(57)【要約】【課題】  海水の淡水化を低コストで効率良く行うことができる海水淡水化方法を提供する。【解決手段】  海水を昇圧して逆浸透膜に通水し、淡水を生成するＲＯ膜処理工程Ｓ１と、ＲＯ膜処理工程Ｓ１において濃縮された海水を減圧してナノろ過膜に通水するＮＦ膜処理工程Ｓ２とを備え、ＮＦ膜処理工程Ｓ２は、ＲＯ膜処理工程Ｓ１において昇圧される海水との圧力交換により海水を減圧する工程を含む海水淡水化方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を昇圧して逆浸透膜に通水し、淡水を生成するＲＯ膜処理工程と、
前記ＲＯ膜処理工程において濃縮された海水を減圧してナノろ過膜に通水するＮＦ膜処理工程とを備え、
前記ＮＦ膜処理工程は、前記ＲＯ膜処理工程において昇圧される海水との圧力交換により海水を減圧する工程を含む海水淡水化方法。
【請求項２】
前記ＲＯ膜処理工程は、逆浸透膜への通水を複数段で行う工程と、各段の間で海水を昇圧する工程とを含み、
前記ＮＦ膜処理工程は、前記ＲＯ膜処理工程において各段の間で昇圧される海水との圧力交換により海水を減圧する工程を含む請求項１に記載の海水淡水化方法。
【請求項３】
海水を逆浸透膜に通水して淡水を生成するＲＯ膜装置と、
前記ＲＯ膜装置で濃縮された海水をナノろ過膜に通水するＮＦ膜装置と、
前記ＮＦ膜装置に供給される海水を、前記ＲＯ膜装置に供給される海水との圧力交換により減圧するエネルギー回収装置とを備える海水淡水化装置。
【請求項４】
前記ＲＯ膜装置は、複数段に配置されており、
前記エネルギー回収装置は、前記ＲＯ膜装置における各段の間を通過する海水との圧力交換により、前記ＮＦ膜装置に供給される海水を減圧する請求項３に記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水淡水化方法および装置に関し、より詳しくは、逆浸透膜を利用する海水淡水化方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水を淡水化する方法として、逆浸透膜法が従来から知られている。例えば、特許文献１には、取り込んだ海水に対して前処理を行い、ナノろ過膜（ＮＦ膜）を通過させて硫酸塩イオン等のスケール形成イオンを選択的に除去した後に、逆浸透膜（ＲＯ膜）を通過させて飲用水を生成する脱塩プロセスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５０７１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の脱塩プロセスは、海水をＲＯ膜に通水する前にＮＦ膜に通水するため、高価なＮＦ膜の膜面積を大きくして処理水量を確保する必要があることから、設備コストが高くなるおそれがあった。
【０００５】
一方、海水をＲＯ膜に先に通水して、その後にＮＦ膜に通水する場合には、ＲＯ膜を通過した海水の残圧（例えば約５ＭＰａ）が、ＮＦ膜の許容圧力（例えば約４ＭＰａ）よりも高くなることが多く、ＲＯ膜を通過後の海水をそのままＮＦ膜に通水することができない。このため、従来はＲＯ膜処理とＮＦ膜処理とが異なる設備で行われており、処理効率を高めることが課題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、海水の淡水化を低コストで効率良く行うことができる海水淡水化方法および装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前記目的は、海水を昇圧して逆浸透膜に通水し、淡水を生成するＲＯ膜処理工程と、前記ＲＯ膜処理工程において濃縮された海水を減圧してナノろ過膜に通水するＮＦ膜処理工程とを備え、前記ＮＦ膜処理工程は、前記ＲＯ膜処理工程において昇圧される海水との圧力交換により海水を減圧する工程を含む海水淡水化方法により達成される。
【０００８】
この海水淡水化方法において、前記ＲＯ膜処理工程は、逆浸透膜への通水を複数段で行う工程と、各段の間で海水を昇圧する工程とを含むことができる。この場合、前記ＮＦ膜処理工程は、前記ＲＯ膜処理工程において各段の間で昇圧される海水との圧力交換により海水を減圧する工程を含むことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の前記目的は、海水を逆浸透膜に通水して淡水を生成するＲＯ膜装置と、前記ＲＯ膜装置で濃縮された海水をナノろ過膜に通水するＮＦ膜装置と、前記ＮＦ膜装置に供給される海水を、前記ＲＯ膜装置に供給される海水との圧力交換により減圧するエネルギー回収装置とを備える海水淡水化装置により達成される。
