JP7224819B2

JP7224819B2 - 補水用海水の濾過方法と補水用海水濾過装置

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Publication number: JP7224819B2
Application number: JP2018167541A
Authority: JP
Inventors: 聡田中; 幸男藤田
Original assignee: Shimizu Alloy Mfg Co Ltd
Current assignee: Shimizu Alloy Mfg Co Ltd
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2023-02-20
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: JP2019047783A

Description

本発明は、閉鎖循環型陸上養殖システムや水族館などの水槽に補水する海水を濾過処理する補水用海水の濾過方法と補水用海水濾過装置に関する。

従来から、魚介類の養殖においては、海洋に生け簀網を設置し、この生け簀網の中で様々な魚介類を養殖することが行われている。しかし、海洋における養殖では赤潮や流出油等の海面汚染の影響を直接受けるため、魚介類の生産量が安定せず、場合によっては壊滅的な打撃を受けることもある。また、養殖を行う際に餌を散布するため、残餌によって養殖場の周辺が汚染される等、養殖環境が悪化しやすいという問題もある。

そこで近年の魚介類の養殖においては、陸上に養殖システムを建設して養殖が行われるようになってきている。陸上の養殖システムは完全に閉鎖された状態で陸上に建設されているため、赤潮や流出油等の海洋汚染の影響を受けることがなく、魚介類の生産量が安定する利点がある。

このような陸上養殖システムにおいては、養殖水として新鮮な海水を供給することが必要であり、養殖システムの中で、海水の取水装置や使用済み養殖水の排水装置が大きなウェイトを占めており、養殖システムの巨大化や建設コストの上昇を招く原因となる。また、養殖システムから養殖水を海へ排出すると、この養殖水中に含まれる魚介類の排泄物や残餌等により、結果的に海洋汚染を引き起こすことになる。このようなことから、排泄物や残餌等を処理し、養殖水を入れ替えることなく循環させることのできる閉鎖循環型陸上養殖システムが注目されている。

閉鎖循環型陸上養殖システムで養殖水を循環利用することで問題となるのは、魚介類の排泄物中に含まれるアンモニアや、残餌などが養殖中で微生物により分解されることで養殖水中にアンモニアが残留し、このアンモニアは時間の経過とともに蓄積することである。アンモニアは生物毒性が高く魚介類には有害であるため、閉鎖循環型陸上養殖システムにおいては、この対策を講じる必要がある。

養殖水中に含まれるアンモニアを除去する閉鎖循環型陸上養殖システムとしては、例えば、特許文献１に記載された循環濾過養殖装置がある。図１５に示すように、この循環濾過養殖装置１は、養殖水槽２と、養殖水槽２から抜出した養殖水中の養殖水より比重の大きい魚介類の糞と残餌を捕集する沈澱槽３と、沈殿槽３により捕集されない養殖水中の浮遊懸濁物を捕集するフィルタ装置４と、養殖水中のタンパク質などの溶存有機物を微細気泡とともに除去するためのブロワー５及び微細気泡発生装置６と、養殖水中のアンモニアを硝酸に酸化するバイオフィルタ（生物濾過槽）７と、この酸化作用により養殖水中に蓄積する硝酸を窒素ガスにして空気中に放出する脱窒槽８と、養殖水の殺菌と水中の有機物分解のための紫外線照射装置９と、養殖水中に効率よく酸素を溶かし込む酸素発生装置１０及び酸素溶入器１１と、さらに、養殖水温調節用のヒートポンプ１２とを養殖水槽２の底面と養殖水槽２の上方開放面との間を循環する管路１３で連結して構成され、ポンプ１４により養殖水を循環させながら濾過処理している。

すなわち、この循環濾過養殖装置１では、養殖水槽２から養殖水を取り出し、沈澱槽３、フィルタ装置４、ブロワー５及び微細気泡発生装置６により構成される物理的処理手段で養殖水に含まれる固形物、浮遊懸濁物、溶存有機物を濾過処理した後、バイオフィルタ（生物濾過槽）７、脱窒槽８により構成される生物的処理手段で養殖水に含まれるアンモニアを分解処理し、養殖水を循環利用している。

ところで、このような閉鎖循環型陸上養殖システムでは、魚介類の排泄物や食べ残した残餌等の固形物、浮遊懸濁物、溶存有機物が沈殿槽に沈殿する。これらの沈殿物を除去しないで放置しておくと、養殖水に濁りが発生したり、微生物により分解されることで養殖水中にアンモニアが残留したりするため、これらの沈殿物を早期に沈殿槽から取り出す必要がある。このため、定期的に沈殿槽の底部に設けた弁を開放し、沈殿槽の底部から沈殿物を排出させるが、この際、沈殿物と同時に養殖水がシステム外に流出することを避けることができない。

この他にも、養殖水槽の開放された上部から養殖水が空気中に蒸発するので、閉鎖循環型陸上養殖システム中の養殖水は減少して養殖水槽の水位が低下することになる。養殖水槽の水位が低下すると、養殖水槽内の養殖密度が増加して魚同士が接触し易くなり、養殖中の魚介類に悪影響があるので、養殖水の水位を一定の範囲に保つため、適宜、閉鎖循環型陸上養殖システムに海水を補水する必要がある。

この補水にあたり、海から採取した海水をそのまま閉鎖循環型陸上養殖システムに補水すると、海水には寄生虫、原虫、細菌、ウイルスなどの病原体が含まれている場合があるため、養殖水が循環する間に病原体が増殖し、養殖している魚介類に感染するおそれがある。前述したように、閉鎖循環型陸上養殖システムでは、システム内を循環する養殖水を殺菌するため、紫外線照射装置が設置されているのが通常であるが、病原体を多量に含む海水を補水した場合には紫外線照射装置で確実に殺菌することはできず、養殖中の魚介類に病原体が感染する可能性がある。

したがって、閉鎖循環型陸上養殖システムに海水を補水する場合には、海水中に含まれるゴミ等を濾過して除去しただけでは足りず、海水中に含まれる寄生虫、原虫、細菌、ウイルスなどの病原体も除去した清浄な濾過海水を補水する必要がある。

このような清浄な濾過海水を得るための装置として、特許文献２には、膜濾過水貯留タンクの上側に第１水位センサ、下側に第２水位センサ、タンクの底部から膜処理水供給ポンプを経由して原水タンクに戻る配管を設置して、第１水位センサの位置まで膜濾過水の水位が上昇した場合には、膜濾過水を原水タンクに戻して再濾過を行い、第２水位センサ位置まで膜濾過水貯留タンクの水位が低下した場合には、通常の濾過を行って、膜モジュール入口と出口の間で生じる膜差圧の上昇を抑制するとともに、膜濾過水貯留タンク内での細菌類の再発生を抑制して清浄な海水を供給することができる膜濾過装置が開示されている。

また、特許文献３には、海水を限外濾過して魚介類の養殖用海水として利用するための濾過処理法であって、２４時間の濾過処理運転の間、限外濾過膜を３～２００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液中に１～３時間浸漬した後、次亜塩素酸ナトリウムを含まない水で逆圧洗浄する処理を含む、海水の濾過処理法が開示されている。

特開２０００－３１２５４２号公報特開２００３－１５４３６０号公報特許第４８０４１７６号公報

特許文献２に記載された膜濾過装置は、膜濾過水貯留タンクに貯留された膜濾過水の未使用時には、膜濾過水を常に循環・濾過させることにより、膜濾過水の膜濾過水貯留タンクでの滞留時間を短くし、膜濾過水貯留タンクに貯留した膜濾過水中に細菌類が再発生するのを抑制している。このため、この膜濾過装置から清浄な濾過海水を随時供給するためには、膜濾過装置を連続して運転する必要がある。

一方、閉鎖循環型陸上養殖システムでは、養殖水槽から蒸発したり、沈殿槽から沈殿物を取り出す際に沈殿物と一緒に流出したりしてシステム外に排出される養殖水の量は、システム全体の養殖水量に比べると少量であり、必要な補水量は、１日当たり、精々システム全体の養殖水量の数％程度である。

このため、清浄な濾過海水を随時供給するためには連続運転が必要なこの膜濾過装置を補水用に使用した場合には、所要の補水量を濾過処理した後も装置を運転することが必要であり、閉鎖循環型陸上養殖システムの運用コストの上昇を招くことになる。

所要の補水量を濾過処理した後には、装置の運転を停止しておくことも考えられるが、装置の運転を停止すると、装置内には濾過処理されても栄養塩を多量に含む海水が残留しているため、細菌類の再発生を招くことになる。このため、次回の補水時には、補水用海水の濾過処理に先立ち、細菌類により汚染された水を装置外に完全に排出するための予備運転が必要となり、装置の操作が煩雑になって面倒であるだけでなく、閉鎖循環型陸上養殖システムの運用コスト上昇の原因ともなる。

