被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法
【課題】逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムを提供する。
【解決手段】被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見てろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見てセラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする、被処理水の淡水化システムである。
【解決手段】被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見てろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見てセラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする、被処理水の淡水化システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かん水や海水などの被処理水を淡水化するシステムおよび方法に関し、特には、被処理水を適切に前処理した後に逆浸透膜でろ過することにより、被処理水を淡水化する際に逆浸透膜にかかる負荷を低減した、被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、かん水や海水などの被処理水から淡水を得るための一般的手法として、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いた膜分離法（逆浸透法）が知られている。
【０００３】
そして、一般に、逆浸透法を用いた海水淡水化システムでは、被処理水である海水を、凝集剤を用いた海水中の懸濁物質等の凝集処理および凝集した懸濁物質を海水から除去するための砂ろ過を行った後に逆浸透膜でろ過することにより、逆浸透膜の早期の目詰まり発生を防止しつつ、海水の淡水化を行っている。
【０００４】
しかし、砂利や砂の層を用いて被処理水をろ過する砂ろ過では、海水から懸濁物質を十分に分離・除去することができないため、従来の海水淡水化システムには、逆浸透膜の早期の目詰まり発生を十分に抑制することができない（逆浸透膜にかかる負荷を十分に低減できない）という問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、海水淡水化システムにおいて、有機材料製の精密ろ過膜または限外ろ過膜を用いた膜ろ過装置を砂ろ過装置の代わりに用いて海水から懸濁物質を除去することも考えられる。しかし、海水にはカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が多く含まれているため、上記膜ろ過装置を用いた海水淡水化システムには、海水から懸濁物質を除去しようとした場合に、海水中の硬度成分が、ポンプや配管等のみならずろ過膜にも炭酸塩（炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等）の形で析出（スケーリング）してしまうという問題があった。
【０００６】
そのため、膜ろ過装置を用いた海水淡水化システムでは、海水を膜ろ過する前に、硬度成分を炭酸塩等の形で析出させて除去する晶析法などにより軟化処理する必要があった。しかし、晶析法により軟化処理を行った場合、大量の無機汚泥（炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム）が排出されることになり、廃棄物量が増大してコストが増大するという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を開発することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の被処理水の淡水化システムは、被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記ろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、前記ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記セラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする。このようにセラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離すれば、被処理水から懸濁物質を効果的に分離・除去し、逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる。また、脱炭酸手段を設ければ、淡水化システム内でのスケールの発生を抑制することができる。
【０００９】
ここで、本発明の淡水化システムは、前記セラミック膜ろ過手段と前記脱炭酸手段との間に、被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を更に備えることが好ましい。凝集剤添加手段を設ければ、被処理水中の懸濁物質を凝集させてセラミック膜ろ過手段で被処理水から懸濁物質を確実に分離・除去することができるからである。
【００１０】
また、本発明の淡水化システムは、前記脱炭酸手段は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記第１のｐＨ調整手段よりも下流側に設けられた、曝気手段または脱気手段、或いは、それらの双方とを備えることが好ましい。ｐＨを５以下としてから曝気または脱気を行えば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去してスケールの発生を抑制することができるからである。
【００１１】
そして、本発明の淡水化システムは、前記脱炭酸手段と前記凝集剤添加手段との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整手段を更に備えることが好ましい。被処理水のｐＨを６〜１０としてから凝集剤を添加すれば、被処理水中の懸濁物質を効果的に凝集させることができるからである。なお、本発明の淡水化システムでは、脱炭酸を行った後に第２のｐＨ調整手段でｐＨを調整しているので、ｐＨ調整時に被処理水が炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがなく、ｐＨ調整に使用する薬品の使用量を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の被処理水の淡水化方法は、被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過工程と、該ろ過工程を経た被処理水を逆浸透膜でろ過する逆浸透膜ろ過工程とを含む被処理水の淡水化方法であって、前記ろ過工程が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過工程であり、前記セラミック膜ろ過工程の前に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸工程を更に含むことを特徴とする。このようにセラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離すれば、被処理水から懸濁物質を効果的に分離・除去し、逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる。また、脱炭酸手段を設ければ、淡水化システム内でのスケールの発生を抑制することができる。
