JP2014221450A - 造水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では半透膜ろ過装置に供した後の濃縮水を河川等に放流することなく、取水した原水を効率的に使用可能であり、かつ、半透膜ろ過装置に供する供給水のバイオファウリングポテンシャルを効果的に抑制可能な造水方法を提供する。【解決手段】淡水を得る造水方法であって、第一被処理水１と前記第一被処理水１よりも塩濃度が高い第二被処理水２とを混合して混合水３を得る工程、前記混合水３に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、前記薬剤を添加した後に、前記混合水３を、淡水である第二透過水３３と第二濃縮水３４とに分離する工程と、、前記第二濃縮水３４の一部又は全部を、前記混合水３、前記第一被処理水１、及び前記第二被処理水２からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と、を含む造水方法。【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、複数の原水から淡水を製造する造水方法に関する。

近年、水資源の安定的な確保を目的として、河川水、海水、地下水、下水処理水等の複数の原水から工業用水や水道水用の淡水を製造する造水システムの開発が盛んに行われている。
造水システムの中でも、分離膜に関する技術開発が進んでおり、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）は河川水、地下水、下水処理水などから工業用水を製造する造水プロセスや海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理、膜分離活性汚泥法等へ適用することができる。また、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、排水再利用プロセス等へ適用することができる。

ＮＦ膜やＲＯ膜による膜分離法では、処理水の供給圧が、浸透圧よりも高い必要があるために、ＮＦ膜やＲＯ膜に原水を供給する際には加圧が必要となる。すなわち、ＮＦ膜やＲＯ膜に供給される原水の塩濃度が高いほど浸透圧も高くなるために、より高い加圧性が必要となることから、多くのエネルギーが必要となる。

そこで、特許文献１には、海水を効率よく淡水化し、かつ廃水を活用するために、廃水を生物処理して得られる生物処理水を海水に混合して海水を希釈し、混合水を逆浸透膜処理する海水淡水化方法が開示されている。

また、特許文献２には、廃水処理水と海水との混合水を逆浸透膜にて処理する淡水生成方法において、廃水処理量の変動に対応すべく、廃水処理水の流入量に基づいて廃水処理水の逆浸透装置や混合水の逆浸透装置の処理量を制御することにより、高効率で安定的に所定量の処理水を得る方法が開示されている。

特許第４４８１３４５号公報 特許第４４９９８３４号公報

混合水の逆浸透装置では、透過水と共に濃縮水も副生するが、上記従来の技術では濃縮水は通常河川等に放流されてしまうため、新たに原水を取水するためにエネルギーが必要となる分、造水システム全体の回収率は低い。

また、海水と廃水との混合水では、海水と廃水の塩濃度の差により、混合水中の微生物が死滅するおそれがある。その死滅した微生物が餌となり微生物がさらに増殖することから、混合水の微生物増殖の可能性（以下、バイオファウリングポテンシャルとも記載する）は、海水と廃水のそれぞれのバイオファウリングポテンシャルの和よりも高くなり、逆浸透装置中の逆浸透膜の閉塞を引き起こす要因となりうる。

そこで本発明では、複数の原水の混合水を用いた造水方法において、取水した原水を効率的に使用でき、造水システム全体の回収率を向上した造水方法を提供することを第一の課題とする。
また、混合水のバイオファウリングポテンシャルを効果的に抑制可能な造水方法を提供することを第二の課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研鑽を積んだ結果、混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を添加し、混合水の逆浸透処理で副生する濃縮水を原水として再利用することで、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は下記＜１＞〜＜５＞に関するものである。
＜１＞ 淡水を得る造水方法であって、
第一被処理水と、前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水とを混合して混合水を得る工程と、
前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と、
を含む造水方法。
＜２＞ 淡水を得る造水方法であって、
第一被処理水を、淡水である第一透過水と第一濃縮水とに分離する工程、
前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水と、前記第一濃縮水とを混合して混合水を得る工程、
前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、前記第一濃縮水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と、
を含む造水方法。
＜３＞ 淡水を得る造水方法であって、
第一被処理水を淡水である第一透過水と第一濃縮水とに分離する工程と、
前記第一被処理水と、前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水と、前記第一濃縮水とを混合して混合水を得る工程と、
前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、前記第一濃縮水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と
を含む造水方法。
＜４＞ 前記第二濃縮水を返送する工程の前に、前記第二濃縮水を分離膜で除濁処理する工程をさらに含む上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載の造水方法。
＜５＞ 前記第一被処理水が、下廃水、下廃水の生物処理水、または前記生物処理水の除濁処理水である上記＜１＞〜＜４＞のいずれか１に記載の造水方法。

