WO2014050402A1 - 淡水化システム - Google Patents

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desalination system
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浩樹 宮川
吉川　慎一
光太郎 北村
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Hitachi Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/20—Prevention of biofouling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a desalination system, and more particularly to a desalination system using a reverse osmosis membrane.
  • the desalination system is composed of a filtration membrane that removes foreign substances in water, and is widely used in the desalination field, food field, and semiconductor field.
  • a filtration membrane examples include a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, and a reverse osmosis membrane.
  • the reverse osmosis membrane has the smallest pore diameter, and can remove salts and organic substances dissolved in water and allow water to pass through.
  • the reverse osmosis membrane can obtain fresh water by removing salts and organic substances as described above.
  • biofouling occurs in which microorganisms grow on the surface of the reverse osmosis membrane in a slime form using organic matter in the water to be treated as a nutrient source.
  • the surface of the reverse osmosis membrane is contaminated, the amount of permeated water of the reverse osmosis membrane decreases, and problems such as a decrease in performance such as an increase in filtration pressure occur.
  • the reverse osmosis membrane needs to be cleaned to remove this bio-fouling.
  • the reverse osmosis membrane has a problem that when the number of washings is increased or when washing is performed using a strong oxidizing agent, the filtration membrane is deteriorated and the life of the reverse osmosis membrane is reduced.
  • the conventional desalination system pretreats the water to be treated before the filtration with the reverse osmosis membrane for the purpose of reducing biofouling of the reverse osmosis membrane.
  • Patent Document 1 discloses a method for removing a soluble organic substance contained in water to be treated by a ceramic nanofiltration membrane attached to a front stage of a reverse osmosis membrane, to a reverse osmosis membrane attached to a rear stage of the nanofiltration membrane. A method for reducing the load of organic substances and reducing the number of washings is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses that the surface of a reverse osmosis membrane is used without passing through a phosphorus removal column by removing phosphorus or phosphate ions present in the water to be treated without using a bactericidal agent. Discloses a method for inhibiting the growth of microorganisms.
  • an object of the present invention is to provide a desalination system that suppresses the occurrence of biofouling in a reverse osmosis membrane element while reducing the occurrence of pressure loss.
  • the desalination system of the present invention is a desalination system in which water to be treated is filtered through a reverse osmosis membrane element to obtain fresh water, which is formed in the reverse osmosis membrane element.
  • a bio-fouling suppression device is installed in front of the reverse osmosis membrane element.
  • the desalination system of the present invention includes a supply line for supplying treated water, a pressure vessel connected to the supply line, and a reverse osmosis that is contained in the pressure vessel and performs reverse osmosis filtration on the treated water.
  • the bio-fouling suppression device has a gap through which water to be treated can flow between the container formed in the supply pipe upstream of the first pump and the inner wall surface of the container. And a second pump that is formed in a supply pipe line upstream of the container and supplies treated water to the container.
  • This bio-fouling suppression device reproduces the flow of water to be treated on the surface of the reverse osmosis membrane while reducing the pressure loss by the container and the columnar body installed inside the container. As a result, the biofouling that has occurred on the surface of the reverse osmosis membrane is changed from the surface of the reverse osmosis membrane to the surface of the columnar body of the biofouling suppression device. Biofouling can be suppressed.
  • the desalination system of the present invention in contrast to the conventional technology that removes the biofouling causative substance and suppresses the occurrence of biofouling, conversely, the biofouling suppression device actively It generates fouling.
  • this invention suppresses generation
  • the desalination system of the present invention can suppress the occurrence of biofouling in the reverse osmosis membrane element while reducing the occurrence of pressure loss. Thereby, the fall of the filtration performance of a reverse osmosis membrane can be prevented, and long-term stabilization of filtration performance can be aimed at.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a desalination system of the present invention.
  • the desalination system 10 includes a biofouling suppression device 3 on the upstream side (front stage) of the reverse osmosis membrane element 2 that filters the treated water 1.
  • the bio-fouling suppression device 3 is provided with a supply line 4 for supplying the water 1 to be treated.
  • the supply line 4 is provided with a pump (second pump) 5 for supplying the treated water 1 to the biofouling suppression device 3.
  • the bio-fouling suppression device 3 includes a container 6 connected to the supply pipe 4 and a columnar body 7 installed inside the container 6. Between the inner wall surface of the container 6 and the columnar body 7, a predetermined gap 8 through which the water to be treated 1 can flow is provided.
  • the columnar body 7 is fixed to the inner wall surface of the container 6 with a rectifying member or the like.
  • the treated water 1 that has flowed into the biofouling suppression device 3 passes through the gap 8 formed between the surface of the columnar body 7 and the inner wall surface of the container 6. At this time, microorganisms that cause biofouling in the water 1 to be treated grow in a slime form on the surface of the columnar body 7 using the organic matter present in the water 1 to be treated as a nutrient source.
