WO2016151673A1 - 水処理装置、及び水処理装置の運転方法 - Google Patents

水処理装置、及び水処理装置の運転方法 Download PDF

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    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment apparatus and a method of operating the same.
  • a water treatment apparatus using a reverse osmosis membrane has been put to practical use as a technology for desalination of seawater and purification of industrial water.
  • the technology described in Patent Document 1 below is known.
  • the upstream stage membrane module bank having a plurality of membrane modules, the downstream stage membrane module bank, and the upstream stage membrane module bank are each And a pump for pumping the treated water).
  • a target value is determined in advance with respect to the ratio (fresh water recovery rate) of fresh water recovered from treated water such as seawater. If the fresh water recovery rate is excessively high, the salt concentration contained in the concentrated water, which is the remaining component from which the fresh water is separated, will be excessively increased. If concentrated water with high salt concentration is discharged into the environment, there is a concern that the environmental load may increase. For this reason, for example, when desalinizing seawater, the fresh water recovery rate is set to about 25 to 40%.
  • the fresh water recovery rate is relatively lowered.
  • the supply pressure of the water to be treated to the reverse osmosis membrane can be increased.
  • the pressure of the treated water increases, the amount of fresh water separated in the reverse osmosis membrane increases, and the fresh water recovery rate starts to increase.
  • the amount of concentrated water separated from the water to be treated decreases. That is, in the device described in Patent Document 1, the amount of concentrated water supplied from the membrane module bank on the upstream stage side to the membrane module bank on the downstream stage side decreases. Furthermore, in a device using a reverse osmosis membrane, a lower limit value is set for the amount (flow rate) of concentrated water discharged from one element. If the amount of concentrated water is below this lower limit, problems such as scale precipitation may occur due to an increase in film surface concentration due to concentration polarization in the membrane module, and sufficient separation and concentration may not be possible. Therefore, in the apparatus described in the above-mentioned patent documents 1, freshwater recovery rate will become limited.
  • This invention is made in view of the said situation, and it aims at improving the freshwater recovery rate and operation rate in a water treatment apparatus.
  • the water treatment devices are disposed in parallel to each other, and as a plurality of reverse osmosis membrane devices that separate the water to be treated supplied from the upstream side into primary concentrated water and fresh water.
  • a primary unit having a primary element, a pump for supplying the treated water to the primary unit by pumping the treated water from the upstream side of the primary unit, and a smaller number of pumps than the primary element are provided.
  • a secondary unit having a secondary element as a reverse osmosis membrane device disposed in parallel with each other to separate the primary concentrated water into secondary concentrated water and fresh water, and any of the water to be treated and the primary concentrated water
  • a secondary element as a reverse osmosis membrane device that separates one into concentrated water and fresh water
  • a mode switching unit to switch to one of the secondary mode to use as the secondary element in the secondary unit.
  • the ratio of the fresh water recovered from the secondary unit to the deposition of the water to be treated increases.
  • the amount of primary concentrate flowing into one secondary element decreases in the secondary unit.
  • a lower limit value is set for the amount of concentrated water to be discharged.
  • the mode switching unit switches the subelement from the secondary mode to the primary mode. This allows subelements to be used as primary elements.
  • the treated water led to the subelement in the primary mode is separated into primary concentrated water and fresh water.
  • switching the subelements to the primary mode substantially increases the number of primary elements in the primary unit and reduces the number of secondary elements in the secondary unit. Thereby, a sufficient amount of secondary concentrated water can be derived for each secondary element of the secondary unit.
  • the sub-element forms one of the secondary elements in the secondary unit
  • the mode switching unit A sub distribution line for guiding treated water from between a pump and the primary unit toward the sub element, a first valve provided on the sub distribution line, and concentrated water separated by the sub element;
  • a second switching valve capable of stopping the discharge of concentrated water from the subelement, and a third switching valve capable of stopping the supply of the primary concentrated water from the secondary unit to the subelement It may be.
  • the secondary element as a subelement can be isolate
  • the sub distribution line and the sub water collection line are opened by opening the first valve and the second valve respectively.
  • the first and second valves can open and close the valves during operation of the device.
  • water can be supplied to the subelements without stopping the water treatment apparatus. In other words, mode switching can be performed without lowering the operation rate of the water treatment apparatus.
  • the reflux line for refluxing a part of the fresh water separated in the secondary unit to the upstream side of the pump may be provided on the reflux line to pressure feed the fresh water, and a reflux valve may be provided on the reflux line to adjust the flow state of the fresh water.
  • a portion of the fresh water separated in the secondary unit can be taken out by the reflux line, and then can be returned to the upstream side of the pump as treated water.
  • the characteristic value of at least one of the water to be treated, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water is The switching between the primary mode and the secondary mode of the sub-element by the mode switching unit is controlled based on the comparison between the measurement unit to be measured, the Langeria saturation index obtained from the characteristic value, and a predetermined reference value. And a control unit.
  • the characteristic value is at least at least the treated water, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water.
  • the control unit may include an operation unit that calculates the Langelier saturation index based on the temperature or the electric conductivity.
  • the configuration as described above it is possible to maximize the fresh water recovery rate by the water treatment apparatus according to the water quality in at least one of the treated water, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water.
  • the measuring unit and the control unit it is possible to flexibly cope with the change of the water quality due to the seasonal fluctuation and the like by autonomously adjusting the performance of the water treatment apparatus.
  • a method of operating a water treatment apparatus comprising: operating the water treatment apparatus when switching the water treatment apparatus according to the second or third aspect from the secondary mode to the primary mode And closing the first switching valve to stop the discharge of fresh water from the sub-element; and closing the second switching valve to stop the discharge of concentrated water from the sub-element And closing the third switching valve to stop the supply of the primary concentrated water from the secondary unit to the sub-element; and opening the first valve to cut the sub-element through the sub-distribution line.
  • the first switching valve, the second switching valve, and the third switching valve in the mode switching unit are firstly closed to discharge fresh water to the subelement, discharge concentrated water, and primary from the upstream side. Supply of concentrated water is stopped. As a result, the subelements are substantially separated from the secondary unit. In this state, by sequentially opening the first valve and the second valve, the sub distribution line and the sub water collection line are opened, and the treated water is introduced to the sub element. That is, the subelement functions as one of the primary elements. Thereafter, the treated water led to the subelement is separated into primary concentrated water and fresh water.
  • these first and second valves can open and close the valves during operation of the device. Thus, water can be supplied to the subelements without stopping the water treatment apparatus. In other words, mode switching can be performed without lowering the operation rate of the water treatment apparatus.
  • the fresh water recovery rate and the operation rate can be improved.
  • the water treatment apparatus 1 includes a water intake line L1 through which the water to be treated SW flows, and a plurality of pumps P pumping the water to be treated SW upstream and downstream of the water intake line L1.
  • Primary unit U1 having a reverse osmosis membrane device (primary element E1 and secondary element E2), and a secondary unit U2, and a connection line Lc connecting the primary unit U1 and the secondary unit U2 to each other. There is.
  • the water treatment apparatus 1 switches the use state (mode) of the subelement E2s as a reverse osmosis membrane apparatus to which any one of the above-mentioned treated water SW and the primary concentrated water CW1 is led and the subelement E2s. And a mode switching unit 2.
  • the intake line L1 is a flow path for leading the water to be treated SW supplied from the outside to the water treatment apparatus 1.
  • a pretreatment device (not shown) is provided on the upstream side of the water intake line L1.
  • a flocculant for aggregating fine particles, colloids and the like, pH adjustment and the like are performed. More specifically, hypochlorous acid is preferably used as the oxidizing agent.
  • an inorganic coagulant such as ferric chloride and a polymer coagulant such as PAC are used as the suspension flocculated by these flocculants is removed by sand filters.
  • the water to be treated SW subjected to the pretreatment is pumped from the upstream side to the downstream side in the water intake line L1 by the pump P provided on the water intake line L1.
  • the primary unit U1 and the secondary unit U2 are devices for separating and concentrating the to-be-treated water SW led by the water intake line L1 by reverse osmosis.
  • the primary unit U1 discharges a plurality of primary elements E1 arranged in parallel to one another, a primary distribution line Ld1 for distributing the water to be treated SW in the intake water line L1 to the plurality of primary elements E1, and a primary element E1. It has the primary water collecting line Lg1 and the primary fresh water line Lf1 through which the primary concentrated water CW1 and the fresh water (primary fresh water FW1) flow, respectively.
  • the primary element E1 is a reverse osmosis membrane device internally provided with a reverse osmosis membrane (RO membrane: Reverse Osmosis Membrane) such as a hollow fiber membrane or a spiral membrane.
