WO2014007301A1

WO2014007301A1 - 造水方法および造水装置

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Publication number: WO2014007301A1
Application number: PCT/JP2013/068288
Authority: WO
Inventors: 谷口　雅英; 智宏前田
Original assignee: 東レ株式会社
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP6210063B2; JPWO2014007301A1

Abstract

　原水（１）を気液混合ユニット（６）に導入して得た前処理水を分離膜ユニット（１１）で処理して透過水および濃縮水を得る造水方法であって、原水（１）の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標を気液混合ユニット（６）の上流側に配置した第１センサー（３ａ）で検知し、前記水質指標の検出値に応じて、気液混合ユニット（６）の運転、停止、および気体混合率を制御する。

Description

造水方法および造水装置

　本発明は、被処理水（原水）中から不純物質を除去する造水方法と造水装置に関するものである。

　近年、気体分離膜、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等、様々な分離膜を用いた水処理技術は、高精度で省エネルギーの処理プロセスとして注目され、各種水処理への適用が進められている。たとえば、逆浸透膜を用いた逆浸透分離法では、塩分等の溶質を含んだ溶液を、この溶液の浸透圧以上の圧力をかけて逆浸透膜を透過させることで、塩分等の溶質の濃度が低減された液体を得ることが可能であり、例えば海水やかん水の淡水化、超純水の製造、有価物の濃縮回収など幅広く用いられている。

　とくに、逆浸透膜は、世界の海水淡水化で非常に多く適用されており、水処理用膜分離技術の中核をなしている。逆浸透膜を水処理に適用するに当たっての大きな問題がファウリングと呼ばれる膜表面の汚染と膜の化学的な劣化である。前者は、被処理水に含有する不純物質が膜の表面や分離膜の流路に堆積もしくは吸着して、分離膜の性能を低下させるものである。これを防止するために、前処理として、非特許文献２に示されるように被処理水に凝集剤を添加し、一方で被処理水の一部を一旦加圧して気体を溶解させてから微細気泡化させ、気泡に被処理水中の油分や懸濁物質などが凝集した凝集体を吸着させ、浮上分離させるという加圧浮上法、逆に凝集体を自然にもしくは沈降板などで沈降分離する凝集沈殿法、フィルターなどろ過処理する固液分離法、などを行って不純物質を予め除去してから分離膜で処理することが一般的である。しかし、凝集剤を添加した場合、凝集廃棄物が発生するため、その処理費用、環境への影響が問題となってきている。

　一方、後者については、原水中に時折含有する酸化物質、また、配管や装置内の微生物汚染を防止するために添加される次亜塩素酸などによって分離膜やモジュール構成部材が化学的に劣化する。そのため、例えば、特許文献１や特許文献２に示されるように、逆浸透膜に供給される被処理水に対しては、酸化還元電位を測定して、酸化還元電位が設定値を超えた場合は、還元剤を添加する方法が採用されている。しかし、非特許文献１に示されるように、海水淡水化プラントで原海水に常時次亜塩素酸を添加して、系内の殺菌をしながら、逆浸透膜の直前で還元剤を常時添加すると、逆に微生物の繁殖を促進するため、還元剤の多用は、好ましい手段ではない。

　還元剤を添加する代わりの次亜塩素酸除去方法としては、特許文献３に示されるように、空気曝気によって、次亜塩素酸を気化除去させる方法が知られている。

　しかし、次亜塩素酸を除去するためにこのような方法を採ることは、エネルギー消費の増大を招いていた。とくに、原水の性状が変動するため、分離膜のファウリングを防止するための凝集剤の添加量に見合い、かつ化学的な劣化を防止するための曝気条件を不足なく十分に、かつ、効率的に行うことができなかった。

日本国特開２００８－２９６１８８号公報日本国特開平９－２９０２５９号公報日本国特開２００９－２３３６４４号公報

木村拓平ら、Innovative Biofouling Prevention on Seawater Desalination Reverse Osmosis Membrane, IDA World Congress発表予稿、２００１年造水技術ハンドブック２００４、６頁

