JP2013056320A - 海水淡水化方法および海水淡水化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制することができる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供する。
【解決手段】海水淡水化方法は、有機性廃水Ｂを生物処理して得られる生物処理水と海水Ａとを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、低濃度塩水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、生物処理水と海水Ａとを混合することにより、または海水Ａのみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える。海水淡水化装置１０は、低濃度塩水を生成することと、高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部１６と、混合部１６で得られる低濃度塩水及び高濃度塩水をろ過処理する逆浸透膜装置とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】海水淡水化方法は、有機性廃水Ｂを生物処理して得られる生物処理水と海水Ａとを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、低濃度塩水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、生物処理水と海水Ａとを混合することにより、または海水Ａのみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える。海水淡水化装置１０は、低濃度塩水を生成することと、高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部１６と、混合部１６で得られる低濃度塩水及び高濃度塩水をろ過処理する逆浸透膜装置とを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、海水淡水化方法および海水淡水化装置に関し、例えば、逆浸透膜を用いた逆浸透膜装置によるろ過によって海水を淡水化する海水淡水化方法および海水淡水化装置に関する。
近年、地球温暖化等により雨が局所的に若しくは短時間に降ってしまい水資源が地理的若しくは時間的に偏在してしまうことや、林業衰退や森林伐採等により山間部の保水力が低下してしまうこと等により、水資源を安定的に確保することが難しいという問題がある。
水資源を安定的に確保すべく、例えば、臨海地域では、逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する方法及び設備が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、上記特許文献１に記載の海水淡水化方法及び海水淡水化設備では、海水を逆浸透膜装置でろ過処理するのに海水を加圧してポンプ等で逆浸透膜装置に圧送する必要があるので、海水の塩濃度が高いほど、海水を逆浸透膜装置に圧送するために多大なエネルギーが必要となるという問題があった。
そこで、有機物を含有する廃水（以下、有機性廃水とも言う）を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合し、混合により得られた混合水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理することで、海水の圧送に要する動力（エネルギー）を低減する海水を淡水化する海水淡水化方法及び海水淡水化装置が提案されている（例えば特許文献２）。
しかしながら、上記特許文献２の海水淡水化方法及び海水淡水化装置において、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するために、希釈水としての生物処理水の比率を大きくすると、生物処理水に含有される有機物や生物、および生物由来の有機性固形物が付着し堆積するために逆浸透膜（ＲＯ膜）の詰り（所謂バイオファウリング）の海水混合による抑制が不十分となる場合があることがわかった。バイオファウリングの程度が大きいと、ＲＯ膜を洗浄する回数が多くなる、多量のバイオファウリング抑制剤を必要とする、また、最悪の場合、必要なＲＯ透過水の量が確保できなくなるなど、海水から淡水を生成する効率が低下してしまう。
本発明は、上記問題点に鑑み、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制する海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することを課題とする。
本発明者は、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するために、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を利用した場合であっても、バイオファウリングを十分に抑制するために、生物処理水に含有される生物の耐塩性を検討し、生物処理水に含有される生物のうち、低度好塩性生物及び非好塩性生物は０．５Ｍを超える塩濃度の雰囲気では生育されにくいことに着目して本発明を完成させた。
