複合淡水化システム
【課題】複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水の比較的に水圧の低いエネルギを有効利用できる複合淡水化システムを提供する。
【解決手段】複合淡水化システム１００Ａは、海水Ｄよりも低塩分濃度の排水Ａを、低圧逆浸透膜装置１６によりろ過処理する排水水処理系１と、海水Ｄを海水逆浸透膜装置３８によりろ過処理する海水淡水化処理系３と、を備えている。海水淡水化処理系３は、取水された海水Ｄを溜める取水槽３２と、海水逆浸透膜装置３８の前段においてろ過処理をする前処理ろ過装置３４と、取水槽３２の被処理水を前処理ろ過装置３４に加圧して供給するタービンポンプ３３Ａと、を有し、タービンポンプ３３Ａが、排水処理系１の低圧逆浸透膜装置１６から排出される非透過水の水圧によって駆動され、タービンポンプ３３Ａを駆動した非透過水は取水槽３２に供給される。
【解決手段】複合淡水化システム１００Ａは、海水Ｄよりも低塩分濃度の排水Ａを、低圧逆浸透膜装置１６によりろ過処理する排水水処理系１と、海水Ｄを海水逆浸透膜装置３８によりろ過処理する海水淡水化処理系３と、を備えている。海水淡水化処理系３は、取水された海水Ｄを溜める取水槽３２と、海水逆浸透膜装置３８の前段においてろ過処理をする前処理ろ過装置３４と、取水槽３２の被処理水を前処理ろ過装置３４に加圧して供給するタービンポンプ３３Ａと、を有し、タービンポンプ３３Ａが、排水処理系１の低圧逆浸透膜装置１６から排出される非透過水の水圧によって駆動され、タービンポンプ３３Ａを駆動した非透過水は取水槽３２に供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、汽水、かん水等の高塩分濃度の第１の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムに関し、特に、第２の水処理系の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧エネルギを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、逆浸透膜装置を用いたろ過によって海水を淡水化する海水淡水化装置において、例えば、下水に代表される有機物を含有する排水（以下、「有機性排水」と称する）は、通常、生物処理されて、その処理された排水は海洋や河川に放出されていたものを、海水淡水化装置の取水した海水と混合して、海水淡水化装置の被処理水の塩分濃度を海水そのままよりも低下させ（希釈し）、海水淡水化装置の逆浸透膜装置に前記した塩分濃度の希釈された被処理水を圧送することで、圧送ポンプ（本明細書における「高圧ポンプ」に対応）の必要駆動力を低減させる技術が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、逆浸透膜装置を用いた淡水化システムにおいて、逆浸透膜装置の非透過水の有する圧力をターボチャージャで回収して逆浸透膜装置の被処理水の加圧に利用する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８１３４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４９９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術において、有機性排水の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力は、海水淡水化装置の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力よりも低圧である。そして、有機性排水の水処理工程での逆浸透膜装置から排出される非透過水を直接取水した海水と混合することにより海水よりも塩分濃度を低下させているだけであり、前記した有機性排水の水処理工程の逆浸透膜装置からの非透過水の有するエネルギは比較的に低圧のものであることから何等利用されておらず無駄にされている。
【０００６】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用できる複合淡水化システム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】
【０００７】
前記課題を解決するために、第１の発明の複合淡水化システムは、高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備えるものであって、第１の水処理系は、第１の逆浸透膜装置の前段において、取水された第１の原水を含む被処理水のろ過処理をする前段ろ過装置と、被処理水を前段ろ過装置に加圧して供給する第１のポンプと、を有し、第１のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、第１のポンプを駆動した非透過水は第１の原水に混合されて被処理水とされることを特徴とする。
【０００８】
第２の水処理系の被処理水の塩分濃度は、第１の水処理系の被処理水の塩分濃度よりも低いので、当然第２の逆浸透膜装置の非透過水の水圧は、第１の逆浸透膜装置の非透過水の水圧よりも相当低い水圧である。しかし、第１の原水を含む被処理水を前段ろ過装置に加圧供給する第１のポンプの所要の昇圧度合いは、第１の逆浸透膜装置への被処理水の要する加圧力よりも低い。従って、第１のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動されることで、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧を有効利用できる。
それに、第１のポンプを駆動した非透過水は、第１の水処理系の第１の原水に混合されることで第１の水処理系の取水された第１の原水の塩分濃度が希釈された被処理水となり、第１の逆浸透膜装置に被処理水を加圧して供給するポンプの所要昇圧度合いを低減できる。
【０００９】
第２の発明の複合淡水化システムは、高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備えるものであって、第１の水処理系は、第１の原水を取水する第３のポンプと、取水された第１の原水を溜める第１原水槽と、を有し、第３のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、第３のポンプを駆動した非透過水は第１原水槽に供給されることを特徴とする。
【００１０】
第２の水処理系の被処理水の塩分濃度は、第１の水処理系の被処理水の塩分濃度よりも低いので、当然第２の逆浸透膜装置の非透過水の水圧は、第１の逆浸透膜装置の非透過水の水圧よりも相当低い水圧である。しかし、第１の原水を第１原水槽に供給する第３のポンプの所要の昇圧度合いは、第１の逆浸透膜装置への被処理水の要する圧力よりも低い。従って、第３のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動されることで、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧を有効利用できる。
それに、第３のポンプを駆動した非透過水は、第１の水処理系の第１原水槽に供給されることで第１の水処理系の取水された第１の原水の塩分濃度が希釈され、第１の逆浸透膜装置に被処理水を加圧して供給するポンプの所要昇圧度合いを低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用できる複合淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図３】第２の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図４】第３及び第４の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態に係る複合淡水化システムについて図を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
《基本実施形態の複合淡水化システム》
先ず、図１を参照して本発明の基本実施形態とする複合淡水化システム１００について説明する。図１は、基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。
この複合淡水化システム１００は、臨海地帯、塩水湖近傍、汽水帯近傍等に設置されることを前提としている。
そして、複合淡水化システム１００は、産業排水や都市排水等のように海水、汽水、かん水等と比較して塩分濃度の低い排水（第２の原水）Ａ（以下、単に「排水Ａ」と称する）を、工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｂ」又は「生産水Ｂ」と称する）として再利用可能に排水処理する排水処理系（第２の水処理系）１と、海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水（第１の原水）Ｄを工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｅ」又は「生産水Ｅ」と称する）として再利用可能に浄化処理をする海水淡水化処理系（第１の水処理系）３と、排水処理系１及び海水淡水化処理系３に含まれるポンプや弁の動作制御をする制御装置６を含んで構成されている。
なお、「海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水Ｄ」を、以下では、代表的に「海水Ｄ」と称し、代表的に「海水Ｄ」と表記した意味で前記したように「海水淡水化処理系３」と称する。
【００１５】
（排水処理系１の構成）
先ず、排水処理系１の概略構成について図１を参照しながら説明する。排水Ａは、有機物等を含んでおり、排水取水管５１から、例えば、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を用いた水処理装置（以下、「ＭＢＲ水処理装置１１」と称し、図１では、単に「ＭＢＲ」と表示）に導かれ、一次処理される。ＭＢＲ水処理装置１１において一次処理された被処理水は、ＭＢＲ水処理装置１１から移送ポンプ１２で配管５２を介して、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽１３に導かれて溜められる。更に、処理水水槽１３に溜められた被処理水は、配管５３を介して供給ポンプ１４で吸引され高圧ポンプ１５に供給され、高圧ポンプ１５で昇圧されて、低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）１６の被処理水の供給口１６ａに供給される。
【００１６】
低圧逆浸透膜装置１６は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。
供給口１６ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、低圧逆浸透膜装置１６内で、逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）を透過して浄化された透過水Ｂと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｃと、に分離される。透過水Ｂは、透過口１６ｂから配管５４を介して生産水Ｂとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。
【００１７】
非透過水Ｃは、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃから配管５６を介して途中に設けられた背圧弁１８で流量を調整されて、後記する取水槽（第１原水槽）３２に供給される。排水処理系１の濃縮された非透過水ＣのＴＤＳ(Total Dissolubed Solids：総溶解性蒸発残留物)は、１，２００ｍｇ／リットル程度であり、海水ＤのＴＤＳが３０，０００ｍｇ／リットル程度なのに比較して極めて低い濃度である。そのため、前記した低圧逆浸透膜装置１６は、０．８〜１．５ＭＰａの圧力で運転される。ちなみに、この運転圧の幅は、低圧逆浸透膜装置１６の逆浸透膜の汚れが増加してくると、所要の透過水Ｂの流量を得るために運転圧を増加させるためである。
従って、非透過水Ｃの圧力は０．８〜１．５ＭＰａ程度である。そして、この圧力が前記した背圧弁１８で開放される。
