WO2015002194A1 - 水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

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田畑　雅之
嘉晃 伊藤
克憲 松井
貴一 ▲徳▼永
卓 池
竹内　和久
英夫 岩橋
健 安永
岸　正弘
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三菱重工業株式会社
有限会社アクアシステムズ
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Definitions

  • the present invention relates to a water treatment system and a water treatment method, and more particularly to a water treatment system and a water treatment method suitable for use in producing fresh water from seawater.
  • RO membrane Reverse Osmosis Membrane
  • an oxidizing agent such as hypochlorous acid is added to an intake port, a pipe, or a water channel for taking seawater, in order to prevent adhesion of organisms such as algae and shellfish.
  • inorganic flocculants such as ferric chloride or polymer flocculants such as PAC are added to flocculate suspensions such as fine particles and colloids in seawater, sand filters and cartridge filter devices (CF) Filter to remove the suspension in seawater beforehand.
  • the chlorine-based oxidizing agent remains, it causes the oxidation of the reverse osmosis membrane, which causes the deterioration of the membrane performance of the reverse osmosis membrane. Therefore, before seawater passes through the reverse osmosis membrane, a reducing agent such as sodium bisulfite (SBS) is added while measuring the redox potential, and neutralization treatment is performed (for example, see Patent Document 1). .
  • SBS sodium bisulfite
  • the applicant of the present application is a water treatment technology (seawater using a biofilm treatment apparatus (biofilm filtration apparatus) in which a biofilm is formed on the surface of a carrier (filter material) such as sand.
  • a biofilm treatment apparatus biofilm filtration apparatus
  • a carrier filter material
  • sand a carrier
  • Fashwater production technology Japanese Patent Application No. 2011-262507
  • the microorganisms of the biofilm play an important role in the removal (capture, degradation) of the suspension in seawater, and along with this, the filtration performance can be maintained. Therefore, it becomes possible to produce fresh water more efficiently and economically without using chemicals such as coagulants, as compared with the conventional water treatment system.
  • microorganisms may re-grow in the reverse osmosis membrane device and the membrane performance may be reduced due to the blockage of the reverse osmosis membrane .
  • the water treatment system is a water treatment system provided with a reverse osmosis membrane device for separating water to be treated into concentrated water and fresh water with high solute concentration, and forms a biofilm on the surface
  • a biological membrane processing apparatus for treating the water to be treated before being permeated to the reverse osmosis membrane apparatus, the water to be treated in the previous stage to be treated with the biological membrane processing apparatus, or the reverse osmosis membrane apparatus
  • an oxidant addition device for adding an oxidizing agent to the post-treatment water of the post-stage, the pre-treatment water of the pre-stage or the post-treatment water of the post-stage
  • a reducing agent addition device for neutralizing the oxidizing agent by adding a reducing agent.
  • the reverse process is performed by a fresh water separation step of separating treated water into concentrated water and fresh water with high solute concentration by a reverse osmosis membrane, and a biofilm formed on the surface of a carrier.
  • a biofilm treatment process for treating the water to be treated before being permeated through the permeable membrane, and the water to be treated before the treatment in the biofilm treatment process or the biofilm treatment process before the fresh water separation process An oxidizing agent addition step of adding an oxidizing agent to the subsequent treated water after treatment in the step, a reducing agent is added to the treated water of the preceding step or the treated water of the subsequent step, and the oxidizing agent is added And a reducing agent addition step for neutralizing the
  • the water treatment system may include mixing means for mixing the water to be treated to which at least one of the oxidizing agent and the reducing agent in the first or second stage is added.
  • the water treatment method may include a mixing step of mixing the water to be treated to which at least one of the oxidizing agent and the reducing agent in the first or second stage is added.
  • an oxidizing agent such as hypochlorous acid is added before or after the biofilm treatment apparatus (biofilm treatment step) (oxidant addition step), microorganisms in the water to be treated, etc.
  • biofilm treatment step oxygen addition step
  • microorganisms in the water to be treated etc.
  • the oxidizing agent previously added may be neutralized by adding a reducing agent such as SBS (reducting agent adding step) after adding the oxidizing agent before or after the biofilm treatment apparatus. it can.
  • the oxidizing agent and the reducing agent are added at the front stage of the biofilm treatment apparatus, the decrease in the activity of the biofilm (microorganisms) of the biofilm treatment apparatus and the decrease of the biofilm due to the death do not occur. Therefore, the performance (and filtration performance) of the biofilm can be maintained, and the treated water can be treated reliably and effectively without using a coagulant. Moreover, the to-be-processed water which added the oxidizing agent and the reducing agent is supplied to the reverse osmosis membrane of a reverse osmosis membrane apparatus.
  • the oxidizing agent does not remain to cause oxidation of the reverse osmosis membrane, the membrane performance of the reverse osmosis membrane is maintained with high accuracy, and the water to be treated is treated (fresh water separation step), that is, fresh water is produced.
  • fresh water separation step fresh water is produced.
