(57)【要約】      （修正有）【課題】特にかん水淡水化に用いられる水処理膜を備えた水処理装置について、安価な設備で省エネルギー化を図れる手段を提供する。【解決手段】原水を供給する供給ポンプ１と、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュール２と、透過水を貯留する透過水回収ユニット３と、供給された濃縮水とエアーとを混合して濃縮水とエアーの混合流体を排出する減圧発生装置４と、減圧発生装置４で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁５と、第１の原水供給管路６と、第２の原水供給管路７と、透過水排出管路８と、調圧管路９と、減圧発生装置４の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路１０と他端が減圧発生装置４のエアー吸入口に結合された減圧管路１１と、一端が減圧発生装置４の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットＣＷに結合された第２の濃縮水排出管路１２を含む水処理装置１００。【選択図】図１
2014124596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、第１の管路分岐部と第２の管路分岐部とを有する透過水排出管路と、一端が前記第２の管路分岐部に結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記第１の管路分岐部に結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【請求項２】
原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、管路分岐部を有する透過水排出管路と、一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【請求項３】
原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、管路分岐部を有する透過水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【請求項４】
原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合された透過水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【請求項５】
前記第２の原水供給管路および前記第１の濃縮水排出管路にエネルギー交換型昇圧装置が接続された請求項１〜４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
原水を供給ポンプで分離膜モジュールに供給し、前記分離膜モジュールで前記原水を濃縮水と透過水とに分離し、前記濃縮水とエアーを減圧発生装置に供給して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出するとともに、前記減圧発生装置で得られた吸引力を利用して前記透過水の排出側を減圧状態にする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水およびかん水の淡水化に用いられる分離膜モジュールを備えた水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜モジュールを備えた水処理装置の既存の省エネ技術の１つとして、エネルギー交換型昇圧装置を用いたプロセスが知られている（例えば特許文献１）。このプロセスは、分離膜モジュールから排出される濃縮水の高圧エネルギーを利用して、分離膜モジュールへ原水を供給する供給ポンプの供給圧力を低減し省エネルギー化を図るものである。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されたエネルギー交換型昇圧装置を用いたプロセスでは、水処理膜に原水を高圧供給することが不可欠な海水の淡水化などの場合にのみ適用することが多く、比較的に低圧供給されるかん水系の淡水化には交換エネルギーが低く、設備の高コスト化や設置スペースの問題から用いられないことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９９９８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、海水およびかん水の淡水化、特にかん水の淡水化に用いられる分離膜モジュールを備えた水処理装置について、安価な設備で省エネルギー化を図れる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の水処理装置は以下の（１）〜（６）に関する。
【０００７】
（１）原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、第１の管路分岐部と第２の管路分岐部とを有する透過水排出管路と、一端が前記第２の管路分岐部に結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記第１の管路分岐部に結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【０００８】
（２）原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、管路分岐部を有する透過水排出管路と、一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【０００９】
（３）原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合され、管路分岐部を有する透過水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【００１０】
