JP5587223B2 - 複合淡水化システム - Google Patents

Description

本発明は、海水、汽水、かん水等の高塩分濃度の第１の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムに関し、特に、第２の水処理系の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧エネルギを利用し、第１の水処理系の稼働率を向上する技術に関する。

特許文献１には、逆浸透膜装置を用いたろ過によって海水を淡水化する海水淡水化装置において、例えば、下水に代表される有機物を含有する排水（以下、「有機性排水」と称する）は、通常、生物処理されて、その処理された排水は海洋や河川に放出されていたものを、海水淡水化装置の取水した海水と混合して、海水淡水化装置の被処理水の塩分濃度を海水そのままよりも低下させ（希釈し）、海水淡水化装置の逆浸透膜装置に前記した塩分濃度の希釈された被処理水を圧送することで、圧送ポンプ（本明細書における「高圧ポンプ」に対応）の必要駆動力を低減させる技術が記載されている。

また、特許文献２には、水中に溶存した空気等を圧送して、減圧させることで微小気泡を発生させる技術が記載されている。
ちなみに、水処理において、被処理水中に微小気泡、例えば、マイクロバブル、ナノバブルを発生させ、微小気泡を比較的長く被処理水中に滞留させて、微小気泡が圧壊する過程で生じる衝撃波により被処理水中の有機物を分解したりすることができることは公知技術である。

更に、特許文献３には、被処理水中にオゾンガスを注入して殺菌する技術が記載されている。

特許第４４８１３４５号公報 特開２０１０−２７４２４３号公報 特開平０９−２９０２６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、有機性排水の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力は、海水淡水化装置の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力よりも低圧である。そして、有機性排水の水処理工程での逆浸透膜装置から排出される非透過水を直接取水した海水と混合することにより海水よりも塩分濃度を低下させているだけであり、前記した有機性排水の水処理工程の逆浸透膜装置からの非透過水の有するエネルギは比較的に低圧のものであることから何等利用されておらず無駄にされている。
また、有機性排水を海水の希釈に用いることにより被処理水中の有機物が増加するため、海水淡水化装置における逆浸透膜のファウリングの頻度が増大するという問題もある。

本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用でき、かつ、ファウリングの頻度を低減することが可能な複合淡水化システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の複合淡水化システムは、高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備えるものであって、第１の水処理系において、取水された第１の原水内に、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水を減圧することによって微細気泡を発生して放出させる微細気泡発生手段を備えることを特徴とする。

そして、前記微細気泡発生手段は、第２の逆浸透膜装置の非透過水の出口と、前記取水された第１の原水を溜める第１原水槽と、を接続する第１の配管と、第１の配管の第１原水槽側に設けられた第１の弁と、第１の配管の第１の弁よりも下流側に設けられ、第２の逆浸透膜装置の非透過水を第１原水槽に急減圧させることにより、その中に溶存している気体を前記微細気泡として発生させて放出する微細気泡発生部と、を含んで構成されることが好ましい。
前記微細気泡発生手段は、更に、第１の弁よりも上流位置で第１の配管から分岐されて第１原水槽に接続する第２の配管と、第２の配管に設けられ、第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量調整をするための第２の弁と、を含んで構成されることが好ましい。

更に、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置を備え、第１の弁と微細気泡発生部との間の第１の配管に、オゾン発生装置が発生したオゾンガスを注入するオゾン注入部を設けることが好ましい。

従来、微細気泡を発生させるために、空気を圧縮して吹き込んだり、急減圧させて溶存ガスを微細気泡として発生させたりするために、別途動力を必要としていた。それに対し本発明によれば、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の有する比較的に低圧の水圧でも十分に微細気泡を減圧により発生させることができるので、微細気泡を発生させるための新たな動力を必要とせず複合淡水化システムの運転に要する電力を節約することができる。

また、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水を微細気泡発生部に全量流すだけでは、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の流量が調整できない可能性がある。それに対し、本発明では、第１の弁よりも上流位置で第１の配管から分岐されて第１原水槽に接続する第２の配管と、第２の配管に設けられ、第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量調整をするための第２の弁と、を含んで構成することで、第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量調整をも行うことができる。

更に、本発明では、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置を備え、第１の弁と微細気泡発生部との間の第１の配管に、オゾン発生装置が発生したオゾンガスを注入するオゾン注入部を設けることにより、微細気泡発生部においてオゾンガスを含んだ微細気泡を発生させることができ、第１の原水を含んだ被処理水に対し、微細気泡の圧壊過程で生じる衝撃波による有機物の分解だけでなく、オゾンによる殺菌効果も得ることができる。

