JP2019188330A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 濃縮水の量を効率的に減少させることが可能な水処理装置を提供する。【解決手段】 水処理装置は、導入装置、第１乃至第３逆浸透膜ユニットを備える。導入装置は、混和槽に貯められている被処理水を昇圧して送出する。第１逆浸透膜ユニットは、導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第１逆浸透膜エレメントを備える。第２逆浸透膜ユニットは、第１及び第２導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第２逆浸透膜エレメントを備える。第３逆浸透膜ユニットは、第１及び第２導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第３逆浸透膜エレメントを備える。第３逆浸透膜ユニットから送出された濃縮水の一部は循環水として、第２及び第３逆浸透膜ユニットで希釈され、導入装置の混和槽へ供給される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理装置に関する。

近年、健全な水循環を実現するための法規制が強化されている。ＺＬＤ（Zero Liquid Discharge）は、水質汚染リスクの低減と、排水の再生及び再利用の視点から、工場内で水を再生して利用すると共に、さらに工場から外部に出される排水を０にまで低減することで水環境保全を図るコンセプトである。

ところで、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜を用いた脱塩・濃縮技術は、ＲＯ膜プロセスに対し、被処理水を加圧導入し、膜透過した水（脱イオン水）と、濃縮水とを得る基本プロセスから構成されている。本基本プロセスは脱イオン水を得る目的には優れる一方、濃縮水の量が多い。ＺＬＤを達成しようとすると、無機イオンが濃縮された濃縮液に対しては、熱操作を含む濃縮・蒸発・乾燥処理が必要であり、有機イオンが濃縮された濃縮液に対しては、有価物回収・触媒燃焼・焼却処理が必要である。そのため、濃縮水が多い場合、処分すべき液量が多くなり、熱操作規模が大きくなるという問題がある。

米国特許第９２０６０６０号明細書

そこで目的は、濃縮水の量を効率的に減少させることが可能な水処理装置を提供することにある。

実施形態によれば、水処理装置は、導入装置、第１乃至第３逆浸透膜ユニットを備える。導入装置は、混和槽に貯められている被処理水を昇圧して送出する。第１逆浸透膜ユニットは、導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第１逆浸透膜エレメントを備える。第１逆浸透膜ユニットは、前記導入装置から送出される被処理水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離し、前記濃縮水を前記第１導出部から送出し、前記透過水を前記第２導出部から送出する。第２逆浸透膜ユニットは、第１導入部、第１導出部、及び逆浸透膜を有する第２逆浸透膜エレメントを備える。第２逆浸透膜ユニットは、前記第１逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記濃縮水を濃縮し、前記濃縮した濃縮水を前記第１導出部から送出する。第３逆浸透膜ユニットは、第１導入部、第１導出部、及び逆浸透膜を有する第３逆浸透膜エレメントを備える。第３逆浸透膜ユニットは、前記第２逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記濃縮水を濃縮し、前記濃縮した濃縮水を前記第１導出部から送出する。前記第３逆浸透膜エレメントは、第２導入部、及び第２導出部をさらに備える。前記第３逆浸透膜ユニットは、自ユニットから送出された濃縮水、又は前記第２逆浸透膜ユニットから送出された濃縮水を循環水として前記第２導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記循環水を希釈し、前記希釈した循環水を前記第２導出部から前記第２逆浸透膜ユニットへ送出する。前記第２逆浸透膜エレメントは、第２導入部、及び第２導出部をさらに備える。前記第２逆浸透膜ユニットは、前記第３逆浸透膜ユニットから送出される循環水を前記第２導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記循環水を希釈し、前記希釈した循環水を前記第２導出部から前記混和槽へ送出する。

図１は、第１の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図２は、図１に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図３は、図１に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図４は、濃縮用逆浸透膜ユニットが圧力容器及び逆浸透膜エレメントを複数備える場合の水処理装置の機能構成を表す図である。 図５は、図１に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図６は、第２の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図７は、図６に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図８は、図６に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図９は、図６に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図１０は、第３の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図１１は、第４の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図１２は、第５の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図１３は、第６の実施形態に係る水処理装置の機能構成を表すブロック図である。 図１４は、図１３に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図１５は、図１３に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図１６は、図１３に示される水処理装置の機能構成のその他の例を表すブロック図である。 図１７は、第７の実施形態に係る水処理装置１の機能構成を表すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１に示される水処理装置１は、逆浸透膜ユニット１００、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂ、及び導入装置３００を具備する。

導入装置３００は、逆浸透膜ユニット１００へ被処理水を導入するための装置である。導入装置３００は、例えば、液混和槽、送液ポンプ、水位計、及び水質計等を備える。水質計としては、例えば、導電率計、ｐＨ計等が用いられる。

導入装置３００の液混和槽には、被処理水を供給するための被処理水ライン３１０、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａから排出される循環水を供給するための循環ライン３２０、及び薬液を供給するための薬液ライン３３０が接続されている。本実施形態では、薬液として、例えば、ｐＨ調整剤、殺菌剤、スケール防止剤、及び膜洗浄剤等が用いられる。薬液は、例えば、水質計により計測される水質、並びに、逆浸透膜ユニット１００及び濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂで用いられる膜の材質等により、使い分けられる。また、薬液は、定常運転時、及びメンテナンス時等に応じて使い分けられても構わない。