  • RO membrane Reverse Osmosis Membrane
  • Each primary element E1 mainly includes an exterior member called a vessel and a reverse osmosis membrane disposed inside the vessel.
  • the vessel is provided with a primary inlet E11 connected to the distribution line, a primary water collection port E12 respectively connected to the primary water collection line Lg1 and a primary fresh water line Lf1, and a primary fresh water collection port E13. It is done.
  • the primary unit U1 is configured by arranging the primary elements E1 in parallel with one another. As an example, in the present embodiment, five primary elements E1 are arranged in parallel. More specifically, the downstream end of the water intake line L1 and the primary inlet E11 of each primary element E1 are connected to each other by the distribution line described above. Furthermore, the primary water collection line Lg1 mutually connects the primary water collection port E12 of each primary element E1 and the upstream end of the connection line Lc (described later).
  • the primary fresh water line Lf1 is a flow path for discharging and recovering the fresh water separated in each primary element E1 to the outside.
  • a tank for storing the collected fresh water and a facility for performing further filtration and the like are connected (all not shown).
  • the five primary elements E1 are in parallel with one another.
  • the number of primary elements E1 is not limited to five, and may be four or less, or six or more as long as it is larger than the number of secondary elements E2 described later.
  • the secondary unit U2 is an apparatus for further separating and concentrating the primary concentrated water CW1 generated in the primary unit U1 with the same configuration as that of the primary unit U1. More specifically, the secondary unit U2 distributes the primary concentrated water CW1 generated in the primary unit U1 to the plurality of secondary elements E2 arranged in parallel to one another and the plurality of secondary elements E2 Secondary distribution line Ld2 and secondary water collecting line Lg2 and secondary fresh water line Lf2 through which secondary concentrated water CW2 and fresh water (secondary fresh water FW2) discharged from the secondary element E2 flow respectively Have.
  • the secondary element E2 is a reverse osmosis membrane device having the same configuration and performance as the above primary element E1, but these will be distinguished in the following description.
  • a secondary inlet E21 connected to the secondary distribution line Ld2, a secondary water collection line Lg2, and a secondary water collection port E22 connected to the secondary fresh water line Lf2, respectively, and A secondary fresh water collecting port E23 is provided.
  • the secondary unit U2 is configured by arranging a plurality of secondary elements E2 in parallel with each other.
  • the number of secondary elements E2 in the secondary unit U2 is set smaller than the number of primary elements E1 in the primary unit U1.
  • the secondary unit U2 is provided with three secondary elements E2.
  • the number of secondary elements E2 is not limited to three, and may be two or four or more as long as the number is smaller than the number of primary elements E1.
  • one secondary element E2 is taken as the above-mentioned sub-element E2s.
  • a subline system S is provided as a system for supplying and discharging concentrated water and fresh water to the subelement E2s. More specifically, as the sub-line system S, the sub-element E2s includes the sub-distribution line Ls1 for guiding the water to be treated SW from the intake line L1 and the concentrated water generated by the sub-element E2s.
  • the sub catchment line Ls2 is connected to each other.
  • the sub distribution line Ls1 is a flow path which connects between the pump P and the primary unit U1 on the water intake line L1 and the secondary distribution line Ld2 in the secondary element E2 as the sub element E2s.
  • the sub water collection line Ls2 also includes a secondary water collection line Lg2 in the secondary element E2 as the sub element E2s, and a flow path (connection line Lc described later) between the primary unit U1 and the secondary unit U2. It is a flow path to connect.
  • valve devices for adjusting the flow state of the respective flow paths are provided on the sub distribution line Ls1 and the sub water collection line Ls2.
  • the valve device provided on the sub distribution line Ls1 is a first valve V1.
  • the valve device provided on the sub water collection line Ls2 is a second valve V2.
  • the subline system S configured in this way constitutes a part of the mode switching unit 2 described later.
  • connection line Lc connects the downstream side of the primary unit U1 and the upstream side of the secondary unit U2 (including the subelement E2s). More specifically, the connection line Lc connects the downstream end of each primary water collecting line Lg1 in the primary unit U1 and the upstream end of each secondary distribution line Ld2 in the secondary unit U2 with each other. ing. As a result, the primary concentrated water CW1 generated in the primary unit U1 is circulated in the order of the primary water collection line Lg1, the connection line Lc, and the secondary distribution line Ld2 to form the secondary unit U2 including the sub-element E2s. It is distributed to each secondary element E2.
  • the primary concentrated water CW1 is further separated and concentrated to generate fresh water (secondary fresh water FW2) and secondary concentrated water CW2 as a residual component excluding the secondary fresh water FW2. Be done.
  • Fresh water is recovered through the secondary fresh water line Lf2.
  • the secondary concentrated water CW2 is recovered through the secondary water collection line Lg2, and then discharged to the outside through an aftertreatment and the like by an external facility (not shown).
  • the sub-element E2s described above is capable of mode switching between a primary mode used as one of the primary elements E1 and a secondary mode used as one of the secondary elements E2 .
  • Such mode switching is performed by the mode switching unit 2.
  • the mode switching unit 2 includes the sub-line system S described above and the dividing unit 4.
  • the dividing unit 4 has three valve devices. These valve devices are respectively a first switching valve Vc1, a second switching valve Vc2, and a third switching valve Vc3.
  • the first switching valve Vc1 is provided on a secondary fresh water line Lf2 connected to the secondary element E2 as the sub element E2s.
  • the first switching valve Vc1 By opening and closing the first switching valve Vc1, the flow state of the fresh water (secondary fresh water FW2) in the secondary fresh water line Lf2 is switched.
  • the flow of the secondary fresh water FW2 can be stopped by closing the first switching valve Vc1.
  • the second switching valve Vc2 is provided on a secondary water collection line Lg2 connected to the secondary element E2 as the sub element E2s.
  • the second switching valve Vc2 By opening and closing the second switching valve Vc2, the flow state of the secondary concentrated water CW2 in the secondary water collection line Lg2 is switched.
  • the flow of the second concentrated water CW2 can be stopped by closing the second switching valve Vc2.
  • the third switching valve Vc3 is provided on the secondary distribution line Ld2 connected to the secondary element E2 as the sub element E2s. By opening and closing the third switching valve Vc3, the distribution state of the primary concentrated water CW1 in the secondary distribution line Ld2 is switched. For example, the flow of the primary concentrated water CW1 can be stopped by closing the third switching valve Vc3.
  • each valve device (the first switching valve Vc1, the second switching valve Vc2, and the third switching valve Vc3) in the dividing unit 4 is open.
  • each valve device (the first valve V1 and the second valve V2) provided in the sub-line system S is in a closed state.
  • the said secondary mode is made into a normal driving
  • the water to be treated SW is led to the primary unit U1 through the water intake line L1.
  • the water to be treated SW pressurized by the pump P is passed through the reverse osmosis membrane of each primary element E1 under high pressure.
  • reverse osmosis to the water to be treated SW is performed in each primary element E1.
  • primary concentrated water CW1 in which the salt content etc. in treated water SW is concentrated
  • primary fresh water FW1 which is the remaining component (fresh water) excluding this primary concentrated water CW1 are generated .
  • the fresh water component of the water SW to be treated passes through the reverse osmosis membrane and reaches the downstream side to become primary fresh water FW1.
  • the primary fresh water FW1 permeates downstream, whereby the salts contained in the water to be treated SW are concentrated on the upstream side of the reverse osmosis membrane.
  • the primary concentrated water CW1 is generated on the upstream side of the reverse osmosis membrane.
  • the pressure of the primary fresh water FW1 is smaller than the pressure of the above-described treated water SW.
  • the primary fresh water FW1 is recovered to the outside through the primary fresh water line Lf1.
  • the primary concentrated water CW1 is collected in the primary water collection line Lg1, and then flows into the downstream secondary unit U2 via the connection line Lc.
  • the primary concentrated water CW1 that has flowed in via the connection line Lc is distributed to the respective secondary elements E2 by the secondary distribution line Ld2.
  • the primary concentrated water CW1 is also distributed to the sub element E2s as the secondary element E2.
  • the secondary element E2 as in the case of the primary element E1, separation of fresh water from the primary concentrated water CW1 and concentration of salts are performed. That is, a secondary fresh water FW2 which is a fresh water component in the primary concentrated water CW1 and a secondary concentrated water CW2 which is a component other than the secondary fresh water FW2 are generated.
  • the secondary fresh water FW2 is collected outside by the secondary fresh water FW2 collection line. After being collected in the secondary water collection line Lg2, the secondary concentrated water CW2 is discharged to the external environment. By continuously performing the above operation, the water to be treated SW (seawater) is desalinated.
