WO2016151693A1 - 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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WO2016151693A1
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valve
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英正 垣上
嘉晃 伊藤
横濱　克彦
英夫 岩橋
孝義 堀
克憲 松井
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a water treatment apparatus and an operation method thereof.
  • Patent Document 1 Water treatment equipment using reverse osmosis membranes has been put into practical use as a technology for desalinating seawater and purifying industrial water.
  • a technique described in Patent Document 1 below is known.
  • the membrane treatment apparatus described in Patent Literature 1 is configured to supply raw water (covered water) to an upstream membrane module bank, a downstream membrane module bank, and an upstream membrane module bank each having a plurality of membrane modules. And a pump for pumping treated water).
  • a target value is determined in advance with respect to the ratio of fresh water recovered from the treated water such as seawater (fresh water recovery rate).
  • 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, is excessively increased.
  • concentrated water with a high salt concentration is discharged into the environment, there is a concern that the environmental load will increase. For this reason, for example, when seawater is desalinated, the freshwater recovery rate is set to about 25 to 40%.
  • the fresh water recovery rate relatively decreases.
  • the supply pressure of the water to be treated to the reverse osmosis membrane can be increased by increasing the output of the pump. By increasing the pressure of the water to be treated, the amount of fresh water separated in the reverse osmosis membrane increases, and the fresh water recovery rate starts to increase.
  • the apparatus described in Patent Document 1 As the fresh water recovery rate increases as described above, the amount of concentrated water separated from the treated water decreases. That is, in the apparatus described in Patent Document 1, the amount of concentrated water supplied from the upstream membrane module bank to the downstream membrane module bank is reduced. Furthermore, in a device using a reverse osmosis membrane, a lower limit is set for the amount (flow rate) of concentrated water discharged from one element. If the amount of concentrated water falls below this lower limit value, there is a possibility that problems such as scale deposition occur due to an increase in membrane surface concentration due to concentration polarization in the membrane module, and sufficient separation and concentration cannot be performed. Therefore, the apparatus described in Patent Document 1 has a limited fresh water recovery rate.
  • This invention is made
  • the water treatment device has a plurality of primary elements as a reverse osmosis membrane device that is disposed in parallel with each other and performs a process of separating the treated water into primary concentrated water and fresh water.
  • a primary unit, a pump for pumping the water to be treated to the primary unit, and a smaller number than the primary element are provided and arranged in parallel with each other, and the primary concentrated water is converted into secondary concentrated water and fresh water.
  • a secondary unit having a secondary element as a reverse osmosis membrane device for performing a separation process, and the primary unit and the secondary unit are provided only in the secondary unit.
  • a switching unit that disconnects at least one of the unprocessable.
  • recovered from a secondary unit accounts with respect to accumulation of to-be-processed water increases by raising the output of a pump.
  • the secondary unit reduces the amount of primary concentrated water flowing into each secondary element.
  • a reverse osmosis membrane device such as a primary element and a secondary element
  • a lower limit is set for the amount of concentrated water to be introduced.
  • the primary concentrated water exceeding said lower limit can be guide
  • the secondary elements guides the primary concentrated water supplied from the primary unit to the secondary element.
  • the switching unit comprising: an introduction line; a secondary concentrated water line through which the secondary concentrated water separated from the primary concentrated water flows; and a fresh water line through which the fresh water separated from the primary concentrated water flows. May have a second valve provided on the secondary concentrated water line, a first valve provided on the fresh water line, and a third valve provided on the introduction line. .
  • the specific secondary element can be easily separated by closing the first valve, the second valve, and the third valve, respectively.
  • the valve can be opened and closed during operation of the apparatus.
  • a 2nd element can be cut off, without stopping a water treatment apparatus.
  • the secondary element can be separated without reducing the operating rate of the water treatment device.
  • the water treatment device is provided between the third valve and the secondary element on the introduction line, and is stored from the outside.
  • the storage liquid is discharged from the secondary element to the outside.
  • a fourth valve provided on the storage liquid discharge line.
  • the storage solution can be supplied to the secondary element that has been cut off and cannot be processed. Thereby, the contamination of the reverse osmosis membrane in the secondary element can be reduced. Furthermore, when the separated secondary element is returned to the system again, it may be discharged through the storage liquid discharge line by opening the fourth valve. In addition, the storage solution can be supplied and discharged only by opening and closing the valve without stopping the water treatment apparatus. Thereby, the fall of the operation rate of a water treatment apparatus can be suppressed.
  • the characteristic value is measured in at least one of the treated water, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water.
  • a control unit that controls the operation of the switching unit based on a comparison between the characteristic value and a predetermined reference value.
  • the measurement unit is at least one of the treated water, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water.
  • the control unit may include a calculation unit that calculates a Langeria saturation index (LSI) as the characteristic value based on the temperature or the electric conductivity value. .
  • LSI Langeria saturation index
  • the fresh water recovery rate by the water treatment device can be maximized according to the water quality of at least one of the water to be treated, the primary concentrated water, the secondary concentrated water, and the fresh water.
  • the water treatment device can be provided by providing a measurement unit and a control unit, it is possible to flexibly cope with this change by autonomously adjusting the performance of the water treatment apparatus with respect to a change in water quality due to seasonal fluctuations.
  • the operation method of the water treatment apparatus for separating at least one secondary element from the water treatment apparatus includes the first valve. Closing the fresh water line by closing, closing the second valve after closing the first valve, closing the secondary concentrated water line by closing the second valve, and closing the second valve And closing the introduction line by closing the third valve.