また、液混和槽には、液混和槽で混和された被処理水を予め設定した圧力へ昇圧するための送液ポンプが設けられている。なお、予め設定した圧力とは、例えば、少なくとも浸透圧よりも高い圧力であり、かつ、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂから循環水を返流可能な圧力であり、約２ＭＰａ〜７ＭＰａ程度である。送液ポンプは、昇圧した被処理水を排出するための被処理水ライン３４０と接続されている。

逆浸透膜ユニット１００は、高圧に昇圧されて導入された被処理水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類が濃縮された濃縮水とに分離するユニットであり、第１逆浸透膜ユニットの一例である。逆浸透膜ユニット１００は、例えば、圧力容器１０１、及び圧力容器１０１内に設置される逆浸透膜エレメント１０２を備える。逆浸透膜エレメント１０２は、逆浸透膜１０２１を備えている。逆浸透膜１０２１としては、例えば、スパイラル状、及び中空糸状等の膜が用いられる。なお、図１では、圧力容器１０１内に１つの逆浸透膜エレメント１０２が設置されているように表されているが、圧力容器１０１内に設置される逆浸透膜エレメント１０２の数は複数であっても構わない。

逆浸透膜エレメント１０２は、導入部１０２２、及び導出部１０２３，１０２４を備えている。導入部１０２２は、被処理水ライン３４０から供給される被処理水を逆浸透膜エレメント１０２内に導入する。導出部１０２３は、逆浸透膜１０２１により分離された高圧の濃縮水を、濃縮水ライン１１０へ導出する。導出部１０２４は、逆浸透膜１０２１により分離された透過水を、造水ライン１２０へ導出する。

濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａは、逆浸透膜ユニット１００から排出される濃縮水を濃縮し、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される循環水を希釈するユニットであり、第２逆浸透膜ユニットの一例である。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａは、例えば、圧力容器２０１ａ、及び圧力容器２０１ａ内に設置される逆浸透膜エレメント２０２ａを備える。逆浸透膜エレメント２０２ａは、逆浸透膜２０２１ａを備えている。逆浸透膜２０２１ａの形態については特に制限はなく、例えば、中空糸状等の膜が用いられる。なお、図１では、圧力容器２０１ａ内に１つの逆浸透膜エレメント２０２ａが設置されているように表されているが、圧力容器２０１ａ内に設置される逆浸透膜エレメント２０２ａの数は複数であっても構わない。

逆浸透膜エレメント２０２ａは、導入部２０２２ａ，２０２４ａ、及び導出部２０２３ａ，２０２５ａを備えている。導入部２０２２ａ、及び導出部２０２３ａは、逆浸透膜エレメント２０２ａの濃縮側の経路に設けられている。導入部２０２２ａは、濃縮水ライン１１０から供給される濃縮水を逆浸透膜エレメント２０２ａ内に導入する。導出部２０２３ａは、逆浸透膜２０２１ａでの水分の透過により濃縮された濃縮水を、濃縮水ライン２１０ａへ導出する。

導入部２０２４ａ、及び導出部２０２５ａは、逆浸透膜エレメント２０２ａの透過側の経路に設けられている。濃縮側の経路と、透過側の経路とは、逆浸透膜２０２１ａにより隔てられている。導入部２０２４ａは、循環ライン２２０ａから供給される循環水を逆浸透膜エレメント２０２ａ内に導入する。導出部２０２５ａは、逆浸透膜２０２１ａで透過された水分により希釈された循環水を、循環ライン３２０へ導出する。

濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂは、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａから排出される濃縮水を濃縮し、自ユニットが排出する濃縮水を希釈するユニットであり、第３逆浸透膜ユニットの一例である。なお、図１では、第２逆浸透膜ユニットと第３逆浸透膜ユニットとが同様の構成を採る場合を例に示している。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂは、例えば、圧力容器２０１ｂ、及び圧力容器２０１ｂ内に設置される逆浸透膜エレメント２０２ｂを備える。逆浸透膜エレメント２０２ｂは、逆浸透膜２０２１ｂを備えている。逆浸透膜２０２１ｂの形態については特に制限はなく、例えば、中空糸状等の膜が用いられる。なお、図１では、圧力容器２０１ｂ内に１つの逆浸透膜エレメント２０２ｂが設置されているように表されているが、圧力容器２０１ｂ内に設置される逆浸透膜エレメント２０２ｂの数は複数であっても構わない。

逆浸透膜エレメント２０２ｂは、導入部２０２２ｂ，２０２４ｂ、及び導出部２０２３ｂ，２０２５ｂを備えている。導入部２０２２ｂ、及び導出部２０２３ｂは、逆浸透膜エレメント２０２ｂの濃縮側の経路に設けられている。導入部２０２２ｂは、濃縮水ライン２１０ａから供給される濃縮水を逆浸透膜エレメント２０２ｂ内に導入する。導出部２０２３ｂは、逆浸透膜２０２１ｂでの水分の透過により濃縮された濃縮水を、濃縮水ライン２１０ｂへ導出する。濃縮水ライン２１０ｂは、途中で一部が循環ライン２２０ｂとして分岐している。

導入部２０２４ｂ、及び導出部２０２５ｂは、逆浸透膜エレメント２０２ｂの透過側の経路に設けられている。濃縮側の経路と、透過側の経路とは、逆浸透膜２０２１ｂにより隔てられている。導入部２０２４ｂは、循環ライン２２０ｂから供給される濃縮水を循環水として逆浸透膜エレメント２０２ｂ内に導入する。導出部２０２５ｂは、逆浸透膜２０２１ｂで透過された水分により希釈された循環水を、循環ライン２２０ａへ導出する。