排水処理系１のＭＢＲ水処理装置１１の代わりに限外ろ過装置を用いても良い。
なお、配管５６が取水槽３２内に低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを導入する段階で非透過水Ｃの有する圧力をエネルギとして回収する機能を持たせる構成としても良く、その詳細な構成は、第１の実施形態から第４の実施形態の中で詳細に説明する。
【００１８】
（海水淡水化処理系３）
次に、海水淡水化処理系３の概略構成について図１を参照しながら説明する。海水Ｄは、取水ポンプ３１で取水管８１から吸込まれ、取水管８２で取水槽３２に供給され、溜められる。前記したように取水槽３２には排水処理系１の非透過水Ｃが配管５６で供給されるので、取水槽３２内で海水Ｄと非透過水Ｃが混合され、海水よりも塩分濃度の低い被処理水となる。つまり、ＴＤＳの値も海水Ｄのものよりも低い値となる。
取水槽３２内に溜まった被処理水は、配管８３を介してろ過ポンプ３３により前処理ろ過装置（前段ろ過装置）３４に所定の圧力を掛けて供給される。
この前処理ろ過装置３４としては、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ（Ultra Filtration）膜）を用いたＵＦ装置、精密ろ過膜（ＭＦ（Micro Filtration）膜）を用いたＭＦ装置、砂ろ過装置のいずれでも良い。ちなみに、図１では、前処理ろ過装置３４に代表的にＵＦ装置を意味する「ＵＦ」と表示してある。
前処理ろ過装置３４としてＵＦ装置を例にすると、一般的に５０〜１５０ｋＰａで運転される。
【００１９】
前処理ろ過装置３４でろ過された被処理水は、配管８４を経て、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽３５に溜められる。そして、処理水水槽３５に溜められた被処理水は、配管８５を介して供給ポンプ３６で吸引され高圧ポンプ３７に供給され、高圧ポンプ３７で、例えば、３．５〜６ＭＰａ程度に昇圧されて、海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）３８の被処理水の供給口３８ａに供給される。海水逆浸透膜装置３８は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。ただ、低圧逆浸透膜装置１６よりも高圧で運転されることから海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜の材質はより高圧に耐え得る性能のものである。
ちなみに、この運転圧は、海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜に供給される被処理水のＴＤＳの値や汚れが増加してくると、所要の透過水Ｅの流量を得るために運転圧を増加させる。
【００２０】
供給口３８ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８内で、逆浸透膜を透過して浄化された透過水Ｅと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｇと、に分離される。透過水Ｅは、透過口３８ｂから配管８７を介して生産水Ｅとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。
【００２１】
非透過水Ｇは、前記した海水逆浸透膜装置３８の運転圧を有して排水口３８ｃから配管８９を介して、エネルギ回収装置３９における後記する加圧側エンド部３９ｂの高圧供給口３９ｄに供給され、圧力を供給ポンプ３６から供給される被処理水と直接交換した後、加圧側エンド部３９ｂの排出口３９ｅから配管９０の途中に設けられた背圧弁４０で流量を調整されて、放出される。
この非透過水Ｇは、塩分が濃縮された海水、汽水、又はかん水である。
エネルギ回収装置３９は、この基本実施形態では、直接圧力交換方式のものであり、主に、図示しないモータで所定の回転速度に回転駆動されるロータ部３９ａ、加圧側エンド部３９ｂ、被加圧側エンド部３９ｃから構成されている公知の技術の装置である。
【００２２】
供給ポンプ３６と高圧ポンプ３７との間の配管８５の分岐点Ｐ１で配管８５から配管９１が分岐され、供給ポンプ３６で供給された低圧の被処理水の一部がエネルギ回収装置３９における被加圧側エンド部３９ｃの供給口３９ｇに供給される。そして、供給口３９ｇへ供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８からの非透過水Ｇとの圧力の直接交換により加圧された後、被加圧側エンド部３９ｃの排出口３９ｆから配管９２の途中に設けられたブースターポンプ４１に更に供給される。ブースターポンプ４１は、エネルギ回収装置３９で加圧された被処理水を高圧ポンプ３７と同じ圧力にまで昇圧し、高圧ポンプ３７の下流側の配管８６の合流点Ｐ２で高圧ポンプ３７から供給される被処理水と配管９２からの被処理水とを合流させ、海水逆浸透膜装置３８の供給口３８ａに被処理水を供給する。
【００２３】
このように、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇは極めて高い圧力を有しているので、そのエネルギを回収して、海水逆浸透膜装置３８に被処理水を供給するエネルギに再利用し、高圧ポンプ３７の容量を減じることによって動力費を節約できている。また、排水処理系１の非透過水Ｃを海水Ｄに混合することによって、塩分濃度を低減させることができ、高圧ポンプ３７に必要な昇圧も、海水のみの場合は６ＭＰａ程度が必要なものが、非透過水Ｃと海水Ｄとを略同量にして薄めると３．５ＭＰａ程度まで下げることができる。その結果、その分も動力費が低減できる。つまり、低圧逆浸透膜装置１６の運転圧に較べて海水逆浸透膜装置３８の運転圧は高圧であり、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの有するエネルギが回収されるとともに海水逆浸透膜装置３８の運転圧そのものも低減できる。
【００２４】
なお、前記した移送ポンプ１２、供給ポンプ１４、高圧ポンプ１５、取水ポンプ３１、ろ過ポンプ３３、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７、ブースターポンプ４１、エネルギ回収装置３９のロータ部３９ａ等は、図示しない駆動モータの回転軸と接続され一体的に構成され、その駆動モータに動力を供給するインバータ装置（図示せず）が現場盤として設置、又はその駆動モータに一体的に取り付けられている。そして、制御装置６がインバータを介して駆動モータの回転を制御する構成である。
【００２５】
（制御装置６）
次に、本基本実施形態における制御装置６の制御の概要について説明する。
制御装置６は、例えば、複数の制御ユニット６０，６１，６３から構成され、それぞれの制御ユニット６０，６１，６３は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を搭載したＣＰＵボード、入出力インターフェースボード等を搭載している。制御ユニット６０は、複合淡水化システム１００全体を統括制御し、制御ユニット６１は、排水処理系１を制御し、制御ユニット６３は、海水淡水化処理系３を制御する構成である。そのため、制御ユニット６０は、制御ユニット６１，６３と相互に通信可能に接続されている。
そして、制御ユニット６１は、機能部として背圧弁１８の開度を調整して非透過水Ｃの流量を調整する流量制御部（図示せず）を含んでいる。
【００２６】
制御装置６の制御ユニット６０には、複合淡水化システム１００における生産水Ｂ及び生産水Ｅの要求流量指令Ｃ１，Ｃ２が外部から入力される。そして、制御ユニット６０は、例えば、要求流量指令Ｃ１に応じて、排水処理系１に供給される排水流量（後記する流量センサＳ１で検出される流量）と、透過水Ｂの流量（後記する流量センサＳ６で検出される流量）とに基づいて、排水処理系１の透過水Ｂの目標流量を設定して制御ユニット６１に排水処理系１を制御させるとともに、要求流量指令Ｃ２に応じて、海水淡水化処理系３の透過水Ｅの目標流量を算出し、制御ユニット６３に海水淡水化処理系３を制御させる。
【００２７】
そのために排水取水管５１には排水Ａの流量を検出する流量センサＳ１が設けられ、配管５４には透過水Ｂの流量を検出する流量センサＳ６が設けられ、制御ユニット６１を介して排水Ａの流量及び透過水Ｂの流量が制御ユニット６０に入力される。また、配管８７には透過水Ｅの流量を検出する流量センサＳ２０が設けられ制御ユニット６３を介して制御ユニット６０に透過水Ｅの流量が入力される。
【００２８】
ＭＢＲ水処理装置１１には、例えば、水位センサＳ２が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ２からの水位信号に基づいて移送ポンプ１２の起動、停止を制御する。処理水水槽１３には、例えば、水位センサＳ３が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ３からの水位信号及び高圧ポンプ１５の吸込み側の配管５３に設けられた圧力センサＳ４からの圧力信号に基づいて供給ポンプ１４の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ１４の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ４からの圧力信号に基づく供給ポンプ１４の回転速度の制御は、高圧ポンプ１５に所定の吸込み圧を与えるためである。
【００２９】
また、制御ユニット６１は、配管５４に設けられた流量センサＳ６からの透過水Ｂの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｂの目標流量になるように、高圧ポンプ１５の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ１５の吐出側の配管５３に設けられた流量センサＳ５からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ１５の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６１における高圧ポンプ１５の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｂの流量信号と透過水Ｂの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。
【００３０】
配管５６には、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を検出する流量センサＳ７が設けられており、制御ユニット６１の前記した流量制御部は、非透過水Ｃの流量が被処理水の流量センサＳ５の示す流量に対し一定の割合の流量になるように流量センサＳ７からの流量信号に基づいて背圧弁１８の開度を調整する。
【００３１】
取水管８２には、流量センサＳ１１が設けられ、また、取水槽３２には水位センサＳ１２が設けられている。制御ユニット６３は、水位センサＳ１２からの水位信号に基づいて取水ポンプ３１の起動、停止を制御するとともに、排水処理系１から取水槽３２へ排出される非透過水Ｃの流量に応じて海水Ｄの取水流量目標を設定し、流量センサＳ１１からの流量信号に基づいて取水ポンプ３１の回転速度を制御する。
例えば、非透過水Ｃの流量と海水Ｄの取水流量とを略同じとし、取水槽３２の中で海水Ｄに非透過水Ｃを混合して塩分濃度を下げた場合、海水逆浸透膜装置３８の運転圧は、３．５〜４ＭＰａ程度に維持できる。
【００３２】
また、制御ユニット６３は、処理水水槽３５に設けられた水位センサＳ１４からの水位信号に基づいてろ過ポンプ３３の起動、停止を制御するとともに、配管８４に設けられた流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて所定の回転速度にろ過ポンプ３３の回転速度を制御し、取水槽３２の被処理水を前処理ろ過装置３４に所定の圧力で圧送し、一次処理させ、一次処理された被処理水を処理水水槽３５に溜めさせる。
【００３３】
更に、制御ユニット６３は、高圧ポンプ３７の吸込み側の配管８５に設けられた圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づいて供給ポンプ３６の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ３６の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づく供給ポンプ３６の回転速度の制御は、高圧ポンプ３７に所定の吸込み圧を与えるためである。