  • the water flow means that the water 1 to be treated flows through the gap 8 formed between the surface of the columnar body 7 and the inner wall surface of the container 6. It does not involve passing 1 through the reverse osmosis membrane, that is, filtering the water 1 to be treated through the reverse osmosis membrane.
  • biofouling microorganisms grow on the surface of the reverse osmosis membrane constituting the reverse osmosis membrane element 2 in the form of slime, using the organic matter present in the treated water 1 as a nutrient source. That is, biofouling is performed under the condition that the water to be treated 1 passes through the reverse osmosis membrane, that is, in the same way as other fouling in which the organic or inorganic substances in the water 1 to be treated block the surface of the reverse osmosis membrane. It is thought that it occurs under the situation where treated water 1 is filtered through a reverse osmosis membrane.
  • biofouling is generated without passing the treated water 1 through the reverse osmosis membrane, that is, without filtering the treated water 1 through the reverse osmosis membrane.
  • the biofouling generation mechanism described in the present embodiment is under a situation where the treated water 1 passes through the reverse osmosis membrane, that is, under a situation where the treated water 1 is filtered through the reverse osmosis membrane. This is different from the conventional mechanism of biofouling that blocks the surface of the reverse osmosis membrane.
  • biofouling does not occur when the treated water 1 passes through the reverse osmosis membrane, that is, when the treated water 1 is filtered through the reverse osmosis membrane. This is based on the knowledge that it occurs even when the treated water 1 is passed through the gap 8.
  • the flow rate of the treated water 1 flowing on the surface of the columnar body 7 of the biofouling suppression device 3 is adjusted. It is important to. The flow rate of the treated water 1 is affected by the flow rate of the treated water 1 and the gap 8 through which the treated water 1 flows.
  • Biofouling that occurs on the surface of the columnar body 7 of the biofouling suppression device 3 is a growth of microorganisms using organic substances present in the water 1 to be treated as nutrients. For this reason, the occurrence of biofouling is affected by the number of organic substances and microorganisms. Usually, the number of organic substances and microorganisms present in the water to be treated 1 taken from the same water source does not change greatly when the concentration of the water to be treated 1 does not change greatly. That is, in such a case, the number of existence is determined by the flow rate.
  • the occurrence of biofouling requires time for microorganisms to grow using organic matter as a nutrient source. If the flow rate of the water to be treated 1 is too fast or too slow, it is not preferable for the occurrence of biofouling. In particular, in this embodiment, since it is necessary to positively generate biofouling on the surface of the columnar body 7 of the biofouling suppression device 3, this time, that is, the flow rate of the treated water 1 is important. . When the flow rate is large, the above time is shortened, and when the flow rate is small, the above time is lengthened.
  • the bio-fouling is effectively applied to the bio-fouling suppression device 3 by making the environment inside the container 6 through which the water to be treated 1 flows and the environment inside the pressure vessel (vessel) 12 described later substantially equal. Can be generated.
  • the inside of the container 6 through which the water to be treated 1 flows is a gap 8 between the inner wall surface of the container 6 and the surface of the columnar body 7, and the inside of the pressure vessel 12 through which the water to be treated 1 flows is a pressure container. This is a gap 8 r between the inner wall surface of 12 and the surface of the reverse osmosis membrane element 2.
  • the flow rate of the water to be treated 1 flowing on the surface of the columnar body 7 is substantially equal to the flow rate of the water to be treated 1 flowing on the surface of the reverse osmosis membrane element 2.
  • the gap 8 and the gap 8r are substantially equal.
  • the flow rate of the reverse osmosis membrane element 2f formed in the front stage portion of the reverse osmosis membrane element 2 installed in the pressure vessel 12 is substantially equal.
  • the environment inside the bio-fouling suppressing device 3 (container 6) can be brought close to the environment where the occurrence of bio-fouling inside the pressure-resistant container 12 is most remarkable.
  • biofouling occurs inside the upstream biofouling suppression device 3. Since biofouling is the growth of microorganisms using organic matter in the water 1 to be treated as a nutrient source, the biofouling is suppressed by generating biofouling inside the biofouling suppression device 3. Organic matter and microorganisms are consumed inside. Thereby, since the organic matter and microorganisms in the to-be-processed water 1 decrease in the surface of the downstream reverse osmosis membrane element 2, generation
  • processing such as providing fine irregularities may be performed. This facilitates the fixation of microorganisms that cause biofouling on the surface of the columnar body 7.
  • a predetermined coating may be applied to the surface of the columnar body 7.
  • the coating material for the columnar body 7 is preferably a material that can easily settle microorganisms or a material that can absorb nutrient sources of microorganisms.
  • the organic substance can be adsorbed on the surface of the columnar body 7, and the microorganisms that cause biofouling are easily fixed, and biofouling is likely to occur.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide (alumina)
  • a used reverse osmosis membrane element 2 having reduced permeation performance may be used as the columnar body 7 .
  • the environment closer to the inside of the pressure vessel 12 can be reproduced.
