海水淡水化と下水処理技術の融合で、エネルギーやコストを大幅削減

「海水」も「下水」も枯渇しない「水資源」という発想がシステムの原点

NEDOプロジェクトで「海淡・下水再利用統合システム」の実証に至るまでには、いくつものブレークスルーがありました。

一つは、膜技術で海水を淡水化するシステムと、下水処理システムを組み合わせるというアイデアです。プロジェクト提案前、中東などで水処理の実態を調べているなかで、このアイデアが浮かび上がってきました。

篠田さんは、「既存の海水淡水化システムでは、逆浸透膜に高圧で水で通す工程に運転コストの大部分が費やされていました。そして、そうしたコストの高い淡水が、中東諸国では飲料水だけでなく、工業用水や農業用水としても大量に使用されている現状がありました。このような状況をどうにかしたいという思いが、海水淡水化システムに関わる技術者には長年ありました」と話します。

そこで篠田さんらGWSTAのメンバーは、どのような場所の水を活かせば状況を変えることができるかを考えました。

篠田さんは言います。「そこで思いついたのが今回取り組んだ新システムです。河川や湖沼の水は、枯渇することがあるかもしれません。一方、海水はもちろん、海水を淡水化して利用するかぎり、そこから生じる下水も、その枯渇リスクは低いはずと考えました。この二つを合わせたシステムを作ることは理にかなっているとメンバーの議論がまとまりました」

下水処理で生じる水を使って海水の淡水化のコストを抑え、なおかつ海への排水の塩分濃度を海水と同様のレベルに保つという方法は、このようにして生まれました。

膜の汚れの原因を突き止め、対策を講じる

次のブレークスルーは、膜の汚れを低コストで解決できるようにしたことです。このシステムでは、海水だけでなく、下水処理水も合わせて逆浸透膜で処理します。そのため、海水のみを処理する場合よりも、膜に汚れが多くつくことが懸念されました。

実際、実証試験を行った3年間のうち1年目の夏は、汚れ具合の指標となる膜間差圧の変動幅が急激に大きくなる現象に悩まされ続けました。そのまま装置を使いつづけると逆浸透膜がつまり、安定した運転ができない状態が断続しました。

「汚れの原因はなんと微生物でした。さらに驚いたことに、海水系の細菌が下水処理された水の成分を養分にして活性化し、汚れとなっていたのです」（濱田さん）

海水の淡水化と下水の処理をまとめて実施するために生じた皮肉な結果とも言えますが、汚れの主成分を突き止められたことは、実用化に向けた大きな一歩でした。

微生物が再び活性化する3年目の夏、クロラミンを使ってみると効果はてきめんでした。

実は、これまで海水淡水化分野では、膜の汚れの原因となる微生物を抑えるにはクロラミンは適さないというのが通説でした。それはクロラミンが膜を傷つけてしまうからでした。ところが今回のシステムでは、逆浸透膜へと送り込む水圧が半分で済むため、クロラミンによって傷んでしまうはずの逆浸透膜が傷まずに汚れを落とすことができました。

「前年とほぼ同等の効果を、量も頻度も抑えながら得ることができました」と濱田さんは言います（図2）。

生産水の供給を決して止めない

最後の大きなブレークスルーは、システムで作られた「生産水」を施設外の企業に供給し続けることでした。これには、GWSTAメンバーの強い思いがありました。

篠田さんは、「生産水の水質が基準を満たしているということをアピールしても、本当に安定供給できたという実績が加わらないと、ユーザーのみなさんには納得してもらえませんから、実用化には連続給水が欠かせなかったのです」と説明します。

「ウォータープラザ北九州」の南西およそ500mに九州電力新小倉発電所があります。GWSTAは北九州市にも協力を仰ぎ、ここへ生産水を送ることに決めました。実際、計画どおり、2011年4月から実証期間中の2年半にわたり、生産水は安定的に供給することができました。生産水は連続的に水質確認を経て、発電に不可欠なボイラー用水として使用されました。

所長として施設を安定的に稼働させることを担っていた濱田さんにとって、この連続運転、連続供給は、力の入れどころだったようです。