また、この濾過装置では、必要に応じて次亜塩素酸ナトリウム注入装置から逆洗水に次亜塩素酸ナトリウムを注入して膜モジュールの逆洗を行う構成となっているが、次亜塩素酸ナトリウムを含む逆洗水で膜モジュールを逆洗すると、膜モジュール内に次亜塩素酸ナトリウムの成分が残留する。この状態で海水の濾過処理を行うと、濾過海水にこの残留した次亜塩素酸ナトリウムが含まれることになるが、特許文献１の循環濾過養殖装置のように紫外線照射装置を備えた閉鎖循環型陸上養殖システムに次亜塩素酸ナトリウムを含む濾過海水を補水すると、紫外線照射装置から照射される紫外線の影響により、養殖水中に魚介類にとって有毒な臭素酸が発生することになるだけでなく、図１５のバイオフィルタ（生物濾過槽）の微生物を死滅させてしまうことになる。

特許文献３に記載された海水の濾過処理法は、限外濾過膜を３～２００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液中に１～３時間浸漬した後、次亜塩素酸ナトリウムを含まない水で逆圧洗浄する処理を含むので、この次亜塩素酸ナトリウムを含まない水で逆圧洗浄する処理を行った後には、装置内に次亜塩素酸ナトリウム成分が残留しない。

したがって、この濾過処理方法により濾過装置で海水を濾過処理しても、臭素酸の発生問題は発生しない。

しかしながら、この濾過処理方法により濾過装置で補水用海水を濾過処理し、所要の補水量を濾過処理した後には装置の運転を停止するようにした場合には、次の補水がどのようなタイミングで要求されるか不明であり、膜モジュール内に濾過膜が次亜塩素酸ナトリウム成分を含まない水に浸漬されたまま長時間放置されることされることとなり、前述した特許文献２の膜濾過装置の場合と同様の不具合が生じる。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、濾過処理量が比較的少量であり、処理タイミングも一定ではない海水の補水においても、ゴミ等の汚れや細菌、ウイルスを含まないだけでなく、遊離残留塩素を含まないため、紫外線照射装置や生物濾過槽を備えた閉鎖循環型陸上養殖システムに補水しても臭素酸が発生することがなく、また生物濾過槽の微生物を死滅させることがない清浄で安全な濾過海水を得ることができる補水用海水の濾過方法と補水用海水濾過装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、制御部による補水要求指令に基づいて１次側を海水取水経路に２次側を補水供給路に接続した中空糸膜モジュールから濾過海水を補水供給し、補水供給路と逆洗タンクとを逆洗水ラインを介して接続し、逆洗水ラインの上流側の補水供給路に次亜タンクに接続した次亜注入部が接続され、逆洗タンクには、補水供給路に接続した流出ラインを接続し、制御部による補水完了指令に基づいて、次亜注入部から注入した次亜塩素酸ナトリウムと中空糸膜モジュールで濾過された濾過海水を逆洗タンク内に供給して混合した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を流出ラインより中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程を経て、制御部による補水要求指令に基づいて、次の濾過処理工程を開始するまでの間、中空糸膜モジュール内と管路内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留させる保留工程を実行し、その後、中空糸膜モジュール内に保留した逆洗水を排出し、次いで、中空糸膜モジュールで海水濾過した遊離残留塩素を含まない逆洗水を逆洗タンク内に貯留する貯留工程と逆洗タンク内の遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程とで中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去するようにしたことを特徴とする補水用海水の濾過方法である。

請求項２に係る発明は、中空糸膜モジュールから排出する低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水の排出時の遊離残留塩素濃度は、０．１ｐｐｍ以上であり、逆洗タンク内に混合された遊離残留塩素濃度は、３．０ｐｐｍ未満である補水用海水の濾過方法である。

請求項３に係る発明は、枠体内に制御部と中空糸膜モジュールと逆洗タンクと次亜タンクを配設し、中空糸膜モジュールは、１次側を海水取水経路に２次側を補水供給路に接続して制御部による補水要求指令に基づいて濾過海水を補水供給可能に配置し、補水供給路と逆洗タンクとを逆洗水ラインを介して接続し、逆洗水ラインの上流側の補水供給路に次亜タンクに接続した次亜注入部が接続され、逆洗タンクには、補水供給路に接続した流出ラインが接続されると共に、制御部は、補水完了指令に基づいて、次亜注入部から注入した次亜塩素酸ナトリウムと中空糸膜モジュールで濾過された濾過海水を逆洗タンク内に供給して混合した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を流出ラインより中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程と、補水要求指令に基づいて、次の濾過処理工程を開始するまでの間、中空糸膜モジュール内と管路内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留させる保留工程と、次の濾過処理工程を開始する直前に、中空糸膜モジュール内に保留した逆洗水を排出した後、中空糸膜モジュールで海水濾過した遊離残留塩素を含まない逆洗水を逆洗タンク内に貯留する貯留工程と、逆洗タンク内の遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュールを逆洗して中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去する逆洗工程に関する制御を行うことを特徴とする、補水用海水濾過装置である。

請求項１又は請求項３に係る発明によると、取水した海水の濾過処理を中空糸膜モジュールにより行うので、一般的な濾過装置や殺菌装置では取り除けないレベルまで濾過処理した安全な補水用の濾過海水を供給することができる。

また、逆洗タンクに貯留した遊離残留塩素を含む逆洗水で中空糸膜モジュールを逆洗するため、取水した海水を濾過処理する間に中空糸膜に付着したファイリング物質等を除去して、中空糸膜モジュールの濾過処理能力を回復させることができる。

ＭＦ膜又はＵＦ膜により取水した海水を濾過処理するので、イオン分子は透過させて海水のミネラル成分を変化させることなく、海水に含まれる夾雑物や細菌等を除去した安全で清浄な補水用の濾過海水を得ることができる。ＭＦ膜を使用した場合には、懸濁物質、細菌レベルまで除去し、ＵＦ膜を使用した場合には、さらに高分子成分やコロイド粒子、ウイルスまで除去した清浄で衛生的な濾過海水を得ることができる。

濾過海水供給経路に補水供給路を設けるので、濾過処理した濾過海水を装置外部にあたり、補水目的に応じて補水供給路を適宜に構成することにより、効率的かつ確実に補水することができる。

また、補水要求指令に基づいて海水を取水して装置内部に取り込む海水取水工程と、その装置内部に配設した長尺状の中空糸膜モジュールに取水した海水を通水させる濾過処理工程と、並びに濾過処理した濾過海水を装置外部に供給する濾過海水供給工程とを実行するとともに、補水完了指令に基づいて低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水により中空糸膜モジュールを逆洗するモジュール逆洗工程を実行するので、補水が必要となった時点で、海水の取水、取水した海水の濾過処理並びに濾過処理した濾過海水の供給を行うことができ、所要量の補水用濾過海水を速やかに補水するとともに、不必要な濾過処理を防止して養殖コストを抑制することができる。

また、モジュール逆洗工程は、前逆洗工程、逆洗水保留工程及び後逆洗工程を含むため、膜モジュールの濾過能力を回復させるとともに、モジュール内部の殺菌とモジュール内部で細菌等の再発生を防止し、さらに、補水する濾過処理海水へ遊離残留塩素の混入を防止するので、所要量の清浄で衛生的な濾過海水を補水することができる。

しかも、濾過処理工程の終了直後に、補水完了指令に基づいて低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水で中空糸膜モジュールを逆洗する前逆洗工程を行うので、中空糸膜に付着したファウリング物質等を速やかに除去して中空糸膜の濾過能力を回復させることができるとともに、中空糸膜モジュール内の細菌等を殺菌することができる。

低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水で中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程の後、次に濾過処理工程を行うまでの間、中空糸膜モジュール内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留する逆洗水保留工程を設けているので、中空糸膜モジュール内での細菌、ウイルス等の再発生を防止することができる。

また、補水要求指令に基づいて、濾過処理工程の開始直前に逆洗水保留工程で中空糸膜モジュール内に貯留した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を排出した後、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗して装置外に排出する後逆洗工程を行うので、中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を完全に除去することができる。これにより、次の濾過処理工程において遊離残留塩素を含まない補水用の濾過海水を得ることができるため、補水した濾過海水を含む養殖水に紫外線を照射して殺菌しても、養殖水中に魚介類にとって有毒な臭素酸が発生するおそれがなく、また生物濾過槽の微生物を死滅させることがない。

