(57)【要約】【課題】高回収率の淡水化システムを提供する。【解決手段】取水ポンプ１と、前処理装置３と、前処理装置３によって前処理が行われた被処理水を圧送する高圧ポンプ５と、高圧ポンプ５から圧送される被処理水を膜濾過する第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑと、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側からそれぞれ流出する被処理水を昇圧するブースタポンプ７と、ブースタポンプ７から圧送される被処理水を膜濾過する第２逆浸透処理装置８と、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して被処理水を昇圧する動力回収装置１１と、透過水を需要側に供給する送水ポンプ１０と、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出し動力回収装置１１を経由した濃縮水を排水する排水ポンプ１３と、を備える。【選択図】図１
2014133189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を取水する取水装置と、
前記取水装置によって取水される被処理水に対して、不純物を除去するための前処理を行う前処理装置と、
前記前処理装置によって前処理が行われた被処理水を圧送する第１ポンプと、
前記第１ポンプから吐出され、分岐配管を介して自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する複数の第１逆浸透処理装置と、
それぞれの前記第１逆浸透処理装置の一次側から流出し、合流配管を介して合流する被処理水を昇圧する第２ポンプと、
前記第２ポンプから吐出されて自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する第２逆浸透処理装置と、
前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、前記第１ポンプよりも上流側から分流する被処理水を昇圧し、前記第１逆浸透処理装置の一次側に圧送する第１動力回収装置と、
前記第１逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水、及び前記第２逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水を需要側に送水する送水装置と、
前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出し、前記第１動力回収装置を経由した濃縮水を排水する排水装置と、を備えること
を特徴とする淡水化システム。
【請求項２】
被処理水を取水する取水装置と、
前記取水装置によって取水される被処理水に対して、不純物を除去するための前処理を行う前処理装置と、
前記前処理装置によって前処理が行われた被処理水を圧送する第１ポンプと、
前記第１ポンプから吐出され、分岐配管を介して自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する複数の第１逆浸透処理装置と、
それぞれの前記第１逆浸透処理装置の一次側から流出し、合流配管を介して合流する被処理水を昇圧する第２ポンプと、
前記第２ポンプから吐出されて自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する第２逆浸透処理装置と、
前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、前記第１ポンプよりも上流側から分流する被処理水を昇圧し、前記第１逆浸透処理装置の一次側に圧送する容積型の第１動力回収装置と、
前記第１動力回収装置において昇圧される被処理水の流量を調整する流量調整手段と、
前記第１逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水、及び前記第２逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水を需要側に送水する送水装置と、
前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出し、前記第１動力回収装置を経由した濃縮水を排水する排水装置と、を備えること
を特徴とする淡水化システム。
【請求項３】
前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、それぞれの前記第１逆浸透処理装置の一次側から前記合流配管を介して合流する被処理水を昇圧して前記第２ポンプの吸入側に圧送するとともに、当該利用がなされた後の濃縮水が前記第１動力回収装置に流入するように配設される圧力回収型の第２動力回収装置を備え、
前記第１動力回収装置は、前記第２動力回収装置から流入する濃縮水の残圧を利用して、前記第１ポンプよりも上流側から分流する被処理水を昇圧し、前記第１逆浸透処理装置の一次側に圧送すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の淡水化システム。
【請求項４】
