(57)【要約】【課題】淡水化の運転を停止することなく、逆浸透膜の濁質層を排除することができ、連続して淡水化を継続することが可能な淡水化装置及び淡水化装置の洗浄方法を提供する。【解決手段】原水１１中の濁質分を濾過する前処理膜１２を有する前処理装置１３と、前記前処理装置１３からの濾過水１４から塩分を除去して透過水１５を生産する逆浸透膜１６を有する逆浸透膜装置１７と、前記前処理装置１３から逆浸透膜装置１７に濾過水１４を供給する濾過水ライン２３に介装された高圧ポンプ２１と逆浸透膜装置１７との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁３１と、前記第１の制御弁３１を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置１７の入口の圧力を低下させる運転を実施するサックバック制御を行う制御装置３０とを具備してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、
前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、
前記前処理装置から逆浸透膜装置に濾過水を供給する濾過水ラインに介装された高圧ポンプと逆浸透膜装置との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁と、
前記第１の制御弁を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施する制御を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、
前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置より得られる透過水を供給する透過水ラインに介装され、透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁と、
前記第２の制御弁を操作し、運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施する制御を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置。
【請求項３】
原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、
前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、
前記前処理装置から逆浸透膜装置に濾過水を供給する濾過水ラインに介装された高圧ポンプと逆浸透膜装置との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁と、
前記逆浸透膜装置より得られる透過水を供給する透過水ラインに介装され、透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁と、
前記第１の制御弁又は第２の制御弁の何れか一方又は両方を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施する制御、又は前記運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施する制御のいずれか一方又は両方を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
濃縮水ラインに介装され、圧力が高い濃縮水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項５】
原水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置を用いて淡水化する方法であって、
逆浸透膜装置に原水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁を設け、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施し、正浸透作用により逆流させて、逆浸透膜の膜面を洗浄することを特徴とする淡水化装置の洗浄方法。
【請求項６】
原水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置を用いて淡水化する方法であって、
前記逆浸透膜装置からの透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁を設け、
運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施し、正浸透作用により逆流させて、逆浸透膜の膜面を洗浄することを特徴とする淡水化装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水淡水化の運転を停止することなく、逆浸透膜の汚染層を排除することができ、連続して海水淡水化を継続することが可能な淡水化装置及び淡水化装置の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、原水である海水から真水を得る方法として、海水を蒸発させる蒸発法と、海水に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す逆浸透法とがある。
後者の逆浸透法は、蒸発法よりエネルギー効率に優れている反面、ＲＯ膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理（原水である海水中の濁質分を除去する「ＵＦ膜（限外濾過膜）」又は「ＭＦ膜（精密濾過膜）」で処理）すると共に、メンテナンスを常時行うようにしている。
【０００３】
この濁質分の除去には、アルカリや酸等の薬品を用いた除去方法が従来より提案されているが、これらの薬剤は危険ものであるためハンドリングが良くなく、また廃液処理にも手間を要している。また、運転中に正浸透現象を使って膜面を洗浄する提案もあるが、高濃度の２５％の塩化ナトリウム溶液を用意する必要がある（非特許文献１：Boris Liberman et. al., “Replacing membrane CIP by direct osmosis cleaning”, The international desalination & water reuse quarterly, 15(2), 28-32 (2005)）。