【００１３】
ここで、本発明の淡水化方法は、前記脱炭酸工程と前記セラミック膜ろ過工程との間に、被処理水に凝集剤を添加して被処理水中の懸濁物質を凝集させる凝集工程を更に含むことが好ましい。凝集工程を設ければ、被処理水中の懸濁物質を凝集させてセラミック膜ろ過工程で被処理水から懸濁物質を確実に分離・除去することができるからである。
【００１４】
また、本発明の淡水化方法は、前記脱炭酸工程は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整工程と、該第１のｐＨ調整工程を経た被処理水を曝気する曝気工程または脱気する脱気工程、或いは、それらの双方とを含むことが好ましい。ｐＨを５以下としてから曝気または脱気を行えば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去してスケールの発生を抑制することができるからである。
【００１５】
更に、本発明の淡水化方法は、前記凝集工程と前記脱炭酸工程との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整工程を更に含むことが好ましい。被処理水のｐＨを６〜１０としてから凝集剤を添加すれば、被処理水中の懸濁物質を効果的に凝集させることができるからである。なお、本発明の淡水化方法では、脱炭酸を行った後に第２のｐＨ調整工程でｐＨを調整しているので、そのｐＨ調整時に被処理水が炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがなく、ｐＨ調整に使用する薬品の使用量を低減することができる。
【００１６】
そして、本発明の淡水化方法は、前記曝気工程が、被処理水に対し、被処理水の流量の６〜２３倍の流量で気体を曝気する工程であることが好ましい。被処理水と気体との流量比（被処理水：気体）が１：６〜１：２３となるように気体を曝気すれば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去することができるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る海水淡水化システムを示す説明図である。
【図２】本発明の実施例および比較例に係る海水淡水化システムにおける、運転時間とセラミック膜ろ過装置の膜差圧との関係を示すグラフである。
【図３】海水のｐＨが脱炭酸処理水中の全炭酸量に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここに、図１に示す本発明の淡水化システムの一例は、被処理水としての海水を淡水化して淡水を製造するための海水淡水化システム１００であり、この海水淡水化システム１００では、海水が脱炭酸処理および凝集ろ過された後に逆浸透膜でろ過される。なお、本発明の淡水化システムでは、かん水等を被処理水として淡水を製造しても良い。
【００２０】
ここで、図１に示す海水淡水化システム１００で処理する海水としては、例えば、硬度（炭酸カルシウム換算）が５０００〜６０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが８．０〜８．５、全炭酸濃度が１５００〜２０００μｍｏｌ／ｋｇ、ＳＤＩが５．５〜６．５の海水が挙げられる。なお、全炭酸濃度とは、全アルカリ度計測器（紀本電子工業（株）製）を用いてクローズド法で測定した、海水中の炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）の合計の濃度を指す。また、ＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）とは、ＡＳＴＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｄ４１８９−９５）に従い測定した、以下の計算式を用いて算出される値を指す。
ＳＤＩ１５＝（１−Ｔ０／Ｔ１５）×１００／１５
Ｔ０：孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターを用いて圧力２０６ｋＰａで試料をろ過した際に初期の試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
Ｔ１５：ろ過を１５分継続した後、更に試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
【００２１】
海水淡水化システム１００は、図１に示すように、海から海水を取水する原水取水装置１０と、該原水取水装置１０の下流側に設けられた、海水中の炭酸を除去する脱炭酸装置３０と、該脱炭酸装置３０の下流側に設けられた、海水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過装置７０と、該セラミック膜ろ過装置７０の下流側に設けられた、海水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過装置９０とを備えている。
【００２２】
そして、海水淡水化システム１００には、原水取得装置１０と脱炭酸装置３０との間に、海水のｐＨを調整する第１のｐＨ調整装置２０と、ｐＨを調整した海水を第１のｐＨ調整装置２０から脱炭酸装置３０へ送るためのポンプ３１とが設けられており、脱炭酸装置３０とセラミック膜ろ過装置７０との間に、炭酸成分が除去された海水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整装置４０と、海水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置５０と、凝集剤を添加した海水を貯留しておくセラミック膜ろ過原水槽６０と、凝集剤を添加した海水をセラミック膜ろ過原水槽６０からセラミック膜ろ過装置７０へ送るためのポンプ７１とが順次設けられている。更に、海水淡水化システム１００のセラミック膜ろ過装置７０と逆浸透膜ろ過装置９０との間には、セラミック膜ろ過装置７０でろ過した海水を貯留しておくセラミック膜ろ過水槽８０と、セラミック膜ろ過装置７０でろ過した海水をセラミック膜ろ過水槽８０から逆浸透膜ろ過装置９０へ送るための高圧ポンプ９１とが設けられている。
【００２３】
ここで、原水取水装置１０は、海から汲み上げた海水を原水槽１３に送るためのポンプ１１と、ポンプ１１と原水槽１３との間に設けられた酸化剤添加手段１２とを備えている。そして、この原水取水装置１０では、被処理水としての海水に対し、酸化剤添加手段１２で次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の酸化剤（殺菌剤）を添加しているので、海水淡水化システム１００では、セラミック膜ろ過装置７０や逆浸透膜ろ過装置９０における生物由来の膜の目詰まりや、配管中での藻の発生が生じ難い。
【００２４】