【００３４】
また、制御ユニット６３は、配管８７に設けられた流量センサＳ２０からの透過水Ｅの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｅの目標流量になるように、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の吐出側の配管８６に設けられた流量センサＳ１６からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６３における高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｅの流量信号と透過水Ｅの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。
【００３５】
配管８９には、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの流量を検出する流量センサＳ１９が設けられており、制御ユニット６３は、非透過水Ｇの流量が被処理水の流量センサＳ１６の示す流量に対し一定の割合の流量になるように背圧弁４０の開度を調整する。
【００３６】
このように基本実施形態の複合淡水化システム１００では、排水処理系１から排出される低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを取水した海水Ｄと混ぜて、海水淡水化処理系３での被処理水とすることにより、海水淡水化処理系３における被処理水の塩分濃度が約半分程度にまで低減でき、海水逆浸透膜装置３８を運転する運転圧を、１００％海水だけを処理する場合に必要であった約６ＭＰａに比べて大きく減圧でき、動力費を節減できる。
【００３７】
《第１の実施形態》
次に、図２を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ａについて説明する。図２は、第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。本実施形態の複合淡水化システム１００Ａの基本的な構成は、図１に示した基本実施形態の複合淡水化システム１００と略同じであるが、複合淡水化システム１００における制御装置６とは、制御装置６が後記する流量調整弁１９を制御する点と、図２に示したように、図１に示した基本実施形態と異なり、取水槽３２から前処理ろ過装置３４に被処理水を供給するろ過ポンプ３３の代わりに、タービンポンプ（第１のポンプ）３３Ａが用いられる点が異なる。
なお、本実施形態では、図１の基本実施形態において配管８４に設けられていた流量センサＳ１３が、後記する配管８３Ｂに設けられている。
【００３８】
そのため、配管５６は、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃにその一端が接続され、他端はタービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの加圧水入り口３３ｃに接続されている。そして、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの排出口３３ｄに配管５７の一端が接続され、その他端は背圧弁１８を介して取水槽３２に接続されている。
また、取水槽３２に配管８３Ａの一端が接続され、その他端がタービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吸込み口３３ｅに接続されている。タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆには、配管８３Ｂの一端が接続され、その他端は前処理ろ過装置３４に接続されている。
更に、配管８３Ｂの分岐点Ｐ５において戻し配管８３Ｃの一端が接続され、その他端は流量調整弁１９を介して取水槽３２に接続されている。
低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃは、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａに内蔵されているタービンを回転駆動し、背圧弁１８を介して取水槽３２に放出される。そして、タービンは、ポンプ部３３ｂに内蔵されているポンプ・インペラを回転駆動して、取水槽３２の海水（第１の原水）Ｄと非透過水Ｃの混合された被処理水を吸い込み、所定の圧力に、例えば、１５０ｋＰａ程度に加圧して、配管８３Ｂを経由して前処理ろ過装置３４に供給する。
【００３９】
そして、本実施形態における制御装置６の制御ユニット６０，６１の機能は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６０，６１の機能と同じである。本実施形態における制御装置６の制御ユニット６３の機能は、複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６３の機能と略同じであるが、ろ過ポンプ３３を制御する機能を有せず、流量調整弁１９の開度を調整する機能を有する。
複合淡水化システム１００と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略するとともに、基本実施形態の制御装置６における同じ制御機能についても重複する説明を省略する。
【００４０】
本実施形態における制御ユニット６１の機能部としての流量制御部(図示せず)は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御する。そして、タービンポンプ３３Ａは加圧水入り口３３ｃにおける低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃが加えるタービン入口圧｛表１中、左から最初の列に「タービン入口圧（非透過水の加圧圧力）」と表示｝の増加に応じてタービン入口流量（リットル／ｍｉｎ）｛表１中、左から２番目の列に「タービン入口流量（非透過水の流量）」と表示｝も増加するが、表１の左から３番目以降の列に示すように低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの被処理水の吐出圧（ｋＰａ）に応じた被処理水の吐出流量（％）は、タービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
【００４１】
背圧弁１８の開度は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御するために制御ユニット６１の前記した流量制御部で制御されるので、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出流量は、その非透過水Ｃの水圧と流量とで自動的に決まる。タービンポンプ３３Ａの回転速度では前処理ろ過装置３４へ供給する被処理水の流量を精度良く調節しようとするためには、制御ユニット６３は、機能部としての流量制御部（図示せず）を有し、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が多すぎる場合は、流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて流量調整弁１９の開度を調整し、戻し配管８３Ｃを介して過剰な被処理水を取水槽３２へ戻す。
従って、基本実施形態の淡水化システム１００のように海水淡水化処理系３の海水Ｄの取水量が低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量の０．５倍程度の場合は、ろ過ポンプ３３を必要とせず、複合淡水化システム１００Ａは、その分の駆動力コストを低減できる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
《第２の実施形態》
次に、図３を参照しながら本発明の第２の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｂについて説明する。図３は、第２の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。本実施形態の複合淡水化システム１００Ｂが、複合淡水化システム１００Ａと異なる点は、制御装置６の制御ユニット６３が後記する補助ろ過ポンプ（第２のポンプ）３３Ｂを制御する点と、図３に示したように取水槽３２から更に配管８３Ｄが、配管８３Ｂとの合流点Ｐ６に接続され、配管８３Ｄには補助ろ過ポンプ３３Ｂが設けられている点である。
制御装置６は、第１の実施形態と同様に制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
【００４４】
制御ユニット６３の機能は、基本的に第１の実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、その機能部としての流量制御部（図示せず）は、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が多すぎる場合は、流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて流量調整弁１９の開度を調整し、戻し配管８３Ｃを介して過剰な被処理水を取水槽３２へ戻す。逆に、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が少ない場合は、補助ろ過ポンプ３３Ｂを起動し、タービンポンプ３３Ａと補助ろ過ポンプ３３Ｂとの合計の被処理水の供給量が所要の流量になるように流量センサＳ１３の流量信号に基づいて補助ろ過ポンプ３３Ｂを駆動する図示しないモータの回転速度を制御する。
【００４５】
ちなみに、補助ろ過ポンプ３３Ｂのポンプ容量は、基本実施形態におけるろ過ポンプ３３のポンプ容量より小さく、補助ろ過ポンプ３３Ｂを運転する場合の動力費は基本実施形態の場合よりも低減される。
【００４６】
なお、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、補助ろ過ポンプ３３Ｂの起動、停止及び、運転中の補助ろ過ポンプ３３Ｂの回転速度の制御、並びに流量調整弁１９の開度調整を、合流点Ｐ６の下流側の配管８３Ｂに設けた流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて行うとしたがそれに限定されるものではない。
流量センサＳ１３の代わりに分岐点Ｐ５より上流側の配管８３Ｂに流量センサＳ１３Ａを設けるとともに、補助ろ過ポンプ３３Ｂの下流側の配管８３Ｄに流量センサＳ１３Ｂを設け、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、流量センサＳ１３Ａ，１３Ｂからのそれぞれの流量信号に基づいて、前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を判定し、制御しても良い。つまり、流量センサＳ１３Ａの示す流量が所要の流量以上の場合には、補助ろ過ポンプ３３Ｂを停止状態とし、流量調整弁１９の開度調整により前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を制御する。逆に、流量センサＳ１３Ａの示す流量が所要の流量未満の場合には、流量調整弁１９の開度を全閉とし、補助ろ過ポンプ３３Ｂを起動する。そして、流量センサＳ１３Ａの示す流量と流量センサＳ１３Ｂの示す流量の合計値が所要の流量となるように補助ろ過ポンプ３３Ｂの回転速度を制御し、前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を制御する。
【００４７】
本実施形態によれば、非透過水Ｃによって駆動されるタービンポンプ３３Ａが供給する取水槽３２からの被処理水の流量が、前処理ろ過装置３４へ供給されるべき所要の流量よりも多い場合にも少ない場合にも、制御ユニット６３の前記した流量制御部によって柔軟に制御でき、生産水Ｅの目標流量が達成できる。
【００４８】
《第３及び第４の実施形態》
（第３の実施形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第３の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｃについて説明する。図４は、第３及び第４の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
