨てた後、逆洗用空気及び逆洗用水を導入して行う。

生物膜ろ過槽１内への原水の流入を停止し、生物膜ろ過槽１内の水位がろ過水流出渠１６からのろ過水の溢流により降下し、ろ過水流出渠１６の水位とほぼ同一レベルまで降下した時に、逆流サイフォン形成管２１中に空気供給管２３から空気を供給して、その空気圧Ｐａ（Pa）によって逆流サイフォン形成管２１内の水位を連通管１８の孔又はスリット等より下方でろ過水流出渠１６の水位レベルよりＨａ（ｍ）押し下げて、空気圧Ｐａ（Pa）＝Ｈａ（ｍ水柱）として、ろ過を停止する。

排水サイフォン９を介して排水室３内の水を排水流出渠８へ移送すると、排水室３内の水位は排水流出渠８の溢流壁７の上端と同一レベルになるまで降下し、ろ過室５内の水位は逆洗排水樋６の上端に達する。この時、空気供給管２３から供給される空気圧Ｐａ（Pa）は、Ｐａ（Pa）＝Ｈａ（ｍ水柱）になるように保つ。

ろ過室５内の水位が逆洗排水樋６の上端に達した時に、捨水サイフォン形成管１３内の真空は排水サイフォン９内の真空と同一となり、逆洗排水樋６よりも低位の水は、捨水サイフォン形成管１３を経て排水サイフォン９の排出側から直接排水流出渠８に捨水され、ろ過室５内の水位は逆洗排水樋６とろ材層４間の一定のレベルで停止する。

洗浄用空気導入管２４から洗浄用空気をろ過室の集水室１７に圧入すれば、この空気はろ材層４内を上昇しろ材層４を流動撹拌してろ材の洗浄が行われる。この空気洗浄時には、圧入した洗浄用空気によって水面が膨張するが、水面は逆洗排水樋６の位置より十分下方に降下させてあるから、膨張水面は逆洗排水樋６の上端までは達せず、流動状態のろ材が逆洗排水樋６内に流出することがない。また、ろ材流出防止用の多孔部材４１を設置した場合には、なお更ろ材が流出することはない。このような空気洗浄を一定時間行ったのち、 サイフォンブレーカ弁２０と空気弁２２の開度を調節し、逆流サイフォン形成管２１内の空気圧Ｐｂ（Pa）＝Ｈｂ（ｍ水柱）とし、逆流サイフォン形成管２１からろ過水流出渠１６内のろ過水は集水室１７に逆流し、濁質移送水としてろ過室５を上昇して前記空気洗浄によってろ材から剥離された濁質を伴って逆洗排水樋６を経て排水渠３内に至る。この排水渠３内に至った洗浄排水は、排水サイフォン９を再び起動することによって排水流出渠８に移送される。

このようにして、ろ材層４の洗浄が終了した後は、ろ過工程が再開される。なお、空気と水を併用して洗浄を行う場合には、水が逆洗排水樋６に達しないように水量をコントロールする。

また、ろ材層４の汚染度等によっては、捨水サイフォン破壊弁１４の開閉のみで捨水し、ろ材層４の洗浄を繰り返すことができ、また捨水の都度、その前の洗浄時に逆洗排水樋６にまで上昇し得なかった濁質分等を排水サイフォン９の排出側から直接排水流出渠８に排出することもできる。

［脱塩工程］
海水又は汽水である原水は、生物膜ろ過工程にて溶解性の有機物を除去された後、脱塩工程に供されて淡水化され、工業用水又は飲用水となる。本発明の淡水化方法における脱塩工程は、通常の脱塩処理でよく、例えば逆浸透（RO）膜装置を用いて脱塩処理を行うことができる。

逆浸透膜装置で塩分を除去して淡水（以下「透過水」ともいう。）を得た後、淡水ラインを経由して工業用水又は飲用水等の使用設備等に配給される。この場合、要求される水質に応じた後処理を実施することができる。例えば、更に塩類濃度を低下させる場合は、透過水を更にRO膜で処理すると良い。また、カルシウム等のミネラルが必要であれば、石灰の充填塔に通水して硬度を上げた後、所定の使用設備に配給してもよい。逆浸透装置で濃縮された濃縮水（以下「ブライン」ともいう。）は濃縮水ライを経由して系外に排出される。ブラインは、海水よりも塩類濃度が上昇しており、ブラインの有効利用として更に電気透析、蒸発等の濃縮手段を用いて塩を生産してもよいし、逆電気透析、浸透圧を使用してエネルギーを回収してもよい。また、RO膜装置で淡水を得るためには、浸透圧以上の圧力を高圧ポンプで昇圧してろ過しているので、淡水には残圧がないが、ブラインには残圧があるので、ブラインの圧を回収し、前記高圧ポンプの動力の一部にすることができる（以下「動力回収」という。)。主な動力回収方法は、ペルトンタービン方式、ターボチャージャー法方式、容積（エネルギー変換チャンバー）方式等がある。

