JP2014221459A - 海水淡水化システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆浸透膜の汚染を低減して、安定して淡水を得ることが可能な海水淡水化システムを提供する。【解決手段】逆浸透膜５０の上流側に配置され、海水に対してろ過処理を施す直列に接続された複数段のフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、それぞれのフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの海水が流れる順番を切り替える流路切替手段２２と、２段目以降のフィルタ２１ｂ，２１ｃからの流出水に含まれる生物量が所定値以上の場合、流路切替手段２２により生物量が所定値を超えたフィルタ２１ｂ，２１ｃと１段目のフィルタ２１ａとの流路を切り替える制御装置６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、海水から淡水を得る海水淡水化システムに関する。

逆浸透（ＲＯ：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜を用いた海水淡水化システムでは、逆浸透膜の汚染による淡水の生産効率の低下や生産水質の悪化が課題となっている。逆浸透膜の汚染の要因としては、粒子状物質、析出した無機化合物、粘着性を有する有機物、海洋細菌由来のバイオフィルムなどが挙げられる。特に、バイオフィルムは、海洋細菌などの生物による海水中の有機物を栄養源とした増殖・代謝物分泌の結果形成され、その抑制が求められている。

そこで、逆浸透膜に供給される海水からこれらの汚染要因を除去するため、様々な前処理技術が提案されている。その一例として、単層や複層の砂ろ過設備や精密ろ過膜、限外ろ過膜を用いたろ過設備が導入されている。前処理の目的は、従来は、主に逆浸透膜を物理的に閉塞させる濁質成分の除去であったが、バイオフィルムの形成抑制を目指す場合、濁質成分の除去に加え、生物が栄養源として利用し易い成分、すなわち生物易分解性成分の除去も求められている。これらの生物易分解性成分は主に溶解性成分である。

また、海水淡水化システムの前処理として、生物易分解性成分を生物により除去する生物処理の導入が検討されている。このような生物処理では、ろ材や担体に生物膜（バイオフィルム）を形成させ、これらを通過させる際に生物膜に接触した海水から生物易分解性の成分が生物膜中の生物に取り込まれる。その結果、ろ材や担体の生物膜は増加し、ある程度成長すると剥離してろ過処理水中に流出する。このため、生物処理装置を導入する場合、その下流側に、流出した生物や剥離した生物膜の断片を補足する除濁装置を配置することが多く行われている。また、生物膜が過剰に成長すると、生物処理装置のろ過流量が減少するため、ろ材や担体の洗浄が必要になる。ろ材や担体の洗浄後には、生物膜が減少するため生物処理性能が低下するが、通水にしたがい回復する。濁質成分が多い海水の場合、生物処理装置の前段に除濁装置を設けて、生物処理装置のろ材や担体の洗浄頻度を低減し、生物処理性能の低下を抑制することが有効である。すなわち、生物処理装置を海水淡水化システムの前処理として導入する場合、生物膜の前段での海水中の濁質除去と後段での漏出した生物や生物膜由来の濁質除去が必要になる。

例えば、特許文献１では、取水した海水を生物活性炭で処理し、続いて紫外線を照射することで、生物活性炭において生物易分解性の有機物を低減し、バイオフィルムの形成を抑制することが提案されている。また、特許文献２では、複数段の吸着塔を交換時期の古い段から順に交換することで、吸着性能の低下した吸着材を確実に排出し、吸着塔を並列に配置した処理に比べて、吸着性能の変動を一定範囲に維持することが提案されている。

特開２００２−１８４３４４号公報 特開平７−６０３４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、紫外線照射により生物易分解性成分に変化した有機物が逆浸透膜に達し、バイオフィルムの形成を十分に抑制できない問題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、生物処理を考慮せずに差圧の上昇を基準にしてろ材の洗浄を行うことから生物処理性能を過剰に低下させる問題がある。

本発明は、前記した従来の問題を解決するものであり、逆浸透膜の汚染を低減して、安定して淡水を得ることが可能な海水淡水化システムを提供することを課題とする。

本発明は、海水を淡水化する逆浸透膜と、前記逆浸透膜の上流側に配置され、前記海水に対してろ過処理を施す直列に接続された複数段のろ過部と、それぞれの前記ろ過部の前記海水が流れる順番を切り替える流路切替手段と、２段目以降の前記ろ過部からの流出水に含まれる生物量が所定値以上の場合、前記流路切替手段により前記生物量が所定値を超えた前記ろ過部と１段目の前記ろ過部との流路を切り替える制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、逆浸透膜の汚染を低減して、安定して淡水を得ることが可能な海水淡水化システムを提供できる。