第３の実施形態の複合淡水化システム１００Ｃの基本的な構成は、略基本実施形態の複合淡水化システム１００と同じであるが、複合淡水化システム１００とは、制御装置６の制御ユニット６３が取水ポンプ３１の代わりに後記するタービンポンプ（第３のポンプ）３３Ａを制御する点と、図３に示したように、図１に示した基本実施形態と異なり、海水Ｄを取水槽３２へ取水する取水ポンプ３１の代わりに、タービンポンプ３３Ａが用いられる点が異なる。
なお、本実施形態では、図１の基本実施形態において配管８４に設けられていた流量センサＳ１３が、ろ過ポンプ３３の吐出側の配管８３に設けられている。
【００４９】
そのため、図４に示すように配管５６は、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃにその一端が接続され、他端はタービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの加圧水入り口３３ｃに接続されている。そして、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの排出口３３ｄに配管５７の一端が接続され、その他端は背圧弁１８を介して取水槽３２に接続されている。
また、取水管８１がタービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吸込み口３３ｅに接続されている。タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆには、取水管８２Ｃの一端が接続され、その他端は取水槽３２に接続されている。
低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃは、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａに内蔵されているタービンを回転駆動し、背圧弁１８を介して取水槽３２に放出される。そして、タービンは、ポンプ部３３ｂに内蔵されているポンプ・インペラを回転駆動して、取水管８１を介して海水（第１の原水）Ｄを吸い込み、取水管８２Ｃを介して取水槽３２に供給する。
【００５０】
そして、制御装置６の機能は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御装置６の機能と略同じであり、制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
複合淡水化システム１００と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略するとともに、本実施形態における制御装置６の基本実施形態における制御装置６と同じ制御機能についても重複する説明を省略する。
【００５１】
制御ユニット６１の機能部としての流量制御部（図示せず）は、基本実施形態における制御ユニット６１の流量制御部（図示せず）と同じ機能であり、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御する。そして、タービンポンプ３３Ａは加圧水入り口３３ｃにおける低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口圧の増加に応じて低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口流量（リットル／ｍｉｎ）も増加するが、表１に示すように（ただし、表１中左から３番目以降の列に示す「被処理水の吐出圧力と被処理水の吐出流量の特性」は、「海水の吐出圧力と海水の吐出流量の特性」と読み直す）低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの海水の吐出圧（ｋＰａ）に応じた海水の吐出流量（％）は、非透過水Ｃのタービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの海水Ｄの吐出圧（ｋＰａ）に応じた海水Ｄの吐出流量（％）は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
【００５２】
背圧弁１８の開度は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御するために制御ユニット６１の機能部としての流量制御部（図示せず）で制御されるので、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出流量は、その非透過水Ｃの水圧と流量とで自動的に決まる。そこで、タービンポンプ３３Ａが取水槽３２へ供給する海水Ｄを取水し過ぎた場合の対策としては、取水槽３２には、溢水口（図示せず）を設け、タービンポンプ３３Ａで海水Ｄを取水し過ぎた分は、海水Ｄを排出するようにする。
従って、基本実施形態の複合淡水化システム１００のように取水ポンプ３１を必要とせず、複合淡水化システム１００Ｃは、その分の駆動力コストを低減できる。
【００５３】
ちなみに、制御ユニット６３の機能は、基本的に基本実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、制御ユニット６３には、流量センサＳ１１及び水位センサＳ１２からの水位信号に基づいて海水Ｄの取水量を制御する機能を有しない。
【００５４】
（第４の実施形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第４の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｄについて説明する。複合淡水化システム１００Ｃと異なる点は、制御装置６の制御ユニット６３が後記する補助取水ポンプ（第４のポンプ）３１Ａを制御する点と、図４に破線で示したように取水管８１から更に取水管８１Ｄが分岐している。そして、取水管８１Ｄは、補助取水ポンプ３１Ａの吸込み口に接続され、更に補助取水ポンプ３１Ａの吐出口に取水管８２Ｄが接続され、取水槽３２接続されている点と、取水管８１には図４に破線で示したように流量センサＳ３５が設けられ、海水Ｄの取水流量を検出して流量信号が制御装置６に入力されている点と、である。
制御装置６は、第３の実施形態と同様に制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
【００５５】
制御ユニット６３の機能は、基本的に第３の実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、基本実施形態における制御ユニット６３と同様に海水Ｄの取水量を水位センサＳ１２と流量センサＳ３５に基づいて制御する機能を有する。そして、制御ユニット６３の機能部としての流量制御部は、流量センサＳ３５が示すタービンポンプ３３Ａによる海水Ｄの取水槽３２への取水量が少ない場合は、補助取水ポンプ３１Ａを起動し、タービンポンプ３３Ａと補助取水ポンプ３１Ａとの合計の海水Ｄの取水量が所要の取水量になるように流量センサＳ３５の流量信号に基づいて補助取水ポンプ３１Ａを駆動する図示しないモータの回転速度を制御する。
【００５６】
ちなみに、補助取水ポンプ３１Ａのポンプ容量は、基本実施形態における取水ポンプ３１のポンプ容量より小さく、補助取水ポンプ３１Ａを運転する場合の動力費は基本実施形態の場合よりも低減される。
【００５７】
本実施形態によれば、非透過水Ｃによって駆動されるタービンポンプ３３Ａが取水槽３２へ供給する海水Ｄの取水流量が、所要の流量よりも少ない場合にも、制御ユニット６３の前記した流量制御部によって海水Ｄの取水量が制御でき、生産水Ｅの目標流量が達成できる。
【００５８】
以上、第１〜第４の実施形態によれば、排水処理系１の非透過水Ｃの有している比較的低圧の０．８〜１．５ＭＰａの圧力を回収してタービンポンプ３３Ａの駆動エネルギとして利用しているので、従来よりも動力費を低減した複合淡水化システム１００Ａ〜１００Ｄを提供できる。
【００５９】
なお、第１〜第４の実施形態では、図２から図４にエネルギ回収装置３９として直接圧力交換方式のものが記載され、その後段にブースターポンプ４１が組み合わされているが、それに限定されたものではない。ターボチャージャポンプを非透過水Ｇで駆動するようにしても良い。その場合、配管８９と配管９０がターボチャージャポンプのタービン部（駆動部）入口と出口にそれぞれ接続され、配管８６の下流側がターボチャージャポンプのポンプ部入口に接続され、ターボチャージャポンプのポンプ部出口が供給口３８ａに配管で接続される。このような形式でも非透過水Ｇの圧力を回収することができる。
ちなみに、その場合、配管９１，９２及びブースターポンプ４１は不要となる。
【００６０】
また、第１〜第４の実施形態では、取水槽３２内に低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを導入して混合する例を説明したが、それに限定されるものではない。
第１及び第２の実施形態において配管５７の最下流の末端が取水管８２に直接接続されて、配管８２内で低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃと海水Ｄとを混合して被処理水としても良い。
また、第３及び第４の実施形態において配管５７の最下流の末端がタービンポンプ３３Ａ又は補助取水ポンプ３１Ａの吸込み側の配管８１の流量センサＳ３５より下流側に直接接続されて、配管８１内で低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃと海水Ｄとを混合して被処理水としても良い。
【００６１】
前記した基本実施形態、第１〜第４の実施形態において、生産水Ｂと生産水Ｅは、それぞれの水質レベルに応じて外部へ供給されるとしたが、生産水Ｂと生産水Ｅを混合して外部に供給しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１ 排水処理系（第２の水処理系）
３ 海水淡水化処理系（第１の水処理系）
６ 制御装置
１１ ＭＢＲ水処理装置
１２ 移送ポンプ
１３ 処理水水槽
１４ 供給ポンプ
１５ 高圧ポンプ
１６ 低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）
１６ｃ 排水口
１８ 背圧弁
１９ 流量調整弁
３１ 取水ポンプ
３１Ａ 補助取水ポンプ（第４のポンプ）
３２ 取水槽（第１原水槽）
３３ ろ過ポンプ
３３Ａ タービンポンプ（第１のポンプ、第３のポンプ）
３３Ｂ 補助ろ過ポンプ（第２のポンプ）
３４ 前処理ろ過装置（前段ろ過装置）
３５ 処理水水槽
３６ 供給ポンプ
３７ 高圧ポンプ
３８ 海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）
３９ 圧力交換装置
４０ 背圧弁
４１ ブースターポンプ
６０ 制御ユニット
６１ 制御ユニット
６３ 制御ユニット
８１，８１Ｄ，８２，８２Ｃ，８２Ｄ 取水管
８３Ｃ 戻し配管
１００,１００Ａ,１００Ｂ,１００Ｃ,１００Ｄ 複合淡水化システム
Ａ 排水（第２の原水）
Ｄ 海水（第１の原水）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、汽水、かん水等の高塩分濃度の第１の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムに関し、特に、第２の水処理系の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧エネルギを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、逆浸透膜装置を用いたろ過によって海水を淡水化する海水淡水化装置において、例えば、下水に代表される有機物を含有する排水（以下、「有機性排水」と称する）は、通常、生物処理されて、その処理された排水は海洋や河川に放出されていたものを、海水淡水化装置の取水した海水と混合して、海水淡水化装置の被処理水の塩分濃度を海水そのままよりも低下させ（希釈し）、海水淡水化装置の逆浸透膜装置に前記した塩分濃度の希釈された被処理水を圧送することで、圧送ポンプ（本明細書における「高圧ポンプ」に対応）の必要駆動力を低減させる技術が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、逆浸透膜装置を用いた淡水化システムにおいて、逆浸透膜装置の非透過水の有する圧力をターボチャージャで回収して逆浸透膜装置の被処理水の加圧に利用する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８１３４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４９９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術において、有機性排水の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力は、海水淡水化装置の水処理工程で逆浸透膜装置を用いる場合の圧力よりも低圧である。そして、有機性排水の水処理工程での逆浸透膜装置から排出される非透過水を直接取水した海水と混合することにより海水よりも塩分濃度を低下させているだけであり、前記した有機性排水の水処理工程の逆浸透膜装置からの非透過水の有するエネルギは比較的に低圧のものであることから何等利用されておらず無駄にされている。