  • the fresh water line is closed by first closing the first valve. Thereby, discharge of fresh water is stopped. At this time, the primary concentrated water is discharged through the secondary concentrated water line without being substantially concentrated from the secondary element to be separated. Thereafter, by closing the third valve, the introduction of the primary concentrated water to the secondary element is also stopped. Thereby, precipitation of scale in the secondary element can be suppressed.
  • the second valve is closed prior to the closing of the first valve, high-pressure primary concentrated water continues to be supplied to the secondary element, so that a high load is applied to the secondary element. In other words, the primary concentrated water is excessively concentrated in the secondary element. As a result, salts contained in the primary concentrated water may be precipitated in the secondary element as a scale.
  • the separation and concentration in the secondary element becomes impossible by first stopping the discharge of fresh water. Therefore, scale precipitation can be sufficiently suppressed.
  • 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 circulates, a pump P that pumps the water to be treated SW upstream from the upstream of the water line L1, and a plurality of A primary unit U1 having a reverse osmosis membrane device (primary element E1, secondary element E2), a secondary unit U2, and a connection line Lc for connecting the primary unit U1 and the secondary unit U2 to each other.
  • the water treatment apparatus 1 includes a switching unit 2 for disconnecting the secondary element E2 in the secondary unit U2 so as not to be processed, and a storage liquid supply for supplying the storage liquid to the disconnected secondary element E2.
  • a device 3 for disconnecting the secondary element E2 in the secondary unit U2 so as not to be processed, and a storage liquid supply for supplying the storage liquid to the disconnected secondary element E2.
  • the water intake line L1 is a flow path for guiding 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 intake line L1.
  • an oxidizing agent for suppressing the organisms contained in the seawater from adhering to the apparatus an aggregating agent for aggregating fine particles, colloids, and the like, and pH adjustment are performed. More specifically, hypochlorous acid or the like is preferably used as the oxidizing agent.
  • an inorganic flocculant such as ferric chloride or a polymer flocculant such as PAC is used as the suspension aggregated by these flocculants is removed by a sand filter.
  • the pretreated water 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 treated water SW guided by the water intake line L1 by reverse osmosis.
  • the primary unit U1 includes a plurality of primary elements E1 arranged in parallel to each other, a primary distribution line Ld1 that distributes the treated water SW in the water intake line L1 to the plurality of primary elements E1, and a discharge from the primary element E1.
  • the primary concentrated water CW1 and the primary water collection line Lg1 through which fresh water (primary fresh water FW1) flows and the primary fresh water line Lf1 are provided.
  • the primary element E1 is a reverse osmosis membrane device including 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 is mainly provided with the exterior member called a vessel, and the reverse osmosis membrane arrange
  • the vessel is provided with a primary inlet E11 connected to the distribution line, a primary catchment line Eg connected to the primary catchment line Lg1, and the primary freshwater line Lf1, and a primary freshwater catchment E13. It has been.
  • the primary unit U1 is configured by arranging the primary elements E1 in parallel with each other. As an example, in the present embodiment, five primary elements E1 are arranged in parallel. More specifically, the downstream end of the intake line L1 and the primary inlet E11 of each primary element E1 are connected to each other by the distribution line. Furthermore, the primary water collection line Lg1 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 / recovering fresh water separated in each primary element E1 to the outside. On the downstream side of the primary fresh water line Lf1, a tank for storing the collected fresh water and equipment for performing further filtration and the like are connected (both not shown).
  • the secondary unit U2 is a device for further separating and concentrating the primary concentrated water CW1 generated in the primary unit U1 with the same configuration as the primary unit U1. More specifically, the secondary unit U2 distributes a plurality of secondary elements E2 arranged in parallel to each other and the primary concentrated water CW1 generated in the primary unit U1 to the plurality of secondary elements E2. Secondary distribution line Ld2 (introduction line), secondary concentrated water CW2 discharged from the secondary element E2, and secondary water collection line Lg2 (secondary concentrated water line) through which fresh water (secondary fresh water FW2) flows. ) And a secondary fresh water line Lf2 (fresh water line).
  • Secondary distribution line Ld2 introduction line
  • secondary concentrated water CW2 discharged from the secondary element E2
  • secondary water collection line Lg2 secondary concentrated water line
  • Lf2 fresh water line
  • the secondary element E2 is a reverse osmosis membrane device having a configuration and performance equivalent to those of the primary element E1, but these will be distinguished in the following description.
  • the vessel of the secondary element E2 includes 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.
  • 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 to be smaller than the number of primary elements E1 in the primary unit U1.
  • the secondary unit U2 is provided with three secondary elements E2.
  • connection line Lc connects the downstream side of the primary unit U1 and the secondary unit U2. More specifically, the connection line Lc connects the downstream end of each primary water collection line Lg1 in the primary unit U1 and the upstream end of each secondary distribution line Ld2 in the secondary unit U2. ing.
  • the primary concentrated water CW1 is further separated and concentrated to produce fresh water (secondary fresh water FW2) and secondary concentrated water CW2 as a remaining component excluding the secondary fresh water FW2. Is done.
  • Fresh water is collected through the secondary fresh water line Lf2.
  • the secondary concentrated water CW2 is collected through the secondary water collection line Lg2, and then discharged to the outside through post-treatment and the like by an external facility (not shown).
  • a switching unit 2 for separating one secondary element E2 in the secondary unit U2 from the system is provided.
  • the secondary element E2 provided with the switching unit 2 is referred to as a switching secondary element E2x.
  • the switching unit 2 has three valves (first valve V1, second valve V2, and third valve V3) provided in each line of the switching secondary element E2x. By adjusting the opening degree of these valves, it is possible to switch the flow state (open / close state) of each line.