第１のｐＨ調整装置２０は、海水のｐＨを５以下、好ましくは４以上に調整するためのものであり、第１ｐＨ調整槽中の海水にｐＨ調整剤としての硫酸を添加するための薬品ポンプ２１と、第１ｐＨ調整槽中の海水を撹拌するための撹拌機２２と、海水のｐＨを測定するためのｐＨセンサー２３と、該ｐＨセンサー２３の測定値に基づき薬品ポンプ２１をフィードバック制御するｐＨコントローラー２４とを備えている。そして、この第１のｐＨ調整装置２０では、薬品ポンプ２１からの硫酸の添加量をｐＨコントローラー２４で制御することにより、海水のｐＨを５以下、好ましくは４〜５に調整する。ここで、脱炭酸装置３０で海水から炭酸を効果的に除去するという観点からは、第１のｐＨ調整装置２０で海水のｐＨを可能な限り低くすることが好ましいが、海水は緩衝作用を示し、ｐＨが変動し難いので、薬品の添加にかかるコストの観点からは、海水のｐＨは４以上とすることが好ましい。なお、ｐＨの調整に使用する薬品としては、コストや取り扱い性の観点から硫酸を使用することが好ましいが、特に硫酸に限定されることなく、塩酸や硝酸等の無機酸も用いることができる。
【００２５】
脱炭酸装置３０は、第１のｐＨ調整装置２０でｐＨを低下させた海水に対して空気等の気体を曝気することにより、海水から炭酸を二酸化炭素として除去するものであり、この脱炭酸装置３０では、ｐＨを低下させた海水の全炭酸濃度を、下記の化学平衡式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に従い例えば３０〜４０μｍｏｌ／ｋｇまで低下させる。
ＣＯ３２−＋Ｈ＋ ⇔ ＨＣＯ３− ・・・（Ｉ）
ＨＣＯ３−＋Ｈ＋ ⇔ Ｈ２ＣＯ３ ・・・（ＩＩ）
Ｈ２ＣＯ３ ⇔ Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ ・・・（ＩＩＩ）
【００２６】
脱炭酸装置３０は、円筒状で、海水中の塩分により錆びることが無いプラスチック製であり、この脱炭酸装置３０では、上部から導入された海水がディストリビューター３２で細かい水滴にされると共に、内部に充填されているポリプロピレン製の充填材３３に接触することにより、装置下部の空気導入管３４から導入される空気と海水との接触面積が大きくなるようにされている。従って、この脱炭酸装置３０では、海水と空気とが効率的に接触して海水中の炭酸成分（炭酸、炭酸イオンおよび炭酸水素イオン）が二酸化炭素の形で空気中へ移動し、空気と共に空気排出管３５から排出されて脱炭酸が行われる。なお、脱炭酸装置３０において曝気する空気の流量は、海水中の炭酸成分を除去するのに十分で、且つ、上部から降下してくる海水による空気の巻き込みを生じない流量、例えば海水の流量の６〜２３倍とすることが好ましい。より具体的には、空気の流量は、例えば海水を１０ｍ３/日の速度で脱炭酸する場合には、４０〜１６０Ｌ／分、好ましくは６０〜９０Ｌ／分とすることができる。
【００２７】
第２のｐＨ調整装置４０は、脱炭酸した海水のｐＨを６〜１０に調整するためのものであり、第２ｐＨ調整槽中の海水にｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウムを添加するための薬品ポンプ４１と、第２ｐＨ調整槽中の海水を撹拌するための撹拌機４２と、第２のｐＨ調整装置４０の後段に設けられた凝集剤添加装置５０中の海水のｐＨ値に基づき薬品ポンプ４１をフィードバック制御するｐＨコントローラー４３とを備えている。そして、この第２のｐＨ調整装置４０では、薬品ポンプ４１からの水酸化ナトリウムの添加量をｐＨコントローラー４３で制御することにより、海水のｐＨを６〜１０、好ましくは６〜９．５に調整する。ここで、脱炭酸後の海水は炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがないので、第２のｐＨ調整装置４０ではｐＨの調整を少量の水酸化ナトリウムで行うことができる。しかし、海水のｐＨを１０超にすると、海水中に含まれているカルシウムやマグネシウムが水酸化物として析出し、スケールを発生する恐れがあるので、海水のｐＨは、６〜１０とすることが好ましく、６〜９．５とすることがより好ましい。なお、海水淡水化システム１００では、脱炭酸装置３０で海水から炭酸成分が除去されているので、第２のｐＨ調整装置４０で海水のｐＨを上昇させても、海水中の硬度成分（マグネシウム、カルシウム等）が炭酸塩として析出することは殆どない。因みに、ｐＨの調整に使用する薬品としては、コストや取り扱い性の観点から水酸化ナトリウムを使用することが好ましいが、特に水酸化ナトリウムに限定されることはない。
【００２８】
凝集剤添加装置５０は、第２のｐＨ調整装置４０でｐＨを調整した海水に塩化第二鉄などの凝集剤を添加して海水中に含まれている懸濁物質（ＳＳ、有機物）を凝集させるためのものであり、凝集槽中の海水に凝集剤としての塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）を添加するための薬品ポンプ５１と、凝集槽中の海水を撹拌するための撹拌機５２と、第２のｐＨ調整装置４０の薬品ポンプ４１のフィードバック制御に用いる凝集剤添加装置５０中の海水のｐＨを測定するためのｐＨセンサー５３とを備えている。そして、この凝集剤添加装置５０では、例えば濃度０.１〜３ｍｇ／Ｌ（鉄換算）、好ましくは１．５〜２ｍｇ／Ｌ（鉄換算）となるように塩化第二鉄を添加して、海水中の懸濁物質を凝集させる。
【００２９】
セラミック膜ろ過装置７０は、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を有するセラミック膜モジュール７２を３台並列に配置したものである。そして、このセラミック膜ろ過装置７０では、強度および耐薬品性が高く、高流束でのろ過が可能なセラミック膜７３を用いて、海水中から懸濁物質（凝集物）を除去し、後段に設けられた逆浸透膜ろ過装置９０にかかる負荷を低減することができる。なお、セラミック膜モジュール７２は、セラミック膜７３の目詰まりの防止または解消のために、定期的に、或いは、差圧が上昇した際に、既知の手法および装置（図示せず）を用いて逆流洗浄（以下、「逆洗」と称する）することができ、セラミック膜ろ過装置７０の逆洗を行う場合には、例えば３台あるうちの１台のセラミック膜モジュール７２を逆洗し、残りの２台で海水のろ過を続けることにより海水の淡水化を連続的に行うことができる。
【００３０】
逆浸透膜ろ過装置９０は、既知の逆浸透膜９２を用いたものであり、海水は、逆浸透膜ろ過装置９０で、逆浸透膜９２を透過した淡水と、逆浸透膜９２を透過しなかった濃縮水とに分離される。そして、逆浸透膜９２を透過した淡水は、任意にｐＨ調整および殺菌処理を行った後、飲料水などとして用いられる。一方、逆浸透膜９２を透過しなかった濃縮水は、排水として処理される。
【００３１】
そして、上述した海水淡水化システム１００では、脱炭酸装置３０で海水から炭酸成分を除去しているので、低コストで炭酸塩の析出を抑制することができる。また、セラミック膜ろ過装置７０で海水から懸濁物質を除去しているので、逆浸透膜９２が目詰まりし難い。
【００３２】
なお、本発明の被処理水の淡水化システムは、上記一例に限定されることはなく、例えば、脱炭酸装置は、減圧下で二酸化炭素を脱気することにより海水から炭酸を除去する脱気装置であっても良い。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
図１に示す海水淡水化システムを用いて、海水（総硬度：５６５０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）、カルシウム硬度：８２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）、ｐＨ：８．１５、全炭酸濃度：２０９１μｍｏｌ／ｋｇ、ＳＤＩ：６．２８）の淡水化処理（海水供給量：１０ｍ３/日）を行った。なお、第１のｐＨ調整装置では海水のｐＨを４．２に調整し、第２のｐＨ調整装置では海水のｐＨを９．６に調整した。また、塩化第二鉄の添加量は、海水中の鉄濃度が２ｍｇ／Ｌとなる量とし、セラミック膜ろ過装置でのろ過流束は４ｍ／日とした。更に、脱炭酸装置への空気の供給量は８０Ｌ／分（海水供給量：空気供給量≒１：１２）とし、セラミック膜ろ過装置は、４０分ごとに定期的に逆洗を行った。
