海水淡水化装置
【課題】逆浸透膜の目詰まりが低減されることにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供する。
【解決手段】逆浸透膜３を用いた海水淡水化装置において、逆浸透膜３より前段に配置されて、逆浸透膜３に供給される海水１０を前処理する前処理装置１と、前処理装置１の処理水１１の水質項目を計測する計測手段５と、計測手段５による計測値の濃度値ＦＦＰｃとあらかじめ与えた目標値ＦＦＰｔに基づいて、前処理装置１を制御する制御手段７と、を備え、計測手段５は、有機物量を示す水質項目を計測し、該有機物量を示す水質項目の計測手段５の前段に、有機物を除去する分離手段８を備えることを特徴とする。
【解決手段】逆浸透膜３を用いた海水淡水化装置において、逆浸透膜３より前段に配置されて、逆浸透膜３に供給される海水１０を前処理する前処理装置１と、前処理装置１の処理水１１の水質項目を計測する計測手段５と、計測手段５による計測値の濃度値ＦＦＰｃとあらかじめ与えた目標値ＦＦＰｔに基づいて、前処理装置１を制御する制御手段７と、を備え、計測手段５は、有機物量を示す水質項目を計測し、該有機物量を示す水質項目の計測手段５の前段に、有機物を除去する分離手段８を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水やかん水から淡水を得るための逆浸透膜を用いた淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、逆浸透膜の汚染による淡水生産効率の低下や生産水質の悪化が課題である。汚染の要因は、海域によって異なるが、「粒子性物質の付着による閉塞」、「無機化合物の析出」、「有機物の付着」、「生物由来のバイオフィルムの付着」などが挙げられる。逆浸透膜への供給水からこれらの汚染要因を除去するため、さまざまな前処理技術が開発されてきた。前処理後の処理水（以降、前処理水と呼ぶ）の、逆浸透膜の汚染生成ポテンシャルを評価するにあたり、粒子性物質の指標であるＳＤＩ（Silt Density Index）が導入され広く使用されているが、ＳＤＩの想定しない前述の他の汚染の要因も評価する必要がある。
【０００３】
近年、逆浸透膜による海水淡水化プラントでは、特に「生物由来の汚染」（以降、「バイオファウリング」と呼ぶ）が大きな問題になる事例が報告されており、生物やそのエネルギ源となる有機物の評価が重要である。
非特許文献１によると、有機物のうち特に粘着性を持つ多糖類を含むＴＥＰ（Transparent Exopolymer Particles）が、バイオフィルムの生成に大きく寄与している。ＴＥＰは微生物を吸着して逆浸透膜面に付着・固定し、さらに微生物に資化される。ＴＥＰは、通常、海水中の低分子の多糖類が凝集して粒子状またはコロイド状になることで形成されるが、植物プランクトンなどがＵＦ膜（Ultrafiltration Membrane）などの前処理によって剪断され、体外に流出した多糖類が凝集することでも形成される。さらに、逆浸透膜の前処理では、生物の活性を阻害するために次亜塩素酸ナトリウムなどを用いた殺菌処理が行われるが、耐性菌の発生や膜内での再増殖が問題となっている。
このように、バイオフィルムの生成によるバイオファウリングを抑制するためには、適切な前処理により生物と有機物、なかでもＴＥＰを低減することが有効と考えられる。
【０００４】
特許文献１によると、海水中に含まれる、微生物が資化可能な有機物（同化可能有機炭素）を測定するために、海水中の微生物を培養し、コロニー数の計数の代わりに細胞内のアデノシン三リン酸（以降、ＡＴＰ（adenosine-triphosphate）を定量して生菌数に換算することでその最大増殖数を把握する方法が開示されている。
この方法によると、評価対象である海水中の微生物の増殖ポテンシャルを用いるため、前処理水中の同化可能有機炭素を高精度で評価することができる。
【０００５】
特許文献２によると、前処理装置の後段の分岐流路に、バイオファウリング予測のための膜試験片を設置し、試験片のバイオファウリング生成結果を、前処理装置や逆浸透膜処理装置の運転管理に使用する方法が開示されている。
この方法によると、逆浸透膜モジュールと同じ膜材質、同じ供給水による連続運転であるため、高精度で膜モジュールのバイオファウリング生成状況を模擬・予測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９４３６４号公報
【特許文献２】国際公開２００８−０３８５７５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】竹内和久「RO 海水淡水化の前処理とファウリング」日本海水学会誌 第63巻第6号、p367-371(2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で開示された方法では、測定した同化可能有機炭素はＴＥＰを全て包含せず、例えば付着作用を有するが資化されにくい有機物を評価できない。
また、微生物の培養に１日以上必要であり、前処理運転の制御に使用するには時間遅れが大きいという問題がある。
【０００９】
特許文献２で開示された方法では、スペーサの有無、圧力など膜モジュールとの運転条件の違いによりバイオファウリング生成の予測精度が低下する。
また、試験片のバイオファウリング生成に数日必要であり、前処理運転の制御に使用するには時間遅れが大きいという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、逆浸透膜の目詰まりが低減されることにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に係る海水淡水化装置は、逆浸透膜を用いた海水淡水化装置において、前記逆浸透膜より前段に配置されて、前記逆浸透膜に供給される海水を前処理する前処理装置と、前記前処理装置の処理水の水質項目を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値の濃度値とあらかじめ与えた目標値に基づいて、前記前処理装置を制御する制御手段と、を備え、前記計測手段は、有機物量を示す水質項目を計測し、該有機物量を示す水質項目の計測手段の前段に、有機物を除去する分離手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逆浸透膜の目詰まりが低減されることにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図２】第１実施形態に係る海水淡水化装置の運転フローである。
【図３】第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の運転フローである。
【図５】第１実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
【図６】第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図７】第２実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
【図８】第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図９】第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１５】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
海水淡水化装置は、前処理装置１、高圧ポンプ２、逆浸透膜モジュール３等を備えている。
海水淡水化装置に供給される海水１０は、まず、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、および／または、水温，ｐＨなどが調整され、前処理水１１となる。
前処理装置１で前処理された前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。