  • the oxidizing agent and the reducing agent are added at the front stage of the biofilm treatment apparatus, low-molecular-weight organic substances or the like generated from persistent organic matter can be decomposed and removed by the biofilm treatment apparatus. Therefore, it becomes possible to effectively suppress the fouling of the reverse osmosis membrane (reverse osmosis membrane device) of the latter stage.
  • the oxidizing agent and the reducing agent are added after the treatment with the reverse osmosis membrane device and after the treatment with the biofilm treatment device, microorganisms and the like in the water to be treated can be decomposed and removed by the oxidizing agent. Since the oxidizing agent is added at the latter stage of the biofilm treatment apparatus, the decrease in the activity of the biofilm and the decrease in the biofilm due to the death do not occur. Therefore, the performance (and filtration performance) of the biofilm can be maintained, and the treated water can be treated with high precision and effectively without using a coagulant.
  • the oxidizing agent and the reducing agent are added in the latter stage after the treatment with the reverse osmosis membrane device and after the treatment with the biofilm treatment device, the treated water neutralized with the oxidizing agent by the reducing agent undergoes reverse osmosis Supplied to the membrane. Therefore, the oxidizing agent does not remain to cause oxidation of the reverse osmosis membrane, and the membrane performance of the reverse osmosis membrane can be maintained with high accuracy to process the water to be treated, that is, produce fresh water.
  • the biological membrane treatment apparatus (biofilm treatment process) is a stage before treating the treated water, or before the treated water is treated with the reverse osmosis membrane apparatus and by the biofilm treating apparatus
  • the effect of the oxidizing agent and the effect of the reducing agent can be reliably exhibited by mixing (mixing step) the water to be treated to which either the oxidizing agent or the reducing agent is added in the latter stage after the treatment. This makes it possible to maintain the membrane performance of the biofilm and the membrane performance of the reverse osmosis membrane more accurately and effectively.
  • the water treatment system and the water treatment method according to the present invention use seawater as the water to be treated, separate the seawater into concentrated water and fresh water with a reverse osmosis membrane (RO membrane), and fresh water. It will be described as being a system and method of manufacture.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • the to-be-processed water which concerns on this invention does not necessarily need to be limited to seawater.
  • the water treatment system A of the present embodiment includes a pretreatment device 1 and a reverse osmosis membrane device (RO membrane device) 2 as shown in FIG. 1 (and FIG. 2).
  • RO membrane device reverse osmosis membrane device
  • the pretreatment device 1 removes suspended particles such as fine particles and colloids in the seawater 3 of the water to be treated, and microorganisms such as algae and shellfish.
  • the pretreatment device 1 prevents the adhesion of organisms such as algae and shellfish to the intake port, piping, water passage, etc. for taking in seawater 3 and suppresses the fouling phenomenon that the water permeation performance of the reverse osmosis membrane 2 decreases. It is for.
  • the pretreatment device 1 of the present embodiment includes a biofilm treatment device 4 provided with a carrier having a biofilm formed on the surface, an oxidant addition device 5 for adding an oxidant such as hypochlorous acid to seawater 3, and bisulfite
  • a reducing agent addition device 6 is provided to add a reducing agent such as soda (SBS) while measuring the redox potential to neutralize the oxidizing agent.
  • SBS soda
  • the biological membrane processing apparatus 4 is disposed on the forward side (the upstream side in the flow direction) of the seawater 3 in the feed direction T with respect to the reverse osmosis membrane apparatus 2 so as to process the seawater 3 before passing through the reverse osmosis membrane apparatus 2. It is set up.
  • the biofilm processing apparatus (biofilm filtration apparatus) 4 is configured by filling a container with a carrier such as sand having a biofilm formed on the surface. Thereby, in addition to the decomposition removal performance of the BOD component by a biofilm, the biofilm processing apparatus (biofilm filtration apparatus) 4 is equipped with the filtration performance.
  • the biofilm processing apparatus 4 of this embodiment is provided with backwashing means 7 such as a backwashing pump for recovering filtration performance by backwashing.
  • backwashing means 7 such as a backwashing pump for recovering filtration performance by backwashing.
  • the nutrient supply means 8 capable of appropriately supplying nutrients such as nitrogen and phosphorus, and oxygen to supply oxygen And supply means 9.
  • the oxidizing agent addition device 5 adds the oxidizing agent to the seawater 3 in the previous stage to be treated by the biofilm treatment device 4, so that the feed direction T of the seawater 3 is more forward than the biofilm treatment device 4. It is arranged on the side.
  • the reducing agent addition device 6 is a biological organism so that the reducing agent is added to the seawater 3 at the front stage to be processed by the biofilm treatment device 4 and the reducing agent is added to the seawater 3 after adding the oxidizing agent. It is disposed between the film processing unit 4 and the oxidizing agent addition unit 5. That is, the reducing agent addition device 6 is disposed forward of the biofilm processing device 4 in the feed direction T of the seawater 3 and on the rear side of the oxidant addition device 5 in the feed direction T of the seawater 3 .