すなわち、本発明の一の局面における海水淡水化方法は、逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と海水とを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、該低濃度塩水を該逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、該生物処理水と該海水とを混合することにより、または海水のみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、該高濃度塩水を該逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える。
本発明の一の局面における海水淡水化装置は、逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するための海水淡水化装置であって、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と海水とを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することと、該生物処理水と海水とを混合することにより、または海水のみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部と、該混合部で得られる該低濃度塩水及び該高濃度塩水をろ過処理する逆浸透膜装置とを備える。
本発明の一の局面における海水淡水化方法及び海水淡水化装置によれば、塩濃度が０．５Ｍを超える高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給することにより、低度好塩性生物及び非好塩性生物が生育されにくい雰囲気になる。このため、塩濃度が０．５Ｍ以下の低濃度塩水を逆浸透膜装置でろ過処理する工程により、海水の淡水化に要するエネルギーを低減しつつ、高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給することにより、バイオファウリングを十分に抑制できる。したがって、本発明は、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制することができる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することができる。
また、本発明者は、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するために、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を利用した場合であっても、バイオファウリングを十分に抑制するために、生物処理水に含有される生物の耐塩性を検討し、生物処理水に含有される生物のうち、非好塩性生物は０．２Ｍを超える塩濃度の雰囲気では生育されにくいことに着目して本発明を完成させた。
すなわち、本発明の他の局面における海水淡水化方法は、逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と海水とを混合することにより、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、該低濃度塩水を該逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、該生物処理水と該海水とを混合することにより、または海水のみを用いることにより、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、該高濃度塩水を該逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える。
本発明の他の局面における海水淡水化装置は、逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するための海水淡水化装置であって、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と海水とを混合することにより、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することと、該生物処理水と海水とを混合することにより、または海水のみを用いることにより、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部と、該混合部で得られる該低濃度塩水及び該高濃度塩水をろ過処理する逆浸透膜装置とを備える。
本発明の他の局面における海水淡水化方法及び海水淡水化装置によれば、塩濃度が０．２Ｍを超える高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給することにより、非好塩性生物が生育されにくい雰囲気になる。このため、塩濃度が０．２Ｍ以下の低濃度塩水を逆浸透膜装置でろ過処理する工程により、海水の淡水化に要するエネルギーを低減しつつ、高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給することにより、バイオファウリングを十分に抑制できる。したがって、本発明は、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制することができる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することができる。