　本発明の課題は、原水の性状が変動しても薬剤使用を必要最小限に留めるとともに凝集廃棄物の量を可及的に削減し、かつ分離膜のファウリングおよび劣化を抑制するようにした造水方法および造水装置を提供することにある。

　前記課題を解決するために、本発明は次の（１）～（１４）の構成からなる。

（１）原水を気液混合ユニットに導入して得た前処理水を分離膜ユニットで処理して透過水および濃縮水を得る造水方法であって、前記原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標を前記気液混合ユニットの上流側に配置した第１センサーで測定し、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する、造水方法。

（２）前記気液混合ユニットとして、気液混合による浮上分離ユニットを使用し、その原水滞留時間を２分以上１２０分以下にする、（１）に記載の造水方法。

（３）前記気液混合ユニットの下流側、かつ分離膜ユニットの上流側に、第１センサーと実質的に同じ水質指標を測定する第２センサーを配置し、第１センサーの検出値が設定値を超えた場合にのみ、気液混合ユニットを運転させるとともに、第２センサーの検出値が設定値を下回るように前記気体混合率を制御する、（１）または（２）に記載の造水方法。

（４）前記第２センサーと実質的に同じ水質指標を測定する第３センサーを、前記分離膜ユニットの透過水の流路および濃縮水の流路の少なくとも一つに配置し、少なくとも一つの第３センサーの検出値がその設定値を超えた場合に分離膜ユニットへの給水を停止する、（３）に記載の造水方法。

（５）前記気液混合ユニットの気体混合率が設定上限値に達した場合に、第２センサーの検出値に応じて、薬剤を添加するかもしくは、分離膜ユニットの運転条件を制御する、（３）または（４）に記載の造水方法。

（６）前記第２センサーで測定する水質指標を、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度から選ぶとともに、凝集剤およびｐＨ調整剤のうちの少なくとも一つからなる薬剤を、気液混合ユニットの上流側に添加する、（５）に記載の造水方法。

（７）前記原水へ凝集剤を添加し、得られた凝集体を分離処理してから、気液混合による浮上分離処理を行う、（５）に記載の造水方法。

（８）前記第２センサーで測定する水質指標を、次亜塩素酸濃度または酸化還元電位にするとともに、還元剤からなる薬剤を、気液混合ユニットの下流側かつ分離膜ユニットの上流側に添加する、（５）に記載の造水方法。

（９）前記第２センサーで測定される次亜塩素酸濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下または酸化還元電位を５００ｍＶ以下にする、（８）に記載の造水方法。

（１０）前記原水へ酸化剤を添加し、その後、他の薬品を添加することなく、分離膜ユニットの上流側で気液混合による浮上分離処理を行う、（１）～（９）のいずれか一つに記載の造水方法。

（１１）前記気液混合ユニットに供給する気体に二酸化炭素を含有すると共に、気液混合後の原水のｐＨが予め定められた値になるように、二酸化炭素の供給量を調節する、（１）～（１０）のいずれか一つに記載の造水方法。

（１２）前記分離膜ユニットが精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、および逆浸透膜から選ばれるいずれか一つを含む、（１）～（１１）のいずれか一つに記載の造水方法。

（１３）分離膜ユニットによって原水を浄化する造水装置であって、原水への凝集剤添加ユニット、凝集体分離ユニット、気液混合による浮上分離ユニット、および分離膜ユニットから構成されるとともに、原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標のセンサーが備えられていると共に、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合による浮上分離ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する機構を備えることを特徴とする造水装置。

（１４）分離膜ユニットによって原水を浄化する造水装置であって、少なくとも、固液分離ユニット、気液混合による浮上分離ユニット、分離膜ユニットの順番に備えられているとともに、原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標のセンサーが備えられていると共に、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合による浮上分離ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する機構を備えることを特徴とする造水装置。