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
［実施例１］
図１に示す生物膜ろ過槽１を具備する淡水化装置に、海水を導入して淡水化処理を行った。ろ材には粒状活性炭（水ｉｎｇ株式会社製「エバダイヤLG-30」）を用い、ろ材層４における原水の通水速度は２５０ｍ／ｄとした。原水として、管内への貝等の付着を防止するために、予め次亜塩素酸ソーダを３ｍｇ／Ｌ添加した海水を用いた。還元剤には重亜硫酸ソーダ（「ＳＢＳ」ともいう。）を用いた。還元剤の制御方法としては、ＳＢＳの流入量を１１ｍｇ／Ｌとして（このとき残留塩素濃度は０．００ｍｇ／Ｌ）、残留塩素濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ以上となった場合に、残留塩素濃度０．０１ｍｇ／Ｌの増加に付きＳＢＳ注入量を０．０５ｍｇ／Ｌ増加させた。なお、いずれの場合も、取水時点の次亜塩素酸ナトリウムの添加を停止した場合は、ＳＢＳの注入を停止した。

生物膜ろ過法の前後のＴＯＣ（総有機性炭素）は、原水が２ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．１ｍｇ／Ｌであった。また、生物膜ろ過法の前後の濁度は、原水が５ＮＴＵで生物ろ過処理水が０．５ＮＴＵであった。生物膜ろ過処理水は、更に砂ろ過塔(砂粒径φ０．３ｍｍ)、カートリッジフィルタ(目開き１０μｍ)を通して、更にろ過した後、ポリアミド製のＲＯ膜に導入して脱塩処理を行った。通水を開始して約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１５ＭＰａであった。

［実施例２］
還元剤の注入を行わなかった以外は、実施例１と同様の処理を行った。
生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が２．１ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．９ｍｇ／Ｌであった。また、生物膜ろ過法の前後の濁度は、原水が４ＮＴＵで生物ろ過処理水が０．４ＮＴＵであった。また、約６ヵ月でＲＯ膜の差圧は０．４ＭＰａであり、実施例１に比べると高かった。

［実施例３］
図３に示す生物膜ろ過槽を具備する淡水化装置に、予め塩化第二鉄を添加した海水を導入して淡水化処理を行った。ろ材には粒状活性炭（水ｉｎｇ株式会社製「エバダイヤLG-30」）を用い、ろ材層４における原水の通水速度は２５０ｍ／ｄとした。原水の濁度を濁度計４０にて測定し、濁度が３０ＮＴＵ以上になった場合に、気液混合ノズル４２よりマイクロバブルを発生させた。発生したフロスは定期的に、フロス流出口４４より排出した。

原水の濁度は１〜５０ＮＴＵで変動したが、処理水濁度は常時２ＮＴＵ以下であり、安定した処理を行うことが出来た。生物膜ろ過した処理水は、更に砂ろ過塔（砂粒径φ０．３ｍｍ）、カートリッジフィルタ（目開き１０μｍ）を通して、ポリアミド製のＲＯ膜に導入した。通水を開始して約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．２ＭＰａであった。

［実施例４］
微細気泡を発生させなかった以外は、実施例２と同様の処理を行った。
原水の濁度は１〜５０ＮＴＵで変動し、処理水濁度は１〜２０ＮＴＵであり、実施例２に比較すると処理は不安定であった。生物膜ろ過した処理水は、更に砂ろ過塔（砂粒径φ０．３ｍｍ）、カートリッジフィルタ（目開き１０μｍ）を通して、ポリアミド製のＲＯ膜に導入した。通水を開始して約３ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．４ＭＰａであり、実施例３に比べて、短時間で差圧が上昇した。

［実施例５］
図１に示す生物膜ろ過槽１を具備する淡水化装置に、海水を導入して淡水化処理を行った。ろ材にはφ７ｍｍ×７ｍｍの繊維ろ材を用い、ろ材層４における原水の通水速度は８００ｍ／ｄとした。原水として、管内への貝等の付着を防止するために、予め次亜塩素酸ソーダを3mg/L添加した海水を用いた。還元剤には重亜硫酸ソーダ（SBSともいう）を用いた。還元剤の制御方法としては、ＳＢＳの流入量は１１ｍｇ／Ｌとして（このとき残留塩素濃度は０．００ｍｇ／Ｌ）、残留塩素濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ以上となった場合、残留塩素濃度０．０１ｍｇ／Ｌの増加に付きＳＢＳ注入量を０．０５ｍｇ／Ｌ増加させた。なお、いずれの場合も、取水時点の次亜塩素酸ナトリウムの添加を停止した場合は、ＳＢＳの注入を停止した。