【００１０】
この海水淡水化装置において、前記ＲＯ膜装置は、複数段に配置することができる。この場合、前記エネルギー回収装置は、前記ＲＯ膜装置における各段の間を通過する海水との圧力交換により、前記ＮＦ膜装置に供給される海水を減圧することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、海水の淡水化を低コストで効率良く行うことができる海水淡水化方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る海水淡水化方法を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る海水淡水化方法を示すブロック図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る海水淡水化方法を示すブロック図である。図１に示すように、海水淡水化方法は、前処理工程Ｓ０、ＲＯ膜処理工程Ｓ１およびＮＦ膜処理工程Ｓ２を備えている。
【００１４】
前処理工程Ｓ０は、取水した海水に含まれる微粒子や微生物等の不純物を除去する。前処理工程Ｓ０は、逆浸透膜を使用する従来の海水淡水化処理で行われる前処理と同様の方法で行うことが可能であり、ろ過、凝集、沈殿などを例示することができる。
【００１５】
ＲＯ膜処理工程Ｓ１は、前処理が行われた海水を昇圧する昇圧工程Ｓ１１と、昇圧された海水を逆浸透膜（ＲＯ膜）に通水して淡水を生成するＲＯ膜通水工程Ｓ１２とを備えている。また、ＮＦ膜処理工程Ｓ２は、ＲＯ膜処理工程Ｓ１においてＲＯ膜を透過せずに濃縮された海水を減圧する減圧工程Ｓ２１と、減圧された海水をナノろ過膜（ＮＦ膜）に通水するＮＦ膜通水工程Ｓ２２とを備えている。
【００１６】
ＮＦ膜通水工程Ｓ２２におけるＮＦ膜の透過水の一部は、前処理工程Ｓ０を経た海水に合流して再びＲＯ膜処理工程Ｓ１が行われる。一方、ＮＦ膜の透過水の残部は、蒸発装置に供給される。蒸発装置は、密閉型の蒸発室内に配置された伝熱管の表面に透過水を散布して加熱蒸発させる公知の構成であり、ＮＦ膜の透過水を供給することでスケール成分の析出を抑制しつつ、蒸発装置において海水淡水化を更に行うことができる。ＮＦ膜通水工程Ｓ２２におけるＮＦ膜の非透過水は、排水として処理される。
【００１７】
上述した本実施形態の海水淡水化方法は、ＲＯ膜を透過せずに濃縮された海水の圧力エネルギーを回収することにより減圧工程Ｓ２１が行われ、回収した圧力エネルギーをＲＯ膜に供給される海水に伝達することにより昇圧工程Ｓ１１が行われる。このように、ＮＦ膜処理工程Ｓ２における海水の減圧を、ＲＯ膜処理工程Ｓ１において昇圧される海水との圧力交換により行うことで、ＮＦ膜に供給される海水の圧力をＮＦ膜の許容圧力以下に容易に低減させることができると共に、ＲＯ膜の通水に必要となる海水の昇圧を効率良く行うことができる。
【００１８】
次に、上記の海水淡水化方法を実施する海水淡水化装置を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成図である。図２に示す海水淡水化装置１は、ＲＯ膜装置１０、ＮＦ膜装置２０およびエネルギー回収装置３０を備えている。
【００１９】
ＲＯ膜装置１０およびＮＦ膜装置２０は、ケーシング内にそれぞれＲＯ膜モジュールおよびＮＦ膜モジュールが配置されて構成されている。ＲＯ膜およびＮＦ膜の材質や型式は特に限定されないが、例えば、ポリアミドや酢酸セルロース等からなる中空糸膜型や平膜型等を挙げることができる。エネルギー回収装置３０は、例えば、ロータ型の圧力変換型エネルギー回収装置を使用することができる。
【００２０】
上記の構成を備える海水淡水化装置１は、前処理が行われた海水が高圧ポンプ２により昇圧されて、エネルギー回収装置３０を経てＲＯ膜装置１０に供給される。ＲＯ膜装置１０においては、海水がＲＯ膜を透過することより淡水が生成される一方、ＲＯ膜を透過せずに濃縮された海水が、エネルギー回収装置３０を経てＮＦ膜装置２０に供給される。ＮＦ膜装置２０においては、ＮＦ膜の透過水の一部が高圧ポンプ２の上流側に合流される一方、透過水の残部が蒸発装置に供給される。ＮＦ膜を透過せずに濃縮された海水は排水される。
【００２１】