本発明によれば、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用できる複合淡水化システムを提供することができる。

基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。 図２のＸ部の拡大説明図であり、第１の実施形態に係る複合淡水化システムにオゾン発生装置及びオゾン注入ポンプを更に組み合わせた第２の実施形態に係る複合淡水化システムの説明図である。 図２のＸ部の拡大説明図であり、第１の実施形態に係る複合淡水化システムに反応槽を組み合わせた第３の実施形態に係る複合淡水化システム、更にオゾン発生装置及びオゾン注入ポンプを組み合わせた第４の実施形態に係る複合淡水化システムの説明図である。

以下に、本発明の実施形態に係る複合淡水化システムについて図を参照しながら詳細に説明する。

《基本実施形態の複合淡水化システム》
先ず、図１を参照して本発明の基本実施形態とする複合淡水化システム１００について説明する。図１は、基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。
この複合淡水化システム１００は、臨海地帯、塩水湖近傍、汽水帯近傍等に設置されることを前提としている。
そして、複合淡水化システム１００は、産業排水や都市排水等のように海水、汽水、かん水等と比較して塩分濃度の低い排水（第２の原水）Ａ（以下、単に「排水Ａ」と称する）を、工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｂ」又は「生産水Ｂ」と称する）として再利用可能に排水処理する排水処理系（第２の水処理系）１と、海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水（第１の原水）Ｄを工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｅ」又は「生産水Ｅ」と称する）として再利用可能に浄化処理をする海水淡水化処理系（第１の水処理系）３と、排水処理系１及び海水淡水化処理系３に含まれるポンプや弁の動作制御をする制御装置６を含んで構成されている。
なお、「海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水Ｄ」を、以下では、代表的に「海水Ｄ」と称し、代表的に「海水Ｄ」と表記した意味で前記したように「海水淡水化処理系３」と称する。

（排水処理系１の構成）
先ず、排水処理系１の概略構成について図１を参照しながら説明する。排水Ａは、有機物等を含んでおり、排水取水管５１から、例えば、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を用いた水処理装置（以下、「ＭＢＲ水処理装置１１」と称し、図１では、単に「ＭＢＲ」と表示）に導かれ、一次処理される。ＭＢＲ水処理装置１１において一次処理された被処理水は、ＭＢＲ水処理装置１１から移送ポンプ１２で配管５２を介して、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽１３に導かれて溜められる。更に、処理水水槽１３に溜められた被処理水は、配管５３を介して供給ポンプ１４で吸引され高圧ポンプ１５に供給され、高圧ポンプ１５で昇圧されて、低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）１６の被処理水の供給口１６ａに供給される。

低圧逆浸透膜装置１６は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。
供給口１６ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、低圧逆浸透膜装置１６内で、逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）を透過して浄化された透過水Ｂと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｃと、に分離される。透過水Ｂは、透過口１６ｂから配管５４を介して生産水Ｂとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。

非透過水Ｃは、低圧逆浸透膜装置１６の排水口（第２の逆浸透膜装置の非透過水の出口）１６ｃから配管５６を介して途中に設けられた背圧弁１８で流量を調整されて、後記する取水槽（第１原水槽）３２に供給される。排水処理系１の濃縮された非透過水ＣのＴＤＳ(Total Dissolubed Solids：総溶解性蒸発残留物)は、１，２００ｍｇ／リットル程度であり、海水ＤのＴＤＳが３０，０００ｍｇ／リットル程度なのに比較して極めて低い濃度である。そのため、前記した低圧逆浸透膜装置１６は、０．８〜１．５ＭＰａの圧力で運転される。ちなみに、この運転圧の幅は、低圧逆浸透膜装置１６の逆浸透膜の汚れが増加してくると、所要の透過水Ｂの流量を得るために運転圧を増加させるためである。
従って、非透過水Ｃの圧力は０．８〜１．５ＭＰａ程度である。そして、この圧力が前記した背圧弁１８で開放される。
排水処理系１のＭＢＲ水処理装置１１の代わりに限外ろ過装置を用いても良い。
なお、背圧弁１８の下流側の配管５６が取水槽内に低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを導入する段階で微細気泡を発生させる構成としても良く、その詳細な構成は、第１の実施形態から第４の実施形態の中で詳細に説明する。

