JP7291039B2 - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶解固形成分（ＴＤＳ）等を含む水の濃縮処理を行う水処理方法および水処理装置に関する。

近年では、工場等から排出される排水量をできる限り減らすことが行われており、逆浸透膜等を用いて排水を濃縮し、透過水を回収して排水を減容化する方法が取られている。水回収率はできる限り高める傾向にあり、中には、蒸発濃縮等の方法によって、ほぼ全量を水回収し、溶解固形成分等を固形化して排出するＺＬＤ（Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）まで行われている工場等も増えている。

蒸発濃縮等の水を加熱する方法は大きな消費エネルギーを要し、コストアップとなるため、加熱を極力行わない方法で排水を高濃度に濃縮する方法が求められている。逆浸透膜法は蒸発濃縮法に比べて消費エネルギーは少ないが、浸透圧の影響で濃縮が不十分となり、目的の水量まで減容できない場合がある。

特許文献１には、多段式の半透膜モジュールの半透膜で仕切られた第一空間と第二空間に原水またはその濃縮水を流し、第一空間を加圧することによって、水を濃縮する方法が記載されている。特許文献１の方法は、半透膜モジュールの第一空間と第二空間の濃度差（浸透圧差）を小さくすることによって、一般的な逆浸透膜による濃縮方法に比べて少ない加圧動力、すなわち少ないエネルギーで、高濃度まで濃縮する方法である。

特許文献１に記載の濃縮法は、半透膜モジュールの第一空間だけでなく、第二空間の流量および濃度のコントロールが必要なため、逆浸透膜法に比べて原水（被処理水）の水質の変動によって水バランスが崩れやすく、安定して排水量の減容化を行うことが困難となる可能性がある。

特開２０１８－０６９１９８号公報

本発明の目的は、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、安定した処理を可能とする、水処理方法および水処理装置を提供することにある。

本発明は、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて溶解固形成分を含む被処理水を濃縮し、その濃縮水をさらに半透膜モジュールを用いて濃縮する濃縮工程を１つ以上含み、第１段の半透膜モジュールの第一空間に前記被処理水を供給し、その濃縮水が最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した後に前記最終段の濃縮水の少なくとも一部を前記最終段の半透膜モジュールの第二空間に供給する方法、または、前記最終段の半透膜モジュールの第一空間と第二空間の両方にその前段の濃縮水を供給する方法、のいずれかにおいて；前記濃縮工程において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水を、その上流の半透膜モジュールの第二空間に供給していき、各段の半透膜モジュールの第一空間を加圧してその第一空間に含まれる水を第二空間に透過させ；前記最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した濃縮水の流量および前記第１段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し、前記最終段の濃縮水の流量の測定値および前記第１段の希釈水の流量の測定値に基づく前記被処理水の回収率（回収率＝第１段の希釈水の流量測定値／（最終段の濃縮水の流量測定値＋第１段の希釈水の流量測定値）×１００）が一定となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量を自動で制御する、水処理方法である。

前記水処理方法において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量をさらに測定し、前記最終段の濃縮水の流量の測定値、前記第１段の希釈水の流量の測定値、および前記最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量および前記最終段の前段の半透膜モジュールの第二空間に供給する希釈水の流量を自動で制御することが好ましい。

本発明は、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて溶解固形成分を含む被処理水を濃縮し、その濃縮水をさらに半透膜モジュールを用いて濃縮する濃縮手段を１つ以上備え、第１段の半透膜モジュールの第一空間に前記被処理水を供給し、その濃縮水が最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した後に前記最終段の濃縮水の少なくとも一部を前記最終段の半透膜モジュールの第二空間に供給する供給手段、または、前記最終段の半透膜モジュールの第一空間と第二空間の両方にその前段の濃縮水を供給する供給手段、のいずれかを備え；前記濃縮手段において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水を、その上流の半透膜モジュールの第二空間に供給していき、各段の半透膜モジュールの第一空間を加圧してその第一空間に含まれる水を第二空間に透過させ；前記最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定する第１流量測定手段と、前記第１段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第２流量測定手段と、前記最終段の濃縮水の流量の測定値および前記第１段の希釈水の流量の測定値に基づく前記被処理水の回収率（回収率＝第１段の希釈水の流量測定値／（最終段の濃縮水の流量測定値＋第１段の希釈水の流量測定値）×１００）が一定となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量を自動で制御する制御手段と、を備える、水処理装置である。

前記水処理装置において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記最終段の濃縮水の流量の測定値、前記第１段の希釈水の流量の測定値、および前記最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量および前記最終段の前段の半透膜モジュールの第二空間に供給する希釈水の流量を自動で制御することが好ましい。

本発明により、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、安定した処理を可能とする、水処理方法および水処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 実施例で用いた水処理装置を示す概略構成図である。 比較例で用いた水処理装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

図１に示す水処理装置１は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する半透膜モジュールを用いて溶解固形成分（ＴＤＳ）等を含む被処理水を濃縮し、その濃縮水をさらに半透膜モジュールを用いて濃縮する濃縮手段として、例えば、１段目膜モジュールユニット１２、２段目膜モジュールユニット１４、３段目膜モジュールユニット１６、４段目膜モジュールユニット１８、５段目膜モジュールユニット２０を備える。１段目膜モジュールユニット１２は、例えば、並列的に接続された６本の膜モジュールを備え、２段目膜モジュールユニット１４は、例えば、並列的に接続された５本の膜モジュールを備え、３段目膜モジュールユニット１６は、例えば、並列的に接続された４本の膜モジュールを備え、４段目膜モジュールユニット１８は、例えば、並列的に接続された３本の膜モジュールを備え、５段目膜モジュールユニット２０は、例えば、並列的に接続された３本の膜モジュールを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜１５で仕切られた第一空間１１および第二空間１３を有する。水処理装置１は、被処理水を貯留する被処理水槽１０と、最終段の膜モジュールユニットからの濃縮水（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０からの濃縮水）を貯留する濃縮水槽２２と、第１段の膜モジュールユニットからの希釈水（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２からの希釈水）を貯留する第１希釈水槽２４と、を備えてもよい。

