水処理装置
【課題】強酸性水生成手段を備え、比較的少ない強酸性水で水濾過手段を確実に除菌することのできる水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置１は、原水を濾過する濾過手段（精密フィルタ４、逆浸透膜モジュール２）と、電解質を添加した電解液に直流電圧を印可して強酸性水原液を生成する強酸性水生成部１７と、強酸性生成部１７で生成された強酸性水原液を、透過水タンク９内の透過水で希釈して強酸性希釈水を生成する強酸性希釈水タンク５０と、で強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水を濾過手段へ供給するため、強酸性希釈水タンク５０と濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ１，Ｖ２と、を備えている。
【解決手段】水処理装置１は、原水を濾過する濾過手段（精密フィルタ４、逆浸透膜モジュール２）と、電解質を添加した電解液に直流電圧を印可して強酸性水原液を生成する強酸性水生成部１７と、強酸性生成部１７で生成された強酸性水原液を、透過水タンク９内の透過水で希釈して強酸性希釈水を生成する強酸性希釈水タンク５０と、で強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水を濾過手段へ供給するため、強酸性希釈水タンク５０と濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ１，Ｖ２と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や河川水などの各種水を濾過する機能を備えた水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理技術の一分野である海水淡水化技術として、近年、逆浸透膜を用いた逆浸透法が実施されている。逆浸透法はエネルギ消費が少なく、最も効率の良い海水淡水化方法として広く知られている。逆浸透方式の水処理装置においては、逆浸透膜モジュールが使用され、この逆浸透膜モジュールに対して原水（海水）を圧送して逆浸透させることにより、透過水と濃縮水とを生成する。
【０００３】
しかしながら、逆浸透膜モジュールに注入される原水のｐＨが高い場合（例えば、ｐＨ６以上の場合）、原水に含まれるカルシウム、ナトリウム、マグネシウムなどがスケールとなって析出して、逆浸透膜の濾過能力を低下させることがある。そこで、逆浸透膜モジュールに注入する前の原水に塩酸や硫酸などの酸を添加して原水のｐＨを下げた状態で処理する方法が採られていた。この場合、逆浸透膜モジュールを通過した水に、苛性ソーダなどの強アルカリ性の還元剤を添加することによってｐＨを元の値に戻すという処理が行われている。
【０００４】
スケール防止のため原水に塩酸などを添加する場合、逆浸透膜は耐酸性に優れた三酢酸セルロース系の素材で形成されたものが使用されているが、三酢酸セルロース系の逆浸透膜は原水中に存在するバクテリアに侵食され易い性質がある。このバクテリアは、原水に強酸を添加してｐＨを低くした水による洗浄のみで除菌することができないため、バクテリアが逆浸透膜の表面に繁殖して、その機能が低下することがある。そこで、バクテリアの繁殖を防止するため、塩酸や次亜塩酸などの塩素系の薬剤を用いて逆浸透膜モジュールの洗浄、除菌が常時または定期的に行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の処理方法は塩酸や硫酸などの劇薬を必要とするので、安全確保の観点から、これらの薬剤の運搬、保存には厳重な注意が必要である。また、これらの薬剤で構成部材を洗浄するためには、添加経路や排液経路など複雑な経路を構築しなければならず、その制御システムも複雑化するので、取り扱いが困難である。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するため、塩酸や硫酸などの薬剤を使用しない「濾過装置及び逆浸透膜の洗浄方法」が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２記載の濾過装置は、強酸性水を使用して逆浸透膜を洗浄することにより、逆浸透膜の除菌を行うとともに、スケールなどを除去する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４２５４４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２記載の濾過装置の場合、逆浸透膜が収納された逆浸透膜モジュール内に強酸性水を注入して逆浸透膜を除菌したり、スケールを除去したりすることができるが、強酸性水の注入開始後、逆浸透膜モジュールの除菌が完了したか否かを確認することが困難である。このため、除菌が不完全な状態で強酸性水の注入が中止されたり、除菌が完了しているにもかかわらず強酸性水の注入が継続されたりすることがある。このため、逆浸透膜モジュールの濾過機能が十分に回復しなかったり、強酸性水が無駄に消費されたりすることがある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、強酸性水生成手段を備え、比較的少ない強酸性水で水濾過手段を確実に除菌することのできる水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
強酸性水が除菌作用を発揮するには、その酸化還元電位が１０００ｍＶ以上あることが必要であるとされている。このため、電解法などで生成された強酸性水原液をそのまま除菌対象物（例えば、逆浸透膜モジュールなど）に供給するのが従来の常識であった。
【００１１】
一方、本発明者は、生成直後の強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成し、その希釈率と強酸性希釈水の酸化還元電位との関係を調べたところ、所定の希釈率の範囲であれば、強酸性希釈水の酸化還元電位は比較的高く（１０００ｍＶ以上）に維持されることを発見し、本発明を成すに至った。強酸性水原液を水で希釈したとき、酸化還元電位が急激に除菌作用を失うレベルまで低下しない理由については不明な点が多いので、その解明は今後の課題の一つである。
【００１２】
原水を濾過する濾過手段と、
電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜で区画された陰極室及び陽極室を有する電解槽と、前記陰極室内に配置された陰電極及び前記陽極室内に配置された陽電極と、前記陰電極と前記陽電極との間に直流電圧を印可する電圧印加部と、を有する強酸性水生成部と、
前記強酸性生成部で生成された強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成する希釈部と、
前記希釈部で生成された強酸性希釈水を前記濾過手段へ供給するため前記希釈部と前記濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、
前記濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【００１３】
このような構成とすれば、強酸性水生成部で生成された強酸性水原液を希釈部にて水で希釈して生成された殺菌作用を有する強酸性希釈水を注入経路を経由して濾過手段に供給すれば、塩酸や硫酸などの劇薬を使用することなく濾過手段を除菌することができる。強酸性原液を水で希釈して使用するので、強酸性水原液の使用量を低減することができる。
【００１４】
また、濾過手段を通過した後の強酸性希釈水の酸化還元電位を電位計で計測し、その低下の程度を監視することにより、除菌に供された強酸性希釈液水の劣化の有無を判断することができるため、除菌処理の進行状況を正確に把握することができる。即ち、濾過手段を通過した後の強酸性希釈水の酸化還元電位が低下しているとき（例えば、１０００ｍＶ未満に低下しているとき）は除菌未完了であり、前記酸化還元電位が注入前の強酸性希釈水のそれと同等以上（例えば、１０００ｍＶ以上）であれば除菌完了である、と判断することができる。従って、除菌対象である濾過手段に対する強酸性希釈水の注入量あるいは処理時間が過剰となったり、逆に不足したりするのを防止することができ、濾過手段を確実かつ効率的に除菌することができ、強酸性希釈水の浪費を無くすことができる。
【００１５】
ここで、前記強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計を前記希釈部に設けることが望ましい。このような構成とすれば、希釈部で生成される強酸性希釈液の酸化還元電位を計測することが可能となり、強酸性水原液の希釈不足や希釈過剰を回避することができるため、確実な殺菌作用を備えた強酸性希釈水を安定的に生成することができ、強酸性水原液の浪費を回避することもできる。
【００１６】
また、前記濾過手段として、原水を濾過して透過水及び濃縮水を生成する逆浸透膜を設けることができる。このような構成とすれば、海水を淡水化するための逆浸透膜を備えた水処理装置において、強酸性水生成部で生成され、希釈部にて水で希釈された強酸性希釈水を逆浸透膜に供給可能となるため、前述と同様、塩酸や硫酸などの劇薬を使用することなく逆浸透膜を除菌することができる。また、逆浸透膜内を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を電位計で計測することにより、除菌進行状況を監視して、除菌が完了したか否かを判断することができるため、強酸性希釈水の注入量、処理時間に過不足が生じるのを防止することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００１７】
