JP2013240762A - Reverse osmosis membrane filtration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、逆浸透膜ろ過システムに関する。 The present invention relates to a reverse osmosis membrane filtration system.
近年、膜を用いた海水淡水化技術の適用が増加している。逆浸透膜法は、セルロースやポリアミドなどの素材で作られた逆浸透膜に海水の浸透圧（約２．５ＭＰａ）の二倍以上の圧力を加え、塩分は膜を透過させないで水を透過させることにより淡水を得ることができる。 In recent years, the application of seawater desalination technology using membranes has increased. The reverse osmosis membrane method applies a pressure more than twice the osmotic pressure of seawater (approximately 2.5 MPa) to a reverse osmosis membrane made of materials such as cellulose and polyamide, and allows salt to permeate water without permeating the membrane. As a result, fresh water can be obtained.
逆浸透膜法は、海水を取水した後に、まず、砂や有機物を砂ろ過などの方法で除去する。このとき、大部分の微生物も同時に除去される。そして、海水中のイオンを逆浸透膜で分離して淡水を得る。このとき、海水中のマグネシウム、カルシウム、炭酸イオン、硫酸イオンが主な原因となり、プラント内でスケールが析出するとともに、微生物とその代謝物によってバイオフィルムが形成される。これらが逆浸透膜の表面に付着して堆積すると、逆浸透膜の目詰まり、いわゆるファウリングが生じる。ファウリングは、逆浸透膜による処理流束の低下、塩阻止率の低下を引き起こし、所定の水量と水質を確保するためには高圧ポンプ動力の増加や膜モジュールの交換頻度の増加が必要となる。 In the reverse osmosis membrane method, after taking seawater, first, sand and organic substances are removed by a method such as sand filtration. At this time, most of the microorganisms are removed at the same time. And the ion in seawater is isolate | separated with a reverse osmosis membrane, and fresh water is obtained. At this time, magnesium, calcium, carbonate ions, and sulfate ions in seawater are the main causes, and scale is deposited in the plant, and a biofilm is formed by microorganisms and their metabolites. When these adhere and deposit on the surface of the reverse osmosis membrane, the reverse osmosis membrane is clogged, so-called fouling occurs. Fouling causes a decrease in the treatment flux and salt rejection due to the reverse osmosis membrane, and it is necessary to increase the power of the high-pressure pump and increase the frequency of replacement of the membrane module in order to secure a predetermined amount of water and water quality. .
ファウリングの発生原因のうち、無機成分のスケールへの対策として、海水のｐＨ管理（酸によって低ｐＨを維持）やスケール防止剤（カルボン酸重合物など）の注入、前処理工程での水質管理の高度化、より目開きの小さいＵＦ膜（限外ろ過膜）などの適用がある。これらの対策の結果、逆浸透膜ろ過プラントにおける無機成分によるファウリングの発生は抑制される傾向にある。無機成分によるファウリングが軽減されてきたのに伴い、バイオフィルムによるファウリングが次の課題として挙げられている。 Among the causes of fouling, as countermeasures to the scale of inorganic components, pH control of seawater (maintains low pH by acid), injection of scale inhibitors (such as carboxylic acid polymers), and water quality control in the pretreatment process Application of UF membranes (ultrafiltration membranes) with smaller openings and smaller openings. As a result of these measures, fouling due to inorganic components in the reverse osmosis membrane filtration plant tends to be suppressed. As fouling due to inorganic components has been reduced, fouling due to biofilms has been cited as the next issue.
バイオフィルムは、逆浸透膜表面や、スパイラル膜で膜間に配置されている格子状のスペーサーの表面に、海水中の微生物が付着し、さらに、それらが細胞外多糖（extra cellular polysaccharides：ＥＰＳ）と呼ばれる有機物を産生し、複数の微生物が共存する形で形成される。バイオフィルムは、微生物が安定して生存できる環境を提供するとともに、海水中に添加される殺菌剤などに対する保護膜となる。 In biofilms, microorganisms in seawater adhere to reverse osmosis membrane surfaces and the surface of lattice-like spacers arranged between the membranes in a spiral membrane, and these are extra cellular polysaccharides (EPS). It is formed in a form in which a plurality of microorganisms coexist. The biofilm provides an environment in which microorganisms can stably survive and serves as a protective film against a bactericide added to seawater.
バイオファウリングの抑制手段としては、微生物の除去（ＵＦ膜などの導入）、原水水質の制御（有機物の吸着・分解）などが提案されている。しかし、ＵＦ膜の通過や外部からの微生物の侵入によって、逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュール内への微生物の混入が発生してしまう。また、有機物を十分低い濃度まで除去することは技術的にもコスト的にも困難がある。さらに、有機物や栄養塩の少ない貧栄養状態では、微生物は自らの周囲の環境を改善するために、多糖の生成・蓄積を活発にするとの指摘もある。そのため、現行の逆浸透膜ろ過プラントでは、バイオフィルム生成抑制のための措置としての殺菌剤の注入、無機スケールの生成抑制と洗浄のための措置としての酸／アルカリ剤の注入がそれぞれなされているのが実際である。 As means for suppressing biofouling, removal of microorganisms (introduction of a UF membrane or the like), control of raw water quality (adsorption / decomposition of organic substances), and the like have been proposed. However, mixing of microorganisms into the reverse osmosis membrane module having the reverse osmosis membrane occurs due to the passage of the UF membrane or the invasion of microorganisms from the outside. Further, it is technically and costly difficult to remove organic substances to a sufficiently low concentration. In addition, it is pointed out that microorganisms actively produce and accumulate polysaccharides in an oligotrophic state with little organic matter and nutrients to improve their surrounding environment. Therefore, in the current reverse osmosis membrane filtration plant, injection of a bactericide as a measure for suppressing biofilm production, and injection of an acid / alkali agent as a measure for suppressing formation of inorganic scale and washing, respectively. Is actually.
このような状況下、近年、逆浸透膜ろ過部の逆浸透膜モジュールのバイオファウリング防止を目的とした殺菌剤の添加や、薬品洗浄、前処理などの運転操作を信頼性高く、高感度、合理的、迅速かつ簡便に行うことが可能な逆浸透膜ろ過プラントの運転方法、および逆浸透膜ろ過プラントを提供することを目的として、特許文献１に記載の発明が提案されている。 Under such circumstances, in recent years, the operation of operations such as addition of bactericides, chemical cleaning, and pretreatment for the purpose of preventing biofouling of the reverse osmosis membrane module of the reverse osmosis membrane filtration unit is highly reliable and sensitive. The invention described in Patent Document 1 has been proposed for the purpose of providing a reverse osmosis membrane filtration plant operation method and a reverse osmosis membrane filtration plant which can be carried out rationally, quickly and simply.
この特許文献１には、原水取水部、前処理部、逆浸透膜モジュールを有した逆浸透膜ろ過部をこの順に有する逆浸透膜ろ過プラントの運転方法にあたり、逆浸透膜ろ過部内の逆浸透膜供給水および／または逆浸透膜非透過水を逆浸透膜ろ過部の逆浸透膜モジュール内の非透過水線速度と同等の線速度で流水させた条件下に、バイオフィルム形成基材を配しておき、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量を１日〜６ヶ月に１回の頻度で評価し、その評価結果に基づいて、逆浸透膜ろ過プラントの運転方法を制御する、という発明が記載されている。また、逆浸透膜ろ過プラントの運転方法の制御として、逆浸透膜ろ過部の殺菌条件、または、洗浄条件の制御であって、同様の制御条件でバイオフィルム形成基材を処理する旨が記載されている。 This Patent Document 1 relates to a method for operating a reverse osmosis membrane filtration plant having a raw water intake part, a pretreatment part, and a reverse osmosis membrane filtration part having a reverse osmosis membrane module in this order. The biofilm-forming substrate is placed under conditions where feed water and / or reverse osmosis membrane non-permeate water is allowed to flow at a linear velocity equal to the non-permeate water velocity in the reverse osmosis membrane module of the reverse osmosis membrane filtration unit. The invention of evaluating the amount of biofilm on the biofilm-forming substrate once a day to every six months and controlling the operation method of the reverse osmosis membrane filtration plant based on the evaluation result. Have been described. In addition, as a control of the operation method of the reverse osmosis membrane filtration plant, it is described that the biofilm-forming substrate is treated under the same control conditions, which is control of sterilization conditions or cleaning conditions of the reverse osmosis membrane filtration unit. ing.
また、特許文献１中には、洗浄剤として、水酸化ナトリウム、エチレンジアミン−４−酢酸（ＥＤＴＡ）などのキレート剤、界面活性剤、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンなどの塩が用いられる旨説明されており、殺菌剤として、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、酸、銀イオンなどが用いられる旨説明されている。 In Patent Document 1, chelating agents such as sodium hydroxide and ethylenediamine-4-acetic acid (EDTA), surfactants, and salts such as 2-methyl-4-isothiazolin-3-one are used as cleaning agents. As a disinfectant, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, acid, silver ions, etc. are used. ing.
また、この特許文献１には、原水取水部、前処理部、逆浸透膜モジュールを有した逆浸透膜ろ過部をこの順に有する逆浸透膜ろ過プラントにおいて、逆浸透膜ろ過部内で先頭の逆浸透膜モジュールより上流から枝分かれする供給水が流れる配管、および／または、逆浸透膜ろ過部内の逆浸透膜モジュールより下流から枝分かれする逆浸透膜非透過水が流れる配管と、前記配管の下流に接続された通水容器と、通水容器の上流または下流に接続された流量調節バルブとが具備されており、通水容器には逆浸透膜ろ過部で使用されている逆浸透膜がバイオフィルム形成基材として、逆浸透膜ろ過部の逆浸透膜モジュール内の非透過水線速度と同等の線速度での流水下で収容されている、という発明が記載されている。 Moreover, in this patent document 1, in the reverse osmosis membrane filtration plant which has a reverse osmosis membrane filtration part which has a raw | natural water intake part, a pre-processing part, and a reverse osmosis membrane module in this order, it is the first reverse osmosis in a reverse osmosis membrane filtration part. Connected downstream of the pipe and a pipe through which the feed water branched from the upstream from the membrane module flows and / or a pipe through which the reverse osmosis membrane non-permeated water branches from the reverse osmosis membrane module in the reverse osmosis membrane filtration section. And a flow rate regulating valve connected upstream or downstream of the water flow container. The reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis membrane filtration unit is provided in the water flow container. The invention describes that the material is accommodated under flowing water at a linear velocity equal to the non-permeate water linear velocity in the reverse osmosis membrane module of the reverse osmosis membrane filtration unit.
