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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-16
(45)【発行日】2024-01-24
(54)【発明の名称】排水処理装置及び排水処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/44 20230101AFI20240117BHJP
B01D 61/00 20060101ALI20240117BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20240117BHJP
C02F 3/28 20230101ALI20240117BHJP
【ＦＩ】
C02F1/44 A
B01D61/00 500
B01D61/58
C02F1/44 D
C02F3/28 A
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020561311
(86)(22)【出願日】2019-12-06
(86)【国際出願番号】 JP2019047842
(87)【国際公開番号】W WO2020129707
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-11-07
(31)【優先権主張番号】P 2018239439
(32)【優先日】2018-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504174180
【氏名又は名称】国立大学法人高知大学
(73)【特許権者】
【識別番号】390014074
【氏名又は名称】前澤工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001656
【氏名又は名称】弁理士法人谷川国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤原 拓
(72)【発明者】
【氏名】石田 進
(72)【発明者】
【氏名】三好 太郎
(72)【発明者】
【氏名】グェン タン フォン
(72)【発明者】
【氏名】ガンバト ゾルザヤ
【審査官】高橋 成典
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１２／１３３６６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２３６１２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０１６３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００８２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２０３１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８０６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２７３４７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－９７３２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５０６８６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１００６２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－６１４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第３１３０１５６（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ６１／００ － ７１／８２
Ｃ０２Ｆ １／４４
３／２８ － ３／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第１の排水、並びに、水分を含み且つ前記第１の排水以外の第１の駆動溶液の間に配設され、前記第１の排水から受ける圧力が前記第１の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第１の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第１の排水を濃縮する第１の除去手段と、前記第１の駆動溶液を前記第１の除去手段との間で循環させる第１の循環手段と、
夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第２の排水、並びに、水分を含み且つ前記第２の排水以外の第２の駆動溶液の間に配設され、前記第２の排水から受ける圧力が前記第２の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第２の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第２の排水を濃縮する第２の除去手段と、
前記第２の駆動溶液を前記第２の除去手段との間で循環させる第２の循環手段と、
を備え、
前記第１の駆動溶液は、前記第２の循環手段により循環した第２の駆動溶液であり、
前記第１の排水の溶質濃度は前記第２の排水の溶質濃度よりも低く、前記第１の駆動溶液の溶質濃度は前記第２の駆動溶液の溶質濃度よりも低いことを特徴とする排水処理装置。
【請求項2】
前記第１の駆動溶液は前記第２の排水に含まれる水分を含むことを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項3】
前記第１の駆動溶液の溶質濃度及び前記第１の排水の溶質濃度の差又は前記第２の駆動溶液の溶質濃度及び前記第２の排水の溶質濃度の差と、前記第１の除去手段のフラックス又は前記第２の除去手段のフラックスとに基づいて前記第１の除去手段の面積又は前記第２の除去手段の面積を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【請求項4】
前記第１の排水の濃縮倍率及び前記第２の排水の濃縮倍率は前記第１の除去手段の面積又は前記第２の除去手段の面積に基づいて設定されることを特徴とする請求項３記載の排水処理装置。
【請求項5】
前記第１の排水の濃縮倍率及び前記第２の排水の濃縮倍率は前記第１の排水に含まれる有機物が分解される量又は前記第２の排水に含まれる有機物が分解される量に基づいて設定されることを特徴とする請求項３又は４記載の排水処理装置。
【請求項6】
前記第１の排水又は前記第２の排水において、メタン発酵が進行してバイオガスが生成された場合に、前記バイオガスを回収する回収手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項7】