【００３５】
そして、セラミック膜ろ過装置における膜差圧（２５℃換算）の変化を測定した。また、セラミック膜でろ過した海水のＳＤＩをＡＳＴＭに従い測定した。結果を図２および表１に示す。なお、上記処理条件では、１５０日以上運転を継続しても、海水淡水化システムの配管中等に炭酸塩のスケールが発生することは無かった。
【００３６】
（比較例１）
第１のｐＨ調整装置および脱炭酸装置の代わりに晶析法を用いた軟化装置を用いた以外は実施例１で用いたのと同様の海水淡水化システムを用いて、実施例１と同様の処理条件で海水の淡水化処理を行った。そして、セラミック膜ろ過装置における膜差圧（２５℃換算）の変化およびセラミック膜でろ過した海水のＳＤＩを、実施例１と同様にして測定した。結果を図２および表１に示す。なお、上記処理条件では、１４日運転を継続したところ、海水淡水化システムの配管中等に炭酸塩のスケールが発生した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１より、実施例１の海水淡水化システムによれば、ＳＤＩの低い水質が良好なセラミック膜ろ過水を逆浸透膜でろ過できる（逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる）ことが分かる。また、図２より、脱炭酸装置を備える実施例１の海水淡水化システムでは、セラミック膜の膜差圧が上昇し難いことが分かる。
【００３９】
（参考例１）
図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて、ｐＨを４．８〜７．３の範囲で変化させた海水に対し、曝気風量：８０Ｌ／分、海水流入量：６．９Ｌ／分の条件で脱炭酸処理を行った。そして、脱炭酸前の海水および脱炭酸後の海水中の全炭酸濃度を全アルカリ度滴定装置（紀本電子工業（株）製、ＡＴＴ−０５）で測定した。結果を図３に示す。
【００４０】
図３より、海水のｐＨを６以下にしてから脱炭酸処理すれば、全炭酸濃度を充分に低下させ得ることが分かる。
【００４１】
（参考例２）
図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて、ｐＨ４．２の海水を曝気風量：８０Ｌ／分の条件で脱炭酸処理した。そして、脱炭酸処理した海水のｐＨを、水酸化ナトリウムを用いて７．０１に調整した。そして、ｐＨを調整した海水を、（ｉ）開放系で５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌、（ｉｉ）開放系で１２０〜１５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌、（ｉｉｉ）密閉系で１２０〜１５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌した。そして、４８時間撹拌した後の全炭酸濃度を全アルカリ度滴定装置（紀本電子工業（株）製、ＡＴＴ−０５）で測定した。結果を表２に示す。
また、同様の撹拌操作および全炭酸濃度の測定を、脱炭酸処理した後にｐＨを８．１５または９．１４に調整した海水に対しても行った。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２より、図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて脱炭酸を行えば、空気中から海水への炭酸（二酸化炭素）の再溶解が起こらないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 原水取得装置
１１ ポンプ
１２ 酸化剤添加手段
１３ 原水槽
２０ 第１のｐＨ調整装置
２１ 薬品ポンプ
２２ 撹拌機
２３ ｐＨセンサー
２４ ｐＨコントローラー
３０ 脱炭酸装置
３１ ポンプ
３２ ディストリビューター
３３ 充填材
３４ 空気導入管
３５ 空気排出管
４０ 第２のｐＨ調整装置
４１ 薬品ポンプ
４２ 撹拌機
４３ ｐＨコントローラー
５０ 凝集剤添加装置
５１ 薬品ポンプ
５２ 撹拌機
５３ ｐＨセンサー
６０ セラミック膜ろ過原水槽
７０ セラミック膜ろ過装置
７１ ポンプ
７２ セラミック膜モジュール
７３ セラミック膜
８０ セラミック膜ろ過水槽
９０ 逆浸透膜ろ過装置
９１ 高圧ポンプ
９２ 逆浸透膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かん水や海水などの被処理水を淡水化するシステムおよび方法に関し、特には、被処理水を適切に前処理した後に逆浸透膜でろ過することにより、被処理水を淡水化する際に逆浸透膜にかかる負荷を低減した、被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、かん水や海水などの被処理水から淡水を得るための一般的手法として、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いた膜分離法（逆浸透法）が知られている。
【０００３】
そして、一般に、逆浸透法を用いた海水淡水化システムでは、被処理水である海水を、凝集剤を用いた海水中の懸濁物質等の凝集処理および凝集した懸濁物質を海水から除去するための砂ろ過を行った後に逆浸透膜でろ過することにより、逆浸透膜の早期の目詰まり発生を防止しつつ、海水の淡水化を行っている。
【０００４】
しかし、砂利や砂の層を用いて被処理水をろ過する砂ろ過では、海水から懸濁物質を十分に分離・除去することができないため、従来の海水淡水化システムには、逆浸透膜の早期の目詰まり発生を十分に抑制することができない（逆浸透膜にかかる負荷を十分に低減できない）という問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、海水淡水化システムにおいて、有機材料製の精密ろ過膜または限外ろ過膜を用いた膜ろ過装置を砂ろ過装置の代わりに用いて海水から懸濁物質を除去することも考えられる。しかし、海水にはカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が多く含まれているため、上記膜ろ過装置を用いた海水淡水化システムには、海水から懸濁物質を除去しようとした場合に、海水中の硬度成分が、ポンプや配管等のみならずろ過膜にも炭酸塩（炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等）の形で析出（スケーリング）してしまうという問題があった。
【０００６】
そのため、膜ろ過装置を用いた海水淡水化システムでは、海水を膜ろ過する前に、硬度成分を炭酸塩等の形で析出させて除去する晶析法などにより軟化処理する必要があった。しかし、晶析法により軟化処理を行った場合、大量の無機汚泥（炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム）が排出されることになり、廃棄物量が増大してコストが増大するという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を開発することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の被処理水の淡水化システムは、被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記ろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、前記ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記セラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする。このようにセラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離すれば、被処理水から懸濁物質を効果的に分離・除去し、逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる。また、脱炭酸手段を設ければ、淡水化システム内でのスケールの発生を抑制することができる。