  • the filtration is not performed when the used reverse osmosis membrane element 2 is used as the columnar body 7 inside the vessel 6.
  • the surface of the columnar body 7 may be coated with a material similar to the material of the reverse osmosis membrane forming the reverse osmosis membrane element 2.
  • the shape of the columnar body 7 and the shape of the reverse osmosis membrane element 2 are substantially equal.
  • the shape of the columnar body 7 is not particularly limited as long as it can have a gap 8 through which the water to be treated 1 can flow when installed inside the container 6.
  • it may be a polygonal column such as a cylinder 71, a triangular column 72, or a hexagonal column 73 as shown in FIG.
  • the container 6 is not particularly limited as long as the treated water 1 can be passed between the container 7 and the columnar body 7, but the container 6 is preferably transparent. Moreover, it is good also as a structure which provides the window which can confirm the state of the columnar body 7 installed in the inside of the container 6 in a part of the container 6. FIG. Thereby, the state of the columnar body 7 installed in the inside of the container 6 can be confirmed from the outside, and the cleaning time and the like can be confirmed.
  • the treated water 1 treated in the biofouling suppression device 3 consumes organic matter and microorganisms that cause biofouling, and is discharged to the supply line 9 connected to the container 6.
  • a high pressure pump (first pump) 11 is formed in the supply pipeline 9, and the treated water 1 is pressurized and supplied to the pressure vessel 12 by the high pressure pump 11.
  • the pressure resistance performance of the container 6 installed on the upstream side of the high pressure pump 11 can be lower than that of the pressure container 12. Therefore, since the structure of the container 6 can be simplified as compared with the pressure resistant container 12, initial investment can be suppressed and maintenance can be easily performed.
  • the pump 5 can be composed of a low pressure pump rather than the high pressure pump 11.
  • the reverse osmosis membrane element 2 requires a filtration step, but the biofouling suppression device 3 does not require a filtration step and is a water flow step, so the pump 5 is a pump having a lower pressure than the high pressure pump 11. Can be configured.
  • a reverse osmosis membrane element 2 for filtering the water 1 to be treated is installed inside the pressure vessel 12 with a gap 8 r formed between the pressure vessel 12 and a concentrated water line 14 and a permeate line. 16 is connected.
  • the treated water 1 is pressurized and supplied into the pressure vessel 12 and passes through the gap 8r between the pressure vessel 12 and the reverse osmosis membrane element 2.
  • the treated water 1 is pressurized and supplied to the pressure vessel 12, and a part thereof is reverse osmotic filtered by the reverse osmosis membrane element 2 to become permeated water 15 and discharged from the permeated water pipe 16.
  • the remaining treated water 1 that has not been subjected to reverse osmosis filtration by the reverse osmosis membrane element 2 becomes concentrated water 13 and is discharged from a concentrated water conduit 14 connected to the pressure vessel 12.
  • the pressure vessel 12 is provided with a first cleaning mechanism 17 for cleaning the reverse osmosis membrane element 2.
  • a first cleaning mechanism 17 for cleaning the reverse osmosis membrane element 2.
  • organic matter and microorganisms that cause biofouling in the treated water 1 are consumed. For this reason, biofouling hardly occurs on the surface of the reverse osmosis membrane element 2.
  • microorganisms, organic matter, or inorganic matter that could not be removed cause biofouling and other fouling in the reverse osmosis membrane element 2. Therefore, it is necessary to periodically remove these contaminants. There is.
  • the cleaning liquid used in the first cleaning mechanism 17 is not particularly limited as long as microorganisms, organic substances, or inorganic substances can be removed, but a cleaning liquid that does not damage the reverse osmosis membrane element 2 is preferable. Further, a plurality of cleaning liquids may be used properly in order to remove microorganisms, organic substances, or inorganic substances.
  • the method of injecting the cleaning liquid is not particularly limited as long as the cleaning liquid can be injected into the pressure-resistant vessel 12, but for example, a diaphragm pump or a gear pump may be used.
  • the biofouling suppression device 3 is provided with a second cleaning mechanism 18 for cleaning the columnar body 7. This is because biofouling attached to the columnar body 7 needs to be removed.
  • the cleaning liquid used in the second cleaning mechanism 18 is not particularly limited as long as biofouling generated in the columnar body 7 can be removed, but the same cleaning liquid as the cleaning liquid used in the first cleaning mechanism 17 may be used. Although it is good, it is not restricted to this, It is preferable to use especially sodium hypochlorite etc.
  • Sodium hypochlorite has a high sterilizing power and oxidizing power, and thus damages the reverse osmosis membrane used for the reverse osmosis membrane element 2 and affects the filtration performance, etc. It cannot be used for cleaning the reverse osmosis membrane element 2.
  • the method for injecting the cleaning liquid is not particularly limited as long as the cleaning liquid can be injected into the biofouling suppression device 3 as in the first cleaning mechanism 17.
  • a diaphragm pump or a gear pump may be used.