図１の水処理装置１において、被処理水槽１０の被処理水入口には、配管３８が接続されている。被処理水槽１０の出口と１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第一空間入口とは、第１ポンプ２６を介して配管４０により並列的に接続されている。１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第一空間出口と２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第一空間入口とは、配管４２により並列的に接続されている。２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第一空間出口と３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第一空間入口とは、配管４４により並列的に接続されている。３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第一空間出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第一空間入口とは、配管４６により並列的に接続されている。４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第一空間出口と５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第一空間入口および第二空間入口とは、配管４８により並列的に接続されている。５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第一空間出口と濃縮水槽２２の入口とは、バルブ３２を介して配管５０により接続されている。濃縮水槽２２の出口には、配管５２がポンプ２８を介して接続されている。５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間入口とは、配管５４により並列的に接続されている。４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間出口と３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間入口とは、配管５６により並列的に接続されている。３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間出口と２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間入口とは、配管５８により並列的に接続されている。２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間出口と１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間入口とは、配管６０により並列的に接続されている。１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間出口と第１希釈水槽２４の入口とは、配管６２により接続されている。第１希釈水槽２４の出口には配管６４が接続されている。

第１ポンプ２６は、第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の前段に設けられ、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、被処理水を吸入して最上段の１段目膜モジュールユニット１２に吐出する加圧ポンプである。第１ポンプ２６には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第１ポンプ２６に出力する第１インバーター３０が設置されている。配管５０におけるバルブ３２と濃縮水槽２２の入口との間には、最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第一空間を通過した濃縮水の流量を測定する第１流量測定手段として、第１流量測定装置３４が設置されている。配管６２には、第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第２流量測定手段として、第２流量測定装置３６が設置されている。バルブ３２は、最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の後段に設けられ、例えば、第１流量測定装置３４および第２流量測定装置３６の測定値に基づいて開度を調節する比例制御バルブである。水処理装置１は、制御装置６６を備え、制御装置６６は、第１インバーター３０、第１流量測定装置３４、および第２流量測定装置３６と、電気的接続等によって接続されている。制御装置６６は、バルブ３２と、電気的接続等によって接続されていてもよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１の動作について説明する。

水処理装置１は、半透膜１５で仕切られた第一空間１１および第二空間１３を有する多段式の膜モジュールを用い、被処理水を多段式の膜モジュールの第一空間１１に直列的に通水し、最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第一空間１１および第二空間１３にその前段の膜モジュールユニット（図１の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の濃縮水を分配し、最終段の膜モジュールの希釈水をその前段の膜モジュールの第二空間１３に直列的に返送、通水し、第一空間１１を加圧することによってその第一空間１１に含まれる水を第二空間１３に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、水処理装置１において、半透膜１５を用いて被処理水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１５を用いて濃縮される。第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に被処理水が供給され、最終段の膜モジュールの第一空間１１と第二空間１３の両方にその前段（図１の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の濃縮水が供給される。そして、最終段の膜モジュールの第二空間１３を通過した希釈水を、その上流の膜モジュールの第二空間１３に供給していき、各段の膜モジュールの第一空間１１を加圧してその第一空間１１に含まれる水を第二空間１３に透過させる。

具体的には、水処理装置１において、被処理水は、配管３８を通して、必要に応じて被処理水槽１０に貯留され、被処理水槽１０から第１ポンプ２６により配管４０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３、３段目膜モジュールユニット１６の第二空間１３、２段目膜モジュールユニット１４の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管６０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（１段目））。

１段目膜モジュールユニット１２の濃縮水は、配管４２を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３、３段目膜モジュールユニット１６の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管５８を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１段目と同様にして、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（２段目））。

２段目膜モジュールユニット１４の濃縮水は、配管４４を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管５６を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１，２段目と同様にして、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（３段目））。

３段目膜モジュールユニット１６の濃縮水は、配管４６を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から返送された希釈水が配管５４を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１，２，３段目と同様にして、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

４段目膜モジュールユニット１８の濃縮水は、配管４８を通して、最終段の５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第一空間１１および第二空間１３へ分配、送液される。１～４段目と同様にして、５段目膜モジュールユニット２０において、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（５段目））。ここで、第１ポンプ２６、配管４８等が、最終段の半透膜モジュールの第一空間と第二空間の両方にその前段の濃縮水を供給する供給手段として機能する。

５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水は、バルブ３２が開状態で、配管５０を通して、必要に応じて濃縮水槽２２へ送液、貯留される。濃縮水の少なくとも一部は、処理水として、濃縮水槽２２からポンプ２８により配管５２を通して、系外へ排出される。濃縮水の少なくとも一部は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。

５段目膜モジュールユニット２０の希釈水は、配管５４を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

４段目膜モジュールユニット１８の希釈水は、配管５６を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（３段目））。

３段目膜モジュールユニット１６の希釈水は、配管５８を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（２段目））。