【０００９】
ここで、本発明の淡水化システムは、前記セラミック膜ろ過手段と前記脱炭酸手段との間に、被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を更に備えることが好ましい。凝集剤添加手段を設ければ、被処理水中の懸濁物質を凝集させてセラミック膜ろ過手段で被処理水から懸濁物質を確実に分離・除去することができるからである。
【００１０】
また、本発明の淡水化システムは、前記脱炭酸手段は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記第１のｐＨ調整手段よりも下流側に設けられた、曝気手段または脱気手段、或いは、それらの双方とを備えることが好ましい。ｐＨを５以下としてから曝気または脱気を行えば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去してスケールの発生を抑制することができるからである。
【００１１】
そして、本発明の淡水化システムは、前記脱炭酸手段と前記凝集剤添加手段との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整手段を更に備えることが好ましい。被処理水のｐＨを６〜１０としてから凝集剤を添加すれば、被処理水中の懸濁物質を効果的に凝集させることができるからである。なお、本発明の淡水化システムでは、脱炭酸を行った後に第２のｐＨ調整手段でｐＨを調整しているので、ｐＨ調整時に被処理水が炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがなく、ｐＨ調整に使用する薬品の使用量を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の被処理水の淡水化方法は、被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過工程と、該ろ過工程を経た被処理水を逆浸透膜でろ過する逆浸透膜ろ過工程とを含む被処理水の淡水化方法であって、前記ろ過工程が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過工程であり、前記セラミック膜ろ過工程の前に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸工程を更に含むことを特徴とする。このようにセラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離すれば、被処理水から懸濁物質を効果的に分離・除去し、逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる。また、脱炭酸手段を設ければ、淡水化システム内でのスケールの発生を抑制することができる。
【００１３】
ここで、本発明の淡水化方法は、前記脱炭酸工程と前記セラミック膜ろ過工程との間に、被処理水に凝集剤を添加して被処理水中の懸濁物質を凝集させる凝集工程を更に含むことが好ましい。凝集工程を設ければ、被処理水中の懸濁物質を凝集させてセラミック膜ろ過工程で被処理水から懸濁物質を確実に分離・除去することができるからである。
【００１４】
また、本発明の淡水化方法は、前記脱炭酸工程は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整工程と、該第１のｐＨ調整工程を経た被処理水を曝気する曝気工程または脱気する脱気工程、或いは、それらの双方とを含むことが好ましい。ｐＨを５以下としてから曝気または脱気を行えば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去してスケールの発生を抑制することができるからである。
【００１５】
更に、本発明の淡水化方法は、前記凝集工程と前記脱炭酸工程との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整工程を更に含むことが好ましい。被処理水のｐＨを６〜１０としてから凝集剤を添加すれば、被処理水中の懸濁物質を効果的に凝集させることができるからである。なお、本発明の淡水化方法では、脱炭酸を行った後に第２のｐＨ調整工程でｐＨを調整しているので、そのｐＨ調整時に被処理水が炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがなく、ｐＨ調整に使用する薬品の使用量を低減することができる。
【００１６】
そして、本発明の淡水化方法は、前記曝気工程が、被処理水に対し、被処理水の流量の６〜２３倍の流量で気体を曝気する工程であることが好ましい。被処理水と気体との流量比（被処理水：気体）が１：６〜１：２３となるように気体を曝気すれば、被処理水から炭酸成分を効率的に除去することができるからである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る海水淡水化システムを示す説明図である。
【図２】本発明の実施例および比較例に係る海水淡水化システムにおける、運転時間とセラミック膜ろ過装置の膜差圧との関係を示すグラフである。
【図３】海水のｐＨが脱炭酸処理水中の全炭酸量に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここに、図１に示す本発明の淡水化システムの一例は、被処理水としての海水を淡水化して淡水を製造するための海水淡水化システム１００であり、この海水淡水化システム１００では、海水が脱炭酸処理および凝集ろ過された後に逆浸透膜でろ過される。なお、本発明の淡水化システムでは、かん水等を被処理水として淡水を製造しても良い。
【００２０】
ここで、図１に示す海水淡水化システム１００で処理する海水としては、例えば、硬度（炭酸カルシウム換算）が５０００〜６０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが８．０〜８．５、全炭酸濃度が１５００〜２０００μｍｏｌ／ｋｇ、ＳＤＩが５．５〜６．５の海水が挙げられる。なお、全炭酸濃度とは、全アルカリ度計測器（紀本電子工業（株）製）を用いてクローズド法で測定した、海水中の炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）および炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）の合計の濃度を指す。また、ＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）とは、ＡＳＴＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｄ４１８９−９５）に従い測定した、以下の計算式を用いて算出される値を指す。
ＳＤＩ１５＝（１−Ｔ０／Ｔ１５）×１００／１５