  • the desalination system 10 demonstrated by this embodiment installs the part which requires filtration, and the part which does not require filtration, and generates biofouling actively in the part which does not require filtration. . Therefore, it is also effective for cleaning, and a cleaning solution having high sterilizing power and oxidizing power can be used for removing biofouling without considering damage of the reverse osmosis membrane necessary for filtration.
  • the bio-fouling suppression device 3 is provided with a bypass line 19 that bypasses the container 6.
  • the bypass line 19 is formed by branching from the supply line 4 so as to connect the upstream side and the downstream side of the container 6.
  • bypass pipe 19 is provided with a switching valve 20 that switches between the case where the treated water 1 flows into the container 6 and the case where the treated water 1 flows through the bypass pipe 19.
  • the water to be treated 1 supplied from the pump 5 can be switched by the switching valve 20 so as to flow through either the container 6 or the bypass pipeline 19.
  • the treated water 1 can be supplied to the pressure resistant vessel 12 via the bypass pipe 19 even when the biofouling suppressing device 3 is washed. Thereby, when wash
  • the desalination system 10 described in the present embodiment has the biofouling suppression device 3 installed upstream of the reverse osmosis membrane element 2, and biofouling generated on the surface of the reverse osmosis membrane element 2. Is generated in the biofouling suppression device 3.
  • biofouling suppression device 3 since the biofouling suppression device 3 does not require pressure resistance as in the case of performing reverse osmosis filtration, it can be easily maintained.
  • the present invention can be used in the field of obtaining fresh water by subjecting water to be treated to filtration using a reverse osmosis membrane.

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Description

淡水化システム
　本発明は、淡水化システムに係り、特に、逆浸透膜を用いた淡水化システムに関する。
　淡水化システムは、水中の異物を除去するろ過膜等で構成されており、脱塩分野、食品分野、半導体分野で多用されている。このようなろ過膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜等がある。このうち、逆浸透膜は孔径が最も小さく、水中に溶解している塩類、有機物等を除去し、水を通すことができる。
　逆浸透膜は、上述のように塩類、有機物等を除去して淡水を得ることができる。しかし、被処理水中の有機物を栄養源として微生物がスライム状に逆浸透膜の表面で増殖する、いわゆる、バイオファウリングが発生する。これにより、逆浸透膜の表面が汚染され、逆浸透膜の透過水量が減少し、ろ過圧力が上昇するなどの性能低下が生じる等の問題が発生している。