前記第１ポンプの加圧力に対する前記第２ポンプの加圧力の比は、０．２以上０．５以下に設定されること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の淡水化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜を備えた淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な気候変動や水不足の影響によって水のニーズが高まりつつあり、市場規模の拡大が見込まれている。特に、逆浸透処理装置の一次側に浸透圧を超える高圧で海水を流入させることで、逆浸透膜を介して二次側から透過水（淡水）を得る淡水化システムが注目されている。
ところで、逆浸透処理装置の二次側から流出する濃縮水は、所定の残圧を有している。したがって、当該濃縮水が有するエネルギを回収し、システム全体の効率性を向上させたいという要請がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、海水の一部を加圧下に逆浸透膜モジュールに供給して淡水化し、この逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力エネルギを圧力伝達式エネルギ回収装置で回収する海水淡水化方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、圧力伝達式エネルギ回収装置で回収したエネルギを用いて前記海水の残部を昇圧し、第二逆浸透膜モジュールに供給する構成となっているが、淡水化システム全体の構成として被処理水に対する淡水の回収率をさらに高めるとともに、逆浸透膜モジュールのフラックス（透過流束）の均一化を図ることが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、高回収率の淡水化システム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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る淡水化システムは、被処理水を取水する取水装置と、前記取水装置によって取水される被処理水に対して、不純物を除去するための前処理を行う前処理装置と、前記前処理装置によって前処理が行われた被処理水を圧送する第１ポンプと、前記第１ポンプから吐出され、分岐配管を介して自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する複数の第１逆浸透処理装置と、それぞれの前記第１逆浸透処理装置の一次側から流出し、合流配管を介して合流する被処理水を昇圧する第２ポンプと、前記第２ポンプから吐出されて自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する第２逆浸透処理装置と、前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、前記第１ポンプよりも上流側から分流する被処理水を昇圧し、前記第１逆浸透処理装置の一次側に圧送する第１動力回収装置と、前記第１逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水、及び前記第２逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水を需要側に送水する送水装置と、前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出し、前記第１動力回収装置を経由した濃縮水を排水する排水装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る淡水化システムは、被処理水を取水する取水装置と、前記取水装置によって取水される被処理水に対して、不純物を除去するための前処理を行う前処理装置と、前記前処理装置によって前処理が行われた被処理水を圧送する第１ポンプと、前記第１ポンプから吐出され、分岐配管を介して自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する複数の第１逆浸透処理装置と、それぞれの前記第１逆浸透処理装置の一次側から流出し、合流配管を介して合流する被処理水を昇圧する第２ポンプと、前記第２ポンプから吐出されて自身の一次側に流入する被処理水を膜濾過する第２逆浸透処理装置と、前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、前記第１ポンプよりも上流側から分流する被処理水を昇圧し、前記第１逆浸透処理装置の一次側に圧送する容積型の第１動力回収装置と、前記第１動力回収装置において昇圧される被処理水の流量を調整する流量調整手段と、前記第１逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水、及び前記第２逆浸透処理装置の二次側から流出する透過水を需要側に送水する送水装置と、前記第２逆浸透処理装置の一次側から流出し、前記第１動力回収装置を経由した濃縮水を排水する排水装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、高回収率の淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る淡水化システムの構成図である。
【図２】第１実施形態と比較例とについて、各淡水化システムが備えるＲＯエレメントの透過流束（Ｆｌｕｘ）を示したグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る淡水化システムの構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る淡水化システムの構成図である。