  • the oxidizing agent adding device 5 adds the oxidizing agent to the seawater 3 in the latter stage after the treatment with the reverse osmosis membrane device 2 and after the treatment with the biofilm treatment device 4, It may be disposed between the biofilm processing device 4 and the reverse osmosis membrane device 2. That is, the oxidizing agent addition device 5 is disposed on the rear side of the biofilm processing device 4 in the feeding direction T of the seawater 3 and on the front side of the reverse osmosis membrane device 2 in the feeding direction T of the seawater 3. It is also good.
  • the reducing agent adding device 6 adds the reducing agent to the seawater 3 after adding the oxidizing agent, and adds the reducing agent to the seawater 3 before being treated by the reverse osmosis membrane device 2 It is disposed between the oxidant addition device 5 and the reverse osmosis membrane device 2. That is, the reducing agent addition device 6 is disposed on the rear side of the oxidant addition device 5 in the feed direction T of the seawater 3 and on the front side of the reverse osmosis membrane device 2 in the feed direction T of the seawater 3.
  • the reverse osmosis membrane device 2 includes, for example, a plurality of reverse osmosis membrane elements (reverse osmosis membrane modules) in a container.
  • the reverse osmosis membrane device 2 is supplied with seawater 3 after being treated by the pretreatment device 1 for each reverse osmosis membrane element, and this seawater 3 is separated into concentrated water 11 and fresh water 12 by the reverse osmosis membrane of each reverse osmosis membrane element Are discharged from the container. Thereby, fresh water 12 is produced.
  • water treatment system is sent to send concentrated water 11 to an electrodialysis machine or an evaporator to generate sodium chloride and bittern, or to extract and recover potassium, bromine, boron, etc. contained in seawater 3 as valuables.
  • A may be configured.
  • a reducing agent is added to the seawater 3 to which the oxidizing agent has been added by the reducing agent adding device 6 at a stage before being supplied to the biofilm treatment device 4 (reducing agent adding step).
  • the addition of the reducing agent neutralizes the oxidizing agent remaining in the seawater 3.
  • by adding the reducing agent while measuring the redox potential it is possible to prevent the reducing agent from being added excessively.
  • Seawater 3 treated by adding an oxidizing agent and a reducing agent is sent to the biofilm processing apparatus 4.
  • the microorganism of the biofilm formed on the surface of the carrier of the biofilm processing apparatus 4 removes or removes the suspension etc. (BOD component) in the seawater 3 by capturing or decomposing.
  • BOD component suspension etc.
  • low-molecular-weight organic substances and the like generated from persistent organic substances are also decomposed and removed by the biological film processing apparatus 4 by the oxidizing agent added in the previous stage.
  • this biofilm processing apparatus 4 is provided with a filtration performance by filling the container with a carrier having a biofilm formed on the surface.
  • the biofilm processing apparatus 4 allows the seawater 3 to permeate the inside of the container of the biofilm processing apparatus 4 and is filtered. Suspended matter is removed.
  • the seawater 3 can be treated without adding a coagulant as in the prior art (biofilm treatment step).
  • the oxidizing agent in the seawater 3 is neutralized by the reducing agent at a stage before being supplied to the biofilm processing apparatus 4 for processing. Therefore, the oxidizing agent does not cause a decrease in the activity of the microorganisms of the biofilm or a decrease in the biofilm due to the death. For this reason, the film performance of the biofilm is surely exhibited, and the seawater 3 is suitably pretreated.
  • the seawater 3 thus treated by the biofilm treatment apparatus 4 is supplied to the reverse osmosis membrane apparatus 2 and separated into the concentrated water 11 and the fresh water 12 by the reverse osmosis membrane to produce the fresh water 12 (fresh water separation step) ).
  • the oxidizing agent since the oxidizing agent has already been neutralized by the reducing agent, the residual oxidizing agent oxidizes the reverse osmosis membrane, and the membrane performance of the reverse osmosis membrane does not deteriorate.
  • the membrane performance of the reverse osmosis membrane is reduced with high precision and effectively. (The fouling phenomenon) will be suppressed.
  • the seawater 3 of the raw water which is the water to be treated is taken, and the suspended matter in the seawater, the microorganisms, etc.
  • the membrane is captured, decomposed and removed, and is further removed by the filtration performance of the biofilm processing apparatus 4 (biofilm processing step).
  • an oxidant is added to the seawater 3 after being treated by the biofilm treatment apparatus 4 by the oxidant addition apparatus 5 (oxidant addition step).
  • the suspended matter and microorganisms in the seawater 3 that can not be processed by the biofilm processing apparatus (biofilm) 4 are decomposed and removed.
  • the chemical quantity of an oxidizing agent can be decreased.
  • the biological activity of the biofilm processing apparatus 4 derived from the oxidizing agent does not decrease with high accuracy, and the biofilm is not reduced due to the death.
  • the performance (and filtration performance) of the biofilm will be reliably and suitably maintained.
  • a reducing agent addition device 6 adds a reducing agent to the seawater 3 in the latter stage after the treatment with the reverse osmosis membrane device 2 and after the treatment with the biofilm treatment device 4 and the oxidizing agent addition device (oxidizing agent) 5 Do (reductant addition step). Thereby, the oxidizing agent remaining in the seawater 3 is neutralized with the reducing agent.