２段目膜モジュールユニット１４の希釈水は、配管６０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（１段目））。

１段目膜モジュールユニット１２の希釈水は、配管６２を通して、必要に応じて第１希釈水槽２４へ送液され、貯留された後、配管６４を通して、系外へ排出される。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、さらに逆浸透膜処理装置へ送液され、逆浸透膜処理装置において、逆浸透膜処理が行われてもよい（逆浸透膜処理工程）。逆浸透膜処理により得られたＲＯ透過水は、系外へ排出される。逆浸透膜処理により得られたＲＯ濃縮水は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。

以上のようにして、処理対象である、溶解固形成分等を含む被処理水から、溶解固形成分等の物質が濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１では、最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定し（第１流量測定工程）、および第１段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第２流量測定工程）、最終段の濃縮水の流量の測定値および第１段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する被処理水の流量を制御する（制御工程）。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、および第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する被処理水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４および第２流量測定装置３６の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、安定した処理が可能となる。

具体的には、例えば、第１ポンプ２６を起動し、バルブ３２を例えば全開（開度１００％）にし、第１ポンプ２６に付随する第１インバーター３０の出力値を徐々に上げていく。第１流量測定装置３４の測定値が目的の流量に到達したら、バルブ３２を例えば予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）閉める。第１流量測定装置３４の測定値が減るので、第１流量測定装置３４の測定値が目的の流量に達するまで第１ポンプ２６の第１インバーター３０の出力を上げる。バルブ３２を閉めると、第２流量測定装置３６の測定値が増える。その後、第１インバーター３０の出力を上げる→第１流量測定装置３４の測定値が増える→バルブ３２を閉める→第１流量測定装置３４の測定値が減り、第２流量測定装置３６の測定値が増えるという操作を繰り返し、第１流量測定装置３４と第２流量測定装置３６の測定値を目的の流量に調節すればよい。

被処理水の回収率が変化したとき、第１流量測定装置３４の測定値および第２流量測定装置３６の測定値に基づく被処理水の回収率（回収率＝第２流量測定値／（第１流量測定値＋第２流量測定値）×１００）ができるだけ一定となるように第１インバーター３０の出力値とバルブ３２の開度が例えば自動で制御され、被処理水の流量を変化させる。第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量が設定流量より少なくなった場合、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を大きくすればよい（すなわち、バルブを開ける）。バルブ３２の開度の調節は、例えば、予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）開けて、予め定めた時間（例えば、１分間）、第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量の様子を見る工程を繰り返せばよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を上げて、第一空間の流量を大きくしてもよい。

第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量が設定流量より大きくなった場合、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力を下げればよい。ただし、第１ポンプ２６が動作保証されている出力下限値に到達した場合には、バルブ３２の開度を小さくする（バルブを閉める）。バルブ３２の開度の調節は、例えば、予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）閉じて、予め定めた時間（例えば、１分間）、第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量の様子を見る工程を繰り返せばよい。または、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を小さくして、第一空間の流量を小さくしてもよい。

第２流量測定装置３６により測定される第二空間の流量が設定流量より少なくなった場合、第一空間の流量が大きくなるので、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を小さくすればよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を上げてもよい。第２流量測定装置３６により測定される第二空間の流量が設定流量より大きくなった場合、第一空間の流量が小さくなるので、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を大きくすればよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を下げてもよい。

第１流量測定装置３４および第２流量測定装置３６の測定値に基づいて開度を調節する比例制御バルブは、バルブ３２の他に、第一空間１１の配管に１つ以上設けてもよく、手動でバルブの開度を調節してもよいし、制御装置６６により自動でバルブの開度を調節してもよい。

最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定する第１流量測定装置３４の他に、第一空間１１の流量を測定する流量測定装置を第一空間１１の配管に１つ以上設けてもよい。

第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第２流量測定装置３６の他に、第二空間１３の流量を測定する流量測定装置を第二空間１３の配管に１つ以上設けてもよい。

水処理装置１において、最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量をさらに測定し、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の第二空間に供給する希釈水の流量を制御してもよい。このような構成の水処理装置を図２に示す。

図２に示す水処理装置２は、最終段の膜モジュールユニットからの希釈水（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０からの希釈水）を貯留する第２希釈水槽６８をさらに備える。水処理装置２において、５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間出口と第２希釈水槽６８の希釈水入口とは、配管７６により接続されている。第２希釈水槽６８の出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間入口とは、第２ポンプ７０を介して配管７８により並列的に接続されている。

５段目膜モジュールユニット２０の希釈水は、配管７６を通して、第２希釈水槽６８へ送液され、貯留された後、第２ポンプ７０により、第２希釈水槽６８から配管７８を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