さらに、補水要求指令に基づいて、濾過処理工程の開始直前に逆洗水保留工程で中空糸膜モジュール内に貯留した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を排出した後、取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュールで濾過処理した後、装置外に排水する後逆洗工程を行うので、中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去することができる。これにより、次の濾過処理工程において遊離残留塩素を含まない補水用の濾過海水を得ることができるため、補水した濾過海水を含む養殖水に紫外線を照射して殺菌しても、養殖水中に魚介類にとって有毒な臭素酸が発生するおそれがなく、また生物濾過槽の微生物を死滅させることがない。

また、この方法による後逆洗工程では、取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュールで連続的に濾過処理することにより中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素の除去を行うため、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗する方法による後逆洗工程よりも短時間で中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去することができる。

請求項２に係る発明によると、中空糸膜モジュールから排出する低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水の排出時の遊離残留塩素濃度は、０．１ｐｐｍ以上であり、逆洗タンク内に混合された遊離残留塩素濃度は、３．０ｐｐｍ未満であるから、逆洗水保留工程の間、中空糸膜モジュール内の遊離残留塩素濃度を細菌等の再発生防止に十分な濃度に維持することができるとともに、中空糸膜モジュール内のＭＦ膜又はＵＦ膜を劣化させることがない。

本発明による海水濾過装置の一実施例を示す模式図である。図１の海水濾過装置に補水タンクを備えた場合の模式図である。本発明による補水用海水の濾過方法を図１の海水濾過装置に適用したときの制御フローを示す図である。図１の海水濾過装置の濾過処理工程を説明する図面である。図１の海水濾過装置の前逆洗工程での逆洗水の貯留工程を説明する図面である。図１の海水濾過装置の前逆洗工程を説明する図面である。図１の海水濾過装置の逆洗水保留工程を説明する図面である。図１の海水濾過装置の逆洗水保留工程の終了時を説明する図面である。図１の海水濾過装置の後逆洗工程での逆洗水の貯留工程を説明する図面である。本発明による海水濾過装置の他の実施例を示す模式図である。図１の海水濾過装置と図１０の海水濾過装置の制御フローの違いを説明する図である。図１０の海水濾過装置の後逆洗工程を説明する図面である。本発明による海水濾過装置のさらに他の実施例を示す模式図である。図１３の海水濾過装置の後逆洗工程を説明する図面である。従来の閉鎖循環型陸上養殖システムの一例を説明する図面である。

以下に、本発明における海水濾過装置置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態における海水濾過装置の構成を示す模式図であり、図２は、海水濾過装置の補水供給路に補水タンクを備えた場合の模式図である。

先ず、図１により海水濾過装置２１の構成について説明する。図１において、海水濾過装置２１は、取水した海水を濾過処理する濾過部２２、濾過部２２を逆洗して濾過能力を回復させる逆洗部２３、濾過部２２と逆洗部２３の作動を制御する制御部２４を縦型の枠体２５に収納し、取水した海水を濾過部２２に供給する海水取水経路２６と、濾過部２２で濾過処理した濾過海水を装置外部に供給する濾過海水供給経路２７を備えている。

濾過部２２は、海水取水経路２６に設けたプレフィルタ装置３０と、１次側に海水取水経路２６を接続し、２次側に濾過海水供給経路２７を接続した中空糸膜モジュール３１とから構成されている。

海水取水経路２６は取水した海水を中空糸膜モジュール３１の１次側に供給する管路であり、枠体２５外部の海水取水経路２６には、制御部２４により作動が制御されるポンプ２８が取り付けられており、海水を取水して海水濾過装置２１内に取り込んでいる。

また、海水取水経路２６のプレフィルタ装置３０と中空糸膜モジュール３１との間には、制御部２４により開閉が制御される電動バルブ３２が設けられ、取水した海水の中空糸膜モジュール３１への供給を制御している。

このプレフィルタ装置３０は、取水した海水が中空糸膜モジュール３１に流入するに先立って、海水に含まれるゴミ（土、砂、その他夾雑物）を除去するストレーナであり、本例では、目開き寸法２００μｍのディスク型ストレーナを使用している。また、プレフィルタ装置３０には、図示ない差圧測定装置が装備されており、プレフィルタ装置３０の目詰まり異常を検知することができる。

中空糸膜モジュール３１は、精密濾過膜（ＭＦ膜）若しく限外ろ過膜（ＵＦ膜）フィルタを収納しており、デッドエンド方式により原水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）、一般細菌、病原菌、ウイルス等を濾過除去する。本例では、公称孔径０．０１μｍで膜面積２９ｍ^２のＵＦ膜フィルタを使用している。このため、サイズが０．１μｍ程度であるウイルスまでほぼ完全に除去することができる。

このように、本実施例で使用しているＵＦ膜フィルタでは、膜面積が２９ｍ^２と濾過処理能力が大きいものを選定し、１回の濾過処理、すなわち中空糸膜モジュールの逆洗を行ってから次回の逆洗が必要となるまでの間の濾過処理で、所要の補水量を濾過処理することができるように選定しているため、補水中は逆洗を実施することなく、速やかに補水することができる。また、濾過海水供給工程が１度の補水で完了するため、補水量の管理も容易である。

中空糸膜モジュール３１には、内部に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを逆洗洗浄等する際に、逆洗水を中空糸膜モジュール３１の外部に排水するための逆洗水排水ライン３３が設けられており、中空糸膜モジュール３１から排水された逆洗水等を海水濾過装置２１の外部に排水している。また、この逆洗水排水ライン３３には、制御部２４により開閉が制御される電動バルブ３４が設けられ、逆洗水の中空糸膜モジュール３１からの排水と、次亜塩素酸ナトリウム（以下、単に「次亜」という。）を含んだ逆洗水の中空糸膜モジュール３１内部への保留と排出を制御している。

本発明の海水濾過装置では、枠体２５内の縦方向空間スペースに長尺状の中空糸膜モジュール３１を立てた状態で配設することにより、中空糸膜モジュール３１の垂直方向の設置面積を最少化する様にしており、これにより枠体２５の底面面積を最少化している。このように長尺状の中空糸膜モジュール３１を縦方向に枠体２５内に収納することにより、膜洗浄方法として中空糸膜モジュール３１の下部からエアを送り、中空糸膜モジュール３１内の膜表面の懸濁物質を剥離させる洗浄方法を実施することが可能であり、図１には図示していないが、逆洗時に中空糸膜モジュール３１に空気を供給してエアスクラビング洗浄するコンプレッサーと空気供給管を設けている。中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを効果的に逆洗洗浄するためには、これらのエアスクラビング用の装置を設置することが好ましい。なお、中空糸膜モジュール３１にも、図示ない差圧測定装置が装備されており、ＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタ目詰まり異常を検知することができる。

濾過海水供給経路２７は、中空糸膜モジュール３１で濾過処理した濾過海水を装置外部に供給するための管路であり、制御部２４により開閉が制御される電動バルブ３５が設けられ、濾過海水の装置外部への供給を制御している。

逆洗部２３は、逆洗水を貯留する逆洗タンク３７と、逆洗タンク３７に貯留した逆洗水を中空糸膜モジュールに３１に圧送してその内部を逆洗する逆洗ポンプ３８とから構成されている。

逆洗タンク３７は、中空糸膜モジュール３１の２次側に取り付けた濾過海水供給経路２７から分岐した逆洗水ライン４１を介して供給される濾過海水を貯留する容器であり、中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを逆洗洗浄する際に、貯留した濾過海水を逆洗水として供給する役割を有している。また、逆洗水ライン４１には、制御部２４により開閉が制御される電動バルブ４２が設けられ、逆洗タンク３７への濾過海水の供給を制御している。

逆洗タンク３７を海水濾過装置２１の上部位置に配置するようにして枠体２５内のスペースを有効に活用するとともに、逆洗タンク３７の底部に逆洗水を流下させる流出口４３を設けたことにより、無動力で逆洗タンク３７から逆洗水を流下させて取り出すことができるため、逆洗水の取出し機構を別途設ける必要がなく、海水濾過装置２１の構成を簡単化、小型化することができる。本例では、逆洗タンク３７はポリエチレン樹脂製であり、容量６０Ｌの角型に成形されている。

この逆洗タンク３７の内部には、水位計４４が設けられており、この水位計４４によって、逆洗タンク３７が逆洗水で満水になったこと、また逆洗タンク３７が空になったことを制御部２４が検知することができる。

逆洗タンク３７の流出口４３と中空糸膜モジュール３１の２次側に取り付けた濾過海水供給経路２７とを連結する流出ライン４５が設けられており、この流出ライン４５と濾過海水供給経路２７とを介して逆洗タンク３７から中空糸膜モジュール３１に逆洗水を供給可能に構成されている。