前記したように、特許文献１に記載された発明は、バイオフィルム形成基材上のバイオフィルム量に基づいて前記した殺菌剤または洗浄剤の適正量を算出し、それぞれ独立して注入している。
しかしながら、先に述べたように、バイオフィルムはＥＰＳを有しているので、単に殺菌剤の量を最適化するだけでは、バイオフィルム内の微生物を効果的に殺菌するのは困難であり、これをしようとすれば多量の殺菌剤が必要であった。バイオフィルム内の微生物を効果的に殺菌するためにはバイオフィルムを除去する必要がある。
As described above, the invention described in Patent Document 1 calculates the appropriate amount of the bactericidal agent or cleaning agent based on the amount of biofilm on the biofilm-forming substrate, and injects each independently. .
However, as mentioned above, since biofilms have EPS, it is difficult to effectively sterilize microorganisms in biofilms simply by optimizing the amount of bactericides. A large amount of disinfectant was required to try. In order to effectively sterilize microorganisms in the biofilm, it is necessary to remove the biofilm.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バイオフィルムを除去することのできる逆浸透膜ろ過システムを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the reverse osmosis membrane filtration system which can remove a biofilm.
前記課題を解決するために、本発明は、取水した海水をろ過して淡水を製造する逆浸透膜を有する逆浸透膜処理手段と、前記取水した海水を前記逆浸透膜処理手段に供給するよりも前の位置に、前記取水した海水のｐＨを調整するｐＨ調整剤を、前記取水された海水に注入するｐＨ調整剤注入手段と、前記逆浸透膜の表面に生成するバイオフィルムの成分を分解する分解剤を、前記取水された海水に注入する洗浄剤注入手段と、前記バイオフィルムによって保護されていた微生物を殺菌する殺菌剤を、前記取水された海水に注入する殺菌剤注入手段と、を設けている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a reverse osmosis membrane treatment means having a reverse osmosis membrane for producing fresh water by filtering the taken seawater, and supplying the taken seawater to the reverse osmosis membrane treatment means. In the previous position, the pH adjusting agent injection means for injecting the pH adjusting agent for adjusting the pH of the intake seawater into the intake seawater, and the biofilm components generated on the surface of the reverse osmosis membrane are decomposed. Cleaning agent injection means for injecting the decomposing agent into the taken-in seawater; and bactericide-injecting means for injecting the disinfectant for sterilizing the microorganisms protected by the biofilm into the taken-up seawater. Provided.
本発明によれば、バイオフィルムを除去することのできる逆浸透膜ろ過システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reverse osmosis membrane filtration system which can remove a biofilm can be provided.
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
（第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムの主な構成要素）
図１は、第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳは、海水を取水して処理する順に、主な構成要素として、取水手段１、原水殺菌手段３、スケール防止剤注入手段４、凝集剤注入手段５、前処理手段２、還元剤注入手段７、前処理水調整タンク６、逆浸透膜処理手段８、淡水調整タンク１４、アルカリ剤注入手段１５、ミネラル注入手段１６、淡水殺菌手段１７が設けられている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<First Embodiment>
(Main components of the reverse osmosis membrane filtration system according to the first embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a reverse osmosis membrane filtration system S according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the reverse osmosis membrane filtration system S according to the first embodiment includes, as main components, water intake means 1, raw water sterilization means 3, scale inhibitor injection means in the order of taking seawater and processing it. 4, flocculant injection means 5, pretreatment means 2, reducing agent injection means 7, pretreatment
そして、この第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳにおいては、前処理水調整タンク６と逆浸透膜処理手段８の間に、ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０、殺菌剤注入手段１１を設けている。逆浸透膜ろ過システムＳは、定期的にまたは逆浸透膜処理手段８の運転状態をみて、適時、ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１を作動させ、逆浸透膜に発生するバイオフィルムを除去し、これを産生する微生物の殺菌を行う。詳しくは後述する。
And in the reverse osmosis membrane filtration system S which concerns on this 1st Embodiment, between the pretreatment
逆浸透膜ろ過システムＳの有するこれらの各構成要素は制御手段１３と接続されており、当該制御手段１３によってそれぞれ所定の動作を行うように運転制御されている。本発明における運転制御については、後に詳述する。
なお、原水殺菌手段３、スケール防止剤注入手段４、凝集剤注入手段５は、取水手段１と前処理手段２の間に設けられていればよく、その配置順はこれに限定されない。
また、アルカリ剤注入手段１５、ミネラル注入手段１６、淡水殺菌手段１７は、淡水調整タンク１４の後に設けられていればよく、その配置順はこれに限定されない。
以下、逆浸透膜ろ過システムＳが海水を取り込んで淡水化処理する順に沿って、前記した各構成要素について説明する。
Each of these constituent elements of the reverse osmosis membrane filtration system S is connected to the control means 13 and is controlled by the control means 13 to perform a predetermined operation. The operation control in the present invention will be described in detail later.
The raw
Moreover, the alkaline agent injection | pouring means 15, the mineral injection | pouring means 16, and the fresh water sterilization means 17 should just be provided after the fresh
Hereinafter, each above-mentioned component is demonstrated along the order which reverse osmosis membrane filtration system S takes in seawater and desalinates.
（取水手段）
取水手段１は、海中または海水が浸透してくる地中から海水を取水し、前処理手段２に取り込むための設備である。取水手段１は前処理手段２に至る経路（配管）中にポンプＰ１を有しており、当該ポンプＰ１によって適宜の圧力をもって海水を取水し、前処理手段２に取り込む。
(Water intake means)
The water intake means 1 is equipment for taking seawater from the sea or from the ground into which seawater penetrates and taking it into the pretreatment means 2. The water intake means 1 has a pump P1 in a path (pipe) leading to the pretreatment means 2, and takes in seawater with an appropriate pressure by the pump P1 and takes it into the pretreatment means 2.
（原水殺菌手段、スケール防止剤注入手段、凝集剤注入手段）
原水殺菌手段３、スケール防止剤注入手段４および凝集剤注入手段５が、取水手段１と前処理手段２の間に設けられている。
原水殺菌手段３は、取水した海水（取水した海水は、「原水」などとも呼ばれている。）中の微生物を殺菌する。原水殺菌手段３は、原水中に殺菌剤を注入するなどして殺菌を行う。殺菌剤としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウム溶液、次亜塩素酸カルシウム溶液、電界塩素、クロラミンなどを用いることができる。これらの中でも次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いると、原水中の微生物を不活化・殺菌し、システム内での繁殖とバイオフィルム生成を抑制することができるので好適である。
なお、原水殺菌手段３による殺菌は、これ以外にも、海水に紫外線や放射線を照射するなどの手段により行うことができる。
(Raw water sterilization means, scale inhibitor injection means, flocculant injection means)
Raw water sterilization means 3, scale inhibitor injection means 4 and coagulant injection means 5 are provided between water intake means 1 and pretreatment means 2.
The raw water sterilization means 3 sterilizes microorganisms in the taken seawater (the taken seawater is also called “raw water” or the like). The raw water sterilization means 3 performs sterilization by injecting a bactericide into the raw water. As the disinfectant, for example, sodium hypochlorite solution, calcium hypochlorite solution, electric field chlorine, chloramine, and the like can be used. Among these, the use of a sodium hypochlorite solution is preferable because it can inactivate and sterilize microorganisms in the raw water and suppress propagation and biofilm formation in the system.
In addition, the sterilization by the raw water sterilization means 3 can be performed by other means such as irradiating seawater with ultraviolet rays or radiation.
スケール防止剤注入手段４は、取水した海水に、スケールの生成を防止するための薬剤（スケール防止剤）を注入する。スケール防止剤としては、例えば、硫酸溶液、アクリル酸、マレイン酸、２−ヒドロキシエチルメタクリレートの共重合体塩などのポリマーなどを用いることができる。これらの中でも硫酸溶液を用いると、原水に含まれるマグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属が炭酸塩や硫酸塩のスケールとして析出するのを防ぐことができるので好適である。なお、これらの塩はｐＨを６程度に調整すれば溶解度が十分高くなる。そのため、原水のｐＨを６程度に調整するとシステムの配管、ポンプ、逆浸透膜などでの析出を防止することが可能となる。 The scale inhibitor injection means 4 injects a chemical (a scale inhibitor) for preventing the generation of scale into the taken-in seawater. As the scale inhibitor, for example, a polymer such as a sulfuric acid solution, acrylic acid, maleic acid, and a copolymer salt of 2-hydroxyethyl methacrylate can be used. Among these, the use of a sulfuric acid solution is preferable because alkaline earth metals such as magnesium, calcium, and strontium contained in raw water can be prevented from depositing as carbonate or sulfate scales. These salts have sufficiently high solubility if the pH is adjusted to about 6. Therefore, when the pH of the raw water is adjusted to about 6, it is possible to prevent precipitation in the system piping, pump, reverse osmosis membrane and the like.
凝集剤注入手段５は、取水した海水に、後記する前処理手段２における粒子の除去性能の向上を目的とする凝集剤を注入する。凝集剤としては、例えば、塩化第２鉄やポリ塩化アルミニウム、ポリアクリル酸などの合成高分子などを用いることができる。このような凝集剤を用いると、原水中の粒子と結合し、より大粒径の粒子（フロック）を形成する。
一般的な逆浸透膜ろ過システムでは、ＳＤＩ（Silt density index）と呼ばれる指標を用いて逆浸透膜に供給する原水の水質管理が行われている。一般的な逆浸透膜ろ過システムではＳＤＩが２程度に維持されており、本発明においてもこれと同程度に維持すればよい。海水中の微生物は数μｍ程度のサイズであるため、前処理手段２によって大部分が除去される。なお、前処理手段２におけるフロックの除去性能は、これに適用される膜の目開きなどに依存する。
The flocculant injection means 5 injects the flocculant for the purpose of improving the particle removal performance in the pretreatment means 2 described later into the taken-in seawater. As the flocculant, for example, synthetic polymers such as ferric chloride, polyaluminum chloride, and polyacrylic acid can be used. If such a flocculant is used, it will combine with the particles in the raw water to form larger particle size (floc).
In a general reverse osmosis membrane filtration system, quality control of raw water supplied to a reverse osmosis membrane is performed using an index called SDI (Silt density index). In a general reverse osmosis membrane filtration system, the SDI is maintained at about 2, and it may be maintained at the same level in the present invention. Since the microorganisms in the sea water are about several μm in size, most of them are removed by the pretreatment means 2. Note that the floc removal performance of the pretreatment means 2 depends on the aperture of the film applied thereto.
（前処理手段）
前処理手段２は、前記したように原水中に含まれるフロックの除去を行う。前処理手段２としては、例えば、砂ろ過、浮上分離、限外ろ過、精密ろ過などが適用できる。前処理手段２でろ別されたフロックなどは汚泥として廃棄される。
(Pretreatment means)
The pretreatment means 2 removes flocs contained in the raw water as described above. As the pretreatment means 2, for example, sand filtration, flotation separation, ultrafiltration, and microfiltration can be applied. Flock and the like filtered by the pretreatment means 2 are discarded as sludge.