（海水淡水化処理系３）
次に、海水淡水化処理系３の概略構成について図１を参照しながら説明する。海水Ｄは、取水ポンプ３１で取水管８１から吸込まれ、取水管８２で取水槽３２に供給され、溜められる。前記したように取水槽３２には排水処理系１の非透過水Ｃが配管５６で供給されるので、取水槽３２内で海水Ｄと非透過水Ｃが混合され、海水よりも塩分濃度の低い被処理水となる。つまり、ＴＤＳの値も海水Ｄのものよりも低い値となる。
取水槽３２内に溜まった被処理水は、配管８３を介してろ過ポンプ３３により前処理ろ過装置３４に所定の圧力を掛けて供給される。
この前処理ろ過装置３４としては、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ（Ultra Filtration）膜）を用いたＵＦ装置、精密ろ過膜（ＭＦ（Micro Filtration）膜）を用いたＭＦ装置、砂ろ過装置のいずれでも良い。ちなみに、図１では、前処理ろ過装置３４に代表的にＵＦ装置を意味する「ＵＦ」と表示してある。
前処理ろ過装置３４としてＵＦ装置を例にすると、一般的に５０〜１５０ｋＰａで運転される。

前処理ろ過装置３４でろ過された被処理水は、配管８４を経て、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽３５に溜められる。そして、処理水水槽３５に溜められた被処理水は、配管８５を介して供給ポンプ３６で吸引され高圧ポンプ３７に供給され、高圧ポンプ３７で、例えば、３．５〜６ＭＰａ程度に昇圧されて、海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）３８の被処理水の供給口３８ａに供給される。海水逆浸透膜装置３８は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。ただ、低圧逆浸透膜装置１６よりも高圧で運転されることから海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜の材質はより高圧に耐え得る性能のものである。
ちなみに、この運転圧は、海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜に供給される被処理水のＴＤＳの値や汚れが増加してくると、所要の透過水Ｅの流量を得るために運転圧を増加させる。

供給口３８ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８内で、逆浸透膜を透過して浄化された透過水Ｅと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｇと、に分離される。透過水Ｅは、透過口３８ｂから配管８７を介して生産水Ｅとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。

非透過水Ｇは、前記した海水逆浸透膜装置３８の運転圧を有して排水口３８ｃから配管８９を介して、エネルギ回収装置３９における後記する加圧側エンド部３９ｂの高圧供給口３９ｄに供給され、圧力を供給ポンプ３６から供給される被処理水と直接交換した後、加圧側エンド部３９ｂの排出口３９ｅから配管９０の途中に設けられた背圧弁４０で流量を調整されて、放出される。
この非透過水Ｇは、塩分が濃縮された海水、汽水、又はかん水である。
エネルギ回収装置３９は、この基本実施形態では、直接圧力交換方式のものであり、主に、図示しないモータで所定の回転速度に回転駆動されるロータ部３９ａ、加圧側エンド部３９ｂ、被加圧側エンド部３９ｃから構成されている公知の技術の装置である。

供給ポンプ３６と高圧ポンプ３７との間の配管８５の分岐点Ｐ１で配管８５から配管９１が分岐され、供給ポンプ３６で供給された低圧の被処理水の一部がエネルギ回収装置３９における被加圧側エンド部３９ｃの供給口３９ｇに供給される。そして、供給口３９ｇへ供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８からの非透過水Ｇとの圧力の直接交換により加圧された後、被加圧側エンド部３９ｃの排出口３９ｆから配管９２の途中に設けられたブースターポンプ４１に更に供給される。ブースターポンプ４１は、エネルギ回収装置３９で加圧された被処理水を高圧ポンプ３７と同じ圧力にまで昇圧し、高圧ポンプ３７の下流側の配管８６の合流点Ｐ２で高圧ポンプ３７から供給される被処理水と配管９２からの被処理水とを合流させ、海水逆浸透膜装置３８の供給口３８ａに供給する。

このように、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇは極めて高い圧力を有しているので、そのエネルギを回収して、海水逆浸透膜装置３８に被処理水を供給するエネルギに再利用し、高圧ポンプ３７の容量を減じることによって動力費を節約できている。また、排水処理系１の非透過水Ｃを海水Ｄに混合することによって、塩分濃度を低減させることができ、高圧ポンプ３７に必要な昇圧も、海水のみの場合は６ＭＰａ程度が必要なものが、非透過水Ｃと海水Ｄとを略同量にして薄めると３．５ＭＰａ程度まで下げることができる。その結果、その分も動力費が低減できる。つまり、低圧逆浸透膜装置１６の運転圧に較べて海水逆浸透膜装置３８の運転圧は高圧であり、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの有するエネルギが回収されるとともに海水逆浸透膜装置３８の運転圧そのものも低減できる。