本実施形態に係る海水淡水化システムを示す全体構成図である。 フィルタの洗浄装置を示す構成図である。 第１実施形態に係る海水淡水化システムの動作を示すフローチャートである。 初期状態の水流れを示す構成図である。 １段目のフィルタと２段目のフィルタの流路を切り替えたときの水流れを示す構成図である。 運転時間と生物易分解性成分除去率との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る海水淡水化システムの別の動作を示すフローチャートである。 １段目のフィルタを最後段にしたときの水流れを示す構成図である。 第３実施形態に係る海水淡水化システムを示す全体構成図である。 第３実施形態に係る海水淡水化システムの動作を示すフローチャートである。

以下、本実施形態に係る海水淡水化システム１Ａ，１Ｂについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る海水淡水化システムを示す全体構成図である。なお、図１では、説明の便宜上、フィルタを洗浄する洗浄装置の図示を省略し、図２において説明する。

図１に示すように、海水淡水化システム１Ａは、取水ポンプ１０、前処理装置２０、処理水槽３０、高圧ポンプ４０、逆浸透膜５０、制御装置６０などを備えて構成されている。

取水ポンプ１０は、海水を汲み上げて前処理装置２０に導入するものであり、吸入口が配管ａ１を介して海水中と連通し、吐出口が配管ａ２を介して前処理装置２０と接続されている。なお、取水ポンプ１０は、制御装置６０によって所定の回転速度で駆動される。

前処理装置２０は、生物を担持させることができる複数のフィルタ（ろ過部）２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、各フィルタ２１ａ〜２１ｃの流路を切り替える流路切替手段２２と、を有している。

フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、例えば、糸巻きフィルタなどの使い捨てフィルタであり、圧力容器内にろ材が着脱可能に取り付けられたカートリッジフィルタである。なお、本実施形態では、３個のフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを用いた場合を例に挙げて説明するが、３個に限定されるものではなく、複数であればよく、２個であっても、４個以上であってもよい。

流路切替手段２２は、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに流れる海水の流路を切り替える機能を有するものであり、配管ｂ１〜ｂ１５および四方弁Ｖ１〜Ｖ４で構成されている。

すなわち、四方弁Ｖ１は、配管ｂ１を介してフィルタ２１ａの導入口と接続されている。フィルタ２１ａの導出口は、配管ｂ２、四方弁Ｖ２、配管ｂ３を介してフィルタ２１ｂの導入口と接続されている。フィルタ２１ｂの導出口は、配管ｂ４、四方弁Ｖ３、配管ｂ５を介してフィルタ２１ｃの導入口と接続されている。フィルタ２１ｃの導出口は、配管ｂ６、四方弁Ｖ４、配管ｂ７を介して処理水槽３０と接続されている。このように、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが上流側から順番に直列に接続される。

また、四方弁Ｖ１は、配管ｂ８を介してフィルタ２１ｂの導入口と接続されるとともに、配管ｂ９を介してフィルタ２１ｃの導入口と接続されている。四方弁Ｖ２は、配管ｂ１０を介してフィルタ２１ｃの導入口と接続されるとともに、配管ｂ１１を介して配管ｂ７と接続されている。四方弁Ｖ３は、配管ｂ１２を介してフィルタ２１ａの導入口と接続されるとともに、配管ｂ１３を介して配管ｂ７と接続されている。四方弁Ｖ４は、配管ｂ１４を介してフィルタ２１ａの導入口と接続されるとともに、配管ｂ１５を介してフィルタ２１ｂの導入口と接続されている。

なお、図１では、３本の配管ｂ１，ｂ１２，ｂ１４がフィルタ２１ａの導入口に接続されている状態を図示しているが、フィルタ２１ａの入口で配管ｂ１，ｂ１２，ｂ１４が１本の配管となってフィルタ２１ａの導入口に接続される構成であってもよい。また、フィルタ２１ｂの導入口に接続される配管ｂ３，ｂ８，ｂ１５についても、また、フィルタ２１ｃに接続される配管ｂ５，ｂ９，ｂ１０についても、同様に構成してもよい。