前記強酸性水原液を希釈する水として、前記透過水を使用することが望ましい。このような構成とすれば、逆浸透膜を透過して清浄化された透過水で強酸性水原液を希釈して得られた強酸性希釈水を得ることができるため、殺菌作用の向上に有効である。また、強酸性水原液を希釈するための給水手段を別に設ける必要が無くなるため、装置の複雑化、大型化を回避することできる。
【００１８】
一方、前記強酸性生成部で生成された前記強酸性水原液を注出するための原液注出路と、前記希釈部で生成された強酸性希釈水を注出するための希釈水注出路と、を設けることが望ましい。このような構成とすれば、必要に応じて、原液注出路や希釈液注出路からそれぞれ強酸性水原液や強酸性希釈液を取り出せるようになるため、濾過手段の除菌以外の目的に強酸性水原液や強酸性希釈液を使用することが可能となり、利便性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、強酸性水生成手段を備え、比較的少ない強酸性水で水濾過手段を確実に除菌することのできる水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である水処理装置を示す構成図、図２は図１に示す水処理装置を構成する強酸性水生成部を示す構成図である。なお、本実施形態は一例であって、本発明の水処理装置はこれに限定するものではない。
【００２１】
図１に示すように、水処理装置１は濾過手段である逆浸透膜モジュール２を備え、この逆浸透膜モジュール２の容器体２ａ内に逆浸透膜（図示せず）が収納されている。逆浸透膜は、直線状またはＵ字形状などに束ねられ、端部を合成樹脂などで連結固定して中空糸状に形成されている。この逆浸透膜は耐酸性を有する三酢酸セルロース系であるが、これに限定するものではない。容器体２ａは密閉構造であり、原水の流入側及び透過水、濃縮水の排出側には管口（図示せず）が開設され、それぞれの管口に、後述する原水流路、透過水流路、濃縮水流路が接続される。原水は逆浸透膜モジュール２内において、逆浸透膜を透過した透過水と、逆浸透膜を透過しない濃縮水とに分離される。
【００２２】
逆浸透膜モジュール２の前段には、原水を逆浸透膜モジュール２に流入させる前に粒子などを取り除くための精密フィルタ４が配置され、精密フィルタ４で除去される粒子などを排出する精密フィルタ用排出路４ａが設けられ、精密フィルタ用排出路４ａの下流側に排出用開閉弁４ｂが設けられている。精密フィルタ４は機械的強度が高く且つ耐薬品性に優れたポリフッ化ビニリデンなどで形成されたものを用いている。精密フィルタ４の微細孔の孔径は０．１μｍ〜１．０μｍ程度であるため、原水中に含まれる外径１μｍ以上の粒子は原水の１０％程度と共に精密フィルタ用排出路４ａから排出される。なお、精密フィルタ用排出路４ａから粒子と共に排出される原水の量は、排出用開閉弁４ｂの開度を調節することにより、任意に設定することができる。
【００２３】
原水供給口（図示せず）から原水供給弁５ａ及び精密フィルタ４を経由して逆浸透膜モジュール２に原水流路５が接続され、原水流路５の精密フィルタ４の上流側に、原水を送水するフィードポンプ６が配置されている。逆浸透膜モジュール２に流入する原水を加圧するための高圧ポンプ７が、原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側に配置されている。高圧ポンプ７で原水を加圧することにより、原水は逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜で逆浸透された透過水と、逆浸透されなかった濃縮水とに分離される。分離される透過水と濃縮水との流量比は、逆浸透膜モジュール２の透過水の出口側及び濃縮水の出口側に流量調整弁を設け、この流量調整弁により設定される。なお、本実施形態においては、高圧ポンプ７による原水の加圧は６ＭＰａ程度の圧力に設定し、分離される透過水と濃縮水との流量比は４：６に設定した。
【００２４】
原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側には逆洗用下流側三方弁８が配設され、逆浸透膜モジュール２を透過した透過水が貯留される透過水タンク９が設けられている。また、透過水タンク９に貯留された透過水を他の系統（図示せず）へ送水するための透過水送水流路９ａが設けられ、透過水送水流路９ａの途中に透過水送水用開閉弁９ｂが配設されている。逆浸透膜モジュール２と透過水タンク９との間には両者を接続する透過水流路１０が設けられ、その途中に透過水流路用三方弁１１ａが設けられている。透過水流路用三方弁１１ａは、逆浸透膜モジュール２から排出された透過水の流路を、透過水流路１０の下流に配設された透過水タンク９または透過水排出用三方弁１１に切り替えるためのものである。透過水排出用三方弁１１は、透過水の流路を、循環用バイパス路２３または排出流路４５に切り替えるためのものである。
【００２５】
逆浸透膜モジュール２に接続された濃縮水流路１３の下流に、逆浸透膜モジュール２により濃縮された濃縮水を貯留するための濃縮水タンク１２が配置され、濃縮水タンク１２内の濃縮水を他の系統（図示せず）へ送水するための濃縮水送水流路１２ａ及び濃縮水送水用開閉弁１２ｂが設けられている。１４は濃縮水流路１３に配設された濃縮水排出用三方弁であり、１５は強酸性水を貯留する強酸性水タンクである。また、必要に応じて強酸性水タンク１５内の強酸性水を取り出すために強酸性水注出路５３及び開閉弁５３ａが設けられ、強酸性水注出路５３を流れる強酸性水の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ３が配置されている。
【００２６】
透過水タンク９に貯留された透過水を強酸性水生成部１７へ供給するための透過水供給路１６が設けられ、その一端部が透過水タンク９に接続され、他端部が強酸性水生成部１７に接続されている。透過水供給路１６に配設された供給路用三方弁１６ａにバイパス路１９が接続されている。
【００２７】
強酸性水注入流路１８の一端部は、原水流路５に配設された注入用三方弁１８ａに接続され、原水流路５を介して精密フィルタ４及び逆浸透膜モジュール２に連通され、他端部は、強酸性水タンク１５に接続されている。強酸性水タンク１５と強酸性水生成部１７とは陽極水流路３８によって連通されている。強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液は、陽極水流路３８を経由して強酸性水タンク１５へ供給される。
【００２８】
強酸性水タンク１５には、原液供給路２５、原液流入路５２及び原液注出路５３が設けられている。原液供給路２５は三方弁６０ａに接続され、原液流入路５２は開閉弁５２ａを経由して希釈水タンク５０へ接続され、原液注出路５３には電位計Ｖ３及び開閉弁５３ａが設けられている。三方弁６０ａは、強酸性希釈水流路６０または原液供給路２５と、注入経路１８との接続を切り替えるためのものである。強酸性希釈水流路６０の途中に電位計Ｖ６が配設されている。
【００２９】
強酸性水タンク１５に貯留された強酸性水原液は、原液流入路５２を経由して希釈水タンク５０へ供給したり、原液供給路２５から三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給したり、注出路５３を経由して外部へ注出したりすることができる。注入流路１８には、ここを流れる強酸性希釈水または強酸性水原液の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ２が配置されている。
【００３０】
１９は透過水供給路１６と注入流路１８とを接続するバイパス路であり、注入流路１８とバイパス路１９とはバイパス用三方弁２０を介して接続されている。逆流用下流側三方弁８と透過水供給路１６とを接続する逆流用バイパス路２１は逆流用上流側三方弁２１ａを介して透過水供給路１６に接続されている。逆流用バイパス路２１の途中には逆流ポンプ２２が配設されている。透過水流路１０と透過水供給路１６との間に循環用バイパス路２３が設けられ、循環用バイパス路２３は循環用三方弁２４を介して透過水供給路１６に接続されている。
【００３１】
濃縮水排出用三方弁１４と連通する排出流路４４には、洗浄に供された後、ここを通過して排出される強酸性希釈水（または強酸性水原液）の酸化還元電位を測定する電位計Ｖ１が配置されている。透過水タンク９内の透過水を希釈水タンク５０に流入させるため透過水流入路５１及び開閉弁５１ａが設けられ、強酸性水タンク１５内の強酸性水原液を希釈水タンク５０に流入させるための強酸性水流入路５２及び開閉弁５２ａが設けられている。希釈水タンク５０内において、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液を、透過水タンク９から送給される透過水で希釈することによって強酸性希釈水が生成される。
【００３２】
希釈水タンク５０には、内部に貯留されている強酸性希釈水の酸化還元電位を測定するための電位計Ｖ７が設けられているため、電位計Ｖ７の測定値が所定値（例えば、１０００ｍＶ）を維持していることを確認しながら、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液と、透過水タンク９から送給される透過水との希釈を行うことができる。このため、希釈水タンク５０内に貯留されている強酸性希釈水の酸化還元電位を必要なレベルに保持することができる。