なお、前記した移送ポンプ１２、供給ポンプ１４、高圧ポンプ１５、取水ポンプ３１、ろ過ポンプ３３、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７、ブースターポンプ４１、エネルギ回収装置３９のロータ部３９ａ等は、図示しない駆動モータの回転軸と接続され一体的に構成され、その駆動モータに動力を供給するインバータ装置（図示せず）が現場盤として設置、又はその駆動モータに一体的に取り付けられている。そして、制御装置６がインバータを介して駆動モータの回転を制御する構成である。

（制御装置６）
次に、本基本実施形態における制御装置６の制御の概要について説明する。
制御装置６は、例えば、複数の制御ユニット６０，６１，６３から構成され、それぞれの制御ユニット６０，６１，６３は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ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ている。制御ユニット６０は、複合淡水化システム１００全体を統括制御し、制御ユニット６１は、排水処理系１を制御し、制御ユニット６３は、海水淡水化処理系３を制御する構成である。そのため、制御ユニット６０は、制御ユニット６１，６３と相互に通信可能に接続されている。
そして、制御ユニット６１は、機能部として背圧弁１８の開度を調整して非透過水Ｃの流量を調整する流量制御部（図示せず）を含んでいる。

制御装置６の制御ユニット６０には、複合淡水化システム１００における生産水Ｂ及び生産水Ｅの要求流量指令Ｃ１，Ｃ２が外部から入力される。そして、制御ユニット６０は、例えば、要求流量指令Ｃ１に応じて、排水処理系１に供給される排水流量（後記する流量センサＳ１で検出される流量）と、透過水Ｂの流量（後記する流量センサＳ６で検出される流量）とに基づいて、排水処理系１の透過水Ｂの目標流量を設定して制御ユニット６１に排水処理系１を制御させるとともに、要求流量指令Ｃ２に応じて、海水淡水化処理系３の透過水Ｅの目標流量を算出し、制御ユニット６３に海水淡水化処理系３を制御させる。

そのために排水取水管５１には排水Ａの流量を検出する流量センサＳ１が設けられ、配管５４には透過水Ｂの流量を検出する流量センサＳ６が設けられ、制御ユニット６１を介して排水Ａの流量及び透過水Ｂの流量が制御ユニット６０に入力される。また、配管８７には透過水Ｅの流量を検出する流量センサＳ２０が設けられ制御ユニット６３を介して制御ユニット６０に透過水Ｅの流量が入力される。

ＭＢＲ水処理装置１１には、例えば、水位センサＳ２が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ２からの水位信号に基づいて移送ポンプ１２の起動、停止を制御する。処理水水槽１３には、例えば、水位センサＳ３が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ３からの水位信号及び高圧ポンプ１５の吸込み側の配管５３に設けられた圧力センサＳ４からの圧力信号に基づいて供給ポンプ１４の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ１４の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ４からの圧力信号に基づく供給ポンプ１４の回転速度の制御は、高圧ポンプ１５に所定の吸込み圧を与えるためである。

また、制御ユニット６１は、配管５４に設けられた流量センサＳ６からの透過水Ｂの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｂの目標流量になるように、高圧ポンプ１５の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ１５の吐出側の配管５３に設けられた流量センサＳ５からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ１５の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６１における高圧ポンプ１５の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｂの流量信号と透過水Ｂの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。

配管５６には、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を検出する流量センサＳ７が設けられており、制御ユニット６１の前記した流量制御部は、非透過水Ｃの流量が被処理水の流量センサＳ５の示す流量に対し一定の割合の流量になるように流量センサＳ７からの流量信号に基づいて背圧弁１８の開度を調整する。

取水管８２には、流量センサＳ１１が設けられ、また、取水槽３２には水位センサＳ１２が設けられている。制御ユニット６３は、水位センサＳ１２からの水位信号に基づいて取水ポンプ３１の起動、停止を制御するとともに、排水処理系１から取水槽３２へ排出される非透過水Ｃの流量に応じて海水Ｄの取水流量目標を設定し、流量センサＳ１１からの流量信号に基づいて取水ポンプ３１の回転速度を制御する。
例えば、非透過水Ｃの流量と海水Ｄの取水流量とを略同じとし、取水槽３２の中で海水Ｄに非透過水Ｃを混合して塩分濃度を下げた場合、海水逆浸透膜装置３８の運転圧は、例えば、３．５〜４ＭＰａ程度に維持できる。