エネルギー回収装置３０は、複数の貫通孔を有するロータが筒体内に設けられた公知の構成であり、高圧ポンプ２により供給された海水が貫通孔に一端側から流入する一方、ＲＯ膜装置１０において濃縮された海水が貫通孔に他端側から流入し、ロータの回転によって圧力伝達が連続的に行われる。エネルギー回収装置３０は、圧力エネルギーを交換可能な構成であればロータ型に限定されず、ピストン型など他の構成であってもよい。
【００２２】
このように、高圧ポンプ２によって昇圧された海水が、エネルギー回収装置３０によって更に昇圧されてＲＯ膜装置１０に供給されるため、高圧ポンプ２の負荷を軽減することができ、海水のＲＯ膜処理を効率良く行うことができる。ＲＯ膜装置１０に供給される海水の圧力は、制御弁３の開度調整によって所望の圧力に制御することができる。一方、ＮＦ膜装置２０に供給される海水は、許容圧力以下に減圧されるため、海水のＮＦ膜処理を安定して行うことができる。
【００２３】
本発明の海水淡水化方法は、図２に示す海水淡水化装置１の構成以外にも、後述する種々の構成によって実施可能である。なお、以下の各図において、図１および図２と同様の構成部分には、同一の符号を付している。
【００２４】
例えば、図２に示すＲＯ膜装置１０およびＮＦ膜装置２０は、図３に示す海水淡水化装置１０１のように、複数段に配置してもよい。すなわち、ＲＯ膜装置１０−１，１０−２を２段に配置し、１段目のＲＯ膜装置１０−１で濃縮された海水を２段目のＲＯ膜装置１０−２に供給し、２段目のＲＯ膜装置１０−２で濃縮された海水をエネルギー回収装置３０に供給する構成にすることができる。ＮＦ膜装置２０−１，２０−２についても２段に配置して、１段目のＮＦ膜装置２０−１の非透過水を２段目のＮＦ膜装置２０−２に供給することができる。エネルギー回収装置３０と段目のＮＦ膜装置２０−１との間には背圧弁４を設けて、背圧弁４の開度調整によりＲＯ膜装置１０−１，１０−２での淡水の生成量を制御してもよい。また、２段目のＮＦ膜装置２０−２の排水流路に減圧弁５を設けて、減圧弁５の開度調整により、ＮＦ膜装置２０−１，２０−２に供給される海水の圧力を減圧可能に構成してもよい。
【００２５】
図３に示す海水淡水化装置１０１において、ＮＦ膜装置２０に供給される濃縮海水が、エネルギー回収装置３０によって許容圧力よりも十分低い圧力まで減圧される場合には、図４に示す海水淡水化装置２０１のように、１段目のＮＦ膜装置２０−１と２段目のＮＦ膜装置２０−２との間に補助回収装置４０を設けてもよい。補助回収装置４０は、エネルギー回収装置３０と同様の構成であり、２段目のＮＦ膜装置２０−２に供給される濃縮海水を、２段目のＮＦ膜装置２０−２から排出される非透過水との圧力交換により昇圧して、ＮＦ膜装置２０−２の処理効率を高めることができる。図４に示す海水淡水化装置２０１は、１段目のＮＦ膜装置２０−１に供給される濃縮海水を昇圧するブースタポンプ６を備えており、ＮＦ膜装置２０−１の処理効率を高めることができる。図４に示す海水淡水化装置２０１は、ブースタポンプ６を備えない構成であってもよい。
【００２６】
図５に示す海水淡水化装置３０１は、図４に示す海水淡水化装置２０１において、１段目のＮＦ膜装置２０−１に供給される濃縮海水を、２段目のＮＦ膜装置２０−２から排出される非透過水と圧力交換して昇圧するように、補助回収装置４０を配置したものである。１段目のＮＦ膜装置２０−１と２段目のＮＦ膜装置２０−２との間にはブースタポンプ６が設けられており、２段目のＮＦ膜装置２０−２に供給される濃縮海水を昇圧することができる。図５に示す海水淡水化装置３０１についても、ブースタポンプ６を備えない構成にすることができる。
【００２７】
図１に示す海水淡水化方法のＲＯ膜処理工程Ｓ１は、ＲＯ膜への海水の通水を複数段で行う工程と、各段の間で海水を昇圧する工程とを備えることが可能である。例えば、図６に示すように、ＲＯ膜処理工程Ｓ１が、前処理後の海水を昇圧する昇圧工程Ｓ１１１に加えて、１段目のＲＯ膜通水工程Ｓ１２１と、２段目のＲＯ膜通水工程Ｓ１２２とを備え、１段目のＲＯ膜通水工程Ｓ１２１と２段目のＲＯ膜通水工程Ｓ１２２との間で海水を昇圧する昇圧工程Ｓ１１２を更に備える構成にすることができる。
【００２８】