次に、以上のように構成された水処理装置１の動作を説明する。

導入装置３００の液混和槽には、被処理水ライン３１０により、例えば、０．１％から数％程度の塩濃度の被処理水が供給される。また、液混和槽には、循環ライン３２０により濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａから排出された、被処理水と同程度の塩濃度の循環水が供給される。また、液混和槽には、薬液ライン３３０により薬液が注入される。なお、薬液は、必要に応じて注入されるようにしてもよい。被処理水、循環水、及び薬液は液混和槽で、被処理水として混和される。液混和槽で混和された被処理水は、送液ポンプにより所定の圧力へ昇圧され、被処理水ライン３４０により逆浸透膜ユニット１００へ送水される。

被処理水ライン３４０により送水された被処理水は、導入部１０２２から逆浸透膜エレメント１０２へ導入され、逆浸透膜１０２１で、透過水と、濃縮水とに分離される。逆浸透膜１０２１で分離された濃縮水は、導出部１０２３から排出され、濃縮水ライン１１０により濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａへ送水される。逆浸透膜１０２１で分離された透過水は、導出部１０２４から造水ライン１２０を介して排出される。

濃縮水ライン１１０により送水される濃縮水は、導入部２０２２ａから逆浸透膜エレメント２０２ａへ導入される。導入された濃縮水は、逆浸透膜２０２１ａで、水分が透過される。これにより、濃縮水ライン１１０から供給される濃縮水はさらに濃縮される。さらに濃縮された濃縮水は、導出部２０２３ａから排出され、濃縮水ライン２１０ａにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ送水される。

濃縮水ライン２１０ａにより送水される濃縮水は、導入部２０２２ｂから逆浸透膜エレメント２０２ｂへ導入される。導入された濃縮水は、逆浸透膜２０２１ｂで、水分が透過される。これにより、濃縮水ライン２１０ａから供給される濃縮水はさらに濃縮される。さらに濃縮された濃縮水は、導出部２０２３ｂから排出され、濃縮水ライン２１０ｂにより後段へ送水される。

濃縮水ライン２１０ｂにより送水される濃縮水は、所定の流量が分岐され、循環水として循環ライン２２０ｂにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ送水される。ここで、分岐される水量は、例えば、追加のポンプを設けなくても導入装置３００へ循環水の返流が可能な程度の水量である。この水量は、例えば、逆浸透膜エレメント１０２，２０２ａ，２０２ｂの膜面積又は内径等により定められる。導入装置３００の送水ポンプにより送水される水量は、例えば、濃縮水ライン２１０ｂで分岐される濃縮水の水量も考慮して決定されてもよい。

循環ライン２２０ｂにより送水される循環水は、導入部２０２４ｂから逆浸透膜エレメント２０２ｂへ導入される。導入された循環水は、逆浸透膜２０２１ｂにより透過された水分と合流する。これにより、循環ライン２２０ｂから供給される循環水は希釈される。希釈された循環水は、導出部２０２５ｂから排出され、循環ライン２２０ａにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａへ送水される。

循環ライン２２０ａにより送水される循環水は、導入部２０２４ａから逆浸透膜エレメント２０２ａへ導入される。導入された循環水は、逆浸透膜２０２１ａにより透過された水分と合流する。これにより、循環ライン２２０ａから供給される循環水は、例えば、被処理水ライン３１０により供給される被処理水と略同程度に希釈される。希釈された循環水は、導出部２０２５ａから排出され、循環ライン３２０により導入装置３００へ送水される。

以上のように、第１の実施形態では、被処理水からの脱イオン膜透過水の製造と、被処理水の第１の濃縮操作とに、濃縮側の導入部１０２２、濃縮側の導出部１０２３、及び透過側の導出部１０２４を有する逆浸透膜エレメント１０２が設けられた逆浸透膜ユニット１００を用いる。そして、導出部１０２３から導出される濃縮水の濃縮操作に、濃縮側の導入部２０２２、濃縮側の導出部２０２３、透過側の導入部２０２４、及び透過側の導出部２０２５を有する逆浸透膜エレメント２０２が設けられた濃縮用逆浸透膜ユニット２００を直列多段に用いる。濃縮用逆浸透膜ユニット２００では、導入装置３００で昇圧された被処理水のエネルギーを利用し、濃縮水を濃縮すると共に、濃縮水の一部を希釈して循環水として返流する。導入装置３００は、返流された循環水を被処理水と混和して昇圧し、逆浸透膜ユニット１００へ送水する。これにより、水処理装置１は、逆浸透膜ユニット１００での処理のために被処理水に与えられたエネルギーを有効に活用し、逆浸透膜ユニット１００から排出される濃縮水をさらに濃縮することが可能となる。すなわち、水処理装置１は、例えば、廃液処理において、効率的に排水を減らすことが可能となる。また、濃縮水の濃縮処理固有のポンプ等を設ける必要がないため、導入装置３００の送水ポンプを操作することで、脱イオン膜透過水製造と、多段濃縮処理とを一括して操作することが可能となる。