【図５】比較例に係る淡水化システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１２】
≪第１実施形態≫
＜淡水化システムの構成＞
図１は、第１実施形態に係る淡水化システムの構成図である。以下では、一例として、淡水化システムＳ１によって海水（被処理水）を淡水化する場合について説明する。
図１に示すように、淡水化システムＳ１は、主として、取水ポンプ１と、前処理装置３と、高圧ポンプ５と、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑと、ブースタポンプ７と、第２逆浸透処理装置８と、動力回収装置１１と、を備えている。
【００１３】
（取水ポンプ）
取水ポンプ１（取水装置）は、被処理水（例えば、淡水化システムＳ１の近隣海水）を取水するためのポンプであり、吸入側が配管ａ１を介して取水口Ａに接続され、吐出側が配管ａ２を介して取水タンク２（取水装置）に接続されている。取水ポンプ１が駆動することによって、取水口Ａから流入した被処理水が配管ａ１を介して取水ポンプ１に吸入され、さらに配管ａ２を介して取水タンク２側に吐出される。
なお、取水タンク２は、配管ａ２を介して流入する被処理水を一時的に貯留するタンクである。
【００１４】
（前処理装置）
前処理装置３は、配管ａ３を介して流入する被処理水に対して、不純物を除去するための所定の前処理を実行する装置である。前記した前処理として、例えば、薬品添加処理、凝集磁気分離処理、砂濾過処理、限外濾過処理がある。これらの処理は、被処理水に含まれる不純物の種類などに応じて適宜組み合わせ可能である。以下、各処理について説明する。
【００１５】
薬品添加処理は、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、オゾン、二酸化塩素、過酢酸、過酸化水素などの薬品を単独で、又は複数組み合わせて被処理水に添加・攪拌する処理である。なお、被処理水を中和する処理も薬品添加処理に含まれる。
凝集磁気分離処理は、被処理水に磁性粉、凝集剤、及び高分子凝集剤を添加した後、高速攪拌処理及び緩速攪拌処理を順次行って磁性フロックを成長させ、磁気ドラム（図示せず）によって磁性フロックを吸着捕集することで、被処理水から磁性フロックを分離・除去する処理である。
【００１６】
砂濾過処理は、被処理水が重力で下降する際、濾材（硅砂や支持砂利など）を通過させることによって濾過し、被処理水から懸濁物質を除去する処理である。
限外濾過処理は、微小な不純物をウルトラフィルタ（Ultra Filter：ＵＦ膜）を用いて不純物を濾し取る処理である。
前処理装置３において前処理がなされた被処理水は、配管ａ４を介してＲＯ（Reverse Osmosis）原水タンク４に流入する。なお、ＲＯ原水タンク４は、前処理がなされた被処理水を一時的に貯留するタンクである。
【００１７】
（高圧ポンプ）
高圧ポンプ５（第１ポンプ）は、前処理装置３によって前処理が行われた被処理水を圧送するポンプである。高圧ポンプ５の吸入口は配管ａ５を介してＲＯ原水タンク４に接続され、吐出口は分岐配管を介して第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側に接続されている。
なお、前記した「分岐配管」は、高圧ポンプ５から流出した被処理水を各第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑに向けて分流する構成となっており、配管ａ６，ｂ１，ｃ１を含んで構成される。
【００１８】
高圧ポンプ５の加圧力は、逆浸透膜（図示せず）を介して第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側から二次側に被処理水を透過させ得る所定圧力であり、適宜設定できる。
なお、本実施形態では、高圧ポンプ５の加圧力を４．８ＭＰａ（＜５ＭＰａ）に設定した。このように高圧ポンプ５の加圧力を（後記する比較例と比べて）低く設定することで、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの透過流束と、第２逆浸透処理装置８の透過流束と、を均等化できる。
【００１９】
（第１逆浸透処理装置）
第１逆浸透処理装置６ｐは、高圧ポンプ５から吐出され、配管ａ６，ｂ１を介して一次側に流入する被処理水を膜濾過し、透過水を得るための装置である。ここで、透過水とは、ＲＯ（Reverse Osmosis）エレメントを介して被処理水を透過させることで得られる水を意味しており、塩分などの不純物をほとんど含んでいない。
第１逆浸透処理装置６ｐは、円筒状を呈するベッセル（図示せず）と、ベッセル内に１つ又は複数設けられるＲＯエレメント（図示せず）と、各ＲＯエレメントの中央を貫通するように配置される集水配管（図示せず）と、を有している。
【００２０】
ＲＯエレメントは、前記した集水配管に形成された複数の孔部（図示せず）を覆うように逆浸透膜（図示せず）を巻回することで構成される。なお、第１逆浸透処理装置６ｐが複数のＲＯエレメントを備える場合、それぞれのＲＯエレメントは、ベッセルの軸方向において所定間隔を空けて直列に配設される。
前記した逆浸透膜は、浸透圧を超える所定圧力で圧入された被処理水のうち水を透過させ、イオンや塩類など水以外の不純物を透過させない性質を有している。なお、ＲＯエレメントの外周面は、前記したベッセルの内周面に密着している。
【００２１】
第１逆浸透処理装置６ｐの一次側は、ベッセル内の空間においてＲＯエレメントよりも上流側の領域（複数のＲＯエレメントが直列に配設される場合には、最も下流側に位置するＲＯエレメントよりも上流側の領域）を意味している。また、第１逆浸透処理装置６ｐの二次側は、前記した集水配管内の領域を意味している。後記する第２逆浸透処理装置８についても同様である。