【００１６】
前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。
計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。
【００１７】
計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。
計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。
制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置１の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００１８】
流路４から分岐する流路９には、分離装置８を介して吸光度を計測する計測器５１が接続されている。流路９から流下した前処理水１１は、分離装置８で一部の有機物を除去された後、計測器５１で吸光度が計測される。
【００１９】
分離装置８は、有機膜であるＭＦ膜（Microfiltration Membrane）、ＵＦ膜、無機膜、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂などによるろ過処理装置を用いることができる。
分離装置８に流入した前処理水１１中の有機物は、生物による分解性、粘着性の有無などが異なる成分を含んでいる。
分離装置８の分離工程では、前処理水１１から、バイオファウリングへの寄与率が高いと考えられる生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を、選択的に除去する。または、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を、選択的に残留させる。
【００２０】
分離装置８において、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を選択的に残留させた場合は、計測器５１で計測した吸光度を有機物の指標として用いる。
一方、分離装置８において、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を選択的に除去した場合は、分離装置８で一部の有機物を除去された前処理水１１の吸光度を計測器５１で計測し（計測値を吸光度Ｅ１とする）、加えて、分離装置８を透過しない前処理水１１の吸光度を計測器５２で計測し（計測値を吸光度Ｅ０とする）、吸光度の差分（即ちＥ０−Ｅ１）を有機物の指標として用いる。
【００２１】
ここで、例として、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に起因する吸光度を計測して、全体の有機物に起因する吸光度から差し引くことにより、指標としての吸光度を求める方法について説明する。
前処理水１１からＵＦ膜（分離装置８）により分画分子量１０００Ｄａ以上の成分を除去したろ過水の吸光度Ｅ1000、および、分画分子量３００Ｄａ以上の成分を除去した吸光度Ｅ300を測定する。その吸光度の差分（Ｅ1000−Ｅ300）を求めることにより、「分画分子量３００Ｄａ以上１０００Ｄａ未満の成分」に起因する吸光度、即ち、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に起因する吸光度を計測する。これを、分離装置８を透過しない前処理水１１の吸光度Ｅ０から差し引いた値（即ち、「Ｅ０−（Ｅ1000−Ｅ300）」）を有機物の指標として用いる。
または、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に変えて、「粘着性を持たない中性物質に相当する有機物」として、アルカリ条件下での陰イオン交換樹脂によるろ過水の吸光度を用いてもよい。
【００２２】
なお、吸光度の測定に用いる波長は、例えば２４０〜８００ｎｍを用いるとよい。また、吸光度の測定は１種類以上の波長に対して行ってもよい。
計測器５２から５Ｎは、各水質項目、例えば、前処理水１１の水温、前処理水１１の水素イオン指数（ｐＨ）、前処理水１１の導電率、海水中の生物の活性度を示すＡＴＰの濃度、前処理水１１の吸光度を計測する。
【００２３】
＜海水淡水化装置の運転フロー＞
図２は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の運転フローである。
以下、前処理装置１が「ＵＦ膜処理装置」の場合の運転方法を説明する。
【００２４】
ステップＳ１０１において、まず計算手段６は、計測器５から送信された計測値を用いて、バイオファウリング生成能を示す指標であるバイオファウリング生成能ＦＦＰを算出する。計算式の例を式（１）に示す。
ＦＦＰｃ＝ｆ(Ｔ)＋ｆ(ｐＨ)＋ｆ(ＥＣ)＋ｆ(Ａｂ)＋ｆ(ＡＴＰ) ……（１）
ここで、ＦＦＰｃはバイオファウリング生成能の計算値（濃度値）、Ｔは前処理水１１の水温、ｐＨは前処理水１１の水素イオン指数（ｐＨ）、ＥＣは前処理水１１の導電率、Ａｂは前処理水１１の吸光度、ＡＴＰは前処理水１１のＡＴＰの濃度である。
なお、式（１）右辺の各項は、水質項目ごとにバイオファウリング生成との関係を求めて設定するとよい。
計算手段６において計算されたバイオファウリング生成能ＦＦＰの計算値ＦＦＰｃ（濃度値）は、制御手段７に送信される。
【００２５】
ステップＳ１０２において、制御手段７は入力手段２０からバイオファウリング生成能ＦＦＰの目標値ＦＦＰｔが入力される。
ステップＳ１０３において、制御手段７は計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔより大きいか否かを判断する。
計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔ以下の場合には（ステップＳ１０３でＮｏ）、フローを終了し、制御手段７は前処理装置１の運転条件を現状のまま継続する。
一方、計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔより大きい場合には（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０４に進み、制御手段７は前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）のろ過速度を低減させるように運転条件を決定する。または、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）の逆洗頻度を増加させるように運転条件を決定してもよい。また、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）に薬洗を実施させるように制御信号を送信してもよい。
【００２６】
前処理装置１が「ＵＦ膜処理装置」以外の場合、制御手段７が決定する前処理装置１の運転条件は、例えば、消毒剤、凝集剤、スケール防止剤、ｐＨ調整剤の注入率が考えられる。いずれの場合も、あらかじめバイオファウリング生成能ＦＦＰとの相関関係を把握して、目標値ＦＦＰｔを設定するとよい。
【００２７】
＜第１実施形態の変形例＞
また、上述のバイオファウリング生成能ＦＦＰを用いて、逆浸透膜モジュール３の運転条件を決定してもよい。
図３は第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の構成模式図であり、図４は第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の運転フローである。
第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置では、制御手段７から信号を送る表示手段２１が追加される。また、計測器５２から５Ｎには前処理水１１の流量を計測する流量計が含まれる。
【００２８】