上記海水淡水化方法において好ましくは、高濃度塩水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程を一時的に実施する。
これにより、定常時は低濃度塩水を逆浸透膜装置に供給することができるので、海水の淡水化に要するエネルギーをより低減できる海水淡水化方法を提供することができる。
ここで、本明細書において塩濃度の単位として用いている「Ｍ」とはモル体積濃度のことであり、物質量を全体量の体積で除したものである（ｍｏｌ／Ｌ）。例えば、０．５Ｍとは、１Ｌの溶液中に０．５ｍｏｌの塩が溶解していることを示す。
以上のように、本発明によれば、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制することができる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態における海水淡水化装置１０について説明する。本実施の形態の海水淡水化装置１０は、逆浸透（ＲＯ）膜を用いた逆浸透膜装置によるろ過処理によって海水を淡水化する装置である。
海水淡水化装置１０は、生物処理槽１１と、第１の除濁部１２と、第１の加圧部１３と、第１の逆浸透膜装置１４と、第２の除濁装置１５と、混合部１６と、第２の加圧部１７と、第２の逆浸透膜装置１８とを備えている。第１の除濁部１２は、生物処理槽１１に収容されている。第１の逆浸透膜装置１４は、第１の加圧部１３を介して、第１の除濁部１２と配管等により接続されている。第２の除濁装置１５は、海水Ａが通過する。混合部１６は、第１の逆浸透膜装置１４及び第２の除濁装置１５のそれぞれと配管や中継槽等により接続されている。第２の逆浸透膜装置１８は、第２の加圧部１７を介して、混合部１６と配管等により接続されている。
生物処理槽１１は、細菌、原生動物、後生動物等の生物種によって水に含まれる有機物が分解される処理が行われる。このような処理として、例えば、活性汚泥を用いた曝気処理等を挙げることができる。
第１の除濁部１２は、生物処理水をろ過するためのものであり、ＲＯ膜よりも粗いろ過、即ち、ＲＯ膜で分離するよりも粗い不純物（例えば固形物質等）を除去し、第１の逆浸透膜装置１４の前処理装置である。第１の除濁部１２は、生物処理槽１１内の液面下に浸漬されており、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）及び限外ろ過膜（ＵＦ膜）の少なくともいずれか一方を有する。
第１の加圧部１３は、第１の除濁部１２で粗い不純物がろ過された生物処理水を加圧する。第１の加圧部１３は、例えばポンプである。
第１の逆浸透膜装置１４は、加圧された生物処理水が供給され、この生物処理水をＲＯ膜により、透過水たる浄化水Ｃと、塩濃度が相対的に高い濃縮水とに分離する。第１の逆浸透膜装置１４は、例えば、ＲＯ膜と、このＲＯ膜を収容する圧力容器とを有している。本明細書におけるＲＯ膜は、ナノろ過膜（ＮＦ膜）を含む概念である。
第２の除濁装置１５は、海水をろ過するためのものであり、ＲＯ膜よりも粗い不純物を除去し、第２の逆浸透膜装置１８の前処理装置である。第２の除濁装置１５は、例えば、ＭＦ膜および限外ろ過膜の少なくともいずれか一方の除濁手段と、この除濁手段を収容する容器とを有しているが、砂ろ過や凝集沈殿による除濁手段を有するように構成されてもよい。
混合部１６は、低濃度塩水を生成することと、高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている。低濃度塩水とは、第１の逆浸透膜装置１４から生成される濃縮水と、第２の除濁装置１５で粗い不純物が除去された海水とを混合することにより得られる混合水で、生物処理水中の生物の生育可能な塩濃度上限値以下の塩濃度を有する水である。高濃度塩水とは、第１の逆浸透膜装置１４から生成される濃縮水と、海水とを混合することにより、または、海水のみを用いることにより、生物処理水中の生物の生育可能な塩濃度上限値を超える塩濃度を有する水である。
具体的には、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、低濃度塩水は０．５Ｍ以下の塩濃度を有する水であり、高濃度塩水は０．５Ｍを超える塩濃度を有する水である。
低濃度塩水の塩濃度は、低ければ低い程よく、高濃度塩水の塩濃度は、高ければ高い程よい。実際的には、高濃度塩水が０．５Ｍを超えると共に低濃度塩水が０．５Ｍ以下である場合には、生物処理水と海水との混合上、低濃度塩水は０．２Ｍ以上０．５Ｍ以下であることが好ましく、日本近海の海水の塩濃度が０．６Ｍ程度（３．５％）であり、日本近海以外の海では０．８Ｍ程度（４．５％）の所もあることを考慮すれば、高濃度塩水は０．５Ｍを超えて０．８Ｍ以下であることが好ましく、０．５Ｍを超えて０．６Ｍ以下であることがより好ましい。
具体的には、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、低濃度塩水は０．５Ｍ以下の塩濃度を有する水であり、高濃度塩水は０．５Ｍを超える塩濃度を有する水である。