  • a target value is determined in advance with respect to the volume ratio (fresh water recovery rate) of fresh water recovered from the treated water SW.
  • the freshwater recovery rate is set to about 25 to 40%.
  • the fresh water recovery rate may decrease relatively and fall below the above target value.
  • the supply pressure of the water to be treated SW to the reverse osmosis membrane can be increased.
  • the pressure of the water to be treated SW increases, the amount of fresh water separated in the reverse osmosis membrane increases, and the fresh water recovery rate starts to increase.
  • the lower limit value is set for the amount (flow rate) of the concentrated water to be discharged. If the amount of concentrated water is below this lower limit, problems such as scale precipitation may occur due to an increase in film surface concentration due to concentration polarization in the membrane module, and sufficient separation and concentration may not be possible.
  • the secondary element E2 is used as the primary element E1 (switched to the primary mode) by the mode switching unit 2 described above. It is possible to substantially reduce the number of E2. The operation at the time of such mode switching will be described in detail below.
  • the subelement E2s is divided from the secondary unit U2 by the dividing unit 4 described above.
  • the step of closing the third switching valve Vc3 is performed in the above order.
  • the flow of the secondary fresh water FW2 in the secondary fresh water line Lf2 fresh water line
  • the second switching valve Vc2 after closing the first switching valve Vc1 the flow of the secondary concentrated water CW2 in the secondary water collecting line Lg2 (secondary concentrated water CW2 line) is stopped.
  • the second water collection line Lg2 is closed by closing the third switching valve Vc3 after closing the second switching valve Vc2.
  • the supply of the primary concentrated water CW1 by the secondary water collection line Lg2 is stopped.
  • the secondary element E2 as the subelement E2s is separated (broken up) from the other secondary elements E2 in the secondary unit U2.
  • the primary concentrated water CW1 remains in the sub-element E2s.
  • the first valve V1 on the sub distribution line Ls1 is opened.
  • a part of the to-be-treated water SW circulating in the intake line L1 is led to the sub element E2s through the sub distribution line Ls1. That is, the sub-element E2s starts to function as the primary element E1 by introducing the water to be treated SW similarly to the other primary elements E1.
  • the water to be treated SW is separated in the subelement E2s into concentrated water as the primary concentrated water CW1 and fresh water as the primary fresh water FW1.
  • the second valve V2 on the sub water collection line Ls2 is opened.
  • the primary concentrated water CW1 generated by the subelement E2s is recovered by the sub water collection line Ls2. Since the sub water collection line Ls2 is connected onto the connection line Lc as described above, the primary concentrated water CW1 generated by the sub element E2s is led to the secondary unit U2 through the connection line Lc.
  • the secondary unit U2 after separation of the primary concentrated water CW1 is performed by the other secondary element E2 excluding the subelement E2s, the primary concentrated water CW1 is recovered as a secondary concentrated water CW2 and a secondary fresh water FW2, respectively.
  • the ratio of the fresh water recovered from the secondary unit U2 to the deposition of the water SW to be treated by increasing the output of the pump P fresh water Recovery rate.
  • fresh water recovery rate increases, the amount of secondary concentrated water CW2 discharged from per secondary element E21 decreases in the secondary unit U2.
  • the lower limit value is set for the amount of concentrated water discharged from one element. Therefore, in the water treatment apparatus 1 according to the present embodiment, when the amount of the secondary concentrated water CW2 decreases as described above, the mode switching unit 2 switches the mode of the sub element E2s to thereby select the sub element E2s. It is configured to be used as one of the primary elements E1.
  • the number of primary elements E1 in the primary unit U1 is five, and the secondary element E2 in the secondary unit U2 is The number of is assumed to be three.
  • the secondary element E2 as the subelement E2s is apparently incorporated into the primary unit U1 and functions as one of the primary elements E1. That is, the primary unit U1 in this state has six primary elements E1, and the secondary unit U2 has two secondary elements E2.
  • the primary unit U1 can generate more fresh water than the secondary mode. In other words, the maximum value of the fresh water recovery rate can be improved.
  • the production amount of primary concentrated water CW1 decreases with the increase of the fresh water recovery rate.
  • the number of secondary elements E2 in the secondary unit U2 is smaller than that in the secondary mode. Therefore, even if the fresh water recovery rate is increased and the amount of concentrated water is reduced, the amount of secondary concentrated water CW2 discharged from one remaining secondary element E2 can be increased.
  • each valve device first switching valve Vc1, second switching valve Vc2, third switching valve Vc3, first valve V1, second valve V2
  • these valve devices can be opened and closed (through operation) of the water treatment device 1. Therefore, in the water treatment apparatus 1 according to the present embodiment, the use state of the sub-element E2s can be switched without stopping the operation. Thereby, the maximum value of the fresh water recovery rate can be improved without lowering the operation rate of the water treatment apparatus 1.
  • the reflux unit 3 includes a reflux line Lc1 for refluxing fresh water as secondary fresh water FW2 to the upstream side of the primary unit U1, a reflux pump Pc for unidirectionally pumping the secondary fresh water FW2 on the reflux line Lc1, and the like. And a reflux valve V3 provided on the reflux line Lc1.
  • the reflux line Lc1 connects the area downstream of the first switching valve Vc1 on the secondary fresh water line Lf2 with the area upstream of the pump P on the water intake line L1. .
  • the reflux valve V3 is a valve device that switches the flow state of the secondary fresh water FW2 in the reflux line Lc1.
  • the operating method of the water treatment apparatus 1 comprised as mentioned above is demonstrated.
  • the step of opening the reflux valve V3 and the step of driving the reflux pump Pc are sequentially performed.
  • a part of the secondary fresh water FW2 circulating in the secondary fresh water line Lf2 is extracted by the reflux line, and is then supplied to the water intake line L1.
  • the amount of treated water SW in the water intake line L1 is increased. That is, more concentrated water is introduced to each primary element E1 in the primary unit U1.
  • the operation of the mode switching unit 2 and the return flow unit 3 in each of the above embodiments may be performed by the operator or may be performed by the control unit 5 shown in FIG.
  • the measurement unit 6 is provided on the above-described intake line L1 and the connection line Lc, whereby water in each line (water to be treated SW, primary concentrated water CW1, secondary concentrated water CW2, Characteristic values of the primary fresh water FW1 and the secondary fresh water FW2) are measured.
  • the control unit 5 controls the opening and closing of each valve device of the mode switching unit 2 based on these characteristic values.
  • the control unit 5 performs calculation based on various characteristic values obtained by the measurement unit 6 and a determination unit 52 that determines whether the mode switching unit 2 needs to operate based on the calculation result by the calculation unit 51. And each valve device of the mode switching unit 2 and the recirculation unit 3 based on the determination of the determination unit 52 (first switching valve Vc1, second switching valve Vc2, third switching valve Vc3, first valve V1, second valve And a signal generation unit 53 for instructing the opening degree of V2 and the return valve V3) as an electric signal.
  • the measurement unit 6 continuously measures the electric conductivity of water, temperature, and characteristic values such as LSI (Langelia Saturation Index).
  • the determination unit 52 in the control unit 5 compares these characteristic values with a predetermined reference value or reference range. When the reference value or the reference range is satisfied, the determination unit 52 determines that the fresh water recovery rate can be increased, and the mode switching unit 2 switches the mode of the subelement E2s (secondary mode to primary mode). Switching) and reflux of the secondary fresh water FW 2 by the reflux unit 3.
  • the determination as to whether or not the fresh water recovery rate is increased is usually made by confirming the presence or absence of scale deposition of the element by means of LSI, but the same determination may be made based on the electrical conductivity and temperature.
  • the value of LSI depends on the electrical conductivity of the water to be measured and the temperature. Furthermore, the electrical conductivity is determined by the concentration of dissolved salt in water (ie, the concentration of salt dissolved in the ionic state as an electrolyte). Also, as the temperature of water rises by 1 ° C., the value of LSI increases by about 1.5 ⁇ 10 ⁇ 2 .
  • the calculation unit 51 in the control unit 5 can calculate the LSI conversion value by performing an operation based on these characteristic values. is there. Even in this case, the determination unit 52 of the control unit 5 determines whether the fresh water recovery rate is increased or not based on the LSI conversion value.
  • the determination unit 52 determines that the fresh water recovery rate can be increased, and the mode switching unit 2 The mode switching of the subelement E2s and the refluxing by the refluxing portion 3 are performed.
  • the performance of the water treatment apparatus 1 can be flexibly coped with with changes in water quality due to seasonal fluctuation and the like.
  • the fresh water recovery rate and the operation rate can be improved.