本発明によれば、副生する濃縮水を被処理水または混合水に返送して原水として再利用することにより、新たに被処理水を取水するエネルギーを削減できることから、システムの回収率を向上できる。
また、混合水に添加した微生物増殖を抑制するための薬剤は、高価であるが、副生する濃縮水に含まれ、捨てられている。薬剤を含む濃縮水を河川等へ放流することなく原水として再利用することで、混合水のろ過運転から発生する微生物増殖（以下、バイオファウリングともいう）発生の可能性を抑制することが可能となる。すなわち、同量の薬剤でもより高いバイオファウリングポテンシャル抑制効果を得ることができる。

図１は、本発明に係る造水方法を示した概略ブロック図である。 図２は、本発明に係る造水方法を示した概略ブロック図である。 図３は、従来の造水方法を示した概略ブロック図である。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。

本発明に係る造水方法（以下、「本発明の方法」と称することもある。）について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、本発明に係る造水方法では、第一被処理水１と第一被処理水１よりも塩濃度が高い第二被処理水２とを原水とする。第一被処理水１ａは第一貯水槽１１から混合水槽３１に送液される。第二被処理水２は第二貯水槽２１から混合水槽３１に送液され、第一被処理水１ａと混合されて混合水３を得る。この混合水３に、微生物増殖を抑制する薬剤（図示せず）を連続的または間欠的に添加した後に、第二半透膜ろ過装置３２に供給して第二透過水３３と第二濃縮水３４とに分離する。分離された第二透過水３３は淡水として得られる。

また、第一被処理水の濃縮水を混合水に加えてもよい。具体的には、図１に示すように、第一被処理水１ｂを、第一貯水槽１１から第一半透膜ろ過装置１２に送液し、第一半透膜ろ過装置１２で処理して第一透過水１３と第一濃縮水１４とに分離し、この第一濃縮水１４を混合水槽３１に送液してもよい。分離された第一透過水１３は淡水として得られる。

第一被処理水の濃縮水を混合水に加える際、第一被処理水は混合水に加えても加えなくてもよい。図２に示す方法では、第二被処理水２と第一濃縮水１４とを混合して混合水３を得ている。ただし、第一被処理水は、第二被処理水や第一濃縮水よりも塩濃度が低い。かかる第一被処理水を混合水に加えることで、混合水中の塩濃度が低下し、その分浸透圧が低下する。このため、第二半透膜ろ過装置に供給する水の昇圧水準を、第一被処理水を加えない場合よりも抑えることができることから、省エネルギー化及び低コスト化が可能となる。

このように、混合水は、第二被処理水と、第一被処理水及び第一濃縮水の少なくとも一方とを混合して得られる。

ここで、第二濃縮水３４は、従来は系外へ排出されていたところ（図３参照）、本発明の方法では、第二濃縮水３４の一部又は全部が、混合水３、第一被処理水１、第一濃縮水１４及び第二被処理水２のうち１以上に返送され、原水として再利用される。このように、第二濃縮水を混合水へ直接的又は間接的に返送することで原水として再利用されるので、造水システムの回収率を上げ、さらにバイオファウリングを抑制することができる。バイオファウリングは、供給水の中に含まれている微生物および栄養分によって発生するため、前記微生物および栄養分が豊富となったポイントからバイオファウリングポテンシャルは上昇する。