低濃度塩水の塩濃度は、低ければ低い程よく、高濃度塩水の塩濃度は、高ければ高い程よい。実際的には、高濃度塩水が０．５Ｍを超えると共に低濃度塩水が０．５Ｍ以下である場合には、生物処理水と海水との混合上、低濃度塩水は０．２Ｍ以上０．５Ｍ以下であることが好ましく、日本近海の海水の塩濃度が０．６Ｍ程度（３．５％）であり、日本近海以外の海では０．８Ｍ程度（４．５％）の所もあることを考慮すれば、高濃度塩水は０．５Ｍを超えて０．８Ｍ以下であることが好ましく、０．５Ｍを超えて０．６Ｍ以下であることがより好ましい。
なお、生物処理水中の生物として非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育可能な塩濃度上限値は０．５Ｍであり、生物処理水中の生物として非好塩性生物の生育可能な塩濃度上限値は０．２Ｍである。このため、非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、低濃度塩水は０．２Ｍ以下の塩濃度を有し、高濃度塩水は０．２Ｍを超える塩濃度を有する。
混合部１６は、例えば、低濃度塩水及び高濃度塩水を貯留可能な貯留槽であり、第１の逆浸透膜装置１４から濃縮水が導入される濃縮水導入部と、海水が導入される海水導入部と、低濃度塩水または高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８へ排出する排出部とを含んでいる。濃縮導入部及び海水導入部は、混合部に導入される量を調整することが可能なように、例えば、開口度を調整できるように構成されている。
混合部１６では、第２の逆浸透膜装置１８に供給する供給水の塩濃度が０．５Ｍ以下から０．５Ｍを超えるように生物処理水（本実施の形態では濃縮水）と海水との混合比を変更することが可能なように構成されている。本実施の形態では、混合部１６において、濃縮水導入部及び海水導入部の開口度を調整して、供給水の塩濃度を調整することが可能であるため、排出部から第２の逆浸透膜装置１８に供給する供給水を０．５Ｍ以下の塩濃度と、０．５Ｍを超える塩濃度とに選択できる。
なお、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、混合部１６は、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することと、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている。
また、混合部１６は、濃縮水の供給を停止して、海水のみを第２の逆浸透膜装置１８に供給することが可能なように構成されている。混合部１６において海水のみを生成することは、混合部１６において、濃縮水導入部を閉口し、海水導入部のみを開口することで、実現できる。この場合、混合部１６の排出部から第２の逆浸透膜装置１８に供給する水の塩濃度を高めることができる。
混合部１６には、上記のように供給水の塩濃度の制御をするために、供給水の塩濃度を測定する測定部がさらに設けられていてもよい。
また、海水淡水化装置１０は、供給水の塩濃度を測定する測定部の値及び後述する第２の逆浸透膜装置１８のＲＯ膜の状態に応じて、供給水の塩濃度を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
また、海水淡水化装置１０は、供給水の塩濃度を測定する測定部の値及び後述する第２の逆浸透膜装置１８のＲＯ膜の状態に応じて、供給水の塩濃度を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
第２の加圧部１７は、混合部１６で生成された供給水を加圧する。第２の加圧部１７は、例えばポンプである。
第２の逆浸透膜装置１８は、加圧された低濃度塩水または高濃度塩水が供給され、この水をＲＯ膜により、透過水たる淡水Ｅと、濃縮水Ｄとに分離する。第２の逆浸透膜装置１８は、例えば、ＲＯ膜と、このＲＯ膜を収容する圧力容器とを有している。第２の逆浸透膜装置１８のＲＯ膜と、第１の逆浸透膜装置１４のＲＯ膜とは同一であってもよく、異なっていてもよい。
第２の逆浸透膜装置１８により製造された淡水Ｅと、第１の逆浸透膜装置１４により浄化された浄化水Ｃとは混合されてもよく（図示せず）、混合されなくてもよい。
なお、第１の逆浸透膜装置１４は省略されてもよい。この場合、第１の除濁部１２は、例えば、混合部１６と接続される。
続いて、図１を参照して、本実施の形態における海水淡水化方法について説明する。本実施の形態の海水淡水化方法は、図１に示す海水淡水化装置１０を用いて、ＲＯ膜を用いた逆浸透膜装置によるろ過処理によって海水を淡水化する方法である。
まず、有機性廃水Ｂを生物処理槽１１に供給する。有機性廃水Ｂは、有機物を含む廃水であり、例えば、有機物濃度の指標としてのＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）が２０００ｍｇ/Ｌ以下の廃水であり、より具体的には、２００ｍｇ／Ｌ程度の廃水である。また、有機性廃水Ｂは、海水よりも塩濃度が低い水である。有機性廃水Ｂは、例えば、海水Ａの塩濃度に対する有機性廃水Ｂの塩濃度の比が０．１以下のもの、より具体的には、海水Ａの塩濃度に対する有機性廃水Ｂの塩濃度の比が０．０１以下のものである。