  • the first valve V1 is provided on the secondary fresh water line Lf2 in the switching secondary element E2x. Thereby, the distribution
  • the second valve V2 is provided on the secondary water collection line Lg2 in the switching secondary element E2x. Thereby, the distribution
  • the third valve V3 is provided on the secondary distribution line Ld2 in the switching secondary element E2x. Thereby, the distribution
  • Each line is closed by closing the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3.
  • the supply of the primary concentrated water CW1 to the switching secondary element E2x and the discharge of the secondary fresh water FW2 and the secondary concentrated water CW2 are stopped, and the processing becomes impossible. That is, the switching secondary element E2x is disconnected from the system.
  • a storage liquid supply device 3 for supplying the storage liquid to the separated secondary element E2 is provided.
  • This device is a device for supplying a preservation solution to the switching secondary element E2x separated from the system by the switching unit 2.
  • water is not passed through the reverse osmosis membrane, so that the concentrated water remains.
  • the performance of the reverse osmosis membrane in the secondary element E2 may be deteriorated due to deterioration or corrosion of the concentrated water. Therefore, in the water treatment apparatus 1, the secondary element E2 is protected by supplying the storage liquid into the secondary element E2 by the storage liquid supply apparatus 3 described above.
  • the storage liquid supply device 3 includes a storage liquid supply line Lp1 connected to the secondary distribution line Ld2 in the switching secondary element E2x, and a storage liquid discharge line Lp2 connected to the secondary water collection line Lg2. And a fourth valve V4 for adjusting the flow state of the storage liquid discharge line Lp2.
  • the storage liquid supply line Lp1 is a tank (not shown) for storing the storage liquid and a region on the secondary distribution line Ld2 between the third valve V3 and the secondary element E2 (secondary inlet E21). And connected.
  • the storage solution in the tank is supplied into the secondary distribution line Ld2 through the storage solution supply line Lp1.
  • the storage liquid discharge line Lp2 is on the secondary water collection line Lg2, and extends outward from the region between the second valve V2 and the secondary element E2.
  • the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3 in the switching unit 2 are all open.
  • the fourth valve V4 is closed.
  • the pump P By driving the pump P in this state, the water to be treated SW is guided to the primary unit U1 through the intake line L1.
  • the treated water SW pressurized by the pump P is passed through the reverse osmosis membrane of each primary element E1 in a high pressure state.
  • reverse osmosis with respect to the water to be treated SW is performed in each primary element E1.
  • primary concentrated water CW1 in which the salinity or the like in the water to be treated SW is concentrated, and primary fresh water FW1 that is a remaining component (fresh water) excluding the primary concentrated water CW1 are generated.
  • fresh water component of the water to be treated SW passes through the reverse osmosis membrane and reaches the downstream side to become the primary fresh water FW1. Since the primary fresh water FW1 permeates downstream, salts contained in the water to be treated SW are concentrated on the upstream side of the reverse osmosis membrane.
  • the primary freshwater FW1 is collected outside via the primary freshwater line Lf1.
  • the primary concentrated water CW1 is collected in the primary water collection line Lg1, and then flows into the secondary unit U2 on the downstream side via the connection line Lc.
  • the secondary unit U2 the primary concentrated water CW1 that has flowed in via the connection line Lc is distributed to each secondary element E2 by the secondary distribution line Ld2.
  • the separation of fresh water from the primary concentrated water CW1 and the concentration of salts are performed in the same manner as the primary element E1. That is, the secondary fresh water FW2 that is a fresh water component in the primary concentrated water CW1 and the secondary concentrated water CW2 that is a remaining component excluding the secondary fresh water FW2 are generated.
  • Secondary freshwater FW2 is collected outside by the secondary freshwater FW2 water collection line.
  • the secondary concentrated water CW2 is collected in the secondary water collection line Lg2, and then discharged into the external environment.
  • the treated water SW (seawater) is desalinated.
  • a target value is determined in advance for the volume ratio (fresh water recovery rate) of fresh water recovered from the water to be treated SW.
  • the freshwater recovery rate is set to about 25 to 40%.
  • the fresh water recovery rate is relatively lowered and may be lower than the above target value.
  • the supply pressure of the treated water 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 amount of the secondary concentrated water CW2 separated from the treated water SW decreases. That is, the amount of concentrated water discharged from one element of the secondary unit U2 decreases.
  • a lower limit is set for the amount (flow rate) of concentrated water discharged from one element. If the amount of secondary concentrated water falls below this lower limit value, problems such as scale precipitation may occur due to concentration polarization in the secondary unit U2 (secondary element E2), and sufficient separation and concentration may not be possible.
  • the switching unit 2 separates the switching secondary element E2x from the system so that one element in the remaining secondary element E2 excluding the switching secondary element E2x.
  • the amount of concentrated water is relatively increased.
  • emitted from each secondary element E2 can be made larger than the said lower limit.
  • the operation method of the water treatment apparatus 1 for cutting off the secondary element for switching E2x includes a step of closing the first valve V1, a step of closing the second valve V2,
  • the step of closing the three valves V3 is executed in the above order.
  • the circulation of the secondary fresh water FW2 in the secondary fresh water line Lf2 fresh water line
  • the circulation of the secondary concentrated water CW2 in the secondary water collection line Lg2 (secondary concentrated water CW2 line) is stopped.
  • the secondary water collection line Lg2 is closed by closing the third valve V3 after closing the second valve V2.
  • supply of the primary concentrated water CW1 by the secondary water collection line Lg2 is stopped.