【０００４】
この従来のメンテナンスの一例について図６を参照して説明する。図６は従来技術に係る淡水化装置の概略図である。
図６に示すように、従来技術に係る海水淡水化装置１００Ａは、原水（海水）１１中の濁質分を濾過する前処理膜１２を有する前処理装置１３と、前記前処理装置１３から供給された濾過水１４から塩分を除去して透過水１５を得る逆浸透膜（ＲＯ膜）１６を有する逆浸透膜装置１７とを具備するものであり、海水である原水１１を前処理装置１３で濾過し、その後高圧ポンプ２１を用いてＲＯ膜１６の供給水側に浸透圧以上の運転圧力をかけ、濾過水１４から塩分を除去させ、淡水化処理して透過水１５を得るようにしている。
ここで、符号２２は原水１１を前処理装置１３へ供給する原水ライン、２３は濾過水１４を逆浸透膜装置１７へ供給する濾過水ライン、２４は逆浸透膜装置１７で濃縮された濃縮水１８を排出する濃縮水ライン、２５は透過水１５を外部の水使用設備等に供給する透過水ライン２５である。
【０００５】
このような設備において、所定時間運転した後に、ＲＯ膜１６の膜面に堆積した濁質分を除去するために、逆浸透膜の簡易フラッシング方法が提案されている（特許文献１）。
この方法は、高圧ポンプにより圧送された原水を濃縮水と透過水とに分離する逆浸透膜が浸透膜であることを利用して、高圧ポンプ２１の作動と停止とを繰り返すことで、ＲＯ膜に目詰まりした濁質分をフラッシングにより除去するものである。
【０００６】
しかしながら、この方法は、高圧ポンプを停止する必要がある。したがって、小型や中型の海水淡水化設備では適用できるが、大型の海水淡水化プラントでは、一度高圧ポンプの停止を行うと定常状態にするのに時間がかかり、適用できない、という問題がある。
【０００７】
このため、従来においては、海水淡水化の運転を停止することなく、濁質分を除去することが提案されている（特許文献２）。
【０００８】
従来技術に係る他の淡水化装置の概略図を図７に示す。
図７に示すように、従来技術に係る海水淡水化装置１００Ｂは、濃縮水ライン２４に開閉バルブ２６を介装させ、原水１１の供給量を減らすと共に、濃縮水ライン２４に介装された開閉バルブ２６の開度を増して、逆浸透膜装置１７内の流速を増し、濾過水１４による濁質分であるゲル層を除去するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−１３３１０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−９３３０４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Boris Liberman et. al., “Replacing membrane CIP by direct osmosis cleaning”, The international desalination & water reuse quarterly, 15(2), 28-32 (2005)
【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、図７のような従来技術に係る海水淡水化装置１００Ｂの提案では、濃縮水ライン２４に開閉バルブ２６を介装しており、その開閉操作による圧力変動が発生するので、濃縮水１８のエネルギーを回収するためのエネルギー回収装置を設置することができず、海水設備のシステム全体のエネルギー効率の低下を招くという問題がある。
【００１２】
近年の海水淡水化の設備において、薬剤を用いることなく、海水淡水化の運転を継続し、さらにエネルギー効率の向上を図ることができ、海水淡水化の生産効率を向上させることができるランニングコストの低廉な淡水化装置の出現が望まれている。
【００１３】
本発明は、前記問題に鑑み、淡水化の運転を停止することなく、逆浸透膜の濁質層を排除することができ、連続して淡水化を継続することが可能な淡水化装置及び淡水化装置の洗浄方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、前記前処理装置から逆浸透膜装置に濾過水を供給する濾過水ラインに介装された高圧ポンプと逆浸透膜装置との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁と、前記第１の制御弁を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施する制御を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置にある。
【００１５】
第２の発明は、原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置より得られる透過水を供給する透過水ラインに介装され、透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁と、前記第２の制御弁を操作し、運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施する制御を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置にある。
【００１６】