　このため、逆浸透膜は、このバイオファウリングを除去する洗浄作業が必要となる。しかし、逆浸透膜は、洗浄回数が増加すると、または、強い酸化剤を用いて洗浄すると、ろ過膜が劣化し、逆浸透膜の寿命が低下するという問題があった。
　そこで、従来の淡水化システムは、逆浸透膜のバイオファウリングを軽減する目的で、逆浸透膜によるろ過の前に、被処理水を前処理する。
　例えば、特許文献１には、逆浸透膜の前段に取り付けたセラミック製のナノろ過膜によって、被処理水中に含まれる溶解性の有機物を除去し、ナノろ過膜の後段に取り付けた逆浸透膜への有機物の負荷を低減し、洗浄回数を少なくする方法が開示されている。
　また、特許文献２には、被処理水をリン除去カラムに通水し、被処理水に存在するリン、または、リン酸イオンを除去することにより、殺菌剤を用いず、逆浸透膜の表面における微生物の増殖を抑制する方法が開示されている。
特開２００８－３０２３３３号公報 特開２０１１－２１８２６７号公報
　特許文献１に示す方法では、前段のナノろ過膜により溶解性の有機物を除去できるため、逆浸透膜の表面に発生するバイオファウリングを効果的に防止できる。しかしながら、被処理水をナノろ過膜でろ過するため、圧力損失が発生する。
　また、特許文献２に示す方法では、被処理水をリン除去カラムに通水するため、被処理水中のリン濃度が低下し、バイオファウリングを効果的に防止できる。しかしながら、被処理水をリン除去カラムに通水するため、やはり圧力損失が発生する。
　そこで、本発明は、圧力損失の発生を低減しつつ、逆浸透膜エレメントにおけるバイオファウリングの発生を抑制する淡水化システムを提供することを課題とする。
　このような課題を解決するために、本発明の淡水化システムは、被処理水を逆浸透膜エレメントでろ過し、淡水を得る淡水化システムであって、逆浸透膜エレメントに形成される逆浸透膜の表面に発生するバイオファウリングを抑制するため、逆浸透膜エレメントの前段にバイオファウリング抑制装置が設置されている。
　つまり、本発明の淡水化システムは、被処理水を供給するための供給管路と、供給管路に接続される耐圧容器と、耐圧容器に収められ、被処理水を逆浸透ろ過する逆浸透膜エレメントと、逆浸透膜エレメントに接続され、被処理水のうち逆浸透膜エレメントを透過した透過水を、外部に排出する透過水管路と、耐圧容器に接続され、被処理水のうち逆浸透膜エレメントを透過しない濃縮水を、外部に排出する濃縮水管路と、供給管路に形成され、耐圧容器に被処理水を供給する第１のポンプと、バイオファウリング抑制装置と、を備えるものである。
　そして、バイオファウリング抑制装置は、第１のポンプの上流側の供給管路に形成される容器と、容器に収められ、容器の内壁面との間に被処理水を通水できる間隙を有するように設置される柱状体と、容器の上流側の供給管路に形成され、容器に被処理水を供給する第２のポンプと、を有するものである。
　このバイオファウリング抑制装置は、容器と容器の内部に設置される柱状体とにより、圧力損失を低減しつつ、逆浸透膜の表面の被処理水の流れを再現するものである。これにより、これまで逆浸透膜の表面で発生していたバイオファウリングを、逆浸透膜の表面からバイオファウリング抑制装置の柱状体の表面に変えることで、逆浸透膜の表面で発生していたバイオファウリングを抑制することができる。
　つまり、本発明の淡水化システムは、バイオファウリングの原因物質を除去し、バイオファウリングの発生を抑制していた従来の技術に対して、逆に、バイオファウリング抑制装置において積極的にバイオファウリングを発生させるものである。結果として、本発明は、バイオファウリング抑制装置の後段に設置されている逆浸透膜エレメントにおけるバイオファウリングの発生を抑制するものである。
　本発明の淡水化システムは、圧力損失の発生を低減しつつ、逆浸透膜エレメントにおけるバイオファウリングの発生を抑制することができる。これにより、逆浸透膜のろ過性能の低下を防止し、ろ過性能の長期安定化を図ることができる。
本発明の淡水化システムの構成概略を示す図である。 柱状体の形状の一例を示す図である。
　本発明の淡水化システムの実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
　図１は、本発明の淡水化システムの構成概略を示す図である。図１に示すように、淡水化システム１０は、被処理水１をろ過する逆浸透膜エレメント２の上流側（前段）にバイオファウリング抑制装置３を備えている。
　バイオファウリング抑制装置３には、被処理水１を供給するための供給管路４が備えられている。この供給管路４には、被処理水１をバイオファウリング抑制装置３に供給するためのポンプ（第２のポンプ）５が備えられている。
　バイオファウリング抑制装置３は、供給管路４に接続された容器６と、容器６の内部に設置された柱状体７で構成されている。容器６の内壁面と柱状体７との間には被処理水１を通水できる所定の間隙８が設けられている。なお、柱状体７は、容器６の内壁面に整流部材等で固定されている。
　バイオファウリング抑制装置３に流入した被処理水１は、柱状体７の表面と容器６の内壁面との間に形成される間隙８を通水する。この際、被処理水１に存在するバイオファウリングの原因となる微生物は、被処理水１に存在する有機物を栄養源として、柱状体７の表面でスライム状に増殖する。
　なお、本実施形態において通水とは、被処理水１を、柱状体７の表面と容器６の内壁面との間に形成される間隙８に流すとの意味であり、例えば、被処理水１を逆浸透膜に通過させること、すなわち、被処理水１を逆浸透膜でろ過させることなどを伴うものではない。