【００３３】
希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、強酸性希釈水流路６０及び三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給することができ、強酸性希釈水流路６０を通過する強酸性希釈水の酸化還元電位は電位計Ｖ６で計測することができる。また、希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、必要に応じて開閉弁５４ａを開けば希釈水注出路５４から注出することができ、注出される強酸性希釈水の酸化還元電位は電位計Ｖ４で計測することができる。
【００３４】
ここで、本実施形態の水処理装置１における原水の濾過処理について説明する。原水としては、淡水化を目的とした海水、あるいは浄化を目的とした河水や水道水などが使用されるが、本実施形態では、原水である海水を透過水である純水と、濃縮水とに分離する工程について説明する。
【００３５】
原水供給弁５ａを開くことにより、原水供給口（図示せず）から原水流路５に供給された原水は、フィードポンプ６により精密フィルタ４に送られ、原水中に含まれるゴミ、砂、土などの粒子及び精密フィルタ４の孔径より大きな微生物などが除去される。なお、除去される粒子などは、精密フィルタ４に流入する原水の１０％程度と共に精密フィルタ用排出路４ａから排出される。精密フィルタ４を通過した原水は、高圧ポンプ７により逆浸透膜モジュール２に圧送される。逆浸透膜モジュール２において、原水中に含まれる塩分、カルシウム、マグネシウムなどが除去され、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜と透過した透過水が透過水流路１０を通って透過水タンク９に流入し、その中に貯留される。
【００３６】
一方、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜により真水から除去された塩分、カルシウム、マグネシウムなどは、逆浸透膜モジュール２に流入する原水の６０％程度とともに濃縮水として、濃縮水流路１３を通って濃縮水タンク１２に貯水される。このとき、透過水流路１０、濃縮水流路１３を通過する透過水、濃縮水は各々のタンクに貯水することなく、透過水は透過水流路用三方弁１１ａを介して透過水排出用三方弁１１から、濃縮水は濃縮水排出用三方弁１４から排出することもできる。このようにして、逆浸透膜モジュール２を用いた原水の濾過処理が行われる。
【００３７】
前述したように、逆浸透膜モジュール２を使用して原水の濾過を行っていくと、バクテリアの繁殖や無機物質塩の堆積により逆浸透膜の機能が低下していき、これが進行すると、逆浸透膜モジュール２における原水流入側と透過水流出側の圧力差が大きくなったり、逆浸透膜モジュール２を透過する透過水流量が減少したりするなどの不具合が生じる。このため、強酸性水を使用して逆浸透膜モジュール２の除菌やスケールなどの洗浄を行う。除菌やスケールなどの洗浄に使用される強酸性水は、強酸性水生成部１７において生成された強酸性水原液またはこれを透過水で希釈した強酸性希釈水のいずれかを選択して使用することができる。
【００３８】
次に、図２に基づいて強酸性水生成工程について説明する。
【００３９】
図２に示すように、強酸性水生成部１７は、電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜３２で区画された陽極室３３及び陰極室３４を有する電解槽３１と、陽極室３３内に配置された陽電極３５及び陰極室３４内に配置された陰電極３６と、陽電極３５と陰電極３６との間に直流電圧を印可する電圧印加部３７と、を備えている。また、透過水に電解質を添加して電解液とする電解質添加部４０と、透過水供給路１６から電解槽３１に透過水を供給する透過水供給ポンプ４１と、が設けられている。
【００４０】
陽極室３３に生成された陽極水（強酸性水原液）を強酸性水タンク１５（図１参照）へ供給するため陽極室３３に陽極水流路３８が接続され、陰極室３４に生成された陰極水（強アルカリ電解水）を排出するための陰極水流路３９が設けられている。
【００４１】
強酸性水生成工程においては、まず、図１に示す供給路用三方弁１６ａ、逆流用上流側三方弁２１ａ、循環用三方弁２４を切り換えて、透過水タンク９から透過水供給路１６を介して強酸性水生成部１７へ透過水が供給される流路を連通し、透過水供給ポンプ４１を駆動して、図２に示す透過水タンク９に貯水された透過水を強酸性水生成部１７の電解槽３１へ供給する。このとき、電解質添加部４０により所定量の電解質が透過水に添加され電解液が生成される。なお、本実施形態においては、電解質として塩化ナトリウムを使用した。
【００４２】
電解質を添加した電解液が供給された電解槽３１において、陰電極３６と陽電極３５との間に電圧印加部３７により直流電圧を印加すると、電解液が電気分解され、陽極室３３には陽極水である強酸性水原液が生成される。生成された強酸性水原液は、陽極水流路３８を介して図１に示す強酸性水タンク１５に貯留される。一方、陰極室３４には陰極水である強アルカリ電解水が生成され、陰極水流路３９から所定場所へ排出される。
【００４３】
強酸性水生成工程で生成された強酸性水原液は、ｐＨ１．８〜３．５好ましくはｐＨ２．０〜２．７程度を有し、ＯＲＰ（酸化還元電位）は１１００ｍＶ以上を有するように設定されている。図１に示すように、強強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液は強酸性水原液タンク１５内に貯留され、原液流入路５２を経由して希釈水タンク５０へ送給したり、原液供給路２５から三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給したり、注出路５３を経由して外部へ注出したりすることができる。
【００４４】
強酸性水原液タンク１５内に貯留された強酸性水原液をそのままの状態で逆浸透膜モジュール２内へ直接注入して、逆浸透膜モジュール２内の逆浸透膜を除菌することもできるが、以下、強酸性希釈水タンク５０内で生成された強酸性希釈液を用いて逆浸透膜モジュール２内の逆浸透膜を除菌する工程について説明する。
【００４５】
まず、逆浸透膜モジュール２を通過した後の強酸性希釈水の排出口となる濃縮水排出用三方弁１４を逆浸透膜モジュール２から排出流路４４方向へ切り換えた後、注入用三方弁１８ａを操作して注入流路１８と原水流路５のフィードポンプ６とを連通させ、三方弁６０ａを操作して強酸性希釈水流路６０と注入経路１８とを連通させる。
【００４６】
この後、フィードポンプ６を作動させると、強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、強酸性希釈水流路６０から注入用三方弁６０ａ、注入流路１８及び注入用三方弁１８ａを介して原水流路５に流入し、フィードポンプ６、精密フィルタ４、高圧ポンプ７及び逆流用下流側三方弁８を介して、逆浸透膜モジュール２に注入される。
【００４７】
このとき、高圧ポンプ７において、通過する強酸性希釈水に０．５ＭＰａ程度の圧力を加圧すれば、強酸性希釈水が逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜に逆浸透するので、中空糸状に形成された逆浸透膜内の除菌、スケールなどの洗浄を行うことができる。なお、逆浸透膜内部に強酸性希釈水を透過させる場合、透過水流路用三方弁１１ａを透過水排出用三方弁１１側へ切り換え、逆浸透膜モジュール２を通過した強酸性希釈水を透過水排出用三方弁１１を経由して排出流路４５から排出できるようにする。
【００４８】
フィードポンプ６を作動させた直後、濃縮水排出用三方弁１４、透過水排出用三方弁１１においては、原水流路５及び逆浸透膜モジュール２内に残存した原水が排出されるため、これらの三方弁１１，１４を所定時間、開放しておく。そして、所定時間が経過し、逆浸透膜モジュール２内が強酸性希釈水で満たされた時点で濃縮水排出用三方弁１４、透過水排出用三方弁１１を閉じ、さらに、フィードポンプ６、高圧ポンプ７の駆動を停止させることにより、逆浸透膜モジュール２内に強酸性希釈水を滞留させる（強酸性希釈水滞留工程）。本実施形態の強酸性希釈水滞留工程においては、逆浸透膜モジュール２内に強酸性希釈水を６０分間滞留させた。
【００４９】
強酸性水滞留工程で強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２内に滞留させた後、濃縮水排出用三方弁１４から逆浸透膜モジュール２内の強酸性希釈水を排出する。排出の際には、供給路用三方弁１６ａを透過水供給路１６からバイパス路１９へ連通させ、更にバイパス用三方弁２０をバイパス路１９から強酸性水注入流路１８へ連通させる。
【００５０】
そして、フィードポンプ６を作動させると、透過水タンク９の透過水が、透過水供給路１６、供給路用三方弁１６ａ、バイパス路１９、バイパス用三方弁２０、注入流路１８、注入用三方弁１８ａから原水流路５に注入され、フィードポンプ６、精密フィルタ４、高圧ポンプ７を介して逆浸透膜モジュール２に注入される。これにより、水処理装置１のライン内及び逆浸透膜モジュール２内に残存する強酸性希釈水を、濃縮水流路１３から濃縮水排出用三方弁１４を経て排出流路４４から排出することができる（強酸性希釈水排出工程）。
【００５１】