混合水のバイオファウリングポテンシャルは、第一被処理水のバイオファウリングポテンシャルと第二被処理水のバイオファウリングポテンシャルとの合計より高い。これは、２種類の被処理水の混合により生じる塩濃度差によって微生物が死滅し、その死骸により混合水のバイオファウリングポテンシャルを高くするためであると考えられる。例えば、本発明の第一被処理水１、第一濃縮水１４、第二被処理水２の、いずれかの二つを混合したポイントで微生物および栄養分の増加が考えられ、バイオファウリングポテンシャルが増加する可能性がある。ここで、第二濃縮水は、薬剤が添加された混合水を第二半透膜ろ過装置に供して得られたものであるので、第二濃縮水の中にも薬剤は残存している。そこで、本発明の第二濃縮水を混合水へ直接的又は間接的に返送することで、返送先の第一被処理水、第一濃縮水、第二被処理水または混合水において、微生物増殖を抑制する効果が再び得られるので、第二濃縮水中に含まれる薬剤を有効に活用し、バイオファウリングポテンシャル上昇の一つの原因である微生物増殖を抑制することができる。

従って、本発明での第二濃縮水の返送ポイントは、微生物増殖が想定されるポイント、例えば本発明の第一被処理水１、第一濃縮水１４、第二被処理水２の、いずれかの二つを混合するポイント、またはそれより上流が好ましい。

勿論、バイオファウリングを抑制するために、微生物増殖を抑制する薬剤の注入量を増加する方法が考えられる。しかし、これでだけでは微生物増殖が起きるポイントから薬剤の注入ポイントまでのバイオファウリングを抑制することができず、薬剤の注入量を大幅に増加しなければならない。また、バイオファウリングを抑制するために、薬剤の注入ポイントを、微生物増殖が想定されるポイント、例えば第一被処理水１、第一濃縮水１４、第二被処理水２の、いずれかの二つを混合するポイント、またはそれより上流にすることも考えられるが、配管や中間タンクでの微生物の増殖または混入などが懸念され、バイオファウリングは下流になるほど発生可能性が高くなっていく。このため、この場合でも薬剤の注入量を大幅に増加しなければならない。注入量を増加することはコストのみならず、設備、場所、薬剤運搬および管理負担などが増えることで、システム全般に悪影響を及ぼす恐れがある。一方、本発明の方法であれば、微生物増殖を抑制する薬剤の注入量を増加することなく、微生物増殖が起きるポイントから薬剤の注入ポイントまでのバイオファウリングを抑制することができる。

このように、第二濃縮水が返送された後の混合水には、新たな薬剤添加が不要となったり、薬剤を添加する場合でも、注入量を低減することが可能となる。すなわち、薬剤が含まれる第二濃縮水を返送することで、薬剤単位量当たりで考えると、第一被処理水、第一濃縮水、第二被処理水または混合水に薬剤が接触する機会が多くなる。
すなわち高いバイオファウリングポテンシャルに対しても、従来もよりも少ない薬剤添加量で対応することが可能となるということができる。

返送する第二濃縮水の量は任意に定めることができる。すなわち、本発明の方法の目的は、回収率の向上およびバイオファウリングポテンシャルを抑制することであるから、回収率を向上させることができ、バイオファウリングポテンシャルを抑制できる量であればよい。しかし、塩濃度の大きな変化は第二半透膜の運転に影響を与えるため、混合水３の塩濃度を監視しながら、塩濃度の変動に合わせて第二濃縮水の返送量を調節するなどで、混合水塩濃度を一定に安定させることが好ましい。例えば、第一被処理水に返送する第二濃縮水の流量は、第一被処理水の流量に基づいて調整することが好ましい。

また、返送手段も限定されない。図１では、第二濃縮水３４ａは混合水槽３１に返送され、第二濃縮水３４ｂは第二貯水槽２１に返送され、第二濃縮水３４ｃは第二被処理水２を限外ろ過膜装置２２に送液する配管に返送され、第二濃縮水３４ｄは第一貯水槽１１に返送され、第二濃縮水３４ｅは第一濃縮水１４に返送されているが、第一被処理水１、第二被処理水２、混合水３を輸送する各配管（図示せず）に返送用の配管を連通させることにより送液されてもよい。また、必要に応じて、ポンプを用いて第二濃縮水を昇圧させた後、送液することもできる。