（還元剤注入手段）
前処理手段２で処理された前処理水は、前処理水調整タンク６に送られる。前処理手段２と前処理水調整タンク６の間には還元剤注入手段７が設けられている。還元剤注入手段７は、前処理水にＳＢＳ（重亜硫酸ソーダ、ＮａＨＳＯ3）などを注入して、原水殺菌手段３で注入した次亜塩素酸イオンを還元する。これにより、逆浸透膜処理手段８で使用される逆浸透膜の素材がポリアミドなどの場合、次亜塩素酸イオンによって膜が酸化され、イオンの阻止率が低下してしまうのを防止することができる。また、これにより、逆浸透膜処理手段８に注入される前処理水の酸化還元電位を１００ｍＶ ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ程度にすることができ、ｐＨを６程度にすることができる。
(Reducing agent injection means)
The pretreated water treated by the pretreatment means 2 is sent to the pretreated
（前処理水調整タンク）
前処理水調整タンク６は、これよりも下流の各手段・工程に負荷をかけないように、必要な程度まで原水を精製する目的を有している。前処理水の調整は、原水の汚濁の程度により適宜終了することができる。
(Pretreatment water adjustment tank)
The pretreatment
前処理水調整タンク６と逆浸透膜処理手段８の間には高圧ポンプＰ２が設けられている。高圧ポンプＰ２は前処理水調整タンク６から逆浸透膜処理手段８に適切な圧力で前処理水を供給する。高圧ポンプＰ２の圧力は、例えば、４〜８ＭＰａとすることができる。かかる圧力とすれば逆浸透膜処理手段８での処理を適切に行うことができる。高圧ポンプＰ２は、逆浸透膜処理の用途に使用できるものであればどのようなポンプでも用いることができる。
A high pressure pump P <b> 2 is provided between the pretreatment
（逆浸透膜処理手段）
逆浸透膜処理手段８は、取水した海水である前処理水を逆浸透膜によりろ過して（脱塩して）淡水を製造する。逆浸透膜処理手段８は、逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールにより具現可能である。
(Reverse osmosis membrane treatment means)
The reverse osmosis membrane treatment means 8 produces fresh water by filtering (desalting) pretreated water, which is seawater taken, through a reverse osmosis membrane. The reverse osmosis membrane processing means 8 can be implemented by a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane.
ここで、逆浸透膜とは、概ね２ｎｍ以下の大きさの孔を多数有し、供給される海水（前処理水）中の水を透過させるが、塩化物イオンなどの水以外の成分を透過させない半透性の膜をいう。逆浸透膜は、平膜型および中空糸型いずれも使用することができる。逆浸透膜には、いわゆるナノフィルトレーション膜やルース逆浸透膜なども含まれる。逆浸透膜は、酢酸セルロース系ポリマーやポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ピニルポリマー、ポリビニルアルコール、ポリスルホンなどの高分子材料を用いたものであるのが好ましい。逆浸透膜の膜厚は、１０μｍ〜１ｍｍ程度のものを使用することができる。 Here, the reverse osmosis membrane has many pores with a size of approximately 2 nm or less and allows water in the supplied seawater (pretreated water) to pass through, but permeates components other than water such as chloride ions. This refers to a semipermeable membrane that is not allowed. As the reverse osmosis membrane, both a flat membrane type and a hollow fiber type can be used. The reverse osmosis membrane includes a so-called nanofiltration membrane and a loose reverse osmosis membrane. The reverse osmosis membrane is preferably made of a polymer material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, pinyl polymer, polyvinyl alcohol, polysulfone. A reverse osmosis membrane having a thickness of about 10 μm to 1 mm can be used.
また、逆浸透膜モジュールとは、前記した逆浸透膜を筐体内に備えたものをいう。逆浸透膜モジュールとしては、例えば、スパイラル型モジュールや中空糸型モジュール、チューブラー型モジュール、プレート・アンド・フレーム型モジュールを用いることができる。 The reverse osmosis membrane module refers to a module provided with the above-described reverse osmosis membrane in a housing. As the reverse osmosis membrane module, for example, a spiral type module, a hollow fiber type module, a tubular type module, or a plate and frame type module can be used.
逆浸透膜処理手段８でろ過（脱塩処理）されて製造された淡水は、淡水調整タンク１４へ送られ、水分が除かれて塩濃度が高くなった海水は廃水（以下、濃縮廃水という。）として処理された後、放流される。
Fresh water produced by filtration (desalting treatment) by the reverse osmosis membrane treatment means 8 is sent to the fresh
（淡水調整タンク）
淡水調整タンク１４は、逆浸透膜処理手段８で製造された淡水を一時貯水しておき、その水量を調整している。
(Fresh water adjustment tank)
The fresh
（アルカリ剤注入手段、ミネラル注入手段、淡水殺菌手段）
淡水調整タンク１４で調整された淡水はポンプＰ３によって淡水調整タンク１４外に送出される。なお、淡水調整タンク１４で調整された淡水は、そのままではｐＨが低く、カルシウムなどのミネラル濃度が低い。そのため、淡水調整タンク１４後に、アルカリ剤注入手段１５とミネラル注入手段１６が設けられており、それぞれの手段から、例えば、水酸化ナトリウム溶液と炭酸カルシウムが添加される。また、逆浸透膜処理手段８によって原水殺菌手段３で添加した次亜塩素酸ナトリウムなどの殺菌剤が除去されてしまっているので、給水の末端まで消毒効果が維持できるように、淡水殺菌手段１７により塩素剤などの殺菌剤が添加される。このようにして製造された飲料水基準に適合するような淡水として配管などにより、またはタンクなどに詰めて必要なところまで運ばれ、飲用等される。
(Alkaline agent injection means, mineral injection means, fresh water sterilization means)
The fresh water adjusted in the fresh
逆浸透膜ろ過システムＳは以上のようにして海水から淡水を製造している。そして、前述したように、逆浸透膜ろ過システムＳは、定期的にまたは逆浸透膜処理手段８の運転状態をみて、適時、ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１を作動させて、逆浸透膜処理手段８に発生するバイオフィルムを除去し、これを産生する微生物の殺菌を行う。
以下、これらによるバイオフィルムの除去について説明する。
The reverse osmosis membrane filtration system S produces fresh water from seawater as described above. Then, as described above, the reverse osmosis membrane filtration system S periodically or at the time when the reverse osmosis membrane treatment means 8 is operated, the pH adjusting agent injection means 9, the cleaning agent injection means 10, and the bactericide injection means. 11 is operated, the biofilm generated in the reverse osmosis membrane treatment means 8 is removed, and the microorganisms that produce the biofilm are sterilized.
Hereinafter, the removal of the biofilm by these is demonstrated.
（ｐＨ調整剤注入手段、洗浄剤注入手段、殺菌剤注入手段）
ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１は、前処理水調整タンク６と逆浸透膜処理手段８の間に設けられている。
ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１は、海水から淡水を製造する通常運転時（製造時）には作動せず、逆浸透膜の洗浄および殺菌が必要と判断された場合や定期的に作働する。ｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１にはそれぞれ図示しないポンプが設けられており、当該ポンプによりそれぞれの薬剤が前処理水に供給される。また、これらのポンプや前処理水への経路上には、薬剤の流量を計測する流量計が設けられており、これで計測された薬剤の流量（処理流量）は制御手段１３に入力される。制御手段１３は、それぞれの薬剤について、濃度と処理流量を乗じるなどしてそれぞれの薬剤の注入量を算出し、ポンプによる供給量を増減したり、停止したりすることにより、注入量を制御する。
(PH adjuster injection means, cleaning agent injection means, bactericidal agent injection means)
The pH adjusting agent injection means 9, the cleaning agent injection means 10 and the bactericide injection means 11 are provided between the pretreatment
The pH adjuster injection means 9, the cleaning agent injection means 10 and the bactericidal agent injection means 11 do not operate during normal operation (during manufacture) of producing fresh water from seawater, and it is determined that the reverse osmosis membrane needs to be cleaned and sterilized. Work on a regular basis. The pH adjusting agent injection means 9, the cleaning agent injection means 10 and the bactericidal agent injection means 11 are each provided with a pump (not shown), and the respective chemicals are supplied to the pretreated water by the pump. A flow meter for measuring the flow rate of the drug is provided on the path to these pumps and pretreatment water, and the flow rate (process flow rate) of the drug measured thereby is input to the control means 13. . The control means 13 calculates the injection amount of each drug by multiplying the concentration and the treatment flow rate for each drug, and controls the injection amount by increasing / decreasing or stopping the supply amount by the pump. .
ｐＨ調整剤注入手段９は、アルカリ剤、例えば水酸化ナトリウム溶液などのｐＨ調整剤を前処理水に供給する。このｐＨ調整剤注入手段９による前処理水のｐＨ調整により、後に行う洗浄剤注入手段１０による洗浄を効率よく行わせることが可能となる。ｐＨ調整剤注入手段９では前処理水のｐＨを中性付近、例えばｐＨ６．５〜７．５程度となるように調整するとよいが、これに限定されるものではなく、洗浄剤の特性（例えば、使用する酵素の至適ｐＨ）に応じて適宜変更することができる。 The pH adjuster injection means 9 supplies an alkaline agent, for example, a pH adjuster such as a sodium hydroxide solution, to the pretreated water. By adjusting the pH of the pretreatment water by the pH adjusting agent injection means 9, it is possible to efficiently perform the cleaning by the cleaning agent injection means 10 performed later. The pH adjusting agent injection means 9 may adjust the pH of the pretreatment water to be near neutral, for example, about pH 6.5 to 7.5, but is not limited to this, and the characteristics of the cleaning agent (for example, The pH can be appropriately changed depending on the optimum pH of the enzyme used.
洗浄剤注入手段１０は、逆浸透膜の表面で成長したバイオフィルムを洗浄する洗浄剤を前処理水に供給する。洗浄剤としては、バイオフィルムを分解または溶解できる成分であれば特に限定されない。バイオフィルムの成分は多糖、タンパク質、脂質など複雑であるが、多糖やタンパク質の比率が高い。そのため、洗浄剤としては、これらを分解する酵素が好ましく、例えば、セルラーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼが好ましい。また、脂肪を分解するリパーゼを加えてもよい。 The cleaning agent injection means 10 supplies a cleaning agent for cleaning the biofilm grown on the surface of the reverse osmosis membrane to the pretreatment water. The cleaning agent is not particularly limited as long as it is a component that can decompose or dissolve the biofilm. Biofilm components are complex, such as polysaccharides, proteins, and lipids, but the ratio of polysaccharides and proteins is high. Therefore, as the cleaning agent, enzymes that decompose these are preferable, and for example, cellulase, amylase, and protease are preferable. Moreover, you may add the lipase which decomposes | disassembles fat.