このとき、排出流路４４に配置された電位計Ｖ１で、排出される強酸性希釈水の酸化還元電位を計測することにより、その劣化状況を監視することができる。即ち、逆浸透膜モジュール内を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位が、電位計Ｖ２で計測した注入前の強酸性希釈水の酸化還元電位（例えば、１０００ｍＶ）未満のときは除菌未完了と判断することができ、前記酸化還元電位が注入前の強酸性水のそれと同等（例えば、１０００ｍＶ以上）であれば除菌完了と判断することができる。従って、強酸性希釈水の注入量、処理時間に過不足が生じるのを防止することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００５２】
一方、逆浸透膜モジュール２内が強酸性希釈水で満たされた後もフィードポンプ６を駆動し続け、逆浸透膜モジュール２を通過した強酸性希釈水を、濃縮水排出用三方弁１４の排出流路４４及び透過水排出用三方弁１１の排出流路４５から連続的に排出させながら除菌処理を行うこともできる。この場合、前述と同様に、排出流路４４，４５を通過して排出される強酸性希釈水の酸化還元電位を、それぞれ電位計Ｖ１，Ｖ５で計測することにより、除菌処理が完了したか否かの判断を行うことができる。従って、前述と同様、強酸性希釈水の注入量、処理時間の過不足を回避することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００５３】
強酸性希釈水排出工程後、透過水タンク９に貯水された透過水を用いて、逆浸透膜モジュール２の逆浸透化膜のフラッシングなどを行うことができる（洗浄工程）。なお、洗浄工程は、強酸性水排出工程において使用した透過水の流路と同様の流路を用いて、強酸性水排出工程に続いて連続的に行うことができる。また、洗浄工程において、精密フィルタ４を逆流により洗浄することもできる。一方、逆浸透膜モジュール２は、逆浸透膜の性質上、逆流による洗浄を行うことはできない。
【００５４】
一方、精密フィルタ４の逆流を行う場合、逆流用上流側三方弁２１ａを操作して、透過水タンク９側の透過水供給路１６と逆流用バイパス路２１とを連通させ、更に、逆流用下流側三方弁８を操作して逆流用バイパス路２１と精密フィルタ４側の原水流路５とを連通させる。この後、逆流ポンプ２２を作動させ、透過水タンク９の透過水を、透過水供給路１６、逆流用上流側三方弁２１ａ、逆流用バイパス路２１、逆流ポンプ２２、逆流用下流側三方弁８、高圧ポンプ７を介して、精密フィルタ４に注入する。これにより、透過水が精密フィルタ４を逆流して、精密フィルタ用排出路４ａから排出される。
【００５５】
このとき、高圧ポンプ７は停止しているので、透過水は高圧ポンプ７を抵抗なく通過することができる。また、強酸性希釈水タンク１５から注入流路１８、バイパス路１９及び逆流用バイパス路２１を経由して精密フィルタ４へ向かう流路を連通させた後、逆流ポンプ２２を作動させ、強酸性希釈水タンク１５内の強酸性希釈水を精密フィルタ４に注入して精密フィルタ用排出路４ａから排出させることもできる。これにより、精密フィルタ４を強酸性希釈水で逆流洗浄することもできる。
【００５６】
なお、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を注入する工程に続けて、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させる工程を実行することもできる。強酸性希釈水を循環させる場合は、逆流用下流側三方弁８、透過水流路用三方弁１１ａ、透過水排出用三方弁１１、循環用三方弁２４、逆流用上流側三方弁２１ａを操作して、逆浸透膜モジュール２から循環用バイパス路２３、透過水供給路１６、逆流用バイパス路２１を通って逆浸透膜モジュール２へ循環する流路を形成し、逆流ポンプ２２を駆動してこの流路に強酸性水を循環させる（強酸性希釈水循環工程）。
【００５７】
これにより、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させ、逆浸透膜の除菌やカルシウム分の洗浄を短時間で行うことができる。このとき、逆流ポンプ２２では、循環する強酸性希釈水に所定圧力を印加して、逆浸透膜モジュール２へ強酸性希釈水を圧送する。また、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜を通過した強酸性希釈水は透過水流路１０側へ流している。このとき、濃縮水排出用三方弁１４は閉じられ、逆浸透膜モジュール２内の強酸性希釈水は濃縮水流路１３側へ流れないようにする。なお、本実施形態では、透過水流路１０側に循環路を形成したが、濃縮水流路１３側に循環経路を形成し、この循環経路により逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させることもできる。
【００５８】
また、本実施形態においては、強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２に注入するためにフィードポンプ６を使用したが、これに限定しないので、例えば、強酸性水注入流路１８に注入ポンプなどを設け、注入ポンプを使用して強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２に注入してもよい。
【００５９】
さらに、水処理装置１においては、図１に示すように、強酸性水生成部１７で生成され強酸性水原液タンク１５内に貯留された強酸性水原液を取り出し可能な注出路５３を設けている。従って、必要に応じて開閉弁５３ａを開くことにより、注出路５３から強酸性水原液を取り出すことができ、その酸化還元電位は電位計Ｖ３で計測することができる。このため、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液を、前述した逆浸透膜の除菌以外の目的に使用することも可能である。
【００６０】
また、強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は開閉弁５４ａを開いて注出路５４から注出することができ、その酸化還元電位は電位計Ｖ４で計測することができるため、使用目的に適した酸化還元電位であるか否かを確認することができる。
【００６１】
本実施形態の水処理装置１は、海水を淡水化するための逆浸透膜モジュール２を備えたものであるが、本発明はこれに限定するものではないので、逆浸透膜モジュール２以外の濾過機能を有する各種濾過手段を備えた水処理装置において広く利用することができ、前述と同様の作用、効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、海水を淡水化したり、河川水や地下水などを浄化したりする各種水処理設備などにおいて広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態である水処理装置を示す構成図である。
【図２】図１に示す水処理装置を構成する強酸性水生成部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水処理装置
２ 逆浸透膜モジュール
２ａ 容器体
４ 精密フィルタ
４ａ 精密フィルタ用排出路
４ｂ 排出用開閉弁
５ 原水流路
５ａ 原水供給弁
６ フィードポンプ
７ 高圧ポンプ
８ 逆流用下流側三方弁
９ 透過水タンク
９ａ 透過水送水流路
９ｂ 透過水送水用開閉弁
１０ 透過水流路
１１ 透過水排出用三方弁
１１ａ 透過水流路用三方弁
１２ 濃縮水タンク
１２ａ 濃縮水送水流路
１２ｂ 濃縮水送水用開閉弁
１３ 濃縮水流路
１４ 濃縮水排出用三方弁
１５ 強酸性水原液タンク
１６ 透過水供給路
１６ａ 供給路用三方弁
１７ 強酸性水生成部
１８ 注入流路
１８ａ 注入用三方弁
１９ バイパス路
２０ バイパス用三方弁
２１ 逆流用バイパス路
２１ａ 逆流用上流側三方弁
２２ 逆流ポンプ
２３ 循環用バイパス路
２４ 循環用三方弁
２５ 原液供給路
３１ 電解槽
３２ イオン透過性隔膜
３３ 陽極室
３４ 陰極室
３５ 陽電極
３６ 陰電極
３７ 電圧印加部
３８ 陽極水流路
３９ 陰極水流路
４０ 電解質添加部
４１ 透過水供給ポンプ
４４，４５ 排出流路
５０ 強酸性希釈水タンク
５１ 透過水流入路
５２ 原液流入路
５３ 注出路
５４ 希釈水注出路
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ 開閉弁
６０ 強酸性希釈水流路
６０ａ 三方弁
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７ 電位計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や河川水などの各種水を濾過する機能を備えた水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理技術の一分野である海水淡水化技術として、近年、逆浸透膜を用いた逆浸透法が実施されている。逆浸透法はエネルギ消費が少なく、最も効率の良い海水淡水化方法として広く知られている。逆浸透方式の水処理装置においては、逆浸透膜モジュールが使用され、この逆浸透膜モジュールに対して原水（海水）を圧送して逆浸透させることにより、透過水と濃縮水とを生成する。
【０００３】
しかしながら、逆浸透膜モジュールに注入される原水のｐＨが高い場合（例えば、ｐＨ６以上の場合）、原水に含まれるカルシウム、ナトリウム、マグネシウムなどがスケールとなって析出して、逆浸透膜の濾過能力を低下させることがある。そこで、逆浸透膜モジュールに注入する前の原水に塩酸や硫酸などの酸を添加して原水のｐＨを下げた状態で処理する方法が採られていた。この場合、逆浸透膜モジュールを通過した水に、苛性ソーダなどの強アルカリ性の還元剤を添加することによってｐＨを元の値に戻すという処理が行われている。