  • the switching secondary element E2x is separated from the other secondary elements E2.
  • the primary concentrated water CW1 is temporarily retained in the switching secondary element E2x.
  • the fourth valve V4 on the storage liquid discharge line Lp2 is opened.
  • the storage solution is filled into the switching secondary element E2x through the storage solution supply line Lp1. That is, the primary concentrated water CW1 staying in the switching secondary element E2x is pushed out by the storage liquid and discharged from the storage liquid discharge line Lp2.
  • the inside of the switching secondary element E2x is filled with the storage solution.
  • the amount of fresh water recovered from the primary unit U1 and the secondary unit U2 increases by increasing the output of the pump P, respectively.
  • the amount of the secondary concentrated water CW2 discharged from each secondary element E21 in the secondary unit U2 decreases.
  • a lower limit is set for the amount of concentrated water discharged from each element.
  • the amount of the secondary concentrated water CW2 is reduced as described above, at least one secondary element E2 is separated by the switching unit 2 and cannot be treated. Thereby, secondary concentrated water CW2 exceeding the lower limit value can be guided to the remaining secondary elements E2 excluding the separated secondary element E2 (secondary element E2x for switching).
  • the switching secondary element E2x can be easily separated by closing the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3, respectively.
  • the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3 can be opened and closed while the water treatment apparatus 1 is in water (during operation). That is, in the water treatment apparatus 1 according to the present embodiment, the switching secondary element E2x can be disconnected without stopping the operation. Thereby, the secondary element E2 can be cut off without lowering the operating rate of the water treatment apparatus 1, and as a result, the maximum value of the fresh water recovery rate can be improved.
  • the switching unit 2 when a configuration in which a part of the secondary elements E2 is blocked by a plug and separated from the system is adopted, water is supplied to the device when the plug is installed (operation of the device). Will need to be stopped.
  • the switching secondary element E2x since the switching unit 2 is used, the switching secondary element E2x can be disconnected without stopping the operation of the water treatment apparatus 1. it can. Thereby, the fall of the operation rate of the water treatment apparatus 1 can be avoided.
  • the storage solution is supplied to the switching secondary element E2x that has become disconnected and cannot be processed. Since the primary concentrated water CW1 is pushed out by being filled with the storage solution, the contamination of the secondary element E2 can be reduced. Further, when the switching secondary element E2x is returned to the system again, it can be easily discharged through the storage liquid discharge line Lp2 by opening the fourth valve V4. That is, it is possible to supply and discharge the preserving liquid only by opening and closing the valve without stopping the water treatment apparatus 1. Thereby, the fall of the operation rate of the water treatment apparatus 1 can further be suppressed.
  • the fresh water line is closed by first closing the first valve V1. Thereby, discharge of fresh water is stopped.
  • the primary concentrated water CW1 is discharged from the secondary element E2 to be separated through the secondary concentrated water CW2 line without being substantially concentrated.
  • the introduction of the primary concentrated water CW1 to the secondary element E2 is also stopped by closing the third valve V3. Thereby, precipitation of the scale in the switching secondary element E2x can be suppressed.
  • the high-pressure primary concentrated water CW1 continues to be supplied to the switching secondary element E2x, so that the switching secondary element E2x has a high load. It will take. In other words, the primary concentrated water CW1 is excessively concentrated in the switching secondary element E2x. As a result, the salts contained in the primary concentrated water CW1 may be deposited as scale. However, according to the operation method as described above, first, the discharge of fresh water (secondary fresh water FW2) is stopped, so that separation and concentration in the switching secondary element E2x become impossible. Therefore, scale precipitation can be sufficiently suppressed.
  • the two secondary elements E2 in the secondary unit U2 are respectively used as the switching secondary elements E2x. Further, these two switching secondary elements E2x are each provided with the switching unit 2 (first valve V1, second valve V2, third valve V3) and the storage liquid supply device 3. . That is, in the water treatment apparatus 1 in the present embodiment, the two secondary elements E2 are configured to be individually separable.
  • the two switching secondary elements E2x are separated from the system by repeating the same steps as those described in the first embodiment. That is, in one of the two switching secondary elements E2x, the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3 are sequentially closed, and then the fourth valve V4 is opened and closed to thereby perform the switching.
  • the secondary element E2x is cut off and the storage solution is filled.
  • the other switching secondary element E2x is further cut off.
  • a sufficient amount of secondary concentrated water can be secured in each secondary element E2. That is, in the water treatment apparatus 1 according to the present embodiment, since the two switching secondary elements E2x are provided, the output of the pump P can be further increased as compared with the first embodiment described above. Thereby, the fresh water collection
  • the number of switching secondary elements E2x is not limited, and for example, all three secondary elements E2 may be set as switching secondary elements E2x. In short, it is sufficient that at least one secondary element E2 in the secondary unit U2 can be separated. Thus, the upper limit value of the fresh water recovery rate can be further improved as the number of secondary elements E2x for switching is increased.
  • the switching unit 2 and the storage liquid supply device 3 when operating the switching unit 2 and the storage liquid supply device 3 in each of the above-described embodiments, it may be performed by an operator's hand or may be performed by the control unit 4 as shown in FIG. .
  • the control unit 4 when the control unit 4 is used, by providing the measurement unit 5 on the above-described intake line L1 and the connection line Lc, water in each line (treated water SW, primary concentrated water CW1, secondary concentrated water CW2, The characteristic values of the primary freshwater FW1 and the secondary freshwater FW2) are measured. Based on these characteristic values, the control unit 4 controls the switching unit 2 (opening and closing of the first valve V1, the second valve V2, and the third valve V3).