また、制御ユニット６３は、処理水水槽３５に設けられた水位センサＳ１４からの水位信号に基づいてろ過ポンプ３３の起動、停止を制御するとともに、配管８４に設けられた流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて所定の回転速度にろ過ポンプ３３の回転速度を制御し、取水槽３２の被処理水を前処理ろ過装置３４に所定の圧力で圧送し、一次処理させ、一次処理された被処理水を処理水水槽３５に溜めさせる。

更に、制御ユニット６３は、高圧ポンプ３７の吸込み側の配管８５に設けられた圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づいて供給ポンプ３６の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ３６の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づく供給ポンプ３６の回転速度の制御は、高圧ポンプ３７に所定の吸込み圧を与えるためである。

また、制御ユニット６３は、配管８７に設けられた流量センサＳ２０からの透過水Ｅの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｅの目標流量になるように、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の吐出側の配管８６に設けられた流量センサＳ１６からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６３における高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｅの流量信号と透過水Ｅの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。

配管８９には、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの流量を検出する流量センサＳ１９が設けられており、制御ユニット６３は、非透過水Ｇの流量が被処理水の流量センサＳ１６の示す流量に対し一定の割合の水量になるように背圧弁４０の開度を調整する。

このように基本実施形態の複合淡水化システム１００では、排水処理系１から排出される低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを取水した海水Ｄと混ぜて、海水淡水化処理系３での被処理水とすることにより、海水淡水化処理系３における被処理水の塩分濃度が約半分程度にまで低減でき、海水逆浸透膜装置３８を運転する運転圧を、１００％海水だけを処理する場合に必要であった約６ＭＰａに比べて大きく減圧でき、動力費を節減できる。

《第１の実施形態》
次に、図２を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ａについて説明する。図２は、第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。本実施形態の複合淡水化システム１００Ａの基本的な構成は、図１に示した基本実施形態の複合淡水化システム１００と略同じであるが、複合淡水化システム１００とは、制御装置６の機能の追加がある点と、図２のＸ部に示したように、配管５６の取水槽３２側の分岐点Ｐ５で、配管５６から配管５７（第１の配管）と配管５８（第２の配管）に分岐して、配管５７には、減圧弁（第１の弁）１７が設けられ、その下流側の配管５７には圧力センサ（微細気泡発生圧力検出手段）Ｓ９が設けられ、配管５７の取水槽３２内の水面下に位置する出口部に微細気泡発生部１９が設けられている点と、が異なる。ちなみに、配管５８には背圧弁（第２の弁）１８が設けられている。
微細気泡発生部１９は、非透過水Ｃを所定の圧力から急減圧することで非透過水Ｃ中に溶存しているガスをマイクロバブルやナノバブルのサイズの微細気泡１０５として発生させ、取水槽３２内の被処理水中に放出する。

ここで、配管５７，５８、減圧弁１７、背圧弁１８、微細気泡発生部１９が、特許請求の範囲に記載の「微細気泡発生手段」に対応する。

そして、本実施形態における制御装置６の制御ユニット６０，６３の機能は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６０，６３の機能と同じである。本実施形態における制御装置６の制御ユニット６１の機能は、複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６１の機能と略同じであるが、その機能部としての流量制御部（図示せず）が、背圧弁１８の開度を調整して非透過水Ｃの流量を調整するとともに、微細気泡発生部１９における微細気泡発生の制御機能も有する点が異なる。
複合淡水化システム１００と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略するとともに、基本実施形態の制御装置６における同じ制御機能についても重複する説明を省略する。

本実施形態における制御ユニット６１の前記した機能部としての流量制御部は、圧力センサＳ９からの圧力信号に基づいて減圧弁１７の開度を調節して、微細気泡１０５の発生に適する圧力、例えば、０．５ＭＰａまで減圧した上で微細気泡発生部１９へ非透過水Ｃを供給する。また、制御ユニット６１の前記した流量制御部は、非透過水Ｃの流量が被処理水の流量センサＳ５の示す流量に対し一定の割合の流量になるように流量センサ（流量検出手段）Ｓ７の流量信号に基づいて背圧弁１８の開度を調整する。

本実施形態によれば、海水淡水化処理系３は、前処理ろ過装置３４としてＵＦ膜装置、ＭＦ膜装置又は砂ろ過装置を、海水逆浸透膜装置３８の前段処理として用いているので、海水Ｄ、非透過水Ｃに含まれている有機物を処理して除去することができる。
特に、非透過水Ｃ中には海水Ｄ中の倍以上の有機物が含まれているのでそれを効率的に除去できる。また、取水した海水Ｄは、海域、季節により微生物や有機物が大量に流入することがあり、通常でも海水Ｄ中には微生物が代謝した有機物が含まれている。