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Abstract

　水処理装置（１）は、互いに並列に配置されて、被処理水（ＳＷ）を一次濃縮水（ＣＷ１）と淡水（ＦＷ１）とに分離する逆浸透膜装置としての複数の一次エレメント（Ｅ１）を有する一次ユニット（Ｕ１）と、被処理水（ＳＷ）を一次ユニット（Ｕ１）の上流側から一次ユニット（Ｕ１）に供給するポンプ（Ｐ）と、一次エレメント（Ｅ１）よりも少ない個数が設けられるとともに、一次濃縮水（ＣＷ１）を二次濃縮水（ＣＷ２）と淡水（ＦＷ２）とに分離する二次エレメント（Ｅ２）を有する二次ユニット（Ｕ２）と、被処理水（ＳＷ）及び一次濃縮水（ＣＷ１）のいずれか一方を分離するサブエレメント（Ｅ２ｓ）と、サブエレメント（Ｅ２ｓ）を、一次ユニット（Ｕ１）における一次エレメント（Ｅ１）として使用する一次モードと、二次ユニット（Ｕ２）における二次エレメント（Ｅ１）として使用する二次モードとに切り替えるモード切替部（２）と、を備える。

Description

水処理装置、及び水処理装置の運転方法
　本発明は、水処理装置、及びその運転方法に関する。
　海水の淡水化や、工業用水の浄化を行うための技術として、逆浸透膜を用いた水処理装置が実用化されている。その具体例として、下記特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された膜処理装置は、それぞれ複数の膜モジュールを有する上流段側の膜モジュールバンク、及び下流段側の膜モジュールバンクと、上流段側の膜モジュールバンクに対して原水（被処理水）を圧送するポンプと、を有している。
　ところで、このような装置では、海水等の被処理水から回収される淡水の比率（淡水回収率）に対して、予め目標値が定められている。淡水回収率が過度に高い場合には、淡水が分離された残余の成分である濃縮水中に含まれる塩濃度が過度に上昇してしまう。高い塩濃度の濃縮水を環境中に排出した場合、環境負荷が高まることが懸念される。このため、例えば海水を淡水化する場合、淡水回収率は、２５～４０％程度に設定される。
　一方で、装置の連続的な運用に伴って、逆浸透膜の性能が低下した場合には、淡水回収率は相対的に低下する。この場合、逆浸透膜に対する被処理水の供給圧力を高めることで、淡水回収率の低下を補う必要がある。淡水回収率を上げるため、ポンプの出力を上げることで、逆浸透膜に対する被処理水の供給圧力が高められる。被処理水の圧力が上がることにより、逆浸透膜において分離される淡水の量が増加し、淡水回収率が上昇に転じる。
特開２０１３－２２５４４号公報
　しかしながら、上記のように淡水回収率が上昇するに伴って、被処理水から分離される濃縮水の量は減少する。すなわち、上記特許文献１に記載された装置では、上流段側の膜モジュールバンクから下流段側の膜モジュールバンクに対して供給される濃縮水の量が減少する。さらに、逆浸透膜を用いた装置では、エレメント１つあたりから排出される濃縮水の量（流量）に下限値が設定されている。濃縮水の量がこの下限値を下回ると、膜モジュール内で濃度分極による膜面濃度の増加によりスケール析出等の不具合が生じ、十分な分離、濃縮が行えない可能性がある。したがって、上記特許文献１に記載された装置では、淡水回収率が限定的となってしまう。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水処理装置における淡水回収率と稼働率を向上させることを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
　本発明の第一の態様によれば、水処理装置は、互いに並列に配置されて、上流側から供給された被処理水を一次濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としての複数の一次エレメントを有する一次ユニットと、前記被処理水を前記一次ユニットの上流側から圧送することで、該被処理水を前記一次ユニットに供給するポンプと、前記一次エレメントよりも少ない個数が設けられるとともに、互いに並列に配置されて、前記一次濃縮水を二次濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としての二次エレメントを有する二次ユニットと、前記被処理水及び前記一次濃縮水のいずれか一方を、濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としてのサブエレメントと、前記サブエレメントを、前記一次ユニットにおける前記一次エレメントとして使用する一次モードと、前記二次ユニットにおける前記二次エレメントとして使用する二次モードとのいずれかに切り替えるモード切替部と、を備える。
　上記の構成によれば、ポンプの出力を上げることで、二次ユニットから回収される淡水が被処理水の堆積に対して占める割合（淡水回収率）が増加する。淡水回収率が増加すると、二次ユニットでは二次エレメント１つあたりに流入する一次濃縮水の量が減少する。
　ここで、一次エレメント、及び二次エレメントのような逆浸透膜装置では、排出される濃縮水の量に下限値が設定されている。当該水処理装置では、上記のように二次濃縮水の量が減少した場合に、モード切替部によってサブエレメントを二次モードから一次モードに切り替える。これにより、サブエレメントを一次エレメントとして使用することができる。一次モードにあるサブエレメントに導かれた被処理水は、一次濃縮水と淡水とに分離される。
　したがって、サブエレメントを一次モードに切り替えることにより、一次ユニットにおける一次エレメントの個数が実質的に増加し、二次ユニットにおける二次エレメントの個数が減少することになる。これにより、二次ユニットの各二次エレメント一つあたりに対して、十分な量の二次濃縮水を導くことができる。
　本発明の第二の態様によれば、上記第一の態様に係る水処理装置において、前記サブエレメントは、前記二次ユニットにおける前記二次エレメントの１つをなし、前記モード切替部は、前記ポンプと前記一次ユニットとの間から前記サブエレメントに向かって被処理水を導くサブ分配ラインと、前記サブ分配ライン上に設けられた第一弁と、前記サブエレメントで分離された濃縮水を、前記一次濃縮水として前記二次ユニットに導くサブ集水ラインと、前記サブ集水ライン上に設けられた第二弁と、前記サブエレメントからの淡水の排出を停止可能な第一切替弁と、前記サブエレメントからの濃縮水の排出を停止可能な第二切替弁と、前記二次ユニットから前記サブエレメントへの前記一次濃縮水の供給を停止可能な第三切替弁と、を備えてもよい。
　上記の構成によれば、第一切替弁、第二切替弁、第三切替弁をそれぞれ閉じることによって、サブエレメントとしての二次エレメントを、二次ユニットから切り離すことができる。サブエレメントを切り離した後、上記の第一弁、及び第二弁をそれぞれ開くことによって、サブ分配ライン、及びサブ集水ラインが開通する。これにより、サブエレメントには一次ユニットの上流側から被処理水が導かれた後、該サブエレメントにおける逆浸透を経て一次濃縮水と淡水とが生成される。一次濃縮水はサブ集水ラインによって回収される。特に、これら第一弁、第二弁は、装置の運転中に弁の開閉を行うことができる。これにより、水処理装置を停止させることなく、サブエレメントに対して通水することができる。言い換えれば、水処理装置の稼働率を下げることなく、モードの切り替えを行うことができる。
　本発明の第三の態様によれば、上記第二の態様に係る水処理装置において、前記二次ユニットで分離された前記淡水の一部を前記ポンプの上流側に還流させる還流ラインと、前記還流ライン上に設けられ、前記淡水を圧送する還流ポンプと、前記還流ライン上に設けられ、前記淡水の流通状態を調整する還流弁と、を備えてもよい。
　上記の構成によれば、二次ユニットで分離された淡水の一部を、還流ラインによって取り出した後、ポンプの上流側に被処理水として還流させることができる。これにより、一次ユニットに対する被処理水の濃縮水量が減少した場合であっても、上記の淡水の還流によって、被処理水の減少を補うことができる。
　本発明の第四の態様によれば、上記のいずれか一態様に係る水処理装置において、前記被処理水、前記一次濃縮水、前記二次濃縮水、前記淡水の少なくとも１つにおける特性値を計測する計測部と、前記特性値から得られるランゲリア飽和指数と、予め定められた基準値との比較に基づいて、前記モード切替部による前記サブエレメントの一次モードと二次モードとの切替を制御する制御部と、を備えてもよい。