逆洗水は、逆洗タンク３７から自重で流下しており、無動力で取り出すことができるが、逆洗水を中空糸膜モジュール３１の２次側に圧送し、中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを逆洗洗浄するためにはポンプで逆洗水を圧送する必要であるので、流出ライン４５に逆洗ポンプ３８を設けている。

このように、逆洗ポンプ３８には逆洗水の揚送分の能力は不要であり、中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜の逆洗に必要な最小限の能力で足りるので、逆洗ポンプ３８の能力を抑制することができる。本例では、逆洗ポンプ３８として、ステンレス製の横軸渦巻ポンプ（０．４ｋＷ、３２Ａ）を使用している。海水濾過装置２１で最も電力を消費するのはこの逆洗ポンプ３８であるが、本例の逆洗ポンプ３８の諸元は前記の通りであるので、電源として家庭用ＡＣ１００Ｖコンセントの使用が可能である。

さらに、流出ライン４５の逆洗ポンプ３８の２次側には、逆止弁４８を設け、濾過海水供給経路２７から濾過海水が流入することを防止している。

なお、本例では、上述した海水取水経路２６、濾過海水供給経路２７、逆洗水排水ライン３３、逆洗水ライン４１、流出ライン４５は、内径２５ＡのＨＩＶＰ管（耐衝撃性硬質ポリ塩化ビニル管）を使用して構成している。

また、図１に示すように、本発明の海水濾過装置２１には、逆洗タンク３７に充水する逆洗用の濾過海水に消毒用の次亜を供給する手段を設けている。消毒用次亜を貯留する次亜タンク４９を配するとともに、中空糸膜モジュール３１の２次側に取り付けた濾過海水供給経路２７の逆洗水ライン４１が分岐する位置よりも上流側に次亜注入部５０を設け、次亜タンク４９と次亜注入部５０との間は、次亜注入ライン５１で連結されている。本例では、次亜タンク４９はポリエチレン樹脂製で、容量２５Ｌの角型に成形されている。

また、次亜注入ライン５１には次亜注入用の次亜注入ポンプ５２が設けられ、この次亜注入ポンプ５２により次亜タンク４９に貯留している次亜を次亜注入部５０に供給し、濾過海水供給経路２７内から逆洗ライン４１に流れる濾過海水に注入している。

本発明の海水濾過装置２１においては、上記のように、中空糸膜モジュール３１と逆洗タンク３７との間に次亜注入部５０を設け、中空糸膜モジュール３１で濾過処理された濾過海水が逆洗タンク３７に充水される前に次亜を注入するようにしているため、逆洗タンク３７内で濾過海水と注入された次亜を一様に混合させ、所定濃度の次亜を含有する逆洗水を確実に得ることができる。

このように、逆洗タンク３７内で濾過海水と次亜注入部５０で注入された次亜を一様に混合させるようにした理由を以下に詳述する。
本発明の海水濾過装置２１のような小規模な濾過装置では、逆洗水の流量は、最大でも５２．５L／ｍｉｎ程度であり、また、必要とされる逆洗水の次亜濃度は、１ｍｇ／Ｌ（１ｐｐｍ）程度である。通常使用される有効塩素濃度１２％の次亜を注入し、最大流量５２．５Ｌ／ｍｉｎ程度の逆洗水の次亜濃度を１ｍｇ／Ｌ程度とするためには、約０．５ｍｌ／ｍｉｎの流量で次亜を注入する必要があるが、このような微量を連続して注入することができるポンプは存在しない。そのため、従来は、汎用のポンプの最小注入量の下限付近でポンプを間欠的に作動させ、例えば、一回当たり０．１ｍｌ程度の注入を１分間に５回行うというように対応していた。しかしながら、このような方法によって次亜を注入した場合、中空糸膜モジュールに供給される逆洗水の次亜濃度にはバラツキが生じ、効果的にフィルタの逆洗洗浄を行うことができない。

これに対し、本発明の海水濾過装置では、中空糸膜モジュール３１と逆洗タンク３７との間に次亜注入部５０を設け、中空糸膜モジュール３１で濾過処理された濾過海水が逆洗タンク３７に充水される前に次亜を注入することにより、逆洗タンク３７内に充水される濾過海水の流れによって逆洗タンク３７内で濾過海水と注入された次亜を撹拌し、一様に混合するようにしている。このため、逆洗タンク３７内に濾過海水を充水している間に、逆洗タンク３７の容量に対応する分量の次亜を次亜注入部５０から注入するだけで、特段にポンプの作動状況を操作することなく、逆洗タンク３７が満水となった時点で、逆洗タンク３７内には一様な次亜濃度の逆洗水が貯留されることになる。例えば、容量６０Ｌの逆洗タンク３７内で次亜濃度１ｍｇ／Ｌの逆洗水を生成するためには、有効塩素濃度１２％の次亜であれば、０．６ｍｌ程度注入すれば足りる。

すなわち、次亜注入部５０から濾過海水に注入する次亜の分量は、逆洗タンク３７の容量に対応して所定の次亜濃度の逆洗水を得ることができる量であれば良いので、次亜注入ポンプ５２の運転は、このポンプが連続注入可能な流量で所定の次亜供給量に達する時間だけ運転すれば良く、逆洗水に含まれる次亜の濃度管理を簡単かつ正確に行うことができる。

なお、逆洗タンク内の逆洗水を所定の次亜濃度とする方法としては、次亜注入以外の他の方法を用いても良い。例えば、次亜タンク４９や次亜注入ポンプ５２を用いることなく、市販の電解次亜生成装置を用いても良い。

制御部２４は、海水濾過装置２１の運転を制御する装置であり、後述する各センサの計測結果に基づき、海水濾過装置２１が濾過処理工程、前逆洗工程、逆洗水保留工程、後逆洗工程の各工程を順次移行して運転ができるように、ポンプ２８の作動、濾過海水（逆洗水）の逆洗タンク３７への貯留、次亜注入用の次亜注入ポンプ５２の作動、逆洗ポンプ３８の作動を制御しており、これらの制御に伴って電動バルブ３２、３４、３５、４２の開閉操作を行っている。

次いで、図２により、海水濾過装置２１の濾過海水供給経路２７に補水タンク５５を有する補水供給経路５６を設けた場合について説明する。図２において、矢印付きの実線は海水が流れる管路を示し、破線は制御信号等の流れを示す。また、海水濾過装置２１については前述したとおりであるので説明を省略する。

補水タンク５５は、海水濾過装置２１で濾過処理された清浄で衛生的な濾過海水を貯留するためのタンクであり、海水濾過装置２１からは濾過海水供給経路２７を介して濾過処理された濾過海水が供給される。本例では、補水タンク５５はポリエチレン樹脂製で、容量２ｍ^３の角型に成形されている。

補水タンク５５の底面には、補水供給管５７が取り付けられており、この補水供給管５７を介して貯留した清浄で衛生的な濾過海水を外部に補水することができる。また、補水供給管５７には、海水濾過装置２１の制御部２４により開閉が制御される電動バルブ５８と、作動が制御されるポンプ５９が設けられている。

これに加え、補水タンク５５には、補水タンク５５内に所要容量の濾過海水が貯留されたことを検知する上限水位センサ６１と、補水タンク５５内に貯留されていた濾過海水が下限界まで流出したことを検知する下限水位センサ６２が設置されており、検知信号、すなわち補水要求指令を海水濾過装置２１の制御部２４に送信している。また、上限水位センサ６１、下限水位センサ６２の代わりに図示しない養殖水槽に水位センサを設け、制御部２４に水位信号を送信するようにすることもできる。

海水濾過装置２１の制御部２４は、これらの信号に基づいて海水濾過装置２１の作動を制御するとともに、電動バルブ５８の開閉とポンプ５９の作動を制御し、補水タンク５５に貯留した清浄な濾過海水を養殖システムや水族館などの水槽に補水する。

以上のとおり、海水濾過装置２１に補水タンク５５を有する補水供給経路５６を設けた場合には、補水タンク５５に一定量の濾過海水が貯留された後に一度に補水を実施することができるので、補水量の管理を確実かつ容易に実施することができる。なお、補水タンク５５に取り付ける上限水位センサ６１の取付位置は、このセンサが作動した段階でちょうど一回部の補水量が補水タンク５５内に貯留されるように、季節等の影響を考慮して調整することが好ましい。

なお、海水濾過装置２１から所定量の濾過海水を補水するに当たっては、補水供給経路５６に補水タンク５５を設ける代わりに流量計を設け、この流量計の測定値を制御部２４に送信し、測定値を積算して補水量を求めることもできる。