有機性廃水Ｂとしては、下水（生活廃水や雨水が下水道に流れた水等）や、工業廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場から排出される廃水）等が挙げられる。
有機性廃水Ｂとしては、下水（生活廃水や雨水が下水道に流れた水等）や、工業廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場から排出される廃水）等が挙げられる。
次いで、生物処理槽１１で、有機性廃水を生物処理、即ち、細菌、原生動物、後生動物等の生物種によって水に含まれる有機物を分解処理する。生物処理として、例えば、活性汚泥を用いた曝気処理等を挙げることができる。
次に、生物処理槽１１に収容された第１の除濁部１２で、生物処理水をろ過する。このろ過により、生物処理水中の固形物質等の粗い不純物を除去することができる。
次に、第１の除濁部１２で粗い不純物が除去された生物処理水を第１の加圧部１３で加圧する。生物処理水に加える圧力は特に限定されないが、第１の逆浸透膜装置１４で浄化水Ｃを得るために必要な圧力を加える。
次に、第１の逆浸透膜装置１４で、加圧された生物処理水を、透過水たる浄化水Ｃと、濃縮水とに分離する。浄化水Ｃは、製造対象物である。濃縮水は、海水Ａよりも低い塩濃度を有するため、海水Ａの希釈液として用いる。
また、海水Ａを第２の除濁装置１５に供給する。海水Ａは、塩を含む水であり、例えば、塩濃度が１．０質量％以上８．０質量％以下の水であり、より具体的には、塩濃度が例えば２．５質量％以上６．０質量％以下である。
本明細書において、海水Ａは、海に存在する水に限定されず、塩濃度が１．０質量％以上の水であれば、湖（塩湖、汽水湖）の水、沼水、池水等の陸に存在する水も含む。また、海水Ａは、鹹（かん）水を含む。
本明細書において、海水Ａは、海に存在する水に限定されず、塩濃度が１．０質量％以上の水であれば、湖（塩湖、汽水湖）の水、沼水、池水等の陸に存在する水も含む。また、海水Ａは、鹹（かん）水を含む。
次に、第１の逆浸透膜装置１４で生成された生物処理水由来の濃縮水と、第２の除濁装置１５で除濁された海水とを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成する。さらに、この工程は、０．２Ｍ以上０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することが好ましい。
次に、低濃度塩水を第２の加圧部１７で加圧する。低濃度塩水に加える圧力は特に限定されないが、逆浸透膜装置１８で淡水Ｅを分離するのに必要な圧力を加える。第２の加圧部１７で低濃度塩水に加える圧力は、海水により塩濃度が高まることにより、第１の加圧部１３で加える圧力よりも大きい。
次に、加圧された低濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する。この工程では、低濃度塩水を、透過水たる淡水Ｅと、濃縮水Ｄとに分離する。淡水Ｅは、海水淡水化における製造対象物である。濃縮水Ｄは、通常は放流される。
なお、第１の逆浸透膜装置１４により浄化された浄化水Ｃと、第２の逆浸透膜装置１８により生成されて製造された淡水Ｅとは、混合されてもよく、混合されなくてもよい。
次に、第１の逆浸透膜装置１４で生成された生物処理水由来の濃縮水と、第２の除濁装置１５で生成された海水とを混合することにより、または海水のみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成する。つまり、この工程では、塩濃度が０．５Ｍ以下の低濃度塩水から０．５Ｍを超えるように濃縮水と海水との混合比を変更する。この工程では、０．５Ｍを超えて０．８Ｍ以下の高濃度塩水を生成することが好ましく、０．５Ｍを超えて０．６Ｍ以下の高濃度塩水を生成することがより好ましい。
この工程において、海水のみを用いることで高濃度塩水を生成する場合には、混合部１６への濃縮水の供給を停止する。この場合、海水のみを第２の逆浸透膜装置１８に供給することになる。海水のみからなる高濃度塩水を供給する場合には、海水は生物処理水よりも塩濃度が高いため、塩濃度が０．５Ｍを超える高濃度塩水を容易に生成することができる。
次に、高濃度塩水を第２の加圧部１７で加圧する。高濃度塩水に加える圧力は特に限定されないが、第２の逆浸透膜装置１８で透過水たる淡水Ｅを分離可能な程度に、高濃度塩水に圧力を加える。第２の加圧部１７で高濃度塩水に加える圧力は、低濃度塩水に加える圧力よりも大きい。
次に、加圧された高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する。この工程では、透過水たる淡水Ｅと、濃縮水Ｄとに分離する。淡水Ｅは、海水淡水化における製造対象物である。濃縮水Ｄは、通常は放流される。
次に、低濃度塩水を生成し、この低濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する低濃度運転工程と、高濃度塩水を生成し、この高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する高濃度運転工程とを繰り返す。海水淡水化に要するエネルギーを低減するという目的からは、低濃度運転工程を定常運転とし、高濃度運転工程を一時的に実施することが好ましい。