  • the seawater 3 processed by the biological membrane processing unit 4, the oxidizing agent addition unit 5, and the reducing agent addition unit 6 is supplied to the reverse osmosis membrane unit 2 and separated into concentrated water 11 and fresh water 12 by the reverse osmosis membrane. And fresh water 12 is produced (fresh water separation process).
  • the oxidizing agent since the oxidizing agent has already been neutralized by the reducing agent, the residual oxidizing agent oxidizes the reverse osmosis membrane, and the membrane performance of the reverse osmosis membrane does not deteriorate.
  • the membrane performance of the reverse osmosis membrane is lowered with high accuracy and effectively (fouling phenomenon) Will be suppressed.
  • an oxidizing agent such as hypochlorous acid is added at the former stage or the latter stage of the biofilm treatment apparatus 4 (biofilm treatment process) (oxidant addition process) It is possible to kill microorganisms and the like in the seawater 3 of the water to be treated, and to prevent the adhesion of organisms such as algae and shellfish to water intake ports, piping, and waterways for taking the seawater 3. Furthermore, the oxidizing agent added earlier is neutralized by adding a reducing agent such as SBS after adding the oxidizing agent before or after the biological film processing apparatus 4 (reducing agent addition step). Can.
  • a reducing agent such as SBS after adding the oxidizing agent before or after the biological film processing apparatus 4 (reducing agent addition step).
  • the oxidizing agent and the reducing agent are added at the front stage of the biological film processing apparatus 4, the decrease in the biological film (microorganisms) activity of the biological film processing apparatus 4 or the decrease in the biological film due to the death does not occur. Therefore, the performance (and filtration performance) of the biofilm can be maintained, and the treated water can be treated reliably and effectively without using a coagulant. Further, seawater 3 to which the oxidizing agent and the reducing agent are added is supplied to the reverse osmosis membrane of the reverse osmosis membrane device 2.
  • the oxidizing agent does not remain to cause oxidation of the reverse osmosis membrane, and the membrane performance of the reverse osmosis membrane can be maintained with high accuracy, and the seawater 3 can be processed, that is, the fresh water 12 can be produced ( Freshwater separation process). Furthermore, when the oxidizing agent and the reducing agent are added at the front stage of the biological film processing apparatus 4, the biological film processing apparatus 4 can decompose and remove low molecular weight organic substances and the like generated from persistent organic substances by the oxidizing agent. . Therefore, it becomes possible to effectively suppress fouling of the reverse osmosis membrane (reverse osmosis membrane device 2) of the latter stage.
  • an oxidizing agent and a reducing agent are added before the treatment with the reverse osmosis membrane device 2 and after the treatment with the biofilm treatment device 4, microorganisms etc. in the seawater 3 may be decomposed and removed by the oxidizing agent. it can. Since the oxidizing agent is added at the latter stage of the biofilm processing apparatus 4, the activity of the biofilm does not decrease or the decrease of the biofilm due to death does not occur, and the performance (and the filtration performance) of the biofilm is maintained. It becomes possible to process seawater 3 with high precision and effectively, without using.
  • the seawater 3 in which the oxidizing agent is neutralized by the reducing agent 3 Is supplied to the reverse osmosis membrane. Therefore, the oxidizing agent does not remain to cause oxidation of the reverse osmosis membrane, and the membrane performance of the reverse osmosis membrane can be maintained with high accuracy, and the seawater 3 can be processed to produce the fresh water 12.
  • the treated water 3 is treated with the biological membrane treatment device 4 (biofilm treatment step) prior to treatment of the treated water 3 or with the reverse osmosis membrane device 2
  • a water treatment system A is provided with a mixing means 13 for mixing (mixing process) water to be treated 3 to which any one of an oxidizing agent and a reducing agent has been added before and after treatment with the biofilm treatment apparatus 4 May be configured.
  • the oxidizing agent and the reducing agent added can be mixed with the water to be treated 3 promptly and surely by the mixing means 13 (mixing step). Therefore, the effects of the oxidizing agent and the reducing agent can be reliably exhibited. Therefore, it is possible to maintain the membrane performance of the biofilm and the membrane performance of the reverse osmosis membrane with higher precision and effectively.