Ｔ０：孔径０．４５μｍ、直径４７ｍｍのメンブレンフィルターを用いて圧力２０６ｋＰａで試料をろ過した際に初期の試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
Ｔ１５：ろ過を１５分継続した後、更に試料５００ｍｌをろ過するのに要する時間（秒）
【００２１】
海水淡水化システム１００は、図１に示すように、海から海水を取水する原水取水装置１０と、該原水取水装置１０の下流側に設けられた、海水中の炭酸を除去する脱炭酸装置３０と、該脱炭酸装置３０の下流側に設けられた、海水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過装置７０と、該セラミック膜ろ過装置７０の下流側に設けられた、海水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過装置９０とを備えている。
【００２２】
そして、海水淡水化システム１００には、原水取得装置１０と脱炭酸装置３０との間に、海水のｐＨを調整する第１のｐＨ調整装置２０と、ｐＨを調整した海水を第１のｐＨ調整装置２０から脱炭酸装置３０へ送るためのポンプ３１とが設けられており、脱炭酸装置３０とセラミック膜ろ過装置７０との間に、炭酸成分が除去された海水のｐＨを調整する第２のｐＨ調整装置４０と、海水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置５０と、凝集剤を添加した海水を貯留しておくセラミック膜ろ過原水槽６０と、凝集剤を添加した海水をセラミック膜ろ過原水槽６０からセラミック膜ろ過装置７０へ送るためのポンプ７１とが順次設けられている。更に、海水淡水化システム１００のセラミック膜ろ過装置７０と逆浸透膜ろ過装置９０との間には、セラミック膜ろ過装置７０でろ過した海水を貯留しておくセラミック膜ろ過水槽８０と、セラミック膜ろ過装置７０でろ過した海水をセラミック膜ろ過水槽８０から逆浸透膜ろ過装置９０へ送るための高圧ポンプ９１とが設けられている。
【００２３】
ここで、原水取水装置１０は、海から汲み上げた海水を原水槽１３に送るためのポンプ１１と、ポンプ１１と原水槽１３との間に設けられた酸化剤添加手段１２とを備えている。そして、この原水取水装置１０では、被処理水としての海水に対し、酸化剤添加手段１２で次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の酸化剤（殺菌剤）を添加しているので、海水淡水化システム１００では、セラミック膜ろ過装置７０や逆浸透膜ろ過装置９０における生物由来の膜の目詰まりや、配管中での藻の発生が生じ難い。
【００２４】
第１のｐＨ調整装置２０は、海水のｐＨを５以下、好ましくは４以上に調整するためのものであり、第１ｐＨ調整槽中の海水にｐＨ調整剤としての硫酸を添加するための薬品ポンプ２１と、第１ｐＨ調整槽中の海水を撹拌するための撹拌機２２と、海水のｐＨを測定するためのｐＨセンサー２３と、該ｐＨセンサー２３の測定値に基づき薬品ポンプ２１をフィードバック制御するｐＨコントローラー２４とを備えている。そして、この第１のｐＨ調整装置２０では、薬品ポンプ２１からの硫酸の添加量をｐＨコントローラー２４で制御することにより、海水のｐＨを５以下、好ましくは４〜５に調整する。ここで、脱炭酸装置３０で海水から炭酸を効果的に除去するという観点からは、第１のｐＨ調整装置２０で海水のｐＨを可能な限り低くすることが好ましいが、海水は緩衝作用を示し、ｐＨが変動し難いので、薬品の添加にかかるコストの観点からは、海水のｐＨは４以上とすることが好ましい。なお、ｐＨの調整に使用する薬品としては、コストや取り扱い性の観点から硫酸を使用することが好ましいが、特に硫酸に限定されることなく、塩酸や硝酸等の無機酸も用いることができる。
【００２５】
脱炭酸装置３０は、第１のｐＨ調整装置２０でｐＨを低下させた海水に対して空気等の気体を曝気することにより、海水から炭酸を二酸化炭素として除去するものであり、この脱炭酸装置３０では、ｐＨを低下させた海水の全炭酸濃度を、下記の化学平衡式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に従い例えば３０〜４０μｍｏｌ／ｋｇまで低下させる。
ＣＯ３２−＋Ｈ＋ ⇔ ＨＣＯ３− ・・・（Ｉ）
ＨＣＯ３−＋Ｈ＋ ⇔ Ｈ２ＣＯ３ ・・・（ＩＩ）
Ｈ２ＣＯ３ ⇔ Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ ・・・（ＩＩＩ）
【００２６】
脱炭酸装置３０は、円筒状で、海水中の塩分により錆びることが無いプラスチック製であり、この脱炭酸装置３０では、上部から導入された海水がディストリビューター３２で細かい水滴にされると共に、内部に充填されているポリプロピレン製の充填材３３に接触することにより、装置下部の空気導入管３４から導入される空気と海水との接触面積が大きくなるようにされている。従って、この脱炭酸装置３０では、海水と空気とが効率的に接触して海水中の炭酸成分（炭酸、炭酸イオンおよび炭酸水素イオン）が二酸化炭素の形で空気中へ移動し、空気と共に空気排出管３５から排出されて脱炭酸が行われる。なお、脱炭酸装置３０において曝気する空気の流量は、海水中の炭酸成分を除去するのに十分で、且つ、上部から降下してくる海水による空気の巻き込みを生じない流量、例えば海水の流量の６〜２３倍とすることが好ましい。より具体的には、空気の流量は、例えば海水を１０ｍ３/日の速度で脱炭酸する場合には、４０〜１６０Ｌ／分、好ましくは６０〜９０Ｌ／分とすることができる。
【００２７】
第２のｐＨ調整装置４０は、脱炭酸した海水のｐＨを６〜１０に調整するためのものであり、第２ｐＨ調整槽中の海水にｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウムを添加するための薬品ポンプ４１と、第２ｐＨ調整槽中の海水を撹拌するための撹拌機４２と、第２のｐＨ調整装置４０の後段に設けられた凝集剤添加装置５０中の海水のｐＨ値に基づき薬品ポンプ４１をフィードバック制御するｐＨコントローラー４３とを備えている。そして、この第２のｐＨ調整装置４０では、薬品ポンプ４１からの水酸化ナトリウムの添加量をｐＨコントローラー４３で制御することにより、海水のｐＨを６〜１０、好ましくは６〜９．５に調整する。ここで、脱炭酸後の海水は炭酸イオン（ＣＯ３２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）による緩衝作用を示すことがないので、第２のｐＨ調整装置４０ではｐＨの調整を少量の水酸化ナトリウムで行うことができる。しかし、海水のｐＨを１０超にすると、海水中に含まれているカルシウムやマグネシウムが水酸化物として析出し、スケールを発生する恐れがあるので、海水のｐＨは、６〜１０とすることが好ましく、６〜９．５とすることがより好ましい。なお、海水淡水化システム１００では、脱炭酸装置３０で海水から炭酸成分が除去されているので、第２のｐＨ調整装置４０で海水のｐＨを上昇させても、海水中の硬度成分（マグネシウム、カルシウム等）が炭酸塩として析出することは殆どない。因みに、ｐＨの調整に使用する薬品としては、コストや取り扱い性の観点から水酸化ナトリウムを使用することが好ましいが、特に水酸化ナトリウムに限定されることはない。
【００２８】
凝集剤添加装置５０は、第２のｐＨ調整装置４０でｐＨを調整した海水に塩化第二鉄などの凝集剤を添加して海水中に含まれている懸濁物質（ＳＳ、有機物）を凝集させるためのものであり、凝集槽中の海水に凝集剤としての塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）を添加するための薬品ポンプ５１と、凝集槽中の海水を撹拌するための撹拌機５２と、第２のｐＨ調整装置４０の薬品ポンプ４１のフィードバック制御に用いる凝集剤添加装置５０中の海水のｐＨを測定するためのｐＨセンサー５３とを備えている。そして、この凝集剤添加装置５０では、例えば濃度０.１〜３ｍｇ／Ｌ（鉄換算）、好ましくは１．５〜２ｍｇ／Ｌ（鉄換算）となるように塩化第二鉄を添加して、海水中の懸濁物質を凝集させる。