【０００６】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用できる複合淡水化システム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】
【０００７】
前記課題を解決するために、第１の発明の複合淡水化システムは、高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備えるものであって、第１の水処理系は、第１の逆浸透膜装置の前段において、取水された第１の原水を含む被処理水のろ過処理をする前段ろ過装置と、被処理水を前段ろ過装置に加圧して供給する第１のポンプと、を有し、第１のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、第１のポンプを駆動した非透過水は第１の原水に混合されて被処理水とされることを特徴とする。
【０００８】
第２の水処理系の被処理水の塩分濃度は、第１の水処理系の被処理水の塩分濃度よりも低いので、当然第２の逆浸透膜装置の非透過水の水圧は、第１の逆浸透膜装置の非透過水の水圧よりも相当低い水圧である。しかし、第１の原水を含む被処理水を前段ろ過装置に加圧供給する第１のポンプの所要の昇圧度合いは、第１の逆浸透膜装置への被処理水の要する加圧力よりも低い。従って、第１のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動されることで、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧を有効利用できる。
それに、第１のポンプを駆動した非透過水は、第１の水処理系の第１の原水に混合されることで第１の水処理系の取水された第１の原水の塩分濃度が希釈された被処理水となり、第１の逆浸透膜装置に被処理水を加圧して供給するポンプの所要昇圧度合いを低減できる。
【０００９】
第２の発明の複合淡水化システムは、高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備えるものであって、第１の水処理系は、第１の原水を取水する第３のポンプと、取水された第１の原水を溜める第１原水槽と、を有し、第３のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、第３のポンプを駆動した非透過水は第１原水槽に供給されることを特徴とする。
【００１０】
第２の水処理系の被処理水の塩分濃度は、第１の水処理系の被処理水の塩分濃度よりも低いので、当然第２の逆浸透膜装置の非透過水の水圧は、第１の逆浸透膜装置の非透過水の水圧よりも相当低い水圧である。しかし、第１の原水を第１原水槽に供給する第３のポンプの所要の昇圧度合いは、第１の逆浸透膜装置への被処理水の要する圧力よりも低い。従って、第３のポンプが、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動されることで、第２の水処理系の第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧を有効利用できる。
それに、第３のポンプを駆動した非透過水は、第１の水処理系の第１原水槽に供給されることで第１の水処理系の取水された第１の原水の塩分濃度が希釈され、第１の逆浸透膜装置に被処理水を加圧して供給するポンプの所要昇圧度合いを低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複合淡水化システムにおける逆浸透膜装置の非透過水のエネルギを有効利用できる複合淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図３】第２の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【図４】第３及び第４の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態に係る複合淡水化システムについて図を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
《基本実施形態の複合淡水化システム》
先ず、図１を参照して本発明の基本実施形態とする複合淡水化システム１００について説明する。図１は、基本実施形態の複合淡水化システムの概略ブロック図である。
この複合淡水化システム１００は、臨海地帯、塩水湖近傍、汽水帯近傍等に設置されることを前提としている。
そして、複合淡水化システム１００は、産業排水や都市排水等のように海水、汽水、かん水等と比較して塩分濃度の低い排水（第２の原水）Ａ（以下、単に「排水Ａ」と称する）を、工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｂ」又は「生産水Ｂ」と称する）として再利用可能に排水処理する排水処理系（第２の水処理系）１と、海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水（第１の原水）Ｄを工業用水等の飲料水以外の中水（「透過水Ｅ」又は「生産水Ｅ」と称する）として再利用可能に浄化処理をする海水淡水化処理系（第１の水処理系）３と、排水処理系１及び海水淡水化処理系３に含まれるポンプや弁の動作制御をする制御装置６を含んで構成されている。
なお、「海水、汽水、かん水等の比較的塩分濃度の高い水Ｄ」を、以下では、代表的に「海水Ｄ」と称し、代表的に「海水Ｄ」と表記した意味で前記したように「海水淡水化処理系３」と称する。
【００１５】
（排水処理系１の構成）
先ず、排水処理系１の概略構成について図１を参照しながら説明する。排水Ａは、有機物等を含んでおり、排水取水管５１から、例えば、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）を用いた水処理装置（以下、「ＭＢＲ水処理装置１１」と称し、図１では、単に「ＭＢＲ」と表示）に導かれ、一次処理される。ＭＢＲ水処理装置１１において一次処理された被処理水は、ＭＢＲ水処理装置１１から移送ポンプ１２で配管５２を介して、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽１３に導かれて溜められる。更に、処理水水槽１３に溜められた被処理水は、配管５３を介して供給ポンプ１４で吸引され高圧ポンプ１５に供給され、高圧ポンプ１５で昇圧されて、低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）１６の被処理水の供給口１６ａに供給される。
【００１６】
低圧逆浸透膜装置１６は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。
供給口１６ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、低圧逆浸透膜装置１６内で、逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）を透過して浄化された透過水Ｂと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｃと、に分離される。透過水Ｂは、透過口１６ｂから配管５４を介して生産水Ｂとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。
【００１７】
非透過水Ｃは、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃから配管５６を介して途中に設けられた背圧弁１８で流量を調整されて、後記する取水槽（第１原水槽）３２に供給される。排水処理系１の濃縮された非透過水ＣのＴＤＳ(Total Dissolubed Solids：総溶解性蒸発残留物)は、１，２００ｍｇ／リットル程度であり、海水ＤのＴＤＳが３０，０００ｍｇ／リットル程度なのに比較して極めて低い濃度である。そのため、前記した低圧逆浸透膜装置１６は、０．８〜１．５ＭＰａの圧力で運転される。ちなみに、この運転圧の幅は、低圧逆浸透膜装置１６の逆浸透膜の汚れが増加してくると、所要の透過水Ｂの流量を得るために運転圧を増加させるためである。
従って、非透過水Ｃの圧力は０．８〜１．５ＭＰａ程度である。そして、この圧力が前記した背圧弁１８で開放される。
排水処理系１のＭＢＲ水処理装置１１の代わりに限外ろ過装置を用いても良い。
なお、配管５６が取水槽３２内に低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを導入する段階で非透過水Ｃの有する圧力をエネルギとして回収する機能を持たせる構成としても良く、その詳細な構成は、第１の実施形態から第４の実施形態の中で詳細に説明する。
【００１８】
（海水淡水化処理系３）
次に、海水淡水化処理系３の概略構成について図１を参照しながら説明する。海水Ｄは、取水ポンプ３１で取水管８１から吸込まれ、取水管８２で取水槽３２に供給され、溜められる。前記したように取水槽３２には排水処理系１の非透過水Ｃが配管５６で供給されるので、取水槽３２内で海水Ｄと非透過水Ｃが混合され、海水よりも塩分濃度の低い被処理水となる。つまり、ＴＤＳの値も海水Ｄのものよりも低い値となる。
取水槽３２内に溜まった被処理水は、配管８３を介してろ過ポンプ３３により前処理ろ過装置（前段ろ過装置）３４に所定の圧力を掛けて供給される。
この前処理ろ過装置３４としては、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ（Ultra Filtration）膜）を用いたＵＦ装置、精密ろ過膜（ＭＦ（Micro Filtration）膜）を用いたＭＦ装置、砂ろ過装置のいずれでも良い。ちなみに、図１では、前処理ろ過装置３４に代表的にＵＦ装置を意味する「ＵＦ」と表示してある。
前処理ろ過装置３４としてＵＦ装置を例にすると、一般的に５０〜１５０ｋＰａで運転される。
【００１９】
前処理ろ過装置３４でろ過された被処理水は、配管８４を経て、一旦、被処理水の流れのバッファの役目をする処理水水槽３５に溜められる。そして、処理水水槽３５に溜められた被処理水は、配管８５を介して供給ポンプ３６で吸引され高圧ポンプ３７に供給され、高圧ポンプ３７で、例えば、３．５〜６ＭＰａ程度に昇圧されて、海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）３８の被処理水の供給口３８ａに供給される。海水逆浸透膜装置３８は、例えば、特開２００１−１４９９３２号公報の図３、図４に記載されたような膜モジュール・ユニットが複数並列に配置された構成である。ただ、低圧逆浸透膜装置１６よりも高圧で運転されることから海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜の材質はより高圧に耐え得る性能のものである。
ちなみに、この運転圧は、海水逆浸透膜装置３８の逆浸透膜に供給される被処理水のＴＤＳの値や汚れが増加してくると、所要の透過水Ｅの流量を得るために運転圧を増加させる。
【００２０】
供給口３８ａから圧力を掛けて供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８内で、逆浸透膜を透過して浄化された透過水Ｅと、逆浸透膜を透過しなかった被処理水である非透過水Ｇと、に分離される。透過水Ｅは、透過口３８ｂから配管８７を介して生産水Ｅとして外部のその水質レベルに応じた用途に供給される。