第３の発明は、原水中の濁質分を濾過する前処理膜を有する前処理装置と、前記前処理装置からの濾過水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、前記前処理装置から逆浸透膜装置に濾過水を供給する濾過水ラインに介装された高圧ポンプと逆浸透膜装置との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁と、前記逆浸透膜装置より得られる透過水を供給する透過水ラインに介装され、透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁と、前記第１の制御弁又は第２の制御弁の何れか一方又は両方を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施する制御、又は前記運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施する制御のいずれか一方又は両方を行う制御装置とを具備してなることを特徴とする淡水化装置にある。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、濃縮水ラインに介装され、圧力が高い濃縮水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１８】
第５の発明は、原水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置を用いて淡水化する方法であって、逆浸透膜装置に原水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁を設け、運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を低下させる運転を実施し、正浸透作用により逆流させて、逆浸透膜の膜面を洗浄することを特徴とする淡水化装置の洗浄方法にある。
【００１９】
第６の発明は、原水から塩分を除去して透過水を生産する逆浸透膜を有する逆浸透膜装置を用いて淡水化する方法であって、前記逆浸透膜装置からの透過水の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁を設け、運転中にパルス的に透過水の圧力を増大させる運転を実施し、正浸透作用により逆流させて、逆浸透膜の膜面を洗浄することを特徴とする淡水化装置の洗浄方法にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、海水淡水化の運転を停止することなく、逆浸透膜の汚染層を排除することができ、連続して海水淡水化を継続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。
【図４】図４は、試験例に係る運転の経過時間と透過水量及び供給圧力の関係図である。
【図５】図５は、試験例に係る透過水量の変化を示す図である。
【図６】図６は、従来技術に係る淡水化装置の概略図である。
【図７】図７は、従来技術に係る他の淡水化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２３】
本発明による実施例に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。なお、従来技術で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ａは、原水１１中の濁質分を濾過する前処理膜１２を有する前処理装置１３と、前記前処理装置１３からの濾過水１４から塩分を除去して透過水１５を生産する逆浸透膜１６を有する逆浸透膜装置１７と、前記前処理装置１３から逆浸透膜装置１７に濾過水１４を供給する濾過水ライン２３に介装された高圧ポンプ２１と逆浸透膜装置１７との間に、濾過水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁３１と、前記第１の制御弁３１を操作し、運転中にパルス的に逆浸透膜装置１７の入口の圧力を低下させる運転を実施するサックバック制御を行う制御装置３０とを具備してなるものである。
【００２４】
前記透過水ライン２３に介装された第１の制御弁３１は、パルス的にバルブを閉めることができるものであるが、その閉める時間は１〜３０分、より好ましくは２〜１５分程度としている。
【００２５】
そして、運転圧力（供給圧力）が所定圧力よりも低下した際に、前記第１の制御弁３１を閉める方向へ作動する指令を制御装置３０から行う。そして、運転圧力が例えば６ＭＰａであるものを２ＭＰａ以下とすることで、透過水１５の正浸透作用により逆流（サックバック）を促し、ＲＯ膜１６の膜面に堆積している濁質層を透過水１５により除去することとなる。
【００２６】
第１の制御弁３１の開度の調整による圧力の低下は２ＭＰａ以下としているが、これは海水の浸透圧を考慮したものであり、これ以下とすることで、さらに逆流を促して、除去性能を向上させるようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明による運転中にパルス的に逆浸透膜装置の入口の圧力を変動させる制御は、ＲＯ膜の洗浄の際に、１回のパルス的な圧力の変動のほかに、複数回の連続したパルス的な圧力変動により膜面の洗浄を行うようにすることも含まれる。
【００２８】
本発明によれば、透過水ライン２５に透過水のサックバックを生じさせるための第１の制御弁３１を設置しているので、濃縮水ライン２４にエネルギー回収装置３５を設置することができることとなる。この結果、従来とは異なり、圧力が高いまま（例えば供給圧力が例えば６ＭＰａの場合には、少し低下した５．５ＭＰａ程度）の濃縮水１８のエネルギーをエネルギー回収装置３５で回収することができ、例えば高圧ポンプ２１を駆動させるエネルギーの確保や、濾過水１４を高圧に圧力変換することができ、海水淡水化設備のエネルギー効率の向上に寄与するものとなる。
【００２９】
ここで、エネルギー回収装置３５としては、例えばＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ型エネルギー回収装置、Ｔｕｒｂｏｃｈａｇｅｒ型エネルギー回収装置、ＰＸ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ（ＤｕａｌＷｏｒｋＥｎｅｒｇｙ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置等の公知のものを用いることができる。
【００３０】
以上のように、本実施例により、高圧ポンプ２１の運転を停止することなく、しかも高濃度の塩化ナトリウム溶液等を用いることなく、ＲＯ膜の濁質成分を除去できる。
【００３１】
［試験例］
次に、本発明の効果を示す試験例について説明する。ここで、図４は、試験例に係る運転の経過時間と透過水量及び供給圧力の関係図であり、図５は、試験例に係る透過水量の変化を示す図である。