  • an oxidizing agent such as hypochlorous acid is added before or after the biofilm treatment apparatus (biofilm treatment step) (oxidant addition step), and microorganisms in the water to be treated
  • biofilm treatment step oxygen addition step
  • microorganisms in the water to be treated
  • Pretreatment device 2 Reverse osmosis membrane device (RO membrane device) 3 Seawater (water to be treated) 4 Biofilm treatment equipment (biofilm filtration equipment) 5 Oxidant Addition Device 6 Reductant Addition Device 7 Backwashing Means 8 Nutrient Supply Means 9 Oxygen Supply Means 10 Biofilm Confirmation Means 11 Concentrated Water 12 Fresh Water 13 Mixing Means A Water Treatment System T Feeding Direction of Water to be Treated (Distribution Direction )

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Abstract

　この水処理システムは、逆浸透膜装置（２）と、表面に生物膜を形成した担体を有し、逆浸透膜装置（２）に透過させる前の被処理水（３）を処理する生物膜処理装置（４）と、生物膜処理装置（４）で処理する前段の被処理水（３）、あるいは逆浸透膜装置（２）で処理する前で且つ生物膜処理装置（４）で処理した後の後段の被処理水（３）に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置（５）と、前段の被処理水（３）、あるいは後段の被処理水（３）に、還元剤を添加して酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置（６）とを備えている。

Description

水処理システム及び水処理方法
　本発明は、水処理システム及び水処理方法に関し、特に海水から淡水を製造する際に用いて好適な水処理システム及び水処理方法に関する。
　例えば砂漠地帯や離島、発展途上国、大量の淡水を要する工業地帯など、河川や湖沼等の淡水源がないあるいは十分に確保できなかったり、気候特性によって雨水に依存することもできなかったりすることで、慢性的または季節的に深刻な水不足が生じる地域がある。このような地域の一部では、大量に存在する海水を処理して淡水（飲料水）を造りだすことが行われている。この淡水の製造手法として、海水を中空糸膜やスパイラル膜などの逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）に通し、淡水を漉し出す方法が多用されている。
　一方、海水から淡水を製造する際には、逆浸透膜に浸透させる前に海水を前処理する必要がある。この前処理では、一般に、海水を取水する取水口や配管、水路に、藻類や貝類等の生物付着を防止するために、次亜塩素酸などの酸化剤を添加する。また、塩化第二鉄などの無機凝集剤、またはＰＡＣなどの高分子凝集剤を添加して、海水中の微粒子やコロイドなどの懸濁物を凝集させ、砂ろ過器やカートリッジフィルター装置（ＣＦ）でろ過して、予め、海水中の懸濁物を除去するようにしている。
　塩素系の酸化剤が残留すると、逆浸透膜の酸化を招き、これに伴って逆浸透膜の膜性能の低下が生じる。そのため、逆浸透膜に海水が透過する前に重亜硫酸ソーダ（ＳＢＳ）などの還元剤を、酸化還元電位を計測しながら添加し、中和処理するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
　このような海水の前処理を行うことによって、海水を取水する取水口や配管、水路などへの生物付着や、生物の繁殖や懸濁物の目詰まりによる逆浸透膜の膜性能の早期低下（ファウリング）を防止し、効率的且つ経済的に淡水を製造することが可能になる。
特開２００８－２９６１８８号公報
　ここで、本願の出願人は、砂ろ過器の替わりに、砂などの担体（ろ材）の表面に生物膜を形成させた生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）を用いた水処理技術（海水からの淡水製造技術）に関する出願を既に行っている（特願２０１１－２６２５０７）。この生物膜処理装置では、生物膜の微生物が海水中の懸濁物の除去（捕捉、分解）に重要な働きをし、これに伴いろ過性能を維持できる。そのため、上記従来の水処理システムに対し、凝集剤等の薬品を使用することなく、より効率的且つ経済的に淡水を製造することが可能になる。
　しかしながら、生物膜処理装置を用いる場合においても、海水を取水する取水口や配管、水路に藻類や貝類等の生物付着を防止するためには、次亜塩素酸などの酸化剤を添加する必要がある。また、海水以外の既に塩素が含まれている被処理水の処理に適用することも考えられる。このような酸化剤由来などの塩素が存在することで、生物膜処理装置の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じ、生物膜の性能を維持できなくなるおそれがある。
　過剰な還元剤の存在や酸化剤で分解された難分解性有機物の低分子化により、逆浸透膜装置内で微生物が再増殖し、逆浸透膜の閉塞による膜性能の低下を招く場合もある。
　本発明の第一の態様における水処理システムは、被処理水を溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離するための逆浸透膜装置を備えた水処理システムであって、表面に生物膜を形成した担体を備え、前記逆浸透膜装置に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理装置と、前記生物膜処理装置で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記逆浸透膜装置で処理する前で且つ前記生物膜処理装置で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置とを備えている。