第２の逆浸透膜装置１８に供給する水（供給水）の塩濃度は、例えば、第２の逆浸透膜装置１８に向けて排出する排出部において、塩濃度計や電気伝導計などにより測定することができる。このように測定される塩濃度に応じて、低濃度塩水及び高濃度塩水の制御ができる。
なお、本実施の形態の海水淡水化方法において、生物処理水中の生物として非好塩性生物及び低度好塩性生物を十分に抑制する場合を説明したが、非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、本発明の海水淡水化方法は、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給する工程と、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給する工程とを備える。
（変形例）
図２を参照して、本実施の形態の変形例における海水淡水化装置２０及び海水淡水化方法を説明する。
図２を参照して、本実施の形態の変形例における海水淡水化装置２０及び海水淡水化方法を説明する。
変形例の海水淡水化装置２０は、基本的には図１に示す実施の形態１の海水淡水化装置１０と同様であるが、生物処理槽１１内に収容された除濁部１２の代わりに、生物処理槽１１外に第１の除濁装置２１を備えている点において異なる。第１の除濁装置２１は、例えば、ＭＦ膜および限外ろ過膜の少なくともいずれか一方の除濁手段と、この除濁手段を収容する容器とを有しているが、砂ろ過や凝集沈殿による除濁手段を有するように構成されてもよい。
変形例の海水淡水化方法は、基本的には実施の形態１の海水淡水化方法と同様であるが、生物処理槽１１に収容された第１の除濁部１２で生物処理水をろ過する代わりに、第１の除濁装置２１で生物処理水をろ過する点において異なる。
続いて、図１及び図３を参照して、本実施の形態の海水淡水化装置１０及び海水淡水化方法の効果について説明する。
図３に示すように、混合部１６から第２の逆浸透膜装置１８に供給する水（供給水）における海水の体積比率（海水混合比）が低いほど、供給水の塩濃度が低くなる。このため、供給水を加圧するエネルギーが海水のみからなる場合に比べて小さいので、得られる淡水Ｅの量当たりにおける、海水を淡水化するのに必要なエネルギー量を抑制できる。このように、要するエネルギーを低減するためには、海水混合比が小さいことが好ましい。
しかし、図３において、海水混合比が３０％以下の場合、即ち、供給水の塩濃度が０．２Ｍ以下の場合には、非好塩性の雰囲気であるので、非好塩性生物が生育可能である。海水混合比が３０％を超えて８０％以下の場合、即ち、供給水の塩濃度が０．２Ｍを超えて０．５Ｍ以下の場合には、低度好塩性の雰囲気であるので、低度好塩性生物が生育可能である。
ここで、供給水中に存在する生物について説明する。生物を耐塩性で分類すると、高度好塩性生物と、中度好塩性生物と、低度好塩性生物と、非好塩性生物とに分かれる。高度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が２．５Ｍを超える生物である。中度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０．５Ｍを超えて２．５Ｍ以下であり、様々な含塩試料から分離される細菌が該当する。低度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０．２Ｍを超えて０．５Ｍ以下であり、例えば、海洋性の高等生物や細菌が該当する。非好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０Ｍを超えて０．２Ｍ以下であり、多くの高等生物や土壌細菌が該当する。
ここで、供給水中に存在する生物について説明する。生物を耐塩性で分類すると、高度好塩性生物と、中度好塩性生物と、低度好塩性生物と、非好塩性生物とに分かれる。高度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が２．５Ｍを超える生物である。中度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０．５Ｍを超えて２．５Ｍ以下であり、様々な含塩試料から分離される細菌が該当する。低度好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０．２Ｍを超えて０．５Ｍ以下であり、例えば、海洋性の高等生物や細菌が該当する。非好塩性生物は、至適増殖ＮａＣｌ濃度が０Ｍを超えて０．２Ｍ以下であり、多くの高等生物や土壌細菌が該当する。
仮に、海水の塩濃度が３．５％である場合、ＮａＣｌ（ＭＷ：モル質量＝５８．４４）換算で０．６Ｍになる。また、生物処理水の塩濃度が０．０２４％である場合、ＮａＣｌ換算で０．００４Ｍとなり、第１の除濁部１２及び第１の逆浸透膜装置１４によるろ過処理をして得られる濃縮水の塩濃度は０．０２Ｍ程度である。
図３に示すように、海水混合比が０％の場合、即ち、供給水が生物処理水由来の濃縮水のみ（濃縮水１００％）の場合、供給水の塩濃度は０．０２Ｍである。海水混合比が２０％の場合、即ち、供給水が海水２０％で濃縮水８０％の場合、供給水の塩濃度は０．１２Ｍである。海水混合比が４０％の場合、即ち、供給水が海水４０％で濃縮水６０％の場合、供給水の塩濃度は０．２４Ｍである。海水混合比が６０％の場合、即ち、供給水が海水６０％で濃縮水４０％の場合、供給水の塩濃度は０．３６Ｍである。海水混合比が８０％の場合、即ち、供給水が海水８０％で濃縮水２０％の場合、供給水の塩濃度は０．５０Ｍである。海水混合比が１００％の場合、即ち、供給水が海水のみ（海水１００％）の場合、供給水の塩濃度は０．６０Ｍである。