前記第１の排水又は前記第２の排水において、メタン発酵が進行してバイオガスが生成された場合に、前記バイオガスを前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段に供給する供給手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項8】
前記第１の排水又は前記第２の排水に気体を曝気する曝気手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項9】
前記第１の排水又は前記第２の排水に曝気される気体の曝気量はＯＲＰに基づいて制御されることを特徴とする請求項８記載の排水処理装置。
【請求項10】
前記第１の排水又は前記第２の排水に酸を供給する酸供給手段を有し、前記酸の量は前記第１の排水又は前記第２の排水のｐＨに基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の排水処理装置。
【請求項11】
前記供給される酸が有機酸であることを特徴とする請求項１０記載の排水処理装置。
【請求項12】
前記有機酸が、排水に含まれる有機物の発酵生成物であることを特徴とする請求項１１記載の排水処理装置。
【請求項13】
夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第１の排水、並びに、水分を含み且つ前記第１の排水以外の第１の駆動溶液の間に配設され、前記第１の排水から受ける圧力が前記第１の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第１の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第１の排水を濃縮する第１の除去手段と、前記第１の駆動溶液を前記第１の除去手段との間で循環させる第１の循環手段と、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第２の排水、並びに、水分を含み且つ前記第２の排水以外の第２の駆動溶液の間に配設され、前記第２の排水から受ける圧力が前記第２の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第２の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第２の排水を濃縮する第２の除去手段と、前記第２の駆動溶液を前記第２の除去手段との間で循環させる第２の循環手段とを備え、前記第１の駆動溶液は、前記第２の循環手段により循環させた第２の駆動溶液であり、前記第１の排水の溶質濃度は前記第２の排水の溶質濃度よりも低く、前記第１の駆動溶液の溶質濃度は前記第２の駆動溶液の溶質濃度よりも低いことを特徴とする排水処理装置を用いた排水処理方法において、前記第２の排水に含まれる水分が前記第２の除去手段を透過して前記第２の駆動溶液に移動する移動ステップと、
前記第２の駆動溶液が前記第２の循環手段と前記第２の除去手段との間で循環する循環ステップと、
前記第２の駆動溶液に移動した水分を含む前記循環した第２の駆動溶液が前記第１の除去手段に供給される供給ステップと、を有することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、ＦＯ（Forward Osmosis）膜を用いて夾雑物、溶解性物質及び水分を含む下水等の排水を処理する排水処理設備が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＦＯ膜は下水等の排水及び海水等の駆動溶液ＤＳ（Draw Solution）の間に位置し、駆動溶液ＤＳの溶質濃度が排水の溶質濃度よりも高いとき、ＦＯ膜が排水から受ける圧力が駆動溶液ＤＳから受ける圧力よりも高いため、排水に含まれる水分のみがＦＯ膜を透過して駆動溶液ＤＳに移動し、排水に含まれる夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜に捕捉される。その結果、排水は濃縮される。
【0003】
図７は従来の排水処理設備７０を概略的に示すブロック図であり、図７の排水処理設備７０は、排水導入設備７１、処理槽７２、ＦＯ膜ユニット７３、駆動溶液導入設備７４、駆動溶液循環設備７５、メタン発酵槽７６、及びポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５（各ポンプの吐出量は表１参照。）を備え、処理槽７２はＦＯ膜ユニット７３を有する。また、ＦＯ膜ユニット７３はＦＯ膜支持材（不図示）及びＦＯ膜７３ａから構成され、ＦＯ膜支持材及びＦＯ膜７３ａが内部空間Ｖを有するように構成されている。
【0004】
【表1】
【0005】
排水導入設備７１は、例えば、凝集沈殿法に基づいて発生した沈澱汚泥及びスクリーン等によって捕捉されたゴミ等の異物（スクリーンかす）が除去された排水を貯留している。排水導入設備７１に貯留されている排水はポンプＰ１によって処理槽７２に移送され、処理槽７２はその排水によって充たされる。ＦＯ膜ユニット７３は処理槽７２を充たす排水に浸漬される。
【0006】
駆動溶液導入設備７４はスクリーン等によって異物が除去された駆動溶液ＤＳである海水を貯留している。駆動溶液導入設備７４に貯留されている駆動溶液ＤＳはポンプＰ２によって駆動溶液循環設備７５に移送される。駆動溶液循環設備７５はＦＯ膜ユニット７３及びポンプＰ３，Ｐ５に接続され、駆動溶液循環設備７５に移送された駆動溶液ＤＳはポンプＰ３によって駆動溶液循環設備７５及びＦＯ膜ユニット７３を循環するとともに、ポンプＰ５によって駆動溶液循環設備７５から、例えば、海洋中に放流される。
【0007】
駆動溶液循環設備７５の駆動溶液ＤＳは、駆動溶液循環設備７５及びＦＯ膜ユニット７３を循環するとき、ＦＯ膜ユニット７３の内部空間Ｖに流入する。したがって、ＦＯ膜７３ａは処理槽７２を充たした排水と、内部空間Ｖに流入した駆動溶液ＤＳとの間に位置し、駆動溶液ＤＳの溶質濃度が処理槽７２を充たす排水の溶質濃度よりも高いとき、処理槽７２を充たす排水に含まれる水分はＦＯ膜７３ａを透過して内部空間Ｖに移動する。その結果、内部空間Ｖに流入した駆動溶液ＤＳ及びＦＯ膜７３ａを透過して内部空間Ｖに移動した水分は混合され、駆動溶液循環設備７５に集水されるとともに、処理槽７２を充たす排水は濃縮される。濃縮された処理槽７２の排水はポンプＰ４によってメタン発酵槽７６に移送される。
【0008】
メタン発酵槽７６は濃縮された排水に含まれる有機物を分解するメタン菌を有し、メタン菌が濃縮された排水に含まれる有機物を分解すると、バイオガス及び消化液が生成され、バイオガスはエネルギーとして回収される。メタン発酵槽７６で分解される有機物の濃度は安定したバイオガスの回収を確保する観点から高いほうがよいとされ、例えば、１５倍以上に濃縮された下水やＣＯＤCrの値が30000～50000mg/Lを示す下水汚泥がメタン発酵槽７６でのバイオガスの生成に用いられる。