そして、制御ユニット６１の前記した流量制御部により減圧弁１７の開度調整をして、取水槽３２内に非透過水Ｃの有する０．８〜１．５ＭＰａの圧力を、微細気泡発生部１９で微細気泡１０５を発生することができる所要の圧力、例えば、０．５ＭＰａにまで減圧してやることで、何等動力を必要とせず取水槽３２内に微細気泡１０５を含んだ非透過水Ｃを放出させることができる。
また、非透過水Ｃの圧力は、低圧逆浸透膜装置１６の運転圧によって変化するため、減圧弁１７の開度調整のみでは、非透過水Ｃの所定の流量すべてを、配管５７を経由して取水槽３２に放出することはできない場合があるので、低圧逆浸透膜装置１６の運転圧が高い場合には、制御ユニット６１の前記した流量制御部は、流量センサＳ７の示す流量が、非透過水Ｃの目標流量に一致するように背圧弁１８の開度をフィードバック制御する。その結果、制御ユニット６１の前記した流量制御部での微細気泡１０５の発生制御が、排水処理系１の処理量に外乱を与えることが無い。

更に、取水槽３２内に微細気泡発生部１９から微細気泡１０５、つまり、マイクロバブル又はナノバブルを放出させることによって、微細気泡１０５の圧壊時に生じる衝撃波で取水槽３２内の有機物を分解することができ、又、ラジカルを生成して有機物の分解を促進するので前処理ろ過装置３４の目詰まりが少なくなり、その逆洗に必要なまでに処理できる被処理水の量が多くなる。つまり、一定流量での被処理水の処理に対して前処理ろ過装置３４の逆洗が必要になるまでの時間を長くでき、複合淡水化システム１００Ａの稼働率を向上できる。
また、有機性排水である排水Ａを海水Ｄの希釈に用いることにより被処理水中の有機物が増加するが、微細気泡１０５により有機物の分解をするので、海水淡水化処理系３の海水逆浸透膜装置３８における逆浸透膜のファウリングの頻度を低減することができる。

《第２の実施形態》
次に、図２、図３を参照しながら第２の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｂについて説明する。図３は、図２のＸ部の拡大説明図であり、第１の実施形態に係る複合淡水化システムにオゾン発生装置及びオゾン注入ポンプを更に組み合わせた第２の実施形態に係る複合淡水化システムの説明図である。
第２の実施形態の複合淡水化システム１００Ｂが、第１の実施形態の複合淡水化システム１００Ａと異なる点は、図２に示すＸ部が図３に示すように更に、オゾン発生装置４５、オゾン注入ポンプ４６が設けられ、オゾン発生装置４５で発生させたオゾンガスをオゾン注入ポンプ４６で配管５７に設けた注入部Ｐ１１から減圧弁１７により前記した所定の圧力に減圧された非透過水Ｃ内に注入し溶け込ませる点である。
そして、第２の実施形態における制御装置６では、第１の実施形態における制御装置６の制御ユニット６３においてオゾン発生装置４５とオゾン注入ポンプ４６を制御する機能が追加されている点である。

第２の実施形態における制御ユニット６３の機能が第１の実施形態における制御ユニット６３の機能と異なっている点は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御ユニット６３の機能部として、新たにオゾン注入制御部(図示せず)を含んで構成されている点だけである。
そして、制御ユニット６３の前記したオゾン注入制御部は、非透過水Ｃの目標流量に応じたオゾンガスを発生させるようにオゾン発生装置４５を制御し、そのオゾンガス発生量に応じてオゾン注入ポンプ４６の回転速度を制御して注入部Ｐ１１から注入させる。

本実施形態によれば、微細気泡１０５は、オゾンを含んでいることから取水槽３２内の被処理水を殺菌する効果がある。

《第３及び第４の実施形態》
次に、図２、図４を参照しながら第３及び第４の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｃ，１００Ｄについて説明する。図４は、図２のＸ部の拡大説明図であり、第１の実施形態に係る複合淡水化システムに反応槽を組み合わせた第３の実施形態に係る複合淡水化システム、更にオゾン発生装置及びオゾン注入ポンプを組み合わせた第４の実施形態に係る複合淡水化システムの説明図である。
（第３の実施形態）
先ず、第３の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｃについて説明する。第３の実施形態の複合淡水化システム１００Ｃが、第１の実施形態の複合淡水化システム１００Ａと異なる点は、図２に示すＸ部が図４に示すように、取水槽３２の前段に反応槽（第１原水槽）４７を設置し、反応槽４７の第１区画室４７ｃ_１に、第１の実施形態と同様に取水管５７の出口部の微細気泡発生部１９、配管５８の出口を設置する点である。そして、反応槽４７の出口９６がそのまま取水槽３２に連通している。
そして、本実施形態における制御装置６としては、第１の実施形態における制御装置６を用いている。
本実施形態では、反応槽４７が、特許請求の範囲に記載の「第１原水槽」に対応する。