ステップＳ２０１において、制御手段７は入力手段２０から後述する濃度積算値∫ＦＦＰｃの閾値である積算目標値∫ＦＦＰｔが入力される。
ステップＳ２０２において、計算手段６は、前処理水１１のバイオファウリング生成能ＦＦＰの計算値ＦＦＰｃ（濃度値）と、前処理水１１の流量の計測値から、逆浸透膜モジュール３に供給された計算値ＦＦＰｃの総量である濃度積算値∫ＦＦＰｃを算出する。濃度積算値∫ＦＦＰｃの算出は、例えば、測定周期ごとの前処理水１１の流量と、式（１）により算出された計算値ＦＦＰｃと、を積算し、前回の洗浄から現在までの合計を求めることにより算出される。
計算手段６において算出された濃度積算値∫ＦＦＰｃは、制御手段７に送信される。
ステップＳ２０３において、制御手段７は濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔより大きいか否かを判断する。
濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔ以下の場合には（ステップＳ２０３でＮｏ）、ステップＳ２０２に戻る。
一方、濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔより大きい場合には（ステップＳ２０３でＹｅｓ）、ステップＳ２０４に進み、制御手段７は表示手段２１に逆浸透膜モジュール３の洗浄を促す警告を発信する。
【００２９】
以下に、第１実施形態（第１実施形態の変形例）に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
図５は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
逆浸透膜モジュール３を用いた海水淡水化装置で、前処理にＵＦ膜処理を実施する場合、ＵＦ膜処理装置を運転条件一定で運転すると、原海水中の有機物のうち分子量の大きい成分（図示省略）が除去されるが、原海水中の低分子成分のうち一部が通過する。
さらに、プランクトン類が剪断されてプランクトン体内の成分が流出し低分子成分が増加する現象が報告されている（非特許文献１参照）。
【００３０】
このとき、本実施形態による制御（図２参照）で運転すると、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）のろ過流速を低減する。または、逆洗や薬洗によりＵＦ膜のファウリングを除去し、ＵＦ膜の運転圧力を低減する。
この結果、プランクトンの剪断が抑制されるため、低分子成分の増加を低減できる。これにより、前処理水１１中のバイオファウリング寄与率の高い低分子の有機物量が低減され、逆浸透膜モジュール３のバイオファウリング生成が抑制される。
【００３１】
また、バイオファウリング寄与率の高い有機物の供給積算量に応じて適切な時期に警告を表示し逆浸透膜が洗浄されることにより、（図４参照）、過剰な洗浄用薬剤の使用を抑制できる。
また、バイオフィルムの長期間接触にともなう生物による逆浸透膜の資化を防ぐことが期待できる。
【００３２】
このように、本実施形態の構成をとることで浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、適切な時期に逆浸透膜を洗浄することにより洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００３３】
≪第２実施形態≫
図６は、第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第２実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）における前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）に変えて、海水１０を前処理する前処理装置として、不溶化処理装置２２とろ過装置２３を備えている。
海水１０は、不溶化処理装置２２で粒子状成分やコロイド状成分が凝集され、および／または、溶解性無機物を析出させられ、続いてろ過装置２３に流入し、凝集物・析出物を除去された後、前処理水１１となる。
【００３４】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（不溶化処理装置２２、ろ過装置２３）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００３５】
不溶化処理装置２２として、凝集剤注入装置、アルカリ剤注入装置、二酸化炭素微細気泡注入装置などを用いることができる。
この場合、制御手段７が決定する不溶化処理装置２２の運転条件は、それぞれ、凝集剤注入率、アルカリ剤注入率、および／または、目標ｐＨ値、二酸化炭素微細気泡注入率、を用いることができる。
【００３６】
ろ過装置２３は、金属膜またはセラミック膜による無機膜ろ過装置を用いるとよい。
また、ろ過装置２３は、デッドエンドろ過またはクロスフローろ過で逆洗を併用する、もしくは、クロスフローろ過で一次側の膜面を連続的／間欠的にブラシ等により機械洗浄してもよい。
制御手段７が決定するろ過装置２３の運転条件は、ろ過流速、逆洗頻度、機械洗浄頻度などを用いることができる。
【００３７】
以下に、第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
図７は、第２実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
逆浸透膜モジュール３を用いた海水淡水化装置で、前処理にＵＦ膜処理を実施する場合、ＵＦ膜処理装置を運転条件一定で運転すると、前述のとおり、原海水中の有機物のうち分子量の大きい成分（図示省略）が除去されるが、原海水中の低分子成分のうち一部が通過し、さらに、プランクトン類が剪断されてプランクトン体内の成分が流出し低分子成分が増加する。
【００３８】
一方、第２実施形態に係る海水淡水化装置の不溶化処理と無機膜によるろ過では、ろ過圧力が低いためプランクトン類の剪断による低分子有機物の溶出は起こらない。また、バイオファウリング寄与率の高い粘着性を有する有機物は、不溶化処理において生成した粒子に付着して、ろ過排水として除去される効果も期待できる。
このように、前処理水中のバイオファウリング寄与率の高い低分子の有機物量が低減されることにより、逆浸透膜のバイオファウリング生成が抑制される。
また、不溶化処理としてアルカリ剤注入を実施する場合、共沈現象による海水中のほう素の除去も期待できる。また、不溶化処理として二酸化炭素微細気泡注入による炭酸塩の析出促進処理を実施する場合、高二酸化炭素濃度環境による細胞内液のｐＨ低下にともなう生物の活性阻害効果によるバイオフィルム形成抑制効果も期待できる。
【００３９】
このように、本実施形態（第２実施形態）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。または、ほう素除去のための逆浸透膜の回収率抑制運転や逆浸透膜の２段運転を不要とする運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００４０】
≪第３実施形態≫
図８は、第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第３実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）おける前処理装置１の後段に二酸化炭素注入装置２４が設けられており、前処理装置１および二酸化炭素注入装置２４が海水１０を前処理する前処理装置として機能する。
海水１０は、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、または、水温，ｐＨなどが調整され、前処理水１１となる。さらに、前処理水１１は二酸化炭素注入装置２４へ流入し、二酸化炭素含有ガスを散気される。
【００４１】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（前処理装置１、二酸化炭素注入装置２４）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００４２】