また、第１の実施形態に係る水処理装置１では、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａと、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂとの間に濃縮水を浄化するための浄化装置を設置していない。そのため、浄化装置差圧分の損失・再昇圧分の機器、エネルギーが不要であり、かつ、高圧対策が必要な機器構成が不要である。

また、第１の実施形態では、導入装置３００の液混和槽に薬液を注入し、薬液が混和された被処理水が導入装置３００から供給されるようにしている。これにより、逆浸透膜ユニット１００及び濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂ全体の定常及び非定常の薬液添加操作を一括して操作することが可能となる。

なお、第１の実施形態に係る水処理装置１の構成は、図１に示される構成に限定されない。例えば、循環ライン２２０ｂに流量圧力調整器が設けられていてもよい。これにより、循環ライン２２０ｂで送水される循環水の流量を調整することが可能となる。

また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００の導入部２０２４は導入部であることに限定されず、導出部２０２５は導出部であることに限定されない。例えば、図２に示されるように、導入部２０２４は導出部であっても構わないし、導出部２０２５は導入部であっても構わない。

また、直列多段に連結される濃縮用逆浸透膜ユニット２００の数は２つ以上の複数であってもよい。例えば、図３で示されるように、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの後段に、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃが連結されていても構わない。

このとき、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂは、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａから排出される濃縮水を濃縮し、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃから排出される循環水を希釈するユニットであり、第２逆浸透膜ユニットの一例である。そして、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃは、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される濃縮水を濃縮し、自ユニットが排出する濃縮水を希釈するユニットであり、第３逆浸透膜ユニットの一例である。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃの構成は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂと同様である。なお、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃで用いられる逆浸透膜エレメント２０２ｃは、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂで用いられる逆浸透膜エレメント２０２ａ，２０２ｂよりも小径であっても構わない。

濃縮水ライン２１０ｂにより送水される濃縮水は、導入部２０２２ｃから逆浸透膜エレメント２０２ｃへ導入される。導入された濃縮水は、逆浸透膜２０２１ｂで、水分が透過される。濃縮された濃縮水は、導出部２０２３ｃから排出され、濃縮水ライン２１０ｃにより後段へ送水される。濃縮水ライン２１０ｃにより送水される濃縮水は、所定の流量が分岐され、循環水として循環ライン２２０ｃにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃへ送水される。

循環ライン２２０ｃにより送水される循環水は、導入部２０２４ｃから逆浸透膜エレメント２０２ｃへ導入される。導入された循環水は、逆浸透膜２０２１ｃにより透過された水分と合流する。希釈された循環水は、導出部２０２５ｃから排出され、循環ライン２２０ｂにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ送水される。

また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂが備える圧力容器２０１ａ，２０１ｂ、及び逆浸透膜エレメント２０２ａ，２０２ｂの数は、１つずつに限定されない。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａは、複数の圧力容器２０１ａ及び逆浸透膜エレメント２０２ａを備えていても構わない。また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂは、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａよりも少ない、複数の圧力容器２０１ｂ及び逆浸透膜エレメント２０２ｂを備えていても構わない。図４は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ，２００ｂが圧力容器２０１ａ，２０１ｂ、及び逆浸透膜エレメント２０２ａ，２０２ｂを複数備える場合の水処理装置１の機能構成の例を表す図である。図４によれば、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａは、圧力容器２０１ａ−１〜２０１ａ−４、及び圧力容器２０１ａ−１〜２０１ａ−４にそれぞれ設置される逆浸透膜エレメント２０２ａ−１〜２０２ａ−４を備える。また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂは、圧力容器２０１ｂ−１，２０１ｂ−２、及び圧力容器２０１ｂ−１，２０１ｂ−２にそれぞれ設置される逆浸透膜エレメント２０２ｂ−１，２０２ｂ−２を備える。このように、並列して接続される圧力容器２０１及び逆浸透膜エレメント２０２の数を、直列接続される後段ほど少なくすることで、圧力の損失を減じることが可能となる。

また、濃縮水ライン２１０ｂから分岐された一部の濃縮水の供給先は、最後段に位置する濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃに限定されない。濃縮水ライン２１０ｂから分岐された濃縮水は、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００をバイパスし、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される循環水を送水する循環ライン２２０と合流しても構わない。図５は、濃縮水ライン２１０ｂから分岐された濃縮水を、循環ライン２２０ａと合流させる場合の水処理装置１の機能構成の例を表す図である。図５によれば、濃縮水ライン２１０ｂにより送水される濃縮水は、所定の流量が分岐され、循環ライン２２０ｂにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ送水される。また、分岐された濃縮水は、バイパスライン２３０ｂにより送水され、循環ライン２２０ａと合流する。このように、循環ライン２２０ａにより送水される循環水へ、循環ライン２２０ｂにより送水される、濃度の高い循環水を合流させることにより、循環ライン２２０ａにより送水される循環水の濃度が安定化する。また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａの膜透過操作を低圧運用でき、導入装置３００の送水ポンプの負荷を軽減させることが可能となる。

また、逆浸透膜ユニット１００が備える圧力容器１０１、及び逆浸透膜エレメント１０２の数は、１つずつに限定されない。逆浸透膜ユニット１００は、複数の圧力容器１０１、及び逆浸透膜エレメント１０２を備えていても構わない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００の濃縮側経路が、濃縮水ラインから分岐された経路によりバイパスされる場合を例に説明する。図６は、第２の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図６では、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａから濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ濃縮水を送水する濃縮水ライン２１０ａが、経路の途中で分岐されている。分岐された経路は濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの濃縮側経路をバイパスし、循環ライン２２０ｂとして、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの透過側経路と接続している。