  • the measurement unit 5 a device capable of measuring the electrical conductivity of water, a thermometer, or the like is appropriately used.
  • the control unit 4 calculates a characteristic value based on the value obtained by the measurement by the measurement unit 5 and determines whether the switching unit 2 needs to operate based on the characteristic value calculated by the calculation unit 41. And determining the opening of each valve (first valve V1, second valve V2, third valve V3, fourth valve V4) of the switching unit 2 as an electrical signal based on the determination of the determination unit 42 And a signal generation unit 43.
  • the measurement unit 5 continuously measures characteristic values such as the electrical conductivity of water, temperature, and LSI (Langeria saturation index).
  • the determination unit 42 in the control unit 4 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 42 determines that the fresh water recovery rate can be increased, and the switching unit 2 separates the switching secondary element E2x. In addition, it is good also as a structure which fills the preservation
  • the determination of whether or not the freshwater recovery rate can be increased is usually performed by confirming the presence / absence of element scale deposition by 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 water to be measured and the temperature values. Furthermore, the electrical conductivity is determined by the concentration of dissolved salt in water (that is, the concentration of salt dissolved in an ionic state as an electrolyte). Further, as the temperature of the water rises by 1 ° C., the value of LSI generally increases by 1.5 ⁇ 10 ⁇ 2 .
  • the calculation unit 41 in the control unit 4 performs calculation based on these characteristic values, thereby calculating the LSI converted value.
  • the determination unit 42 of the control unit 4 determines whether or not the freshwater recovery rate can be increased based on the LSI conversion value.
  • the determination unit 42 determines that the fresh water recovery rate can be increased, and the switching by the switching unit 2 is performed.
  • the secondary element E2x for use is cut off and the storage solution is filled.
  • the performance of the water treatment device 1 can be flexibly adapted to changes in water quality due to seasonal fluctuations.

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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）に分離する処理を行う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、一次ユニット（Ｕ１）に被処理水（ＳＷ）を圧送するポンプ（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、互いに並列に配置されて、一次濃縮水（ＣＷ１）を二次濃縮水（ＣＷ２）と淡水（ＦＷ２）とに分離する処理を行う逆浸透膜装置としての二次エレメント（Ｅ２）を有する二次ユニット（Ｕ２）と、一次ユニット（Ｕ１）と二次ユニット（Ｕ２）とのうち、二次ユニット（Ｕ２）のみに設けられて、複数の二次エレメント（Ｅ２）のうちの少なくとも１つを処理不能に切り離す切替部（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、被処理水を一次濃縮水と淡水に分離する処理を行う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、前記一次ユニットに前記被処理水を圧送するポンプと、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処理を行う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、前記一次ユニットと前記二次ユニットとのうち、二次ユニットのみに設けられて、複数の前記二次エレメントのうちの少なくとも１つを処理不能に切り離す切替部と、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、導入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、上記のように一次濃縮水の量が減少した場合に、切替部によって少なくとも１つの二次エレメントが切り離されて処理不能となる。これにより、切り離された二次エレメントを除く残余の二次エレメントに対しては、上記の下限値を上回る一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、少なくとも１つの前記二次エレメントは、前記一次ユニットから供給された前記一次濃縮水を前記二次エレメントに導く導入ラインと、前記一次濃縮水から分離された前記二次濃縮水が流通する二次濃縮水ラインと、前記一次濃縮水から分離された前記淡水が流通する淡水ラインと、を備え、前記切替部は、前記二次濃縮水ライン上に設けられた第二弁と、前記淡水ライン上に設けられた第一弁と、前記導入ライン上に設けられた第三弁と、を有してもよい。