生物膜ろ過法の前後のＴＯＣは、原水が２．１ｍｇ／Ｌで、生物膜ろ過処理水が１．０ｍｇ／Ｌであった。また、生物膜ろ過法の前後の濁度は、原水が６ＮＴＵで生物ろ過処理水が０．７ＮＴＵであった。生物膜ろ過した処理水は、更に砂ろ過塔（砂粒径φ０．３ｍｍ）、カートリッジフィルタ（目開き１０μｍ）を通して、ポリアミド製のＲＯ膜に導入した。通水を開始して約６ヵ月後のＲＯ膜の差圧は、０．１６ＭＰａであった。

以上の結果を表１にまとめて示す。

本発明の淡水化装置及び淡水化方法は、低コストで長期にわたり稼働できる。

１…生物膜ろ過槽、２…垂直仕切壁、３…排水室、４…ろ材層、５…ろ過室、６…逆洗排水樋、７…溢流壁、８…排水流出渠、９…排水サイフォン、１０…排水サイフォン形成用弁、１１…排水サイフォン形成用管、１２…排水サイフォン破壊弁、１３…捨水サイフォン形成管、１４…捨水サイフォン破壊弁、１５…溢流壁、１６…ろ過水流出渠、１７…集水室、１８…連通管、１９…筒体、２０…サイフォンブレーカ弁、２１…逆流サイフォン形成管、２２…空気弁、２３…空気供給管、２４…洗浄用空気導入管、２５…空気弁、２６…ろ過水貯槽、３０…原水流入渠、３１…垂直隔壁、３２…流入部、３３…流出部、３４…溢流壁、３５…流入サイフォン、３６…流入サイフォン形成用弁、３７…流入サイフォン形成用管、３８…流入サイフォン破壊弁、４０…濁度計、４１…ろ材流出防止用多孔部材、４２…気液混合ノズル、４３…ろ過水抜き出しライン、４４…フロス流出口

Claims (13)

1. 原水中に溶解している有機物を除去する生物膜ろ過槽と、当該生物膜ろ過槽で処理された生物膜ろ過処理水から塩類を除去する脱塩槽と、を具備する淡水化装置であって、
   当該生物膜ろ過槽内に、垂直仕切壁（２）により区画されている排水室（３）とろ過室（５）とを具備し、
   当該ろ過室（５）は、ろ材を充填してなるろ材層（４）と、当該ろ材層（４）の上方に設けられている逆洗排水樋（６）と、を含み、
   当該逆洗排水樋（６）は、当該排水室（３）と流体連通状態に設けられており、
   当該生物膜ろ過槽の外側に、排水サイフォン（９）を介して当該排水室（３）と流体連通状態に設けられている排水流出渠（８）と、当該生物膜ろ過槽（１）からの生物膜ろ過処理水を流出させるろ過水流出渠（１６）と、を設置し、当該ろ過水流出渠（１６）から生物膜ろ過処理水を当該脱塩槽に導入するように構成されている、淡水化装置。
2. 前記生物膜ろ過槽（１）に酸化還元電位計或いは残留塩素計を設け、
   前記酸化還元電位計或いは残留塩素計の値に応じて還元剤の注入量を制御可能な還元剤注入管を前記生物膜ろ過槽の前段に設けたことを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
3. 前記生物膜ろ過槽（１）或いはその前段に濁度計を設け、
   前記濁度計の値に応じて微細気泡の注入量を制御可能な微細気泡導入機構を前記排水渠（３）に設け、
   前記生物膜ろ過槽（１）にフロスの排出口を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の淡水化装置。
4. 前記ろ材層（４）には、球状に加工された造粒活性炭又は繊維からなるろ材が充填されている、請求項１〜３のいずれかに記載の淡水化装置。
5. 前記垂直仕切壁（２）の上方に、ろ材流出防止用多孔部材を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の淡水化装置。
6. 前記生物膜ろ過槽と前記脱塩槽との間に、ろ過槽をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の淡水化装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の淡水化装置を用い、生物膜ろ過槽に原水中に溶解している有機物を生物膜ろ過により除去した後、脱塩処理する淡水化方法。
8. 前記生物膜ろ過槽に導入する前に、原水に酸化剤を添加する、請求項７に記載の淡水化方法。
9. 前記生物膜ろ過槽に導入する前に、原水に酸化剤及び還元剤を添加する、請求項７に記載の淡水化方法。
10. さらに、前記生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水に酸化剤を添加する、請求項８に記載の淡水化方法。
11. 前記生物膜ろ過槽からの生物膜ろ過処理水を脱塩槽に導入する前に、さらに濁質分をろ過する、請求項７〜１０のいずれかに記載の淡水化方法。
12. 請求項２に記載の淡水化装置を用い、原水又は生物膜ろ過処理水の酸化還元電位又は残留塩素濃度を測定して、当該酸化還元電位の値又は残留塩素濃度の値に応じて前記還元剤の注入量を調節する、請求項９に記載の淡水化方法。
13. 請求項３に記載の淡水化装置を用い、前記原水に微細気泡を導入し、濁質分を浮上させ、浮上した濁質分を前記フロスの排出口より排出する、請求項７〜１２のいずれかに記載の淡水化方法。