本発明において、第一被処理水の性状・成分は特に限定されるものではないが、例えば、下水、産業廃水等の廃水や、海水、かん水、湖沼水、河川水、池水、地下水等が挙げられ、任意の原水を選択することができる。

図１に示すように、第一被処理水１は、予め、前処理装置１５において処理された処理水であることが好ましい。中でも、第一被処理水は廃水を生物処理して得られた生物処理水、または生物処理水をさらに除濁処理した処理水であることが、処理水を有効利用でき、省エネルギーが可能であるとの観点や、処理水量の確保が容易であるとの観点から好ましい。

生物処理とは、活性汚泥処理、膜分離活性汚泥処理、生物膜処理等が挙げられる。

除濁処理とは、逆浸透膜ろ過よりも粗いろ過、すなわち、逆浸透膜装置でろ過処理を行う前に実施され、固形物質等、逆浸透膜で分離するよりも粗い不純物を除去することを意味する。
除濁処理で用いられる分離膜は、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜等が挙げられるが、特に限定されるものではない。

除濁処理で用いられる分離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等が挙げられる。中でも、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に、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用いることもできる。

前記分離膜の孔径は、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ものの、膜透水性が低下する傾向がある。
以上より、膜孔径は０．０１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが好ましく、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下とすることがより好ましい。

分離膜装置の形態には中空糸膜、管状膜、平膜等が存在するが、いずれの形態のものでも本発明に用いることができる。
中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分離膜を表し、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜を表す。
分離膜が中空糸膜である場合は中空糸膜を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、管状膜の場合はチューブラー型エレメント、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、これらエレメントを単独又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。

第一被処理水は、その他、オゾン処理、紫外線照射処理などの生物学的、物理的または化学的な前処理や、これらの組み合わせによって前処理を施してもよい。

第一半透膜ろ過装置１２においては、装置内にポンプ、半透膜、薬液注入装置、流量計、圧力計、温度計、ＯＲＰ計、電気伝導度計、ｐＨ計、エネルギー回収装置が必要に応じて含まれている。
当該ポンプは、供給される第一被処理水を加圧し、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。これらの送液において、昇圧ポンプの形態には限定されない。

半透膜ろ過装置への供給水の浸透圧が低い場合には、供給するために加圧する供給ポンプを設置し、逆に供給水の浸透圧が高い場合には、供給水を送液するポンプと、膜透過を実施するために供給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もできる。

半透膜ろ過装置内に備える半透膜としては、透過水と濃縮水とに分離する機能を有するものであれば、公知のものを用いることができ、その形状や素材には特に限定されない。なお、半透膜を用いた膜分離方法は、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。
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ものである場合には、低ファウリング性半透膜を使用することが好ましい。

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（ナノろ過膜）やＲＯ膜（逆浸透膜）が挙げられる。
ＮＦ膜や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のイオンや、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオン等の一価イオン、さらには、重量平均分子量が１０００００以上のフミン酸や重量平均分子量が１００〜１０００のフルボ酸、アルコール、エーテル、糖類などをはじめとする、溶解性有機物を素子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２００〜１０００で、塩化ナトリウム阻止率が９０％以下のＲＯ膜と定義されており、それよりも分画分子量が小さく、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膜に近いものをルースＲＯ膜と呼ぶこともある。

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、取扱いを容易にするために、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、多数の孔を有する筒状の中心パイプの周囲に、ＮＦ膜または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ことが好ましい。

複数の流体分離素子を直列また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膜または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。
これらＮＦ膜又は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、ビニルポリマー等の高分子材料を用いることができる。具体的には、酢酸セルロース系又はポリアミド系の非対称膜、及び、ポリアミド系、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。