【００２９】
セラミック膜ろ過装置７０は、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を有するセラミック膜モジュール７２を３台並列に配置したものである。そして、このセラミック膜ろ過装置７０では、強度および耐薬品性が高く、高流束でのろ過が可能なセラミック膜７３を用いて、海水中から懸濁物質（凝集物）を除去し、後段に設けられた逆浸透膜ろ過装置９０にかかる負荷を低減することができる。なお、セラミック膜モジュール７２は、セラミック膜７３の目詰まりの防止または解消のために、定期的に、或いは、差圧が上昇した際に、既知の手法および装置（図示せず）を用いて逆流洗浄（以下、「逆洗」と称する）することができ、セラミック膜ろ過装置７０の逆洗を行う場合には、例えば３台あるうちの１台のセラミック膜モジュール７２を逆洗し、残りの２台で海水のろ過を続けることにより海水の淡水化を連続的に行うことができる。
【００３０】
逆浸透膜ろ過装置９０は、既知の逆浸透膜９２を用いたものであり、海水は、逆浸透膜ろ過装置９０で、逆浸透膜９２を透過した淡水と、逆浸透膜９２を透過しなかった濃縮水とに分離される。そして、逆浸透膜９２を透過した淡水は、任意にｐＨ調整および殺菌処理を行った後、飲料水などとして用いられる。一方、逆浸透膜９２を透過しなかった濃縮水は、排水として処理される。
【００３１】
そして、上述した海水淡水化システム１００では、脱炭酸装置３０で海水から炭酸成分を除去しているので、低コストで炭酸塩の析出を抑制することができる。また、セラミック膜ろ過装置７０で海水から懸濁物質を除去しているので、逆浸透膜９２が目詰まりし難い。
【００３２】
なお、本発明の被処理水の淡水化システムは、上記一例に限定されることはなく、例えば、脱炭酸装置は、減圧下で二酸化炭素を脱気することにより海水から炭酸を除去する脱気装置であっても良い。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
図１に示す海水淡水化システムを用いて、海水（総硬度：５６５０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）、カルシウム硬度：８２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）、ｐＨ：８．１５、全炭酸濃度：２０９１μｍｏｌ／ｋｇ、ＳＤＩ：６．２８）の淡水化処理（海水供給量：１０ｍ３/日）を行った。なお、第１のｐＨ調整装置では海水のｐＨを４．２に調整し、第２のｐＨ調整装置では海水のｐＨを９．６に調整した。また、塩化第二鉄の添加量は、海水中の鉄濃度が２ｍｇ／Ｌとなる量とし、セラミック膜ろ過装置でのろ過流束は４ｍ／日とした。更に、脱炭酸装置への空気の供給量は８０Ｌ／分（海水供給量：空気供給量≒１：１２）とし、セラミック膜ろ過装置は、４０分ごとに定期的に逆洗を行った。
【００３５】
そして、セラミック膜ろ過装置における膜差圧（２５℃換算）の変化を測定した。また、セラミック膜でろ過した海水のＳＤＩをＡＳＴＭに従い測定した。結果を図２および表１に示す。なお、上記処理条件では、１５０日以上運転を継続しても、海水淡水化システムの配管中等に炭酸塩のスケールが発生することは無かった。
【００３６】
（比較例１）
第１のｐＨ調整装置および脱炭酸装置の代わりに晶析法を用いた軟化装置を用いた以外は実施例１で用いたのと同様の海水淡水化システムを用いて、実施例１と同様の処理条件で海水の淡水化処理を行った。そして、セラミック膜ろ過装置における膜差圧（２５℃換算）の変化およびセラミック膜でろ過した海水のＳＤＩを、実施例１と同様にして測定した。結果を図２および表１に示す。なお、上記処理条件では、１４日運転を継続したところ、海水淡水化システムの配管中等に炭酸塩のスケールが発生した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１より、実施例１の海水淡水化システムによれば、ＳＤＩの低い水質が良好なセラミック膜ろ過水を逆浸透膜でろ過できる（逆浸透膜にかかる負荷を低減することができる）ことが分かる。また、図２より、脱炭酸装置を備える実施例１の海水淡水化システムでは、セラミック膜の膜差圧が上昇し難いことが分かる。
【００３９】
（参考例１）
図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて、ｐＨを４．８〜７．３の範囲で変化させた海水に対し、曝気風量：８０Ｌ／分、海水流入量：６．９Ｌ／分の条件で脱炭酸処理を行った。そして、脱炭酸前の海水および脱炭酸後の海水中の全炭酸濃度を全アルカリ度滴定装置（紀本電子工業（株）製、ＡＴＴ−０５）で測定した。結果を図３に示す。
【００４０】
図３より、海水のｐＨを６以下にしてから脱炭酸処理すれば、全炭酸濃度を充分に低下させ得ることが分かる。
【００４１】
（参考例２）
図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて、ｐＨ４．２の海水を曝気風量：８０Ｌ／分の条件で脱炭酸処理した。そして、脱炭酸処理した海水のｐＨを、水酸化ナトリウムを用いて７．０１に調整した。そして、ｐＨを調整した海水を、（ｉ）開放系で５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌、（ｉｉ）開放系で１２０〜１５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌、（ｉｉｉ）密閉系で１２０〜１５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌した。そして、４８時間撹拌した後の全炭酸濃度を全アルカリ度滴定装置（紀本電子工業（株）製、ＡＴＴ−０５）で測定した。結果を表２に示す。
また、同様の撹拌操作および全炭酸濃度の測定を、脱炭酸処理した後にｐＨを８．１５または９．１４に調整した海水に対しても行った。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２より、図１に示す海水淡水化システムの脱炭酸装置を用いて脱炭酸を行えば、空気中から海水への炭酸（二酸化炭素）の再溶解が起こらないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、逆浸透膜による被処理水のろ過の前に被処理水から効果的に懸濁物質を除去して逆浸透膜にかかる負荷を低減することができ、且つ、低コストでスケールの発生を抑制し得る、逆浸透膜を用いた被処理水の淡水化システムおよび淡水化方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 原水取得装置
１１ ポンプ
１２ 酸化剤添加手段
１３ 原水槽
２０ 第１のｐＨ調整装置
２１ 薬品ポンプ
２２ 撹拌機
２３ ｐＨセンサー
２４ ｐＨコントローラー
３０ 脱炭酸装置
３１ ポンプ
３２ ディストリビューター
３３ 充填材
３４ 空気導入管
３５ 空気排出管
４０ 第２のｐＨ調整装置
４１ 薬品ポンプ
４２ 撹拌機
４３ ｐＨコントローラー
５０ 凝集剤添加装置
５１ 薬品ポンプ
５２ 撹拌機
５３ ｐＨセンサー
６０ セラミック膜ろ過原水槽