【００２１】
非透過水Ｇは、前記した海水逆浸透膜装置３８の運転圧を有して排水口３８ｃから配管８９を介して、エネルギ回収装置３９における後記する加圧側エンド部３９ｂの高圧供給口３９ｄに供給され、圧力を供給ポンプ３６から供給される被処理水と直接交換した後、加圧側エンド部３９ｂの排出口３９ｅから配管９０の途中に設けられた背圧弁４０で流量を調整されて、放出される。
この非透過水Ｇは、塩分が濃縮された海水、汽水、又はかん水である。
エネルギ回収装置３９は、この基本実施形態では、直接圧力交換方式のものであり、主に、図示しないモータで所定の回転速度に回転駆動されるロータ部３９ａ、加圧側エンド部３９ｂ、被加圧側エンド部３９ｃから構成されている公知の技術の装置である。
【００２２】
供給ポンプ３６と高圧ポンプ３７との間の配管８５の分岐点Ｐ１で配管８５から配管９１が分岐され、供給ポンプ３６で供給された低圧の被処理水の一部がエネルギ回収装置３９における被加圧側エンド部３９ｃの供給口３９ｇに供給される。そして、供給口３９ｇへ供給された被処理水は、海水逆浸透膜装置３８からの非透過水Ｇとの圧力の直接交換により加圧された後、被加圧側エンド部３９ｃの排出口３９ｆから配管９２の途中に設けられたブースターポンプ４１に更に供給される。ブースターポンプ４１は、エネルギ回収装置３９で加圧された被処理水を高圧ポンプ３７と同じ圧力にまで昇圧し、高圧ポンプ３７の下流側の配管８６の合流点Ｐ２で高圧ポンプ３７から供給される被処理水と配管９２からの被処理水とを合流させ、海水逆浸透膜装置３８の供給口３８ａに被処理水を供給する。
【００２３】
このように、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇは極めて高い圧力を有しているので、そのエネルギを回収して、海水逆浸透膜装置３８に被処理水を供給するエネルギに再利用し、高圧ポンプ３７の容量を減じることによって動力費を節約できている。また、排水処理系１の非透過水Ｃを海水Ｄに混合することによって、塩分濃度を低減させることができ、高圧ポンプ３７に必要な昇圧も、海水のみの場合は６ＭＰａ程度が必要なものが、非透過水Ｃと海水Ｄとを略同量にして薄めると３．５ＭＰａ程度まで下げることができる。その結果、その分も動力費が低減できる。つまり、低圧逆浸透膜装置１６の運転圧に較べて海水逆浸透膜装置３８の運転圧は高圧であり、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの有するエネルギが回収されるとともに海水逆浸透膜装置３８の運転圧そのものも低減できる。
【００２４】
なお、前記した移送ポンプ１２、供給ポンプ１４、高圧ポンプ１５、取水ポンプ３１、ろ過ポンプ３３、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７、ブースターポンプ４１、エネルギ回収装置３９のロータ部３９ａ等は、図示しない駆動モータの回転軸と接続され一体的に構成され、その駆動モータに動力を供給するインバータ装置（図示せず）が現場盤として設置、又はその駆動モータに一体的に取り付けられている。そして、制御装置６がインバータを介して駆動モータの回転を制御する構成である。
【００２５】
（制御装置６）
次に、本基本実施形態における制御装置６の制御の概要について説明する。
制御装置６は、例えば、複数の制御ユニット６０，６１，６３から構成され、それぞれの制御ユニット６０，６１，６３は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を搭載したＣＰＵボード、入出力インターフェースボード等を搭載している。制御ユニット６０は、複合淡水化システム１００全体を統括制御し、制御ユニット６１は、排水処理系１を制御し、制御ユニット６３は、海水淡水化処理系３を制御する構成である。そのため、制御ユニット６０は、制御ユニット６１，６３と相互に通信可能に接続されている。
そして、制御ユニット６１は、機能部として背圧弁１８の開度を調整して非透過水Ｃの流量を調整する流量制御部（図示せず）を含んでいる。
【００２６】
制御装置６の制御ユニット６０には、複合淡水化システム１００における生産水Ｂ及び生産水Ｅの要求流量指令Ｃ１，Ｃ２が外部から入力される。そして、制御ユニット６０は、例えば、要求流量指令Ｃ１に応じて、排水処理系１に供給される排水流量（後記する流量センサＳ１で検出される流量）と、透過水Ｂの流量（後記する流量センサＳ６で検出される流量）とに基づいて、排水処理系１の透過水Ｂの目標流量を設定して制御ユニット６１に排水処理系１を制御させるとともに、要求流量指令Ｃ２に応じて、海水淡水化処理系３の透過水Ｅの目標流量を算出し、制御ユニット６３に海水淡水化処理系３を制御させる。
【００２７】
そのために排水取水管５１には排水Ａの流量を検出する流量センサＳ１が設けられ、配管５４には透過水Ｂの流量を検出する流量センサＳ６が設けられ、制御ユニット６１を介して排水Ａの流量及び透過水Ｂの流量が制御ユニット６０に入力される。また、配管８７には透過水Ｅの流量を検出する流量センサＳ２０が設けられ制御ユニット６３を介して制御ユニット６０に透過水Ｅの流量が入力される。
【００２８】
ＭＢＲ水処理装置１１には、例えば、水位センサＳ２が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ２からの水位信号に基づいて移送ポンプ１２の起動、停止を制御する。処理水水槽１３には、例えば、水位センサＳ３が設けられ、制御ユニット６１は、水位センサＳ３からの水位信号及び高圧ポンプ１５の吸込み側の配管５３に設けられた圧力センサＳ４からの圧力信号に基づいて供給ポンプ１４の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ１４の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ４からの圧力信号に基づく供給ポンプ１４の回転速度の制御は、高圧ポンプ１５に所定の吸込み圧を与えるためである。
【００２９】
また、制御ユニット６１は、配管５４に設けられた流量センサＳ６からの透過水Ｂの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｂの目標流量になるように、高圧ポンプ１５の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ１５の吐出側の配管５３に設けられた流量センサＳ５からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ１５の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６１における高圧ポンプ１５の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｂの流量信号と透過水Ｂの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。
【００３０】
配管５６には、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を検出する流量センサＳ７が設けられており、制御ユニット６１の前記した流量制御部は、非透過水Ｃの流量が被処理水の流量センサＳ５の示す流量に対し一定の割合の流量になるように流量センサＳ７からの流量信号に基づいて背圧弁１８の開度を調整する。
【００３１】
取水管８２には、流量センサＳ１１が設けられ、また、取水槽３２には水位センサＳ１２が設けられている。制御ユニット６３は、水位センサＳ１２からの水位信号に基づいて取水ポンプ３１の起動、停止を制御するとともに、排水処理系１から取水槽３２へ排出される非透過水Ｃの流量に応じて海水Ｄの取水流量目標を設定し、流量センサＳ１１からの流量信号に基づいて取水ポンプ３１の回転速度を制御する。
例えば、非透過水Ｃの流量と海水Ｄの取水流量とを略同じとし、取水槽３２の中で海水Ｄに非透過水Ｃを混合して塩分濃度を下げた場合、海水逆浸透膜装置３８の運転圧は、３．５〜４ＭＰａ程度に維持できる。
【００３２】
また、制御ユニット６３は、処理水水槽３５に設けられた水位センサＳ１４からの水位信号に基づいてろ過ポンプ３３の起動、停止を制御するとともに、配管８４に設けられた流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて所定の回転速度にろ過ポンプ３３の回転速度を制御し、取水槽３２の被処理水を前処理ろ過装置３４に所定の圧力で圧送し、一次処理させ、一次処理された被処理水を処理水水槽３５に溜めさせる。
【００３３】
更に、制御ユニット６３は、高圧ポンプ３７の吸込み側の配管８５に設けられた圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づいて供給ポンプ３６の起動、停止の制御、並びに供給ポンプ３６の運転時の回転速度を制御する。この圧力センサＳ１５からの圧力信号に基づく供給ポンプ３６の回転速度の制御は、高圧ポンプ３７に所定の吸込み圧を与えるためである。
【００３４】
また、制御ユニット６３は、配管８７に設けられた流量センサＳ２０からの透過水Ｅの流量信号に基づいて、その流量が制御ユニット６０から入力された透過水Ｅの目標流量になるように、供給ポンプ３６、高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度を調整する。そして、そのときの高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の吐出側の配管８６に設けられた流量センサＳ１６からの流量信号に基づきその流量信号が一定になるように高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度をフィードバック制御する。
なお、この制御ユニット６３における高圧ポンプ３７及びブースターポンプ４１の回転速度のフィードバック制御は、透過水Ｅの流量信号と透過水Ｅの目標流量との偏差に基づいて適宜補正される。
【００３５】
配管８９には、海水逆浸透膜装置３８の非透過水Ｇの流量を検出する流量センサＳ１９が設けられており、制御ユニット６３は、非透過水Ｇの流量が被処理水の流量センサＳ１６の示す流量に対し一定の割合の流量になるように背圧弁４０の開度を調整する。
【００３６】
このように基本実施形態の複合淡水化システム１００では、排水処理系１から排出される低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを取水した海水Ｄと混ぜて、海水淡水化処理系３での被処理水とすることにより、海水淡水化処理系３における被処理水の塩分濃度が約半分程度にまで低減でき、海水逆浸透膜装置３８を運転する運転圧を、１００％海水だけを処理する場合に必要であった約６ＭＰａに比べて大きく減圧でき、動力費を節減できる。
【００３７】
《第１の実施形態》
次に、図２を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ａについて説明する。図２は、第１の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。本実施形態の複合淡水化システム１００Ａの基本的な構成は、図１に示した基本実施形態の複合淡水化システム１００と略同じであるが、複合淡水化システム１００における制御装置６とは、制御装置６が後記する流量調整弁１９を制御する点と、図２に示したように、図１に示した基本実施形態と異なり、取水槽３２から前処理ろ過装置３４に被処理水を供給するろ過ポンプ３３の代わりに、タービンポンプ（第１のポンプ）３３Ａが用いられる点が異なる。
なお、本実施形態では、図１の基本実施形態において配管８４に設けられていた流量センサＳ１３が、後記する配管８３Ｂに設けられている。
【００３８】
そのため、配管５６は、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃにその一端が接続され、他端はタービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの加圧水入り口３３ｃに接続されている。そして、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの排出口３３ｄに配管５７の一端が接続され、その他端は背圧弁１８を介して取水槽３２に接続されている。