薬液注入装置は、ポンプ、配管、流量調整バルブ、流量計、薬液タンクで構成され、ＮＦ膜またはＲＯ膜供給水に必要に応じて薬液を供給することができる。膜供給水に酸化剤が含まれている場合、例えば重亜硫酸ソーダ（Ｓｏｄｉｕｍ Ｂｉｓｕｌｆａｔｅ Ｓｏｄａ；ＳＢＳ）のような酸化剤中和剤を供給することができる。また、必要に応じて、ＲＯ濃縮により発生するスケールを防止するため、例えば高分子電解質などを含むスケール防止剤を添加することもできる。また、バイオファウリングの発生可能性があるため、殺菌剤を添加が好ましい。ここで、微生物増殖を抑制する薬剤としては、例えば２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、これらの塩およびこれらの混合物から選ばれた成分を有効成分とする殺菌剤や２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）、硫酸などを使用することができるが、バイオファウリング抑制効果が高いことから、２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）が好ましい。薬液注入装置は一つでもよく、複数でもよい。

流量計は、膜ろ過装置への供給水量、処理水量および濃縮水量が判るように設置すればよく、必要に応じて複数の流量計を設置し、より正確な流量を計測してもよい。

圧力計は、膜ろ過装置への供給圧力と、供給圧力と濃縮水圧力の差圧が判るように設置すればよく、必要に応じて複数の圧力計を設置し、より正確な圧力を計測してもよい。

温度計は、膜ろ過装置への供給水温が判るように設置すればよく、必要に応じて複数の温度計を設置し、より正確な温度を計測してもよい。

ＯＲＰ計は、必要に応じて、膜ろ過装置への供給水のＯＲＰが判るように設置し、酸化剤の流入をモニタリングすればよい。

電気伝導度計は、必要に応じて、膜ろ過装置への供給水の電気伝導度が判るように設置し、供給水の塩濃度の変化をモニタリングすればよい。

ｐＨ計は、膜ろ過装置への供給水ｐＨが判るように設置すればよく、必要に応じて複数のｐＨ計を設置し、より正確なｐＨを計測してもよい。

エネルギー回収装置は、必要に応じて、膜ろ過装置の供給水および濃縮水側に設置し、濃縮水が有する圧力を回収して供給水に与えることで、省エネ運転を行ってもよい。

第一半透膜ろ過装置を透過した第一透過水は淡水として得られる。一方、透過しなかった供給水は、他方の端部から、第一濃縮水として取り出され、第二被処理水と混合される。

第二被処理水については、第一被処理水の塩濃度よりも高いものであればその性状・成分は特に限定されるものではなく、下水、工場廃水等の廃水、海水、かん水、湖沼水、河川水、池水、地下水等の任意の原水を選択することができる。具体的な第二被処理水の塩濃度はＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：総溶解固形分）が１０，０００〜６０，０００ｍｇ／Ｌであればよく、ＴＤＳが３０，０００〜４０，０００ｍｇ／Ｌが第一被処理水と混合の際、混合水の水質安定の点からより好ましい。第二被処理水と第一被処理水の塩濃度の差は１０，０００ｍｇ／Ｌ以上であればよく、３０，０００ｍｇ／Ｌ以上が好ましい。
中でも、第二被処理水としては、安定的な水量確保の点から海水が好ましく、図１に示すように、限外ろ過膜装置３２によるろ過処理を施した海水が、安定的な水量確保の点、浮遊物質除去による後段ろ過膜の寿命延長の点、及び微生物除去によるバイオファウリング可能性低下の点からより好ましい。なお第二被処理水についても、第一被処理水と同様に、生物処理や除濁処理などの前処理を施したものを用いることもできる。

第一濃縮水１４と第二被処理水２とを混合する手段について、その方法や形式は特に限定されない。例えば、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。また、槽内攪拌のために、混合水槽内に水中ポンプや攪拌機を設けてもよい。