循環ライン２２０ｂにより、循環水として送水される濃縮水は、導入部２０２４ｂから逆浸透膜エレメント２０２ｂへ導入される。導入された循環水は、逆浸透膜２０２１ｂにより透過された水分により希釈される。希釈された循環水は、導出部２０２５ｂから排出され、循環ライン２２０ａにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａへ送水される。

なお、水処理装置１の構成は、図６に表される構成に限定されない。例えば、水処理装置１が直列に接続される濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａ〜２００ｃを有する場合、図７に示されるように、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃへ濃縮水を送水する濃縮水ライン２１０ｂが、経路の途中で分岐されてもよい。分岐された経路は濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃの濃縮側経路をバイパスし、循環ライン２２０ｃとして、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃの透過側経路と接続する。

また、図８に示されるように、濃縮水ライン２１０ａが経路の途中で分岐され、分岐された経路が濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂ，２００ｃの濃縮側経路をバイパスし、循環ライン２２０ｃとして、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃの透過側経路と接続してもよい。

このように、第２の実施形態では、直列多段に接続されている濃縮用逆浸透膜ユニット２００のうち、少なくとも最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００の濃縮側経路が、濃縮水ラインから分岐された経路によりバイパスされる。バイパスされた濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水は、これより前の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水よりも低圧である。このため、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００の透過側経路への、バイパスされた濃縮水の供給は、総液圧利用裕度を高めることになる。すなわち、被処理水の濃度が変動しても、安定した動作を継続させることが可能となる。また、このことは、導入装置３００の送液ポンプの流量を設定する際の制限を緩和すると換言することも可能である。

また、バイパスされた濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水は、これより前の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水よりも高濃度である。このため、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００の透過側経路への、バイパスされた濃縮水の供給は、イオン分濃縮による膜閉塞、及び目詰まり等のリスクを軽減させることが期待される。

なお、第２の実施形態に係る水処理装置１の構成は、図６乃至図８に表される構成に限定されない。例えば、濃縮水ライン２１０ａから分岐された一部の濃縮水の供給先は、最後段に位置する濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｃに限定されない。濃縮水ライン２１０ａから分岐された濃縮水は、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００をバイパスし、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される循環水を送水する循環ライン２２０と合流しても構わない。図９は、濃縮水ライン２１０ａから分岐された濃縮水を、循環ライン２２０ａと合流させる場合の水処理装置１の機能構成の例を表す図である。図９によれば、濃縮水ライン２１０ａにより送水される濃縮水は、所定の流量が分岐され、循環ライン２２０ｂにより濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂへ送水される。また、分岐された濃縮水は、バイパスライン２３０ｂにより送水され、循環ライン２２０ａと合流する。このように、循環ライン２２０ａにより送水される循環水へ、循環ライン２２０ｂにより送水される、濃度の高い循環水を合流させることにより、循環ライン２２０ａにより送水される循環水の濃度が安定化する。また、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ａの膜透過操作を低圧運用でき、導入装置３００の送水ポンプの負荷を軽減させることが可能となる。

また、濃縮水ライン２１０ａから分岐された濃縮水を、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される循環水を送水する循環ライン２２０と合流させるため、導入装置３００で注入される薬液を後段へ効率的に届けることが可能となる。なお、循環水に含まれる成分を測定するセンサ、例えば、残留塩素濃度等を測定するセンサを循環ライン３２０に設けてもよい。

また、水処理装置１は、例えば、循環ライン２２０ｂに流量圧力調整器が設けられていてもよい。また、図６に示される水処理装置１において、濃縮用逆浸透膜ユニット２００の導入部２０２４は導出部であってもよく、導出部２０２５は導入部であっても構わない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、水処理装置１が熱処理装置４００を備える場合を例に説明する。図１０は、第３の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１０に示される水処理装置１は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの後段に熱処理装置４００を備えている。すなわち、図６に示される水処理装置１の後段に熱処理装置４００が設けられた構成となっている。

熱処理装置４００は、例えば、蒸発濃縮装置、及び蒸発乾燥機等を備える。熱処理装置４００は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される、高濃度に濃縮された濃縮水に対して熱を用いた濃縮・蒸発・乾燥処理を実施する。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される濃縮水中のイオン分の主成分が、例えば、無機イオン分である場合、熱処理装置４００の処理により、イオン分を固形分塩分として取り出し、回収することが可能となる。また、濃縮・蒸発・乾燥処理で蒸発された水分が回収される。

また、熱処理装置４００に、晶析装置、及び遠心分離装置等を設けても構わない。これにより、固形分塩分の回収がより円滑に遂行されることになる。

このように、第３の実施形態では、水処理装置１が熱処理装置４００をさらに備え、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水を熱処理装置４００へ供給するようにしている。これにより、水分を減らした状態の被処理水に対して濃縮・蒸発・乾燥処理を実施することができるため、例えば、被処理水中の揮発成分と溶解性固形分とを効率的に分離することが可能となる。