配管７６には、最終段の膜モジュールユニット（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段として、第３流量測定装置７４が設置されている。第２ポンプ７０は、最終段の膜モジュールユニット（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の後段に設けられ、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、最終段の膜モジュールユニットの希釈水（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０の希釈水）を吸入して前段の膜モジュールユニット（図２の例では、４段目膜モジュールユニット１８）に吐出する第２加圧ポンプである。第２ポンプ７０には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第２ポンプ７０に出力する第２インバーター７２が設置されている。水処理装置２は、制御装置６６を備え、制御装置６６は、第１インバーター３０、第２インバーター７２、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６、および第３流量測定装置７４と、電気的接続等によって接続されている。制御装置６６は、バルブ３２と、電気的接続等によって接続されていてもよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置２では、最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定し（第１流量測定工程）、第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第２流量測定工程）、および最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第３流量測定工程）、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する（制御工程）。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図２の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値、および第３流量測定装置７４により測定された最終段の膜モジュールユニットの希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置７４の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第２インバーター７２に出力して第２ポンプ７０を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図２の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水、および最終段の前段の膜モジュールユニット（図２の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の第二空間１３に供給する希釈水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、より安定した処理が可能となる。第２希釈水槽６８に最終段の第二空間を通過した希釈水を貯留することによって、被処理水の水質変動によって第一空間と第二空間の水バランスが崩れた場合があっても流量の制御がしやすくなる。また、最終段の膜モジュールユニットの希釈水を吸入して前段の膜モジュールユニットに吐出する第２加圧ポンプとして第２ポンプ７０を用いることによって、第１ポンプ２６だけでは膜モジュールユニットの段数が増えて通水に要する圧力が不足する場合があっても、第１ポンプ２６の負荷を軽減し、通水に要する圧力不足を抑制することができる。

具体的には、例えば、第１ポンプ２６を起動し、バルブ３２を例えば全開（開度１００％）にし、第１ポンプ２６に付随する第１インバーター３０の出力値を徐々に上げていく。第１流量測定装置３４の測定値が目的の流量に到達したら、バルブ３２を例えば予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）閉める。第１流量測定装置３４の測定値が減るので、第１流量測定装置３４の測定値が目的の流量に達するまで第１ポンプ２６の第１インバーター３０の出力を上げる。バルブ３２を閉めると、第３流量測定装置７４の測定値が増える。その後、第１インバーター３０の出力を上げる→第１流量測定装置３４の測定値が増える→バルブ３２を閉める→第１流量測定装置３４の測定値が減り、第３流量測定装置７４の測定値が増えるという操作を繰り返し、第１流量測定装置３４と第３流量測定装置７４の測定値を目的の流量に調節すればよい。また、第２ポンプ７０に付随する第２インバーター７２で出力値を設定し、第２流量測定装置３６の測定値を目的の流量に調節してもよい。

被処理水の回収率が変化したとき、第１流量測定装置３４の測定値および第２流量測定装置３６の測定値に基づく被処理水の回収率ができるだけ一定となるように第１インバーター３０の出力値、第２インバーター７２の出力値とバルブ３２の開度が例えば自動で制御され、被処理水の流量および希釈水の流量を変化させる。第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量が設定流量より少なくなった場合、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を大きくすればよい（すなわち、バルブを開ける）。バルブ３２の開度の調節は、例えば、予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）閉じて、予め定めた時間（例えば、１分間）、第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量の様子を見る工程を繰り返せばよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を上げて、第一空間の流量を大きくしてもよい。

第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量が設定流量より大きくなった場合、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力を下げればよい。ただし、第１ポンプ２６が動作保証されている出力下限値に到達した場合には、バルブ３２の開度を小さくする（バルブを閉める）。バルブ３２の開度の調節は、例えば、予め定めた任意の割合（例えば、開度を全開に対して１０％）で閉じて、予め定めた時間（例えば、１分間）、第１流量測定装置３４により測定される第一空間の流量の様子を見る工程を繰り返せばよい。または、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を小さくして、第一空間の流量を小さくしてもよい。

第２流量測定装置３６により測定される第二空間の流量が設定流量より少なくなった場合、バルブ３２の開度を固定し、第２インバーター７２０の出力値を上げればよい。第２流量測定装置３６により測定される第二空間の流量が設定流量より大きくなった場合、バルブ３２の開度を固定し、第２インバーター７２の出力値を下げればよい。

第３流量測定装置７４により測定される第二空間の流量が設定流量より少なくなった場合、第一空間の流量が大きくなるので、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を小さくすればよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を上げてもよい。第３流量測定装置７４により測定される第二空間の流量が設定流量より大きくなった場合、第一空間の流量が小さくなるので、第１インバーター３０の出力値を固定し、バルブ３２の開度を大きくすればよい。または、バルブ３２の開度を固定し、第１インバーター３０の出力値を下げてもよい。

第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置７４の測定値に基づいて開度を調節する比例制御バルブは、バルブ３２の他に、第一空間１１の配管に１つ以上設けてもよく、手動でバルブの開度を調節してもよいし、制御装置６６により自動でバルブの開度を調節してもよい。

最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定する第１流量測定装置３４、最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定装置７４の他に、第一空間１１の流量を測定する流量測定装置を第一空間１１の配管に１つ以上設けてもよい。

第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第２流量測定装置３６の他に、第二空間１３の流量を測定する流量測定装置を第二空間１３の配管に１つ以上設けてもよい。

第一空間１１の配管に、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置７４の測定値に基づいて開度を調節する比例制御バルブを１つ以上設けてもよい。

水処理装置２において、第２希釈水槽６８を設けなくてもよい。このような構成の水処理装置を図３に示す。

図３に示す水処理装置３において、配管５４に、最終段の膜モジュールユニット（図３の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段として、第３流量測定装置８４が設置されている。５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間入口とは、第２ポンプ８０を介して配管５４により並列的に接続されている。