【0009】
ところで、排水、例えば、下水は多くの塩類を含み、塩類が下水中で解離すると、塩化物イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオン、アンモニウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン等が生じる。一般的に、下水の塩類濃度は100～1000mg/Lであるが、汽水域付近の下水処理場で処理される下水の塩類濃度は2000～3000mg/Lに達する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１８－０１５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、下水及び海水（駆動溶液ＤＳ）の間にＦＯ膜を配置して下水を濃縮すると、その下水のＣＯＤCr及び塩類濃度は上昇するが、ＦＯ膜に生じる浸透圧の関係から下水の塩類濃度が海水の溶質濃度30000～35000mg/Lを越えることはない。そうすると、例えば、塩類濃度が2000mg/Lの下水及び海水の間にＦＯ膜を配置しても、その下水を２５倍濃縮し、その下水の溶質濃度を50000mg/Lとすることはできない（下水の濃縮倍率と、下水のＣＯＤCr又は下水の塩類濃度との関係は表２参照。）。
【0012】
【表2】
【0013】
すなわち、駆動溶液ＤＳの溶質濃度に制約され、十分な排水の濃縮を実現することができないという問題があった。
【0014】
本発明の目的は、十分な排水の濃縮を実現することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するために、本発明の排水処理装置は、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第１の排水、並びに、水分を含み且つ前記第１の排水以外の第１の駆動溶液の間に配設され、前記第１の排水から受ける圧力が前記第１の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第１の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第１の排水を濃縮する第１の除去手段と、前記第１の駆動溶液を前記第１の除去手段との間で循環させる第１の循環手段と、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第２の排水、並びに、水分を含み且つ前記第２の排水以外の第２の駆動溶液の間に配設され、前記第２の排水から受ける圧力が前記第２の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第２の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第２の排水を濃縮する第２の除去手段と、前記第２の駆動溶液を前記第２の除去手段との間で循環させる第２の循環手段と、を備え、前記第１の駆動溶液は、前記第２の循環手段により循環した第２の駆動溶液であり、前記第１の排水の溶質濃度は前記第２の排水の溶質濃度よりも低く、前記第１の駆動溶液の溶質濃度は前記第２の駆動溶液の溶質濃度よりも低いことを特徴とする。
【0016】
上記目的を達成するために、本発明の排水処理方法は、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第１の排水、並びに、水分を含み且つ前記第１の排水以外の第１の駆動溶液の間に配設され、前記第１の排水から受ける圧力が前記第１の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第１の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第１の排水を濃縮する第１の除去手段と、前記第１の駆動溶液を前記第１の除去手段との間で循環させる第１の循環手段と、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む第２の排水、並びに、水分を含み且つ前記第２の排水以外の第２の駆動溶液の間に配設され、前記第２の排水から受ける圧力が前記第２の駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合、前記第２の排水に含まれる水分を透過するとともに、前記夾雑物及び溶解性物質を捕捉して前記第２の排水を濃縮する第２の除去手段と、前記第２の駆動溶液を前記第２の除去手段との間で循環させる第２の循環手段と、を備え、前記第１の駆動溶液は、前記第２の循環手段により循環した第２の駆動溶液であり、前記第１の排水の溶質濃度は前記第２の排水の溶質濃度よりも低く、前記第１の駆動溶液の溶質濃度は前記第２の駆動溶液の溶質濃度よりも低いことを特徴とする排水処理装置を用いた排水処理方法において、前記第２の排水に含まれる水分が前記第２の除去手段を透過して前記第２の駆動溶液に移動する移動ステップと、前記第２の駆動溶液が前記第２の循環手段と前記第２の除去手段との間で循環する循環ステップと、前記第２の駆動溶液に移動した水分を含む前記循環した第２の駆動溶液が前記第２の除去手段に供給される供給ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、十分な排水の濃縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【0020】
図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理設備１０を概略的に示す図である。
【0021】
図１の排水処理設備１０は、排水導入設備１１、処理槽１２，１３、ＦＯ膜ユニット１４，１５、駆動溶液導入設備１６、駆動溶液循環設備１７，１８、メタン発酵槽１９、及びポンプＰ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３（各ポンプの吐出量は表３参照。）を備え、処理槽１２はＦＯ膜ユニット１４を有し、処理槽１３はＦＯ膜ユニット１５を有する。また、ＦＯ膜ユニット１４，１５はＦＯ膜支持材（不図示）及びＦＯ膜１４ａ，１５ａから構成され、ＦＯ膜支持材及びＦＯ膜１４ａ，１５ａが内部空間Ｓ，Ｔを有するように構成されている。
【0022】
【表3】
【0023】
排水導入設備１１は、例えば、凝集沈殿法に基づいて発生した沈澱汚泥及びスクリーン等によって捕捉されたゴミ等の異物（スクリーンかす）が除去された排水であって、夾雑物、溶解性物質及び水分を含む排水を貯留している。排水導入設備１１に貯留されている排水はポンプＰ６によって処理槽１２に移送され、処理槽１２は排水導入設備１１から処理槽１２に移送された排水（第１の排水）によって充たされる。ＦＯ膜ユニット１４は処理槽１２を充たす排水に浸漬される。また、処理槽１２を充たす排水は後述の低溶質濃度排水濃縮処理が実行された後にポンプＰ７によって処理槽１３に移送され、処理槽１３は処理槽１２から処理槽１３に移送された排水（第２の排水）によって充たされる。ＦＯ膜ユニット１５は処理槽１３を充たす排水に浸漬される。