次に、本発明の補水用海水の濾過方法について説明する。本発明における補水用海水の濾過方法は中空糸膜モジュールの逆洗方法に特徴を有している。この中空糸膜モジュールの逆洗方法は、濾過処理工程が終了した直後に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水により中空糸膜モジュールを逆洗する前逆洗工程を行った後、中空糸膜モジュール内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留する逆洗水保留工程を設け、次の濾過処理工程を開始する直前にこの保留した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を中空糸膜モジュールから排出した後、遊離残留塩素を含まない逆洗水により中空糸膜モジュールを逆洗する後逆洗工程を行うことを特徴としている。

このような逆洗方法により中空糸膜モジュールの逆洗を行うこととした理由は、以下のとおりである。
魚介類を養殖する閉鎖循環型陸上養殖システムに補水する海水の量は、施設の規模により違いはあるものの、通常は１日当たり数ｍ^３程度であるが、この程度の量の海水を濾過処理するために必要な海水濾過装置の稼働時間は、１時間程で十分である。したがって、海水濾過装置は、１日の大半を海水の濾過処理を行わずに過ごすことになる。海水濾過装置が濾過処理を行わない状態であると、中空糸膜モジュールの逆洗実施後に装置内部に残留した逆洗水には細菌、ウイルス等が再発生し、補水用の海水としては使用できない所謂「死に水」となる。

また、装置内部に遊離残留塩素が残留している状態で新たに取水した海水を濾過処理すると、補水用の濾過海水が遊離残留塩素を含むこととなり、この遊離残留塩素を含む濾過海水を閉鎖循環型陸上養殖システムに補水した場合には、養殖システム内の紫外線照射装置から照射される紫外線により、養殖水中に魚介類にとって有害な臭素酸が発生することになるだけでなく、生物濾過槽の微生物を死滅させる問題がある。

本発明の補水用海水の濾過方法は、以上の問題を解決するものである。すなわち、装置内部に残留した海水には細菌、ウイルス等が再発生する問題に対しては、所要量の補水用の海水の濾過処理が完了し、低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水により中空糸膜モジュールの逆洗が終了した後、低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を中空糸膜モジュール内に貯留し、次回の濾過処理を行うまでの間は、この保留状態を維持する逆洗水保留工程を設けたものである。これにより、補水要求指令がいつ発信されるか不明の状況下においても、海水濾過装置で濾過処理が行われない間には、中空糸膜モジュール内や中空糸膜モジュールの２次側の管路内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水が留まるので、これらの内部で細菌、ウイルス等の再発生を防止することができる。

なお、逆洗水保留工程の間、中空糸膜モジュール内で細菌、ウイルス等が再発生することを防止するためには、逆洗水保留工程を通じて中空糸膜モジュール内等に貯留されている逆洗水の遊離残留塩素濃度が少なくとも０．１ｐｐｍ以上であることが必要なので、逆洗水保留工程において中空糸膜モジュールに貯留する遊離残留塩素を含む逆洗水の遊離残留塩素濃度は、この要求に基づいて設定する必要がある。

また、補水する濾過海水に遊離残留塩素が含まれることを防止する対策としては、次の濾過処理工程を開始するに先立ち、中空糸膜モジュール内に貯留した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を排出させた後、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗し、中空糸膜モジュール内に残留する遊離残留塩素を洗い流す後逆洗工程を設けている。これにより、次の濾過処理工程で得た濾過海水には遊離残留塩素が含まれることがないので、安心して紫外線照射システムや生物濾過槽を備えた閉鎖循環型陸上養殖システムに補水することができる。

以上説明したように、本発明の補水用海水の濾過方法は、１日当たり、短時間だけ濾過処理を実行すれば足りる海水濾過処理装置のためのものであり、安全な濾過海水を閉鎖循環型陸上養殖システムや水族館などの水槽に補水することができる。

以下に、海水濾過装置２１の運転状況を図３に示す海水濾過装置の制御フローと図４乃至図９に示す海水濾過装置２１の各工程における作動状況に基づいて説明する。

図３の制御フローは、上述した補水用海水の濾過方法を海水濾過装置２１に適用した場合の制御の流れを示すものである。なお、図３において、ステップ１０１、１０３、１０６における水位とは、補水タンク又は養殖水槽の水位を意味し、ステップ１０３、１０６における下限水位とは、補水タンク又は養殖水槽へ補水を開始する規定水位を意味し、ステップ１０３の上限水位とは、補水タンク又は養殖水槽への補水を停止する水位を意味する。

また、図４乃至図９において、実線で示す管路は原水や濾過水等が流れていることを示し、破線で示す管路は原水や濾過水等が流れていないことを示す。また、白色で表現された電動バルブは開状態であることを示し、黒色で表現された電動バルブは閉状態であることを示す。また、白色で表現されたポンプは作動状態であることを示し、黒色で表現されたポンプは停止状態であることを示す。

先ず、ステップ１０１において、補水タンク５５を有する補水供給経路５６を設けた場合には下限水位センサ６２の検知結果に基づき、補水タンク５５を備えていない場合には図示しない養殖水槽に設置した水位計の検知結果に基づき、補水タンク５５又は養殖水槽の水位が補水すべき下限水位に達したか否かが制御部２４で判断される。補水タンク５５又は養殖水槽の水位が補水すべき下限水位よりも高い場合には、海水濾過装置２１は濾過処理を行わない待機状態を維持するが、補水すべき下限水位に達した場合には、これを補水要求指令としてステップ１０２に移行する。

ステップ１０２では、制御部２４からの指令に基づき、海水濾過装置２１が海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程を開始する。図４は、海水濾過装置２１の運転における海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程を示している。これらの工程（濾過処理工程等）は、取水した海水を濾過処理して清浄な濾過海水を得るとともに、装置外に補水用の濾過海水を供給する連続した工程である。海水を取水するポンプ２８により取水された海水は、海水供給経路２６を介してプレフィルタ装置３０を通過し、原海水に含まれるゴミが除去された後、中空糸膜モジュール３１に流束１（ｍ^３／ｍ^２・日）程度で供給される。なお、この海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程においては、濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５を開状態とし、逆洗ライン４１に設けた電動バルブ４２、及び逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を閉状態とし、流出ライン４５に設けた逆洗ポンプ３８及び次亜供給ライン５１に設けた次亜注入ポンプ５２を停止状態にする。また、補水タンク５５の補水供給管５７に取り付けた電動バルブ５８を閉状態、ポンプ５９を停止状態とする。

中空糸膜モジュール３１で濾過処理され、原海水に含まれる一般細菌、病原菌、ウイルス、懸濁物質（ＳＳ）などが除去された濾過海水は、濾過海水供給経路２７を介して装置外に供給される。

次いで、ステップ１０３において、補水タンク５５に設置した上限水位センサ６１又は図示しない養殖水槽に設置した水位計の検知結果に基づき、補水タンク５５の水位が上限水位センサ６１の位置に達したか、養殖水槽の水位が上限に達したか否かが制御部２４で判断される。補水タンクの水位又は養殖水槽の水位が上限に達していない場合には、海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程が継続され、水位が上限に達した場合には、これを補水完了指令として制御部２４からの指令によりポンプ２８が作動を停止するとともに、電動バルブ３５は閉状態となり、海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程は終了し、ステップ１０４に移行する。

ステップ１０４では、制御部２４からの指令に基づき、海水濾過装置２１がモジュール逆洗工程の内の前逆洗工程を開始する。図５は、前逆洗工程を行う準備として、逆洗タンク３７に中空糸膜モジュール３１で濾過処理した濾過海水を逆洗水として貯留する貯留工程を示している。

貯留工程では、図５に示すように、海水を取水するポンプ２８を作動させ、逆洗水ライン４１に設けた電動バルブ４２を開状態とするとともに、次亜注入ライン５１に設けた次亜注入ポンプ５２を作動させる。また、濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５と、逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を閉状態とし、流出ライン４５に設けた逆洗ポンプ３８を停止状態とする。

この結果、中空糸膜モジュール３１で濾過処理された後に次亜注入部５０で次亜が注入された濾過海水は、逆洗ライン４１を介して逆洗タンク３７に貯留される。本例では、容量６０Ｌの逆洗タンク３７に逆洗水を貯留するのに要する時間は２～３分程度である。また、貯留工程での次亜の注入量は、逆洗タンク３７内で濾過海水と一様に混合された次亜水溶液の状態で３．０ｐｐｍ未満の次亜濃度で、後逆洗工程直前で遊離残留塩素濃度で０．１ｐｐｍ以上となる量である。