このような流路切替手段２２により、上流から１番目にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置することができ、上流から２番目にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置することができ、上流から３番目にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置することができ、すべての組合せ順でフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置することができる。

処理水槽３０は、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃでろ過された被処理水を溜めるタンクである。なお、処理水槽３０に溜められた被処理水は、後記するように、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを洗浄する際の洗浄水に利用される。

高圧ポンプ４０は、処理水槽３０の下流に配置され、前処理装置２０でろ過された被処理水を、逆浸透膜５０に対して浸透圧より高い圧力に昇圧して逆浸透膜５０の入口に供給する。

逆浸透膜５０は、高圧ポンプ４０の下流に配置され、例えば、円筒形状のベッセル（圧力容器）内に逆浸透を有する膜を充填したものである。なお、逆浸透膜５０は、スパイラル型や中空糸型などから選択できる。逆浸透膜５０を透過しなかった被処理水は、ベッセル内を下流に行くにしたがって徐々に塩分濃度が高められ、出口５０ａから被処理水よりも塩分濃度の高い塩水として排出される。また、逆浸透膜５０を透過して淡水化した透過水は、出口５０ｂから排出され、生産水として外部のその水質レベルに応じた用途に供される。なお、逆浸透膜５０は、セルロースやポリアミドなどの素材で形成されている。

制御装置６０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を搭載したＣＰＵボード、入出力インターフェースボード等を搭載し、取水ポンプ１０および高圧ポンプ４０の各駆動モータの回転速度、四方弁Ｖ１〜Ｖ４の各開閉動作を制御する。

また、制御装置６０は、差圧計６１ａ，６１ｂ，６１ｃから、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの各差圧（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を取得する。なお、差圧計６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの導入口（入口）の圧力と導出口（出口）の圧力によって圧力差（差圧）を検出する。

また、制御装置６０は、配管ｂ２に設けられた生物量測定部（生物量検出手段）６２ａ、配管ｂ４に設けられた生物量測定部（生物量検出手段）６２ｂ、配管ｂ６に設けられた生物量測定部（生物量検出手段）６２ｃから、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの流出水に含まれる生物量（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を取得する。なお、生物量測定部６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、例えば、オンラインのＡＴＰ（アデノシン三リン酸）測定装置を用いることができる。

また、生物量測定部６２ａ，６２ｂ，６２ｃの他の方法としては、生物膜（バイオフィルム）中の細菌が分泌する物質（例えば、多糖類）、いわゆるクオラムセンシング（Quorum Sensing）に用いられる情報伝達物質を検出して生物量を測定するようにしてもよい。このクオラムセンシングによれば、生物量をより精度よく測定することができる。

図２はフィルタの洗浄装置を示す構成図である。なお、洗浄装置７０は、各フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを逆流洗浄してフィルタとしての機能を回復させるものである。なお、洗浄装置７０は、各フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに個別に設ける構成に限定されるものではなく、１つの洗浄装置７０を各フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに接続する流路（不図示）および弁（不図示）を設けて、弁を適宜切り替えてフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを洗浄するものであってもよい。

図２に示すように、洗浄装置７０は、切替弁Ｖ５，Ｖ６、洗浄ポンプ８０、配管ｄ１，ｄ２，ｄ３により構成されている。

切替弁Ｖ５は、配管ｂ２，ｂ４，ｂ６に接続され、通常運転時にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの流出水（被処理水）を処理水槽３０に導入する流路と、洗浄時にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと洗浄ポンプ８０とを連通させる流路とに切り替える三方弁である。なお、三方弁に限定されるものではなく、２つの開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）により流路を切り替えるものであってもよく、適宜変更することができる。

切替弁Ｖ６は、配管ｂ１，ｂ８，ｂ９に接続され、通常運転時に取水ポンプ１０（図１参照）からの海水をフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに導入する流路と、洗浄時にフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと配管ｄ３（不図示）とを連通させる流路とに切り替える三方弁である。なお、配管ｄ３は、排水口（不図示）に連通している。また、切替弁Ｖ６は、三方弁に限定されるものではなく、２つの開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）により流路を切り替えるものであってもよく、適宜変更することができる。

洗浄ポンプ８０は、駆動することで処理水槽３０内の被処理水をフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃに導入するものであり、処理水槽３０と配管ｄ１を介して接続されるとともに、配管ｄ２を介して切替弁Ｖ５と接続されている。