【0024】
駆動溶液導入設備１６はスクリーン等によって異物が除去された駆動溶液ＤＳである海水を貯留している。駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳはポンプＰ８によって駆動溶液循環設備１７に移送される。駆動溶液循環設備１７はＦＯ膜ユニット１５及びポンプＰ９，Ｐ１０に接続され、駆動溶液導入設備１６から駆動溶液循環設備１７に移送された駆動溶液ＤＳ（第２の駆動溶液）はポンプＰ９によって駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する。
【0025】
駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳは、ＦＯ膜ユニット１５を経由するとき、ＦＯ膜ユニット１５の内部空間Ｔに流入する。これにより、ＦＯ膜１５ａ（第２の除去手段）は処理槽１３を充たした排水と、内部空間Ｔに流入した駆動溶液ＤＳとの間に位置する。このとき、ＦＯ膜１５ａは０．０００１～０．００１μｍの孔径を有するので、ＦＯ膜１５ａの孔径よりも大きい径を有する夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１５ａの排水側で捕捉される。
【0026】
処理槽１３を充たす排水に含まれる水分はＦＯ膜１５ａを透過して内部空間Ｔに移動し、内部空間Ｔに流入した駆動溶液ＤＳ及びＦＯ膜１５ａを透過して内部空間に移動した水分は混合され、駆動溶液循環設備１７に集水される。すなわち、処理槽１３を充たす排水に含まれる水分が内部空間Ｔに流入した駆動溶液ＤＳに移動するので、処理槽１３を充たす排水は濃縮される。なお、濃縮された処理槽１３の排水（以下、「濃縮排水」という。）は後述の高溶質濃度排水濃縮処理が実行された後にポンプＰ１３によってメタン発酵槽１９に移送される。なお、ＦＯ膜１５ａとしては、水分子を透過し夾雑物及び溶解性物質を捕捉する孔径を有するものであれば特に限定されず、従来公知のＦＯ膜を使用することができる。
【0027】
また、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳは、ポンプＰ１０によって駆動溶液循環設備１７から駆動溶液循環設備１８に移送される。駆動溶液循環設備１８はＦＯ膜ユニット１４及びポンプＰ１１，Ｐ１２に接続され、駆動溶液導入設備１７から駆動溶液循環設備１８に移送された駆動溶液ＤＳはポンプＰ１１によって駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する。
【0028】
ここで、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳ（第１の駆動溶液）は駆動溶液循環設備１７から移送されているため、処理槽１３を充たす排水に含まれる水分を含む。したがって、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環して駆動溶液導入設備１７から駆動溶液循環設備１８に移送された駆動溶液ＤＳの溶質濃度は駆動溶液導入設備１６から駆動溶液循環設備１７に移送された駆動溶液ＤＳの溶質濃度よりも低い。
【0029】
駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳは、ＦＯ膜ユニット１４を経由するとき、ＦＯ膜ユニット１４の内部空間Ｓに流入する。これにより、ＦＯ膜１４ａ（第１の除去手段）は処理槽１２を充たした排水と、内部空間Ｓに流入した駆動溶液ＤＳとの間に位置する。処理槽１２を充たす排水に含まれる水分はＦＯ膜１４ａを透過して内部空間Ｓに移動し、内部空間Ｓに流入した駆動溶液ＤＳ及びＦＯ膜１４ａを透過して内部空間に移動した水分は混合され、駆動溶液循環設備１８に集水される。すなわち、処理槽１２を充たす排水に含まれる水分が内部空間Ｓに流入した駆動溶液ＤＳに移動するので、処理槽１２を充たす排水は濃縮される。また、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳはポンプＰ１２によって駆動溶液循環設備１８から、例えば、海洋中に放流される。
【0030】
メタン発酵槽１９は嫌気性細菌であるメタン菌を有し、メタン菌は処理槽１３から移送された濃縮排水にメタン発酵処理を施す。これにより、バイオガス及び消化液が生成され、バイオガスはエネルギーとして回収される。一方、消化液には脱水処理が実行され、消化液は脱水ケーキ及び脱水ろ液に分離される。脱水ケーキは環境への負荷を低減するために園芸用土やセメント原料等に活用され、脱水ろ液は、例えば、処理槽１２に返送される。
【0031】
ところで、処理槽１２，１３を充たす排水は嫌気性細菌を有し、その嫌気性細菌が排水中に含まれる有機物を処理槽１２，１３で分解する場合がある。具体的に、嫌気性細菌は、まず、有機物を加水分解し、可溶性のアミノ酸等を生成する。次いで、生成されたアミノ酸等が嫌気性細菌の細胞内に取り込まれて代謝分解され、酢酸や水素、二酸化炭素等が生成される。その後、酢酸や水素、二酸化炭素からバイオガスとしてのメタン等が生成される。そうすると、処理槽１２，１３でバイオガスを生成するための有機物が消費され、メタン発酵槽１９で活用される有機物が減少し、メタン発酵槽１９でのメタン発酵処理が効率的に実行されないという問題がある。
【0032】
これに対応して、例えば、排水に空気や酸素等の気体を曝気する曝気装置（曝気手段）が処理槽１２，１３に設置されてもよい。曝気装置が処理槽１２，１３を充たす排水に空気や酸素等の気体を曝気すると、処理槽１２，１３を充たす排水が有する嫌気性細菌の活動は鈍化する。これにより、排水中に含まれる有機物がメタン発酵槽１９に移送される前に分解されるのを抑制することができる。
【0033】
処理槽１２，１３を充たす排水に曝気される気体の曝気量は気体が曝気される排水の酸化還元電位ＯＲＰ（Oxidation-reduction Potential）に基づいて制御され、例えば、酸化還元電位ＯＲＰは嫌気性細菌の活動を鈍化させるために－２００～－１００ｍＶの範囲内で制御されるのがよい。
【0034】
また、排水中に含まれる有機物がメタン発酵槽１９に移送される前に分解されるのを抑制するために、処理槽１２，１３を充たす排水にｐＨ調整剤を添加してもよい。処理槽１２，１３を充たす排水のｐＨが６以下であれば嫌気性細菌の活動は鈍化するため、処理槽１２，１３は排水にｐＨ調整剤を添加する添加装置（酸供給手段）を備えてもよい。ｐＨ調整剤には、例えば、塩酸や硝酸、硫酸等の無機酸又はギ酸や酢酸、プロピオン酸等の有機酸が使用され、例えば、排水のｐＨは４～６に調整される。
【0035】