本発明の方法では、混合水３に対して、微生物増殖を抑制するための薬剤を添加する。薬剤としては次亜塩素酸ナトリウム、クロラミンなどの酸化剤を含む薬剤、ＤＢＮＰＡ（２，２−ｄｉｂｒｏｍｏ−３−ｎｉｔｒｉｌｏｐｒｏｐｉｏｎａｍｉｄｅ）など殺菌成分を含む薬剤が挙げられる。中でも、クロラミンやＤＢＮＰＡが、ろ過膜劣化の可能性が低い点から好ましい。また、微生物増殖を抑制するために酸化剤を含む薬剤を添加する場合、必要に応じて、供給水がろ過膜に入る前にＳＢＳなどの中和剤を用いて酸化剤を中和する必要がある。
また、薬剤の添加方法は連続的でも間欠的であってもよく、薬剤使用量の低下の点から間欠的に添加することがより好ましい。
添加するクロラミンまたはＤＢＮＰＡの量は、供給水量の中の濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌになるように添加することが好ましい。

廃水を生物処理して得られた生物処理水、または、該生物処理水をさらに除濁処理した処理水は、バイオファウリングが進行しやすいため、原水としてこれらを用いる場合に、上記薬剤を添加する効果は大きい。
ここでバイオファウリングとは供給水圧と濃縮水圧の差圧増加を起こす微生物増殖を意味する。

混合水３は、第二半透膜ろ過装置３２に供給される。
第二半透膜ろ過装置３２においては、装置内にポンプ、半透膜、薬液注入装置、流量計、圧力計、温度計、ＯＲＰ計、電気伝導度計、ｐＨ計、エネルギー回収装置が必要に応じて含まれている。第二半透膜ろ過装置における、ポンプ、半透膜、薬液注入装置、流量計、圧力計、温度計、ＯＲＰ計、電気伝導度計、ｐＨ計、エネルギー回収装置に関する好ましい態様は、塩濃度が高いことに対する耐腐食性や耐圧性を考慮することを除いては、上記の第一半透膜ろ過装置１２と同様である。

第二半透膜ろ過装置に供給される混合水中の塩濃度は、第一濃縮水の流量及び塩濃度、並びに、第二被処理水の流量及び塩濃度に依存して決定される。
図３に示すような従来の方法では、混合水３を第二半透膜ろ過装置３２に供する際に、混合水３の塩濃度に応じて、第二半透膜ろ過装置３２中の半透膜やポンプの圧力、供給水量、透過水量、濃縮水量、薬剤注入量などの設定を変更して造水する。
そのため、供給される混合水中の塩濃度が変動すると、その都度、第二半透膜ろ過装置３２中の半透膜や運転条件を変更しなければならず、装置の運転コスト、過大なエネルギー消費、運転安定性の低下や運転条件変更によるバイオファウリング可能性増加などの点で好ましくない。混合水中の塩濃度が変動しやすい条件としては、例えば、第一被処理水が廃水である場合であり、第一被処理水を、第一半透膜装置を介さずに直接混合水に加える場合は、特に、混合水の塩濃度が変動しやすい。

かかる場合に、ろ過装置の運転条件の変更をできるだけ最小限に抑えてろ過処理を行うためには、混合水中の塩濃度を一定に保つ必要がある。塩濃度を一定に保つ方法としては、例えば、第一被処理水の流量増加に応じて、塩濃度の高い第二被処理水の流量も増加させる方法が考えられる。
この方法においては、第二被処理水が海水である場合、第一被処理水の流量増加に対応して、海水の取水量を増加させる。そのため、取水に用いる昇圧ポンプは、高圧から低圧まで対応できるものを設置する必要がある。

すなわち、第一被処理水の流量に応じて第二被処理水の流量を制御するシステムを構築すると、混合水中の塩濃度を一定に保つことはできるものの、気象条件に合わせて取水用の昇圧ポンプを稼働させる必要があり、低コスト化の実現は難しい。

これに対し、本発明では、混合水を第二半透膜ろ過装置で処理した後の第二濃縮水を、再度系内に返送して原水として再利用することにより、第二半透膜ろ過装置に供給される混合水の塩濃度の制御を容易にし、一定に保つことを可能とする。
第二濃縮水の塩濃度は混合水よりも高い。そのため、第二濃縮水を系内に返送することにより、第一被処理水流量の急激な増加が生じても、混合水中の塩濃度が低下することを防ぐことができる。すなわち、気象条件等による急激な変化によらず、混合水中の塩濃度を一定に保つことができる。また、第二被処理水の取水量または流量を変化させる必要もないため、造水系全体のエネルギー効率を低下させにくい。