　通常、バイオファウリングは、被処理水１に存在する有機物を栄養源として、微生物がスライム状に逆浸透膜エレメント２を構成する逆浸透膜の表面に増殖する。すなわち、バイオファウリングは、被処理水１中の有機物や無機物が逆浸透膜の表面を閉塞する他のファウリングと同様に、被処理水１が逆浸透膜を通過する状況下、すなわち、被処理水１が逆浸透膜でろ過される状況下で発生するものと考えられる。
　しかしながら、本実施形態では、被処理水１を逆浸透膜に通過させることなく、すなわち、被処理水１を逆浸透膜でろ過させることなく、バイオファウリングを発生させる。この点で、本実施形態で説明するバイオファウリングの発生メカニズムは、被処理水１が逆浸透膜を通過する状況下、すなわち、被処理水１が逆浸透膜でろ過される状況下で、逆浸透膜の表面を閉塞する従来のバイオファウリングの発生メカニズムとは異なっている。
　すなわち、本実施形態において、バイオファウリングは、被処理水１が逆浸透膜を通過する際に、すなわち、被処理水１が逆浸透膜でろ過される際に発生するものではなく、所定の間隙８に被処理水１を通水した際にも発生するとの知見に基づいてなされたものである。
　なお、有効にバイオファウリング抑制装置３の柱状体７の表面に、バイオファウリングを発生させるためには、バイオファウリング抑制装置３の柱状体７の表面に流れる被処理水１の流量を調整することが重要である。この被処理水１の流量には、被処理水１の流速と被処理水１が流れる間隙８とが影響する。
　バイオファウリング抑制装置３の柱状体７の表面に発生するバイオファウリングは、被処理水１に存在する有機物を栄養源として、微生物が増殖するものである。このため、バイオファウリングの発生には、有機物や微生物の存在個数が影響する。通常、同一の取水源から取水された被処理水１に存在する有機物や微生物の存在個数は被処理水１の濃度が大きく変化しない場合は、大きく変化しない。つまり、こうした場合、その存在個数はほぼ流量で決定される。
　また、バイオファウリングの発生には、有機物を栄養源として微生物が増殖する時間も必要である。被処理水１の流速が、早すぎても遅すぎてもバイオファウリングの発生には好ましくない。特に、本実施形態においては、バイオファウリング抑制装置３の柱状体７の表面に、積極的にバイオファウリングを発生させる必要があるため、この時間、つまり被処理水１の流速は重要である。流速が大きい場合は前述の時間が短くなり、流速が小さい場合は前述の時間が長くなる。
　簡易的には、被処理水１が流れる容器６の内部の環境と後に述べる耐圧容器（ベッセル）１２の内部の環境とをほぼ等しくすることにより、バイオファウリング抑制装置３にバイオファウリングを有効に発生させることができる。ここで、被処理水１が流れる容器６の内部とは、容器６の内壁面と柱状体７の表面との間隙８であり、被処理水１が流れる耐圧容器１２の内部とは、耐圧容器１２の内壁面と逆浸透膜エレメント２の表面との間隙８ｒである。
　つまり、柱状体７の表面を流れる被処理水１の流速を、逆浸透膜エレメント２の表面を流れる被処理水１の流速とほぼ等しくなるように調整することが好ましい。また、間隙８と間隙８ｒとをほぼ等しくすることが好ましい。このように間隙と流速とをほぼ等しくすることにより、圧力損失を低減しつつ、逆浸透膜エレメント２の表面を流れる被処理水１の流れを、バイオファウリング抑制装置３の柱状体７の表面で再現することができ、バイオファウリング抑制装置３にバイオファウリングを有効に発生させることができる。
　特に、耐圧容器１２の内部に設置される逆浸透膜エレメント２の前段部に形成される逆浸透膜エレメント２ｆの流速とほぼ等しくすることが好ましい。これにより、バイオファウリング抑制装置３（容器６）の内部の環境を、耐圧容器１２の内部におけるバイオファウリングの発生が最も顕著な部分の環境に近づけることができる。
　このように、バイオファウリング抑制装置３の内部の環境と耐圧容器１２の内部の環境とが、ほぼ等しい場合、バイオファウリングは、上流のバイオファウリング抑制装置３の内部で発生する。バイオファウリングは、被処理水１中の有機物を栄養源として微生物が増殖するものであるため、バイオファウリング抑制装置３の内部でバイオファウリングを発生させることで、バイオファウリング抑制装置３の内部で有機物や微生物が消費される。これにより、下流の逆浸透膜エレメント２の表面では、被処理水１中の有機物や微生物が少なくなるため、バイオファウリングの発生を抑制できる。
　また、柱状体７の表面に、バイオファウリングを誘発させるために、微細な凹凸を設ける等の加工を施してもよい。これにより、柱状体７の表面への、バイオファウリングの原因となる微生物の定着が容易になる。
　また、柱状体７の表面に、所定のコーティングを施してもよい。柱状体７のコーティング材料としては、微生物の定着が容易な材料や微生物の栄養源を吸着できる特性を有する材料が好ましい。
　例えば、微生物の定着が容易な材料としては、内部に微細な空隙を有する活性炭などがある。これにより、柱状体７の表面に有機物を吸着させることができると共に、バイオファウリングの原因となる微生物の定着が容易になり、バイオファウリングが発生しやすくなる。
　例えば、微生物の栄養源を吸収できる特性を有する材料としては、Al2 O3 （酸化アルミニウム（アルミナ））などがある。これにより、柱状体７の表面に有機物を集めることができるため、バイオファウリングが発生しやすくなる。