有機酸がｐＨ調整剤として用いられる場合、有機酸自体がメタン発酵の基質になり、その結果、メタン発酵槽１９で生成されるバイオガスの生成量は増加する。一方、無機酸がｐＨ調整剤として用いられても無機酸自体はメタン発酵の基質にならないので、有機酸がｐＨ調整剤に用いられるのがよい。
【0036】
ところで、本実施の形態における排水導入設備１１には、凝集沈殿法に基づいて発生した沈澱汚泥及びスクリーン等によって捕捉されたゴミ等の異物（スクリーンかす）が除去された排水が貯留されているが、除去された沈澱汚泥及びスクリーンかすには有機物（以下、「除去有機物」という。）が含まれている。除去有機物を酸発酵すると、有機酸が得られるので、除去有機物から得られた有機酸がｐＨ調整剤として用いられてもよい。これにより、除去有機物を廃棄することなく有効に活用することができる。
【0037】
さらに、排水中に含まれる有機物がメタン発酵槽１９に移送される前に分解されるのを抑制することができず、処理槽１２，１３でバイオガスが生成されたとき、そのバイオガスを、例えば、ガスホルダー（回収手段）で回収してエネルギー等として利用してもよい。
【0038】
また、処理槽１２，１３でメタン発酵が進行してバイオガスが生成されると、バイオガスは排水中から排水の水面に向けて浮上する。処理槽１２，１３に蓋を取り付けると、そのバイオガスは排水の水面及び蓋の間の空間に集まる。その空間に集まったバイオガスを利用するために、処理槽１２，１３はそのバイオガスを処理槽１２，１３の底部に移送する移送管と、処理槽１２，１３の底部からＦＯ膜ユニット１４，１５にそのバイオガスを供給する供給装置（供給手段）とを備えてもよい。これにより、収集されたバイオガスがＦＯ膜ユニット１４，１５に噴射されるので、ＦＯ膜ユニット１４，１５の表面を洗浄することができるとともに、処理槽１２，１３を充たす排水を撹拌することができる。
【0039】
【0040】
図２において、まず、凝集沈殿法に基づいて発生した沈澱汚泥及びスクリーン等によって捕捉されたゴミ等の異物（スクリーンかす）が除去された排水が排水導入設備１１に貯留される（Ｓ２０１）。排水導入設備１１に貯留されている排水はポンプＰ６によって処理槽１２に移送されるとともに、処理槽１２はその排水によって充たされ且つ処理槽１２が有するＦＯ膜ユニット１４はその排水に浸漬され（Ｓ２０２）、ＦＯ膜ユニット１４は処理槽１２を充たす排水を、予め設定されている濃縮倍率に到達するまで濃縮する低溶質濃度排水濃縮処理（図４）を実行する（Ｓ２０３）。
【0041】
次いで、処理槽１２を充たす排水が予め設定されている濃縮倍率に到達するまで濃縮されると、その排水はポンプＰ７によって処理槽１３に移送されるとともに、処理槽１３はその排水によって充たされ且つ処理槽１３が有するＦＯ膜ユニット１５はその排水に浸漬され（Ｓ２０４）、ＦＯ膜ユニット１５は処理槽１３を充たす排水を、予め設定されている濃縮倍率に到達するまで濃縮する高溶質濃度排水濃縮処理（図３）を実行する（Ｓ２０５）。
【0042】
すなわち、排水導入設備１１に貯留されている排水には２段階の濃縮処理（低溶質濃度排水濃縮処理（Ｓ２０３）及び高溶質濃度排水濃縮処理（Ｓ２０５））が施される。したがって、排水導入設備１１に貯留されている排水の溶質濃度ＣＦＳ０は処理槽１２を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ１よりも低く、処理槽１２を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ１は処理槽１３を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ２よりも低い。
【0043】
続いて、濃縮された処理槽１３の排水はポンプＰ１３によってメタン発酵槽１９に移送される。メタン発酵槽１９は嫌気性細菌であるメタン菌を有し、メタン菌は処理槽１３から移送された濃縮排水にメタン発酵処理を実行する（Ｓ２０６）。これにより、バイオガス及び消化液が生成され、バイオガスはエネルギーとして回収される。一方、消化液には脱水処理が実行され、これにより、消化液は脱水ケーキ及び脱水ろ液に分離される。脱水ケーキは環境への負荷を低減するために園芸用土やセメント原料等に活用され、脱水ろ液は、例えば、処理槽１２に返送される。その後、本処理は終了する。
【0044】
【0045】
図３において、まず、スクリーン等によってゴミ等の異物が除去された駆動溶液ＤＳである海水が駆動溶液導入設備１６に貯留され（Ｓ３０１）、駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ０）はポンプＰ８によって駆動溶液循環設備１７に移送される。駆動溶液循環設備１７に移送された駆動溶液ＤＳはポンプＰ９によって駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する（Ｓ３０２）。
【0046】
具体的に、駆動溶液ＤＳは駆動溶液循環設備１７からＦＯ膜ユニット１５の内部空間Ｔに流入し（Ｓ３０３）、ＦＯ膜１５ａは処理槽１３を充たした排水と、内部空間Ｔに流入した駆動溶液ＤＳとの間に位置する。これにより、ＦＯ膜１５ａは夾雑物、溶解性物質及び水分を含む排水と、駆動溶液ＤＳである海水との間に位置し、海水の溶質濃度がその排水の溶質濃度よりも高い場合、排水に含まれる水分はＦＯ膜１５ａを透過して駆動溶液ＤＳに移動するとともに、排水に含まれる夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１５ａに捕捉される。その結果、排水は濃縮されるとともに、駆動溶液ＤＳはＦＯ膜１５ａを透過した水分によって希釈される（Ｓ３０４）。
【0047】
つまり、駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ０）は、駆動溶液循環設備１７に移送され、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ１）は、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する間に希釈されるので、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳの溶質濃度ＣＤＳ１は、駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳの溶質濃度ＣＤＳ0よりも低い。
【0048】
次いで、ＦＯ膜１５ａを透過した排水中の水分及び駆動溶液ＤＳはＦＯ膜ユニット１５から出て駆動溶液循環設備１７に集水されるとともに、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳはポンプＰ１０によって駆動溶液循環設備１８に移送される。また、処理槽１３を充たす濃縮排水はメタン発酵槽１９に移送される（Ｓ３０５）。その後、本処理は終了する。
【0049】
【0050】