　上記の構成によれば、第一弁、第二弁、第三弁をそれぞれ閉止することによって、特定の二次エレメントを容易に切り離すことができる。特に、これら第一弁、第二弁、第三弁を切替部として用いることから、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、第二エレメントを切り離すことができる。言い換えれば、水処理装置の稼働率を下げることなく、二次エレメントを切り離すことができる。
　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は、前記導入ライン上における前記第三弁と前記二次エレメントとの間に設けられ、外部から供給された保存液を該二次エレメントに導く保存液供給ラインと、前記二次濃縮水ライン上における前記第二弁と前記二次エレメントとの間に設けられ、前記二次エレメントから前記保存液を外部に排出する保存液排出ラインと、前記保存液排出ライン上に設けられた第四弁と、を備えてもよい。
　上記の構成によれば、切り離されて処理不能となった二次エレメントに対して、保存液を供給することができる。これにより、二次エレメントにおける逆浸透膜の汚損を低減することができる。さらに、当該切り離された二次エレメントを再び系統に復帰させる場合には、第四弁を開放することにより、保存液排出ラインを通じてこれを排出すればよい。加えて、水処理装置を停止させることなく、弁の開閉のみによって上記保存液の供給と排出とを行うことができる。これにより、水処理装置の稼働率の低下を抑制することができる。
　本発明の第四の態様によれば、上記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、前記特性値と、予め定められた基準値との比較に基づいて、前記切替部の動作を制御する制御部と、を備えてもよい。
　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、前記計測部は、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、又は電気伝導度を計測し、前記制御部は、前記温度、又は電気伝導度の値に基づいて、前記特性値としてのランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）を算出する演算部を備えてもよい。
　上記の構成によれば、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、上記第二から第五のいずれか一態様に係る水処理装置から少なくとも１つの二次エレメントを切り離す、水処理装置の運転方法は、前記第一弁を閉じることで、前記淡水ラインを閉止するステップと、前記第一弁を閉じた後で、前記第二弁を閉じることで前記二次濃縮水ラインを閉止するステップと、前記第二弁を閉じた後で、前記第三弁を閉じることで前記導入ラインを閉止するステップと、を含む。
　上記の方法によれば、まず第一弁を閉じることで淡水ラインが閉止される。これにより、淡水の排出が停止される。このとき、切り離しの対象となった二次エレメントからは、一次濃縮水がほぼ濃縮されることなく、二次濃縮水ラインを通じて排出される。その後、第三弁を閉じることで、当該二次エレメントに対する一次濃縮水の導入も停止される。これにより、当該二次エレメントにおけるスケールの析出を抑制することができる。
　一方で、第一弁の閉止に先立って第二弁を閉止した場合、高圧の一次濃縮水が二次エレメントに供給され続けるため、当該二次エレメントには高い負荷がかかってしまう。言い換えると、当該二次エレメントでは一次濃縮水が過度に濃縮されてしまう。その結果、一次濃縮水に含まれる塩類がスケールとして二次エレメント内で析出する可能性がある。しかしながら、上述のような運転方法によれば、はじめに淡水の排出が停止されることで、二次エレメントにおける分離と濃縮が不能となる。したがって、スケールの析出を十分に抑制することができる。
　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、上記二次ユニットＵ２中における二次エレメントＥ２を処理不能に切り離すための切替部２と、切り離された二次エレメントＥ２に保存液を供給するための保存液供給装置３と、を有している。
　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）。
　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（導入ライン）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（二次濃縮水ライン）、及び二次淡水ラインＬｆ２（淡水ライン）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。
　接続ラインＬｃは、上記一次ユニットＵ１の下流側と、二次ユニットＵ２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、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、本実施形態における水処理装置１では、二次ユニットＵ２における１つの二次エレメントＥ２を系統から切り離すための切替部２が設けられている。以下の説明では、計３つの二次エレメントＥ２のうち、切替部２が設けられる二次エレメントＥ２を、切替用二次エレメントＥ２ｘと呼ぶ。
　より具体的には、切替部２は、切替用二次エレメントＥ２ｘの各ラインに設けられた３つの弁（第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３）を有している。これら弁の開度を調節することで、各ラインの流通状態（開閉状態）を切り替えることが可能となっている。
　第一弁Ｖ１は、切替用二次エレメントＥ２ｘにおける二次淡水ラインＬｆ２上に設けられる。これにより、二次淡水ラインＬｆ２中を流通する二次淡水ＦＷ２の流通状態が調節される。第二弁Ｖ２は、切替用二次エレメントＥ２ｘにおける二次集水ラインＬｇ２上に設けられる。これにより、二次集水ラインＬｇ２中を流通する二次濃縮水ＣＷ２の流通状態が調節される。第三弁Ｖ３は、切替用二次エレメントＥ２ｘにおける二次分配ラインＬｄ２上に設けられる。これにより、二次分配ラインＬｄ２中を流通する一次濃縮水ＣＷ１の流通状態が調節される。
　これら第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３をそれぞれ閉じることで各ラインが閉止される。これにより、切替用二次エレメントＥ２ｘ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、切替用二次エレメントＥ２ｘは、系統から切り離された状態となる。
　さらに、本実施形態に係る水処理装置１では、切り離された二次エレメントＥ２に保存液を供給するための保存液供給装置３が設けられている。この装置は、上記の切替部２によって系統から切り離された切替用二次エレメントＥ２ｘに、保存液を供給するための装置である。切り離された切替用二次エレメントＥ２ｘでは、逆浸透膜に対する通水が行われないため、濃縮水が滞留した状態となる。長期にわたってこのような状態が継続した場合、濃縮水の劣化や腐食に起因して、二次エレメントＥ２中の逆浸透膜の性能低下が生じる可能性がある。そこで、この水処理装置１では、上記の保存液供給装置３によって、保存液を二次エレメントＥ２中に供給することで、二次エレメントＥ２の保護を図っている。