二酸化炭素注入装置２４は、二酸化炭素含有ガスを前処理水１１に注入する。二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素ガスを含みＯ２や有害ガスを含まない排ガスなどを用いてもよい。
制御手段７が決定する二酸化炭素注入装置２４の運転条件は、ガス注入率または気中二酸化炭素濃度を用いることができる。
【００４３】
以下に、第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
環境水の二酸化炭素分圧が上昇すると、水生生物の体液と環境水間の二酸化炭素分圧勾配が逆転して環境水中から生物体内へ二酸化炭素の拡散が生じ、生物の細胞内ｐＨ低下にともない生物の代謝・活性に対する阻害効果が報告されている（石松惇、吉川貴志、林正裕、喜田潤「海水環境：高二酸化炭素の影響」日本海水学会誌 第57巻第4号、p285-288(2003) 参照）。
【００４４】
第３実施形態に係る海水淡水化装置では、逆浸透膜モジュール３の逆浸透膜への供給水の二酸化炭素濃度を増加させる。これにより、残存していた微生物が逆浸透膜表面に付着しても、微生物の代謝物の生成が阻害され、バイオフィルムの成長を抑制する効果が期待できる。
また、薬剤による殺菌と異なり一時的な不活化であるため、微生物の体液の溶出にともなうバイオファウリングの要因である有機物の増加は回避することができる。
【００４５】
＜第３実施形態の変形例＞
また、別の二酸化炭素注入方法として、高圧ポンプ２の後段に設置されるエアチャンバ２５の補充気体として二酸化炭素を用いてもよい。
エアチャンバ２５は、チャンバ内のガスの圧縮作用により、高圧ポンプ２の圧力・流量の急激な増減を緩衝する目的で使用され、圧縮時にガスが送液に溶け込むためガスの補充が必要である。このガスとして二酸化炭素を用いる場合、前処理で二酸化炭素を注入する場合（第３実施形態）と異なり高圧ポンプ２の供給水の溶存気体量が増加しないため、高圧ポンプ２でのキャビテーション発生を回避することができる。
【００４６】
このように、本実施形態（第３実施形態、第３実施形態の変形例）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００４７】
≪第４実施形態≫
図９は、第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第４実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）おける前処理装置１の後段にイオン交換樹脂槽２６が設けられており、前処理装置１およびイオン交換樹脂槽２６が海水１０を前処理する前処理装置として機能する。
海水１０は、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、および／または、水温，ｐＨなどが調整され、イオン交換樹脂槽２６へ流入し、イオン交換樹脂槽２６で酸性多糖類を吸着・除去され、前処理水１１となる。
【００４８】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（前処理装置１、イオン交換樹脂槽２６）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００４９】
イオン交換樹脂槽２６は複数槽を並列して設置し、順番にオフラインで洗浄するとよい。
制御手段７が決定するイオン交換樹脂槽２６の運転条件は、イオン交換樹脂槽２６の洗浄頻度、接触時間などを用いることができる。例えば、制御手段７は、上述のバイオファウリング寄与率の高い有機物の指標の計測値を計算手段６から取り込み、計測値が入力手段２０から入力された目標値より高い場合、イオン交換樹脂槽２６の洗浄を実施する。
【００５０】
以下に、第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
ある種のイオン交換樹脂は、酸性多糖類を吸着することが知られている。また、非特許文献１によると、上述のバイオファウリング寄与率の高い有機物中に酸性多糖類が偏在する。
したがって、本実施形態（第４実施形態）の構成のように、逆浸透膜への供給水をイオン交換樹脂と接触させて酸性多糖類を除去すると、供給水中の生物の付着・増殖を促進する要因が低減されるため、バイオファウリングの生成抑制が期待できる。
【００５１】
このように、本実施形態（第４実施形態）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の
逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる
【符号の説明】
【００５２】
１ 前処理装置
２ 高圧ポンプ（ポンプ）
３ 逆浸透膜モジュール（逆浸透膜）
４ 流路
５ 計測器（計測手段）
６ 計算手段
７ 制御手段
８ 分離装置（分離手段）
９ 流路
１０ 海水
１１ 前処理水（処理水）
１２ 透過水
１３ 濃縮水
２０ 入力手段
２１ 表示手段（表示する機能）
２２ 不溶化処理装置
２３ ろ過装置
２４ 二酸化炭素注入装置
２５ エアチャンバ
２６ イオン交換樹脂槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水やかん水から淡水を得るための逆浸透膜を用いた淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、逆浸透膜の汚染による淡水生産効率の低下や生産水質の悪化が課題である。汚染の要因は、海域によって異なるが、「粒子性物質の付着による閉塞」、「無機化合物の析出」、「有機物の付着」、「生物由来のバイオフィルムの付着」などが挙げられる。逆浸透膜への供給水からこれらの汚染要因を除去するため、さまざまな前処理技術が開発されてきた。前処理後の処理水（以降、前処理水と呼ぶ）の、逆浸透膜の汚染生成ポテンシャルを評価するにあたり、粒子性物質の指標であるＳＤＩ（Silt Density Index）が導入され広く使用されているが、ＳＤＩの想定しない前述の他の汚染の要因も評価する必要がある。
【０００３】
近年、逆浸透膜による海水淡水化プラントでは、特に「生物由来の汚染」（以降、「バイオファウリング」と呼ぶ）が大きな問題になる事例が報告されており、生物やそのエネルギ源となる有機物の評価が重要である。
非特許文献１によると、有機物のうち特に粘着性を持つ多糖類を含むＴＥＰ（Transparent Exopolymer Particles）が、バイオフィルムの生成に大きく寄与している。ＴＥＰは微生物を吸着して逆浸透膜面に付着・固定し、さらに微生物に資化される。ＴＥＰは、通常、海水中の低分子の多糖類が凝集して粒子状またはコロイド状になることで形成されるが、植物プランクトンなどがＵＦ膜（Ultrafiltration Membrane）などの前処理によって剪断され、体外に流出した多糖類が凝集することでも形成される。さらに、逆浸透膜の前処理では、生物の活性を阻害するために次亜塩素酸ナトリウムなどを用いた殺菌処理が行われるが、耐性菌の発生や膜内での再増殖が問題となっている。
このように、バイオフィルムの生成によるバイオファウリングを抑制するためには、適切な前処理により生物と有機物、なかでもＴＥＰを低減することが有効と考えられる。
【０００４】
特許文献１によると、海水中に含まれる、微生物が資化可能な有機物（同化可能有機炭素）を測定するために、海水中の微生物を培養し、コロニー数の計数の代わりに細胞内のアデノシン三リン酸（以降、ＡＴＰ（adenosine-triphosphate）を定量して生菌数に換算することでその最大増殖数を把握する方法が開示されている。
この方法によると、評価対象である海水中の微生物の増殖ポテンシャルを用いるため、前処理水中の同化可能有機炭素を高精度で評価することができる。
【０００５】