なお、第３の実施形態では、水処理装置１が、図６に示される水処理装置１の後段に熱処理装置４００が設けられた構成をとる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、水処理装置１は、図１乃至図５、及び図７乃至図９のいずれに示される水処理装置１の後段に熱処理装置４００が設けられた構成をしていても構わない。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、水処理装置１が有機物熱処理装置５００を備える場合を例に説明する。図１１は、第４の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１１に示される水処理装置１は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの後段に有機物熱処理装置５００を備えている。すなわち、図６に示される水処理装置１の後段に有機物熱処理装置５００が設けられた構成となっている。

有機物熱処理装置５００は、熱を用いた蒸留回収、蒸発濃縮、焼却、及び触媒酸化等の熱処理プロセスのうち、少なくとも１つ以上の熱処理プロセスを、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される、高濃度に濃縮された濃縮水に対して実施する。濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される濃縮水中のイオン分の主成分が、アルカノールアミン等の有機アミン類である場合、有機物熱処理装置５００の熱処理プロセスにより、有機物が分離・濃縮・処分される。有機物熱処理装置５００の熱処理プロセスにより、熱処理炭素が生成され、水分が排出される。

このように、第４の実施形態では、水処理装置１が有機物熱処理装置５００をさらに備え、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水を有機物熱処理装置５００へ供給するようにしている。これにより、水分を減らした状態の被処理水に対して熱処理プロセスを実施することが可能となるため、加熱水分量を抑制し、低エネルギーで有機物の分離・濃縮・処分をすることが可能となる。

なお、第４の実施形態では、水処理装置１が、図６に示される水処理装置１の後段に有機物熱処理装置５００が設けられた構成をとる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、水処理装置１は、図１乃至図５、及び図７乃至図９のいずれに示される水処理装置１の後段に有機物熱処理装置５００が設けられた構成をしていても構わない。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、水処理装置１が前処理装置６００を備える場合を例に説明する。図１２は、第５の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１２に示される水処理装置１は、導入装置３００の前段に前処理装置６００を備えている。すなわち、図１０に示される水処理装置１の前段に前処理装置６００が設けられた構成となっている。

前処理装置６００は、導入装置３００へ供給される被処理水に対して前処理を実施する装置である。前処理装置６００は、例えば、膜処理装置６０１、軟水器６０２、及び脱気装置６０３を備えている。なお、膜処理装置６０１、軟水器６０２、及び脱気装置６０３の前段には、必要に応じてポンプが設けられ、ポンプにより膜処理装置６０１、軟水器６０２、及び脱気装置６０３へ被処理水が供給されるようにしても構わない。

膜処理装置６０１は、供給される被処理水をろ過する。膜処理装置６０１は、例えば、精密ろ過（ＭＦ：Microfiltration）膜、限外ろ過（ＵＦ：Ultrafiltration）膜、及びＭＢＲ（Membrane Bioreactor）法等の膜分離技術を用いて実現される。

軟水器６０２は、供給される被処理水に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換して軟水を製造する。軟水器６０２は、例えば、イオン交換樹脂等を用いて実現される。

脱気装置６０３は、供給される被処理水中の溶解炭酸成分を除去する。脱気装置６０３は、例えば、中空糸から成る気体分離膜等を用いて実現される。なお、脱気装置６０３は、公知の技術を用いて実現可能であり、適用に制限は無い。

このように、第５の実施形態では、水処理装置１が前処理装置６００をさらに備え、前処理を施した被処理水を導入装置３００へ供給するようにしている。これにより、固形分、硬度成分、及び炭酸成分等を除去した被処理水を、導入装置３００へ導入することが可能となる。そのため、逆浸透膜ユニット１００での脱イオン操作、濃縮用逆浸透膜ユニット２００でのイオン濃縮操作において、逆浸透膜１０２１，２０２１でのスケール析出を抑制した運転操作が可能となる。

なお、第５の実施形態では、水処理装置１が、図１０に示される水処理装置１の前段に前処理装置６００が設けられた構成をとる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、水処理装置１は、図１１に示される水処理装置１の前段に前処理装置６００が設けられた構成をしていても構わない。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、水処理装置１が逆浸透膜ユニット７００を備える場合を例に説明する。図１３は、第６の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１３に示される水処理装置１は、前処理装置６００と、導入装置３００との間に昇圧ポンプ７０１、及び逆浸透膜ユニット７００を備えている。すなわち、図１２に示される前処理装置６００の後段、かつ、導入装置３００の前段に、昇圧ポンプ７０１、及び逆浸透膜ユニット７００が設けられた構成となっている。

逆浸透膜ユニット７００は、昇圧ポンプ７０１により高圧に昇圧されて導入された被処理水を、溶存塩類が除去された透過水と、溶存塩類が濃縮された濃縮水とに分離する。逆浸透膜ユニット７００は、例えば、圧力容器７０１、及び圧力容器７０１内に設置される逆浸透膜エレメント７０２を備える。逆浸透膜エレメント７０２は、逆浸透膜７０２１を備えている。逆浸透膜７０２１としては、例えば、スパイラル状、及び中空糸状等の膜が用いられる。なお、圧力容器７０１内に設置される逆浸透膜エレメント７０２の数は複数であっても構わない。逆浸透膜ユニット７００は、用いられる逆浸透膜７０２１の材質及び種類に応じ、個別のｐＨ運用、及び添加剤運用を実施することが可能である。すなわち、導入装置３００から送水される被処理水の質の合わせ、逆浸透膜を選定することが可能である。