殺菌剤注入手段１１は、バイオフィルム中の微生物を殺菌する殺菌剤を前処理水に供給する。殺菌剤は、バイオフィルム中の微生物を殺菌することができ、かつ、逆浸透膜の劣化が少ないものが望ましい。例えば、２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）、水酸化ナトリウム溶液などが適用できる。 The sterilizing agent injection means 11 supplies a sterilizing agent for sterilizing microorganisms in the biofilm to the pretreated water. The bactericidal agent is preferably one that can sterilize microorganisms in the biofilm and has little deterioration of the reverse osmosis membrane. For example, 2,2-dibromo-3-nitrilopropionamide (DBNPA), sodium hydroxide solution, and the like can be applied.
（ｐＨ計、制御手段）
ｐＨ計１２は、逆浸透膜処理手段８の直前に設けられており、ｐＨ調整剤注入手段９による前処理水のｐＨの変化を計測する。ｐＨ計１２で計測された計測値は制御手段１３に出力される。制御手段１３は計測値に基づき、後記するようにしてｐＨ調整剤の注入量を制御する。ｐＨ計１２はｐＨを計測することのできる市販品であればどのようなものでも適用することができる。
(PH meter, control means)
The
制御手段１３は、このｐＨ計１２と、前記したｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１と接続されている。なお、制御手段１３は前記した各手段をはじめ、図示および説明を省略したその他の各手段とも接続されており、淡水製造時などは各手段を適宜に制御している。制御手段１３は市販のコンピュータなどを適用することができる。
The control means 13 is connected to the
（逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌）
以上に説明した構成を有する第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳは、次のようにして逆浸透膜のバイオフィルムの除去と、これによって保護されている微生物の殺菌（以下、「洗浄・殺菌操作」ということもある。）を行う。
第１実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳにおける洗浄・殺菌操作は、定期的にまたは逆浸透膜処理手段８の運転状態をトリガーとして、逆浸透膜ろ過システムＳによる前述の淡水製造工程を中断して実施する。
(Removal and sterilization of reverse osmosis biofilm)
The reverse osmosis membrane filtration system S according to the first embodiment having the configuration described above removes the biofilm from the reverse osmosis membrane and sterilizes the microorganisms protected thereby (hereinafter referred to as “washing”).・ It may be called “sterilization operation”.
The washing and sterilization operation in the reverse osmosis membrane filtration system S according to the first embodiment interrupts the fresh water production process by the reverse osmosis membrane filtration system S periodically or triggered by the operating state of the reverse osmosis membrane treatment means 8. And implement.
具体的には、まず、定期的にまたはｐＨ計１２で計測されたｐＨが予め設定された所定の値を超えた場合に、制御手段１３からバルブＶ１に切替信号が出力される。バルブＶ１は、いわゆる三方弁であり、通常は逆浸透膜処理手段８で製造された淡水を淡水調整タンク１４に送っているが、接続を切り替えることにより、逆浸透膜処理手段８から排出される濃縮廃水と合流できるように設けられている。そのため、バルブＶ１は、前記した切替信号が入力されると、逆浸透膜処理手段８で淡水化処理された水が当該濃縮廃水と合流するように切り替える。
Specifically, first, when the pH measured by the
バルブＶ１の接続先が切替わったら、制御手段１３は、ｐＨ調整剤注入手段９に開始信号を出力する。開始信号が入力されたｐＨ調整剤注入手段９は、前処理水にｐＨ調整剤を注入し、逆浸透膜処理手段８に流入する段階でのｐＨ計１２の値が中性、望ましくはｐＨ６．５〜７．５の範囲になるように調整する。これは前記したように、スケール防止剤注入手段４によって酸が注入され、酸性となっている前処理水を略中性とすることを目的としている。これにより、洗浄剤（酵素）によるバイオフィルムの分解をより有効に作用させる。
When the connection destination of the valve V1 is switched, the control means 13 outputs a start signal to the pH adjuster injection means 9. The pH adjuster injecting means 9 to which the start signal is inputted injects the pH adjuster into the pretreated water, and the value of the
ｐＨが所定の範囲（ｐＨ６．５〜７．５）になったら、制御手段１３は、洗浄剤注入手段１０に開始信号を出力する。開始信号が入力された洗浄剤注入手段１０は、前処理水に洗浄剤を注入する。洗浄剤はバイオフィルムの多糖やタンパクといった、微生物が代謝によって生産した物質の一部を分解する。洗浄剤の注入条件（例えば、注入量および／または注入時間）は、バイオフィルムの量と種類に依存する。そのため、逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌が実施される周期で生成するバイオフィルムの量と酵素による分解特性をあらかじめ調査し、注入条件（例えば、注入量および／または注入時間）を設定して制御手段１３に登録しておき、かかる注入条件に基づいて洗浄剤を注入するのが好ましい。
When the pH falls within a predetermined range (pH 6.5 to 7.5), the
なお、逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌を開始するトリガーとしては、逆浸透膜の透過流束、逆浸透膜の膜間差圧、逆浸透膜の流路抵抗（流入点と濃縮廃水流出点との差圧）、塩阻止率の各指標、またはこれらを組み合わせた指標の境界値を制御手段１３に登録し、この境界値から逸脱した場合に実行させることができる。 The triggers for starting biofilm removal and sterilization of reverse osmosis membranes include reverse osmosis membrane permeation flux, reverse osmosis membrane transmembrane pressure, reverse osmosis membrane flow resistance (inflow point and concentrated wastewater outflow). The boundary value of each index of salt rejection rate, or a combination of these is registered in the control means 13 and can be executed when deviating from this boundary value.
そして、洗浄剤の注入が前記所定の注入条件を満たしたら、制御手段１３はｐＨ調整剤注入手段９と洗浄剤注入手段１０に停止信号を出力する。停止信号が入力されたｐＨ調整剤注入手段９と洗浄剤注入手段１０はそれぞれｐＨ調整剤の注入と洗浄剤の注入を停止する。
When the cleaning agent injection satisfies the predetermined injection condition, the
次いで、制御手段１３は、殺菌剤注入手段１１に開始信号を出力する。開始信号が入力された殺菌剤注入手段１１は、前処理水に殺菌剤を注入する。殺菌剤の注入条件（例えば、注入量および／または注入時間）は、殺菌剤の種類、バイオフィルムの洗浄条件、バイオフィルム残留状況、および、逆浸透膜の劣化に依存する。そのため、予め、洗浄操作後の殺菌性能を調査し、所定の殺菌効果が得られる注入条件（例えば、注入量および／または注入時間）を決定して制御手段１３に登録しておき、かかる注入条件に基づいて殺菌剤を注入するのが好ましい。 Next, the control means 13 outputs a start signal to the bactericide injection means 11. The sterilizing agent injection means 11 to which the start signal is input injects the sterilizing agent into the pretreated water. The sterilant injection conditions (eg, injection amount and / or injection time) depend on the type of sterilant, biofilm cleaning conditions, biofilm residue, and reverse osmosis membrane degradation. Therefore, the sterilization performance after the cleaning operation is investigated in advance, the injection conditions (for example, the injection amount and / or the injection time) for obtaining a predetermined sterilization effect are determined and registered in the control means 13, and the injection conditions It is preferable to inject a bactericide on the basis of
殺菌剤の注入が注入条件を満たしたら、制御手段１３は殺菌剤注入手段１１に停止信号を出力する。停止信号が入力された殺菌剤注入手段１１は殺菌剤の注入を停止する。
When the injection of the sterilizing agent satisfies the injection conditions, the
制御手段１３は、殺菌剤注入手段１１による殺菌剤の注入が停止したら、バルブＶ１に戻し信号を出力する。戻し信号が入力されたバルブＶ１は、接続先を濃縮廃水側から淡水調整タンク１４に切り替え、淡水製造のための逆浸透膜処理を再開する。
When the injection of the sterilizing agent by the sterilizing agent injection unit 11 is stopped, the
このようにしてバイオフィルムの除去と殺菌を行うと、洗浄剤で微生物の保護膜として作用するＥＰＳを分解した後に、殺菌処理を実施することから、殺菌剤の殺菌効果を高めることができる。
また、殺菌効果が向上するため、逆浸透膜の面上に残留する微生物が従来法よりも低減し、処理後のバイオフィルムの再形成を抑制することができる。これにより、長期間バイオファウリングが発生せず、所定の流束を維持する高圧ポンプの電力量の上昇を防いだり、逆浸透膜モジュールの交換頻度を低減させたりすることができる。
また、逆浸透膜モジュール内の水質および/またはバイオフィルムの状況を計測機で測定し、その結果に基づいて薬剤注入量を制御することから、毎回、所定レベルまでバイオフィルムを除去することができ、安定な逆浸透膜処理の運転を実現することができる。
When the biofilm is removed and sterilized in this manner, the sterilization treatment is performed after the EPS acting as a protective film for microorganisms is decomposed with the cleaning agent, so that the sterilizing effect of the sterilizing agent can be enhanced.
Moreover, since the bactericidal effect is improved, microorganisms remaining on the surface of the reverse osmosis membrane are reduced as compared with the conventional method, and re-formation of the biofilm after the treatment can be suppressed. Thereby, biofouling does not occur for a long period of time, and it is possible to prevent an increase in the amount of electric power of the high-pressure pump that maintains a predetermined flux, or to reduce the frequency of replacement of the reverse osmosis membrane module.
In addition, since the water quality and / or biofilm status in the reverse osmosis membrane module is measured with a measuring instrument and the amount of drug injected is controlled based on the results, the biofilm can be removed to a predetermined level each time. A stable reverse osmosis membrane treatment operation can be realized.
＜第２実施形態＞
（第２実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムの主な構成要素）
第２実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳは、第１実施形態と略同様の構成であるが、制御手段１３により高圧ポンプＰ２、および逆浸透膜処理手段８の前後に設置された図示しないバルブを備え、これらを操作して逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌を行う点で相違する。
第２実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳでは、次のようにして逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌を行う。
Second Embodiment
(Main components of the reverse osmosis membrane filtration system according to the second embodiment)
The reverse osmosis membrane filtration system S according to the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but is not shown by the control means 13 installed before and after the high-pressure pump P2 and the reverse osmosis membrane treatment means 8. It is different in that a valve is provided and operated to remove and sterilize the biofilm of the reverse osmosis membrane.
In the reverse osmosis membrane filtration system S according to the second embodiment, the biofilm of the reverse osmosis membrane is removed and sterilized as follows.
（逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌）
淡水製造時の逆浸透膜モジュール内部は５ＭＰａ程度の高圧状態にある。第２実施形態では、制御手段１３は、洗浄剤の注入時には淡水製造時よりも低い圧力で逆浸透膜処理手段８（逆浸透膜モジュール）に前処理水（取水した海水）を供給するよう運転制御する。つまり、高圧ポンプＰ２の圧力および／または図示しない前記バルブの開度を制御する。洗浄剤注入時の逆浸透膜モジュール内の圧力は、淡水製造時の１／２以下、好ましくは１ＭＰａ以下とする。このとき、逆浸透膜モジュール内の圧力を低下させたことに伴い、洗浄液を含む前処理水の流量も低下する。この流量は、圧力の与え方（つまり、高圧ポンプＰ２の圧力設定および／または図示しない前記バルブの開度）と逆浸透膜モジュールの構造およびバイオフィルムの生成状況によって変化するが、淡水製造時の海水の供給流量の１／２以下、好ましくは１／１０以下とする。
(Removal and sterilization of reverse osmosis biofilm)
The inside of the reverse osmosis membrane module at the time of fresh water production is in a high pressure state of about 5 MPa. In the second embodiment, the control means 13 is operated so as to supply pretreated water (taken seawater) to the reverse osmosis membrane treatment means 8 (reverse osmosis membrane module) at a lower pressure than when fresh water is produced when the cleaning agent is injected. Control. That is, the pressure of the high-pressure pump P2 and / or the opening of the valve (not shown) is controlled. The pressure in the reverse osmosis membrane module at the time of injecting the cleaning agent is ½ or less, preferably 1 MPa or less, during fresh water production. At this time, as the pressure in the reverse osmosis membrane module is reduced, the flow rate of the pretreatment water containing the cleaning liquid is also reduced. This flow rate varies depending on how pressure is applied (that is, the pressure setting of the high-pressure pump P2 and / or the opening of the valve (not shown)), the structure of the reverse osmosis membrane module, and the state of biofilm generation. It is 1/2 or less, preferably 1/10 or less of the supply flow rate of seawater.
次に、制御手段１３は、殺菌剤の注入時には淡水製造時以上の圧力で逆浸透膜処理手段８に前処理水を供給する運転制御する。つまり、高圧ポンプＰ２の圧力を制御する。殺菌操作時は、逆浸透膜モジュール内の圧力および殺菌剤を含む前処理水の流量を、少なくとも洗浄操作時よりも大きな値となるように、好ましくは淡水製造時以上となるように、高圧ポンプＰ２の圧力および／または図示しない前記バルブの開度を制御手段１３で制御する。 Next, the control means 13 controls the operation of supplying the pretreated water to the reverse osmosis membrane treatment means 8 at a pressure higher than that during the production of fresh water when the sterilizing agent is injected. That is, the pressure of the high pressure pump P2 is controlled. At the time of sterilization operation, the pressure in the reverse osmosis membrane module and the flow rate of the pretreatment water containing the sterilizing agent are at least larger than those at the time of the washing operation, preferably higher than at the time of fresh water production. The control means 13 controls the pressure of P2 and / or the opening of the valve (not shown).
このような洗浄操作時の圧力と流量制御により、バイオフィルムへの洗浄剤と殺菌剤の作用が変化する。流量が低下することで、洗浄剤である酵素はバイオフィルム近傍での滞留時間がより長くなる。また、逆浸透膜モジュール内部の流量の低下は、スペーサーによる流れの不均一の解消とともに、拡散の効果により流れの滞留部（つまり、バイオフィルムの生成が起こり易い領域）への酵素の供給が容易となる。 By such pressure and flow rate control during the cleaning operation, the action of the cleaning agent and the bactericidal agent on the biofilm changes. By decreasing the flow rate, the enzyme as a cleaning agent has a longer residence time in the vicinity of the biofilm. In addition, the decrease in the flow rate inside the reverse osmosis membrane module eliminates uneven flow due to the spacer, and facilitates the supply of the enzyme to the flow retention part (that is, the region where biofilm formation is likely to occur) due to the diffusion effect. It becomes.
一方、淡水製造時の高圧の状態で生成したバイオフィルムは、内部に同等の圧力に相当する水分を含有している。洗浄剤注入時の圧力を低下させると圧力平衡を得るため、バイオフィルムの一部の水分はバイオフィルム外に放出される。そして、注入時には高圧がかかるため、再度圧力の平衡をとるため、バイオフィルム内に外部から水分が浸入する。このとき、殺菌剤も同時に浸入するため、バイオフィルムのより中心部まで殺菌剤が達することとなる。 On the other hand, the biofilm produced | generated in the state of the high pressure at the time of freshwater manufacture contains the water | moisture content equivalent to an equivalent pressure inside. In order to obtain a pressure equilibrium when the pressure at the time of injecting the cleaning agent is reduced, a part of the water in the biofilm is released out of the biofilm. Since high pressure is applied at the time of injection, moisture enters the biofilm from the outside in order to rebalance the pressure. At this time, since the bactericidal agent also enters at the same time, the bactericidal agent reaches the center of the biofilm.
さらに、殺菌処理を開始する際の前処理水の流量の増加は、逆浸透膜モジュール内部の流路における流速変化を生じさせる。従って、バイオフィルムには水流によるせん断力が生じ、洗浄剤で強度が低下したバイオフィルムの基材（逆浸透膜またはスペーサー）からの剥離を促進させることができる。
洗浄・殺菌操作が終了したら、第１実施形態と同様にして、淡水製造のための逆浸透膜処理を再開する。
Furthermore, the increase in the flow rate of the pretreatment water when starting the sterilization process causes a change in flow rate in the flow path inside the reverse osmosis membrane module. Therefore, shear force is generated in the biofilm due to water flow, and peeling of the biofilm whose strength has been reduced by the cleaning agent from the substrate (reverse osmosis membrane or spacer) can be promoted.
When the cleaning / sterilization operation is completed, the reverse osmosis membrane treatment for fresh water production is resumed in the same manner as in the first embodiment.
このような態様でバイオフィルムの除去と殺菌を行うと、第１実施形態で述べた効果に加え、逆浸透膜モジュール内の滞留部への洗浄剤の供給が促進されるため、バイオフィルムの洗浄効果を向上させることができる。また、殺菌剤がバイオフィルムの中心部に導入されることから、第１実施形態で述べた手順では殺菌効果が十分でない領域にいた微生物に対しても効果が得られる。 When the biofilm is removed and sterilized in this manner, in addition to the effects described in the first embodiment, the supply of the cleaning agent to the staying portion in the reverse osmosis membrane module is promoted. The effect can be improved. In addition, since the bactericidal agent is introduced into the center of the biofilm, the procedure described in the first embodiment can also be effective against microorganisms that have been in a region where the bactericidal effect is not sufficient.
より大きな効果を得るためには、バイオフィルム内外での浸透圧差を利用する。すなわち、洗浄操作でバイオフィルムから水分を排出させるには、外部の塩濃度が高い方がよい。そのため、例えば、逆浸透膜処理手段８から排出される濃縮廃水を用いるとよい。逆に、殺菌工程では、バイオフィルム内部に水を導入するため、海水よりも浸透圧の低い、例えば淡水を用いるとよい。
さらに、流速の変化によるせん断力による物理的な作用が加わるため、酵素による化学的な作用のみの場合よりもバイオフィルムの除去が促進される。
In order to obtain a greater effect, the osmotic pressure difference inside and outside the biofilm is used. That is, in order to drain water from the biofilm by a washing operation, it is better that the external salt concentration is high. Therefore, for example, concentrated waste water discharged from the reverse osmosis membrane treatment means 8 may be used. Conversely, in the sterilization step, water is introduced into the biofilm, and therefore, for example, fresh water having a lower osmotic pressure than seawater may be used.
Furthermore, since a physical action due to a shearing force due to a change in flow velocity is added, the removal of the biofilm is promoted more than the case of only the chemical action by the enzyme.
＜第３実施形態＞
（第３実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムの主な構成要素）
図２は、第３実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳの構成を示すブロック図である。
図２に示すように、第３実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳは、逆浸透膜処理手段８に、バイオフィルムの量を計測して制御手段１３に出力する計測手段２１を設けている点で第１実施形態と相違する。
<Third Embodiment>
(Main components of the reverse osmosis membrane filtration system according to the third embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a reverse osmosis membrane filtration system S according to the third embodiment.
As shown in FIG. 2, in the reverse osmosis membrane filtration system S according to the third embodiment, the reverse osmosis membrane treatment means 8 is provided with a measurement means 21 that measures the amount of biofilm and outputs it to the control means 13. This is different from the first embodiment.
第３実施形態では、制御手段１３は、ｐＨ計１２の計測値と伴に、計測手段２１で計測された計測結果に基づいてｐＨ調整剤注入手段９、洗浄剤注入手段１０および殺菌剤注入手段１１の制御を行う。つまり、第３実施形態では、計測手段２１で計測されたこの計測値を、洗浄・殺菌操作の開始、洗浄剤の注入条件および／または殺菌剤の注入条件の設定に用いる。
In the third embodiment, the
なお、計測手段２１としては、逆浸透膜処理手段８内外の差圧を測定する差圧計を挙げることができる。また、計測手段２１としては、バイオフィルムの状態を観察するカメラ、顕微鏡、分光計などの光学機器も挙げることができる。これらの光学機器は、フローセルなどと組み合わせて用いるのも好ましい。さらに、計測手段２１としては、クオラムセンシングの阻害物質（オートインデューサー）を計測することのできるＨＰＬＣなどの計測器も挙げることができる。これらについては後ほど詳細に説明する。なお、図２は、計測手段２１として、逆浸透膜処理手段８内外の差圧を測定する差圧計を用いた例を示している。 In addition, as the measurement means 21, the differential pressure gauge which measures the pressure difference inside and outside the reverse osmosis membrane processing means 8 can be mentioned. Moreover, as the measurement means 21, optical apparatuses, such as a camera, a microscope, and a spectrometer which observe the state of a biofilm, can also be mentioned. These optical instruments are also preferably used in combination with a flow cell or the like. Further, as the measuring means 21, a measuring instrument such as HPLC capable of measuring an inhibitor (autoinducer) of quorum sensing can be cited. These will be described in detail later. FIG. 2 shows an example in which a differential pressure gauge that measures the pressure difference inside and outside the reverse osmosis membrane treatment means 8 is used as the measurement means 21.