このように構成された洗浄装置７０では、切替弁Ｖ５，Ｖ６を洗浄時の流路に切替えるとともに洗浄ポンプ８０を駆動させることにより、処理水槽３０内の被処理水が、配管ｄ１，ｄ２を通り、配管ｂ２，ｂ４，ｂ６、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および配管ｂ１，ｂ８，ｂ９を逆流し、配管ｄ３を通って排水口（不図示）から排出される。

図３は第１実施形態に係る海水淡水化システムの動作を示すフローチャートである。なお、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃがすべて新品の状態で、かつ、上流側からフィルタ２１ａ、フィルタ２１ｂ、フィルタ２１ｃの順に直列に接続されている状態で運転が開始された場合を例に挙げて説明する。

すなわち、四方弁Ｖ１は、配管ａ２と配管ｂ１とが互いに接続されるように切り替えられ、四方弁Ｖ２は、配管ｂ２と配管ｂ３とが互いに接続されるように切り替えられ、四方弁Ｖ３は、配管ｂ４と配管ｂ５とが接続されるように切り替えられ、四方弁Ｖ４は、配管ｂ６と配管ｂ７とが接続されるように切り替えられる。これにより、図４において太実線で示すように、取水ポンプ１０によって取り込まれた海水は、まずフィルタ２１ａを通り、次にフィルタ２１ｂを通り、そしてフィルタ２１ｃを通る。その後、被処理水が処理水槽３０に貯留される。

図３に示すように、ステップＳ１０において、制御装置６０は、差圧計６１ａによって１段目のフィルタ２１ａの差圧Ｐ１（Ｐｎ：ｎ＝１）と、生物量測定部６２ｂ，６２ｃによって２段目以降のフィルタ２１ｂ，２１ｃから流出する生物量Ｃ２，Ｃ３（Ｃｎ：ｎ＝２，３）を取り込む。なお、１段目のフィルタとは、海水が最初に流れ込むフィルタを意味する。また、２段目以降のフィルタとは、海水が２番目、３番目に流れ込むフィルタを意味する。

ステップＳ１１において、制御装置６０は、差圧Ｐｎ（ｎ＝１）がＰｈ（第１所定圧力）未満であるか否かを判定する。なお、Ｐｈは、洗浄装置７０（図２参照）による洗浄が必要であるか否かを判定する閾値である。

ステップＳ１１において、制御装置６０は、差圧Ｐｎ（ｎ＝１）がＰｈ未満であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、フィルタ２１ａの洗浄は必要ないとして、ステップＳ１６に進み、差圧Ｐｎ（ｎ＝１）がＰｈ以上であると判定した場合には（Ｎｏ）、フィルタ２１ａの洗浄が必要であるとして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御装置６０は、フィルタ２１ａ（１段目のフィルタ）を洗浄装置７０（図２参照）により洗浄する。すなわち、制御装置６０は、洗浄装置７０の切替弁Ｖ５，Ｖ６をそれぞれ洗浄位置に切り替え、洗浄ポンプ８０を駆動することで、フィルタ２１ａに、処理水槽３０内の被処理水を逆流させて、フィルタ２１ａを洗浄する。なお、フィルタ（１段目）とは、海水が最初に流れ込むフィルタを意味する（ステップＳ１４，Ｓ１７も同様）。

そして、ステップＳ１３に進み、制御装置６０は、ステップＳ１２の洗浄後に、差圧Ｐ１（Ｐｎ：ｎ＝１）がＰｈｈ（第２所定圧力）未満であるか否かを判定する。なお、Ｐｈｈは、フィルタ２１ａを新品のフィルタに交換する必要があるか否かを判定する閾値であり、Ｐｈ（第１所定圧力）よりも低い値に設定される。

ステップＳ１３において、制御装置６０は、差圧Ｐ１（Ｐｎ：ｎ＝１）がＰｈｈ以上であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１４に進み、フィルタ２１ａを新品のフィルタに交換する指示を出力する。

すなわち、フィルタ２１ａを洗浄した後に、差圧の低下幅が小さい場合には、洗浄による機能回復効果は低いとして、新しいフィルタ２１ａに交換する旨を報知装置や表示装置などに出力する。