　さらに、本発明の第五の態様によれば、上記第四の態様に係る水処理装置において、前記特性値は、前記被処理水、前記一次濃縮水、前記二次濃縮水、前記淡水の少なくとも１つにおける温度、又は電気伝導度であり、前記制御部は、前記温度、又は前記電気伝導度に基づいて前記ランゲリア飽和指数を算出する演算部を備えてもよい。
　上述のような構成によれば、被処理水、一次濃縮水、二次濃縮水、淡水の少なくとも１つにおける水質に応じて、水処理装置による淡水回収率を最大化することが可能となる。特に、計測部と制御部を備えることで、季節変動などによる水質の変化に対して水処理装置の性能を自律的に調整することで、この変化に柔軟に対応することができる。
　本発明の第六の態様によれば、水処理装置の運転方法は、上記第二又は第三の態様に係る水処理装置を前記二次モードから前記一次モードへ切り替える場合の水処理装置の運転方法であって、前記第一切替弁を閉じて、前記サブエレメントからの淡水の排出を停止するステップと、前記第二切替弁を閉じて、前記サブエレメントからの濃縮水の排出を停止するステップと、前記第三切替弁を閉じて、前記二次ユニットから前記サブエレメントへの前記一次濃縮水の供給を停止するステップと、前記第一弁を開くことで、前記サブ分配ラインを通じて前記サブエレメントに前記被処理水を導くステップと、前記第一弁が開いた状態で前記第二弁を開くことで、前記サブ集水ラインを通じて前記サブエレメントで分離された濃縮水を前記一次濃縮水として前記二次ユニットに導くステップと、を含む。
　上記の方法によれば、まずモード切替部における第一切替弁、第二切替弁、第三切替弁をそれぞれ閉じることによって、サブエレメントに対する淡水の排出、濃縮水の排出、及び上流側からの一次濃縮水の供給が停止される。これにより、実質的にサブエレメントは二次ユニットから切り離された状態となる。この状態で、上記の第一弁、及び第二弁を順に開くことで、サブ分配ライン、及びサブ集水ラインが開通し、サブエレメントには被処理水が導かれる。すなわち、サブエレメントは、一次エレメントの１つとして機能する。その後、サブエレメントに導かれた被処理水は一次濃縮水と淡水とに分離される。
　特に、これら第一弁、第二弁は、装置の運転中に弁の開閉を行うことができる。これにより、水処理装置を停止させることなく、サブエレメントに対して通水することができる。言い換えれば、水処理装置の稼働率を下げることなく、モードの切り替えを行うことができる。
　本発明の水処理装置、及び水処理装置の運転方法によれば、淡水回収率と稼働率を向上させることができる。
本発明の第一実施形態に係る水処理装置を示す系統図である。 本発明の第一実施形態に係る水処理装置の運転方法を示す工程図である。 本発明の第二実施形態に係る水処理装置を示す系統図である。 本発明の第二実施形態に係る水処理装置の運転方法を示す工程図である。 本発明の変形例に係る水処理装置を示す系統図である。
［第一実施形態］
　本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置１は、被処理水ＳＷが流通する取水ラインＬ１と、被処理水ＳＷを取水ラインＬ１の上流から下流に圧送するポンプＰと、複数の逆浸透膜装置（一次エレメントＥ１，二次エレメントＥ２）を有する一次ユニットＵ１、及び二次ユニットＵ２と、これら一次ユニットＵ１と二次ユニットＵ２とを互いに接続する接続ラインＬｃと、を備えている。さらに、この水処理装置１は、上記の被処理水ＳＷ及び一次濃縮水ＣＷ１のいずれか一方が導かれる逆浸透膜装置としてのサブエレメントＥ２ｓと、このサブエレメントＥ２ｓの使用状態（モード）を切り替えるモード切替部２と、を備えている。
　取水ラインＬ１は、外部から供給される被処理水ＳＷを水処理装置１に導くための流路である。この取水ラインＬ１の上流側には、例えば前処理装置（不図示）が設けられている。この前処理装置では、海水中に含まれる生物が装置に付着することを抑制するための酸化剤や、微粒子、コロイド等を凝集させるための凝集剤の添加、及びｐＨの調整等が行われる。より具体的には、酸化剤としては次亜塩素酸などが好適に用いられる。さらに、凝集剤としては塩化第二鉄などの無機凝集剤や、ＰＡＣなどの高分子凝集剤が用いられる。これら凝集剤によって凝集された懸濁物は、砂ろ過器によって取り除かれる。
　このように、前処理を施された被処理水ＳＷは、取水ラインＬ１上に設けられたポンプＰによって、該取水ラインＬ１中の上流側から下流側に向かって圧送される。
　一次ユニットＵ１、及び二次ユニットＵ２は、上記取水ラインＬ１によって導かれた被処理水ＳＷを逆浸透によって分離・濃縮するための装置である。一次ユニットＵ１は、互いに並列に配置された複数の一次エレメントＥ１と、これら複数の一次エレメントＥ１に対して取水ラインＬ１中の被処理水ＳＷを分配する一次分配ラインＬｄ１と、一次エレメントＥ１から排出された一次濃縮水ＣＷ１、及び淡水（一次淡水ＦＷ１）がそれぞれ流通する一次集水ラインＬｇ１、及び一次淡水ラインＬｆ１と、を有している。
　一次エレメントＥ１は、中空糸膜やスパイラル膜などの逆浸透膜（ＲＯ膜：Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を内部に備える逆浸透膜装置である。それぞれの一次エレメントＥ１は、ベッセルと呼ばれる外装部材と、このベッセル内部に配置された逆浸透膜と、を主に備えている。さらに、ベッセルには、上記分配ラインに接続される一次流入口Ｅ１１と、一次集水ラインＬｇ１、及び一次淡水ラインＬｆ１にそれぞれ接続される一次集水口Ｅ１２、及び一次淡水集水口Ｅ１３と、が設けられている。
　一次ユニットＵ１は、上記一次エレメントＥ１が互いに並列に配置されることで構成されている。一例として本実施形態では、５つの一次エレメントＥ１が並列に配置されている。より具体的には、取水ラインＬ１の下流側端部と、それぞれの一次エレメントＥ１の一次流入口Ｅ１１とが、上記の分配ラインによって互いに接続されている。さらに、一次集水ラインＬｇ１は、それぞれの一次エレメントＥ１の一次集水口Ｅ１２と、接続ラインＬｃ（後述）の上流側端部とを互いに接続している。一次淡水ラインＬｆ１は、各一次エレメントＥ１中で分離された淡水を外部に排出・回収するための流路である。一次淡水ラインＬｆ１の下流側には、回収された淡水を貯留するためのタンクや、さらなるろ過等を施すための設備が接続される（いずれも不図示）。以上のように構成されることで、５つの一次エレメントＥ１は互いに並列をなしている。
　なお、一次エレメントＥ１の個数は５つに限定されず、後述する二次エレメントＥ２の個数よりも多い限りにおいては、４つ以下であってもよいし、６つ以上であってもよい。
　二次ユニットＵ２は、上記一次ユニットＵ１と同様の構成により、一次ユニットＵ１にて生成された一次濃縮水ＣＷ１をさらに分離・濃縮するための装置である。より詳細には、二次ユニットＵ２は、互いに並列に配置された複数の二次エレメントＥ２と、これら複数の二次エレメントＥ２に対して、一次ユニットＵ１にて生成された一次濃縮水ＣＷ１を分配する二次分配ラインＬｄ２と、二次エレメントＥ２から排出された二次濃縮水ＣＷ２、及び淡水（二次淡水ＦＷ２）がそれぞれ流通する二次集水ラインＬｇ２、及び二次淡水ラインＬｆ２と、を有している。
　二次エレメントＥ２は上記の一次エレメントＥ１と同等の構成と性能を有する逆浸透膜装置であるが、以下の説明ではこれらを区別する。二次エレメントＥ２のベッセルには、二次分配ラインＬｄ２に接続される二次流入口Ｅ２１と、二次集水ラインＬｇ２、及び二次淡水ラインＬｆ２にそれぞれ接続される二次集水口Ｅ２２、及び二次淡水集水口Ｅ２３と、が設けられている。
　一次ユニットＵ１と同様に、二次ユニットＵ２は、複数の二次エレメントＥ２が互いに並列に配置されることで構成されている。なお、二次ユニットＵ２における二次エレメントＥ２の個数は、上記一次ユニットＵ１における一次エレメントＥ１の個数よりも少なく設定される。本実施形態では、二次ユニットＵ２には３つの二次エレメントＥ２が設けられている。しかしながら、二次エレメントＥ２の個数は３つに限定されず、一次エレメントＥ１の個数よりも少ない限りにおいて、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