第３実施形態における差圧とは、図２に示すように、逆浸透膜の流路抵抗（流入点と濃縮廃水流出点との差圧）に相当するものである。差圧計は１つの逆浸透膜モジュールのみに設置してもよいが、複数の逆浸透膜モジュールに設置して平均値や最大値を用いるのが好ましい。これは、逆浸透膜モジュールの配置は直列や分割（下流側ほどモジュール数が多くなる配置）など様々であるため、逆浸透膜モジュールごとにバイオフィルムの形成状態が異なるためである。 As shown in FIG. 2, the differential pressure in the third embodiment corresponds to the flow resistance of the reverse osmosis membrane (the differential pressure between the inflow point and the concentrated wastewater outflow point). Although the differential pressure gauge may be installed only in one reverse osmosis membrane module, it is preferable to install the differential pressure gauge in a plurality of reverse osmosis membrane modules and use an average value or a maximum value. This is because the reverse osmosis membrane modules are arranged in various ways, such as in series or divided (arrangement where the number of modules increases toward the downstream side), and thus the state of biofilm formation differs for each reverse osmosis membrane module.
計測手段２１として差圧計が設けられた第３実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳでは、以下のようにして逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌を行う。 In the reverse osmosis membrane filtration system S according to the third embodiment in which a differential pressure gauge is provided as the measuring means 21, the biofilm of the reverse osmosis membrane is removed and sterilized as follows.
（逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌）
図３は、第３実施形態における制御フローを示すフロー図である。
制御手段１３は、まず、第１実施形態と同様にして、バルブＶ１の接続を切り替えて、逆浸透膜処理手段８で製造された淡水が、逆浸透膜処理手段８から排出される濃縮廃水と合流するようにする（図２参照）。
(Removal and sterilization of reverse osmosis biofilm)
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow in the third embodiment.
As in the first embodiment, the control means 13 first switches the connection of the valve V1 so that the fresh water produced by the reverse osmosis membrane treatment means 8 and the concentrated wastewater discharged from the reverse osmosis membrane treatment means 8 Let them merge (see FIG. 2).
次いで、制御手段１３は、図３に示すように、ステップＳ３０１でｐＨ調整剤注入手段９に向けて開始信号を出力する。
開始信号が入力されたｐＨ調整剤注入手段９は、高圧ポンプＰ２によって前処理水調整タンク６から逆浸透膜処理手段８に向けて送られる前処理水へのｐＨ調整剤の注入を開始する。
Next, as shown in FIG. 3, the control means 13 outputs a start signal to the pH adjusting agent injection means 9 in step S301.
The pH adjusting agent injecting means 9 to which the start signal is input starts injecting the pH adjusting agent into the pretreated water sent from the pretreated
次に、ステップＳ３０２でｐＨ計１２によるｐＨが制御手段１３に登録した所定の範囲（例えば、ｐＨ６．５〜７．５）にあるか判断する。
ｐＨが制御手段１３に登録した所定の範囲にない場合（ステップＳ３０２でＮｏ）はステップＳ３０３でｐＨ調整剤の注入を継続するなどして注入量を調整する。この調整には一般的なＰＩＤ制御を適用できる。
Next, in step S302, it is determined whether the pH measured by the
If the pH is not within the predetermined range registered in the control means 13 (No in step S302), the injection amount is adjusted by continuing the injection of the pH adjusting agent in step S303. For this adjustment, general PID control can be applied.
ステップＳ３０２でｐＨ計１２によるｐＨが制御手段１３に登録した所定の範囲にある場合（ステップＳ３０２でＹｅｓ）は、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、計測手段２１が差圧ΔＰの初期値を取得し、制御手段１３に向けて出力する。なお、差圧ΔＰの初期値は、洗浄前のバイオフィルムの初期状態を示す。
If the pH measured by the
差圧ΔＰの初期値が入力された制御手段１３は、ステップＳ３０５にて、洗浄剤注入手段１０に向けて開始信号を出力する。開始信号が入力された洗浄剤注入手段１０は、前処理水への洗浄剤の注入を開始する。 The control means 13 to which the initial value of the differential pressure ΔP is input outputs a start signal toward the cleaning agent injection means 10 in step S305. The cleaning agent injection means 10 to which the start signal is input starts injecting the cleaning agent into the pretreated water.
制御手段１３に洗浄剤注入時間の上限（ｔ０）を予め登録しておき、ステップＳ３０６で、実際の洗浄剤注入時間と予め登録したｔ０を比較する（洗浄剤注入時間＞ｔ０）。 The upper limit (t0) of the cleaning agent injection time is registered in advance in the control means 13, and in step S306, the actual cleaning agent injection time is compared with t0 registered in advance (cleaning agent injection time> t0).
洗浄剤注入時間がｔ０より短い場合（ステップＳ３０６でＮｏ）、制御手段１３は、ステップＳ３０７に進んで差圧ΔＰが設定値ΔＰ０よりも小さいか確認する（ΔＰ＜ΔＰ０）。なお、設定値ΔＰ０は、十分洗浄がなされた逆浸透膜における、所定の流量における差圧ΔＰの基準値である。従って、設定値ΔＰ０よりも実測の差圧ΔＰが大きい場合（ステップＳ３０７でＮｏ）は、逆浸透膜上に付着したバイオフィルムの量が多いことを示している。そのため、再びステップＳ３０６に戻って洗浄剤の注入を継続する。
When the cleaning agent injection time is shorter than t0 (No in step S306), the
洗浄剤注入時間がｔ０より長くなった場合（ステップＳ３０６でＹｅｓ）および差圧ΔＰよりも設定値ΔＰ０が大きくなった場合（ステップＳ３０７でＹｅｓ）、制御手段１３は、ステップＳ３０８に進んでｐＨ調整剤注入手段９と洗浄剤注入手段１０に向けて停止信号を出力する。停止信号が入力されたｐＨ調整剤注入手段９と洗浄剤注入手段１０は、それぞれの薬剤の注入を停止する。 When the cleaning agent injection time becomes longer than t0 (Yes in Step S306) and when the set value ΔP0 becomes larger than the differential pressure ΔP (Yes in Step S307), the control means 13 proceeds to Step S308 and adjusts the pH. A stop signal is output toward the agent injection means 9 and the cleaning agent injection means 10. The pH adjusting agent injection means 9 and the cleaning agent injection means 10 to which the stop signal is input stop the injection of the respective drugs.
ｐＨ調整剤と洗浄剤の注入が停止したら、ステップＳ３０９に進んで、制御手段１３は再度、計測手段２１に向けて差圧ΔＰを計測するための再計測信号を出力する。再計測信号が入力された計測手段２１は再度、差圧ΔＰを計測し、その計測値を制御手段１３に向けて出力する。再度計測した差圧ΔＰの計測値が入力された制御手段１３は、ステップＳ３１０に進んで殺菌剤の注入条件を算出する。 When the injection of the pH adjusting agent and the cleaning agent is stopped, the process proceeds to step S309, and the control means 13 again outputs a remeasurement signal for measuring the differential pressure ΔP toward the measurement means 21. The measuring means 21 to which the re-measurement signal is inputted measures the differential pressure ΔP again and outputs the measured value to the control means 13. The control means 13 to which the measured value of the differential pressure ΔP that has been measured again is input proceeds to step S310 and calculates the injection condition of the bactericide.
差圧ΔＰが設定値ΔＰ０以下の場合は、予め制御手段１３に設定されている殺菌剤の注入条件（例えば、注入量および／または注入時間）を用いればよい。
一方、差圧ΔＰが設定値ΔＰ０より大きい場合は、（ΔＰ−ΔＰ０）の関数として注入条件を算出する。関数は、例えば殺菌剤の注入量として、Ａ×（ΔＰ−ΔＰ０）n＋Ｂを用いて求める。ここで、Ａ，Ｂ，ｎは定数である。定数Ａは、バイオフィルムの正味の付着量に対して必要な殺菌剤の注入量を決定するための定数である。定数Ｂは、海水によって消費される殺菌剤の量を予め考慮するための定数である。定数Ｂが不足すると、海水に含まれる有機物、無機物または微生物によって殺菌剤が消費され、バイオフィルム内に到達する実質的な殺菌剤量が不足することになる。
When the differential pressure ΔP is equal to or less than the set value ΔP0, the disinfectant injection conditions (for example, the injection amount and / or the injection time) set in the control means 13 in advance may be used.
On the other hand, when the differential pressure ΔP is larger than the set value ΔP0, the injection condition is calculated as a function of (ΔP−ΔP0). The function is obtained using, for example, A × (ΔP−ΔP0) n + B as the injection amount of the bactericide. Here, A, B, and n are constants. The constant A is a constant for determining the injection amount of the necessary bactericide with respect to the net adhesion amount of the biofilm. The constant B is a constant for considering in advance the amount of disinfectant consumed by seawater. When the constant B is insufficient, the bactericidal agent is consumed by organic substances, inorganic substances, or microorganisms contained in the seawater, and a substantial amount of the bactericidal agent reaching the biofilm is insufficient.
これらの定数は、海水の水質、逆浸透膜モジュールの仕様、殺菌剤の種類によって調整が必要である。Ｂの値は、例えば、対象となる海水に殺菌剤を添加し、所定の時間後も有効に働く殺菌剤の濃度を測定して得られた注入量をＢとして用いればよい。すなわち、海水による殺菌剤の消費量を測定しておき、得られた注入量をＢとして用いればよい。海水の水質は年間を通じて変化するため、例えば１ヶ月ごとにＢの値を更新することが望ましい。 These constants need to be adjusted according to the quality of seawater, the specifications of the reverse osmosis membrane module, and the type of disinfectant. As the value of B, for example, an injection amount obtained by adding a bactericide to the target seawater and measuring the concentration of the bactericide that works effectively after a predetermined time may be used as B. That is, the consumption of the disinfectant by seawater is measured, and the obtained injection amount may be used as B. Since the quality of seawater changes throughout the year, it is desirable to update the value of B every month, for example.
また、Ａの値は、バイオフィルム中の微生物に対する殺菌効果を考慮して決定する必要がある。例えば、対象となる海水を逆浸透膜処理する際に得られたバイオフィルムを採取し、これに対して殺菌剤を添加し、所定の時間後の殺菌効果、すなわち、生存している微生物と死亡している微生物のそれぞれの数を測定しておき、この値を用いればよい。バイオフィルムの性状も変化することから、洗浄・殺菌操作後の差圧ΔＰの増加速度に応じてＡの値を再設定するのが好ましい。 Further, the value of A needs to be determined in consideration of the bactericidal effect on microorganisms in the biofilm. For example, a biofilm obtained when reverse osmosis membrane treatment is performed on the target seawater, a bactericidal agent is added thereto, and a bactericidal effect after a predetermined time, that is, living microorganisms and death It is only necessary to measure the number of microorganisms in use and use this value. Since the properties of the biofilm also change, it is preferable to reset the value of A according to the increasing speed of the differential pressure ΔP after the washing / sterilizing operation.