また、ステップＳ１３において、制御装置６０は、差圧Ｐ１（Ｐｎ：ｎ＝１）がＰｈｈ（第２所定圧力）未満であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、洗浄によってろ過性能が回復したと判断して、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、制御装置６０は、ステップＳ１０で取り込んだ生物量Ｃ２，Ｃ３（Ｃｎ：ｎ＝２，３）がＣｈ（所定値）未満であるか否かを判定する。なお、Ｃｈは、海水中の濃度よりも高く、かつ、後段の除濁装置（不図示）の除去性能を超えない範囲に設定される。換言すると、Ｃｈは、逆浸透膜５０が目詰まりしない値に設定される。なお、図示しない除濁装置は、処理水槽３０と高圧ポンプ４０との間の配管ｃ１に設けられる。

ステップＳ１６において、制御装置６０は、生物量Ｃ２，Ｃ３（Ｃｎ：ｎ＝２，３）がＣｈ未満であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、フィルタ２１ｂ，２１ｃからの流出水（被処理水）に含まれる生物量が少ないと判定し、リターンする。

また、ステップＳ１６において、制御装置６０は、例えば生物量Ｃ２（Ｃｎ：ｎ＝２）がＣｈ以上であると判定した場合には（Ｎｏ）、フィルタ２１ｂからの流出水に含まれる生物量が多く、後段の除濁装置（不図示）の除去性能を超えると判定し、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７において、制御装置６０は、フィルタ２１ａとフィルタ２１ｂの流路を切り替える。すなわち、図５に示すように、配管ａ２と配管ｂ８とが接続されるように四方弁Ｖ１を切り替え、配管ｂ４と配管ｂ１２とが接続されるように四方弁Ｖ３を切り替え、配管ｂ２と配管ｂ１０とが接続されるように四方弁Ｖ２を切り替え、配管ｂ６と配管ｂ７とが接続されるように四方弁Ｖ４を切り替える。これにより、取水ポンプ１０によって取り込まれた海水は、まずフィルタ２１ｂを通り、続いてフィルタ２１ａを通り、そしてフィルタ２１ｃを通る。その後、被処理水が処理水槽３０に貯留される。なお、フィルタ（２段目以降）とは、海水が２番目、３番目に流れ込むフィルタを意味する。

なお、ステップＳ１７において、フィルタ２１ａとフィルタ２１ｂの流路を切り替えた場合、つまり上流から順にフィルタ２１ｂ、フィルタ２１ａ、フィルタ２１ｃとした場合には、フィルタ２１ｂが１段目のフィルタとなり、フィルタ２１ａ，２１ｃが２段目以降のフィルタとなる。この状態で前記と同様な処理が実行される。

ところで、フィルタにバイオフィルム（生物膜）が十分に形成されて高い生物処理性能を有する状態から、さらにバイオフィルムが成長してフィルタから連続的にバイオフィルムが剥離する状態に移行する際、バイオフィルムの成長と剥離が同時に進行するため、顕著な差圧の変化が見られない可能性がある。このため、２段目以降のフィルタにおけるバイオフィルムの過剰な成長の監視に、流出する生物量ではなくフィルタの差圧を用いた場合、バイオフィルムの流出を精度よく検知できず、後段の除濁装置（不図示）の除去性能を超える可能性がある。この場合、後段の除濁装置で排出されずに残ったバイオフィルムから溶出した多糖類や細菌が逆浸透膜５０に流入し、逆浸透膜５０においてバイオフィルムの形成を促進する問題が生じる。

そこで、本実施形態では、２段目以降のフィルタ２１ｂ，２１ｃにおけるバイオフィルムの成長を監視するに当たって、フィルタ２１ｂ，２１ｃの差圧Ｐ２，Ｐ３ではなく、生物量測定部６２ｂ，６２ｃによる生物量Ｃ２，Ｃ３を測定することにより、前処理装置２０の下流へのバイオフィルムの流出を精度よく検知することができ、後段に設ける除濁装置（不図示）の除去性能を超えるようなバイオフィルムの流出を防止することができ、その結果、逆浸透膜５０へのバイオフィルムの流入を低減することができる。

図６は、運転時間と生物易分解性成分除去率との関係を示すグラフである。なお、実線は本実施形態の場合であり、破線は単段処理（従来）の場合である。なお、単段処理とは、フィルタが収容された容器が一つの場合を意味している。