図３に示すように、海水混合比が０％の場合、即ち、供給水が生物処理水由来の濃縮水のみ（濃縮水１００％）の場合、供給水の塩濃度は０．０２Ｍである。海水混合比が２０％の場合、即ち、供給水が海水２０％で濃縮水８０％の場合、供給水の塩濃度は０．１２Ｍである。海水混合比が４０％の場合、即ち、供給水が海水４０％で濃縮水６０％の場合、供給水の塩濃度は０．２４Ｍである。海水混合比が６０％の場合、即ち、供給水が海水６０％で濃縮水４０％の場合、供給水の塩濃度は０．３６Ｍである。海水混合比が８０％の場合、即ち、供給水が海水８０％で濃縮水２０％の場合、供給水の塩濃度は０．５０Ｍである。海水混合比が１００％の場合、即ち、供給水が海水のみ（海水１００％）の場合、供給水の塩濃度は０．６０Ｍである。
生物の生育は、至適増殖ＮａＣｌ濃度の範囲外では十分に抑制され、特に至適増殖ＮａＣｌ濃度よりも高くなると効果的に抑制され、死滅する場合もある。このため、図３に示すように、供給水の海水混合比が３０％以下である場合には、供給水の塩濃度は０．２Ｍ以下であるので、非好塩性生物は生育可能である。また、供給水の海水混合比が３０％を超え８０％以下である場合には、供給水の塩濃度は０．２Ｍを超え０．５Ｍ以下であるので、低度好塩性生物は生育可能である。しかし、供給水の塩濃度が０．５Ｍを超えるように海水の比率を高めると、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育が十分に抑制される。生物処理水には非好塩性生物及び低度好塩性生物が相対的に多く含まれているので、供給水の塩濃度が０．５Ｍ以下から０．５Ｍを超えるように生物処理水由来の濃縮水と海水との混合比を変更することにより、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生育を十分に抑制できるので、第２の逆浸透膜装置１８を構成するＲＯ膜においてバイオファウリングを十分に抑制することができる。なお、供給水の海水混合比が３０％以下である場合には、供給水の塩濃度が０．２Ｍを超えるように海水の比率を高めて、非好塩性生物の生育を十分に抑制してもよい。
仮に、バイオファウリングによる有機物の付着であるバイオフィルムが形成されていても、供給水中の海水及び濃縮水の比率を変更することで、生物にショックを与えることができると共に、適応する微生物の種類を変化させることができるので、バイオフィルムが剥がれ易くなり、場合によってはバイオフィルムが剥がれることもある。
バイオファウリングを十分に抑制できると、ＲＯ膜を洗浄する回数を低減することができ、バイオファウリング抑制剤の使用量を低減することができる。その結果、ＲＯ膜を長期間使用することができるので、海水及び有機性廃水から淡水を生成する効率を高めることができる。
仮に、バイオファウリングによる有機物の付着であるバイオフィルムが形成されていても、供給水中の海水及び濃縮水の比率を変更することで、生物にショックを与えることができると共に、適応する微生物の種類を変化させることができるので、バイオフィルムが剥がれ易くなり、場合によってはバイオフィルムが剥がれることもある。
バイオファウリングを十分に抑制できると、ＲＯ膜を洗浄する回数を低減することができ、バイオファウリング抑制剤の使用量を低減することができる。その結果、ＲＯ膜を長期間使用することができるので、海水及び有機性廃水から淡水を生成する効率を高めることができる。
したがって、生物処理水由来の濃縮水の比率が高い状態での運転時（塩濃度が０．５Ｍ以下の低濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する時）には、要するエネルギーを低減し、海水の比率が高い状態での運転（塩濃度が０．５Ｍを超える高濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する）時には、バイオファウリングを十分に抑制できる。このため、この２つの状態の運転を輪番で行うことにより、海水の淡水化に要するエネルギーを低減するとともに、バイオファウリングを十分に抑制することができる。
なお、非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、生物処理水由来の濃縮水の比率が高い状態での運転時とは、塩濃度が０．２Ｍ以下の低濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する時であり、海水の比率が高い状態での運転とは、塩濃度が０．２Ｍを超える高濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する時である。
なお、非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には、生物処理水由来の濃縮水の比率が高い状態での運転時とは、塩濃度が０．２Ｍ以下の低濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する時であり、海水の比率が高い状態での運転とは、塩濃度が０．２Ｍを超える高濃度塩水をＲＯ膜でろ過処理する時である。