特許文献２によると、前処理装置の後段の分岐流路に、バイオファウリング予測のための膜試験片を設置し、試験片のバイオファウリング生成結果を、前処理装置や逆浸透膜処理装置の運転管理に使用する方法が開示されている。
この方法によると、逆浸透膜モジュールと同じ膜材質、同じ供給水による連続運転であるため、高精度で膜モジュールのバイオファウリング生成状況を模擬・予測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９４３６４号公報
【特許文献２】国際公開２００８−０３８５７５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】竹内和久「RO 海水淡水化の前処理とファウリング」日本海水学会誌 第63巻第6号、p367-371(2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で開示された方法では、測定した同化可能有機炭素はＴＥＰを全て包含せず、例えば付着作用を有するが資化されにくい有機物を評価できない。
また、微生物の培養に１日以上必要であり、前処理運転の制御に使用するには時間遅れが大きいという問題がある。
【０００９】
特許文献２で開示された方法では、スペーサの有無、圧力など膜モジュールとの運転条件の違いによりバイオファウリング生成の予測精度が低下する。
また、試験片のバイオファウリング生成に数日必要であり、前処理運転の制御に使用するには時間遅れが大きいという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、逆浸透膜の目詰まりが低減されることにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に係る海水淡水化装置は、逆浸透膜を用いた海水淡水化装置において、前記逆浸透膜より前段に配置されて、前記逆浸透膜に供給される海水を前処理する前処理装置と、前記前処理装置の処理水の水質項目を計測する計測手段と、前記計測手段による計測値の濃度値とあらかじめ与えた目標値に基づいて、前記前処理装置を制御する制御手段と、を備え、前記計測手段は、有機物量を示す水質項目を計測し、該有機物量を示す水質項目の計測手段の前段に、有機物を除去する分離手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逆浸透膜の目詰まりが低減されることにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図２】第１実施形態に係る海水淡水化装置の運転フローである。
【図３】第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の運転フローである。
【図５】第１実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
【図６】第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図７】第２実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
【図８】第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【図９】第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１５】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
海水淡水化装置は、前処理装置１、高圧ポンプ２、逆浸透膜モジュール３等を備えている。
海水淡水化装置に供給される海水１０は、まず、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、および／または、水温，ｐＨなどが調整され、前処理水１１となる。
前処理装置１で前処理された前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。
【００１６】
前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。
計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。
【００１７】
計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。
計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。
制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置１の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００１８】
流路４から分岐する流路９には、分離装置８を介して吸光度を計測する計測器５１が接続されている。流路９から流下した前処理水１１は、分離装置８で一部の有機物を除去された後、計測器５１で吸光度が計測される。
【００１９】
分離装置８は、有機膜であるＭＦ膜（Microfiltration Membrane）、ＵＦ膜、無機膜、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂などによるろ過処理装置を用いることができる。
分離装置８に流入した前処理水１１中の有機物は、生物による分解性、粘着性の有無などが異なる成分を含んでいる。
分離装置８の分離工程では、前処理水１１から、バイオファウリングへの寄与率が高いと考えられる生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を、選択的に除去する。または、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を、選択的に残留させる。
【００２０】
分離装置８において、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を選択的に残留させた場合は、計測器５１で計測した吸光度を有機物の指標として用いる。
一方、分離装置８において、生物易分解性かつ粘着性を有する成分（有機物）を選択的に除去した場合は、分離装置８で一部の有機物を除去された前処理水１１の吸光度を計測器５１で計測し（計測値を吸光度Ｅ１とする）、加えて、分離装置８を透過しない前処理水１１の吸光度を計測器５２で計測し（計測値を吸光度Ｅ０とする）、吸光度の差分（即ちＥ０−Ｅ１）を有機物の指標として用いる。
【００２１】
ここで、例として、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に起因する吸光度を計測して、全体の有機物に起因する吸光度から差し引くことにより、指標としての吸光度を求める方法について説明する。
前処理水１１からＵＦ膜（分離装置８）により分画分子量１０００Ｄａ以上の成分を除去したろ過水の吸光度Ｅ1000、および、分画分子量３００Ｄａ以上の成分を除去した吸光度Ｅ300を測定する。その吸光度の差分（Ｅ1000−Ｅ300）を求めることにより、「分画分子量３００Ｄａ以上１０００Ｄａ未満の成分」に起因する吸光度、即ち、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に起因する吸光度を計測する。これを、分離装置８を透過しない前処理水１１の吸光度Ｅ０から差し引いた値（即ち、「Ｅ０−（Ｅ1000−Ｅ300）」）を有機物の指標として用いる。
または、「生物難分解性のフミン質成分に相当する有機物」に変えて、「粘着性を持たない中性物質に相当する有機物」として、アルカリ条件下での陰イオン交換樹脂によるろ過水の吸光度を用いてもよい。
【００２２】
なお、吸光度の測定に用いる波長は、例えば２４０〜８００ｎｍを用いるとよい。また、吸光度の測定は１種類以上の波長に対して行ってもよい。