第２ポンプ８０には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第２ポンプ８０に出力する第２インバーター８２が設置されている。水処理装置３は、制御装置６６を備え、制御装置６６は、第１インバーター３０、第２インバーター８２、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６、および第３流量測定装置８４と、電気的接続等によって接続されている。制御装置６６は、バルブ３２と、電気的接続等によって接続されていてもよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置３では、最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定し（第１流量測定工程）、第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第２流量測定工程）、および最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第３流量測定工程）、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する（制御工程）。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図２の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値、および第３流量測定装置８４により測定された最終段の膜モジュールユニットの希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置８４の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第２インバーター８２に出力して第２ポンプ８０を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図２の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水、および最終段の前段の膜モジュールユニット（図２の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の第二空間１３に供給する希釈水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、より安定した処理が可能となる。また、最終段の膜モジュールユニットの希釈水を吸入して前段の膜モジュールユニットに吐出する第２加圧ポンプとして第２ポンプ８０を用いることによって、第１ポンプ２６だけでは膜モジュールユニットの段数が増えて通水に要する圧力が不足する場合があっても、第１ポンプ２６の負荷を軽減し、通水に要する圧力不足を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例の概略を図４に示す。

図４に示す水処理装置４において、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第一空間出口と５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第一空間入口とが、配管８８により並列的に接続され、配管５２におけるポンプ２８の下流側と５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間入口とが配管９０によりバルブ８６を介して並列的に接続されている点で、図１に示す水処理装置１と異なる。

水処理装置４は、半透膜１５で仕切られた第一空間１１および第二空間１３を有する多段式の膜モジュールを用い、被処理水を多段式の膜モジュールの第一空間１１に直列的に通水し、最終段の膜モジュールユニット（図４の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第二空間１３に最終段の膜モジュールユニットの濃縮水を分配し、最終段の膜モジュールの希釈水をその前段の膜モジュールの第二空間１３に直列的に返送、通水し、第一空間１１を加圧することによってその第一空間１１に含まれる水を第二空間１３に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、水処理装置４において、半透膜１５を用いて被処理水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜１５を用いて濃縮される。第１段の膜モジュールユニット（図４の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に被処理水が供給され、その濃縮水が最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第一空間１１を通過した後に、最終段の濃縮水の少なくとも一部が最終段の膜モジュールの第二空間１３に供給される。そして、最終段の膜モジュールの第二空間１３を通過した希釈水を、その上流の膜モジュールの第二空間１３に供給していき、各段の膜モジュールの第一空間１１を加圧してその第一空間１１に含まれる水を第二空間１３に透過させる。

具体的には、水処理装置４において、被処理水は、配管３８を通して、必要に応じて被処理水槽１０に貯留され、被処理水槽１０から第１ポンプ２６により配管４０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３、３段目膜モジュールユニット１６の第二空間１３、２段目膜モジュールユニット１４の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管６０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（１段目））。

１段目膜モジュールユニット１２の濃縮水は、配管４２を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３、３段目膜モジュールユニット１６の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管５８を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１段目と同様にして、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（２段目））。

２段目膜モジュールユニット１４の濃縮水は、配管４４を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から４段目膜モジュールユニット１８の第二空間１３を経由して返送された希釈水が配管５６を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１，２段目と同様にして、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（３段目））。

３段目膜モジュールユニット１６の濃縮水は、配管４６を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から返送された希釈水が配管９２を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１，２，３段目と同様にして、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

４段目膜モジュールユニット１８の濃縮水は、配管８８を通して、最終段の５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第一空間１１へ送液される。一方、後述する最終段の５段目膜モジュールユニット２０から返送された濃縮水は、配管９０を通して、５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。１～４段目と同様にして、５段目膜モジュールユニット２０において、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（５段目））。

５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水は、バルブ３２が開状態で、配管５０を通して、必要に応じて濃縮水槽２２へ送液、貯留される。バルブ８６が閉状態で、濃縮水の少なくとも一部は、処理水として、濃縮水槽２２からポンプ２８により配管５２を通して、系外へ排出される。濃縮水の少なくとも一部は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。

５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水の少なくとも一部は、バルブ８６が開状態で、濃縮水槽２２からポンプ２８により配管５２、配管９０を通して、５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（５段目））。ここで、ポンプ２８、配管５２，９０等が、最終段の濃縮水の少なくとも一部を最終段の半透膜モジュールの第二空間に供給する供給手段として機能する。

５段目膜モジュールユニット２０の希釈水は、配管９２を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

４段目膜モジュールユニット１８の希釈水は、配管５６を通して、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、３段目膜モジュールユニット１６の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（３段目））。

３段目膜モジュールユニット１６の希釈水は、配管５８を通して、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、２段目膜モジュールユニット１４の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（２段目））。

２段目膜モジュールユニット１４の希釈水は、配管６０を通して、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、１段目膜モジュールユニット１２の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（１段目））。

１段目膜モジュールユニット１２の希釈水は、配管６２を通して、必要に応じて第１希釈水槽２４へ送液され、貯留された後、配管６４を通して、系外へ排出される。希釈水の少なくとも一部は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。希釈水の少なくとも一部は、さらに逆浸透膜処理装置へ送液され、逆浸透膜処理装置において、逆浸透膜処理が行われてもよい（逆浸透膜処理工程）。逆浸透膜処理により得られたＲＯ透過水は、系外へ排出される。逆浸透膜処理により得られたＲＯ濃縮水は、被処理水槽１０に送液され、被処理水槽１０において被処理水と混合されてもよい。

以上のようにして、処理対象である、溶解固形成分等を含む被処理水から、溶解固形成分等の物質が濃縮された処理水（最終段の濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の減容化が行われる。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図１の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、および第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４および第２流量測定装置３６の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図１の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、安定した処理が可能となる。