中空糸膜モジュール３１の逆洗水として、このように低濃度の次亜水溶液を使用するようにしているので、逆洗によりモジュール内に収納したＭＦ膜又はＵＦ膜を劣化させることがないだけでなく、装置外部への排水する逆洗水も安全で中和処理が不要であるため、海水濾過装置の運用が容易、かつ経済的であるだけでなく、環境への負担が非常に低いという利点もある。

なお、逆洗タンク３７に貯留される濾過海水の流れによって逆洗タンク３７内で濾過海水と注入された次亜を撹拌し、一様に混合する効果を十分に発揮させるためには、貯留工程の初期段階に次亜を注入した方が、逆洗タンク３７に充水される濾過海水による撹拌効果が大きく、濾過海水と次亜が一様に混合し易いため、次亜の注入は、貯留工程の初期段階に行うことが好ましい。

逆洗タンク３７が満水となったことを逆洗タンク３７に設けた水位計４４が検知すると貯留工程は終了し、直ちに、中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜の２次側から１次側に逆洗水を通水させ、フィルタ表面やフィルタ細孔内に付着した汚染物質を除去する前逆洗工程へと移行する。

前逆洗工程では、ポンプ２８の運転を停止するとともに、図６に示すように、海水取水経路２６に設けた電動バルブ３２、逆洗水ライン４１に設けた電動バルブ４２、並び濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５を閉状態とする。また、次亜注入ライン５１に設けた次亜注入ポンプ５２の作動を停止させた後、逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を開状態とするとともに、逆洗ポンプ３８を作動させる。

これにより、逆洗タンク３７に貯留された低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水は、流出口４３から流下して流出ライン４５に流入した後、逆洗ポンプ３８で加圧されて逆止弁４８を通過した後、濾過海水供給経路２７を介して中空糸膜モジュール３１内に２次側から供給され、収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを流束１．５（ｍ^３／ｍ^２・日）程度で逆洗洗浄した後、逆洗水排水ライン３３を介して装置の外部に排水される。

なお、この前逆洗工程では、前述したように、図示しないコンプレッサーと空気供給管から中空糸膜モジュール３１の下部に空気を供給し、エアスクラビング洗浄を行っている。

前述したように、貯留工程において逆洗タンク３７に貯留する濾過海水に次亜を注入し、一様な次亜濃度となるようにしているため、逆洗工程で使用する逆洗水には所定濃度の次亜が一様に含まれており、単に次亜を含まない逆洗水を用いて逆洗洗浄した場合や、次亜の濃度にバラツキがある逆洗水を用いて逆洗洗浄した場合とは異なり、逆洗水に一様に含まれる残留塩素の酸化力によりフィルタ表面やフィルタ細孔内に付着したフミン質や微生物由来のタンパク質等の有機物を効果的に分解、除去し、フィルタの濾過能力を回復させることができる。なお、本発明における逆洗方法では、逆洗水に含まれる次亜の濃度を３．０ｐｐｍ未満の低濃度としているので、ＭＦ膜又はＵＦ膜を劣化させることなく膜に付着したファウリング物質等を除去して中空糸膜の濾過能力を回復させることができる。

この前逆洗工程の実行時間は制御部２４により制御され、設定した時間（例えば、約１分間）だけ中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを逆洗洗浄した後に終了し、ステップ１０５に移行する。なお、逆洗タンク３７に設けた水位計４４が逆洗タンク３７から逆洗水が全量流出したことを検知した段階で前逆洗工程を終了するようにしても良い。

ステップ１０５では、制御部２４からの指令に基づき、海水濾過装置２１がモジュール逆洗工程の内の逆洗水保留工程を開始する。本工程は、次に濾過処理工程を実行するまでの間、中空糸膜モジュール３１内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留する工程である。中空糸膜モジュール３１内に貯留する遊離残留塩素を含む逆洗水の遊離残留塩素濃度を、後逆洗工程直前、すなわち逆洗水保留工程終了時に０．１ｐｐｍ以上であるような濃度とすることにより、逆洗水保留工程間における中空糸膜モジュール内の遊離残留塩素濃度を細菌等の再発生を防止するのに十分な濃度に維持することができる。

なお、逆洗水保留工程終了時に、中空糸膜モジュール内に保留された遊離残留塩素を含む逆洗水の遊離残留塩濃度が０．１ｐｐｍ以上であるためには、遊離残留塩素濃度がどの程度の遊離残留塩素を含む逆洗水を中空糸膜モジュールに貯留すれば良いかについては、中空糸膜モジュール内での遊離残留塩濃度の低下状況は、モジュールの構成、サイズ、また季節等により異なるため、実際に海水濾過装置等の設備を使用して決定する必要がある。

図７は、海水濾過装置２１の運転における逆洗水保留工程を示している。逆洗水保留工程では、前逆洗工程では開状態としていた逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を閉状態とするとともに、前逆洗工程では作動させていた逆洗ポンプ３８を停止状態とする。このようにすることで、中空糸膜モジュール３１内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水が保留される。このように中空糸膜モジュール３１内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留することにより、次に濾過処理工程を実行するまでの間に、中空糸膜モジュール３１内に細菌等が再発生するおそれを無くすことができる。中空糸膜モジュール３１内に低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留した状態でステップ１０６に移行する、

ステップ１０６では、補水タンク５５に設置した下限水位センサ６２又は図示しない養殖水槽に設置した水位計の検知結果に基づき、補水タンク５５の水位が下限水位センサ６２の位置に達したか、養殖水槽の水位が下限に達したか否かが制御部２４で判断される。補水タンク５５又は養殖水槽の水位が補水すべき下限水位よりも高い場合には、海水濾過装置２１は逆洗水保留工程を維持するが、補水すべき水位に達した場合には、これを補水要求指令とし、制御部２４は補水準備信号を出力し、ステップ１０７に移行する。

本実施例においては、補水タンクなどにおいて補水すべき下限水位に達した場合、具体的には、下限水位センサ６２からの信号を補水要求指令として濾過処理工程などに移行しているが、水位センサに限らず、画像センサからの情報やＩＯＴ技術を利用したスマートフォンからの出力により補水要求指令を得るようにしてもよい。

また、補水要求指令を受けた際に、直ちに海水の濾過処理を開始できるように、補水タンク５５内の下限水位センサ６２のやや上方に、図２に示すような補水準備センサ６３を配置し、補水タンク５５内の水位が補水準備センサ６３の位置まで下がったときに補水要求指令を出してステップ１０７に移行して後逆洗工程を行い、遊離残留塩素を含まない逆洗水でＭＦ膜やＵＦ膜の洗浄を１回程度行った後、そのまま待機状態とするようにしても良い。これによれば、わずかな待機時間を経て、補水タンク５５内の水位が下限センサ６２の位置まで下がった際に、後逆洗工程に要する時間を最小限とし、速やかに海水の濾過処理を開始することができる。なお、補水準備センサの代わりにタイマーを用いるようにしてもよい。

ステップ１０７では、モジュール逆洗工程の内、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール３１を逆洗する後逆洗工程が行われるが、制御部２４からの補水準備信号に基づき、後逆洗工程を行う準備として、先ず、中空糸膜モジュール３１内に保留した遊離残留塩素を含む逆洗水を排出する準備工程が行われる。図８は、この準備工程を示しており、逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を開状態として、中空糸膜モジュール３１内に保留した遊離残留塩素を含む逆洗水を排出する。

次の準備として、遊離残留塩素を含まない逆洗水を逆洗タンク３７に貯留する貯留工程が行われる。図９は、後逆洗工程を行う準備として、逆洗タンク３７に遊離残留塩素を含まない逆洗水を貯留する貯留工程を示している。

この貯留工程では、図９に示すように、海水を取水するポンプ２８を作動させ、逆洗水ライン４１に設けた電動バルブ４２を開状態とする。また、濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５と、逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４を閉状態とし、次亜注入ライン５１に設けた次亜注入ポンプ５２と流出ライン４５に設けた逆洗ポンプ３８を停止状態とする。これにより、中空糸膜モジュール３１で濾過処理されたままで次亜を含まない濾過海水が逆洗ライン４１を介して逆洗タンク３７に貯留される。逆洗水の貯留に要する時間は、前述のとおり２～３分程度である。

逆洗タンク３７が遊離残留塩素を含まない逆洗水で満水となったことを逆洗タンク３７に設けた水位計４４が検知すると貯留工程は終了し、直ちに、中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜の２次側から１次側に遊離残留塩素を含まない逆洗水を通水させ、中空糸膜モジュール３１の内側やフィルタ表面、フィルタ細孔内に残留した遊離残留塩素を除去する後逆洗工程へと移行する。