　本発明の造水方法によれば、原水の性状が変動しても分離膜を用いた分離膜ユニットの汚染を防止し、メンテナンス時間や労力を低減しつつ、分離膜の性能を十分に発揮する方法を提供することが可能となる。また薬剤使用をまったくなくすか、もしくは必要最小限に留め、薬品消費コストを抑えるとともに凝集廃棄物の量を削減し、分離膜、とくに逆浸透膜のファウリングや化学的な劣化を抑制するようにして造水装置を安定に運転させることが可能となる。

　また本発明の造水装置は、上述した造水方法を実施するのに好適である。

図１は、本発明で使用する造水装置の実施形態の一例を示すフロー図である。図２は、本発明で使用する造水装置の他の実施形態の一例を示すフロー図である。図３は、本発明で使用する造水装置の更に他の実施形態の一例を示すフロー図である。図４は、本発明で使用する造水装置の更に他の実施形態の一例を示すフロー図である。図５は、本発明で使用する造水装置の更に他の実施形態の一例を示すフロー図である。図６は、本発明で使用する造水装置の更に他の実施形態の一例を示すフロー図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。また図面の説明において重複する記載は省略する。

　図１は、本発明の造水方法を適用可能な水処理装置の実施形態の一例を示すフロー図である。

　図１において、原水１は、原水タンク２に供給された後、原水供給ポンプ４で取水され、気液混合ユニット６に送られる。原水供給ポンプ４と気液混合ユニット６との間の流路には、第１センサー３ａが配置されている。第１センサー３ａは、原水１の水質指標を測定し、得られた水質指標に応じて気液混合ユニット６の運転、停止、および気体混合率が制御される。気液混合ユニット６の運転、停止、および気体混合率は、ブロワー５の運転条件により制御される。図１で第１センサー３ａからの点線で示したラインは、第１センサー３ａで測定された水質指標に基づいてブロワー５の運転を制御する信号線を例示する。気液混合ユニット６で水質指標により検知された対象物質が原水１中から適切に除去されると、前処理水として取り出され、昇圧ポンプ８によって分離膜ユニット１１へ送られ、透過水と濃縮水とに分離される。濃縮水は、濃縮水バルブ１２から排出され、透過水は、処理水として処理水タンク１３に貯留される。

　気液混合ユニット６は、気液混合による浮上分離ユニットが好ましく、第１センサー３ａの検出値に応じて運転され、原水に混合した気体とともに検出対象となる水質指標の対象物質を浮上分離しその濃度を低減させる。気液混合による浮上分離ユニットは、水槽、邪魔板、散気管９、スカム排出ライン７およびブロワー５を有することができる。具体的には、例えば、第１センサー３ａにおいて次亜塩素酸濃度を測定する場合、原水中に次亜塩素酸が検出されたときに、ブロワー５を作動させることにより、空気を散気管９に供給し水槽中に気泡を発生させる。水中に存在する次亜塩素酸は、空気（気泡）に触れることによって、空気中に揮散し、空気と一緒に浮上し、大気中に排出され原水から分離される。また水槽内には複数の邪魔板の配置により気液分離が行われ、前処理水に気泡が同伴するのを抑制するようにする。ここで、次亜塩素酸濃度に応じて、気液混合ユニットの運転、停止、および気体混合比率を制御し、気液混合による次亜塩素酸除去効果を変化させる。気体混合比率の制御は、ブロワーから送る空気の供給量および原水の供給量のうちの少なくとも一方を増減することにより調節することができる。原水から次亜塩素酸を低減または除去した前処理水は、昇圧ポンプ８によって分離膜ユニット１１へ送られ処理される。前処理水は次亜塩素酸が低減または除去されているので分離膜の劣化を防止することができる。また原水中に次亜塩素酸が検出されないとき或いは次亜塩素酸濃度が設定下限値以下の値になったら、気液混合ユニット６の運転を停止することができる。次亜塩素酸濃度の設定上限値以上の値が検出されたときにだけ、気液混合ユニット６を運転することにより処理コストを削減することができる。