計測器５２から５Ｎは、各水質項目、例えば、前処理水１１の水温、前処理水１１の水素イオン指数（ｐＨ）、前処理水１１の導電率、海水中の生物の活性度を示すＡＴＰの濃度、前処理水１１の吸光度を計測する。
【００２３】
＜海水淡水化装置の運転フロー＞
図２は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の運転フローである。
以下、前処理装置１が「ＵＦ膜処理装置」の場合の運転方法を説明する。
【００２４】
ステップＳ１０１において、まず計算手段６は、計測器５から送信された計測値を用いて、バイオファウリング生成能を示す指標であるバイオファウリング生成能ＦＦＰを算出する。計算式の例を式（１）に示す。
ＦＦＰｃ＝ｆ(Ｔ)＋ｆ(ｐＨ)＋ｆ(ＥＣ)＋ｆ(Ａｂ)＋ｆ(ＡＴＰ) ……（１）
ここで、ＦＦＰｃはバイオファウリング生成能の計算値（濃度値）、Ｔは前処理水１１の水温、ｐＨは前処理水１１の水素イオン指数（ｐＨ）、ＥＣは前処理水１１の導電率、Ａｂは前処理水１１の吸光度、ＡＴＰは前処理水１１のＡＴＰの濃度である。
なお、式（１）右辺の各項は、水質項目ごとにバイオファウリング生成との関係を求めて設定するとよい。
計算手段６において計算されたバイオファウリング生成能ＦＦＰの計算値ＦＦＰｃ（濃度値）は、制御手段７に送信される。
【００２５】
ステップＳ１０２において、制御手段７は入力手段２０からバイオファウリング生成能ＦＦＰの目標値ＦＦＰｔが入力される。
ステップＳ１０３において、制御手段７は計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔより大きいか否かを判断する。
計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔ以下の場合には（ステップＳ１０３でＮｏ）、フローを終了し、制御手段７は前処理装置１の運転条件を現状のまま継続する。
一方、計算値ＦＦＰｃが目標値ＦＦＰｔより大きい場合には（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０４に進み、制御手段７は前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）のろ過速度を低減させるように運転条件を決定する。または、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）の逆洗頻度を増加させるように運転条件を決定してもよい。また、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）に薬洗を実施させるように制御信号を送信してもよい。
【００２６】
前処理装置１が「ＵＦ膜処理装置」以外の場合、制御手段７が決定する前処理装置１の運転条件は、例えば、消毒剤、凝集剤、スケール防止剤、ｐＨ調整剤の注入率が考えられる。いずれの場合も、あらかじめバイオファウリング生成能ＦＦＰとの相関関係を把握して、目標値ＦＦＰｔを設定するとよい。
【００２７】
＜第１実施形態の変形例＞
また、上述のバイオファウリング生成能ＦＦＰを用いて、逆浸透膜モジュール３の運転条件を決定してもよい。
図３は第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の構成模式図であり、図４は第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置の運転フローである。
第１実施形態の変形例に係る海水淡水化装置では、制御手段７から信号を送る表示手段２１が追加される。また、計測器５２から５Ｎには前処理水１１の流量を計測する流量計が含まれる。
【００２８】
ステップＳ２０１において、制御手段７は入力手段２０から後述する濃度積算値∫ＦＦＰｃの閾値である積算目標値∫ＦＦＰｔが入力される。
ステップＳ２０２において、計算手段６は、前処理水１１のバイオファウリング生成能ＦＦＰの計算値ＦＦＰｃ（濃度値）と、前処理水１１の流量の計測値から、逆浸透膜モジュール３に供給された計算値ＦＦＰｃの総量である濃度積算値∫ＦＦＰｃを算出する。濃度積算値∫ＦＦＰｃの算出は、例えば、測定周期ごとの前処理水１１の流量と、式（１）により算出された計算値ＦＦＰｃと、を積算し、前回の洗浄から現在までの合計を求めることにより算出される。
計算手段６において算出された濃度積算値∫ＦＦＰｃは、制御手段７に送信される。
ステップＳ２０３において、制御手段７は濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔより大きいか否かを判断する。
濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔ以下の場合には（ステップＳ２０３でＮｏ）、ステップＳ２０２に戻る。
一方、濃度積算値∫ＦＦＰｃが積算目標値∫ＦＦＰｔより大きい場合には（ステップＳ２０３でＹｅｓ）、ステップＳ２０４に進み、制御手段７は表示手段２１に逆浸透膜モジュール３の洗浄を促す警告を発信する。
【００２９】
以下に、第１実施形態（第１実施形態の変形例）に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
図５は、第１実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
逆浸透膜モジュール３を用いた海水淡水化装置で、前処理にＵＦ膜処理を実施する場合、ＵＦ膜処理装置を運転条件一定で運転すると、原海水中の有機物のうち分子量の大きい成分（図示省略）が除去されるが、原海水中の低分子成分のうち一部が通過する。
さらに、プランクトン類が剪断されてプランクトン体内の成分が流出し低分子成分が増加する現象が報告されている（非特許文献１参照）。
【００３０】
このとき、本実施形態による制御（図２参照）で運転すると、前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）のろ過流速を低減する。または、逆洗や薬洗によりＵＦ膜のファウリングを除去し、ＵＦ膜の運転圧力を低減する。
この結果、プランクトンの剪断が抑制されるため、低分子成分の増加を低減できる。これにより、前処理水１１中のバイオファウリング寄与率の高い低分子の有機物量が低減され、逆浸透膜モジュール３のバイオファウリング生成が抑制される。
【００３１】
また、バイオファウリング寄与率の高い有機物の供給積算量に応じて適切な時期に警告を表示し逆浸透膜が洗浄されることにより、（図４参照）、過剰な洗浄用薬剤の使用を抑制できる。
また、バイオフィルムの長期間接触にともなう生物による逆浸透膜の資化を防ぐことが期待できる。
【００３２】
このように、本実施形態の構成をとることで浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、適切な時期に逆浸透膜を洗浄することにより洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００３３】
≪第２実施形態≫
図６は、第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第２実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）における前処理装置１（ＵＦ膜処理装置）に変えて、海水１０を前処理する前処理装置として、不溶化処理装置２２とろ過装置２３を備えている。
海水１０は、不溶化処理装置２２で粒子状成分やコロイド状成分が凝集され、および／または、溶解性無機物を析出させられ、続いてろ過装置２３に流入し、凝集物・析出物を除去された後、前処理水１１となる。
【００３４】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（不溶化処理装置２２、ろ過装置２３）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００３５】
不溶化処理装置２２として、凝集剤注入装置、アルカリ剤注入装置、二酸化炭素微細気泡注入装置などを用いることができる。