図４において、まず、駆動溶液循環設備１７から駆動溶液循環設備１８に移送された駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣDS2）はポンプＰ１１によって駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する。具体的に、駆動溶液ＤＳは駆動溶液循環設備１８からＦＯ膜ユニット１４の内部空間Ｓに流入し（Ｓ４０２）、ＦＯ膜１４ａは処理槽１２を充たした排水と、内部空間Ｓに流入した駆動溶液ＤＳとの間に位置する。
【0051】
これにより、ＦＯ膜１４ａは夾雑物、溶解性物質及び水分を含む排水と、駆動溶液ＤＳである海水との間に位置し、海水の溶質濃度がその排水の溶質濃度よりも高い場合、排水に含まれる水分はＦＯ膜１４ａを透過して駆動溶液ＤＳに移動するとともに、排水に含まれる夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１４ａに捕捉される。その結果、排水は濃縮されるとともに、駆動溶液ＤＳはＦＯ膜１４ａを透過した水分によって希釈される（Ｓ４０３）。
【0052】
つまり、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ１）は、駆動溶液循環設備１８に移送され、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ２）は、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する間に希釈されるので、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳの溶質濃度ＣＤＳ２は、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳの溶質濃度ＣＤＳ１よりも低い。
【0053】
次いで、ＦＯ膜１４ａを透過した排水中の水分及び駆動溶液ＤＳはＦＯ膜ユニット１４から出て駆動溶液循環設備１８に集水されるとともに、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳはポンプＰ１２によって駆動溶液循環設備１８から、例えば、海洋中に放流される（Ｓ４０４）。その後、本処理は終了する。
【0054】
次に、排水処理設備１０を用いた排水処理に係る実施例について説明する。
【0055】
まず、溶質濃度500mg/Ｌの排水（以下、本実施例において「被処理排水」という。）が排水導入設備１１からポンプＰ６によって処理槽１２に移送され、被処理排水は処理槽１２で５倍に濃縮され、被処理排水の溶質濃度は500mg/Ｌから2500mg/Ｌまで濃縮された。５倍に濃縮された被処理排水（以下、本実施例において「５倍濃縮排水」という。）はポンプＰ７によって処理槽１３に移送される。５倍濃縮排水は処理槽１３で更に５倍に濃縮され、５倍濃縮排水の溶質濃度は2500mg/Ｌから12500mg/Ｌまで濃縮された。すなわち、被処理排水は処理槽１３で２５倍に濃縮された。２５倍に濃縮された被処理排水（以下、本実施例において「２５倍濃縮排水」という。）はポンプＰ１３によってメタン発酵槽１９に移送された。
【0056】
また、駆動溶液ＤＳである海水が駆動溶液導入設備１６からポンプＰ８によって駆動溶液循環設備１７に移送され、駆動溶液循環設備１７に移送された駆動溶液ＤＳはＦＯ膜ユニット１５を経由して駆動溶液循環設備１７に戻り、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する。このとき、駆動溶液ＤＳの溶質濃度はＦＯ膜ユニット１５を経由する際にＦＯ膜１５ａを透過した排水中の水分によって低下するが、本実施例では、駆動溶液ＤＳの溶質濃度は35000mg/Ｌから30200mg/Ｌに低下した。
【0057】
駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳは駆動溶液循環設備１７からポンプＰ１０によって駆動溶液循環設備１８に移送され、駆動溶液循環設備１８に移送された駆動溶液ＤＳはＦＯ膜ユニット１４を経由して駆動溶液循環設備１８に戻り、駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する。このとき、駆動溶液ＤＳの溶質濃度はＦＯ膜ユニット１４を経由する際にＦＯ膜１４ａを透過した排水中の水分によって低下するが、本実施例では、駆動溶液ＤＳの溶質濃度は30200mg/Ｌから17900mg/Ｌに低下した。駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳはポンプＰ１２によって海洋中に放流された。
【0058】
ところで、一般的に、単位時間及び単位面積当たりにＦＯ膜１４ａ，１５ａを透過する水分量（以下、「膜フラックス」という。）と、駆動溶液ＤＳの溶質濃度及び濃縮された被処理排水の溶質濃度の差との間には、一定の関係性が存在する（式１）。
【0059】
Ｊｗ＝Ａ（σ×Δπ―ΔＰ） （式１）
【0060】
上記式１において、Ｊｗは膜フラックス[Ｌ・ｍ-2・ｈ-1（l.m.h）]を示し、ＡはＦＯ膜１４ａ，１５ａの特性値である水透過係数[Ｌ・ｍ-2・ｈ-1・bar]を示し、σはＦＯ膜１４ａ，１５ａの半透性を表す反射係数を示し、ΔπはＦＯ膜１４ａ，１５ａに隔てられた駆動溶液ＤＳと排水との間の浸透圧差[bar]を示し、ΔＰは駆動溶液ＤＳ及び排水に基づく浸透圧以外のＦＯ膜１４ａ，１５ａへの負荷[bar]を示す。通常、ΔＰはΔπに対して極めて小さく、上記式１においてΔＰは無視することができる。したがって、膜フラックスＪｗは比例係数をＡσとして駆動溶液ＤＳ及び排水の浸透圧差Δπに比例する。また、浸透圧差Δπは駆動溶液ＤＳ及び排水の溶質濃度差ΔＴＤＳ[mg/L]に比例する（式２）。
【0061】
Δπ＝Ｂ×ΔＴＤＳ （式２）
【0062】
上記式２において、Ｂは駆動溶液ＤＳ及び排水に含まれる溶質に基づいて定まる固有値である。したがって、膜フラックスＪｗは比例係数をＡσＢとして駆動溶液ＤＳ及び排水の溶質濃度差ΔＴＤＳ[mg/L]に概ね比例する（式３）。
【0063】
Ｊｗ＝ＡσＢ×ΔＴＤＳ （式３）
【0064】
本実施例では、膜フラックスＪｗ及び溶質濃度差ΔＴＤＳの実測データと、上記式３とに基づいて、膜フラックスＪｗ及び溶質濃度差ΔＴＤＳの具体的な関係が得られた（式４）。
【0065】
Ｊｗ＝２．０×１０－４×ΔＴＤＳ （式４）
【0066】
本実施例において、被処理排水から５倍濃縮排水を処理槽１２で得たとき、駆動溶液ＤＳの溶質濃度は17900mg/Ｌであり、５倍濃縮排水の溶質濃度は2500mg/Ｌであるため、駆動溶液ＤＳ及び５倍濃縮排水の溶質濃度差は15400mg/Ｌであり、式４に基づくと膜フラックスは3.08 l.m.hである。処理槽１２での排水の処理量はポンプＰ６の吐出量に基づき10000m3/dayであるので、処理槽１２で５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜１５ａの面積は135000m2である。