水処理装置４において、図２に示す水処理装置２と同様に、最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量をさらに測定し、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の第二空間に供給する希釈水の流量を制御してもよい。このような構成の水処理装置を図５に示す。

図５に示す水処理装置５は、最終段の膜モジュールユニットからの希釈水（図５の例では、５段目膜モジュールユニット２０からの希釈水）を貯留する第２希釈水槽６８をさらに備える。水処理装置５において、５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間出口と第２希釈水槽６８の希釈水入口とは、配管９４により接続されている。第２希釈水槽６８の出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間入口とは、第２ポンプ７０を介して配管７８により並列的に接続されている。

５段目膜モジュールユニット２０の希釈水は、配管９４を通して、第２希釈水槽６８へ送液され、貯留された後、第２ポンプ７０により、第２希釈水槽６８から配管７８を通して、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間１３へ送液される。上記の通り、４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールにおいて、第一空間１１が加圧されてその第一空間１１に含まれる水が第二空間１３に透過される（濃縮工程（４段目））。

配管９４には、最終段の膜モジュールユニット（図５の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段として、第３流量測定装置７４が設置されている。第２ポンプ７０は、最終段の膜モジュールユニット（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の後段に設けられ、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、最終段の膜モジュールユニットの希釈水（図２の例では、５段目膜モジュールユニット２０の希釈水）を吸入して前段の膜モジュールユニット（図２の例では、４段目膜モジュールユニット１８）に吐出する第２加圧ポンプである。第２ポンプ７０には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第２ポンプ７０に出力する第２インバーター７２が設置されている。水処理装置５は、制御装置６６を備え、制御装置６６は、第１インバーター３０、第２インバーター７２、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６、および第３流量測定装置７４と、電気的接続等によって接続されている。制御装置６６は、バルブ３２と、電気的接続等によって接続されていてもよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置５では、最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定し（第１流量測定工程）、第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第２流量測定工程）、および最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第３流量測定工程）、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する（制御工程）。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図５の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図５の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値、および第３流量測定装置７４により測定された最終段の膜モジュールユニットの希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置７４の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第２インバーター７２に出力して第２ポンプ７０を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図５の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水、および最終段の前段の膜モジュールユニット（図５の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の第二空間１３に供給する希釈水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、より安定した処理が可能となる。第２希釈水槽６８に最終段の第二空間を通過した希釈水を貯留することによって、被処理水の水質変動によって第一空間と第二空間の水バランスが崩れた場合があっても流量の制御がしやすくなる。また、最終段の膜モジュールユニットの希釈水を吸入して前段の膜モジュールユニットに吐出する第２加圧ポンプとして第２ポンプ７０を用いることによって、第１ポンプ２６だけでは膜モジュールユニットの段数が増えて通水に要する圧力が不足する場合があっても、第１ポンプ２６の負荷を軽減し、通水に要する圧力不足を抑制することができる。

水処理装置５において、図３に示す水処理装置３と同様に、第２希釈水槽６８を設けなくてもよい。このような構成の水処理装置を図６に示す。

図６に示す水処理装置６において、配管９２に、最終段の膜モジュールユニット（図６の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段として、第３流量測定装置８４が設置されている。５段目膜モジュールユニット２０の各膜モジュールの第二空間出口と４段目膜モジュールユニット１８の各膜モジュールの第二空間入口とは、第２ポンプ８０を介して配管９２により並列的に接続されている。

第２ポンプ８０には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数を第２ポンプ８０に出力する第２インバーター８２が設置されている。水処理装置６は、制御装置６６を備え、制御装置６６は、第１インバーター３０、第２インバーター８２、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６、および第３流量測定装置８４と、電気的接続等によって接続されている。制御装置６６は、バルブ３２と、電気的接続等によって接続されていてもよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置６では、最終段の膜モジュールユニットの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定し（第１流量測定工程）、第１段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第２流量測定工程）、および最終段の膜モジュールユニットの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し（第３流量測定工程）、最終段の濃縮水の流量の測定値、第１段の希釈水の流量の測定値、および最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する（制御工程）。

例えば、制御装置６６は、第１流量測定装置３４により測定された最終段の膜モジュールユニット（図６の例では、５段目膜モジュールユニット２０）の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６により測定された第１段の膜モジュールユニット（図６の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の希釈水の流量の測定値、および第３流量測定装置８４により測定された最終段の膜モジュールユニットの希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、第１段の膜モジュールユニットの第一空間に供給する被処理水の流量および最終段の前段の膜モジュールユニットの第二空間に供給する希釈水の流量を制御する制御手段として機能する。制御装置６６は、例えば、第１流量測定装置３４、第２流量測定装置３６および第３流量測定装置８４の測定値が予め設定された目標流量値となるように、任意の演算式を用いて駆動周波数を演算し、この演算値に対応する指令信号を第１インバーター３０に出力して第１ポンプ２６を制御し、第２インバーター８２に出力して第２ポンプ８０を制御し、第１段の膜モジュールユニット（図６の例では、１段目膜モジュールユニット１２）の第一空間１１に供給する被処理水、および最終段の前段の膜モジュールユニット（図６の例では、４段目膜モジュールユニット１８）の第二空間１３に供給する希釈水の流量を制御する。