この場合、制御手段７が決定する不溶化処理装置２２の運転条件は、それぞれ、凝集剤注入率、アルカリ剤注入率、および／または、目標ｐＨ値、二酸化炭素微細気泡注入率、を用いることができる。
【００３６】
ろ過装置２３は、金属膜またはセラミック膜による無機膜ろ過装置を用いるとよい。
また、ろ過装置２３は、デッドエンドろ過またはクロスフローろ過で逆洗を併用する、もしくは、クロスフローろ過で一次側の膜面を連続的／間欠的にブラシ等により機械洗浄してもよい。
制御手段７が決定するろ過装置２３の運転条件は、ろ過流速、逆洗頻度、機械洗浄頻度などを用いることができる。
【００３７】
以下に、第２実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
図７は、第２実施形態に係る海水淡水化装置の効果の概念図である。
逆浸透膜モジュール３を用いた海水淡水化装置で、前処理にＵＦ膜処理を実施する場合、ＵＦ膜処理装置を運転条件一定で運転すると、前述のとおり、原海水中の有機物のうち分子量の大きい成分（図示省略）が除去されるが、原海水中の低分子成分のうち一部が通過し、さらに、プランクトン類が剪断されてプランクトン体内の成分が流出し低分子成分が増加する。
【００３８】
一方、第２実施形態に係る海水淡水化装置の不溶化処理と無機膜によるろ過では、ろ過圧力が低いためプランクトン類の剪断による低分子有機物の溶出は起こらない。また、バイオファウリング寄与率の高い粘着性を有する有機物は、不溶化処理において生成した粒子に付着して、ろ過排水として除去される効果も期待できる。
このように、前処理水中のバイオファウリング寄与率の高い低分子の有機物量が低減されることにより、逆浸透膜のバイオファウリング生成が抑制される。
また、不溶化処理としてアルカリ剤注入を実施する場合、共沈現象による海水中のほう素の除去も期待できる。また、不溶化処理として二酸化炭素微細気泡注入による炭酸塩の析出促進処理を実施する場合、高二酸化炭素濃度環境による細胞内液のｐＨ低下にともなう生物の活性阻害効果によるバイオフィルム形成抑制効果も期待できる。
【００３９】
このように、本実施形態（第２実施形態）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。または、ほう素除去のための逆浸透膜の回収率抑制運転や逆浸透膜の２段運転を不要とする運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００４０】
≪第３実施形態≫
図８は、第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第３実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）おける前処理装置１の後段に二酸化炭素注入装置２４が設けられており、前処理装置１および二酸化炭素注入装置２４が海水１０を前処理する前処理装置として機能する。
海水１０は、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、または、水温，ｐＨなどが調整され、前処理水１１となる。さらに、前処理水１１は二酸化炭素注入装置２４へ流入し、二酸化炭素含有ガスを散気される。
【００４１】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（前処理装置１、二酸化炭素注入装置２４）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００４２】
二酸化炭素注入装置２４は、二酸化炭素含有ガスを前処理水１１に注入する。二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素ガスを含みＯ２や有害ガスを含まない排ガスなどを用いてもよい。
制御手段７が決定する二酸化炭素注入装置２４の運転条件は、ガス注入率または気中二酸化炭素濃度を用いることができる。
【００４３】
以下に、第３実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
環境水の二酸化炭素分圧が上昇すると、水生生物の体液と環境水間の二酸化炭素分圧勾配が逆転して環境水中から生物体内へ二酸化炭素の拡散が生じ、生物の細胞内ｐＨ低下にともない生物の代謝・活性に対する阻害効果が報告されている（石松惇、吉川貴志、林正裕、喜田潤「海水環境：高二酸化炭素の影響」日本海水学会誌 第57巻第4号、p285-288(2003) 参照）。
【００４４】
第３実施形態に係る海水淡水化装置では、逆浸透膜モジュール３の逆浸透膜への供給水の二酸化炭素濃度を増加させる。これにより、残存していた微生物が逆浸透膜表面に付着しても、微生物の代謝物の生成が阻害され、バイオフィルムの成長を抑制する効果が期待できる。
また、薬剤による殺菌と異なり一時的な不活化であるため、微生物の体液の溶出にともなうバイオファウリングの要因である有機物の増加は回避することができる。
【００４５】
＜第３実施形態の変形例＞
また、別の二酸化炭素注入方法として、高圧ポンプ２の後段に設置されるエアチャンバ２５の補充気体として二酸化炭素を用いてもよい。
エアチャンバ２５は、チャンバ内のガスの圧縮作用により、高圧ポンプ２の圧力・流量の急激な増減を緩衝する目的で使用され、圧縮時にガスが送液に溶け込むためガスの補充が必要である。このガスとして二酸化炭素を用いる場合、前処理で二酸化炭素を注入する場合（第３実施形態）と異なり高圧ポンプ２の供給水の溶存気体量が増加しないため、高圧ポンプ２でのキャビテーション発生を回避することができる。
【００４６】
このように、本実施形態（第３実施形態、第３実施形態の変形例）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または、交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００４７】
≪第４実施形態≫
図９は、第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成模式図である。
第４実施形態に係る海水淡水化装置は、第１実施形態に係る海水淡水化装置（図１参照）おける前処理装置１の後段にイオン交換樹脂槽２６が設けられており、前処理装置１およびイオン交換樹脂槽２６が海水１０を前処理する前処理装置として機能する。
海水１０は、前処理装置１で固形性・溶解性物質を除去され、および／または、水温，ｐＨなどが調整され、イオン交換樹脂槽２６へ流入し、イオン交換樹脂槽２６で酸性多糖類を吸着・除去され、前処理水１１となる。
【００４８】
以降は、第１実施形態に係る海水淡水化装置と同様である。
すなわち、前処理水１１は、高圧ポンプ２で加圧され、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール３に流入し、透過水１２と濃縮水１３に分離される。前処理水１１の一部は、流路４を流下して計測器５１から計測器５Ｎに流入する。計測器５１から計測器５Ｎは、各水質項目について計測する計測器であり、前処理水１１の水質を計測する。計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値は計算手段６に送信される。計算手段６は、計測器５１から計測器５Ｎで計測された各水質項目の計測値と、あらかじめ設定しておいた計算式に基づいて、バイオファウリング生成能を示す指標を算出する。制御手段７は、計算手段６で算出されたバイオファウリング生成能を示す指標に基づいて、前処理装置（前処理装置１、イオン交換樹脂槽２６）の運転条件を決定し、処理装置１に制御信号を送信する。
【００４９】
イオン交換樹脂槽２６は複数槽を並列して設置し、順番にオフラインで洗浄するとよい。
制御手段７が決定するイオン交換樹脂槽２６の運転条件は、イオン交換樹脂槽２６の洗浄頻度、接触時間などを用いることができる。例えば、制御手段７は、上述のバイオファウリング寄与率の高い有機物の指標の計測値を計算手段６から取り込み、計測値が入力手段２０から入力された目標値より高い場合、イオン交換樹脂槽２６の洗浄を実施する。