【0067】
また、５倍濃縮排水から２５倍濃縮排水を処理槽１３で得たとき、駆動溶液ＤＳの溶質濃度は30200mg/Ｌであり、２５倍濃縮排水の溶質濃度は12500mg/Ｌであるため、駆動溶液ＤＳ及び２５倍濃縮排水の溶質濃度差は17700mg/Ｌであり、式４に基づくと膜フラックスは3.53 l.m.hである。処理槽１３での排水の処理量はポンプＰ７の吐出量に基づき2000m3/dayであるので、処理槽１３で２５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜１４ａの面積は23600m2である。したがって、排水処理設備１０で２５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜１４ａ，１５ａの面積は158600m2である。
【0068】
一方、従来の排水処理設備７０を用いて溶質濃度500mg/Ｌの被処理排水から溶質濃度12500mg/Ｌまで濃縮された２５倍濃縮排水を得るために、駆動溶液循環設備７５及びＦＯ膜ユニット７３を循環する駆動溶液ＤＳが使用される。駆動溶液循環設備７５及びＦＯ膜ユニット７３を循環する駆動溶液ＤＳの溶質濃度は駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳの溶質濃度に相当する17900mg/Ｌであり、駆動溶液ＤＳ及び排水処理設備７０で得られた２５倍濃縮排水の溶質濃度差は5400mg/Lであり、式４に基づくと膜フラックスは1.08 l.m.hである。
【0069】
処理槽７２での排水の処理量はポンプＰ１の吐出量に基づき10000m3/dayであるので、処理槽７２で２５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜７３ａの面積は386000m2である。したがって、排水処理設備１０で２５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜１４ａ，１５ａの面積（158600m2）は排水処理設備７０で２５倍濃縮排水を得るために必要なＦＯ膜７３ａの面積（386000m2）の約４１％であるので、排水処理に使用されるＦＯ膜に必要な経費を抑制することができる。
【0070】
処理槽１２，１３を充たす排水の濃縮倍率に応じてその排水の濃縮に必要なＦＯ膜１４ａ，１５ａの面積が決定される。したがって、処理槽１２，１３を充たす排水の濃縮に必要なＦＯ膜１４ａ，１５ａの面積が最小となるようにその排水の濃縮倍率を設定してもよい。また、処理槽１２，１３を充たす排水の濃縮倍率を設定するとき、処理槽１２，１３を充たす排水に含まれる嫌気性細菌によって分解される排水中の有機物の量を考慮してもよい。
【0071】
本実施の形態の排水処理設備１０によれば、処理槽１２で使用される駆動溶液ＤＳの溶質濃度は、処理槽１３で使用された駆動溶液ＤＳと、ＦＯ膜１５ａを透過して駆動溶液ＤＳに移動した排水に含まれる水分とで構成される。したがって、処理槽１２で使用される駆動溶液ＤＳの溶質濃度（以下、「低溶質濃度駆動溶液」という。）は処理槽１３で使用される駆動溶液ＤＳの溶質濃度（以下、「高溶質濃度駆動溶液」という。）よりも低い。また、処理槽１３では、処理槽１２で濃縮された排水が更に濃縮されるため、処理槽１２で濃縮される排水の溶質濃度（以下、「低溶質濃度排水」という。）は処理槽１３で濃縮される排水の溶質濃度（以下、「高溶質濃度排水」という。）よりも低い。
【0072】
処理槽１２，１３を充たす排水の溶質濃度と、駆動溶液ＤＳの溶質濃度との濃度差が大きいほど、ＦＯ膜１４ａ，１５ａへの大きな浸透圧が生じ、処理槽１２，１３を充たす排水に含まれる水分がＦＯ膜１４ａ，１５ａを透過して駆動溶液ＤＳに移動しやすいところ、高溶質濃度駆動溶液は高溶質濃度排水を濃縮するために使用され、低溶質濃度駆動溶液は低溶質濃度排水を濃縮するために使用されるので、ＦＯ膜１４ａ，１５ａへの一定の浸透圧を確保することができ、もって、十分な排水の濃縮を実現することができる。
【0073】
また、処理槽１２で使用される駆動溶液ＤＳには、処理槽１３で使用され且つ処理槽１３を充たす排水中の水分を含む駆動溶液ＤＳが使用される。すなわち、処理槽１３での排水の濃縮に使用された駆動溶液ＤＳは処理槽１２で排水を濃縮する際に再利用されるので、駆動溶液ＤＳを無駄にすることなく有効に活用することができる。
【0074】
図５は、図１の排水処理設備１０の変形例を概略的に示す図である。図５の排水処理設備５０は、図１の排水処理設備１０に加えて処理槽５１、ＦＯ膜ユニット５２、濃縮駆動溶液導入設備５３、濃縮駆動溶液循環設備５４、及びポンプＰ１４、Ｐ１５，Ｐ１６，Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９，Ｐ２０（各ポンプの吐出量は表４参照。）を備え、処理槽５１はＦＯ膜ユニット５２を有する。ＦＯ膜ユニット５２はＦＯ膜支持材（不図示）及びＦＯ膜５２ａから構成され、ＦＯ膜支持材及びＦＯ膜５２ａが内部空間Ｕを有するように構成されている。以下、図１の排水処理設備１０と異なる点のみ説明する。
【0075】
【表4】
【0076】
図５において、処理槽５１には、高溶質濃度排水濃縮処理が実行された後の処理槽１３を充たす排水がポンプＰ１４によって移送され、処理槽５１はその排水によって充たされる。その結果、ＦＯ膜ユニット５２は処理槽５１を充たす排水に浸漬される。
【0077】
一方、濃縮駆動溶液導入設備５３には、濃縮駆動溶液ＣＤＳ（Concentrated Draw Solution）、例えば、海水を淡水に変換したときに発生する濃縮海水が貯留されている。したがって、濃縮駆動溶液導入設備５３に貯留されている濃縮駆動溶液ＣＤＳの溶質濃度は駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳ、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳ、及び駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳのいずれの溶質濃度よりも高い。
【0078】
濃縮駆動溶液導入設備５３に貯留されている濃縮駆動溶液ＣＤＳはポンプＰ１５によって濃縮駆動溶液循環設備５４に移送される。濃縮駆動溶液循環設備５４はＦＯ膜ユニット５２及びポンプＰ１６に接続され、濃縮駆動溶液循環設備５４に移送された濃縮駆動溶液ＣＤＳはポンプＰ１６によって濃縮駆動溶液循環設備５４及びＦＯ膜ユニット５２を循環する。
【0079】
濃縮駆動溶液循環設備５４及びＦＯ膜ユニット５２を循環する濃縮駆動溶液ＣＤＳは、ＦＯ膜ユニット５２の内部空間Ｕに流入し、ＦＯ膜５２ａは処理槽５１を充たした排水と、内部空間Ｕに流入した濃縮駆動溶液ＣＤＳとの間に位置する。処理槽５１を充たす排水に含まれる水分はＦＯ膜５２ａを透過して内部空間Ｕに移動し、内部空間Ｕに流入した濃縮駆動溶液ＣＤＳ及びＦＯ膜５２ａを透過して内部空間Ｕに移動した水分は混合され、濃縮駆動溶液循環設備５４に集水される。すなわち、処理槽５１を充たす排水に含まれる水分が内部空間Ｕに流入した濃縮駆動溶液ＣＤＳに移動するので、処理槽５１を充たす排水は濃縮される。したがって、処理槽５１を充たす排水の溶質濃度は処理槽１２,１３を充たす排水の溶質濃度よりも高い。なお、濃縮された処理槽５１の排水はポンプＰ１７によってメタン発酵槽１９に移送される。