図６に示すように、初めは、生物易分解性成分除去率はゼロであり、徐々に汚れや菌（生物）が付着し、菌が徐々に増えると、生物易分解性成分除去率が上昇する（除去性能が発揮されるようになる）。除去性能は高いに越したことはないが、高くなり過ぎると生物量が多過ぎ、水の通りが悪くなる。そこで、適宜洗浄を行うことになるが、従来のような単段処理による生物処理では、洗浄時に生物易分解性成分除去率（破線矢印参照）が大幅（ΔＲ１）に低下し、生物易分解性成分除去率が回復するまでの馴致期間Ｔ１に、逆浸透膜５０でのバイオフィルムの生成リスクが高くなる。

一方、本実施形態によれば、洗浄装置７０により直列に接続されたフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうちのいずれか（一部）を洗浄することになるため、生物易分解性成分除去率の低下幅（ΔＲ）を小さく抑えることができる。これにより、生物がフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃから落ち過ぎないように除去性能（生物易分解性成分除去率）を維持することができる。その結果、逆浸透膜５０に流出する有機物が低減され、逆浸透膜５０におけるバイオフィルム形成による閉塞を抑制することが可能になる。

以上説明したように、第１実施形態に係る海水淡水化システム１Ａは、逆浸透膜５０の上流側に配置され、直列に接続されたフィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの海水が流れる順番を切り替える流路切替手段２２と、２段目以降のフィルタ２１ｂ（２１ｃ）からの流出水に含まれる生物量Ｃ２（Ｃ３）がＣｈ（所定値）以上の場合、生物量Ｃ２（Ｃ３）がＣｈを超えたフィルタ２１ｂ（２１ｃ）と１段目のフィルタ２１ａとの流路を切り替える制御装置６０と、を備える。これによれば、生物量Ｃ２（Ｃ３）によって逆浸透膜５０の閉塞要因であるバイオフィルムの流出を精度よく検知して、フィルタ２１ｂ（２１ｃ）を上流側に、フィルタ２１ａを下流側になるように流路を切り替えることにより、逆浸透膜５０へのバイオフィルムの流入を低減することができる。このように、逆浸透膜５０の閉塞要因およびバイオフィルムの形成要因を低減できるため、逆浸透膜５０に対する汚染リスクを低減することができる。

また、第１実施形態によれば、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを直列（多段）にすることで、前処理装置２０の前段に除濁装置が不要になり、しかも前処理装置２０の下流へのバイオフィルムの過剰な漏出が回避されるので、後段の除濁装置（不図示）の負荷を抑制することが可能になり、前処理装置２０を簡素化できる。

また、差圧計６１ａにより検出される１段目のフィルタ２１ａの差圧Ｐ１がＰｈ（第１所定圧力）未満になるように洗浄装置７０を制御してフィルタ２１ａを洗浄することにより、洗浄が必要となった段のフィルタ２１ａを洗浄装置７０により洗浄でき、生物処理効果の変動を抑制した連続運転（図６参照）が可能になる。つまり、生物易分解性成分除去率が従来のように大幅（ΔＲ１）に低下（図６の破線参照）することがないので、生物易分解性成分除去率を小幅(ΔＲ)に留めることができる（図６の実線参照）。これにより、逆浸透膜５０の汚染が抑制され、逆浸透膜５０の洗浄や交換の頻度を低減でき、洗浄用の薬品や逆浸透膜５０の交換に要する運転コストを低減することが可能になる。

また、１段目のフィルタ２１ａの差圧Ｐ１が、洗浄装置７０による洗浄後においてもＰｈｈ（第２所定差圧）以上の場合、フィルタ２１ａを交換する指示を出力することにより、フィルタ２１ａを十分に利用することができ、運転コストをさらに低減することが可能になる。

図７は、第２実施形態に係る海水淡水化システムの別の動作を示すフローチャートである。なお、第２実施形態は、図３のフローにステップＳ１５を追加した構成であり、第１実施形態と同様の構成については、同一のステップ符号を付して重複した説明を省略する。

図７に示すように、制御装置６０は、ステップＳ１４においてフィルタ２１ａを新品に交換する指示を出力した後、ステップＳ１５に進み、新品のフィルタ２１ａが最後段（最下流）に位置するように流路切替手段２２を切り替える。