このように、第６の実施形態では、逆浸透膜ユニット７００から排出される濃縮水を被処理水として導入装置３００へ供給するようにしている。これにより、逆浸透膜ユニット１００での脱イオン操作、及び濃縮用逆浸透膜ユニット２００でのイオン濃縮操作に適した濃度の被処理水を、導入装置３００へ供給することが可能となる。

なお、第６の実施形態では、水処理装置１が、図１２に示される前処理装置６００の後段、かつ、導入装置３００の前段に、昇圧ポンプ７０１、及び逆浸透膜ユニット７００が設けられた構成をとる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、水処理装置１は、図１１に示される水処理装置１の前段に前処理装置６００、昇圧ポンプ７０１、及び逆浸透膜ユニット７００が設けられた構成をしていても構わない。また、例えば、水処理装置１は、図１４及び図１５に示される構成をとることも可能である。

また、第６の実施形態では、逆浸透膜ユニット７００から排出される濃縮水が導入装置３００へ供給される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。逆浸透膜ユニット７００から排出される濃縮水は、図１６に示されるように、貯水槽７０２に貯留されるようにしてもよい。貯水槽７０２に貯留された濃縮水は、任意のタイミングでポンプ３０１により導入装置３００へ送水される。任意のタイミングは、例えば、操作者の指示に応じたタイミング、指定された周期毎のタイミング、及び熱処理装置４００を駆動させるタイミング等である。導入装置３００は、ポンプ３０１から被処理水が供給されると、送液ポンプにより被処理水を逆浸透膜ユニット１００へ送水する。これにより、導入装置３００を効率的に駆動させることが可能となる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、水処理装置１が動力回収装置８００を備える場合を例に説明する。図１７は、第７の実施形態に係る水処理装置１の機能構成の例を表すブロック図である。図１７に示される水処理装置１は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂの後段に動力回収装置８００を備えている。

動力回収装置８００は、濃縮用逆浸透膜ユニット２００ｂから排出される、高圧の濃縮水から圧力エネルギーを回収する装置である。動力回収装置８００は、例えば、動力回収機構８０１、及びポンプ８０２を有する。

動力回収機構８０１は、高塩分に適応可能に加工されたタービン、又はピストン等を有している。動力回収機構８０１は、濃縮水ライン２１０ｂと、濃縮水ライン８１０と接続している。動力回収機構８０１は、濃縮水ライン２１０ｂから供給される濃縮水の圧力エネルギーを、タービン、又はピストン等を用いて運動エネルギーに変換する。動力回収機構８０１は圧力エネルギーを回収した濃縮水を濃縮水ライン８１０へ排出する。

また、動力回収機構８０１は、運動エネルギーをポンプ８０２へ伝達可能に、ポンプ８０２と接続されている。例えば、ポンプ８０２の回転軸と、動力回収機構８０１のタービンの回転軸とは直接的、又は間接的に接続されている。動力回収機構８０１は、取得した運動エネルギーをポンプ８０２へ伝達させる。

ポンプ８０２は、被処理水ライン８２０と、動力回収ライン８３０と接続している。ポンプ８０２は、被処理水ライン８２０から供給される被処理水を、動力回収機構８０１で回収された運動エネルギーを用いて昇圧する。ポンプ８０２で昇圧された被処理水は、動力回収ライン８３０により送水され、導入装置３００から被処理水ライン３４０により送水される被処理水と合流される。このとき、被処理水ライン８２０から供給される被処理水は、導入装置３００の液混和槽に貯留されている被処理水でもよいし、図１２で示される前処理装置６００で処理された被処理水でもよいし、図１３で示される逆浸透膜ユニット７００で処理された被処理水でもよいし、図１６で示される貯水槽７０２に貯留されている被処理水でもよい。

このように、第７の実施形態では、最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００から排出される濃縮水の圧力エネルギーを回収し、回収した圧力エネルギーを用いて昇圧した被処理水を、導入装置３００から送水される被処理水に合流させるようにしている。これにより、濃縮水が有する圧力を被処理水の昇圧にて有効に活用することが可能となる。すなわち、導入装置３００の負荷を軽減することが可能となる。

なお、第７の実施形態における水処理装置１の構成は、図１７で記載されるものに限定されない。例えば、水処理装置１は、図２乃至図１６のいずれかに示される水処理装置１の最後段の濃縮用逆浸透膜ユニット２００の後段に、動力回収装置８００が設けられた構成をしていても構わない。また、動力回収ライン８３０に、被処理水の圧力を昇圧させる昇圧ポンプがさらに設けられていてもよい。これにより、導入装置３００での昇圧に合わせ、動力回収装置８００から送出される被処理水の圧力を昇圧させることが可能となる。