７０ セラミック膜ろ過装置
７１ ポンプ
７２ セラミック膜モジュール
７３ セラミック膜
８０ セラミック膜ろ過水槽
９０ 逆浸透膜ろ過装置
９１ 高圧ポンプ
９２ 逆浸透膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記ろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、
前記ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、
被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記セラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする、被処理水の淡水化システム。
【請求項２】
前記セラミック膜ろ過手段と前記脱炭酸手段との間に、被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の淡水化システム。
【請求項３】
前記脱炭酸手段は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記第１のｐＨ調整手段よりも下流側に設けられた、曝気手段または脱気手段、或いは、それらの双方とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の淡水化システム。
【請求項４】
前記脱炭酸手段と前記凝集剤添加手段との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整手段を更に備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の淡水化システム。
【請求項５】
被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過工程と、該ろ過工程を経た被処理水を逆浸透膜でろ過する逆浸透膜ろ過工程とを含む被処理水の淡水化方法であって、
前記ろ過工程が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過工程であり、
前記セラミック膜ろ過工程の前に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸工程を更に含むことを特徴とする、被処理水の淡水化方法。
【請求項６】
前記脱炭酸工程と前記セラミック膜ろ過工程との間に、被処理水に凝集剤を添加して被処理水中の懸濁物質を凝集させる凝集工程を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の淡水化方法。
【請求項７】
前記脱炭酸工程は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整工程と、該第１のｐＨ調整工程を経た被処理水を曝気する曝気工程または脱気する脱気工程、或いは、それらの双方とを含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の淡水化方法。
【請求項８】
前記凝集工程と前記脱炭酸工程との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整工程を更に含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の淡水化方法。
【請求項９】
前記曝気工程が、被処理水に対し、被処理水の流量の６〜２３倍の流量で気体を曝気する工程であることを特徴とする、請求項７または８に記載の淡水化方法。
【請求項１】
被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記ろ過手段よりも下流側に設けられた、被処理水をろ過して淡水化する逆浸透膜ろ過手段とを備える、逆浸透法を用いた淡水化システムであって、
前記ろ過手段が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過手段であり、
被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記セラミック膜ろ過手段よりも上流側に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸手段を更に備えることを特徴とする、被処理水の淡水化システム。
【請求項２】
前記セラミック膜ろ過手段と前記脱炭酸手段との間に、被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の淡水化システム。
【請求項３】
前記脱炭酸手段は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整手段と、被処理水を上流側から下流側に処理する方向で見て前記第１のｐＨ調整手段よりも下流側に設けられた、曝気手段または脱気手段、或いは、それらの双方とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の淡水化システム。
【請求項４】
前記脱炭酸手段と前記凝集剤添加手段との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整手段を更に備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の淡水化システム。
【請求項５】
被処理水中の懸濁物質を被処理水から分離するろ過工程と、該ろ過工程を経た被処理水を逆浸透膜でろ過する逆浸透膜ろ過工程とを含む被処理水の淡水化方法であって、
前記ろ過工程が、セラミック製の精密ろ過膜またはセラミック製の限外ろ過膜を用いて被処理水から懸濁物質を分離するセラミック膜ろ過工程であり、
前記セラミック膜ろ過工程の前に、被処理水中の炭酸を除去する脱炭酸工程を更に含むことを特徴とする、被処理水の淡水化方法。
【請求項６】
前記脱炭酸工程と前記セラミック膜ろ過工程との間に、被処理水に凝集剤を添加して被処理水中の懸濁物質を凝集させる凝集工程を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の淡水化方法。
【請求項７】
前記脱炭酸工程は、被処理水のｐＨを５以下にする第１のｐＨ調整工程と、該第１のｐＨ調整工程を経た被処理水を曝気する曝気工程または脱気する脱気工程、或いは、それらの双方とを含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の淡水化方法。
【請求項８】
前記凝集工程と前記脱炭酸工程との間に、被処理水のｐＨを６〜１０に調整する第２のｐＨ調整工程を更に含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の淡水化方法。
【請求項９】
前記曝気工程が、被処理水に対し、被処理水の流量の６〜２３倍の流量で気体を曝気する工程であることを特徴とする、請求項７または８に記載の淡水化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−５６４１１（Ｐ２０１１−５６４１１Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９５１６（Ｐ２００９−２０９５１６）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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