その結果として、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、逆浸透膜法より排水量を減容化しつつ、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、より安定した処理が可能となる。また、最終段の膜モジュールユニットの希釈水を吸入して前段の膜モジュールユニットに吐出する第２加圧ポンプとして第２ポンプ８０を用いることによって、第１ポンプ２６だけでは膜モジュールユニットの段数が増えて通水に要する圧力が不足する場合があっても、第１ポンプ２６の負荷を軽減し、通水に要する圧力不足を抑制することができる。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置において、膜モジュールユニットの段数は、目的の処理水の濃度等によって決めればよい。例えば、より薄い濃度の被処理水からより濃い濃度の処理水を得たい場合には、膜モジュールユニットの段数を増やせばよい。

各膜モジュールユニットにおける膜モジュールの本数は、被処理水の流量等によって決めればよい。

膜モジュールが備える半透膜１５としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、正浸透膜（ＦＯ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）等の半透膜が挙げられる。半透膜は、逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜が好ましい。なお、半透膜として逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜を用いる場合、第一空間１１の対象溶液の圧力は、好ましくは０．５～１０．０ＭＰａである。

半透膜１５を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース系樹脂等のセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂等のポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。半透膜１５を構成する材料は、酢酸セルロース系樹脂であることが好ましい。

半透膜１５の形状としては、平膜、中空糸膜、スパイラル膜等が挙げられる。

被処理水は、溶解固形成分（ＴＤＳ）等の物質を含む水であればよく、特に制限はないが、例えば、工場排水、塩水、海水、薬品廃液、逆浸透膜処理後の濃縮排水等が挙げられる。本実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、被処理水のＴＤＳ（溶解固形成分）濃度が、例えば、５００００ｍｇ／Ｌ以上である場合に、好ましくは６００００ｍｇ／Ｌ以上である場合に、より好ましくは１０００００ｍｇ／Ｌ以上である場合に、好適に適用可能である。ＴＤＳ（溶解固形成分）は、例えば、塩化ナトリウム等の塩化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の硫酸塩等を成分とする。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図７に示す水処理装置を用いて、処理を実施した。図７の水処理装置７は、図２の水処理装置２において、濃縮水槽２２および第１希釈水槽２４を設けずに、５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水は、配管９６を通して被処理水槽１０へ返送され、１段目膜モジュールユニット１２の希釈水は、配管９８を通して被処理水槽１０へ返送されるように構成されている。第１流量測定装置３４は、配管９６に設置され、第２流量測定装置３６は、配管９８に設置されている。

ＴＤＳ成分として、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を使用した。純水に塩化ナトリウムを添加して試験水を作製し、被処理水（ＴＤＳ濃度：６質量％）として下記実験条件にて処理を行った。２０分間運転後、塩化ナトリウムの添加量を増やすことによって、被処理水のＴＤＳ濃度を６質量％から８質量％に上げ、第１流量測定装置３４によって測定される５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６によって測定される１段目膜モジュールユニット１２の希釈水の流量の測定値、第３流量測定装置７４によって測定される５段目膜モジュールユニット２０の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値（２５００Ｌ／ｈ）となるように、第１ポンプ２６によって１段目膜モジュールユニット１２の第一空間に供給する被処理水の流量を制御し、第２ポンプ７０によって４段目膜モジュールユニット１８の第二空間に供給する希釈水の流量を制御した。２０分間運転後の第１流量測定装置３４によって測定される流量の測定値、および第２流量測定装置３６によって測定される流量の測定値を表１に示す。

（実験条件）
・膜モジュール：東洋紡株式会社製 ５インチ膜
・膜本数：２１本、５段（上流側より６本＋５本＋４本＋３本＋３本）
・被処理水：塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）含有水６質量％、８質量％
・被処理水量：５０００Ｌ／ｈ
・目標処理水量：２５００Ｌ／ｈ
・回収率：５０％
・濃縮倍率：２倍
・被処理水槽、希釈水槽の容量：各２００Ｌ

＜実施例２＞
図７の水処理装置を用いて、処理を実施した。純水にＴＤＳ成分として塩化ナトリウムを添加して試験水を作製し、被処理水（ＴＤＳ濃度：８質量％）として上記実験条件にて処理を行った。２０分間運転後、純水を添加することによって、被処理水のＴＤＳ濃度を８質量％から６質量％に下げ、第１流量測定装置３４によって測定される５段目膜モジュールユニット２０の濃縮水の流量の測定値、第２流量測定装置３６によって測定される１段目膜モジュールユニット１２の希釈水の流量の測定値、第３流量測定装置７４によって測定される５段目膜モジュールユニット２０の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値（２５００Ｌ／ｈ）となるように、第１ポンプ２６によって１段目膜モジュールユニット１２の第一空間に供給する被処理水の流量を制御し、第２ポンプ７０によって４段目膜モジュールユニット１８の第二空間に供給する希釈水の流量を制御した。２０分間運転後の第１流量測定装置３４によって測定される流量の測定値、および第２流量測定装置３６によって測定される流量の測定値を表１に示す。

＜比較例１＞
図８に示す水処理装置を用いて、処理を実施した。図８の水処理装置８は、図７の水処理装置７において、第２希釈水槽６８、第２ポンプ７０、第１インバーター３０、第２インバーター７２、第３流量測定装置７４等を設けずに構成されている。

純水にＴＤＳ成分として塩化ナトリウムを添加して試験水を作製し、被処理水（ＴＤＳ濃度：６質量％）として上記実験条件にて処理を行った。２０分間運転後、塩化ナトリウムの添加量を増やすことによって、被処理水のＴＤＳ濃度を６質量％から８質量％に上げ、第１ポンプ２６による被処理水の流量を変化させずに処理を行った。２０分間運転後の第１流量測定装置３４によって測定される流量の測定値、および第２流量測定装置３６によって測定される流量の測定値を表１に示す。