海水濾過装置２１の後逆洗工程では、ポンプ２８の運転を停止するとともに、海水取水経路２６に設けた電動バルブ３２、逆洗水ライン４１に設けた電動バルブ４２、並び濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５を閉状態とする。したがって、後逆洗工程における海水濾過装置２１の作動状況は、図６で示した前逆洗工程時と同じ状態となる。

これにより、逆洗タンク３７に貯留された遊離残留塩素を含まない逆洗水は、流出口４３から流下して流出ライン４５に流入した後、逆洗ポンプ３８で加圧されて逆止弁４８を通過した後、濾過海水供給経路２７を介して中空糸膜モジュール３１内に２次側から供給される。中空糸膜モジュール３１内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタを洗浄し、残留する遊離残留塩素を除去した逆洗水は、逆洗水排水ライン３３を介して装置の外部に排水される。逆洗工程は、逆洗タンク３７に設けた水位計４４が逆洗タンク３７から逆洗水が全量流出したことを検知するまで実施する。

なお、この逆洗工程でも、図示しないコンプレッサーと空気供給管から中空糸膜モジュール３１の下部に空気を供給し、エアスクラビング洗浄を行っている。

中空糸膜モジュール３１内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタに残留する遊離残留塩素を十分に除去するためには、以上説明した貯留工程と逆洗工程を複数回繰り返す必要があるので、この繰り返し回数をＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等により制御部２４に記憶させ、自動運転可能とすることが好ましい。

遊離残留塩素を含まない逆洗水の貯留工程と逆洗工程を所定の回数繰り返し、後逆洗工程が終了した後、ステップ１０２に移行し、海水取水工程、濾過処理工程及び濾過海水供給工程を再開し、補水用の濾過海水の製造、供給（補水）を開始するが、前回の濾過処理工程が終了した後、次の濾過処理工程が再開されるまでの間、中空糸膜モジュール３１に遊離残留塩素を含む逆洗水を保留する逆洗水保留工程を設けているので、中空糸膜モジュール３１内での細菌やウイルスの再発生を防止することができ、また、逆洗水保留工程終了後の濾過処理工程再開直前に後逆洗工程を設け、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗して中空糸膜モジュール内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタに残留する遊離残留塩素を除去しているので、再開した濾過処理工程において、細菌やウイルス並びに遊離残留塩素を含まない安全な補水用の濾過海水を補水することができる。

続いて、以下に、本発明における海水濾過装置の他の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１０は、他の実施形態における海水濾過装置の構成を示す模式図であり、本図により海水濾過装置７１の構成について説明する。なお、図１０に示す海水濾過装置７１において、図１に示す海水濾過装置２１と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下において、重複する説明を省略する。

図１０に示す海水濾過装置７１と図１に示す海水濾過装置２１との違いは、海水濾過装置２１では、中空糸膜モジュール３１で濾過処理して逆洗タンク３７に貯留した逆洗水を中空糸膜モジュール３１を経由して装置外に排水するように構成されているのに対し、海水濾過装置７１では、中空糸膜モジュール３１で濾過処理して逆洗タンク３７に供給された濾過海水を逆洗タンク３７から直接装置外に排水するように構成されている点である。

このため、海水濾過装置７１では、逆洗タンク３７の底部に流出口４３の他に排水口７２を設け、この排水口７２に排水ライン７３を取付けている。排水ライン７３には、制御部２４により開閉が制御される電動バルブ７４が設けられるとともに、排水口７２への接続側と反対側の排水ライン７３の先端は逆洗水排水ライン３３に電動バルブ３４の下流側で接続され、逆洗タンク３７から逆洗水排水ライン３３を介して濾過海水を直接装置外部に排水可能に構成されている。

なお、流出口４３の他に別途排水口７２を設けることなく、流出ライン４５の流出口４３と逆洗ポンプ３８との間で排水ライン７３を分岐するように構成することもできるし、排水ライン７３の先端を逆洗水排水ライン３３に接続することなく装置外に突出させ、排水ライン７３からそのまま排水可能とすることもできる。

また、本例では、排水ライン７３は、海水取水経路２６、濾過海水供給経路２７、逆洗水排水ライン３３、逆洗水ライン４１、流出ライン４５と同様に、内径２５ＡのＨＩＶＰ管（耐衝撃性硬質ポリ塩化ビニル管）を使用して構成している。

上述のとおり、海水濾過装置７１の海水濾過装置２１との違いは、海水濾過装置７１では、逆洗タンク３７に供給された濾過海水を逆洗タンク３７から排水ライン７３を経由して直接装置外に排水可能な点だけであり、その他の構成要素は同一であるので、海水濾過装置７１は、図２に示すように、濾過海水供給経路２７に補水タンク５５を有する補水供給経路５６を設け、一部の制御フローを除き、海水濾過装置２１と同様に運転して補水を実施することができる。

このため、海水濾過装置７１の制御フローと海水濾過装置２１の制御フローとの間の相違点は、図３に示す制御フローのステップ１０７の後逆洗工程のみであり、他のステップは同じであるので、以下、海水濾過装置７１のステップ１０７と海水濾過装置２１のステップ１０７との間の相違点と相違する理由を説明し、海水濾過装置７１の制御フローのその他のステップについては説明を省略する。

海水濾過装置２１の制御フローのステップ１０７では、前述したように、制御部２４からの補水準備信号に基づき、中空糸膜モジュール３１内に保留した遊離残留塩素を含む逆洗水を排出する準備工程が行われた後、遊離残留塩素を含まない逆洗水を逆洗タンク３７に貯留する貯留工程が行われ、逆洗タンク３７が満水になると逆洗水タンク３７から中空糸膜モジュール３１に収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜の２次側から１次側に遊離残留塩素を含まない逆洗水を通水させ、中空糸膜モジュール３１の内側やフィルタ表面、フィルタ細孔内に残留した遊離残留塩素を除去する逆洗工程を行う。

この時、海水濾過装置２１は、図１１（ａ）に示すように、ステップ１０７の後逆洗工程において貯留工程と逆洗工程のセットを所定回数繰り返し、中空糸膜モジュール３１内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタに残留する遊離残留塩素を十分に除去した後、ステップ１０２に移行する。

このように、海水濾過装置２１では、後逆洗工程のための機構を別途設けることなく、前逆洗工程のために設けた逆洗部２３を利用して後逆洗工程を行っているため、海水濾過装置２１の構成が簡単になる反面、前逆洗工程により中空糸膜モジュール３１の内側やフィルタ表面、フィルタ細孔内に残留した遊離残留塩素を除去するためには、後逆洗工程で貯留工程と逆洗工程のセットを所要回数繰り返す必要があり、ステップ１０７の所要時間が長くなる。

これに対し、図１０に示すように、海水濾過装置７１では、逆洗タンク３７の底部に排水口７２を設け、この排水口７２に制御部２４により開閉が制御される電動バルブ７４を設けた排水ライン７３を取付け、別途、後逆洗工程のための機構を設けているため、装置構成がやや複雑になっている。

これにより、海水濾過装置７１の後逆洗工程では、取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュール３１で連続的に濾過処理することにより、中空糸膜モジュール３１内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタに残留する遊離残留塩素を除去し、中空糸膜モジュール３１の２次側から流出した遊離残留塩素を含む濾過海水を逆洗水ライン４１、逆洗タンク３７を経由して直接装置外に排水することができる。

従って、海水濾過装置７１では、図１１（ｂ）に示すように、ステップ１０７の後逆洗工程においては、準備工程の他には、取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュール３１で連続的に濾過処理した後、逆洗水ライン４１、逆洗タンク３７を経由して装置外に排水する濾過排水工程のみを実施する。

図１２は、海水濾過装置７１の後逆洗工程における作動状況を示している。この後逆洗工程では、図１２に示すように、海水を取水するポンプ２８を作動させ、海水取水経路２６に設けた電動バルブ３２と、逆洗水ライン４１に設けた電動バルブ４２と、排水ライン７３に設けた電動バルブ７４とを開状態とする。また、濾過海水供給経路２７に設けた電動バルブ３５と、逆洗水排水ライン３３に設けた電動バルブ３４とを閉状態とし、次亜注入ライン５１に設けた次亜注入ポンプ５２と、流出ライン４５に設けた逆洗ポンプ３８を停止状態とする。

これにより、海水取水経路２２を介して取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュール３１で連続的に濾過処理することにより、中空糸膜モジュール３１内側や収納されたＭＦ膜又はＵＦ膜のフィルタに残留する遊離残留塩素を除去することができるとともに、中空糸膜モジュール３１の２次側から濾過海水供給経路２７に流出した遊離残留塩素を含む濾過海水を逆洗水ライン４１、逆洗タンク３７を経由して装置外に排水する濾過排水工程を実施することができる。