また、取水槽３２に配管８３Ａの一端が接続され、その他端がタービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吸込み口３３ｅに接続されている。タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆには、配管８３Ｂの一端が接続され、その他端は前処理ろ過装置３４に接続されている。
更に、配管８３Ｂの分岐点Ｐ５において戻し配管８３Ｃの一端が接続され、その他端は流量調整弁１９を介して取水槽３２に接続されている。
低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃは、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａに内蔵されているタービンを回転駆動し、背圧弁１８を介して取水槽３２に放出される。そして、タービンは、ポンプ部３３ｂに内蔵されているポンプ・インペラを回転駆動して、取水槽３２の海水（第１の原水）Ｄと非透過水Ｃの混合された被処理水を吸い込み、所定の圧力に、例えば、１５０ｋＰａ程度に加圧して、配管８３Ｂを経由して前処理ろ過装置３４に供給する。
【００３９】
そして、本実施形態における制御装置６の制御ユニット６０，６１の機能は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６０，６１の機能と同じである。本実施形態における制御装置６の制御ユニット６３の機能は、複合淡水化システム１００における制御装置６の制御ユニット６３の機能と略同じであるが、ろ過ポンプ３３を制御する機能を有せず、流量調整弁１９の開度を調整する機能を有する。
複合淡水化システム１００と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略するとともに、基本実施形態の制御装置６における同じ制御機能についても重複する説明を省略する。
【００４０】
本実施形態における制御ユニット６１の機能部としての流量制御部(図示せず)は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御する。そして、タービンポンプ３３Ａは加圧水入り口３３ｃにおける低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃが加えるタービン入口圧｛表１中、左から最初の列に「タービン入口圧（非透過水の加圧圧力）」と表示｝の増加に応じてタービン入口流量（リットル／ｍｉｎ）｛表１中、左から２番目の列に「タービン入口流量（非透過水の流量）」と表示｝も増加するが、表１の左から３番目以降の列に示すように低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの被処理水の吐出圧（ｋＰａ）に応じた被処理水の吐出流量（％）は、タービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
【００４１】
背圧弁１８の開度は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御するために制御ユニット６１の前記した流量制御部で制御されるので、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出流量は、その非透過水Ｃの水圧と流量とで自動的に決まる。タービンポンプ３３Ａの回転速度では前処理ろ過装置３４へ供給する被処理水の流量を精度良く調節しようとするためには、制御ユニット６３は、機能部としての流量制御部（図示せず）を有し、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が多すぎる場合は、流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて流量調整弁１９の開度を調整し、戻し配管８３Ｃを介して過剰な被処理水を取水槽３２へ戻す。
従って、基本実施形態の淡水化システム１００のように海水淡水化処理系３の海水Ｄの取水量が低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量の０．５倍程度の場合は、ろ過ポンプ３３を必要とせず、複合淡水化システム１００Ａは、その分の駆動力コストを低減できる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
《第２の実施形態》
次に、図３を参照しながら本発明の第２の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｂについて説明する。図３は、第２の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。本実施形態の複合淡水化システム１００Ｂが、複合淡水化システム１００Ａと異なる点は、制御装置６の制御ユニット６３が後記する補助ろ過ポンプ（第２のポンプ）３３Ｂを制御する点と、図３に示したように取水槽３２から更に配管８３Ｄが、配管８３Ｂとの合流点Ｐ６に接続され、配管８３Ｄには補助ろ過ポンプ３３Ｂが設けられている点である。
制御装置６は、第１の実施形態と同様に制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
【００４４】
制御ユニット６３の機能は、基本的に第１の実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、その機能部としての流量制御部（図示せず）は、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が多すぎる場合は、流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて流量調整弁１９の開度を調整し、戻し配管８３Ｃを介して過剰な被処理水を取水槽３２へ戻す。逆に、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、タービンポンプ３３Ａによる被処理水の前処理ろ過装置３４への供給量が少ない場合は、補助ろ過ポンプ３３Ｂを起動し、タービンポンプ３３Ａと補助ろ過ポンプ３３Ｂとの合計の被処理水の供給量が所要の流量になるように流量センサＳ１３の流量信号に基づいて補助ろ過ポンプ３３Ｂを駆動する図示しないモータの回転速度を制御する。
【００４５】
ちなみに、補助ろ過ポンプ３３Ｂのポンプ容量は、基本実施形態におけるろ過ポンプ３３のポンプ容量より小さく、補助ろ過ポンプ３３Ｂを運転する場合の動力費は基本実施形態の場合よりも低減される。
【００４６】
なお、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、補助ろ過ポンプ３３Ｂの起動、停止及び、運転中の補助ろ過ポンプ３３Ｂの回転速度の制御、並びに流量調整弁１９の開度調整を、合流点Ｐ６の下流側の配管８３Ｂに設けた流量センサＳ１３からの流量信号に基づいて行うとしたがそれに限定されるものではない。
流量センサＳ１３の代わりに分岐点Ｐ５より上流側の配管８３Ｂに流量センサＳ１３Ａを設けるとともに、補助ろ過ポンプ３３Ｂの下流側の配管８３Ｄに流量センサＳ１３Ｂを設け、制御ユニット６３の前記した流量制御部は、流量センサＳ１３Ａ，１３Ｂからのそれぞれの流量信号に基づいて、前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を判定し、制御しても良い。つまり、流量センサＳ１３Ａの示す流量が所要の流量以上の場合には、補助ろ過ポンプ３３Ｂを停止状態とし、流量調整弁１９の開度調整により前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を制御する。逆に、流量センサＳ１３Ａの示す流量が所要の流量未満の場合には、流量調整弁１９の開度を全閉とし、補助ろ過ポンプ３３Ｂを起動する。そして、流量センサＳ１３Ａの示す流量と流量センサＳ１３Ｂの示す流量の合計値が所要の流量となるように補助ろ過ポンプ３３Ｂの回転速度を制御し、前処理ろ過装置３４へ供給される被処理水の流量を制御する。
【００４７】
本実施形態によれば、非透過水Ｃによって駆動されるタービンポンプ３３Ａが供給する取水槽３２からの被処理水の流量が、前処理ろ過装置３４へ供給されるべき所要の流量よりも多い場合にも少ない場合にも、制御ユニット６３の前記した流量制御部によって柔軟に制御でき、生産水Ｅの目標流量が達成できる。
【００４８】
《第３及び第４の実施形態》
（第３の実施形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第３の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｃについて説明する。図４は、第３及び第４の実施形態に係る複合淡水化システムの概略ブロック図である。
第３の実施形態の複合淡水化システム１００Ｃの基本的な構成は、略基本実施形態の複合淡水化システム１００と同じであるが、複合淡水化システム１００とは、制御装置６の制御ユニット６３が取水ポンプ３１の代わりに後記するタービンポンプ（第３のポンプ）３３Ａを制御する点と、図３に示したように、図１に示した基本実施形態と異なり、海水Ｄを取水槽３２へ取水する取水ポンプ３１の代わりに、タービンポンプ３３Ａが用いられる点が異なる。
なお、本実施形態では、図１の基本実施形態において配管８４に設けられていた流量センサＳ１３が、ろ過ポンプ３３の吐出側の配管８３に設けられている。
【００４９】
そのため、図４に示すように配管５６は、低圧逆浸透膜装置１６の排水口１６ｃにその一端が接続され、他端はタービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの加圧水入り口３３ｃに接続されている。そして、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａの排出口３３ｄに配管５７の一端が接続され、その他端は背圧弁１８を介して取水槽３２に接続されている。
また、取水管８１がタービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吸込み口３３ｅに接続されている。タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆには、取水管８２Ｃの一端が接続され、その他端は取水槽３２に接続されている。
低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃは、タービンポンプ３３Ａのタービン部３３ａに内蔵されているタービンを回転駆動し、背圧弁１８を介して取水槽３２に放出される。そして、タービンは、ポンプ部３３ｂに内蔵されているポンプ・インペラを回転駆動して、取水管８１を介して海水（第１の原水）Ｄを吸い込み、取水管８２Ｃを介して取水槽３２に供給する。
【００５０】
そして、制御装置６の機能は、基本実施形態の複合淡水化システム１００における制御装置６の機能と略同じであり、制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
複合淡水化システム１００と同じ構成については同じ符号を付し重複する説明を省略するとともに、本実施形態における制御装置６の基本実施形態における制御装置６と同じ制御機能についても重複する説明を省略する。
【００５１】
制御ユニット６１の機能部としての流量制御部（図示せず）は、基本実施形態における制御ユニット６１の流量制御部（図示せず）と同じ機能であり、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御する。そして、タービンポンプ３３Ａは加圧水入り口３３ｃにおける低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口圧の増加に応じて低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口流量（リットル／ｍｉｎ）も増加するが、表１に示すように（ただし、表１中左から３番目以降の列に示す「被処理水の吐出圧力と被処理水の吐出流量の特性」は、「海水の吐出圧力と海水の吐出流量の特性」と読み直す）低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの海水の吐出圧（ｋＰａ）に応じた海水の吐出流量（％）は、非透過水Ｃのタービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