反応槽４７は、複数の仕切板４７ａ，４７ｂによって複数の区画（仕切区画）４７Ｃ_１，４７Ｃ_２，４７Ｃ_３，４７Ｃ_４に分割されている。仕切板４７ａは、反応槽４７の底部との間に連通路を有し、仕切板４７ｂは、下部が反応槽４７の底部と接続されて上部を被処理水が乗り越えて連通するように構成されている。そして、仕切板４７ａ，４７ｂは、被処理水が、流れ方向を矢印Ｙで示すように上下方向に交互に変わるように配置されて構成されている。被処理水は、最後の区画４７Ｃ_４から矢印Ｚで示すように出口９６を経由して取水槽３２に流れる。

このように反応槽４７を取水槽３２の前段に設けることにより、被処理水と微細気泡１０５の混合が促進され、微細気泡１０５による有機物の分解が促進される。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｄについて説明する。第４の実施形態の複合淡水化システム１００Ｄは、第３の実施形態の複合淡水化システム１００Ｃに図４において破線で示したオゾン発生装置４５、オゾン注入ポンプ４６を追加し、第２の実施形態における制御装置６の制御ユニット６３の前記したオゾン注入制御部により制御させるものである。
本実施形態では、反応槽４７が、特許請求の範囲に記載の「第１原水槽」に対応する。

本実施形態によれば、反応槽４７におけるオゾンガスと被処理水との混合が促進され、被処理水の殺菌効果が第２の実施形態の場合より高まる。
なお、本実施形態では、余剰のオゾンガスが被処理水の水面から離脱して大気中に放出される可能性があるので、反応槽４７の上方に覆いをして離脱したオゾンガスを収集してその処理後に大気中に放出することが望ましい。

以上、第１〜第４の実施形態によれば、排水処理系１の非透過水Ｃの有している比較的低圧の０．８〜１．５ＭＰａの圧力を、微細気泡１０５の発生エネルギとして利用しているので、従来の、被処理水をモータポンプで加圧してその後急減圧して微細気泡を発生させたり、空気を加圧して微細孔から被処理水中に放出して微細気泡を発生させたりするような場合のように動力を必要とせず、動力費を低減した複合淡水化システム１００Ａ〜１００Ｄを提供できる。
また、海水淡水化処理系３の海水逆浸透膜装置３８における逆浸透膜のファウリングの頻度を低減することができる稼働率の向上した複合淡水化システム１００Ａ〜１００Ｄを提供できる。

なお、第１〜第４の実施形態では、図２にエネルギ回収装置３９として直接圧力交換方式のものが記載され、その後段にブースターポンプ４１が組み合わされているが、それに限定されたものではない。ターボチャージャポンプを非透過水Ｇで駆動するようにしても良い。その場合、配管８９と配管９０がターボチャージャポンプのタービン部（駆動部）入口と出口にそれぞれ接続され、配管８６の下流側がターボチャージャポンプのポンプ部入口に接続され、ターボチャージャポンプのポンプ部出口が供給口３８ａに配管で接続される。このような形式でも非透過水Ｇの圧力を回収することができる。
ちなみに、その場合、配管９１，９２及びブースターポンプ４１は不要となる。

また、第１〜第４の実施形態では、取水槽３２内に微細気泡発生部１９を設ける例を説明したが、減圧弁１７の下流側の配管５７の途中に微細気泡発生部１９を設けて微細気泡１０５を発生させても良い。
更に、配管８２と配管５７の合流点を設けて、低圧逆浸透装置１６の非透過水Ｃを海水Ｄと混合させる部位に微細気泡発生部１９を設けて微細気泡１０５を発生させ、その後に取水槽３２内に微細気泡１０５を含んだ海水Ｄと低圧逆浸透装置１６の非透過水Ｃとの混合された被処理水を溜めるようにしても良い。
または、取水槽３２には海水Ｄだけを導入して溜め、配管８３のろ過ポンプ３３の上流側に配管５７との合流点を設けて、低圧逆浸透装置１６の非透過水Ｃを海水Ｄと混合させる合流点の部位に微細気泡発生部１９を設けて微細気泡１０５を発生させても良い。