このように、海水濾過装置７１の後逆洗工程は、準備工程の他に、取水した遊離残留塩素を含まない海水を中空糸膜モジュール３１で連続的に濾過処理して装置外に排出する濾過排水工程のみを実行すればよく、海水濾過装置２１で実施する遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗する後逆洗工程の様に、貯留工程と逆洗工程のセットを所定回数繰り返す必要がないので、遊離残留塩素を含まない逆洗水で中空糸膜モジュール内を逆洗する方法よりも短時間で中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去することができる。

また、次の濾過処理工程において遊離残留塩素を含まない補水用の濾過海水を得ることができるため、補水した濾過海水を含む養殖水に紫外線を照射して殺菌しても、養殖水中に魚介類にとって有毒な臭素酸が発生するおそれがなく、また生物濾過槽の微生物を死滅させることがない。

本発明の海水濾過装置のように、中空糸膜モジュール３１にＭＦ膜又はＵＦ膜を収納している場合には、一般的に懸濁物質、細菌、原虫、コロイド物質等を濾過して除去することができるが、溶解性有機物質、ウイルス、イオン物質等まで濾過処理する必要がある場合には、ＲＯ膜により濾過処理する必要がある。ＲＯ膜により濾過処理する場合には、海水濾過装置７１の後段にＲＯ膜を収納したＲＯ膜モジュールを接続し、本装置を一種のプレフィルタとして使用することができるが、ＲＯ膜に使用される逆浸透膜は芳香族ポリアミド系複合逆浸透膜であり、遊離残留塩素を含む水を濾過処理すると分離機能層が劣化してしまうため、遊離残留塩素を含まない濾過海水を供給する必要がある。

海水濾過装置７１では、図１０に示すように、逆洗タンク３７に流出ライン４５の他にも排水ライン７３を設けているので、例えば、排水ライン７３の電動バルブ７４の２次側でＲＯ膜モジュールへの供給ラインを分岐させることにより、ＲＯ膜モジュールに遊離残留塩素を含まない濾過海水を供給することができる。この場合、海水濾過装置７１では、中空糸膜モジュール３１を逆洗する際に遊離残留塩素を含む濾過海水を逆洗タンク３７に貯留するので、遊離残留塩素を含まない濾過海水をＲＯ膜モジュールに供給できるようにするためには、次亜を含まない濾過海水を逆洗タンク３７に貯留した後、逆洗水排水ライン３３を介して装置外に排出することにより、逆洗タンク３７、逆洗水ライン４１、流出ライン４５に残った遊離残留塩素を除去するすすぎ処理を複数回実施する必要がある。

続いて、以下に、本発明における海水濾過装置のさらに他の実施形態を図面に基づいて説明する。図１３は、さらに他の実施形態における海水濾過装置の構成を示す模式図であり、本図により海水濾過装置８１の構成について説明する。なお、図１３に示す海水濾過装置８１において、図１０に示す海水濾過装置７１と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下において、重複する説明を省略する。

図１３に示す海水濾過装置８１と図１０に示す海水濾過装置７１との違いは、海水濾過装置７１では、逆洗タンク３７の底部に設けた排水口７２に電動バルブ７４を設けた排水ライン７３を取付けて後逆洗工程のための機構を構成しているのに対し、海水濾過装置８１では、濾過海水供給経路２７の逆洗水ライン４１の分岐点と電動バルブ３５との間に分岐点８２を設けて電動バルブ７４を設けた排水ライン７３を分岐させ、濾過処理した海水を装置外に排水するようにして後逆洗工程のための機構が構成されている点である。

図１４は、海水濾過装置８１の後逆洗工程における作動状況を示している。海水濾過装置８１の後逆洗工程では、図１４に示すように、中空糸膜モジュール３１で濾過処理された海水が、逆洗タンク３７を経由することなく、直ちに濾過海水供給経路２７から排水ライン７３を介して装置外に排出されるので、最も簡単な構成とすることができる。

以上のとおり、本発明の海水濾過装置では、濾過処理量が比較的少量で、タイミングも一定でない海水の補水において、制御部２４による制御に従って、海水取水工程、濾過処理工程、濾過海水供給工程及びモジュール逆洗工程により取水した海水の濾過処理と供給（補水）を実施するので、所要量の補水用濾過海水を濾過処理しながら、不必要な濾過処理を防止することにより養殖コストを抑制することができる。

本発明の海水濾過装置と補水用海水の濾過方法によると、ゴミ等の汚れや細菌、ウイルスを含まないだけでなく、遊離残留塩素を含まないため、紫外線照射装置を備えた閉鎖循環型陸上養殖システムに補水しても臭素酸が発生することがなく、また生物濾過槽の微生物を死滅させることがない清浄で安全な濾過海水を閉鎖循環型陸上養殖システムや水族館などの水槽に補水し、養殖水の健全性を保ちつつ養殖コストを抑制することができるため、魚介類の陸上養殖等における利用価値には大きなものがある。

２１、７１、８１海水濾過装置
２２濾過部
２３逆洗部
２４制御部
２５枠体
２６海水取水経路
２７濾過海水供給経路
３１中空糸膜モジュール
３７逆洗タンク
３８逆洗ポンプ
４９次亜タンク
５０次亜注入部
５１次亜注入ライン
５２次亜注入ポンプ
５５補水タンク
５６補水供給路
６１上限水位センサ
６２下限水位センサ
６３補水準備センサ

Claims

制御部による補水要求指令に基づいて１次側を海水取水経路に２次側を補水供給路に接続した中空糸膜モジュールから濾過海水を補水供給し、前記補水供給路と逆洗タンクとを逆洗水ラインを介して接続し、前記逆洗水ラインの上流側の前記補水供給路に次亜タンクに接続した次亜注入部が接続され、前記逆洗タンクには、前記補水供給路に接続した流出ラインを接続し、前記制御部による補水完了指令に基づいて、前記次亜注入部から注入した次亜塩素酸ナトリウムと前記中空糸膜モジュールで濾過された濾過海水を前記逆洗タンク内に供給して混合した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を前記流出ラインより前記中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程を経て、前記制御部による補水要求指令に基づいて、次の濾過処理工程を開始するまでの間、前記中空糸膜モジュール内と管路内に前記低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留させる保留工程を実行し、その後、前記中空糸膜モジュール内に保留した逆洗水を排出し、次いで、前記中空糸膜モジュールで海水濾過した遊離残留塩素を含まない逆洗水を前記逆洗タンク内に貯留する貯留工程と前記逆洗タンク内の遊離残留塩素を含まない逆洗水で前記中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程とで前記中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去するようにしたことを特徴とする補水用海水の濾過方法。
前記中空糸膜モジュールから排出する低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水の排出時の遊離残留塩素濃度は、０．１ｐｐｍ以上であり、前記逆洗タンク内に混合された遊離残留塩素濃度は、３．０ｐｐｍ未満である請求項１に記載の補水用海水の濾過方法。
枠体内に制御部と中空糸膜モジュールと逆洗タンクと次亜タンクを配設し、前記中空糸膜モジュールは、１次側を海水取水経路に２次側を補水供給路に接続して前記制御部による補水要求指令に基づいて濾過海水を補水供給可能に配置し、前記補水供給路と前記逆洗タンクとを逆洗水ラインを介して接続し、前記逆洗水ラインの上流側の前記補水供給路に前記次亜タンクに接続した次亜注入部が接続され、前記逆洗タンクには、前記補水供給路に接続した流出ラインが接続されると共に、前記制御部は、補水完了指令に基づいて、前記次亜注入部から注入した次亜塩素酸ナトリウムと前記中空糸膜モジュールで濾過された濾過海水を前記逆洗タンク内に供給して混合した低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を前記流出ラインより前記中空糸膜モジュールを逆洗する逆洗工程と、補水要求指令に基づいて、次の濾過処理工程を開始するまでの間、前記中空糸膜モジュール内と管路内に前記低濃度の遊離残留塩素を含む逆洗水を保留させる保留工程と、前記次の濾過処理工程を開始する直前に、前記中空糸膜モジュール内に保留した逆洗水を排出した後、前記中空糸膜モジュールで海水濾過した遊離残留塩素を含まない逆洗水を前記逆洗タンク内に貯留する貯留工程と、前記逆洗タンク内の遊離残留塩素を含まない逆洗水で前記中空糸膜モジュールを逆洗して前記中空糸膜モジュール内に残留している遊離残留塩素を除去する逆洗工程に関する制御を行うことを特徴とする、補水用海水濾過装置。