　また、柱状体７として、透過性能が低下した使用済みの逆浸透膜エレメント２を用いてもよい。これにより、耐圧容器１２の内部により近い環境を再現できる。この際、耐圧容器１２の内部における逆浸透膜エレメント２の使用方法とは異なり、容器６の内部における柱状体７として、使用済みの逆浸透膜エレメント２を用いる場合は、ろ過は行わない。なお、逆浸透膜エレメント２を形成する逆浸透膜の素材と同様な素材で、柱状体７の表面にコーティングを施してもよい。
　また、柱状体７の形状と逆浸透膜エレメント２の形状とをほぼ等しくすることが好ましい。
　なお、柱状体７の形状は、容器６の内部に設置した際に被処理水１を通水できる間隙８を有すことができれば、特に限定されない。例えば、図２に示すような、円柱７１、三角柱７２、六角柱７３などの多角柱としてもよい。
　また、容器６は、柱状体７との間に被処理水１を通水できれば、特に限定されることはないが、容器６は透明であることが好ましい。また、容器６の内部に設置された柱状体７の状態を確認できる窓を容器６の一部に設ける構成としてもよい。これにより、容器６の内部に設置された柱状体７の状態を外部から確認することができ、洗浄の時期等を確認することができる。
　バイオファウリング抑制装置３において処理された被処理水１は、バイオファウリングの原因となる有機物や微生物が消費され、容器６に接続された供給管路９に排出される。供給管路９には、高圧ポンプ（第１のポンプ）１１が形成されており、高圧ポンプ１１によって耐圧容器１２に被処理水１が加圧供給される。これにより、高圧ポンプ１１の上流側に設置される容器６の耐圧性能は、耐圧容器１２よりも低くできる。したがって、容器６の構成は、耐圧容器１２に比較して簡易にできるため、初期投資を抑えられると共に維持管理も容易となる。
　ポンプ５は、高圧ポンプ１１よりも低圧ポンプで構成できる。逆浸透膜エレメント２においては、ろ過工程が必要であるが、バイオファウリング抑制装置３においては、ろ過工程を必要とせず、通水工程であるため、ポンプ５を高圧ポンプ１１よりも低圧のポンプで構成できる。
　耐圧容器１２の内部には、被処理水１をろ過するための逆浸透膜エレメント２が耐圧容器１２との間に間隙８ｒを形成して設置されていると共に、濃縮水管路１４および透過水管路１６が接続されている。被処理水１は耐圧容器１２の内部に加圧供給され、耐圧容器１２と逆浸透膜エレメント２との間の間隙８ｒを通過する。
　この際、被処理水１が耐圧容器１２に加圧供給されることで、その一部は、逆浸透膜エレメント２で逆浸透ろ過され、透過水１５となり、透過水管路１６より排出される。逆浸透膜エレメント２で逆浸透ろ過されなかった残りの被処理水１は、濃縮水１３となり、耐圧容器１２に接続されている濃縮水管路１４より排出される。
　さらに、耐圧容器１２には、逆浸透膜エレメント２を洗浄するための第１の洗浄機構１７が設置されている。バイオファウリング抑制装置３において、被処理水１中に存在するバイオファウリングの原因となる有機物や微生物は消費されている。このため、逆浸透膜エレメント２の表面では、バイオファウリングは発生しにくい。しかし、バイオファウリング抑制装置３において、除去できなかった微生物や有機物または無機物が、逆浸透膜エレメント２におけるバイオファウリングや他のファウリングの原因となるため、これら汚染を定期的に除去する必要がある。
　この際、第１の洗浄機構１７において用いる洗浄液は、微生物や有機物または無機物を除去できれば、特に限定されないが、逆浸透膜エレメント２にダメージを与えない洗浄液が好ましい。また、微生物や有機物または無機物を除去するために複数の洗浄液を使い分けてもよい。
　また、洗浄液の注入方法は、洗浄液を耐圧容器１２の内部に注入できれば、特に限定されないが、例えばダイヤフラムポンプやギヤポンプ等を用いてもよい。
　また、逆浸透膜エレメント２を洗浄する場合と同様に、バイオファウリング抑制装置３には、柱状体７を洗浄するための第２の洗浄機構１８が設置されている。柱状体７に付着したバイオファウリングを除去する必要があるためである。
　この際、第２の洗浄機構１８において用いる洗浄液は、柱状体７に発生したバイオファウリングを除去できれば、特に限定されないが、第１の洗浄機構１７において用いた洗浄液と同様の洗浄液を用いてもよいが、これに限られるものではなく、特に、次亜塩素酸ナトリウム等を用いることが好ましい。
　次亜塩素酸ナトリウムは、高い殺菌力と酸化力とを有しているため逆浸透膜エレメント２に使用される逆浸透膜にダメージを与えてしまい、ろ過性能等に影響を与えてしまうため、逆浸透膜エレメント２の洗浄に用いることができない。しかし、柱状体７については、ろ過性能等のダメージの影響を考慮する必要がなく、柱状体７の表面に発生したバイオファウリングを効果的に除去できる。
　また、洗浄液の注入方法は、第１の洗浄機構１７と同様に、洗浄液をバイオファウリング抑制装置３の内部に注入できれば、特に限定されないが、例えばダイヤフラムポンプやギヤポンプ等を用いてもよい。
　このように、本実施形態で説明する淡水化システム１０は、ろ過を必要とする部分とろ過を必要としない部分とを設置し、ろ過を必要としない部分に積極的にバイオファウリングを発生させる。したがって、洗浄に対しても有効であり、バイオファウリングの除去に、ろ過に必要な逆浸透膜のダメージを考慮することなく、高い殺菌力や酸化力を有する洗浄液を使用することができる。
　また、バイオファウリング抑制装置３には、容器６をバイパスするバイパス管路１９が設置されている。バイパス管路１９は、容器６の上流側と下流側とを結合するように供給管路４から分岐して形成されている。