【０００４】
スケール防止のため原水に塩酸などを添加する場合、逆浸透膜は耐酸性に優れた三酢酸セルロース系の素材で形成されたものが使用されているが、三酢酸セルロース系の逆浸透膜は原水中に存在するバクテリアに侵食され易い性質がある。このバクテリアは、原水に強酸を添加してｐＨを低くした水による洗浄のみで除菌することができないため、バクテリアが逆浸透膜の表面に繁殖して、その機能が低下することがある。そこで、バクテリアの繁殖を防止するため、塩酸や次亜塩酸などの塩素系の薬剤を用いて逆浸透膜モジュールの洗浄、除菌が常時または定期的に行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の処理方法は塩酸や硫酸などの劇薬を必要とするので、安全確保の観点から、これらの薬剤の運搬、保存には厳重な注意が必要である。また、これらの薬剤で構成部材を洗浄するためには、添加経路や排液経路など複雑な経路を構築しなければならず、その制御システムも複雑化するので、取り扱いが困難である。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するため、塩酸や硫酸などの薬剤を使用しない「濾過装置及び逆浸透膜の洗浄方法」が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２記載の濾過装置は、強酸性水を使用して逆浸透膜を洗浄することにより、逆浸透膜の除菌を行うとともに、スケールなどを除去する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４２５４４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２記載の濾過装置の場合、逆浸透膜が収納された逆浸透膜モジュール内に強酸性水を注入して逆浸透膜を除菌したり、スケールを除去したりすることができるが、強酸性水の注入開始後、逆浸透膜モジュールの除菌が完了したか否かを確認することが困難である。このため、除菌が不完全な状態で強酸性水の注入が中止されたり、除菌が完了しているにもかかわらず強酸性水の注入が継続されたりすることがある。このため、逆浸透膜モジュールの濾過機能が十分に回復しなかったり、強酸性水が無駄に消費されたりすることがある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、強酸性水生成手段を備え、比較的少ない強酸性水で水濾過手段を確実に除菌することのできる水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
強酸性水が除菌作用を発揮するには、その酸化還元電位が１０００ｍＶ以上あることが必要であるとされている。このため、電解法などで生成された強酸性水原液をそのまま除菌対象物（例えば、逆浸透膜モジュールなど）に供給するのが従来の常識であった。
【００１１】
一方、本発明者は、生成直後の強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成し、その希釈率と強酸性希釈水の酸化還元電位との関係を調べたところ、所定の希釈率の範囲であれば、強酸性希釈水の酸化還元電位は比較的高く（１０００ｍＶ以上）に維持されることを発見し、本発明を成すに至った。強酸性水原液を水で希釈したとき、酸化還元電位が急激に除菌作用を失うレベルまで低下しない理由については不明な点が多いので、その解明は今後の課題の一つである。
【００１２】
原水を濾過する濾過手段と、
電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜で区画された陰極室及び陽極室を有する電解槽と、前記陰極室内に配置された陰電極及び前記陽極室内に配置された陽電極と、前記陰電極と前記陽電極との間に直流電圧を印可する電圧印加部と、を有する強酸性水生成部と、
前記強酸性生成部で生成された強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成する希釈部と、
前記希釈部で生成された強酸性希釈水を前記濾過手段へ供給するため前記希釈部と前記濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、
前記濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【００１３】
このような構成とすれば、強酸性水生成部で生成された強酸性水原液を希釈部にて水で希釈して生成された殺菌作用を有する強酸性希釈水を注入経路を経由して濾過手段に供給すれば、塩酸や硫酸などの劇薬を使用することなく濾過手段を除菌することができる。強酸性原液を水で希釈して使用するので、強酸性水原液の使用量を低減することができる。
【００１４】
また、濾過手段を通過した後の強酸性希釈水の酸化還元電位を電位計で計測し、その低下の程度を監視することにより、除菌に供された強酸性希釈液水の劣化の有無を判断することができるため、除菌処理の進行状況を正確に把握することができる。即ち、濾過手段を通過した後の強酸性希釈水の酸化還元電位が低下しているとき（例えば、１０００ｍＶ未満に低下しているとき）は除菌未完了であり、前記酸化還元電位が注入前の強酸性希釈水のそれと同等以上（例えば、１０００ｍＶ以上）であれば除菌完了である、と判断することができる。従って、除菌対象である濾過手段に対する強酸性希釈水の注入量あるいは処理時間が過剰となったり、逆に不足したりするのを防止することができ、濾過手段を確実かつ効率的に除菌することができ、強酸性希釈水の浪費を無くすことができる。
【００１５】
ここで、前記強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計を前記希釈部に設けることが望ましい。このような構成とすれば、希釈部で生成される強酸性希釈液の酸化還元電位を計測することが可能となり、強酸性水原液の希釈不足や希釈過剰を回避することができるため、確実な殺菌作用を備えた強酸性希釈水を安定的に生成することができ、強酸性水原液の浪費を回避することもできる。
【００１６】
また、前記濾過手段として、原水を濾過して透過水及び濃縮水を生成する逆浸透膜を設けることができる。このような構成とすれば、海水を淡水化するための逆浸透膜を備えた水処理装置において、強酸性水生成部で生成され、希釈部にて水で希釈された強酸性希釈水を逆浸透膜に供給可能となるため、前述と同様、塩酸や硫酸などの劇薬を使用することなく逆浸透膜を除菌することができる。また、逆浸透膜内を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を電位計で計測することにより、除菌進行状況を監視して、除菌が完了したか否かを判断することができるため、強酸性希釈水の注入量、処理時間に過不足が生じるのを防止することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００１７】
前記強酸性水原液を希釈する水として、前記透過水を使用することが望ましい。このような構成とすれば、逆浸透膜を透過して清浄化された透過水で強酸性水原液を希釈して得られた強酸性希釈水を得ることができるため、殺菌作用の向上に有効である。また、強酸性水原液を希釈するための給水手段を別に設ける必要が無くなるため、装置の複雑化、大型化を回避することできる。
【００１８】
一方、前記強酸性生成部で生成された前記強酸性水原液を注出するための原液注出路と、前記希釈部で生成された強酸性希釈水を注出するための希釈水注出路と、を設けることが望ましい。このような構成とすれば、必要に応じて、原液注出路や希釈液注出路からそれぞれ強酸性水原液や強酸性希釈液を取り出せるようになるため、濾過手段の除菌以外の目的に強酸性水原液や強酸性希釈液を使用することが可能となり、利便性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、強酸性水生成手段を備え、比較的少ない強酸性水で水濾過手段を確実に除菌することのできる水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である水処理装置を示す構成図、図２は図１に示す水処理装置を構成する強酸性水生成部を示す構成図である。なお、本実施形態は一例であって、本発明の水処理装置はこれに限定するものではない。
【００２１】
図１に示すように、水処理装置１は濾過手段である逆浸透膜モジュール２を備え、この逆浸透膜モジュール２の容器体２ａ内に逆浸透膜（図示せず）が収納されている。逆浸透膜は、直線状またはＵ字形状などに束ねられ、端部を合成樹脂などで連結固定して中空糸状に形成されている。この逆浸透膜は耐酸性を有する三酢酸セルロース系であるが、これに限定するものではない。容器体２ａは密閉構造であり、原水の流入側及び透過水、濃縮水の排出側には管口（図示せず）が開設され、それぞれの管口に、後述する原水流路、透過水流路、濃縮水流路が接続される。原水は逆浸透膜モジュール２内において、逆浸透膜を透過した透過水と、逆浸透膜を透過しない濃縮水とに分離される。
【００２２】
逆浸透膜モジュール２の前段には、原水を逆浸透膜モジュール２に流入させる前に粒子などを取り除くための精密フィルタ４が配置され、精密フィルタ４で除去される粒子などを排出する精密フィルタ用排出路４ａが設けられ、精密フィルタ用排出路４ａの下流側に排出用開閉弁４ｂが設けられている。精密フィルタ４は機械的強度が高く且つ耐薬品性に優れたポリフッ化ビニリデンなどで形成されたものを用いている。精密フィルタ４の微細孔の孔径は０．１μｍ〜１．０μｍ程度であるため、原水中に含まれる外径１μｍ以上の粒子は原水の１０％程度と共に精密フィルタ用排出路４ａから排出される。なお、精密フィルタ用排出路４ａから粒子と共に排出される原水の量は、排出用開閉弁４ｂの開度を調節することにより、任意に設定することができる。