すなわち、図８に示すように、制御装置６０は、配管ａ２と配管ｂ８とが接続されるように四方弁Ｖ１を切り替え、配管ｂ４と配管ｂ５とが接続されるように四方弁Ｖ３を切り替え、配管ｂ６と配管ｂ１４とが接続されるように四方弁Ｖ４を切り替え、配管ｂ２と配管ｂ１１とが接続されるように四方弁Ｖ２を切り替える。これにより、取水ポンプ１０によって取り込まれた海水は、まずフィルタ２１ｂを通り、続いてフィルタ２１ｃを通り、そしてフィルタ２１ａを通る。その後、被処理水が処理水槽３０に貯留される。

なお、ステップＳ１５において、フィルタ２１ａを最後段に配置した場合、つまり上流から順にフィルタ２１ｂ、フィルタ２１ｃ、フィルタ２１ａとした場合には、フィルタ２１ｂが１段目のフィルタとなり、フィルタ２１ｃ，２１ａが２段目以降のフィルタとなる。この状態で前記と同様な処理が実行される。

第２実施形態によれば、交換したフィルタ２１ａが最後段に位置するように流路切替手段２２を切り替える、つまりフィルタ２１ｂ、フィルタ２１ｃ、フィルタ２１ａの順に直列に接続されることになる。ところで、フィルタ２１ｃにバイオフィルムが十分に形成される前にフィルタ２１ａの差圧が上昇して洗浄が必要になり、フィルタ２１ａの生物処理性能が低下すると、全体の生物処理性能がフィルタ交換前の水準に回復するまでの時間が長くなる。しかし、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの並び順を変えずに、フィルタ２１ａを新品に交換し続けた場合、フィルタ２１ｂ，２１ｃのバイオフィルムの成長が同等の速度で進行し、同時期に２つのフィルタ２１ｂ，２１ｃを洗浄する必要が生じ、全体の生物処理性能（生物易分解性成分除去率が）が大きく低下する可能性がある。第２実施形態では、交換したフィルタ２１ａを最後段に位置させることで、各フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのバイオフィルムの成長の進行を互いにずらすことができ、洗浄装置７０による洗浄の時期の重なりを回避することができる。その結果、全体の生物処理性能が大きく低下する問題を回避することができる。

図９は、第３実施形態に係る海水淡水化システムを示す全体構成図、図１０は、第３実施形態に係る海水淡水化システムの動作を示すフローチャートである。なお、第３実施形態に係る海水淡水化システム１Ｂは、海水淡水化システム１Ａの差圧計６１ａ，６１ｂ，６１ｃに替えて流量計（流量検出手段）６３ａ，６３ｂ，６３ｃとした構成であり、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成については同一の符号およびステップ符号を付して重複した説明する。

すなわち、流量計６３ａは、配管ｂ２に設けられ、フィルタ２１ａからの流出水の流量Ｆ１を検出する。流量計６３ｂは、配管ｂ４に設けられ、フィルタ２１ｂからの流出水の流量Ｆ２を検出する。流量計６３ｃは、配管ｂ６に設けられ、フィルタ２１ｃからの流出水の流量Ｆ３を検出する。これら流量計６３ａ，６３ｂ，６３ｃによって検出された流量Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、制御装置６０に送られる。制御装置６０は、流量Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３および生物量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に基づいて流路切替手段２２を制御する。

図１０に示すように、制御装置６０は、ステップＳ１１Ａにおいて、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈ（第１所定流量）を超えているか否かを判定する。なお、Ｆｈは、洗浄装置７０（図２参照）による洗浄が必要であるか否かを判定する閾値である。

ステップＳ１１Ａにおいて、制御装置６０は、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈを超えていると判定した場合には（Ｙｅｓ）、フィルタ２１ａの洗浄は必要ないとして、ステップＳ１６に進み、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈ以下であると判定した場合には（Ｎｏ）、フィルタ２１ａの洗浄が必要であるとして、ステップＳ１２に進む。

また、ステップＳ１３Ａにおいて、制御装置６０は、ステップＳ１２の洗浄後に、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈｈ（第２所定流量）を超えているか否かを判定する。なお、Ｆｈｈは、フィルタ２１ａを新品のフィルタに交換する必要があるか否かを判定する閾値であり、Ｆｈ（第１所定流量）よりも高い値に設定される。

ステップＳ１３Ａにおいて、制御装置６０は、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈｈ以下であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１４に進み、フィルタ２１ａを新品のフィルタに交換する指示を出力する。