　具体的には、保存液供給装置３は、切替用二次エレメントＥ２ｘにおける二次分配ラインＬｄ２に接続される保存液供給ラインＬｐ１と、二次集水ラインＬｇ２に接続される保存液排出ラインＬｐ２と、保存液排出ラインＬｐ２の流通状態を調節するための第四弁Ｖ４と、を有している。
　保存液供給ラインＬｐ１は、保存液を貯留するタンク（不図示）と、二次分配ラインＬｄ２上であって、第三弁Ｖ３と二次エレメントＥ２（二次流入口Ｅ２１）との間の領域とを接続している。この保存液供給ラインＬｐ１を通じてタンク内の保存液が二次分配ラインＬｄ２中に供給される。さらに、保存液排出ラインＬｐ２は、二次集水ラインＬｇ２上であって、第二弁Ｖ２と二次エレメントＥ２との間の領域から外部に向かって延びている。第四弁Ｖ４を開放することにより、切替用二次エレメントＥ２ｘ中に滞留している一次濃縮水ＣＷ１と、保存液の余剰成分とが、それぞれ外部に押し出される。
　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、又は図２を参照して説明する。
　通常の運転状態では、上記の切替部２における第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３はいずれも開放されている。一方で、第四弁Ｖ４は閉止される。この状態でポンプ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。
　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。すなわち、二次ユニットＵ２のエレメント１つあたりから排出される濃縮水の量が減少する。ここで、逆浸透膜を用いた装置では、エレメント一つあたりから排出される濃縮水の量（流量）に下限値が設定されている。二次濃縮水の量がこの下限値を下回ると、二次ユニットＵ２（二次エレメントＥ２）で濃度分極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、上記の切替部２によって切替用二次エレメントＥ２ｘを系統から切り離すことで、切替用二次エレメントＥ２ｘを除く残余の二次エレメントＥ２におけるエレメント一つあたりの濃縮水の量を相対的に増加させている。これにより、それぞれの二次エレメントＥ２から排出される二次濃縮水の量を、上記下限値よりも大きくすることができる。
　より具体的には図２に示すように、切替用二次エレメントＥ２ｘの切り離すための水処理装置１の運転方法として、第一弁Ｖ１を閉じるステップと、第二弁Ｖ２を閉じるステップと、第三弁Ｖ３を閉じるステップが以上の順で実行される。まず、第一弁Ｖ１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、第一弁Ｖ１を閉じた後で第二弁Ｖ２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、第二弁Ｖ２を閉じた後で第三弁Ｖ３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、切替用二次エレメントＥ２ｘが他の二次エレメントＥ２から切り離される。なお、このとき切替用二次エレメントＥ２ｘ中には一次濃縮水ＣＷ１が一時的に滞留している。
　次に、保存液排出ラインＬｐ２上の第四弁Ｖ４を開放する。これにより、保存液供給ラインＬｐ１を通じて保存液が、切替用二次エレメントＥ２ｘ中に充填される。つまり、切替用二次エレメントＥ２ｘ中に滞留していた一次濃縮水ＣＷ１は、保存液によって押し出されて保存液排出ラインＬｐ２から外部に排出される。以上により、切替用二次エレメントＥ２ｘの内部は、保存液によって満たされた状態となる。保存液の充填が完了したことが確認された後、第四弁Ｖ４は閉められる。
　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、一次ユニットＵ１、二次ユニットＵ２から回収される淡水の量がそれぞれ増加する。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。
　一般的に、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。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、切替部２によって少なくとも１つの二次エレメントＥ２が切り離されて処理不能となる。これにより、切り離された二次エレメントＥ２（切替用二次エレメントＥ２ｘ）を除く残余の二次エレメントＥ２に対しては、上記の下限値を上回る二次濃縮水ＣＷ２を導くことができる。
　さらに、上記の切替用二次エレメントＥ２ｘの切り離しは、第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３をそれぞれ閉止することによって容易に行うことができる。加えて、これら第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３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。すなわち、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、切替用二次エレメントＥ２ｘを切り離すことができる。これにより、水処理装置１の稼働率を下げることなく、二次エレメントＥ２を切り離すことができ、結果として淡水回収率の最大値を向上させることができる。
　ここで、例えば上記の切替部２に代えて、プラグによって一部の二次エレメントＥ２を閉塞することで系統から切り離す構成を採った場合、プラグの設置に際して装置への通水（装置の運転）を停止する必要が生じてしまう。これに対して、本実施形態に係る水処理装置１では、上記の切替部２を用いていることから、水処理装置１の運転を停止させることなく、切替用二次エレメントＥ２ｘを切り離すことができる。これにより、水処理装置１の稼働率の低下を回避することができる。
　また、切り離されて処理不能となった切替用二次エレメントＥ２ｘに対しては、保存液が供給される。保存液が充填されることにより、一次濃縮水ＣＷ１が外部に押し出されることから、二次エレメントＥ２の汚損を低減することができる。さらに、切替用二次エレメントＥ２ｘを再び系統に復帰させる場合には、第四弁Ｖ４を開放することにより、保存液排出ラインＬｐ２を通じてこれを容易に排出することができる。すなわち、水処理装置１を停止させることなく、弁の開閉のみによって保存液の供給と排出を行うことができる。これにより、水処理装置１の稼働率の低下をさらに抑制することができる。
　さらに、上記の水処理装置１の運転方法によれば、切替用二次エレメントＥ２ｘを切り離すに当たって、まず第一弁Ｖ１を閉じることで淡水ラインが閉止される。これにより、淡水の排出が停止される。このとき、切り離しの対象となった二次エレメントＥ２からは、一次濃縮水ＣＷ１がほぼ濃縮されることなく、二次濃縮水ＣＷ２ラインを通じて排出される。その後、第三弁Ｖ３を閉じることで、当該二次エレメントＥ２に対する一次濃縮水ＣＷ１の導入も停止される。これにより、切替用二次エレメントＥ２ｘにおけるスケールの析出を抑制することができる。
　一方で、第一弁Ｖ１の閉止に先立って第二弁Ｖ２を閉止した場合、高圧の一次濃縮水ＣＷ１が切替用二次エレメントＥ２ｘに供給され続けるため、切替用二次エレメントＥ２ｘには高い負荷がかかってしまう。言い換えると、切替用二次エレメントＥ２ｘでは一次濃縮水ＣＷ１が過度に濃縮されてしまう。その結果、一次濃縮水ＣＷ１に含まれる塩類がスケールとして析出する可能性がある。しかしながら、上述のような運転方法によれば、はじめに淡水（二次淡水ＦＷ２）の排出が停止されることで、切替用二次エレメントＥ２ｘにおける分離と濃縮が不能となる。したがって、スケールの析出を十分に抑制することができる。