　ここで、第１センサー３ａが測定する水質指標は、次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度から選択される少なくとも一つの指標である。

　次亜塩素酸濃度は、被処理水（原水）中に含まれる次亜塩素酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、汎用の塩素濃度計をセンサーとして使用することができる。また、酸化還元電位の値によっても次亜塩素酸の濃度の相対値を知ることも可能である。

　酸化還元電位は、被処理水中に含まれる酸化物質や還元物質を対象物質として測定される電圧（ｍＶ）であり、水質管理に通常使用される酸化還元電位計をセンサーとして使用することができる。

　ＴＣ濃度は、被処理水中に含まれる全炭素（トータルカーボン）を対象物質とし、水質管理に通常使用されるＴＣ計をセンサーとして使用することができる。

　ＴＯＣ濃度は、被処理水中に含まれる有機物（全有機体炭素）を対象物質とし、水質管理に通常使用されるＴＯＣ計（ＪＩＳ　Ｋ　０８０５等）をセンサーとして使用することができる。

　クロロフィル濃度は、被処理水中に含まれる藻類（赤潮）を対象物質とし、水質管理に通常使用されるクロロフィル計をセンサーとして使用することができる。

　油分濃度は、被処理水中に含まれる、水に難溶性の炭化水素やグリセリンエステルを対象物質とし、（ＪＩＳ　Ｋ　０１０２）に示されるような溶媒抽出やガスクロマトグラフによって測定することができ、同様の原理からなる市販の油分測定器をセンサーとして使用することができる。

　濁度は、被処理水中に含まれる濁り成分を対象物質とする水質指標であり、水質管理に通常使用される濁度計（ＪＩＳ　Ｋ　０１０１）をセンサーとして使用することができる。

　色度は、被処理水の色度であり、水質管理に通常使用される色度計をセンサーとして使用することができる。

　本発明の造水方法は、被処理水（原水）の性状が変動したときに、その性状の変化に合わせて、水質指標を適宜選択することにより、検知された対象物質を除去することができる。次亜塩素酸濃度や酸化還元電位を測定し、酸化物質が検知されると気液混合ユニットで空気と接触させて、これを除去することによって、分離膜ユニットへ混入しないようにするので分離膜の酸化劣化を防止することが出来る。また、分離膜ユニットの閉塞や洗浄困難な汚染を引き起こす赤潮に対してはクロロフィルセンサーや色度センサー、油分に対しては、油分センサー、ＴＣセンサー、またはＴＯＣセンサーを選択することが出来る。また、降雨や嵐の後に発生しやすい高汚濁原水に対しては、濁度センサーや色度センサーを選択することが出来る。

　気液混合ユニット６としては、図１に示すように水槽にブロワー５および散気管９を組み合わせた構成にすることもできれば、ブロワーおよびディフューザーを備えた構成、さらに、例えば、非特許文献２に例示されるように一旦加圧水にして気体を溶解させてから微細気泡化するという加圧浮上法も適用することが出来る。また、水槽に撹拌機を入れて撹拌したり、シャワーや噴水のように自然流下させたり、噴水によって気液混合しても本発明を達成することが可能である。ここで混合された気体は、原水に一部は溶解すると共に残りは気泡となる。これによって、例えば特許文献３において例示されるように、原水中に含有される溶存気体として存在する次亜塩素酸などの酸化剤を除去することも出来れば、油分や懸濁物質などを気泡に付着、凝集させ、スカムとして浮上分離することも出来る。この場合、浮上したスカムはスカム排出ライン７を通して除去する。スカム排出にあたっては、吸引除去することも出来れば、オーバーフローさせて除去することも出来る。なお、本発明における気液混合ユニットでの原水滞留時間は、２分以上１２０分以下が好ましく、さらには、１０分以上６０分以下が好ましい。気液混合ユニットでの原水の滞留時間が短いと、気液分離が十分に起こらず、後段の分離膜ユニットに気泡や除去対象物質がリークする恐れがある。逆に、これ以上長いと一度気泡によって分離できた除去対象物質が再混入し、同様に後段の分離膜ユニットにリークする恐れが生じる。