【００２３】
原水供給口（図示せず）から原水供給弁５ａ及び精密フィルタ４を経由して逆浸透膜モジュール２に原水流路５が接続され、原水流路５の精密フィルタ４の上流側に、原水を送水するフィードポンプ６が配置されている。逆浸透膜モジュール２に流入する原水を加圧するための高圧ポンプ７が、原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側に配置されている。高圧ポンプ７で原水を加圧することにより、原水は逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜で逆浸透された透過水と、逆浸透されなかった濃縮水とに分離される。分離される透過水と濃縮水との流量比は、逆浸透膜モジュール２の透過水の出口側及び濃縮水の出口側に流量調整弁を設け、この流量調整弁により設定される。なお、本実施形態においては、高圧ポンプ７による原水の加圧は６ＭＰａ程度の圧力に設定し、分離される透過水と濃縮水との流量比は４：６に設定した。
【００２４】
原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側には逆洗用下流側三方弁８が配設され、逆浸透膜モジュール２を透過した透過水が貯留される透過水タンク９が設けられている。また、透過水タンク９に貯留された透過水を他の系統（図示せず）へ送水するための透過水送水流路９ａが設けられ、透過水送水流路９ａの途中に透過水送水用開閉弁９ｂが配設されている。逆浸透膜モジュール２と透過水タンク９との間には両者を接続する透過水流路１０が設けられ、その途中に透過水流路用三方弁１１ａが設けられている。透過水流路用三方弁１１ａは、逆浸透膜モジュール２から排出された透過水の流路を、透過水流路１０の下流に配設された透過水タンク９または透過水排出用三方弁１１に切り替えるためのものである。透過水排出用三方弁１１は、透過水の流路を、循環用バイパス路２３または排出流路４５に切り替えるためのものである。
【００２５】
逆浸透膜モジュール２に接続された濃縮水流路１３の下流に、逆浸透膜モジュール２により濃縮された濃縮水を貯留するための濃縮水タンク１２が配置され、濃縮水タンク１２内の濃縮水を他の系統（図示せず）へ送水するための濃縮水送水流路１２ａ及び濃縮水送水用開閉弁１２ｂが設けられている。１４は濃縮水流路１３に配設された濃縮水排出用三方弁であり、１５は強酸性水を貯留する強酸性水タンクである。また、必要に応じて強酸性水タンク１５内の強酸性水を取り出すために強酸性水注出路５３及び開閉弁５３ａが設けられ、強酸性水注出路５３を流れる強酸性水の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ３が配置されている。
【００２６】
透過水タンク９に貯留された透過水を強酸性水生成部１７へ供給するための透過水供給路１６が設けられ、その一端部が透過水タンク９に接続され、他端部が強酸性水生成部１７に接続されている。透過水供給路１６に配設された供給路用三方弁１６ａにバイパス路１９が接続されている。
【００２７】
強酸性水注入流路１８の一端部は、原水流路５に配設された注入用三方弁１８ａに接続され、原水流路５を介して精密フィルタ４及び逆浸透膜モジュール２に連通され、他端部は、強酸性水タンク１５に接続されている。強酸性水タンク１５と強酸性水生成部１７とは陽極水流路３８によって連通されている。強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液は、陽極水流路３８を経由して強酸性水タンク１５へ供給される。
【００２８】
強酸性水タンク１５には、原液供給路２５、原液流入路５２及び原液注出路５３が設けられている。原液供給路２５は三方弁６０ａに接続され、原液流入路５２は開閉弁５２ａを経由して希釈水タンク５０へ接続され、原液注出路５３には電位計Ｖ３及び開閉弁５３ａが設けられている。三方弁６０ａは、強酸性希釈水流路６０または原液供給路２５と、注入経路１８との接続を切り替えるためのものである。強酸性希釈水流路６０の途中に電位計Ｖ６が配設されている。
【００２９】
強酸性水タンク１５に貯留された強酸性水原液は、原液流入路５２を経由して希釈水タンク５０へ供給したり、原液供給路２５から三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給したり、注出路５３を経由して外部へ注出したりすることができる。注入流路１８には、ここを流れる強酸性希釈水または強酸性水原液の酸化還元電位を計測するための電位計Ｖ２が配置されている。
【００３０】
１９は透過水供給路１６と注入流路１８とを接続するバイパス路であり、注入流路１８とバイパス路１９とはバイパス用三方弁２０を介して接続されている。逆流用下流側三方弁８と透過水供給路１６とを接続する逆流用バイパス路２１は逆流用上流側三方弁２１ａを介して透過水供給路１６に接続されている。逆流用バイパス路２１の途中には逆流ポンプ２２が配設されている。透過水流路１０と透過水供給路１６との間に循環用バイパス路２３が設けられ、循環用バイパス路２３は循環用三方弁２４を介して透過水供給路１６に接続されている。
【００３１】
濃縮水排出用三方弁１４と連通する排出流路４４には、洗浄に供された後、ここを通過して排出される強酸性希釈水（または強酸性水原液）の酸化還元電位を測定する電位計Ｖ１が配置されている。透過水タンク９内の透過水を希釈水タンク５０に流入させるため透過水流入路５１及び開閉弁５１ａが設けられ、強酸性水タンク１５内の強酸性水原液を希釈水タンク５０に流入させるための強酸性水流入路５２及び開閉弁５２ａが設けられている。希釈水タンク５０内において、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液を、透過水タンク９から送給される透過水で希釈することによって強酸性希釈水が生成される。
【００３２】
希釈水タンク５０には、内部に貯留されている強酸性希釈水の酸化還元電位を測定するための電位計Ｖ７が設けられているため、電位計Ｖ７の測定値が所定値（例えば、１０００ｍＶ）を維持していることを確認しながら、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液と、透過水タンク９から送給される透過水との希釈を行うことができる。このため、希釈水タンク５０内に貯留されている強酸性希釈水の酸化還元電位を必要なレベルに保持することができる。
【００３３】
希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、強酸性希釈水流路６０及び三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給することができ、強酸性希釈水流路６０を通過する強酸性希釈水の酸化還元電位は電位計Ｖ６で計測することができる。また、希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、必要に応じて開閉弁５４ａを開けば希釈水注出路５４から注出することができ、注出される強酸性希釈水の酸化還元電位は電位計Ｖ４で計測することができる。
【００３４】
ここで、本実施形態の水処理装置１における原水の濾過処理について説明する。原水としては、淡水化を目的とした海水、あるいは浄化を目的とした河水や水道水などが使用されるが、本実施形態では、原水である海水を透過水である純水と、濃縮水とに分離する工程について説明する。
【００３５】
原水供給弁５ａを開くことにより、原水供給口（図示せず）から原水流路５に供給された原水は、フィードポンプ６により精密フィルタ４に送られ、原水中に含まれるゴミ、砂、土などの粒子及び精密フィルタ４の孔径より大きな微生物などが除去される。なお、除去される粒子などは、精密フィルタ４に流入する原水の１０％程度と共に精密フィルタ用排出路４ａから排出される。精密フィルタ４を通過した原水は、高圧ポンプ７により逆浸透膜モジュール２に圧送される。逆浸透膜モジュール２において、原水中に含まれる塩分、カルシウム、マグネシウムなどが除去され、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜と透過した透過水が透過水流路１０を通って透過水タンク９に流入し、その中に貯留される。
【００３６】
一方、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜により真水から除去された塩分、カルシウム、マグネシウムなどは、逆浸透膜モジュール２に流入する原水の６０％程度とともに濃縮水として、濃縮水流路１３を通って濃縮水タンク１２に貯水される。このとき、透過水流路１０、濃縮水流路１３を通過する透過水、濃縮水は各々のタンクに貯水することなく、透過水は透過水流路用三方弁１１ａを介して透過水排出用三方弁１１から、濃縮水は濃縮水排出用三方弁１４から排出することもできる。このようにして、逆浸透膜モジュール２を用いた原水の濾過処理が行われる。
【００３７】