【００５０】
以下に、第４実施形態に係る海水淡水化装置の構成による作用を説明する。
ある種のイオン交換樹脂は、酸性多糖類を吸着することが知られている。また、非特許文献１によると、上述のバイオファウリング寄与率の高い有機物中に酸性多糖類が偏在する。
したがって、本実施形態（第４実施形態）の構成のように、逆浸透膜への供給水をイオン交換樹脂と接触させて酸性多糖類を除去すると、供給水中の生物の付着・増殖を促進する要因が低減されるため、バイオファウリングの生成抑制が期待できる。
【００５１】
このように、本実施形態（第４実施形態）の構成をとることで、浸透膜モジュール３の
逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、または交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。その結果、運転コストの低減や環境負荷の低減が可能となる
【符号の説明】
【００５２】
１ 前処理装置
２ 高圧ポンプ（ポンプ）
３ 逆浸透膜モジュール（逆浸透膜）
４ 流路
５ 計測器（計測手段）
６ 計算手段
７ 制御手段
８ 分離装置（分離手段）
９ 流路
１０ 海水
１１ 前処理水（処理水）
１２ 透過水
１３ 濃縮水
２０ 入力手段
２１ 表示手段（表示する機能）
２２ 不溶化処理装置
２３ ろ過装置
２４ 二酸化炭素注入装置
２５ エアチャンバ
２６ イオン交換樹脂槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置において、
前記逆浸透膜より前段に配置されて、前記逆浸透膜に供給される海水を前処理する前処理装置と、
前記前処理装置の処理水の水質項目を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値の濃度値とあらかじめ与えた目標値に基づいて、前記前処理装置を制御する制御手段と、を備え、
前記計測手段は、
有機物量を示す水質項目を計測し、
該有機物量を示す水質項目の計測手段の前段に、有機物を除去する分離手段を備える
ことを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記計測手段による計測値の濃度積算値と、あらかじめ与えた積算目標値と、に基づいて、前記逆浸透膜の洗浄時期を予測演算して表示する機能を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。
【請求項３】
前記計測手段は、
有機物量を示す水質項目の計測に吸光度を用いる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
前記計測手段は、
海水中の生物の活性度を示す水質項目を計測する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記計測手段は、
前記海水中の生物の活性度を示す水質項目として、アデノシン三リン酸を計測する
ことを特徴とする請求項４に記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記前処理装置は、
薬品の注入により海水中の溶解成分を析出させ、析出物をろ過することにより除去する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記前処理装置は、
二酸化炭素を注入し、海水中の溶解成分の析出を促進する、または海水中の生物の活性度を阻害する機能を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記前処理装置は、
二酸化炭素を微細気泡として注入する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項９】
前記逆浸透膜に前記処理水を送水するポンプと前記逆浸透膜との中間に配置されて、前記処理水の流量の脈動を低減するエアチャンバを備え、
前記エアチャンバの補給ガスとして二酸化炭素を注入し、前記処理水中の生物の活性度を阻害する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項１０】
前記分離手段は、
有機物を除去するために、有機膜、無機膜、ゼオライト、活性炭、樹脂のうち1種類以上を用いる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項１】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置において、
前記逆浸透膜より前段に配置されて、前記逆浸透膜に供給される海水を前処理する前処理装置と、
前記前処理装置の処理水の水質項目を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値の濃度値とあらかじめ与えた目標値に基づいて、前記前処理装置を制御する制御手段と、を備え、
前記計測手段は、
有機物量を示す水質項目を計測し、
該有機物量を示す水質項目の計測手段の前段に、有機物を除去する分離手段を備える
ことを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記計測手段による計測値の濃度積算値と、あらかじめ与えた積算目標値と、に基づいて、前記逆浸透膜の洗浄時期を予測演算して表示する機能を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。
【請求項３】
前記計測手段は、
有機物量を示す水質項目の計測に吸光度を用いる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
前記計測手段は、
海水中の生物の活性度を示す水質項目を計測する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記計測手段は、
前記海水中の生物の活性度を示す水質項目として、アデノシン三リン酸を計測する
ことを特徴とする請求項４に記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記前処理装置は、
薬品の注入により海水中の溶解成分を析出させ、析出物をろ過することにより除去する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記前処理装置は、
二酸化炭素を注入し、海水中の溶解成分の析出を促進する、または海水中の生物の活性度を阻害する機能を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記前処理装置は、
二酸化炭素を微細気泡として注入する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項９】
前記逆浸透膜に前記処理水を送水するポンプと前記逆浸透膜との中間に配置されて、前記処理水の流量の脈動を低減するエアチャンバを備え、
前記エアチャンバの補給ガスとして二酸化炭素を注入し、前記処理水中の生物の活性度を阻害する機能を備える
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【請求項１０】
前記分離手段は、
有機物を除去するために、有機膜、無機膜、ゼオライト、活性炭、樹脂のうち1種類以上を用いる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１７７６０４（Ｐ２０１１−１７７６０４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１５１９（Ｐ２０１０−４１５１９）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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