返送される第二濃縮水は、全量であっても一部であってもよい。中でも、第二濃縮水の流量を第一被処理水の流量及び塩濃度に合わせて調整し、第二濃縮水を第一被処理水へ返送することが回収率の向上やバイオファウリング可能性低減の点から好ましい。具体的には、第一被処理水に対して第二濃縮水の返送量は５０％程度とすることが好ましい。なお、返送されない分は、系外に排出される。
ここで、返送する第二濃縮水の流量を調整する手段としては、第二濃縮水を輸送する配管やその前後に、必要に応じて、ポンプや弁、槽、攪拌装置等を設けてもよい。

また、第二濃縮水は、分離膜を用いて除濁処理をした後に返送することが好ましい。ここで除濁処理とは、先述した第一被処理水の前処理に用いられる除濁処理と、同様の手法を用いることができる。
かかる処理により、第二濃縮水中に残存した微生物の死骸等の不純物が取り除かれる。したがって、第二濃縮水と共に不純物が還流されることを防ぐことができ、混合水のバイオファウリングポテンシャルを低減することができる。

本発明の方法において、各処理水を移送する各配管は、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、塩濃度、注入する薬剤の性状、加える圧力に耐性のあるものが好ましい。
配管を通った送液方法は、図示されていないが、ポンプによる方法、水頭差による方法、オーバーフローを利用する方法など、特に手段は限定されず、各々の送液用配管には、必要に応じて昇圧ポンプや弁等を設けてもよい。

さらに、各配管の途中で適宜、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、または薬液注入等の生物学的、物理的、若しくは化学的な処理等を行ってもよく、また中間タンク等の槽を設けてもよい。

本発明における装置に用いられる各槽は、殺菌剤や中和剤等の薬剤によって劣化しない材質、塩濃度に対する耐腐食性があるもの、微生物増殖可能性を低減するために光りの遮断性があるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽、プラスチック槽等が用いられる。

以上、上記に第一被処理水と第二被処理水を用いた造水方法を、図１を参考に説明したが、本発明に係る造水方法はこれらの構成に限定されず、適宜設計変更することが可能である。

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

（比較例１）
比較例は図３に示す従来の方法で造水した。第一被処理水には下水を用い、第二被処理水には海水を用いた。第一被処理水の前処理は１ｍｍ目幅のバースクリーンを用いたスクリーン処理を行った。第一半透膜ろ過装置としては低ファウリング性かん水用ＲＯ装置を、第二半透膜ろ過装置としては海水淡水化用ＲＯ装置を用いた。第二半透膜ろ過装置の運転の際には、殺菌剤を使用した。殺菌剤はＤＢＮＰＡを使用し、濃度は１０ｍｇ／Ｌ、１時間／日で間欠的に行った。第二半透膜ろ過装置の運転差圧については、装置への供給圧、濃縮水圧、透過水圧および平均逆浸透圧を元に、下記の式にて算出した。
運転差圧＝供給圧−（（供給圧−濃縮水圧）÷２）−透過水圧−平均逆浸透圧
また、平均逆浸透圧は、下記の式にて算出した。
平均逆浸透圧＝（供給水塩濃度＋濃縮水塩濃度）÷２
なお、供給圧、濃縮水圧、透過水圧、供給水塩濃度および濃縮水塩濃度は、圧力計をそれぞれの場所に設置して測定を行う、またはサンプル水からＴＤＳを測定して使用した。
表１に示すように、被処理水合計に対する透過水合計の回収率は７７％で、その際第二半透膜ろ過装置の運転差圧上昇速度は０．１６ｋＰａ／ｄであった。