　本発明の第二の態様における水処理システムは、被処理水を逆浸透膜によって溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離する淡水分離工程と、担体の表面に形成された生物膜によって、前記逆浸透膜に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理工程と、前記生物膜処理工程で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記淡水分離工程で処理する前で且つ前記生物膜処理工程で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加工程とを含む。
　上記水処理システムにおいては、前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び前記還元剤の少なくとも一方を添加した前記被処理水を混合する混合手段を備えていてもよい。
　上記水処理方法においては、前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び前記還元剤の少なくとも一方を添加した前記被処理水を混合する混合工程を含んでいてもよい。
　上記水処理システム及び水処理方法においては、生物膜処理装置（生物膜処理工程）の前段あるいは後段で次亜塩素酸などの酸化剤を添加し（酸化剤添加工程）、被処理水中の微生物等を死滅させ、例えば被処理水の海水などを取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止できる。さらに、生物膜処理装置の前段あるいは後段で、且つ酸化剤を添加した後でＳＢＳなどの還元剤を添加（還元剤添加工程）することにより、先に添加した酸化剤を中和処理することができる。
　生物膜処理装置の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、生物膜処理装置の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがない。そのため、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。また、酸化剤と還元剤とを添加した被処理水が逆浸透膜装置の逆浸透膜に供給される。そのため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、高い精度で逆浸透膜の膜性能を維持して、被処理水を処理（淡水分離工程）、すなわち淡水を製造することが可能になる。さらに、生物膜処理装置の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などを生物膜処理装置で分解除去することができる。そのため、後段の逆浸透膜（逆浸透膜装置）のファウリングを効果的に抑制することが可能になる。
　逆浸透膜装置で処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、被処理水中の微生物などを酸化剤によって分解除去することができる。生物膜処理装置の後段で酸化剤を添加するため、生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがない。そのため、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、高精度且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。
　逆浸透膜装置で処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で酸化剤と還元剤とを添加した場合には、還元剤によって酸化剤を中和処理した被処理水が逆浸透膜に供給される。そのため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、高い精度で逆浸透膜の膜性能を維持して、被処理水を処理、すなわち淡水を製造することが可能になる。
　上記水処理システム及び水処理方法においては、生物膜処理装置（生物膜処理工程）で被処理水を処理する前段、あるいは逆浸透膜装置で被処理水を処理する前で且つ生物膜処理装置で処理した後の後段で、酸化剤及び還元剤のいずれか一方を添加した被処理水を混合（混合工程）することによって、酸化剤の効果、還元剤の効果を確実に発揮させることができる。これにより、より高精度且つ効果的に、生物膜の膜性能、逆浸透膜の膜性能を維持することが可能になる。
本発明の一実施形態に係る水処理システム（及び水処理方法）を示す図である。 本発明の一実施形態に係る水処理システム（及び水処理方法）の変更例を示す図である。
　以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る水処理システム及び水処理方法について説明する。ここで、本実施形態では、本発明に係る水処理システム及び水処理方法が、被処理水として海水を用い、この海水を逆浸透膜（ＲＯ膜）で濃縮水と淡水に分離して淡水を製造するシステム及び方法であるものとして説明を行う。なお、本発明に係る被処理水は必ずしも海水に限定する必要はない。
　本実施形態の水処理システムＡは、図１（及び図２）に示すように、前処理装置１と、逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）２とを備えている。
　前処理装置１は、被処理水の海水３中の微粒子やコロイドなどの懸濁物、藻類や貝類などの微生物を除去する。前処理装置１は、海水３を取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止し、また、逆浸透膜２の透水性能が低下するファウリング現象を抑えるためのものである。
　本実施形態の前処理装置１は、表面に生物膜を形成した担体を備える生物膜処理装置４と、海水３に次亜塩素酸等の酸化剤を添加する酸化剤添加装置５と、重亜硫酸ソーダ（ＳＢＳ）などの還元剤を、酸化還元電位を計測しながら添加して酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置６とを備えている。
　また、生物膜処理装置４は、逆浸透膜装置２に透過させる前の海水３を処理するように逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側（流通方向上流側）に配設されている。
　なお、この生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）４は、生物膜を表面に形成した砂などの担体を容器に充填して構成されている。これにより、生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）４は、生物膜によるＢＯＤ成分の分解除去性能に加え、ろ過性能を備えている。また、本実施形態の生物膜処理装置４は、逆洗によってろ過性能を回復させるための逆洗ポンプ等の逆洗手段７を備えている。さらに、生物膜を好適に担体表面に形成したり、好適に形成された生物膜を維持したりするため、窒素やリンなどの栄養分を適宜供給可能な栄養分供給手段８と、酸素を供給する酸素供給手段９とを備えている。また、生物膜の量や状態を、シルト密度指数（ＳＤＩ）、目詰まり指数（ＳＩ）、汚れ指数（ＦＩ）、溶存酸素量（ＤＯ）、逆洗排水の濁度、装置入口出口の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、生物化学的酸素消費量（ＢＯＤ）などを適宜選択的に、定期・不定期的あるいは連続的に測定して、生物膜の量や状態を確認する生物膜確認手段１０を備えている。