ｎの値は、流路断面積に依存する差圧ΔＰを殺菌が必要なバイオフィルムの体積に換算するために、ｎ＝３／２とするのがよい。 The value of n is preferably n = 3/2 in order to convert the differential pressure ΔP depending on the cross-sectional area of the channel into the volume of the biofilm that needs to be sterilized.
ステップＳ３１０で殺菌剤の注入条件が算出されたら、ステップＳ３１１に進み、制御手段１３から殺菌剤注入手段１１に向けて、算出結果に基づいた注入量をもって前処理水に殺菌剤を注入させるための開始信号を出力する。開始信号が入力された殺菌剤注入手段１１は、算出結果に基づいた注入量の殺菌剤を前処理水に注入する。
When the sterilizing agent injection conditions are calculated in step S310, the process proceeds to step S311 to inject the sterilizing agent into the pretreatment water from the
次のステップＳ３１２では、制御手段１３が、殺菌剤の注入量が殺菌剤の注入条件の範囲内にあるか確認する。殺菌剤の注入条件に満たない場合（ステップＳ３１２でＮｏ）、制御手段１３は、殺菌剤注入手段１１に向けて殺菌剤を継続して注入させるための継続信号を出力する。継続信号が入力された殺菌剤注入手段１１は、前処理水への殺菌剤の注入を継続して行う。
In the next step S312, the control means 13 confirms whether the injection amount of the bactericide is within the range of the bactericide injection conditions. When the injection condition of the sterilizing agent is not satisfied (No in Step S312), the
そして、ステップＳ３１２で制御手段１３が、殺菌剤の注入量が殺菌剤の注入条件を満たした場合（ステップＳ３１２でＹｅｓ）、制御手段１３は殺菌剤注入手段１１に向けて停止信号を出力する。停止信号が入力された殺菌剤注入手段１１は殺菌剤の注入を停止する。
In step S312, the
計測手段２１として差圧計が設けられた第３実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムＳでは、以上のように制御して逆浸透膜のバイオフィルムの除去と殺菌を行う。 In the reverse osmosis membrane filtration system S according to the third embodiment in which a differential pressure gauge is provided as the measuring means 21, the biofilm of the reverse osmosis membrane is removed and sterilized by controlling as described above.
なお、この第３実施形態では殺菌剤の注入量を制御したが、殺菌剤の濃度を一定として注入時間を変化させたり、ＣＴ値（つまり、殺菌剤の注入量および／または注入時間）を指標として注入条件を設定させるよう、差圧ΔＰを用いた関数を変化させたりしてもよい。また、差圧ΔＰが設定値ΔＰ０以下の場合であっても適宜の関数を設定して洗浄剤の注入条件を決定することもできる。
なお、洗浄剤や殺菌剤の注入時間は各薬剤の効果によって異なるが、３０分間から６時間の範囲でそれぞれ実施することが望ましい。
In the third embodiment, the injection amount of the bactericide is controlled, but the injection time is changed with the concentration of the bactericide constant, or the CT value (that is, the injection amount and / or the injection time of the bactericide) is used as an index. The function using the differential pressure ΔP may be changed so that the injection conditions are set as follows. Even when the differential pressure ΔP is equal to or less than the set value ΔP0, an appropriate function can be set to determine the cleaning agent injection conditions.
In addition, although the injection | pouring time of a cleaning agent or a disinfectant changes with effects of each chemical | medical agent, it is desirable to implement each in the range for 30 minutes to 6 hours.
このような態様でバイオフィルムの除去と殺菌を行うと、第１実施形態で述べた効果に加え、実際の洗浄結果を反映した殺菌剤の注入ができるため、生きた微生物の残留が減り、バイオフィルムの再形成を抑制できる。また、差圧ΔＰによって適切な量の洗浄剤および殺菌剤の注入を実現できるため、薬剤費の適正化が図られる。 When the biofilm is removed and sterilized in this manner, in addition to the effects described in the first embodiment, the sterilizing agent that reflects the actual cleaning result can be injected, so that the number of living microorganisms is reduced and Reformation of the film can be suppressed. In addition, since appropriate amounts of the cleaning agent and the bactericidal agent can be injected by the differential pressure ΔP, the drug cost can be optimized.
第３実施形態では計測手段２１として差圧計を用いたが、前記したように、これ以外に、例えばバイオフィルムの生成の状態を光学的に計測することのできるフローセルと計測装置を用いることができる。
フローセルを用いる場合、逆浸透膜処理手段８と同じ海水が流入するよう接続する。また、セルの内部構造は逆浸透膜モジュール内部のスペーサー構造と流速を再現できるように構築する。
また、フローセルを光学的に透明な素材で製作すると、例えば、カメラ、顕微鏡、分光計などの光学機器を用いてバイオフィルムの状態を観察することもでき、それによりバイオフィルムの量を評価し、計測することもできる。
カメラ画像を用いる場合は、画像処理により、画像に占めるバイオフィルムの割合(面積比)を算出することができる。このようにして算出された値は、差圧ΔＰの場合と同様に用いることができる。また、分光計による吸光度測定値も、差圧ΔＰの場合と同様に用いることができる。
In the third embodiment, a differential pressure gauge is used as the measuring means 21. However, as described above, for example, a flow cell and a measuring device capable of optically measuring the state of biofilm generation can be used. .
When using a flow cell, it connects so that the same seawater as the reverse osmosis membrane processing means 8 may flow in. The internal structure of the cell is constructed so as to reproduce the spacer structure and flow velocity inside the reverse osmosis membrane module.
In addition, when the flow cell is made of an optically transparent material, for example, the state of the biofilm can be observed using optical equipment such as a camera, a microscope, and a spectrometer, thereby evaluating the amount of the biofilm, It can also be measured.
When using a camera image, the ratio (area ratio) of the biofilm to the image can be calculated by image processing. The value calculated in this way can be used similarly to the case of the differential pressure ΔP. Further, the absorbance measured value by the spectrometer can be used similarly to the case of the differential pressure ΔP.
さらに別の計測手段２１として、例えば、微生物間のクオラムセンシングに用いられるオートインデューサー計測器がある。クオラムセンシングとは、自分と同種または多種の微生物の生息密度を感知して、それに応じて物質の産生をコントロールする機構のことである。オートインデューサーは、微生物間の情報伝達に用いられる物質であり、この濃度が所定値に到達すると、特定の遺伝子の機能が発動する。オートインデューサーは微生物により異なるが、ＡＨＬ（Acylate Homoserine Lactone, アシル化ホモセリンラクトン）、ＤＫＰ（diketopiperazines）などがある。 As another measuring means 21, for example, there is an auto inducer measuring instrument used for quorum sensing between microorganisms. Quorum sensing is a mechanism that senses the density of microorganisms of the same or different types and controls the production of substances accordingly. An auto inducer is a substance used for information transmission between microorganisms. When this concentration reaches a predetermined value, a function of a specific gene is activated. Autoinducers vary depending on the microorganism, but include AHL (Acylate Homoserine Lactone, acylated homoserine lactone) and DKP (diketopiperazines).
ＡＨＬの計測方法としては、レポータ株を用いる方法や薄層クロマトグラフィー重層法がある。オートインデューサーの濃度は微生物数やバイオフィルムの形成状態を反映しているため、前述の差圧や光学的な計測方法と同様に、制御手段１３によって洗浄・殺菌操作を制御するための入力情報として用いることができる。 As a measuring method of AHL, there are a method using a reporter strain and a thin layer chromatography multi-layer method. Since the concentration of the autoinducer reflects the number of microorganisms and the state of biofilm formation, input information for controlling the cleaning / sterilization operation by the control means 13 as in the above-described differential pressure and optical measurement methods. Can be used as
レポータ株を用いたＡＨＬの定量方法は、例えば、「バイオフィルム入門」(日科技連)に紹介されている。ＡＨＬ合成遺伝子が破壊されたレポータ株を用いて、外部からのＡＨＬと結合するタンパク質（Ｒタンパク質）を過剰発現させる。
そして、ＡＨＬに対するＲタンパク質の応答として紫色色素を生産させることでＡＨＬを検知することができる。また、薄層クロマトグラフィーを用いて、菌を展開した後にレポータ株による分析を実施することで、ＡＨＬの構造や定量をすることができる。
なお、レポータ株の具体例としては、Agrobacterium tumefaciens A136(pCF218)(pCF372)やChromobacterium violaceum CV026などがある。
A method for quantifying AHL using a reporter strain is introduced, for example, in “Introduction to Biofilm” (Nichikagiren). Using a reporter strain in which the AHL synthesis gene is disrupted, a protein (R protein) that binds to AHL from the outside is overexpressed.
And AHL is detectable by producing purple pigment | dye as a response of R protein with respect to AHL. In addition, the structure and quantification of AHL can be performed by conducting analysis using a reporter strain after developing the bacteria using thin layer chromatography.
Specific examples of reporter strains include Agrobacterium tumefaciens A136 (pCF218) (pCF372) and Chromobacterium violaceum CV026.
また、クオラムセンシングを阻害する阻害物質（クオラムセンシング阻害物質）がある。この阻害物質にはバイオフィルムの洗浄効果や微生物の殺菌効果はないが、阻害物質を注入することでクオラムセンシングが関与するバイオフィルム増殖過程の進行を抑制することができる。 There are also inhibitors (quorum sensing inhibitors) that inhibit quorum sensing. This inhibitor has no biofilm cleaning effect or microbial bactericidal effect, but injection of the inhibitor can suppress the progression of the biofilm growth process involving quorum sensing.
そのため、クオラムセンシング阻害物質を注入する注入手段を設けて、オートインデューサーの濃度が所定の濃度以上となった際に、当該クオラムセンシング阻害物質を連続的または間欠的に注入する構成をとることもできる。かかるクオラムセンシング阻害物質としては、例えば、ＡＨＬラクトナーゼ、ＡＨＬアシラーゼなどが適用できる。クオラムセンシング阻害物質の注入手段は、還元剤注入手段７と高圧ポンプＰ２の間が望ましい。 Therefore, an injection means for injecting a quorum sensing inhibitor is provided, and when the autoinducer concentration exceeds a predetermined concentration, the quorum sensing inhibitor is continuously or intermittently injected. You can also. As such a quorum sensing inhibitor, for example, AHL lactonase, AHL acylase and the like can be applied. The means for injecting the quorum sensing inhibitor is preferably between the reducing agent injection means 7 and the high-pressure pump P2.
このような構成とすると、第１実施形態で述べた効果に加え、淡水製造の運転を継続しながらバイオフィルムの成長を抑制できるので、特異的にバイオフィルムの成長速度が速い条件となった場合でも、水需要に基づく計画的な運転（淡水製造および洗浄・殺菌操作）を行うことができる。 With such a configuration, in addition to the effects described in the first embodiment, since the growth of biofilm can be suppressed while continuing the operation of freshwater production, when the growth rate of the biofilm is specifically fast However, a planned operation (fresh water production and washing / sterilization operation) based on the water demand can be performed.