すなわち、フィルタ２１ａを洗浄した後に、流量の上昇幅が小さい場合には、洗浄による機能回復効果は低いとして、新しいフィルタ２１ａに交換する旨を報知装置や表示装置などに出力する。

また、ステップＳ１３Ａにおいて、制御装置６０は、流量Ｆ１（Ｆｎ：ｎ＝１）がＦｈｈ（第２所定流量）を超えていると判定した場合には（Ｙｅｓ）、洗浄によってろ過性能が回復したと判断して、ステップＳ１６に進む。

このように、差圧計６１ａ，６１ｂ，６１ｃに替えて流量計６３ａ，６３ｂ，６３ｃとした海水淡水化システム１Ｂにおいても、図３に示す海水淡水化システム１Ａと同様の効果を得ることができる。

なお、海水淡水化システム１Ｂにおいて、図７に示すような第２実施形態の構成（ステップＳ１５）を適用してもよい。このような海水淡水化システム１Ｂによれば、第２実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、前記した実施形態では、カートリッジフィルタを例に挙げて説明したが、バイオフィルムを担持させることができ、かつ、洗浄が可能なろ材であれば本実施形態に限定されるものではなく、例えば、砂、活性炭、ゼオライト、樹脂製の担体、繊維などを用いてもよい。

また、海水淡水化システム１Ａ，１Ｂを発電設備と併設し、発電設備の排熱を利用して、前処理装置２０に流入する海水を加温するようにしてもよい。このようにすると、海水の温度の上昇により、フィルタ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのバイオフィルム中の細菌の活性が高まり、生物易分解性成分除去率の回復速度を向上させることができる。つまり、馴致期間を短くすることができる。

１ 海水淡水化システム
１０ 取水ポンプ
２０ 前処理装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ フィルタ（ろ過部）
２２ 流路切替手段
３０ 処理水槽
４０ 高圧ポンプ
５０ 逆浸透膜
６０ 制御装置
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ 差圧計（差圧検出手段）
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 生物量測定部
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ 流量計（流量検出手段）
７０ 洗浄装置
ｂ１〜ｂ１４ 配管
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 四方弁

Claims (8)

1. 海水を淡水化する逆浸透膜と、
   前記逆浸透膜の上流側に配置され、前記海水に対してろ過処理を施す直列に接続された複数段のろ過部と、
   それぞれの前記ろ過部の前記海水が流れる順番を切り替える流路切替手段と、
   ２段目以降の前記ろ過部からの流出水に含まれる生物量が所定値以上の場合、前記流路切替手段により前記生物量が所定値を超えた前記ろ過部と１段目の前記ろ過部との流路を切り替える制御装置と、を備えることを特徴とする海水淡水化システム。
2. 前記ろ過部を洗浄する洗浄装置と、
   前記ろ過部の前後の差圧を検出する差圧検出手段と、を備え、
   前記制御装置は、前記差圧検出手段により検出される前記１段目のろ過部の差圧が第１所定圧力以上であると判定した場合、前記洗浄装置を制御して前記１段目のろ過部を洗浄することを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化システム。
3. 前記制御装置は、１段目の前記ろ過部の差圧が、前記洗浄装置による洗浄後においても前記差圧が前記第１所定圧力よりも低い第２所定圧力以上であると判定した場合、前記ろ過部を交換する指示を出力することを特徴とする請求項２に記載の海水淡水化システム。
4. 前記制御装置は、交換した前記ろ過部が最後段になるように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の海水淡水化システム。
5. 前記ろ過部を洗浄する洗浄装置と、
   前記ろ過部からの流出水のろ過流量を検出する流量検出手段と、を備え、
   前記制御装置は、前記流量検出手段により検出される１段目の前記ろ過部のろ過流量が第１所定流量以下であると判定した場合、前記洗浄装置を制御して１段目の前記ろ過部を洗浄することを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化システム。
6. 前記制御装置は、１段目の前記ろ過部からの流出水のろ過流量が、前記洗浄装置による洗浄後においても前記ろ過流量が前記第１所定流量よりも多い第２所定流量以下であると判定した場合、前記ろ過部を交換する指示を出力することを特徴とする請求項５に記載の海水淡水化システム。
7. 前記制御装置は、交換した前記ろ過部が最後段になるように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の海水淡水化システム。
8. 前記生物量は、前記ろ過部に形成された生物膜から分泌される物質により検出されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の海水淡水化システム。

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