　本実施形態では、これら３つの二次エレメントＥ２のうち、１つの二次エレメントＥ２が、上記のサブエレメントＥ２ｓとされている。このサブエレメントＥ２ｓに対して濃縮水や淡水の供給排出を行うための系統として、サブライン系統Ｓが設けられている。より詳細には、サブライン系統Ｓとして、サブエレメントＥ２ｓには、取水ラインＬ１上から被処理水ＳＷを導くためのサブ分配ラインＬｓ１と、当該サブエレメントＥ２ｓで生成された濃縮水を回収するためのサブ集水ラインＬｓ２と、がそれぞれ接続されている。
　サブ分配ラインＬｓ１は、取水ラインＬ１上におけるポンプＰと一次ユニットＵ１との間と、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２における二次分配ラインＬｄ２と、を接続する流路である。
　サブ集水ラインＬｓ２は、同じくサブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２における二次集水ラインＬｇ２と、一次ユニットＵ１と二次ユニットＵ２との間の流路（後述の接続ラインＬｃ）と、を接続する流路である。
　サブ分配ラインＬｓ１、及びサブ集水ラインＬｓ２上には、それぞれの流路の流通状態を調整するための弁装置が設けられている。サブ分配ラインＬｓ１上に設けられた弁装置は、第一弁Ｖ１とされている。一方で、サブ集水ラインＬｓ２上に設けられた弁装置は、第二弁Ｖ２とされている。
　このように構成されたサブライン系統Ｓは、後述するモード切替部２の一部をなしている。
　接続ラインＬｃは、上記一次ユニットＵ１の下流側と、（サブエレメントＥ２ｓを含む）二次ユニットＵ２の上流側とを接続している。より詳細には、接続ラインＬｃは、一次ユニットＵ１におけるそれぞれの一次集水ラインＬｇ１の下流側端部と、二次ユニットＵ２におけるそれぞれの二次分配ラインＬｄ２の上流側端部とを互いに接続している。
　これにより、一次ユニットＵ１で生成された一次濃縮水ＣＷ１は、一次集水ラインＬｇ１、接続ラインＬｃ、及び二次分配ラインＬｄ２の順に流通することで、上記サブエレメントＥ２ｓを含む二次ユニットＵ２の各二次エレメントＥ２に分配される。二次エレメントＥ２では、この一次濃縮水ＣＷ１がさらに分離・濃縮されることで、淡水（二次淡水ＦＷ２）と、この二次淡水ＦＷ２を除く残余の成分としての二次濃縮水ＣＷ２とが生成される。淡水は二次淡水ラインＬｆ２を通じて回収される。二次濃縮水ＣＷ２は二次集水ラインＬｇ２を通じて回収された後、不図示の外部設備によって後処理等を経て外部に排出される。
　さらに、上記のサブエレメントＥ２ｓは、一次エレメントＥ１の１つとして使用される一次モードと、二次エレメントＥ２の１つとして使用される二次モードとの間でモードの切り替えが可能とされている。このようなモードの切り替えは、モード切替部２によって行われる。モード切替部２は、上記のサブライン系統Ｓと、分断部４と、を備えている。分断部４は、３つの弁装置を有している。これら弁装置は、それぞれ第一切替弁Ｖｃ１、第二切替弁Ｖｃ２、及び第三切替弁Ｖｃ３とされている。
　第一切替弁Ｖｃ１は、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２につながる二次淡水ラインＬｆ２上に設けられている。第一切替弁Ｖｃ１を開閉することにより、二次淡水ラインＬｆ２における淡水（二次淡水ＦＷ２）の流通状態が切り替えられる。例えば、この第一切替弁Ｖｃ１を閉じることによって、二次淡水ＦＷ２の流通を停止可能とされている。
　第二切替弁Ｖｃ２は、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２につながる二次集水ラインＬｇ２上に設けられている。第二切替弁Ｖｃ２を開閉することにより、二次集水ラインＬｇ２における二次濃縮水ＣＷ２の流通状態が切り替えられる。例えば、この第二切替弁Ｖｃ２を閉じることによって、二次濃縮水ＣＷ２の流通が停止可能とされている。
　第三切替弁Ｖｃ３は、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２につながる二次分配ラインＬｄ２上に設けられている。第三切替弁Ｖｃ３を開閉することにより、二次分配ラインＬｄ２における一次濃縮水ＣＷ１の流通状態が切り替えられる。例えば、この第三切替弁Ｖｃ３を閉じることによって、一次濃縮水ＣＷ１の流通が停止可能とされている。
　これら第一切替弁Ｖｃ１，第二切替弁Ｖｃ２，第三切替弁Ｖｃ３をそれぞれ閉じることで上記の各ライン（二次淡水ラインＬｆ２、二次集水ラインＬｇ２、二次分配ラインＬｄ２）が閉止される。これにより、サブエレメントＥ２ｓに対する一次濃縮水ＣＷ１の供給、及び二次淡水ＦＷ２と二次濃縮水ＣＷ２の排出とが停止されて処理不能となる。すなわち、サブエレメントＥ２ｓは、系統から分断された状態となる。
　次に、上述のように構成された水処理装置１の運転方法について図１と図２を参照して説明する。
　まず、上記のサブエレメントＥ２ｓを二次エレメントＥ２の１つとして使用する状態（二次モード）について説明する。二次モードにある場合、上記モード切替部２においては、分断部４における各弁装置（第一切替弁Ｖｃ１、第二切替弁Ｖｃ２、第三切替弁Ｖｃ３）はいずれも開放されている。一方で、サブライン系統Ｓに設けられた各弁装置（第一弁Ｖ１、第二弁Ｖ２）は、いずれも閉止された状態となっている。なお、水処理装置１においては、上記二次モードが通常の運転状態とされる。
　以上の二次モードのもとでポンプＰを駆動することで、被処理水ＳＷが取水ラインＬ１を経て一次ユニットＵ１に導かれる。ポンプＰによって加圧された被処理水ＳＷは、各一次エレメントＥ１の逆浸透膜に対して高圧の状態で通水される。
　一次ユニットＵ１では、各一次エレメントＥ１中で被処理水ＳＷに対する逆浸透が行われる。これにより、一次エレメントＥ１中では、被処理水ＳＷ中の塩分等が濃縮された一次濃縮水ＣＷ１と、この一次濃縮水ＣＷ１を除く残余の成分（淡水）である一次淡水ＦＷ１とが生成される。より詳細には、被処理水ＳＷのうち、淡水成分が逆浸透膜を透過して下流側に達することで一次淡水ＦＷ１となる。一次淡水ＦＷ１が下流側に透過することで、逆浸透膜の上流側には、被処理水ＳＷに含まれる塩類が濃縮される。これにより、逆浸透膜の上流側では一次濃縮水ＣＷ１が生成される。なお、逆浸透膜の下流側では、一次淡水ＦＷ１の圧力は上記の被処理水ＳＷの圧力よりも小さくなっている。
　一次淡水ＦＷ１は、上記の一次淡水ラインＬｆ１を経て外部に回収される。一次濃縮水ＣＷ１は、一次集水ラインＬｇ１中に集められた後、接続ラインＬｃを経て下流側の二次ユニットＵ２に流入する。二次ユニットＵ２では、接続ラインＬｃを経て流入した一次濃縮水ＣＷ１が、二次分配ラインＬｄ２によって、各二次エレメントＥ２にそれぞれ分配される。なお、上述の通り、モード切替部２における第三切替弁Ｖｃ３が開放されていることから、二次エレメントＥ２としてのサブエレメントＥ２ｓにも一次濃縮水ＣＷ１が分配される。
　二次エレメントＥ２中では、上記一次エレメントＥ１と同様に、一次濃縮水ＣＷ１からの淡水の分離と塩類の濃縮とが行われる。すなわち、一次濃縮水ＣＷ１中の淡水成分である二次淡水ＦＷ２と、この二次淡水ＦＷ２を除く残余の成分である二次濃縮水ＣＷ２とが生成される。
　二次淡水ＦＷ２は、二次淡水ＦＷ２集水ラインによって外部に回収される。二次濃縮水ＣＷ２は、二次集水ラインＬｇ２中に集められた後、外部の環境中に排出される。以上の動作が連続的に行われることにより、被処理水ＳＷ（海水）が淡水化される。
　ところで、上記のような水処理装置１では、被処理水ＳＷから回収される淡水の体積比率（淡水回収率）に対して、予め目標値が定められている。例えば海水を淡水化する場合、淡水回収率は、２５～４０％程度に設定される。しかしながら、装置の連続的な運用に伴って、逆浸透膜の性能が低下した場合には、淡水回収率は相対的に低下して、上記の目標値を下回る可能性がある。この場合、ポンプＰの出力を上げることで、逆浸透膜に対する被処理水ＳＷの供給圧力が高められる。被処理水ＳＷの圧力が上がることにより、逆浸透膜において分離される淡水の量が増加し、淡水回収率が上昇に転じる。
　しかしながら、上記のように淡水回収率が上昇するに伴って、被処理水ＳＷから分離される二次濃縮水ＣＷ２の量は減少する。ここで、逆浸透膜を用いた装置では、排出される濃縮水の量（流量）に下限値が設定されている。濃縮水の量がこの下限値を下回ると、膜モジュール内で濃度分極による膜面濃度の増加によりスケール析出等の不具合が生じ、十分な分離、濃縮が行えない可能性がある。