＜第４実施形態＞
（第４実施形態に係る逆浸透膜ろ過システムの主な構成要素）
第４実施形態は、第１〜３実施形態と同様な構成であるが、洗浄剤の注入形態を変更している（図示省略）。以下にその内容について説明する。
<Fourth embodiment>
(Main components of the reverse osmosis membrane filtration system according to the fourth embodiment)
The fourth embodiment has the same configuration as the first to third embodiments, but the cleaning agent injection mode is changed (not shown). The contents will be described below.
逆浸透膜の内部構造物として、数ｍｍから数ｃｍピッチの網目状の構造をしたスペーサーが挿入されている。スペーサーは、逆浸透膜同士の接触を防ぐとともに、短絡流の発生やモジュール内での濃度の偏在を防止する機能がある。しかし、個々の網目内では流速の分布が生じる。スペーサーによって生じる流れの滞留部は、微生物が付着し易く、せん断力による剥離も生じ難いため、バイオフィルムが成長し易い。 As an internal structure of the reverse osmosis membrane, a spacer having a network structure with a pitch of several mm to several cm is inserted. The spacer functions to prevent contact between the reverse osmosis membranes and to prevent occurrence of a short circuit flow and uneven distribution of concentration in the module. However, flow velocity distributions occur within individual meshes. The stay portion of the flow generated by the spacer is easy for microorganisms to adhere to and hardly peels off due to shearing force, so that the biofilm easily grows.
そのため、この第４実施形態では、この滞留部に洗浄剤である酵素を効率的に供給する構成を採用している。具体的には、粒子の形態で洗浄剤を供給する。この粒子は、洗浄剤である酵素と糖の混合物とし、望ましくは糖が酵素を被覆する構造とする。この粒子は、水中に酵素および糖を溶解または拡散させ、この溶液またはスラリーを噴霧し、または気中で水分を蒸発させることで得ることができる。この粒子の粒径は、水中の各物質の濃度と噴霧する液滴の大きさに依存するが、洗浄剤として注入するため、直径５０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とする。 Therefore, in this 4th Embodiment, the structure which supplies the enzyme which is a washing | cleaning agent efficiently to this residence part is employ | adopted. Specifically, the cleaning agent is supplied in the form of particles. These particles are a mixture of an enzyme, which is a cleaning agent, and a sugar, and preferably have a structure in which the sugar covers the enzyme. The particles can be obtained by dissolving or diffusing enzymes and sugars in water, spraying the solution or slurry, or evaporating water in the air. The particle size of the particles depends on the concentration of each substance in the water and the size of the droplets to be sprayed, but in order to be injected as a cleaning agent, the diameter is 50 μm or less, preferably 5 μm or less.
水中に存在できる酵素の場合、前記した粒子製造方法では糖との混合物として形成される。一方、水中で個体として存在する種類の酵素は、酵素が糖溶液で覆われた状態から水分を蒸発させるため、糖で被覆された形態となる。このような粒子を、洗浄剤の注入直前にスラリー状にし、前処理水に注入する。 In the case of an enzyme that can be present in water, it is formed as a mixture with sugar in the particle production method described above. On the other hand, an enzyme of a kind existing as an individual in water evaporates water from a state in which the enzyme is covered with a sugar solution, and thus is in a form covered with sugar. Such particles are made into a slurry immediately before the injection of the cleaning agent and injected into the pretreatment water.
このような態様によれば、第１実施形態で述べた効果に加え、洗浄剤の粒子を、逆浸透膜モジュール内でスペーサーによって滞留が生じる部分に滞留または吸着させることができるため、バイオフィルムの洗浄効果をより向上させることができる。 According to such an aspect, in addition to the effects described in the first embodiment, the particles of the cleaning agent can be retained or adsorbed on the portion where the retention is caused by the spacer in the reverse osmosis membrane module. The cleaning effect can be further improved.
以上、発明を実施する形態により、本発明の内容について詳細に説明したが、本発明は前記した内容に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成に一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、前記の各構成、機能等はプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
As mentioned above, although the content of this invention was demonstrated in detail by embodiment which implements this invention, this invention is not limited to an above-described content, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
Ｓ 逆浸透膜ろ過システム
８ 逆浸透膜処理手段
９ ｐＨ調整剤注入手段
１０ 洗浄剤注入手段
１１ 殺菌剤注入手段
S reverse osmosis
Claims (8)
前記取水した海水を前記逆浸透膜処理手段に供給するよりも前の位置に、
前記取水した海水のｐＨを調整するｐＨ調整剤を、前記取水された海水に注入するｐＨ調整剤注入手段と、
前記逆浸透膜の表面に生成するバイオフィルムの成分を分解する分解剤を、前記取水された海水に注入する洗浄剤注入手段と、
前記バイオフィルムによって保護されていた微生物を殺菌する殺菌剤を、前記取水された海水に注入する殺菌剤注入手段と、
を設けたことを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 A reverse osmosis membrane treatment means having a reverse osmosis membrane for producing fresh water by filtering the taken seawater;
In a position before supplying the taken seawater to the reverse osmosis membrane treatment means,
PH adjusting agent injection means for injecting a pH adjusting agent for adjusting the pH of the taken-in seawater into the taken-up seawater;
Cleaning agent injection means for injecting a decomposing agent for decomposing biofilm components generated on the surface of the reverse osmosis membrane into the taken-in seawater;
A bactericidal agent injection means for injecting a bactericidal agent for sterilizing microorganisms protected by the biofilm into the taken-in seawater;
A reverse osmosis membrane filtration system characterized by comprising:
前記ｐＨ調整剤注入手段、前記洗浄剤注入手段および前記殺菌剤注入手段と接続され、前記ｐＨ調整剤の注入量と、前記洗浄剤の注入量と、前記殺菌剤の注入量と、をそれぞれ制御する制御手段を備え、
当該制御手段は、前記ｐＨが予め設定された範囲内となるように前記ｐＨ調製剤を注入しつつ前記洗浄剤を注入し、前記ｐＨ調製剤と前記洗浄剤の注入が終了した後、前記殺菌剤を注入する運転制御を行うことを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 1,
Connected to the pH adjusting agent injection means, the cleaning agent injection means, and the sterilizing agent injection means, and controls the injection amount of the pH adjusting agent, the injection amount of the cleaning agent, and the injection amount of the sterilizing agent, respectively. Control means to
The control means injects the cleaning agent while injecting the pH adjusting agent so that the pH falls within a preset range, and after the injection of the pH adjusting agent and the cleaning agent is completed, the sterilization is performed. A reverse osmosis membrane filtration system characterized by performing operation control for injecting the agent.
前記ｐＨ調整剤注入手段、前記洗浄剤注入手段および前記殺菌剤注入手段と接続され、前記ｐＨ調整剤の注入量と、前記洗浄剤の注入量と、８前記殺菌剤の注入量と、をそれぞれ制御する制御手段を備え、
当該制御手段は、前記洗浄剤の注入時には淡水製造時よりも低い圧力で前記逆浸透膜処理手段に前記取水した海水を供給し、前記殺菌剤の注入時には淡水製造時以上の圧力で前記逆浸透膜処理手段に前記取水した海水を供給する運転制御を行うことを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 1,
The pH adjusting agent injection means, the cleaning agent injection means, and the sterilizing agent injection means are connected, and the injection amount of the pH adjusting agent, the injection amount of the cleaning agent, and the injection amount of the 8 sterilizing agent, respectively. Control means for controlling,
The control means supplies the drawn seawater to the reverse osmosis membrane treatment means at a pressure lower than that at the time of fresh water production when the cleaning agent is injected, and the reverse osmosis at a pressure higher than that at the time of fresh water production when the sterilizing agent is injected. A reverse osmosis membrane filtration system which performs operation control to supply the taken seawater to the membrane treatment means.
前記洗浄剤の注入時に、前記逆浸透膜処理手段に供給される水の圧力が、淡水製造時の１／２以下であることを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 3,
The reverse osmosis membrane filtration system, wherein the pressure of water supplied to the reverse osmosis membrane treatment means at the time of injection of the cleaning agent is ½ or less of that in fresh water production.
前記洗浄剤の注入時に、前記逆浸透膜処理手段に供給される水の圧力が、１ＭＰａ以下であることを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 3,
The reverse osmosis membrane filtration system, wherein the pressure of water supplied to the reverse osmosis membrane treatment means when the cleaning agent is injected is 1 MPa or less.
前記ｐＨ調整剤注入手段、前記洗浄剤注入手段および前記殺菌剤注入手段と接続され、前記ｐＨ調整剤の注入量と、前記洗浄剤の注入量と、前記殺菌剤の注入量と、をそれぞれ制御する制御手段を備え、
当該制御手段は、前記洗浄剤の注入時には淡水製造時よりも低い流量で前記逆浸透膜に前記取水した海水を供給し、前記殺菌剤の注入時には淡水製造時以上の流量で前記逆浸透膜に水を供給するように制御する運転制御を行うことを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 1,
Connected to the pH adjusting agent injection means, the cleaning agent injection means, and the sterilizing agent injection means, and controls the injection amount of the pH adjusting agent, the injection amount of the cleaning agent, and the injection amount of the sterilizing agent, respectively. Control means to
The control means supplies the drawn seawater to the reverse osmosis membrane at a flow rate lower than that at the time of fresh water production when the cleaning agent is injected, and supplies the reverse osmosis membrane to the reverse osmosis membrane at a flow rate higher than that at the time of fresh water production when the sterilizer is injected. A reverse osmosis membrane filtration system characterized by performing operation control for controlling to supply water.
前記バイオフィルムの量を計測して前記制御手段に出力する計測手段を設け、
前記制御手段は、前記バイオフィルム量計測手段から入力された計測値から、前記洗浄剤の注入開始、前記殺菌材の注入開始、前記洗浄剤の注入条件の決定、および前記殺菌剤の注入条件の決定のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to any one of claims 2 to 6,
Measuring means for measuring the amount of the biofilm and outputting to the control means,
The control means, from the measurement value input from the biofilm amount measurement means, start of injection of the cleaning agent, start of injection of the sterilizing material, determination of injection conditions of the cleaning agent, and injection conditions of the sterilizing agent A reverse osmosis membrane filtration system, wherein at least one of the determinations is made.
前記計測手段による計測対象が、差圧、カメラ、顕微鏡、分光計、クオラムセンシングの阻害物質のうちのいずれかであることを特徴とする逆浸透膜ろ過システム。 The reverse osmosis membrane filtration system according to claim 7,
The reverse osmosis membrane filtration system, wherein the measurement object by the measurement means is any one of a differential pressure, a camera, a microscope, a spectrometer, and a quorum sensing inhibitor.
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