【0080】
また、濃縮駆動溶液循環設備５４及びＦＯ膜ユニット５２を循環する濃縮駆動溶液ＣＤＳは、ポンプＰ１８によって濃縮駆動溶液循環設備５４から駆動溶液循環設備１７に移送される。駆動溶液循環設備１７はＦＯ膜ユニット１５及びポンプＰ９，Ｐ１９に接続され、駆動溶液導入設備１６から駆動溶液循環設備１７に移送された駆動溶液ＤＳ及び濃縮駆動溶液循環設備５４から駆動溶液循環設備１７に移送された濃縮駆動溶液ＣＤＳ（以下、「混合駆動溶液ＤＳ」という。）はポンプＰ９によって駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環するとともに、ポンプＰ１９によって駆動溶液循環設備１７から駆動溶液循環設備１８に移送される。駆動溶液循環設備１８はＦＯ膜ユニット１４及びポンプＰ１１，Ｐ２０に接続され、混合駆動溶液ＤＳはポンプＰ１１によって駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環するとともに、ポンプＰ２０によって駆動溶液循環設備１８から、例えば、海洋中に放流される。
【0081】
図６は、図５の排水処理設備５０によって実行される排水処理の手順を示すフローチャートであり、図２の排水処理の変形例の手順を示すフローチャートである。図６のステップＳ２０１～Ｓ２０６は図２のステップＳ２０１～Ｓ２０６と同一であり、以下、図２と異なる点のみ説明する。
【0082】
図６において、高溶質濃度排水濃縮処理（Ｓ２０５）が終了すると、処理槽１３を充たす排水は予め設定されている濃縮倍率に基づいて濃縮され、その排水はポンプＰ１４によって処理槽５１に移送される（Ｓ６０１）。これにより、処理槽５１はその排水によって充たされ且つ処理槽５１が有するＦＯ膜ユニット５２はその排水に浸漬される。
【0083】
濃縮駆動溶液導入設備５３には、濃縮駆動溶液ＣＤＳ、例えば、海水を淡水に変換したときに発生する濃縮海水が貯留されている。濃縮駆動溶液ＣＤＳは濃縮駆動溶液導入設備５３からポンプＰ１５によって濃縮駆動溶液循環設備５４に移送され、濃縮駆動溶液循環設備５４に移送された濃縮駆動溶液ＣＤＳはポンプＰ１６によって濃縮駆動溶液循環設備５４及びＦＯ膜ユニット５２を循環する（Ｓ６０２）。このとき、濃縮駆動溶液ＣＤＳは駆動溶液循環設備５４からＦＯ膜ユニット５２の内部空間Ｕに流入し（Ｓ６０３）、ＦＯ膜５２ａは処理槽５１を充たし且つ夾雑物、溶解性物質及び水分を含む排水と、内部空間Ｕに流入した濃縮駆動溶液ＣＤＳとの間に位置する。
【0084】
通常、濃縮駆動溶液ＣＤＳの溶質濃度は極めて高く、排水の溶質濃度よりも高いため、排水に含まれる水分はＦＯ膜５２ａを透過して濃縮駆動溶液ＣＤＳに移動するとともに、排水に含まれる夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜５２ａに捕捉される。その結果、排水は濃縮されるとともに、濃縮駆動溶液ＣＤＳはＦＯ膜５２ａを透過した水分によって希釈される（Ｓ６０４）。
【0085】
ＦＯ膜５２ａを透過した排水中の水分及び濃縮駆動溶液ＣＤＳはＦＯ膜ユニット５２から出て濃縮駆動溶液循環設備５４に集水されるとともに、濃縮駆動溶液循環設備５４及びＦＯ膜ユニット５２を循環する濃縮駆動溶液ＣＤＳはポンプＰ１８によって駆動溶液循環設備１７に移送される。一方、濃縮された処理槽５１の排水はポンプＰ１７によってメタン発酵槽１９に移送され（Ｓ６０５）、本処理はステップＳ２０６のメタン発酵処理が実行された後に（Ｓ２０６）終了する。
【0086】
なお、排水導入設備１１に貯留されている排水には３段階の濃縮処理（処理槽１２,１３，５１での処理）が施される。したがって、排水導入設備１１に貯留されている排水の溶質濃度ＣＦＳ０は処理槽１２を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ１よりも低く、処理槽１２を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ１は処理槽１３を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ２よりも低く、処理槽１３を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ２は処理槽５１を充たす排水の溶質濃度ＣＦＳ３よりも低い。
【0087】
また、濃縮駆動溶液導入設備５３に貯留されている濃縮駆動溶液ＣＤＳの溶質濃度（溶質濃度ＣＣＤＳ）は駆動溶液導入設備１６に貯留されている駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ０）、駆動溶液循環設備１７及びＦＯ膜ユニット１５を循環する駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ１）又は駆動溶液循環設備１８及びＦＯ膜ユニット１４を循環する駆動溶液ＤＳ（溶質濃度ＣＤＳ２）の溶質濃度よりも高い。
【0088】
本変形例によれば、図１の排水処理設備１０を用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【0089】
また、本変形例によれば、処理槽５１において、処理槽１３で濃縮された排水を更に濃縮している。このとき、濃縮駆動溶液ＣＤＳとして海水を淡水に変換したときに発生する濃縮海水が排水の濃縮に使用されている。濃縮海水の溶質濃度は一般的に７～８％であり、ＦＯ膜５２ａに生じる浸透圧及び膜フラックスは溶質濃度３％程度の海水を使用する場合よりも大きいので、処理槽５１での排水を簡単に濃縮することができる。さらに、濃縮海水は、例えば、海洋中に廃棄する際に廃棄される海域の水勢や生息生物を十分に把握しなければならないが、排水の濃縮に使用されるので、その手間を省くことができる。
【0090】
以上、本発明について、上述した実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0091】
ＤＳ 駆動溶液
ＣＤＳ 濃縮駆動溶液
Ｓ，Ｔ，Ｕ 内部空間
１２,１３,５１ 処理槽
１４，１５，５２ ＦＯ膜ユニット
１４ａ，１５ａ，５２ａ ＦＯ膜
１１ 排水導入設備
１６ 駆動溶液導入設備
１７，１８ 駆動溶液循環設備
ＣＤＳ 濃縮駆動溶液
Ｓ，Ｔ，Ｕ 内部空間
１２,１３,５１ 処理槽
１４，１５，５２ ＦＯ膜ユニット
１４ａ，１５ａ，５２ａ ＦＯ膜
１１ 排水導入設備
１６ 駆動溶液導入設備
１７，１８ 駆動溶液循環設備
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