前述したように、逆浸透膜モジュール２を使用して原水の濾過を行っていくと、バクテリアの繁殖や無機物質塩の堆積により逆浸透膜の機能が低下していき、これが進行すると、逆浸透膜モジュール２における原水流入側と透過水流出側の圧力差が大きくなったり、逆浸透膜モジュール２を透過する透過水流量が減少したりするなどの不具合が生じる。このため、強酸性水を使用して逆浸透膜モジュール２の除菌やスケールなどの洗浄を行う。除菌やスケールなどの洗浄に使用される強酸性水は、強酸性水生成部１７において生成された強酸性水原液またはこれを透過水で希釈した強酸性希釈水のいずれかを選択して使用することができる。
【００３８】
次に、図２に基づいて強酸性水生成工程について説明する。
【００３９】
図２に示すように、強酸性水生成部１７は、電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜３２で区画された陽極室３３及び陰極室３４を有する電解槽３１と、陽極室３３内に配置された陽電極３５及び陰極室３４内に配置された陰電極３６と、陽電極３５と陰電極３６との間に直流電圧を印可する電圧印加部３７と、を備えている。また、透過水に電解質を添加して電解液とする電解質添加部４０と、透過水供給路１６から電解槽３１に透過水を供給する透過水供給ポンプ４１と、が設けられている。
【００４０】
陽極室３３に生成された陽極水（強酸性水原液）を強酸性水タンク１５（図１参照）へ供給するため陽極室３３に陽極水流路３８が接続され、陰極室３４に生成された陰極水（強アルカリ電解水）を排出するための陰極水流路３９が設けられている。
【００４１】
強酸性水生成工程においては、まず、図１に示す供給路用三方弁１６ａ、逆流用上流側三方弁２１ａ、循環用三方弁２４を切り換えて、透過水タンク９から透過水供給路１６を介して強酸性水生成部１７へ透過水が供給される流路を連通し、透過水供給ポンプ４１を駆動して、図２に示す透過水タンク９に貯水された透過水を強酸性水生成部１７の電解槽３１へ供給する。このとき、電解質添加部４０により所定量の電解質が透過水に添加され電解液が生成される。なお、本実施形態においては、電解質として塩化ナトリウムを使用した。
【００４２】
電解質を添加した電解液が供給された電解槽３１において、陰電極３６と陽電極３５との間に電圧印加部３７により直流電圧を印加すると、電解液が電気分解され、陽極室３３には陽極水である強酸性水原液が生成される。生成された強酸性水原液は、陽極水流路３８を介して図１に示す強酸性水タンク１５に貯留される。一方、陰極室３４には陰極水である強アルカリ電解水が生成され、陰極水流路３９から所定場所へ排出される。
【００４３】
強酸性水生成工程で生成された強酸性水原液は、ｐＨ１．８〜３．５好ましくはｐＨ２．０〜２．７程度を有し、ＯＲＰ（酸化還元電位）は１１００ｍＶ以上を有するように設定されている。図１に示すように、強強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液は強酸性水原液タンク１５内に貯留され、原液流入路５２を経由して希釈水タンク５０へ送給したり、原液供給路２５から三方弁６０ａを経由して注入流路１８へ供給したり、注出路５３を経由して外部へ注出したりすることができる。
【００４４】
強酸性水原液タンク１５内に貯留された強酸性水原液をそのままの状態で逆浸透膜モジュール２内へ直接注入して、逆浸透膜モジュール２内の逆浸透膜を除菌することもできるが、以下、強酸性希釈水タンク５０内で生成された強酸性希釈液を用いて逆浸透膜モジュール２内の逆浸透膜を除菌する工程について説明する。
【００４５】
まず、逆浸透膜モジュール２を通過した後の強酸性希釈水の排出口となる濃縮水排出用三方弁１４を逆浸透膜モジュール２から排出流路４４方向へ切り換えた後、注入用三方弁１８ａを操作して注入流路１８と原水流路５のフィードポンプ６とを連通させ、三方弁６０ａを操作して強酸性希釈水流路６０と注入経路１８とを連通させる。
【００４６】
この後、フィードポンプ６を作動させると、強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は、強酸性希釈水流路６０から注入用三方弁６０ａ、注入流路１８及び注入用三方弁１８ａを介して原水流路５に流入し、フィードポンプ６、精密フィルタ４、高圧ポンプ７及び逆流用下流側三方弁８を介して、逆浸透膜モジュール２に注入される。
【００４７】
このとき、高圧ポンプ７において、通過する強酸性希釈水に０．５ＭＰａ程度の圧力を加圧すれば、強酸性希釈水が逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜に逆浸透するので、中空糸状に形成された逆浸透膜内の除菌、スケールなどの洗浄を行うことができる。なお、逆浸透膜内部に強酸性希釈水を透過させる場合、透過水流路用三方弁１１ａを透過水排出用三方弁１１側へ切り換え、逆浸透膜モジュール２を通過した強酸性希釈水を透過水排出用三方弁１１を経由して排出流路４５から排出できるようにする。
【００４８】
フィードポンプ６を作動させた直後、濃縮水排出用三方弁１４、透過水排出用三方弁１１においては、原水流路５及び逆浸透膜モジュール２内に残存した原水が排出されるため、これらの三方弁１１，１４を所定時間、開放しておく。そして、所定時間が経過し、逆浸透膜モジュール２内が強酸性希釈水で満たされた時点で濃縮水排出用三方弁１４、透過水排出用三方弁１１を閉じ、さらに、フィードポンプ６、高圧ポンプ７の駆動を停止させることにより、逆浸透膜モジュール２内に強酸性希釈水を滞留させる（強酸性希釈水滞留工程）。本実施形態の強酸性希釈水滞留工程においては、逆浸透膜モジュール２内に強酸性希釈水を６０分間滞留させた。
【００４９】
強酸性水滞留工程で強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２内に滞留させた後、濃縮水排出用三方弁１４から逆浸透膜モジュール２内の強酸性希釈水を排出する。排出の際には、供給路用三方弁１６ａを透過水供給路１６からバイパス路１９へ連通させ、更にバイパス用三方弁２０をバイパス路１９から強酸性水注入流路１８へ連通させる。
【００５０】
そして、フィードポンプ６を作動させると、透過水タンク９の透過水が、透過水供給路１６、供給路用三方弁１６ａ、バイパス路１９、バイパス用三方弁２０、注入流路１８、注入用三方弁１８ａから原水流路５に注入され、フィードポンプ６、精密フィルタ４、高圧ポンプ７を介して逆浸透膜モジュール２に注入される。これにより、水処理装置１のライン内及び逆浸透膜モジュール２内に残存する強酸性希釈水を、濃縮水流路１３から濃縮水排出用三方弁１４を経て排出流路４４から排出することができる（強酸性希釈水排出工程）。
【００５１】
このとき、排出流路４４に配置された電位計Ｖ１で、排出される強酸性希釈水の酸化還元電位を計測することにより、その劣化状況を監視することができる。即ち、逆浸透膜モジュール内を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位が、電位計Ｖ２で計測した注入前の強酸性希釈水の酸化還元電位（例えば、１０００ｍＶ）未満のときは除菌未完了と判断することができ、前記酸化還元電位が注入前の強酸性水のそれと同等（例えば、１０００ｍＶ以上）であれば除菌完了と判断することができる。従って、強酸性希釈水の注入量、処理時間に過不足が生じるのを防止することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００５２】
一方、逆浸透膜モジュール２内が強酸性希釈水で満たされた後もフィードポンプ６を駆動し続け、逆浸透膜モジュール２を通過した強酸性希釈水を、濃縮水排出用三方弁１４の排出流路４４及び透過水排出用三方弁１１の排出流路４５から連続的に排出させながら除菌処理を行うこともできる。この場合、前述と同様に、排出流路４４，４５を通過して排出される強酸性希釈水の酸化還元電位を、それぞれ電位計Ｖ１，Ｖ５で計測することにより、除菌処理が完了したか否かの判断を行うことができる。従って、前述と同様、強酸性希釈水の注入量、処理時間の過不足を回避することができ、逆浸透膜を確実かつ効率的に除菌することができる。
【００５３】
強酸性希釈水排出工程後、透過水タンク９に貯水された透過水を用いて、逆浸透膜モジュール２の逆浸透化膜のフラッシングなどを行うことができる（洗浄工程）。なお、洗浄工程は、強酸性水排出工程において使用した透過水の流路と同様の流路を用いて、強酸性水排出工程に続いて連続的に行うことができる。また、洗浄工程において、精密フィルタ４を逆流により洗浄することもできる。一方、逆浸透膜モジュール２は、逆浸透膜の性質上、逆流による洗浄を行うことはできない。
【００５４】
一方、精密フィルタ４の逆流を行う場合、逆流用上流側三方弁２１ａを操作して、透過水タンク９側の透過水供給路１６と逆流用バイパス路２１とを連通させ、更に、逆流用下流側三方弁８を操作して逆流用バイパス路２１と精密フィルタ４側の原水流路５とを連通させる。この後、逆流ポンプ２２を作動させ、透過水タンク９の透過水を、透過水供給路１６、逆流用上流側三方弁２１ａ、逆流用バイパス路２１、逆流ポンプ２２、逆流用下流側三方弁８、高圧ポンプ７を介して、精密フィルタ４に注入する。これにより、透過水が精密フィルタ４を逆流して、精密フィルタ用排出路４ａから排出される。
【００５５】
このとき、高圧ポンプ７は停止しているので、透過水は高圧ポンプ７を抵抗なく通過することができる。また、強酸性希釈水タンク１５から注入流路１８、バイパス路１９及び逆流用バイパス路２１を経由して精密フィルタ４へ向かう流路を連通させた後、逆流ポンプ２２を作動させ、強酸性希釈水タンク１５内の強酸性希釈水を精密フィルタ４に注入して精密フィルタ用排出路４ａから排出させることもできる。これにより、精密フィルタ４を強酸性希釈水で逆流洗浄することもできる。
【００５６】