　図１に示すように、酸化剤添加装置５は、生物膜処理装置４で処理する前段の海水３に酸化剤を添加するように、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設されている。また、還元剤添加装置６は、生物膜処理装置４で処理する前段の海水３に還元剤を添加するように、且つ酸化剤を添加した後の海水３に還元剤を添加するように、生物膜処理装置４と酸化剤添加装置５の間に配設されている。すなわち、還元剤添加装置６は、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ前方側で、且つ酸化剤添加装置５よりも海水３の給送方向Ｔ後方側に配設されている。
　一方、図２に示すように、酸化剤添加装置５は、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段の海水３に酸化剤を添加するように、生物膜処理装置４と逆浸透膜装置２の間に配設されていてもよい。すなわち、酸化剤添加装置５は、生物膜処理装置４よりも海水３の給送方向Ｔ後方側で、且つ逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設されていてもよい。
　この場合、還元剤添加装置６は、酸化剤を添加した後の海水３に還元剤を添加するように、且つ逆浸透膜装置２で処理する前の海水３に還元剤を添加するように、酸化剤添加装置５と逆浸透膜装置２の間に配設される。すなわち、還元剤添加装置６は、酸化剤添加装置５よりも海水３の給送方向Ｔ後方側で、且つ逆浸透膜装置２よりも海水３の給送方向Ｔ前方側に配設される。
　逆浸透膜装置２は、例えば、複数の逆浸透膜エレメント（逆浸透膜モジュール）を容器内に備えている。逆浸透膜装置２は、各逆浸透膜エレメントに前処理装置１で処理した後の海水３が供給され、この海水３が各逆浸透膜エレメントの逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離して容器から排出される。これにより、淡水１２が製造される。なお、濃縮水１１を電気透析装置や蒸発器に送り、塩化ナトリウムや苦汁を生成したり、海水３に含まれるカリウム、臭素、ホウ素などを有価物として抽出回収したりするように、水処理システムＡを構成してもよい。
　上記構成を有する本実施形態の水処理システムＡを用いて海水３から淡水１２を製造する際には（本実施形態の水処理方法においては）、図１に示すように、被処理水である原水の海水３を取水する。その後、生物膜処理装置４に供給する前段で、まず、海水３に酸化剤添加装置５によって酸化剤を添加する（酸化剤添加工程）。この酸化剤の添加によって海水３中の微生物などが死滅し、それ以降の取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することが防止される。
　酸化剤を添加した海水３に、生物膜処理装置４に供給する前段で、還元剤添加装置６によって還元剤を添加する（還元剤添加工程）。この還元剤の添加によって、海水３中に残った酸化剤が中和処理される。このとき、酸化還元電位を計測しながら還元剤を添加することで、過剰に還元剤が添加されることを防止する。
　酸化剤と還元剤を添加して処理した海水３が生物膜処理装置４に送られる。この生物膜処理装置４の担体の表面に形成された生物膜の微生物が海水３中の懸濁物など（ＢＯＤ成分）を補足したり、分解したりするなどして除去する。また、前段で添加した酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物なども生物膜処理装置４で分解除去される。さらに、この生物膜処理装置４は、表面に生物膜が形成された担体を容器に充填し、ろ過性能を備えている。そのため、生物膜処理装置４では、生物膜の微生物による懸濁物の除去性能に加え、海水３が生物膜処理装置４の容器内を透過してろ過されることによっても、海水３中の懸濁物が除去される。これにより、従来のように凝集剤を添加することなく、海水３の処理が行える（生物膜処理工程）。
　このとき、生物膜処理装置４に供給して処理する前段で、海水３中の酸化剤が還元剤によって中和されている。そのため、酸化剤によって生物膜の微生物の活性低下が生じたり、死滅による生物膜の減少が生じない。このため、確実に生物膜の膜性能が発揮され、海水３が好適に前処理されることになる。
　このように生物膜処理装置４によって処理された海水３が逆浸透膜装置２に供給されるとともに、逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離され、淡水１２が製造される（淡水分離工程）。このとき、既に酸化剤が還元剤によって中和されているため、残留した酸化剤によって逆浸透膜が酸化し、逆浸透膜の膜性能の低下を招くことがない。
　また、前段で添加した酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などが生物膜処理装置４で分解除去されているため、高精度且つ効果的に、逆浸透膜の膜性能の低下（ファウリング現象）が抑制されることになる。
　一方、図２に示すように水処理システムＡを構成した場合には、被処理水である原水の海水３を取水し、この海水中の懸濁物、微生物などが生物膜処理装置４の生物膜で捕捉、分解して除去され、さらに、生物膜処理装置４のろ過性能によって除去される（生物膜処理工程）。
　次に、生物膜処理装置４で処理した後の海水３に、酸化剤添加装置５によって酸化剤を添加（酸化剤添加工程）する。これによって、生物膜処理装置（生物膜）４で処理しきれなかった海水３中の懸濁物や微生物などが分解除去される。このため、図２に示すように生物膜処理装置４の後に酸化剤を添加する場合には、酸化剤の薬剤量を少なくすることができる。
　このように生物膜処理装置４の後段で酸化剤を添加すると、高い精度で、酸化剤由来の生物膜処理装置４の生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）が確実且つ好適に維持されることになる。
　次に、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４及び酸化剤添加装置（酸化剤）５で処理した後の後段の海水３に、還元剤添加装置６によって還元剤を添加する（還元剤添加工程）。これにより、海水３中に残留した酸化剤が還元剤で中和処理される。
　このように生物膜処理装置４、酸化剤添加装置５、還元剤添加装置６によって処理された海水３が逆浸透膜装置２に供給されるとともに、逆浸透膜によって濃縮水１１と淡水１２に分離され、淡水１２が製造される（淡水分離工程）。このとき、既に酸化剤が還元剤によって中和されているため、残留した酸化剤によって逆浸透膜が酸化し、逆浸透膜の膜性能の低下を招くことがない。また、生物膜処理装置４と酸化剤によって十分に海水３中の懸濁物、微生物などが除去されているため、高精度且つ効果的に、逆浸透膜の膜性能の低下（ファウリング現象）が抑制されることになる。