　分離膜ユニット１１としては、特に制限はなく、様々な分離膜ユニットを用いることが出来るが、マイクロメートル以下の高精度の固液分離が可能な糸巻きフィルター、不織布フィルター、精密濾過膜、限外ろ過膜や溶解物質の分離が可能なナノろ過膜、逆浸透膜への適用が好ましい。これらの分離膜は、酸化剤、高濁度、油分などに対する耐久性に難がある場合が多く、これらに本発明の造水方法を適用することにより、分離膜ユニットが安定的に高精度の分離処理が可能となる。特に、現在の主流であるポリアミド製のナノ濾過膜や逆浸透膜は、酸化剤に対する耐久性が脆弱であり、さらに、分離膜の形状としても、現在主流であるスパイラル型の膜エレメントは、流路幅が１ｍｍ以下と小さいため、本発明の造水方法を適用するのが好適である。ここで、分離膜ユニットに好ましい水質指標の閾値は、分離膜ユニットによって個別に決定されるべきものであるが、例えば、濁度に関しては、スパイラル型のナノ濾過膜や逆浸透膜の場合は、１ＮＴＵ（Nephelometric Turbidity Units）以下、より好ましくは、０．２ＮＴＵ以下、また、中空糸型の精密ろ過膜や限外濾過膜の場合は、２００ＮＴＵ以下、より好ましくは３０ＮＴＵ以下とするとよい。

　また、分離膜ユニットの上流側において、予備的な処理をすることも好ましい。具体的には、逆浸透膜の上流側で、例えば、砂ろ過、精密ろ過膜、限外濾過膜によって処理するということである。

　気液混合ユニットにおいて、混合させる気体としては、空気が一般的であるが、窒素など他の気体であっても差し支えない。例えば、二酸化炭素を含有させれば、その多くが、水中に溶解するため、ｐＨを下げる効果を生じるため、好ましい実施態様である。調整したいｐＨによって、混合させる気体に含有する二酸化炭素の量を調節することも好ましい。
　また、二酸化炭素や二酸化硫黄、窒素酸化物を高濃度に現有する排気ガスを利用すれば、排気ガス中の二酸化炭素や二酸化硫黄、窒素酸化物の削減にも寄与することが出来るため好ましい。

　気液混合ユニットにおける気泡発生量の制御にあたっては、気液混合ユニット６の上流側に備えられた第１センサー３ａに加えて、図２に例示するように、気液混合ユニット６の下流側かつ分離膜ユニット１１の上流側に第１センサー３ａと同じ水質指標を検出する第２センサー３ｂを備え、第１センサー３ａによって設定上限値以上の値を検出した場合に気液混合ユニット６を稼働させ、さらに第２センサー３ｂの検出値に応じて、気体混合率を制御することが好ましい。具体的には、第２センサー３ｂでの検出値が大きいほど気体の混合率を上げる、すなわち、原水供給量を減らすか気泡発生量を増やすことによって、第２センサー３ｂで検出された水質指標を低減させることが好ましい。図２で第１センサー３ａおよび第２センサー３ｂからブロワー５への点線で示したラインは、第１センサー３ａおよび第２センサー３ｂで測定された水質指標に基づいてブロワー５の運転を制御する信号線を例示する。