（実施例１）
実施例１では、図２に示した方法で造水した。なお、第二濃縮水の返送は、図２に示すうち第二濃縮水３４ｃのみを供給することにより行った。前記以外には、比較例１と同様に実験を行った。
その結果、表１に示すように、被処理水合計に対する透過水合計の回収率は８７％で、その際第二半透膜ろ過装置の運転差圧上昇速度は０．０８ｋＰａ／ｄを示した。よって、回収率が上昇し、バイオファウリングによる運転差圧上昇速度を低減させることができた。

（実施例２）
実施例２では、図１に示した方法で造水した。なお、第二濃縮水の返送は、図２に示すうち第二濃縮水３４ｂのみを供給することにより行った。前記以外には、比較例１と同様に実験を行った。
その結果、表１に示すように、被処理水合計に対する透過水合計の回収率は８１％で、その際第二半透膜ろ過装置の運転差圧上昇速度は０．０９ｋＰａ／ｄを示した。よって、回収率が上昇し、バイオファウリングによる運転差圧上昇速度を低減させることができた。

（実施例３）
実施例３では、図２に示した方法で造水した。なお、第二濃縮水の返送は、図２に示すうち第二濃縮水３４ｅのみを供給することにより行った。前記以外には、比較例１と同様に実験を行った。
その結果、表１に示すように、被処理水合計に対する透過水合計の回収率は８１％で、その際第二半透膜ろ過装置の運転差圧上昇速度は０．０７ｋＰａ／ｄを示した。よって、回収率が上昇し、バイオファウリングによる運転差圧上昇速度を低減させることができた。

従って、実施例に示すように、第二濃縮水の一部を混合水へ直接的又は間接的に返送することにより、回収率を上げ、さらにバイオファウリングを抑制できることが分かる。

本発明に係る造水方法によれば、塩濃度の異なる複数の被処理水の混合水を半透膜ろ過装置に供して淡水を得る際に副生する濃縮水を、再度、混合水に再送することにより、造水システム全体の回収率を向上することができる。また、微生物の増殖を抑制する薬剤の添加量も少量に抑えることができる。
本発明に係る造水方法によって、汚泥のみならず河川水、湖沼水、地下水、海水、下水、工場廃水、食品プロセス水なども被処理水として適用し、膜分離を行うことが期待される。

１、１ａ、１ｂ 第一被処理水
１１ 第一貯水槽
１２ 第一半透膜ろ過装置
１３ 第一透過水
１４ 第一濃縮水
１５ 前処理装置
２ 第二被処理水
２１ 第二貯水槽
２２ 限外ろ過膜装置
３ 混合水
３１ 混合水槽
３２ 第二半透膜ろ過装置
３３ 第二透過水
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ 第二濃縮水

Claims (5)

1. 淡水を得る造水方法であって、
   第一被処理水と、前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水とを混合して混合水を得る工程と、
   前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
   前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
   前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と、
   を含む造水方法。
2. 淡水を得る造水方法であって、
   第一被処理水を、淡水である第一透過水と第一濃縮水とに分離する工程、
   前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水と、前記第一濃縮水とを混合して混合水を得る工程、
   前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
   前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
   前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、前記第一濃縮水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と、
   を含む造水方法。
3. 淡水を得る造水方法であって、
   第一被処理水を淡水である第一透過水と第一濃縮水とに分離する工程と、
   前記第一被処理水と、前記第一被処理水よりも塩濃度が高い第二被処理水と、前記第一濃縮水とを混合して混合水を得る工程と、
   前記混合水に微生物増殖を抑制する薬剤を連続的または間欠的に添加する工程と、
   前記薬剤を添加した後に、前記混合水を、淡水である第二透過水と第二濃縮水とに分離する工程と、
   前記第二濃縮水の一部又は全部を、前記混合水、前記第一被処理水、前記第一濃縮水、及び前記第二被処理水からなる群から選ばれる少なくとも一つに返送する工程と
   を含む造水方法。
4. 前記第二濃縮水を返送する工程の前に、前記第二濃縮水を分離膜で除濁処理する工程をさらに含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の造水方法。
5. 前記第一被処理水が、下廃水、下廃水の生物処理水、または前記生物処理水の除濁処理水である請求項１〜４のいずれか１項に記載の造水方法。

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