（４）原水を供給する供給ポンプと、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュールと、前記透過水を貯留する透過水回収ユニットと、供給された前記濃縮水とエアーとを混合して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出する減圧発生装置と、前記減圧発生装置で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁と、一端が原水供給ユニットに結合され、他端が前記供給ポンプに結合された第１の原水供給管路と、一端が前記供給ポンプに結合され、他端が前記分離膜モジュールの原水供給口に結合された第２の原水供給管路と、一端が前記分離膜モジュールの透過水排出口に結合され、他端が前記透過水回収ユニットに結合された透過水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記調圧弁に結合された調圧管路と、一端が前記分離膜モジュールの濃縮水排出口に結合され、他端が前記減圧発生装置の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路と、一端が前記透過水回収ユニットに結合され、他端が前記減圧発生装置のエアー吸引口に結合された減圧管路と、一端が前記減圧発生装置の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットに結合された第２の濃縮水排出管路を含む水処理装置。
【００１１】
（５）前記第２の原水供給管路および前記第１の濃縮水排出管路にエネルギー交換型昇圧装置が接続された（１）〜（４）のいずれかに記載の水処理装置。
【００１２】
（６）原水を供給ポンプで分離膜モジュールに供給し、前記分離膜モジュールで前記原水を濃縮水と透過水とに分離し、前記濃縮水とエアーを減圧発生装置に供給して前記濃縮水と前記エアーの混合流体を排出するとともに、前記減圧発生装置で得られた吸引力を利用して前記透過水の排出側を減圧状態にする水処理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、新たな動力エネルギーを供給したり、エネルギー交換型昇圧装置などの高価な大型設備を導入したりすることなしに、海水およびかん水の淡水化に用いられる水処理膜からの透過水の流量を増加し、単位造水量あたりのエネルギー使用量を低減できる。また、本発明ではさらにエネルギー交換型昇圧装置を導入することで、より単位造水量あたりのエネルギー使用量を低減することができる。特に、かん水淡水化などに用いられる低圧型の水処理装置へ適用した場合には、差圧上昇の効果が顕著となり、省エネルギー化の面でより有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の水処理装置の実施態様を示す流路図である。［第１の実施態様］
【図２】本発明の水処理装置の別の実施態様を示す流路図である。［第２の実施態様］
【図３】本発明の水処理装置のさらに別の実施態様を示す流路図である。［第３の実施態様］
【図４】本発明の水処理装置のさらに別の実施態様を示す流路図である。［第４の実施態様］
【図５】本発明の水処理装置のさらに別の実施態様を示す流路図である。［第５の実施態様］
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施態様］
図１に分離膜モジュールおよび減圧発生装置を備えた水処理装置１００の実施様態の概略を示す。水処理装置１００は、原水を供給する供給ポンプ１、供給された原水を分離して濃縮水と透過水とを排出する分離膜モジュール２、透過水を貯留する透過水回収ユニット３、供給された濃縮水とエアーとを混合して濃縮水とエアーの混合流体を排出する減圧発生装置４、および、減圧発生装置４で得られた減圧の圧力を調整する調圧弁５を有する。また、水処理装置１００は、
一端が原水供給ユニットＳＷに結合され、他端が供給ポンプ１に結合された第１の原水供給管路６と、
一端が供給ポンプ１に結合され、他端が分離膜モジュール２の原水供給口に結合された第２の原水供給管路７と、
一端が分離膜モジュール２の透過水排出口に結合され、他端が透過水回収ユニット３に結合され、第１の管路分岐部と第２の管路分岐部とを有する透過水排出管路８と、
一端が第２の管路分岐部に結合され、他端が調圧弁５に結合された調圧管路９と、
一端が分離膜モジュール２の濃縮水排出口に結合され、他端が減圧発生装置４の濃縮水供給口に結合された第１の濃縮水排出管路１０と、
一端が第１の管路分岐部に結合され、他端が減圧発生装置４のエアー吸入口に結合された減圧管路１１と、
一端が減圧発生装置４の混合流体排出口に結合され、他端が濃縮水回収ユニットＣＷに結合された第２の濃縮水排出管路１２を有する。
【００１６】
また、水処理装置１００は、減圧発生装置４を流れる濃縮水が、減圧管路１１へ流出するのを防止するための逆流防止弁１３を有する。
【００１７】
水処理装置１００において、原水供給ユニットＳＷから供給される原水は、第１の原水供給管路６を通り、供給ポンプ１により供給され、第２の原水供給管路７を経て、分離膜モジュール２に流入する。分離膜モジュール２に流入した原水は、原水より塩濃度の低い透過水と、原水より塩濃度の高い濃縮水に分離される。透過水は、透過水排出管路８を経て透過水回収ユニット３にて貯留される。一方、濃縮水は第１の濃縮水排出管路１０を通して減圧発生装置４に流入する。濃縮水が減圧発生装置４を通過する際、その流速により吸引力が発生し、減圧管路１１、透過水排出管路８、調圧管路９、および、透過水回収ユニット３内に存在するエアーを吸引し、減圧管路１１、透過水排出管路８、調圧管路９および透過水回収ユニット３を減圧にする。減圧発生装置４が吸引したエアーは、減圧発生装置４を通過する濃縮水と混合されて混合流体となり、第２の濃縮水排出管路１２を経て、濃縮水回収ユニットＣＷへと流出する。減圧管路１１、透過水排出管路８、調圧管路９、および、透過水回収ユニット３の減圧度は、調圧弁５により一定圧力にコントロールされる。調圧弁５による調整圧力範囲としては絶対値で５〜９０ｋＰａが好適であり、過度の減圧による透過水の揮発を防止する必要がある。また、透過水排出管路８が有する第１の管路分岐部と第２の管路分岐部、透過水回収ユニット３には、エアー溜まりを設け、透過水が吸引されるのを防ぐ構造が望ましい。