特に、基本的には塩濃度を０．５Ｍ（非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には０．２Ｍ）以下の低濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給し、一時的に混合水の塩濃度が０．５Ｍ（非好塩性生物の生育を十分に抑制する場合には０．２Ｍ）を超える高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給するように生物処理水由来の濃縮水と海水との混合比を変更することが好ましい。なお、「一時的に」とは、高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する工程の実施時間が、低濃度塩水をＲＯ膜に供給してろ過処理する工程の実施時間よりも短いことを意味する。高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する工程は、例えば、第２の逆浸透膜装置１８を構成するＲＯ膜の詰り具合に応じて、または、非好塩性生物及び低度好塩性生物の生存期間に応じて、所定のタイミング及び所定の期間実施する。具体的には、高濃度塩水を第２の逆浸透膜装置１８に供給してろ過処理する工程は、例えば、２日に１回、３０分程度実施されることが好ましい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０ 海水淡水化装置、１１ 生物処理槽、１２ 第１の除濁部、１３ 第１の加圧部、１４ 第１の逆浸透膜装置、１５ 第２の除濁装置、１６ 混合部、１７ 第２の加圧部、１８ 第２の逆浸透膜装置、２１ 第１の除濁装置、Ａ 海水、Ｂ 有機性廃水、Ｃ 浄化水、Ｄ 濃縮水、Ｅ 淡水。
Claims (5)
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と前記海水とを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、前記低濃度塩水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、
前記生物処理水と前記海水とを混合することにより、または前記海水のみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、前記高濃度塩水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える、海水淡水化方法。 - 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と前記海水とを混合することにより、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成し、前記低濃度塩水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程と、
前記生物処理水と前記海水とを混合することにより、または前記海水のみを用いることにより、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成し、前記高濃度塩水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程とを備える、海水淡水化方法。 - 前記高濃度塩水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する工程を一時的に実施する、請求項１または２に記載の海水淡水化方法。
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するための海水淡水化装置であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と前記海水とを混合することにより、０．５Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することと、前記生物処理水と前記海水とを混合することにより、または前記海水のみを用いることにより、０．５Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部と、
前記混合部で得られる前記低濃度塩水及び前記高濃度塩水をろ過処理する前記逆浸透膜装置とを備える、海水淡水化装置。 - 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するための海水淡水化装置であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水と前記海水とを混合することにより、０．２Ｍ以下の塩濃度を有する低濃度塩水を生成することと、前記生物処理水と前記海水とを混合することにより、または前記海水のみを用いることにより、０．２Ｍを超える塩濃度を有する高濃度塩水を生成することとが可能なように構成されている混合部と、
前記混合部で得られる前記低濃度塩水及び前記高濃度塩水をろ過処理する前記逆浸透膜装置とを備える、海水淡水化装置。
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