　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、二次ユニットＵ２中における２つの二次エレメントＥ２がそれぞれ切替用二次エレメントＥ２ｘとされている。さらに、これら２つの切替用二次エレメントＥ２ｘには、それぞれ上述の切替部２（第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３）と、保存液供給装置３と、が設けられている。すなわち、本実施形態における水処理装置１では、２つの二次エレメントＥ２が個別に切り離し可能に構成されている。
　上記２つの切替用二次エレメントＥ２ｘは、いずれも上述の第一実施形態において説明した手順と同様のステップをそれぞれ繰り返すことで系統から切り離される。すなわち、２つのうち一方の切替用二次エレメントＥ２ｘにおいて、第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３をそれぞれ順に閉じた後、第四弁Ｖ４の開閉を行うことで、当該切替用二次エレメントＥ２ｘの切り離しと保存液の充填が行われる。
　以上のように、１つの切替用二次エレメントＥ２ｘを切り離した後で、依然として、二次エレメントＥ２の濃縮水量が下限値を下回っている場合には、さらに他方の切替用二次エレメントＥ２ｘを切り離すことで、各二次エレメントＥ２に十分な量の二次濃縮水を確保することができる。すなわち、本実施形態における水処理装置１では、２つの切替用二次エレメントＥ２ｘが設けられていることから、上述の第一実施形態に比べてさらにポンプＰの出力を上げることが可能となる。これにより、水処理装置１の淡水回収率、及びその最大値をさらに向上させることができる。
　なお、以上の実施形態では、３つの二次エレメントＥ２のうち、２つの二次エレメントＥ２を切替用二次エレメントＥ２ｘとした例について説明した。しかしながら、切替用二次エレメントＥ２ｘの個数に制限はなく、例えば３つ全ての二次エレメントＥ２を切替用二次エレメントＥ２ｘとして設定してもよい。要するに、二次ユニットＵ２中における少なくとも１つの二次エレメントＥ２が切り離し可能であればよい。このように、切替用二次エレメントＥ２ｘの個数を増やすことに伴って、淡水回収率の上限値をさらに向上させることができる。
　さらに、上記の各実施形態における切替部２と保存液供給装置３を動作させるに当たっては、作業者の手によって行われてもよいし、図４に示すように制御部４によって行われてもよい。制御部４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５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４は切替部２（第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３の開閉）を制御する。
　より具体的には、計測部５としては、水の電気伝導度を計測することが可能な装置や、温度計などが適宜用いられる。
　制御部４は、上記計測部５による計測によって得られた値に基づいて特性値を算出する演算部４１と、演算部４１によって算出された特性値に基づいて切替部２の動作要否を判定する判定部４２と、判定部４２の判定に基づいて切替部２の各弁（第一弁Ｖ１，第二弁Ｖ２，第三弁Ｖ３，第四弁Ｖ４）の開度を電気信号として指示する信号生成部４３と、を有している。
　上記のような構成を採る場合、計測部５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４における判定部４２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４２は淡水回収率を上げることができると判定して、上記切替部２による切替用二次エレメントＥ２ｘの切り離しを行う。なお、制御部４が第四弁Ｖ４の開閉を行うことで、切替用二次エレメントＥ２ｘに対する保存液の充填を行う構成としてもよい。
　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５によって電気伝導度、及び温度を計測した後、制御部４における演算部４１が、これら特性値に基づく演算を行うことで、ＬＳＩ換算値が算出される。制御部４の判定部４２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４２が淡水回収率を上げることができると判定して、上記切替部２による切替用二次エレメントＥ２ｘの切り離しと、保存液の充填を行う。
　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…切替部　３…保存液供給装置　４…制御部　４１…演算部　４２…判定部　４３…信号生成部　５…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　Ｅ２ｘ…切替用二次エレメント　ＦＷ１…一次淡水　ＦＷ２…二次淡水　Ｌ１…取水ライン　Ｌｃ…接続ライン　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　Ｌｐ１…保存液供給ライン　Ｌｐ２…保存液排出ライン　Ｐ…ポンプ　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…第三弁　Ｖ４…第四弁

Claims (6)

  1. 　互いに並列に配置されて、被処理水を一次濃縮水と淡水に分離する処理を行う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、
    　前記一次ユニットに前記被処理水を圧送するポンプと、
    　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処理を行う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、
    　前記一次ユニットと前記二次ユニットとのうち、二次ユニットのみに設けられて、複数の前記二次エレメントのうちの少なくとも１つを処理不能に切り離す切替部と、
    を備える水処理装置。
  2. 　少なくとも１つの前記二次エレメントは、
    　前記一次ユニットから供給された前記一次濃縮水を前記二次エレメントに導く導入ラインと、
    　前記一次濃縮水から分離された前記二次濃縮水が流通する二次濃縮水ラインと、
    　前記一次濃縮水から分離された前記淡水が流通する淡水ラインと、
    を備え、
    　前記切替部は、
    　前記淡水ライン上に設けられた第一弁と、
    　前記二次濃縮水ライン上に設けられた第二弁と、
    　前記導入ライン上に設けられた第三弁と、
    を有する請求項１に記載の水処理装置。
  3. 　前記導入ライン上における前記第三弁と前記二次エレメントとの間に設けられ、外部から供給された保存液を該二次エレメントに導く保存液供給ラインと、
    　前記二次濃縮水ライン上における前記第二弁と前記二次エレメントとの間に設けられ、前記二次エレメントから前記保存液を外部に排出する保存液排出ラインと、
    　前記保存液排出ライン上に設けられた第四弁と、
    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、前記切替部の動作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から５のいずれか一項に記載の水処理装置から少なくとも１つの前記二次エレメントを切り離す水処理装置運転方法であって、
    　前記第一弁を閉じることで、前記淡水ラインを閉止するステップと、
    　前記第一弁を閉じた後で、前記第二弁を閉じることで前記二次濃縮水ラインを閉止するステップと、
    　前記第二弁を閉じた後で、前記第三弁を閉じることで前記導入ラインを閉止するステップと、
    を含む水処理装置運転方法。
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