【００１８】
水処理装置１００において、高圧の原水あるいは濃縮水が流れる管路（高圧管路）は、第２の原水供給管路７、第１の濃縮水排出管路１０、および、第２の濃縮水排出管路１２である。また、高圧の原水あるいは濃縮水の流れに接触する部材は、第１の原水供給管路６と第２の原水供給管路７との間に設けられた供給ポンプ１、第１の濃縮水排出管路１０と第２の濃縮水排出管路１２との間に設けられた減圧発生装置４、および、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、高圧に耐え得る材料（高圧材料）で形成されている必要がある。
【００１９】
一方、水処理装置１００において、低圧の透過水が流れる管路（低圧管路）は、透過水排出管路８、調圧管路９、および、減圧管路１１である。また、低圧の透過水の流れに接触する部材は、透過水排出管路８の一端に設けられた透過水回収ユニット３、減圧管路１１上に設けられた逆流防止弁１３、および、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、低圧に耐え得る材料（低圧材料）で形成されていれば十分である。
【００２０】
水処理装置１００において、供給ポンプ１としては、前記高圧材料を用いて作られたポンプで、所望とする圧力と流量が得られるものであれば、特にその形式に限定されない。例えば、プランジャーポンプのような往復動形式のポンプ、渦巻ポンプ、遠心ポンプ、多段遠心ポンプのような回動形式のポンプなどを、適宜目的に応じて、用いることができる。
【００２１】
分離膜モジュール２としては、一つあるいは複数のＲＯ膜（逆浸透膜）やＵＦ膜（限外ろ過膜）あるいはＭＦ膜（精密ろ過膜）を収納したモジュールからなる。
【００２２】
透過水回収ユニット３としては、例えば透過水タンクを使用することができる。
【００２３】
減圧発生装置４としては、例えばアスピレーターやエジェクターを使用することができる。
【００２４】
調圧弁５は、透過水が流れる管路（低圧管路）の圧力を感知して、一定の圧力に自動制御するエアー駆動式コントロールバルブを使用するのが良い。
【００２５】
逆流防止弁１３は、低圧の透過水が流れる管路（低圧管路）の透過水排出管路８、調圧管路９、および、減圧管路１１に濃縮水が逆流するのを防止する構造であれば良い。逆流防止弁の形態としては、スライド式、スプリングディスク式、リフト式などがある。
【００２６】
［第２の実施態様］
図２に、別の実施態様の水処理装置２００の概略を示す。図２に示される水処理装置２００と図１に示される水処理装置１００とは、装置構成部材が互いに共通している。従って、水処理装置１００の構成部材と同じ部材符号が付与されている。水処理装置２００と水処理装置１００との相違は、減圧管路１１の一端を透過水排出管路８ではなく、透過水回収ユニット３に接続していることである。減圧管路１１の一端は、透過水排出管路８と透過水回収ユニット３のどちらでも良い。
【００２７】
［第３の実施態様］
図３に、別の実施態様の水処理装置３００の概略を示す。図３に示される水処理装置３００と図１に示される水処理装置１００とは、装置構成部材が互いに共通している。従って、水処理装置１００の構成部材と同じ部材符号が付与されている。水処理装置３００と水処理装置１００との相違は、調圧管路９の一端を透過水排出管路８ではなく、透過水回収ユニット３に接続していることである。調圧管路９の一端は、透過水排出管路８と透過水回収ユニット３のどちらでも良い。
【００２８】
［第４の実施態様］
図４に、別の実施態様の水処理装置４００の概略を示す。図４に示される水処理装置４００と図１に示される水処理装置１００とは、装置構成部材が互いに共通している。従って、水処理装置１００の構成部材と同じ部材符号が付与されている。水処理装置４００と水処理装置１００との相違は、減圧管路１１の一端を透過水排出管路８ではなく、透過水回収ユニット３に接続し、調圧管路９の一端を透過水排出管路８ではなく、透過水回収ユニット３に接続していることである。
【００２９】
［第５の実施態様］
図５に、別の実施態様の水処理装置５００の概略を示す。図５に示される水処理装置５００と図１に示される水処理装置１００とは、大多数の装置構成部材において、互いに共通している。従って、水処理装置１００の構成部材で、水処理装置５００の構成部材と同じ部材には、図５において、図１に用いられている部材符号と同じ部材符号が付与されている。水処理装置５００と水処理装置１００との相違は、第２の原水供給管路７と第１の濃縮水排出管路１０の途中に、エネルギー交換型昇圧装置１４を有することである。エネルギー交換型昇圧装置１４は、濃縮水が有している圧力エネルギーを回収し、供給ポンプ１から吐出した第２の原水供給管路７を流れる原水の圧力を更に昇圧する。圧力エネルギーが回収された濃縮水は、減圧発生装置４に流入し、減圧管路１１、透過水排出管路８、調圧管路９、および、透過水回収ユニット３を減圧にするが、本発明では、濃縮水の流速を利用して減圧する機構であるため、エネルギー交換型昇圧装置１４により圧力エネルギーの回収を受けた濃縮水においても、減圧発生装置４の減圧発生起因流体として使用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１・・供給ポンプ、２・・分離膜モジュール、３・・透過水回収ユニット、４・・減圧発生装置、５・・調圧弁、６・・第１の原水供給管路、７・・第２の原水供給管路、８・・透過水排出管路、９・・調圧管路、１０・・第１の濃縮水排出管路、１１・・減圧管路、１２・・第２の濃縮水排出管路、１３・・逆流防止弁、１４・・エネルギー交換型昇圧装置、１００・・水処理装置、２００・・水処理装置、ＳＷ・・原水供給ユニット、ＣＷ・・濃縮水回収ユニット
【図１】
2014124596.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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