　そこで、本実施形態に係る水処理装置１では、上記のモード切替部２によって、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２を、一次エレメントＥ１として使用する（一次モードに切り替える）ことで、二次エレメントＥ２の個数を実質的に減らすことが可能となっている。
　このようなモード切替時の動作について、以下で詳述する。二次モードにあるサブエレメントＥ２ｓを一次モードに切り替えるに当たっては、まず当該サブエレメントＥ２ｓが、上記の分断部４によって二次ユニットＵ２中から分断される。
　より具体的には図２に示すように、サブエレメントＥ２ｓのモードを切り替えるための水処理装置１の運転方法として、第一切替弁Ｖｃ１を閉じるステップと、第二切替弁Ｖｃ２を閉じるステップと、第三切替弁Ｖｃ３を閉じるステップとが、以上の順で実行される。
　第一切替弁Ｖｃ１を閉じることで、二次淡水ラインＬｆ２（淡水ライン）中における二次淡水ＦＷ２の流通が停止する。続いて、第一切替弁Ｖｃ１を閉じた後で第二切替弁Ｖｃ２を閉じることで、二次集水ラインＬｇ２（二次濃縮水ＣＷ２ライン）中における二次濃縮水ＣＷ２の流通が停止する。次に、第二切替弁Ｖｃ２を閉じた後で第三切替弁Ｖｃ３を閉じることで、二次集水ラインＬｇ２が閉止される。これにより、二次集水ラインＬｇ２による一次濃縮水ＣＷ１の供給が停止される。
　これにより、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２が、二次ユニットＵ２中の他の二次エレメントＥ２から切り離される（分断される）。なお、このときサブエレメントＥ２ｓの内部には、一次濃縮水ＣＷ１が滞留した状態となる。
　次に、サブ分配ラインＬｓ１上における第一弁Ｖ１を開ける。これにより、取水ラインＬ１中を流通する被処理水ＳＷの一部が、サブ分配ラインＬｓ１を通じてサブエレメントＥ２ｓに導かれる。すなわち、他の一次エレメントＥ１と同様に被処理水ＳＷが導かれることで、サブエレメントＥ２ｓは一次エレメントＥ１として機能を始める。これにより、被処理水ＳＷはサブエレメントＥ２ｓ中で、一次濃縮水ＣＷ１としての濃縮水と、一次淡水ＦＷ１としての淡水とに分離される。
　さらに、この状態でサブ集水ラインＬｓ２上の第二弁Ｖ２を開ける。これにより、サブエレメントＥ２ｓで生成された一次濃縮水ＣＷ１がサブ集水ラインＬｓ２によって回収される。サブ集水ラインＬｓ２は、上記のように接続ラインＬｃ上に接続されていることから、サブエレメントＥ２ｓで生成された一次濃縮水ＣＷ１は、この接続ラインＬｃを経て二次ユニットＵ２に導かれる。二次ユニットＵ２中では、サブエレメントＥ２ｓを除く他の二次エレメントＥ２によって、上記一次濃縮水ＣＷ１の分離が行われた後、二次濃縮水ＣＷ２、二次淡水ＦＷ２としてそれぞれ回収される。
　続いて、上記の第一切替弁Ｖｃ１を再び開く。これにより、サブエレメントＥ２ｓ中で生成された淡水が二次淡水ラインＬｆ２によって回収される。
　以上、説明したように、本実施形態に係る水処理装置１では、ポンプＰの出力を上げることで、二次ユニットＵ２から回収される淡水が被処理水ＳＷの堆積に対して占める割合（淡水回収率）が増加する。淡水回収率が増加すると、二次ユニットＵ２では二次エレメントＥ２１つあたりから排出される二次濃縮水ＣＷ２の量が減少する。
　一方で、逆浸透膜装置では、エレメント一つあたりから排出される濃縮水の量に下限値が設定されている。そこで、本実施形態に係る水処理装置１では、上述のように二次濃縮水ＣＷ２の量が減少した場合に、モード切替部２によってサブエレメントＥ２ｓのモードを切り替えることで、該サブエレメントＥ２ｓを一次エレメントＥ１の１つとして使用する構成を採っている。
　より具体的には、上記の水処理装置１においては、当初二次モードで運転されている状態では、一次ユニットＵ１における一次エレメントＥ１の個数は５つとされ、二次ユニットＵ２における二次エレメントＥ２の個数は３つとされている。
　一方で、一次モードに切り替えられた場合には、サブエレメントＥ２ｓとしての二次エレメントＥ２が、見かけ上一次ユニットＵ１に組み込まれて、一次エレメントＥ１の１つとして機能する。すなわち、この状態における一次ユニットＵ１は、６つの一次エレメントＥ１を有し、二次ユニットＵ２は２つの二次エレメントＥ２を有している。
　以上により、一次ユニットＵ１では、二次モードに比べてさらに多くの淡水を生成することができる。言い換えると、淡水回収率の最大値を向上させることができる。一方で、この淡水回収率の増大に伴って一次濃縮水ＣＷ１の生成量は減少する。ここで、一次モードにおいては、二次ユニットＵ２における二次エレメントＥ２の個数は、二次モードにある場合に比して減少している。したがって、淡水回収率が上昇し、濃縮水量が低下した場合であっても、残余の二次エレメントＥ２の１つあたりから排出される二次濃縮水ＣＷ２の量を増加させることができる。
　さらに、上記のようなモードの切り替えは、モード切替部２における各弁装置（第一切替弁Ｖｃ１，第二切替弁Ｖｃ２，第三切替弁Ｖｃ３，第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２）をそれぞれ操作するのみで容易に行うことができる。加えて、これら弁装置は、水処理装置１の通水中（運転中）に開閉することができる。したがって、本実施形態に係る水処理装置１では、運転を停止させることなく、サブエレメントＥ２ｓの使用状態を切り替えることができる。これにより、水処理装置１の稼働率を下げることなく、淡水回収率の最大値を向上させることができる。
　ここで、例えば、二次エレメントＥ２ごとの濃縮水の流量を上げるため、一部の二次エレメントＥ２に対する濃縮水の流入を阻止（プラグ）した場合には、プラグの配置を行うために水処理装置１への通水を停止する（運転を停止する）必要が生じる。しかしながら、上記の構成によれば、水処理装置１の運転中に操作が可能であることから、当該操作によって水処理装置１の稼働率が低下する可能性を低減することができる。
　以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明した。しかしながら、上記の構成は一例に過ぎず、種々の設計変更を施すことが可能である。
［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について、図３を参照して説明する。なお、上述の第一実施形態と同様に構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図３に示すように、本実施形態に係る水処理装置１では、上記のポンプＰ、一次ユニットＵ１、接続ラインＬｃ、二次ユニットＵ２、及びモード切替部２に加えて、還流部３が設けられている。
　還流部３は、二次淡水ＦＷ２としての淡水を一次ユニットＵ１の上流側に還流させる還流ラインＬｃ１と、該還流ラインＬｃ１上における上記二次淡水ＦＷ２を一方向に圧送する還流ポンプＰｃと、同じく還流ラインＬｃ１上に設けられる還流弁Ｖ３と、を備えている。
　本実施形態では、還流ラインＬｃ１は、二次淡水ラインＬｆ２上における第一切替弁Ｖｃ１よりも下流側の領域と、取水ラインＬ１上におけるポンプＰよりも上流側の領域とを互いに接続している。還流ポンプＰｃが駆動することにより、この還流ラインＬｃ１によって取り出された二次淡水ＦＷ２を、取水ラインＬ１側に向かって圧送する。還流弁Ｖ３は、還流ラインＬｃ１中における二次淡水ＦＷ２の流通状態を切り替える弁装置である。
　以上のように構成された水処理装置１の運転方法について説明する。水処理装置１を運転するに当たっては、まず上記の還流弁Ｖ３を開くステップと、還流ポンプＰｃを駆動するステップと、を順に実行する。これにより、二次淡水ラインＬｆ２中を流通する二次淡水ＦＷ２の一部が環流ラインによって取り出された後、取水ラインＬ１中に供給される。このように淡水が取水ラインＬ１に供給されることにより、取水ラインＬ１中の被処理水ＳＷの量が増加する。すなわち、一次ユニットＵ１中の各一次エレメントＥ１には、より多くの濃縮水が導かれることとなる。
　したがって、一次ユニットＵ１に対する濃縮水（被処理水ＳＷ）の供給量が減少して、一次エレメントＥ１に対する濃縮水量の下限値を下回った場合であっても、上記の還流部３によって二次淡水ＦＷ２を還流することで、濃縮水量の減少を補うことができる。