図６に示す海水淡水化方法は、２段目のＲＯ膜通水工程Ｓ１２２で濃縮された海水の圧力エネルギーを回収することにより減圧工程Ｓ２１１が行われ、回収した圧力エネルギーを１段目と２段目との間の海水に伝達することにより昇圧工程Ｓ１１２が行われる。このように、ＲＯ膜への通水を複数段で行う場合に、各段の間で昇圧される海水との圧力交換により、ＮＦ膜処理工程Ｓ２における海水の減圧を行うことで、ＮＦ膜に供給される海水の圧力を、ＮＦ膜の許容圧力以下に容易に低減させることができると共に、ＲＯ膜処理工程Ｓ１における複数段の中間昇圧を効率良く行うことができ、淡水の生成効率を高めることができる。図６に示す海水淡水化方法においては、ＮＦ膜通水工程Ｓ２２の非透過水の圧力エネルギーを回収して減圧する減圧工程Ｓ２１２が行われ、減圧工程Ｓ２１２で回収したエネルギーを利用して、昇圧工程Ｓ１１１の昇圧を行うことができる。
【００２９】
図６に示す海水淡水化方法は、例えば、図７に示す海水淡水化装置４０１により実施することができる。図７に示す海水淡水化装置４０１は、前処理が行われた海水が高圧ポンプ２により昇圧され、補助回収装置４０により更に昇圧されて、１段目のＲＯ膜装置１０−１に供給される。１段目のＲＯ膜装置１０−１で濃縮された海水は、エネルギー回収装置３０で昇圧された後、２段目のＲＯ膜装置１０−２に供給される。２段目のＲＯ膜装置１０−２で濃縮された海水は、エネルギー回収装置３０で減圧された後、ＮＦ膜装置２０に供給される。ＮＦ膜装置２０の非透過水は、補助回収装置４０で減圧されて排水される。
【００３０】
図６に示す海水淡水化方法においては、減圧工程Ｓ２１１で回収した圧力エネルギーを利用して昇圧工程Ｓ１１１を行い、減圧工程Ｓ２１２で回収した圧力エネルギーを利用して昇圧工程Ｓ１１２を行うこともできる。この海水淡水化方法は、例えば、図８に示す海水淡水化装置５０１により実施することができる。図８に示す海水淡水化装置５０１は、前処理が行われた海水が高圧ポンプ２により昇圧され、エネルギー回収装置３０により更に昇圧されて、１段目のＲＯ膜装置１０−１に供給される。１段目のＲＯ膜装置１０−１で濃縮された海水は、補助回収装置４０で昇圧された後、２段目のＲＯ膜装置１０−２に供給される。２段目のＲＯ膜装置１０−２で濃縮された海水は、エネルギー回収装置３０で減圧された後、ＮＦ膜装置２０に供給される。ＮＦ膜装置２０の非透過水は、補助回収装置４０で減圧されて排水される。
【００３１】
図６に示す海水淡水化方法において、昇圧工程Ｓ１１２と減圧工程Ｓ２１１との間で行われる圧力交換は、図９に示す海水淡水化装置６０１により実施することもできる。図９に示す海水淡水化装置６０１は、前処理が行われた海水が高圧ポンプ２により昇圧されて、１段目のＲＯ膜装置１０−１に供給される。１段目のＲＯ膜装置１０−１で濃縮された海水は、エネルギー回収装置３０で昇圧された後、２段目のＲＯ膜装置１０−２に供給される。２段目のＲＯ膜装置１０−２で濃縮された海水は、エネルギー回収装置３０で減圧された後、ＮＦ膜装置２０に供給される。
【００３２】
図１０に示す海水淡水化装置７０１は、図９に示す海水淡水化装置６０１において、エネルギー回収装置３０で減圧された海水を、ＮＦ膜の許容圧力よりも低い所望の圧力まで昇圧して、ＮＦ膜装置２０に供給可能に構成したものである。図１０に示す海水淡水化装置７０１において、エネルギー回収装置３０で減圧された海水は、一部がブースタポンプ６−１で昇圧され、残部が補助回収装置４０およびブースタポンプ６−２で昇圧された後に合流し、ＮＦ膜装置２０に供給される。ＮＦ膜装置２０の非透過水は、補助回収装置４０で減圧されて排水される。各ブースタポンプ６−１，６−２の作動制御は、インバータ制御により行われることが好ましく、これによって各ブースタポンプ６−１，６−２の流量割合を精度良く調整することができ、ＮＦ膜装置２０に供給される海水の圧力を正しく設定することができる。図４および図５に示すブースタポンプ６についても、インバータ制御を行うことが可能である。
【００３３】
上述した本発明の海水淡水化方法の原理は、製塩技術に応用することも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  海水淡水化装置
１０  ＲＯ膜装置
２０  ＮＦ膜装置
３０  エネルギー回収装置
Ｓ１  ＲＯ膜処理工程
Ｓ２  ＮＦ膜処理工程
【図１】
2020203258.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020203258.tif 000009
【図８】
2020203258.tif 000010
【図９】
2020203258.tif 000011
【図１０】
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