　また、バイパス管路１９には、被処理水１を容器６に流す場合と、被処理水１をバイパス管路１９に流す場合とを切り替える切替バルブ２０が設置されている。切替バルブ２０により、ポンプ５から供給された被処理水１を、容器６またはバイパス管路１９のいずれかを流れるように切り替えることができる。
　かかる構成とすることで、バイオファウリング抑制装置３の洗浄時にも、被処理水１を、バイパス管路１９を介して、耐圧容器１２に供給できる。これにより、バイオファウリング抑制装置３を洗浄する際に淡水化システム１０の運転を停止する必要がない。
　以上説明したように、本実施形態で説明する淡水化システム１０は、逆浸透膜エレメント２の上流側にバイオファウリング抑制装置３を設置し、逆浸透膜エレメント２の表面に発生するバイオファウリングを、バイオファウリング抑制装置３に発生させるものである。
　逆浸透膜エレメント２の表面に発生するバイオファウリングを低減できるため、逆浸透膜エレメント２のろ過性能の低下を防止できる。そして、逆浸透膜エレメント２の洗浄回数を少なくできるため、逆浸透膜の寿命を伸ばすことができる。
　また、バイオファウリング抑制装置３の洗浄に、逆浸透膜エレメント２の洗浄に使用できない強力な洗浄液を使用できる。さらに、バイオファウリング抑制装置３は、逆浸透ろ過を行う場合のような耐圧性を必要としないため、維持管理を容易に行うことができる。
　また、バイオファウリング抑制装置３を流れる被処理水１は、容器６の内部に形成される間隙８を流れるため、被処理水１をろ過する場合に比較して圧力損失が小さく、消費エネルギを低減することができる。
　本発明は、被処理水を逆浸透膜を用いてろ過処理し、淡水を得る分野に利用可能である。
１　　　　　被処理水
２，２ｆ　　逆浸透膜エレメント（ろ過装置）
３　　　　　バイオファウリング抑制装置
４，９　　　供給管路
５　　　　　ポンプ（第２のポンプ）
６　　　　　容器
７　　　　　柱状体
８，８ｒ　　間隙
１０　　　　淡水化システム
１１　　　　高圧ポンプ（第１のポンプ）
１２　　　　耐圧容器（ろ過装置）
１３　　　　濃縮水
１４　　　　濃縮水管路
１５　　　　透過水
１６　　　　透過水管路
１７　　　　第１の洗浄機構
１８　　　　第２の洗浄機構
１９　　　　バイパス管路
２０　　　　切替バルブ

Claims (8)

  1. 　被処理水を供給するための供給管路と、前記供給管路に接続される耐圧容器と、前記耐圧容器に収められ、前記被処理水を逆浸透ろ過する逆浸透膜エレメントと、前記逆浸透膜エレメントに接続され、前記被処理水のうち前記逆浸透膜エレメントを透過した透過水を、外部に排出する透過水管路と、前記耐圧容器に接続され、前記被処理水のうち前記逆浸透膜エレメントを透過しない濃縮水を、外部に排出する濃縮水管路と、前記供給管路に形成され、前記耐圧容器に前記被処理水を供給する第１のポンプと、を備える淡水化システムにおいて、
    　前記第１のポンプの上流側の供給管路に形成される容器と、前記容器に収められ、前記容器との間に前記被処理水を通水できる間隙を有するように設置される柱状体と、前記容器の上流側の前記供給管路に形成され、前記容器に前記被処理水を供給する第２のポンプと、を有するバイオファウリング抑制装置を、更に備える
    ことを特徴とする淡水化システム。
  2. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記逆浸透膜エレメントが、複数に分割形成され、
    　前記容器内の流速が、前記複数に分割形成された逆浸透膜エレメントの上流側１段目近傍の流速とほぼ同等である
    ことを特徴とする淡水化システム。
  3. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記柱状体の表面にはアルミナがコーティングされている
    ことを特徴とする淡水化システム。
  4. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記第２のポンプの供給圧力が、前記第１のポンプの供給圧力よりも低い
    ことを特徴とする淡水化システム。
  5. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記容器は、外部より前記柱状体の表面を視認できる透明な部材を少なくとも一部に有する
    ことを特徴とする淡水化システム。
  6. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記耐圧容器には前記逆浸透膜エレメントを洗浄する第１の洗浄機構を備え、前記容器には前記柱状体を洗浄する第２の洗浄機構を備える
    ことを特徴とする淡水化システム。
  7. 　請求項１記載の淡水化システムにおいて、
    　前記容器をバイパスするバイパス管路が、前記容器の上流側と下流側とを結合するように、前記供給管路から分岐して形成され、前記第２のポンプから供給された前記被処理水が、前記容器または前記バイパス管路のいずれかを流れるように流れを変更する切替バルブを有する
    ことを特徴とする淡水化システム。
  8. 　逆浸透膜エレメントを有し、被処理水をろ過するろ過装置と、
    　前記ろ過装置の上流側に配置され、内部でバイオファウリングを発生させることにより、下流側に配置される前記ろ過装置に流入する前記被処理水に存在する有機物を低減するバイオファウリング抑制装置と、を備える
    ことを特徴とする淡水化システム。
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