　しかし、気体混合率を増加させて、例えば、ブロワーや撹拌強度が設備上の上限に達しても、第２センサー３ｂでの水質指標が十分に下がらない場合は、薬剤によって水質指標を低減させることも可能である。具体的例としては、図３に例示するように、被処理水中に含まれる酸化剤が除去しきれない場合は、気液混合ユニット６の下流側かつ分離膜ユニット１１の上流側において、薬液ポンプ１５ｃ、薬液タンク１６ｃからなる薬液注入ユニットを用いて還元剤を添加し、酸化力を消失させることによって、分離膜ユニット１１の劣化を防止することができる。具体的には、第２センサー３ｂで検知される次亜塩素酸濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下もしくは、酸化還元電位を５００ｍＶ以下にすることが好ましい。この場合、薬液ポンプ１５ｃと薬液タンク１６ｃによる薬液注入の場所は、第２センサー３ｂの上流もしくは下流を水質指標によって適宜選択することが出来る。具体的には、変動が急であり、後段の分離膜ユニットへのダメージが大きな、次亜塩素酸濃度や酸化還元電位の場合は、第２センサー３ｂで検知し、その後段で薬液を注入することが好ましい。さらに、薬液注入が確実に実施されたかを確認するために、薬液注入の後段に、更にセンサーを設置することが好ましい。逆に、水質指標の変動や分離膜へのダメージが急激でない場合には、第２センサー３ｂの値に基づいて、第２センサー３ｂの前で薬液注入を実施することも可能である。この場合は、第２センサー３ｂで薬液添加が適切に行われていることを確認することができる。

　また、配管やポンプの微生物汚染防止のため、原水に対して、酸化剤をわざと注入することも差し支えない。このとき、酸化剤の添加量や、気液混合ユニットにおける気体混合率を調節することにより、他の薬品を添加することなく、分離膜の汚染、劣化を抑制することができる。

　一方、気液混合ユニットにおいて、ＴＣ、ＴＯＣ、クロロフィル、油分、および濁質が除去しきれない場合は、気液混合ユニット６の上流側で、薬液ポンプ１５ｂ、薬液タンク１６ｂからなる薬液注入ユニットを用いて凝集剤を添加することによって、気液混合ユニットでの除去効率を高くして、後段の分離膜ユニットへの悪影響を排除することが可能である（図３参照）。さらに好ましくは、薬液ポンプ１５ａ、薬液タンク１６ａからなる薬液注入ユニットからｐＨ調整剤を添加することによってｐＨ調整を行い、後段の分離膜ユニットへの悪影響を排除することが可能である（同じく図３参照）。凝集剤およびｐＨ調整剤は、両方を同時に添加してもよいし、いずれかを添加してもよい。

　さらに凝集剤を添加する場合は、図４に例示するように、凝集剤を添加後に凝集体を固液分離ユニット１７での分離処理と、気液混合ユニット６による浮上分離処理を併用すると、凝集剤のリークによる後段の分離膜ユニットの汚染を確実に防止できるため好ましい。特に、前処理として固液分離処理を行ってから、浮上分離を行うと、気液混合ユニット６における気体混合率を低減できるため省エネとなって非常に好ましい。この場合、第１センサー３ａは、図３のように取水直後に装備しても良いが、凝集剤によって水質指標が低減する可能性があるため、図４のように固液分離ユニット１７の下流側に備えることが好ましい。これによって、通常の固液分離処理で予め除去できる物質を取り除き、本発明の目的である気体混合による分離除去を効果的に実施することが可能となる。また、気液混合ユニット６に浸漬式の分離膜ユニットを固液分離ユニット１７として沈めて用いる方法もとることができる。この場合、分離膜ユニットが気泡で洗浄されるため好ましい実施態様の一つである。なお図４の例は、固液分離ユニット１７を、薬液ポンプ１５ａおよび薬液ポンプ１５ｂ、薬液タンク１６ａおよび薬液タンク１６ｂの下流側に配置した例であるが、薬液ポンプ１５ａ，１５ｂ、および薬液タンク１６ａ，１６ｂを配置せずに、固液分離ユニット１７の下流側に第１センサー３ａを配置することもできる。