各タービン入口圧の値に対するタービン入口流量を１００％と規格化したとき、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出口３３ｆからの海水Ｄの吐出圧（ｋＰａ）に応じた海水Ｄの吐出流量（％）は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃのタービン入口流量（％）よりも大きな値となる。
【００５２】
背圧弁１８の開度は、低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃの流量を制御するために制御ユニット６１の機能部としての流量制御部（図示せず）で制御されるので、タービンポンプ３３Ａのポンプ部３３ｂの吐出流量は、その非透過水Ｃの水圧と流量とで自動的に決まる。そこで、タービンポンプ３３Ａが取水槽３２へ供給する海水Ｄを取水し過ぎた場合の対策としては、取水槽３２には、溢水口（図示せず）を設け、タービンポンプ３３Ａで海水Ｄを取水し過ぎた分は、海水Ｄを排出するようにする。
従って、基本実施形態の複合淡水化システム１００のように取水ポンプ３１を必要とせず、複合淡水化システム１００Ｃは、その分の駆動力コストを低減できる。
【００５３】
ちなみに、制御ユニット６３の機能は、基本的に基本実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、制御ユニット６３には、流量センサＳ１１及び水位センサＳ１２からの水位信号に基づいて海水Ｄの取水量を制御する機能を有しない。
【００５４】
（第４の実施形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第４の実施形態に係る複合淡水化システム１００Ｄについて説明する。複合淡水化システム１００Ｃと異なる点は、制御装置６の制御ユニット６３が後記する補助取水ポンプ（第４のポンプ）３１Ａを制御する点と、図４に破線で示したように取水管８１から更に取水管８１Ｄが分岐している。そして、取水管８１Ｄは、補助取水ポンプ３１Ａの吸込み口に接続され、更に補助取水ポンプ３１Ａの吐出口に取水管８２Ｄが接続され、取水槽３２接続されている点と、取水管８１には図４に破線で示したように流量センサＳ３５が設けられ、海水Ｄの取水流量を検出して流量信号が制御装置６に入力されている点と、である。
制御装置６は、第３の実施形態と同様に制御ユニット６０、制御ユニット６１、制御ユニット６３を有している。
【００５５】
制御ユニット６３の機能は、基本的に第３の実施形態における制御ユニット６３と同じであるが、基本実施形態における制御ユニット６３と同様に海水Ｄの取水量を水位センサＳ１２と流量センサＳ３５に基づいて制御する機能を有する。そして、制御ユニット６３の機能部としての流量制御部は、流量センサＳ３５が示すタービンポンプ３３Ａによる海水Ｄの取水槽３２への取水量が少ない場合は、補助取水ポンプ３１Ａを起動し、タービンポンプ３３Ａと補助取水ポンプ３１Ａとの合計の海水Ｄの取水量が所要の取水量になるように流量センサＳ３５の流量信号に基づいて補助取水ポンプ３１Ａを駆動する図示しないモータの回転速度を制御する。
【００５６】
ちなみに、補助取水ポンプ３１Ａのポンプ容量は、基本実施形態における取水ポンプ３１のポンプ容量より小さく、補助取水ポンプ３１Ａを運転する場合の動力費は基本実施形態の場合よりも低減される。
【００５７】
本実施形態によれば、非透過水Ｃによって駆動されるタービンポンプ３３Ａが取水槽３２へ供給する海水Ｄの取水流量が、所要の流量よりも少ない場合にも、制御ユニット６３の前記した流量制御部によって海水Ｄの取水量が制御でき、生産水Ｅの目標流量が達成できる。
【００５８】
以上、第１〜第４の実施形態によれば、排水処理系１の非透過水Ｃの有している比較的低圧の０．８〜１．５ＭＰａの圧力を回収してタービンポンプ３３Ａの駆動エネルギとして利用しているので、従来よりも動力費を低減した複合淡水化システム１００Ａ〜１００Ｄを提供できる。
【００５９】
なお、第１〜第４の実施形態では、図２から図４にエネルギ回収装置３９として直接圧力交換方式のものが記載され、その後段にブースターポンプ４１が組み合わされているが、それに限定されたものではない。ターボチャージャポンプを非透過水Ｇで駆動するようにしても良い。その場合、配管８９と配管９０がターボチャージャポンプのタービン部（駆動部）入口と出口にそれぞれ接続され、配管８６の下流側がターボチャージャポンプのポンプ部入口に接続され、ターボチャージャポンプのポンプ部出口が供給口３８ａに配管で接続される。このような形式でも非透過水Ｇの圧力を回収することができる。
ちなみに、その場合、配管９１，９２及びブースターポンプ４１は不要となる。
【００６０】
また、第１〜第４の実施形態では、取水槽３２内に低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃを導入して混合する例を説明したが、それに限定されるものではない。
第１及び第２の実施形態において配管５７の最下流の末端が取水管８２に直接接続されて、配管８２内で低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃと海水Ｄとを混合して被処理水としても良い。
また、第３及び第４の実施形態において配管５７の最下流の末端がタービンポンプ３３Ａ又は補助取水ポンプ３１Ａの吸込み側の配管８１の流量センサＳ３５より下流側に直接接続されて、配管８１内で低圧逆浸透膜装置１６の非透過水Ｃと海水Ｄとを混合して被処理水としても良い。
【００６１】
前記した基本実施形態、第１〜第４の実施形態において、生産水Ｂと生産水Ｅは、それぞれの水質レベルに応じて外部へ供給されるとしたが、生産水Ｂと生産水Ｅを混合して外部に供給しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１ 排水処理系（第２の水処理系）
３ 海水淡水化処理系（第１の水処理系）
６ 制御装置
１１ ＭＢＲ水処理装置
１２ 移送ポンプ
１３ 処理水水槽
１４ 供給ポンプ
１５ 高圧ポンプ
１６ 低圧逆浸透膜装置（第２の逆浸透膜装置）
１６ｃ 排水口
１８ 背圧弁
１９ 流量調整弁
３１ 取水ポンプ
３１Ａ 補助取水ポンプ（第４のポンプ）
３２ 取水槽（第１原水槽）
３３ ろ過ポンプ
３３Ａ タービンポンプ（第１のポンプ、第３のポンプ）
３３Ｂ 補助ろ過ポンプ（第２のポンプ）
３４ 前処理ろ過装置（前段ろ過装置）
３５ 処理水水槽
３６ 供給ポンプ
３７ 高圧ポンプ
３８ 海水逆浸透膜装置（第１の逆浸透膜装置）
３９ 圧力交換装置
４０ 背圧弁
４１ ブースターポンプ
６０ 制御ユニット
６１ 制御ユニット
６３ 制御ユニット
８１，８１Ｄ，８２，８２Ｃ，８２Ｄ 取水管
８３Ｃ 戻し配管
１００,１００Ａ,１００Ｂ,１００Ｃ,１００Ｄ 複合淡水化システム
Ａ 排水（第２の原水）
Ｄ 海水（第１の原水）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムであって、
前記第１の水処理系は、
前記第１の逆浸透膜装置の前段において、取水された前記第１の原水を含む被処理水のろ過処理をする前段ろ過装置と、
前記被処理水を前記前段ろ過装置に加圧して供給する第１のポンプと、
を有し、
前記第１のポンプが、前記第２の水処理系の前記第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、前記第１のポンプを駆動した前記非透過水は前記第１の原水に混合されて前記被処理水とされることを特徴とする複合淡水化システム。
【請求項２】
前記第１の水処理系は、
前記取水された前記第１の原水を溜める第１原水槽を有し、
前記第１のポンプを駆動した前記非透過水は、前記第１原水槽の前記第１の原水に混合されて前記被処理水とされることを特徴とする請求項１に記載の複合淡水化システム。
【請求項３】
前記第１の水処理系は、
前記第１原水槽の前記被処理水を前記前段ろ過装置に加圧して供給する第２のポンプを、前記第１のポンプと並列して有することを特徴とする請求項２に記載の複合淡水化システム。
【請求項４】
前記第１の水処理系は、
前記前段ろ過装置に供給される被処理水の流量を調整する流量調整弁を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合淡水化システム。
【請求項５】
前記流量調整弁は、前記前段ろ過装置の前記被処理水の供給口側と、前記第１原水槽と、を接続する戻し配管に設けられることを特徴とする請求項４に記載の複合淡水化システム。
【請求項６】
高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムであって、
前記第１の水処理系は、
前記第１の原水を取水する第３のポンプと、
取水された前記第１の原水を溜める第１原水槽と、
を有し、
前記第３のポンプが、前記第２の水処理系の前記第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、前記第３のポンプを駆動した非透過水は前記第１原水槽に供給されることを特徴とする複合淡水化システム。
【請求項７】
前記第１の水処理系は、
更に、前記第１の原水を取水して前記第１原水槽に送る第４のポンプを、前記第３のポンプと並列して有することを特徴とする請求項６に記載の複合淡水化システム。
【請求項１】
高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムであって、
前記第１の水処理系は、
前記第１の逆浸透膜装置の前段において、取水された前記第１の原水を含む被処理水のろ過処理をする前段ろ過装置と、
前記被処理水を前記前段ろ過装置に加圧して供給する第１のポンプと、
を有し、
前記第１のポンプが、前記第２の水処理系の前記第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、前記第１のポンプを駆動した前記非透過水は前記第１の原水に混合されて前記被処理水とされることを特徴とする複合淡水化システム。
【請求項２】
前記第１の水処理系は、
前記取水された前記第１の原水を溜める第１原水槽を有し、
前記第１のポンプを駆動した前記非透過水は、前記第１原水槽の前記第１の原水に混合されて前記被処理水とされることを特徴とする請求項１に記載の複合淡水化システム。
【請求項３】
前記第１の水処理系は、
前記第１原水槽の前記被処理水を前記前段ろ過装置に加圧して供給する第２のポンプを、前記第１のポンプと並列して有することを特徴とする請求項２に記載の複合淡水化システム。
【請求項４】
前記第１の水処理系は、
前記前段ろ過装置に供給される被処理水の流量を調整する流量調整弁を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合淡水化システム。
【請求項５】
前記流量調整弁は、前記前段ろ過装置の前記被処理水の供給口側と、前記第１原水槽と、を接続する戻し配管に設けられることを特徴とする請求項４に記載の複合淡水化システム。
【請求項６】
高塩分濃度の第１の原水を、第１の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第１の水処理系と、第１の原水よりも低塩分濃度の第２の原水を、第２の逆浸透膜装置を用いてろ過処理する第２の水処理系と、を備える複合淡水化システムであって、
前記第１の水処理系は、
前記第１の原水を取水する第３のポンプと、
取水された前記第１の原水を溜める第１原水槽と、
を有し、
前記第３のポンプが、前記第２の水処理系の前記第２の逆浸透膜装置から排出される非透過水の水圧によって駆動され、前記第３のポンプを駆動した非透過水は前記第１原水槽に供給されることを特徴とする複合淡水化システム。
【請求項７】
前記第１の水処理系は、
更に、前記第１の原水を取水して前記第１原水槽に送る第４のポンプを、前記第３のポンプと並列して有することを特徴とする請求項６に記載の複合淡水化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７０８３９（Ｐ２０１２−１７０８３９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２４１１（Ｐ２０１１−３２４１１）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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