前記した基本実施形態、第１〜第４の実施形態において、生産水Ｂと生産水Ｅは、それぞれの水質レベルに応じて外部へ供給されるとしたが、生産水Ｂと生産水Ｅを混合して外部に供給しても良い。

１ 排水処理系（第２の水処理系）
３ 海水淡水化処理系（第１の水処理系）
６ 制御装置
１１ ＭＢＲ水処理装置
１２ 移送ポンプ
１３ 処理水水槽
１４ 供給ポンプ
１５ 高圧ポンプ
１６ 低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）
１６ｃ 排水口（第２の逆浸透膜装置の非透過水の出口）
１７ 減圧弁（第１の弁、微細気泡発生手段）
１８ 背圧弁（第２の弁、微細気泡発生手段）
１９ 微細気泡発生部（微細気泡発生手段）
３１ 取水ポンプ
３２ 取水槽（第１原水槽）
３３ ろ過ポンプ
３４ 前処理ろ過装置
３５ 処理水水槽
３６ 供給ポンプ
３７ 高圧ポンプ
３８ 海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）
３９ 圧力交換装置
４０ 背圧弁
４１ ブースターポンプ
４５ オゾン発生装置
４６ オゾン注入ポンプ
４７ 反応槽（第１原水槽）
４７ａ，４７ｂ 仕切り板
８１ 取水管
５６ 配管（第１の配管、微細気泡発生手段）
５７ 配管（第１の配管、微細気泡発生手段）
５８ 配管（第２の配管、微細気泡発生手段）
６０ 制御ユニット
６１ 制御ユニット（制御手段）
６３ 制御ユニット
１００,１００Ａ,１００Ｂ,１００Ｃ,１００Ｄ 複合淡水化システム
１０５ 微細気泡
Ａ 排水（第２の原水）
Ｄ 海水（第１の原水）
Ｐ５ 分岐点
Ｐ１１ オゾン注入部
Ｓ７ 流量センサ（流量検出手段）
Ｓ９ 圧力センサ（微細気泡発生圧力検出手段）

Claims (6)

1. 高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムであって、
   前記第１の水処理系において、取水された前記第１の原水内に、前記第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水を減圧することによって微細気泡を発生して放出させる微細気泡発生手段を備えることを特徴とする複合淡水化システム。
2. 前記微細気泡発生手段は、
   前記第２の逆浸透膜装置の非透過水の出口と、前記取水された前記第１の原水を溜める第１原水槽と、を接続する第１の配管と、
   前記第１の配管の前記第１原水槽側に設けられた第１の弁と、
   前記第１の配管の前記第１の弁よりも下流側に設けられ、前記第２の逆浸透膜装置の非透過水を第１原水槽に急減圧させることにより、その中に溶存している気体を前記微細気泡として発生させて放出する微細気泡発生部と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の複合淡水化システム。
3. 前記微細気泡発生手段は、更に、
   前記第１の弁よりも上流位置で前記第１の配管から分岐されて前記第１原水槽に接続する第２の配管と、
   前記第２の配管に設けられ、前記第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量調整をするための第２の弁と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の複合淡水化システム。
4. 前記第１の配管の前記第２の配管への分岐点よりも上流側に設けられ、前記第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量を検出する流量検出手段と、
   前記第１の弁と前記微細気泡発生部との間の前記第１の配管に設けられ、前記第１の弁により減圧された前記第２の逆浸透膜装置の非透過水の圧力を検出する微細気泡発生圧力検出手段と、
   前記微細気泡発生圧力検出手段からの圧力信号に基づいて、前記第１の弁の減圧度合いを調整するとともに、前記流量検出手段からの流量信号に基づいて所定の流量に前記第２の逆浸透膜装置の非透過水の流量を調整するように前記第２の弁の開度を調整する制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の複合淡水化システム。
5. 前記第１原水槽は、複数の仕切板によって複数の区画に分割されており、前記微細気泡が放出された被処理水を交互に上下に流れ方向を変えさせ、前記微細気泡との混合を促進させるとともに、前記微細気泡の圧壊により有機物の分解と殺菌とを促進する反応槽であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の複合淡水化システム。
6. 更に、オゾンガスを発生させるオゾン発生装置を備え、
   前記第１の弁と前記微細気泡発生部との間の前記第１の配管に、前記オゾン発生装置が発生した前記オゾンガスを注入するオゾン注入部を設けたことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の複合淡水化システム。

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