したがって、上記実施形態に係る水処理装置によれば、濃縮水の量を効率的に減少させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…水処理装置、１００…逆浸透膜ユニット、１０１…圧力容器、１０２…逆浸透膜エレメント、１０２１…逆浸透膜、１０２２…導入部、１０２３，１０２４…導出部、１１０…濃縮水ライン、１２０…造水ライン、２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…濃縮用逆浸透膜ユニット、２０１，２０１ａ，２０１ａ−１〜２０１ａ−４，２０１ｂ，２０１ｂ−１，２０１ｂ−２…圧力容器、２０２，２０２ａ，２０２ａ−１〜２０２ａ−４，２０２ｂ，２０２ｂ−１，２０２ｂ−２，２０２ｃ…逆浸透膜エレメント、２０２１，２０２１ａ，２０２１ｂ，２０２１ｃ…逆浸透膜、２０２２，２０２２ａ，２０２２ｂ，２０２２ｃ…導入部、２０２３，２０２３ａ，２０２３ｂ，２０２３ｃ…導出部、２０２４，２０２４ａ，２０２４ｂ，２０２４ｃ…導入部、２０２５，２０２５ａ，２０２５ｂ，２０２５ｃ…導出部、２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ…濃縮水ライン、２２０，２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ…循環ライン、２３０ｂ…バイパスライン、３００…導入装置、３０１…ポンプ、３１０…被処理水ライン、３２０…循環ライン、３３０…薬液ライン、３４０…被処理水ライン、４００…熱処理装置、５００…有機物熱処理装置、６００…前処理装置、６０１…膜処理装置、６０２…軟水器、６０３…脱気装置、７００…逆浸透膜ユニット、７０１…昇圧ポンプ、７０２…貯水槽、８００…動力回収装置、８０１…動力回収機構、８０２…ポンプ、８１０…濃縮水ライン、８２０…被処理水ライン、８３０…動力回収ライン

Claims (12)

1. 混和槽に貯められている被処理水を昇圧して送出する導入装置と、
   導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第１逆浸透膜エレメントを備え、前記導入装置から送出される被処理水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離し、前記濃縮水を前記第１導出部から送出し、前記透過水を前記第２導出部から送出する第１逆浸透膜ユニットと、
   第１導入部、第１導出部、及び逆浸透膜を有する第２逆浸透膜エレメントを備え、前記第１逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記濃縮水を濃縮し、前記濃縮した濃縮水を前記第１導出部から送出する第２逆浸透膜ユニットと、
   第１導入部、第１導出部、及び逆浸透膜を有する第３逆浸透膜エレメントを備え、前記第２逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記濃縮水を濃縮し、前記濃縮した濃縮水を前記第１導出部から送出する第３逆浸透膜ユニットと
   を具備し、
   前記第３逆浸透膜エレメントは、第２導入部、及び第２導出部をさらに備え、
   前記第３逆浸透膜ユニットは、自ユニットから送出された濃縮水、又は前記第２逆浸透膜ユニットから送出された濃縮水を循環水として前記第２導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記循環水を希釈し、前記希釈した循環水を前記第２導出部から前記第２逆浸透膜ユニットへ送出し、
   前記第２逆浸透膜エレメントは、第２導入部、及び第２導出部をさらに備え、
   前記第２逆浸透膜ユニットは、前記第３逆浸透膜ユニットから送出される循環水を前記第２導入部から導入し、前記逆浸透膜により前記循環水を希釈し、前記希釈した循環水を前記第２導出部から前記混和槽へ送出する水処理装置。
2. 前記第２逆浸透膜ユニットを直列多段に複数具備する請求項１記載の水処理装置。
3. 前記第２逆浸透膜ユニットは、前記第２逆浸透膜エレメントを並列に複数備え、
   前記第３逆浸透膜ユニットは、前記第３逆浸透膜エレメントを、前記第２逆浸透膜エレメントの並列数よりも少ない数だけ並列して備える請求項１又は２記載の水処理装置。
4. 前記第２逆浸透膜ユニットは、前記第３逆浸透膜ユニットから送出された濃縮水を前記循環水に合流させて前記第２導入部から導入する請求項１乃至３のいずれかに記載の水処理装置。
5. 前記第２逆浸透膜ユニットは、自ユニットから送出された濃縮水を前記循環水に合流させて前記第２導入部から導入する請求項１乃至３のいずれかに記載の水処理装置。
6. 前記第３逆浸透膜ユニットの後段に、前記第３逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水に熱処理を施すことで、前記濃縮水に含まれる無機イオン成分を取り出す熱処理装置をさらに具備する請求項１乃至５のいずれかに記載の水処理装置。
7. 前記第３逆浸透膜ユニットの後段に、前記第３逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水に熱処理を施すことで、前記濃縮水に含まれる有機イオン成分を処分する有機物熱処理装置をさらに具備する請求項１乃至５のいずれかに記載の水処理装置。
8. 前記混和槽に供給される前の被処理水に対し、固形分除去、硬度成分除去、及び炭酸成分除去の少なくともいずれか１つを含む前処理を施す前処理装置をさらに具備する請求項１乃至７のいずれかに記載の水処理装置。
9. 導入部、第１及び第２導出部、並びに、逆浸透膜を有する第４逆浸透膜エレメントを備え、前記前処理装置から送出される被処理水を前記第１導入部から導入し、前記逆浸透膜により濃縮水と透過水とに分離し、前記濃縮水を前記第１導出部から前記導入装置へ送出し、前記透過水を前記第２導出部から送出する第４逆浸透膜ユニットをさらに具備する請求項８記載の水処理装置。
10. 前記第４逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水を貯留する貯留槽と、
    前記貯留される濃縮水を任意のタイミングで前記導入装置へ供給するポンプと
    をさらに具備する請求項９記載の水処理装置。
11. 前記第３逆浸透膜ユニットの後段に、前記第３逆浸透膜ユニットから送出される濃縮水の圧力エネルギーを回収する動力回収装置をさらに具備する請求項１乃至１０のいずれかに記載の水処理装置。
12. 前記導入装置の混和槽では、前記被処理水に薬液が混和される請求項１乃至１１のいずれかに記載の水処理装置。