　さらに、上記の各実施形態におけるモード切替部２、及び還流部３の操作は、作業者によって行われてもよいし、図５に示す制御部５によって行われてもよい。制御部５を用いる場合、上述の取水ラインＬ１上、及び接続ラインＬｃ上に、計測部６を設けることで各ライン中の水（被処理水ＳＷ、一次濃縮水ＣＷ１、二次濃縮水ＣＷ２、一次淡水ＦＷ１、二次淡水ＦＷ２）の特性値が計測される。これら特性値に基づいて、制御部５はモード切替部２の各弁装置の開閉を制御する。
　制御部５は、上記計測部６によって得られた各種特性値に基づいて演算を行う演算部５１と、演算部５１による演算結果に基づいてモード切替部２の動作要否を判定する判定部５２と、判定部５２の判定に基づいてモード切替部２、及び還流部３の各弁装置（第一切替弁Ｖｃ１，第二切替弁Ｖｃ２，第三切替弁Ｖｃ３，第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，還流弁Ｖ３）の開度を電気信号として指示する信号生成部５３と、を有している。
　上記のような構成を採る場合、計測部６は、水の電気伝導度、温度、ＬＳＩ（ランゲリア飽和指数：Ｌａｎｇｅｌｉａｒ　Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｅｘ）等の特性値を連続的に計測する。制御部５における判定部５２は、これら特性値と、予め定められた基準値又は基準範囲との比較を行う。当該基準値又は基準範囲を満たす場合には、判定部５２は淡水回収率を上げることができると判定して、上記モード切替部２によるサブエレメントＥ２ｓのモード切り替え（二次モードから一次モードへの切り替え）や、還流部３による二次淡水ＦＷ２の還流が行われる。
　なお、ＬＳＩを指標として用いる際における、「当該基準値又は基準範囲を満たす場合」とは、ＬＳＩが当該基準値よりも小さい場合（例えば、０より小さい場合）が対応する。さらに、淡水回収率の増加可否の判定は、通常はＬＳＩによりエレメントのスケール析出有無を確認して行うが、電気伝導度、温度に基づいて同様の判定をしてもよい。
　一般的にＬＳＩの値は、測定対象となる水の電気伝導度、及び温度の各値に依存する。さらに、電気伝導度は水中の溶存塩濃度（すなわち、電解質としてイオン状態で溶存した塩の濃度）によって決定される。また、水の温度が１℃上昇するに従って、ＬＳＩの値はおおむね１．５×１０－２増加する。
　したがって、計測部６によって電気伝導度、及び温度を計測した後、制御部５における演算部５１が、これら特性値に基づく演算を行うことで、ＬＳＩ換算値を算出する構成とすることも可能である。この場合であっても、制御部５の判定部５２は、このＬＳＩ換算値に基づいて、淡水回収率の増加可否を判定する。
　すなわち、ＬＳＩが当該基準値よりも小さい場合に対応する電気伝導度又は温度の基準範囲となる場合に、判定部５２が淡水回収率を上げることができると判定して、上記モード切替部２によるサブエレメントＥ２ｓのモード切替と、還流部３による還流が行われる。
　このような構成によれば、被処理水ＳＷの水質に応じて、自律的に淡水回収率を最大化することが可能となる。特に、季節変動などによる水質の変化に対して水処理装置１の性能を柔軟に対応させることができる。
　上述した水処理装置１、及び水処理装置１の運転方法によれば、淡水回収率と稼働率とを向上させることができる。
１…水処理装置　２…モード切替部　３…還流部　４…分断部　５…制御部　５１…演算部　５２…判定部　５３…信号生成部　６…計測部　ＣＷ１…一次濃縮水　ＣＷ２…二次濃縮水　Ｅ１…一次エレメント　Ｅ１１…一次流入口　Ｅ１２…一次集水口　Ｅ１３…一次淡水集水口　Ｅ２…二次エレメント　Ｅ２１…二次流入口　Ｅ２２…二次集水口　Ｅ２３…二次淡水集水口　Ｅ２ｓ…サブエレメント　ＦＷ１…一次淡水　ＦＷ２…二次淡水　Ｌ１…取水ライン　Ｌｃ…接続ライン　Ｌｃ１…還流ライン　Ｌｄ１…一次分配ライン　Ｌｄ２…二次分配ライン　Ｌｆ１…一次淡水ライン　Ｌｆ２…二次淡水ライン　Ｌｇ１…一次集水ライン　Ｌｇ２…二次集水ライン　Ｌｓ１…サブ分配ライン　Ｌｓ２…サブ集水ライン　Ｐ…ポンプ　Ｐｃ…還流ポンプ　Ｓ…サブライン系統　ＳＷ…被処理水　Ｕ１…一次ユニット　Ｕ２…二次ユニット　Ｖ１…第一弁　Ｖ２…第二弁　Ｖ３…還流弁　Ｖｃ１…第一切替弁　Ｖｃ２…第二切替弁　Ｖｃ３…第三切替弁

Claims (6)

  1. 　互いに並列に配置されて、上流側から供給された被処理水を一次濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としての複数の一次エレメントを有する一次ユニットと、
    　前記被処理水を前記一次ユニットの上流側から圧送することで、該被処理水を前記一次ユニットに供給するポンプと、
    　前記一次エレメントよりも少ない個数が設けられるとともに、互いに並列に配置されて、前記一次濃縮水を二次濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としての二次エレメントを有する二次ユニットと、
    　前記被処理水及び前記一次濃縮水のいずれか一方を、濃縮水と淡水とに分離する逆浸透膜装置としてのサブエレメントと、
    　前記サブエレメントを、前記一次ユニットにおける前記一次エレメントとして使用する一次モードと、前記二次ユニットにおける前記二次エレメントとして使用する二次モードとのいずれかに切り替えるモード切替部と、
    を備える水処理装置。
  2. 　前記サブエレメントは、前記二次ユニットにおける前記二次エレメントの１つをなし、
    　前記モード切替部は、
    　前記ポンプと前記一次ユニットとの間から前記サブエレメントに向かって被処理水を導くサブ分配ラインと、
    　前記サブ分配ライン上に設けられた第一弁と、
    　前記サブエレメントで分離された濃縮水を、前記一次濃縮水として前記二次ユニットに導くサブ集水ラインと、
    　前記サブ集水ライン上に設けられた第二弁と、
    　前記サブエレメントからの淡水の排出を停止可能な第一切替弁と、
    　前記サブエレメントからの濃縮水の排出を停止可能な第二切替弁と、
    　前記二次ユニットから前記サブエレメントへの前記一次濃縮水の供給を停止可能な第三切替弁と、
    を備える請求項１に記載の水処理装置。
  3. 　前記二次ユニットで分離された前記淡水の一部を前記ポンプの上流側に還流させる還流ラインと、
    　前記還流ライン上に設けられ、前記淡水を圧送する還流ポンプと、
    　前記還流ライン上に設けられ、前記淡水の流通状態を調整する還流弁と、
    を備える請求項２に記載の水処理装置。
  4. 　前記被処理水、前記一次濃縮水、前記二次濃縮水、前記淡水の少なくとも１つにおける特性値を計測する計測部と、
    　前記特性値から得られるランゲリア飽和指数と、予め定められた基準値との比較に基づいて、前記モード切替部による前記サブエレメントの一次モードと二次モードとの切替を制御する制御部と、
    を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理装置。
  5. 　前記特性値は、前記被処理水、前記一次濃縮水、前記二次濃縮水、前記淡水の少なくとも１つにおける温度、又は電気伝導度であり、
    　前記制御部は、前記温度、又は前記電気伝導度に基づいて前記ランゲリア飽和指数を算出する演算部を備える請求項４に記載の水処理装置。
  6. 　請求項２又は３に記載の水処理装置を前記二次モードから前記一次モードへ切り替える場合の水処理装置の運転方法であって、
    　前記第一切替弁を閉じて、前記サブエレメントからの淡水の排出を停止するステップと、
    　前記第二切替弁を閉じて、前記サブエレメントからの濃縮水の排出を停止するステップと、
    　前記第三切替弁を閉じて、前記二次ユニットから前記サブエレメントへの前記一次濃縮水の供給を停止するステップと、
    　前記第一弁を開くことで、前記サブ分配ラインを通じて前記サブエレメントに前記被処理水を導くステップと、
    　前記第一弁が開いた状態で前記第二弁を開くことで、前記サブ集水ラインを通じて前記サブエレメントで分離された濃縮水を前記一次濃縮水として前記二次ユニットに導くステップと、
    を含む水処理装置の運転方法。
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