＜比較例２＞
図８の水処理装置を用いて、処理を実施した。純水にＴＤＳ成分として塩化ナトリウムを添加して試験水を作製し、被処理水（ＴＤＳ濃度：８質量％）として上記実験条件にて処理を行った。２０分間運転後、純水を添加することによって、被処理水のＴＤＳ濃度を８質量％から６質量％に下げ、第１ポンプ２６による被処理水の流量を変化させずに処理を行った。２０分間運転後の第１流量測定装置３４によって測定される流量の測定値、および第２流量測定装置３６によって測定される流量の測定値を表１に示す。

表１に示すように、実施例１，２では、被処理水の水質変動がある場合でも、目的の処理水量を確保することができた。一方、比較例１，２では、被処理水の水質変動があると、目的の処理水量を確保することができなかった。比較例２では、第１段で得られる希釈水の流量が増えているが、濃縮水の量が減少した場合、第一空間で被処理水が必要以上に濃縮（過濃縮）され、被処理水中に膜の閉塞原因となる物質が含まれている場合、スケールが形成され、膜が閉塞してしまう可能性がある。

このように、実施例の装置および方法によって、多段式の半透膜モジュールを用いる水の濃縮処理において、被処理水（原水）の水質変動がある場合でも、安定した処理が可能となった。

１，２，３，４，５，６，７，８ 水処理装置、１０ 被処理水槽、１１ 第一空間、１２ １段目膜モジュールユニット、１３ 第二空間、１４ ２段目膜モジュールユニット、１５ 半透膜、１６ ３段目膜モジュールユニット、１８ ４段目膜モジュールユニット、２０ ５段目膜モジュールユニット、２２ 濃縮水槽、２４ 第１希釈水槽、２６ 第１ポンプ、２８ ポンプ、３０ 第１インバーター、３２，８６ バルブ、３４ 第１流量測定装置、３６ 第２流量測定装置、３８，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５４，５６，５８，６０，６２，６４、７６，７８，８８，９０，９２，９４，９６，９８ 配管、６６ 制御装置、６８ 第２希釈水槽、７０，８０ 第２ポンプ、７２，８２ 第２インバーター、７４，８４ 第３流量測定装置。

Claims (4)

1. 半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて溶解固形成分を含む被処理水を濃縮し、その濃縮水をさらに半透膜モジュールを用いて濃縮する濃縮工程を１つ以上含み、第１段の半透膜モジュールの第一空間に前記被処理水を供給し、その濃縮水が最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した後に前記最終段の濃縮水の少なくとも一部を前記最終段の半透膜モジュールの第二空間に供給する方法、または、前記最終段の半透膜モジュールの第一空間と第二空間の両方にその前段の濃縮水を供給する方法、のいずれかにおいて、
   前記濃縮工程において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水を、その上流の半透膜モジュールの第二空間に供給していき、各段の半透膜モジュールの第一空間を加圧してその第一空間に含まれる水を第二空間に透過させ、
   前記最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した濃縮水の流量および前記第１段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定し、前記最終段の濃縮水の流量の測定値および前記第１段の希釈水の流量の測定値に基づく前記被処理水の回収率（回収率＝第１段の希釈水の流量測定値／（最終段の濃縮水の流量測定値＋第１段の希釈水の流量測定値）×１００）が一定となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量を自動で制御することを特徴とする水処理方法。
2. 請求項１に記載の水処理方法であって、
   前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量をさらに測定し、前記最終段の濃縮水の流量の測定値、前記第１段の希釈水の流量の測定値、および前記最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量および前記最終段の前段の半透膜モジュールの第二空間に供給する希釈水の流量を自動で制御することを特徴とする水処理方法。
3. 半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて溶解固形成分を含む被処理水を濃縮し、その濃縮水をさらに半透膜モジュールを用いて濃縮する濃縮手段を１つ以上備え、第１段の半透膜モジュールの第一空間に前記被処理水を供給し、その濃縮水が最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した後に前記最終段の濃縮水の少なくとも一部を前記最終段の半透膜モジュールの第二空間に供給する供給手段、または、前記最終段の半透膜モジュールの第一空間と第二空間の両方にその前段の濃縮水を供給する供給手段、のいずれかを備え、
   前記濃縮手段において、前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水を、その上流の半透膜モジュールの第二空間に供給していき、各段の半透膜モジュールの第一空間を加圧してその第一空間に含まれる水を第二空間に透過させ、
   前記最終段の半透膜モジュールの第一空間を通過した濃縮水の流量を測定する第１流量測定手段と、前記第１段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第２流量測定手段と、
   前記最終段の濃縮水の流量の測定値および前記第１段の希釈水の流量の測定値に基づく前記被処理水の回収率（回収率＝第１段の希釈水の流量測定値／（最終段の濃縮水の流量測定値＋第１段の希釈水の流量測定値）×１００）が一定となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量を自動で制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項３に記載の水処理装置であって、
   前記最終段の半透膜モジュールの第二空間を通過した希釈水の流量を測定する第３流量測定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記最終段の濃縮水の流量の測定値、前記第１段の希釈水の流量の測定値、および前記最終段の希釈水の流量の測定値が予め設定された目標流量値となるように、前記第１段の半透膜モジュールの第一空間に供給する前記被処理水の流量および前記最終段の前段の半透膜モジュールの第二空間に供給する希釈水の流量を自動で制御することを特徴とする水処理装置。

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