　なお、薬剤を添加したくない場合や、薬剤添加によっても十分に水質指標を低減できない場合は、分離膜ユニットの処理量を減らす（すなわち、濃縮水の量を増やす）など分離膜ユニットの運転条件を変えることも好ましい実施態様である。

　ところで、分離膜ユニットにおいては、処理水として透過水が原水から分離されるので、処理水中にそのまま通過してしまう成分がある場合は、処理水の水質に問題が生じる場合がある。一方、処理水中に通過しなければ、濃縮水中の水質指標の値は大きくなる。すなわち、例えば、酸化剤が濃縮水に高濃度に含まれれば、分離膜ユニットの安定運転を損なうことになりかねない。そこで、前者の場合は、透過水の流路に第３センサー（Ｃ１）を、後者の場合は、濃縮水の流路に第３センサー（Ｃ２）を装備し、これら第３センサー（Ｃ１）および第３センサー（Ｃ２）の検出値が設定値を超えた場合には、分離膜ユニットへの給水を停止することが好ましい。

　図５は、濃縮水の流路に第３センサー（Ｃ２）３ｃを設けた例を示す。ここでは、第３センサー（Ｃ２）３ｃの水質指標が設定値を超えた場合に、供給バルブ１４を全閉にして、昇圧ポンプ８を停止するか排水バルブ１０を開にすることで、分離膜ユニット１１を保護することができる。なお、排水バルブ１０から排出された水は、そのまま系外に排出することもできれば、その水質に応じて、例えば、原水タンク２に還流させることも可能である。図５に第３センサー（Ｃ２）３ｃからの点線で示したラインは、第３センサー（Ｃ２）３ｃで測定された水質指標に基づいて供給バルブ１４および排水バルブ１０の開閉を制御する信号線を例示する。

　さらに、図６は、原水流路に第１センサー３ａ、前処理水流路に第２センサー３ｂ、および濃縮水の流路に第３センサー（Ｃ２）３ｃを設けた例を示す。ここでは、第１センサー３ａが設定値を超えた場合に、その検出値に応じて気液混合ユニット６を運転し、さらに、気液混合ユニットの気体混合率が設定上限値に達した場合に、第２センサー３ｂの検出値に応じて、薬剤を添加するかもしくは、分離膜ユニット１１の運転条件を制御するものである。さらに、第３センサー（Ｃ２）３ｃで測定された水質指標に応じて、供給バルブ１４を全閉にして、昇圧ポンプ８を停止するか排水バルブ１０を開にすることで、分離膜ユニット１１を保護することができる。図６において、点線で示したラインは、第１センサー３ａで測定された水質指標に基づいて気液混合ユニットの運転を制御し、気体混合率が上限値に達した場合に、第２センサー３ｂの検出値に応じ薬剤添加の運転、さらに、第３センサー（Ｃ２）３ｃの検出値に応じ分離膜ユニット１１の運転制御、供給バルブ１４および排水バルブ１０の開閉を制御する信号線を例示するものである。

　本発明を適用可能な被処理水（原水）は特に、制限されるものではなく、河川水、海水、下水処理水、雨水、工業用水、工業廃水など、いろいろな被処理水を挙げることができるが、特に、様々な酸化剤を含有する可能性がある下水処理水や工業廃水、また、天候によって濁質やＴＯＣなどの水質変動が大きな河川水や雨水への適用、さらには、季節的に赤潮が発生する海水に対しての適用が好適である。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２０１２年７月５日出願の日本特許出願（特願２０１２－１５１６０４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本発明は、原水に気体を混合させることによって、薬剤使用をまったく、もしくは、必要最小限に留めながら、後段の分離膜ユニット、とくに逆浸透膜のファウリングや劣化を防止し、薬品消費コストを抑えるとともに廃棄物の量を削減しつつ水処理分離装置をすることが可能となる。