なお、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を注入する工程に続けて、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させる工程を実行することもできる。強酸性希釈水を循環させる場合は、逆流用下流側三方弁８、透過水流路用三方弁１１ａ、透過水排出用三方弁１１、循環用三方弁２４、逆流用上流側三方弁２１ａを操作して、逆浸透膜モジュール２から循環用バイパス路２３、透過水供給路１６、逆流用バイパス路２１を通って逆浸透膜モジュール２へ循環する流路を形成し、逆流ポンプ２２を駆動してこの流路に強酸性水を循環させる（強酸性希釈水循環工程）。
【００５７】
これにより、逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させ、逆浸透膜の除菌やカルシウム分の洗浄を短時間で行うことができる。このとき、逆流ポンプ２２では、循環する強酸性希釈水に所定圧力を印加して、逆浸透膜モジュール２へ強酸性希釈水を圧送する。また、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜を通過した強酸性希釈水は透過水流路１０側へ流している。このとき、濃縮水排出用三方弁１４は閉じられ、逆浸透膜モジュール２内の強酸性希釈水は濃縮水流路１３側へ流れないようにする。なお、本実施形態では、透過水流路１０側に循環路を形成したが、濃縮水流路１３側に循環経路を形成し、この循環経路により逆浸透膜モジュール２に強酸性希釈水を循環させることもできる。
【００５８】
また、本実施形態においては、強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２に注入するためにフィードポンプ６を使用したが、これに限定しないので、例えば、強酸性水注入流路１８に注入ポンプなどを設け、注入ポンプを使用して強酸性希釈水を逆浸透膜モジュール２に注入してもよい。
【００５９】
さらに、水処理装置１においては、図１に示すように、強酸性水生成部１７で生成され強酸性水原液タンク１５内に貯留された強酸性水原液を取り出し可能な注出路５３を設けている。従って、必要に応じて開閉弁５３ａを開くことにより、注出路５３から強酸性水原液を取り出すことができ、その酸化還元電位は電位計Ｖ３で計測することができる。このため、強酸性水生成部１７で生成された強酸性水原液を、前述した逆浸透膜の除菌以外の目的に使用することも可能である。
【００６０】
また、強酸性希釈水タンク５０内の強酸性希釈水は開閉弁５４ａを開いて注出路５４から注出することができ、その酸化還元電位は電位計Ｖ４で計測することができるため、使用目的に適した酸化還元電位であるか否かを確認することができる。
【００６１】
本実施形態の水処理装置１は、海水を淡水化するための逆浸透膜モジュール２を備えたものであるが、本発明はこれに限定するものではないので、逆浸透膜モジュール２以外の濾過機能を有する各種濾過手段を備えた水処理装置において広く利用することができ、前述と同様の作用、効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、海水を淡水化したり、河川水や地下水などを浄化したりする各種水処理設備などにおいて広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態である水処理装置を示す構成図である。
【図２】図１に示す水処理装置を構成する強酸性水生成部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 水処理装置
２ 逆浸透膜モジュール
２ａ 容器体
４ 精密フィルタ
４ａ 精密フィルタ用排出路
４ｂ 排出用開閉弁
５ 原水流路
５ａ 原水供給弁
６ フィードポンプ
７ 高圧ポンプ
８ 逆流用下流側三方弁
９ 透過水タンク
９ａ 透過水送水流路
９ｂ 透過水送水用開閉弁
１０ 透過水流路
１１ 透過水排出用三方弁
１１ａ 透過水流路用三方弁
１２ 濃縮水タンク
１２ａ 濃縮水送水流路
１２ｂ 濃縮水送水用開閉弁
１３ 濃縮水流路
１４ 濃縮水排出用三方弁
１５ 強酸性水原液タンク
１６ 透過水供給路
１６ａ 供給路用三方弁
１７ 強酸性水生成部
１８ 注入流路
１８ａ 注入用三方弁
１９ バイパス路
２０ バイパス用三方弁
２１ 逆流用バイパス路
２１ａ 逆流用上流側三方弁
２２ 逆流ポンプ
２３ 循環用バイパス路
２４ 循環用三方弁
２５ 原液供給路
３１ 電解槽
３２ イオン透過性隔膜
３３ 陽極室
３４ 陰極室
３５ 陽電極
３６ 陰電極
３７ 電圧印加部
３８ 陽極水流路
３９ 陰極水流路
４０ 電解質添加部
４１ 透過水供給ポンプ
４４，４５ 排出流路
５０ 強酸性希釈水タンク
５１ 透過水流入路
５２ 原液流入路
５３ 注出路
５４ 希釈水注出路
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ 開閉弁
６０ 強酸性希釈水流路
６０ａ 三方弁
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７ 電位計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を濾過する濾過手段と、
電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜で区画された陰極室及び陽極室を有する電解槽と、前記陰極室内に配置された陰電極及び前記陽極室内に配置された陽電極と、前記陰電極と前記陽電極との間に直流電圧を印可する電圧印加部と、を有する強酸性水生成部と、
前記強酸性生成部で生成された強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成する希釈部と、
前記希釈部で生成された強酸性希釈水を前記濾過手段へ供給するため前記希釈部と前記濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、
前記濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計を前記希釈部に設けた請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記濾過手段として、原水を濾過して透過水及び濃縮水を生成する逆浸透膜を設けた請求項１または２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記強酸性水原液を希釈する水として、前記透過水を使用する請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記強酸性生成部で生成された前記強酸性水原液を注出するための原液注出路と、前記希釈部で生成された強酸性希釈水を注出するための希釈水注出路と、を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１】
原水を濾過する濾過手段と、
電解質を添加した電解液を収容するためイオン透過性隔膜で区画された陰極室及び陽極室を有する電解槽と、前記陰極室内に配置された陰電極及び前記陽極室内に配置された陽電極と、前記陰電極と前記陽電極との間に直流電圧を印可する電圧印加部と、を有する強酸性水生成部と、
前記強酸性生成部で生成された強酸性水原液を水で希釈して強酸性希釈水を生成する希釈部と、
前記希釈部で生成された強酸性希釈水を前記濾過手段へ供給するため前記希釈部と前記濾過手段の原水入口側との間に設けられた注入経路と、
前記濾過手段を通過した強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計と、
を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記強酸性希釈水の酸化還元電位を計測するための電位計を前記希釈部に設けた請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記濾過手段として、原水を濾過して透過水及び濃縮水を生成する逆浸透膜を設けた請求項１または２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記強酸性水原液を希釈する水として、前記透過水を使用する請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記強酸性生成部で生成された前記強酸性水原液を注出するための原液注出路と、前記希釈部で生成された強酸性希釈水を注出するための希釈水注出路と、を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−６４０２８（Ｐ２０１０−６４０２８Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３３９０３（Ｐ２００８−２３３９０３）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３９９１０２８３９）博多港管理株式会社 (16)
【出願人】（３９８０１８７７７）株式会社弁天 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３９９１０２８３９）博多港管理株式会社 (16)
【出願人】（３９８０１８７７７）株式会社弁天 (15)
【Ｆターム（参考）】
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