【００３２】
通常の運転時における濾過水１４の供給圧力は、図４に示すように６．０ＭＰａであった。そして、運転当初の透過水１５の透過水量は約１．４５ｍｌ／ｍｉｎ程度であった。海水淡水化処理の運転時間の経過と共に、１００分後には透過水量が１．３ｍｌ／ｍｉｎになった。そこで、２００分を経過した際（透過水量は１．２８ｍｌ／ｍｉｎ）、第１回の第１の制御弁３１をパルス的に閉鎖するサックバック制御を行った。このサックバック制御は、０．２ＭＰａに低下してその状態を約５分程度継続し、再度開放して元の圧力である６．０ＭＰａに戻した。
なお、ＲＯ膜に付着させる濁質層としては、３．２％ＮａＣｌ中に有機物付着物を５ｐｐｍ混入させてＲＯ膜に付着させて形成して、濁質層を模擬した。
【００３３】
この試験開始３．５時間後に実施した第１回目の制御後に透過水量を計測すると、１．３５ｍｌ／ｍｉｎに回復した。
【００３４】
また、運転を継続し、２６０分を経過した際（透過水量は１．２９ｍｌ／ｍｉｎ）、第２回の第１の制御弁３１を閉鎖するサックバック制御を行った。このサックバック制御は、０．２ＭＰａに低下してその状態を約５分程度継続し、再度開放して元の圧力である６．０ＭＰａに戻した。
【００３５】
この試験開始５時間後に実施した第２回目の制御後に透過水量を計測すると、１．３８ｍｌ／ｍｉｎに回復した。
【００３６】
このように、本発明の制御を実施することにより、透過水量が回復することが判明した。これにより、高圧ポンプ２１を停止することなく、しかも薬剤等を用いることなく、安全でしかも安定した淡水化装置の洗浄を行うことができ、長期間に亙ってエネルギー効率が向上した操業が可能となる。
【００３７】
ここで、本発明を適用した海水淡水化プラントの稼働率を考慮したコストダウンについて、試算すると以下のようになる。
１回の洗浄において、２００，０００ｍ3／日の淡水の生産量の規模の設備の場合、高圧ポンプを停止すると、装置の停止及び起動再開から安定状態になるには、約２．５日かかる。
この停止を年４回行うとすると、年間１０日の停止となるので、稼働率は３％の低下となる。
よって、この高圧ポンプの停止が無くなることにより、造水価格を３％コストダウンすることができることとなる。
【００３８】
また、薬剤の使用を停止することにより、１回の洗浄で１００，０００ｋｇの薬剤の使用が無くなる。薬剤のコストが３０円／ｋｇであるので、年間約１億円のコストダウンとなる。２００，０００ｍ3／日の淡水化プラントとして計算すると、造水コストで約１円／ｍ3のコストダウンとなる。現時点における造水コストが約１００円／ｍ3であるので、１％のコストダウンとなる。
【実施例２】
【００３９】
本発明による実施例に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１の淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、淡水化装置１０Ｂは、図１に示す装置において、第１の制御弁３１を設ける代わりに、透過水ライン２５に透過水１５の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁３２を介装している。
そして、所定圧力以下となった場合には、運転中にパルス的に透過水１５の圧力を増大させる運転を実施し、正浸透作用により逆流させて、ＲＯ膜１６の膜面を洗浄するようにしている。
【００４０】
本実施例によれば、運転中に、パルス的に透過水側の圧力を大きくする運転を実施することにより、正浸透現象に基づく逆浸透膜１６を透過する透過水１５の流れにより該逆浸透膜１６の膜面に堆積した堆積層を排除することとなる。
【実施例３】
【００４１】
本発明による実施例に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１の淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、淡水化装置１０Ｃは、実施例１における濾過水ライン２３に原水の供給圧力を一時的に低下させる第１の制御弁３１と、透過水ライン２５に透過水１５の圧力を一時的に増大させる第２の制御弁３２とを各々設けたものである。
【００４２】
そして、運転状況に鑑みて、いずれか一方の制御弁を閉めることにして、逆浸透膜の膜面の洗浄を実施するようにしている。
【００４３】
すなわち、高圧ポンプ２１に対しては急激な圧力変化は好ましくないので、第１の制御弁３１で所定圧力の例えば２ＭＰａまで低下させ、パルス的なサックバック制御を行い、膜の洗浄を行い、その後供給圧力の回復が所望値に達しない場合には、第２の制御弁３２を制御して、パルス的に透過水側の圧力を大きくする運転を実施することにより、正浸透現象に基づく逆浸透膜１６を透過する透過水１５の流れにより該逆浸透膜１６の膜面に堆積した堆積層を排除することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明に係る淡水化装置によれば、海水淡水化の運転を停止することなく、逆浸透膜の汚染層を排除することができ、連続して海水淡水化を継続することが可能となり、海水淡水化のエネルギー効率の向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０Ａ〜１０Ｃ  淡水化装置
１１  原水
１２  前処理膜
１３  前処理装置
１４  濾過水
１５  透過水
１６  逆浸透膜
１７  逆浸透膜装置
２３  濾過水ライン
２４  濃縮水ライン
２５  透過水ライン
３０  制御装置
３１  第１の制御弁
３２  第２の制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010207748.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010207748.tif 000007
【図６】
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【図７】
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