　１：原水
　２：原水タンク
　３ａ：第１センサー
　３ｂ：第２センサー
　３ｃ：第３センサー
　４：原水供給ポンプ
　５：ブロワー
　６：気液混合ユニット
　７：スカム排出ライン
　８：昇圧ポンプ
　９：散気管
１０：排水バルブ
１１：分離膜ユニット
１２：濃縮水バルブ
１３：処理水タンク
１４：供給バルブ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ：薬液注入ポンプ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：薬液タンク
１７：固液分離ユニット

Claims

　原水を気液混合ユニットに導入して得た前処理水を分離膜ユニットで処理して透過水および濃縮水を得る造水方法であって、前記原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標を前記気液混合ユニットの上流側に配置した第１センサーで測定し、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する、造水方法。
　前記気液混合ユニットとして、気液混合による浮上分離ユニットを使用し、その原水滞留時間を２分以上１２０分以下にする、請求項１に記載の造水方法。
　前記気液混合ユニットの下流側、かつ分離膜ユニットの上流側に、第１センサーと実質的に同じ水質指標を測定する第２センサーを配置し、第１センサーの検出値が設定値を超えた場合にのみ、気液混合ユニットを運転させるとともに、第２センサーの検出値が設定値を下回るように前記気体混合率を制御する、請求項１または請求項２に記載の造水方法。
　前記第２センサーと実質的に同じ水質指標を測定する第３センサーを、前記分離膜ユニットから取り出される透過水の流路および濃縮水の流路の少なくとも一つに配置し、少なくとも一つの第３センサーの検出値がその設定値を超えた場合に分離膜ユニットへの給水を停止する、請求項３に記載の造水方法。
　前記気液混合ユニットの気体混合率が設定上限値に達した場合に、第２センサーの検出値に応じて、薬剤を添加するかもしくは、分離膜ユニットの運転条件を制御する、請求項３または請求項４に記載の造水方法。
　前記第２センサーで測定する水質指標を、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度から選ぶとともに、凝集剤およびｐＨ調整剤のうちの少なくとも一つからなる薬剤を、気液混合ユニットの上流側に添加する、請求項５に記載の造水方法。
　前記原水へ凝集剤を添加し、得られた凝集体を分離処理してから、気液混合による浮上分離処理を行う、請求項５に記載の造水方法。
　前記第２センサーで測定する水質指標を、次亜塩素酸濃度または酸化還元電位にするとともに、還元剤からなる薬剤を、気液混合ユニットの下流側かつ分離膜ユニットの上流側に添加する、請求項５に記載の造水方法。
　前記第２センサーで測定される次亜塩素酸濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下または酸化還元電位を５００ｍＶ以下にする、請求項８に記載の造水方法。
　前記原水へ酸化剤を添加し、その後、他の薬品を添加することなく、分離膜ユニットの上流側で気液混合による浮上分離処理を行う、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の造水方法。
　前記気液混合ユニットに供給する気体に二酸化炭素を含有すると共に、気液混合後の原水のｐＨが予め定められた値になるように、二酸化炭素の供給量を調節する、請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の造水方法。
　前記分離膜ユニットが精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、および逆浸透膜から選ばれるいずれか一つを含む、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の造水方法。
　分離膜ユニットによって原水を浄化する造水装置であって、原水への凝集剤添加ユニット、凝集体分離ユニット、気液混合による浮上分離ユニット、および分離膜ユニットから構成されるとともに、原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標のセンサーが備えられていると共に、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合による浮上分離ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する機構を備える、造水装置。
　分離膜ユニットによって原水を浄化する造水装置であって、少なくとも、固液分離ユニット、気液混合による浮上分離ユニット、分離膜ユニットの順番に備えられているとともに、原水の次亜塩素酸濃度、酸化還元電位、ＴＣ濃度、ＴＯＣ濃度、クロロフィル濃度、油分濃度、濁度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一つの水質指標のセンサーが備えられていると共に、前記水質指標の検出値に応じて、前記気液混合による浮上分離ユニットの運転、停止、および気体混合率を制御する機構を備える、造水装置。