　したがって、本実施形態の水処理システムＡ及び水処理方法においては、生物膜処理装置４（生物膜処理工程）の前段あるいは後段で次亜塩素酸などの酸化剤を添加し（酸化剤添加工程）、被処理水の海水３中の微生物等を死滅させ、海水３を取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止できる。さらに、生物膜処理装置４の前段あるいは後段で、且つ酸化剤を添加した後でＳＢＳなどの還元剤を添加（還元剤添加工程）することにより、先に添加した酸化剤を中和処理することができる。
　生物膜処理装置４の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、生物膜処理装置４の生物膜（微生物）の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがない。そのため、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、確実且つ効果的に被処理水を処理することが可能になる。また、酸化剤と還元剤とを添加した海水３が逆浸透膜装置２の逆浸透膜に供給される。そのため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、高い精度で逆浸透膜の膜性能を維持して、海水３を処理、すなわち淡水１２を製造することが可能になる（淡水分離工程）。さらに、生物膜処理装置４の前段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、酸化剤によって難分解性有機物から生成される低分子有機物などを生物膜処理装置４で分解除去することができる。そのため、後段の逆浸透膜（逆浸透膜装置２）のファウリングを効果的に抑制することが可能になる。
　逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で酸化剤と還元剤を添加した場合には、海水３中の微生物などを酸化剤によって分解除去することができる。生物膜処理装置４の後段で酸化剤を添加するため、生物膜の活性低下や、死滅による生物膜の減少が生じることがなく、生物膜の性能（及びろ過性能）を維持し、凝集剤を用いることなく、高精度且つ効果的に海水３を処理することが可能になる。また、逆浸透膜装置２で処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で酸化剤と還元剤とを添加した場合には、還元剤によって酸化剤を中和処理した海水３が逆浸透膜に供給される。そのため、酸化剤が残留して逆浸透膜の酸化を招くことがなく、高い精度で逆浸透膜の膜性能を維持して、海水３を処理、淡水１２を製造することが可能になる。
　以上、本発明に係る水処理システム及び水処理方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、図１及び図２に破線で示したように、生物膜処理装置４（生物膜処理工程）で被処理水３を処理する前段、あるいは逆浸透膜装置２で被処理水３を処理する前で且つ生物膜処理装置４で処理した後の後段で、酸化剤及び還元剤のいずれか一方を添加した被処理水３を混合（混合工程）する混合手段１３を備えて、水処理システムＡを構成するようにしてもよい。この場合には、上記した本実施形態の作用効果に加え、混合手段１３（混合工程）によって、添加した酸化剤や還元剤を早期に且つ確実に被処理水３に混合できる。そのため、酸化剤の効果、還元剤の効果を確実に発揮させることができる。よって、より高精度且つ効果的に、生物膜の膜性能、逆浸透膜の膜性能を維持することが可能になる。
　上記水処理システム及び水処理方法によれば、生物膜処理装置（生物膜処理工程）の前段あるいは後段で次亜塩素酸などの酸化剤を添加し（酸化剤添加工程）、被処理水中の微生物等を死滅させ、例えば被処理水の海水などを取水する取水口や配管、水路などに藻類や貝類等の生物が付着することを防止できる。
１            前処理装置
２              逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）
３            海水（被処理水）
４        生物膜処理装置（生物膜ろ過装置）
５             酸化剤添加装置
６          還元剤添加装置
７          逆洗手段
８         栄養分供給手段
９          酸素供給手段
１０          生物膜確認手段
１１        濃縮水
１２         淡水
１３           混合手段
Ａ         水処理システム
Ｔ          被処理水の給送方向（流通方向）

Claims (4)

  1. 　被処理水を溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離するための逆浸透膜装置を備えた水処理システムであって、
    　表面に生物膜を形成した担体を備え、前記逆浸透膜装置に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理装置と、
    　前記生物膜処理装置で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記逆浸透膜装置で処理する前で且つ前記生物膜処理装置で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加装置と、
    　前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加装置とを備えている水処理システム。
  2. 　請求項１記載の水処理システムにおいて、
    　前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び前記還元剤の少なくとも一方を添加した前記被処理水を混合する混合手段を備えている水処理システム。
  3. 　被処理水を逆浸透膜によって溶質濃度が高い濃縮水と淡水に分離する淡水分離工程と、
    　担体の表面に形成された生物膜によって、前記逆浸透膜に透過させる前の前記被処理水を処理する生物膜処理工程と、
    　前記生物膜処理工程で処理する前段の前記被処理水、あるいは前記淡水分離工程で処理する前で且つ前記生物膜処理工程で処理した後の後段の前記被処理水に、酸化剤を添加する酸化剤添加工程と、
    　前記前段の被処理水、あるいは前記後段の被処理水に、還元剤を添加して前記酸化剤を中和処理するための還元剤添加工程とを含む水処理方法。
  4. 　請求項３記載の水処理方法において、
    　前記前段あるいは前記後段の前記酸化剤及び前記還元剤の少なくとも一方を添加した前記被処理水を混合する混合工程を含む水処理方法。
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