また、第１逆浸透処理装置６ｐのベッセルには、ＲＯエレメントを透過しなかった塩分濃度の濃い水（以下、濃縮水という。）を流出させるための配管ｂ３が接続されている。一方、第１逆浸透処理装置６ｐのＲＯエレメント及び前記した孔部を透過した水（つまり、透過水）は集水配管内を通流し、さらに配管ｂ２を介して透過水タンク９に流入する。
【００２２】
本実施形態では、第１逆浸透処理装置６ｐのベッセル内において、２つのＲＯエレメントを直列に配設した。被処理水が配管ｂ１を介してベッセル内に浸透圧を超える所定圧（例えば、４．８ＭＰａ）で圧入されると、一部の被処理水が上流側のＲＯエレメントを透過し、前記した孔部を介して集水配管内に流入する。なお、上流側のＲＯエレメントを透過しなかった被処理水は、下流側のＲＯエレメントに向かう。
さらに、下流側のＲＯエレメントに向けて流入した被処理水のうち一部が当該ＲＯエレメントを透過して集水配管内に流入し、配管ｂ２を介して透過水タンク９に供給される。一方、下流側のＲＯエレメントも透過しなかった濃縮水（被処理水）は、配管ｂ３，ｄ１を介してブースタポンプ７の吸入側に流入する。
【００２３】
なお、透過水タンク９は、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの二次側から供給される透過水、及び第２逆浸透処理装置８の二次側から供給される透過水を一時的に貯留するタンクである。透過水タンク９に貯留された透過水は、配管ｅ１を介して送水ポンプ１０（送水装置）に流入し、さらに配管ｅ２を介して需要側に供給される。ちなみに、当該需要側とは、淡水化システムＳ１の近隣の工業地域、農業地域、都市などである。
【００２４】
第１逆浸透処理装置６ｑは、前記した第１逆浸透処理装置６ｐと同様の構成を有している。すなわち、第１逆浸透処理装置６ｑのベッセル（図示せず）内にも、２つのＲＯエレメント（図示せず）が直列に配設されている。前記した各ＲＯエレメントのうちいずれかを透過して集水配管（図示せず）に流入した透過水は、図１に示す配管ｃ２を介して透過水タンク９に流入する。一方、いずれのＲＯエレメントも透過しなかった濃縮水（被処理水）は、合流配管を介してブースタポンプ７の吸入側に流入する。
なお、前記した「合流配管」は、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側から流入する被処理水（濃縮水）を、ブースタポンプ７の吸入側に向けて合流させる構成となっており、配管ｂ３，ｃ３，ｄ１を含んで構成される。
【００２５】
（ブースタポンプ）
ブースタポンプ７（第２ポンプ）は、前記した合流配管を介して合流する被処理水を昇圧するポンプである。すなわち、ブースタポンプ７は、配管ｄ１を介して流入する被処理水を昇圧し、第２逆浸透処理装置８の一次側に圧送するように配設されている。ブースタポンプ７の吐出口は、配管ｄ２を介して第２逆浸透処理装置８の一次側に接続されている。
配管ｄ１を介してブースタポンプ７の吸入口に流入する被処理水（濃縮水）は、高圧ポンプ５の吐出圧力から第１逆浸透処理装置６ｐ又は６ｑでの圧力損失を差し引いた所定の残圧を有している。当該残圧を有する被処理水を、ブースタポンプ７によって所定圧力まで昇圧することによって、さらに透過水を抽出することができる。
【００２６】
前記したように、高圧ポンプ５の加圧力を（後記する比較例よりも低い）４．８ＭＰａと低めに設定しているため、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑから流出する被処理水（濃縮水）の塩分濃度は比較的低い。
さらに、本実施形態では、ブースタポンプ７の加圧力を１．８ＭＰａ（＞１．０ＭＰａ）に設定した。このようにブースタポンプ７の加圧力を（後記する比較例と比べて）高めに設定することで、第２逆浸透処理装置８から多くの透過水を抽出できるとともに、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑ及び第２逆浸透処理装置８における透過流束（ＦＬＵＸ）を均等化できる。
ここで、透過流束とは、単位面積（１ｍ2）当たりのＲＯエレメントを所定時間内に透過する水量（ｍ３/day）を意味している。
【００２７】
ちなみに、高圧ポンプ５の加圧力に対するブースタポンプ７の加圧力の比は、０．２以上０．５以下とすることが好ましい。当該範囲内で高圧ポンプ５及びブースタポンプ７を駆動させる（つまり、高圧ポンプ５の加圧力を抑えつつ、ブースタポンプ７の加圧力を比較的高い値とする）ことによって、上流側に位置する第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑにおける透過流束と、下流側に位置する第２逆浸透処理装置８における透過流束と、を均等化できる。
【００２８】
また、それぞれの第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑが２つのＲＯエレメントを有し、後記する第２逆浸透処理装置８が３つのＲＯエレメントを有する場合、高圧ポンプ５の加圧力を４ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とし、ブースタポンプ７の加圧力を１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下とすることが好ましい。これによって、各逆浸透処理装置のＲＯエレメントに対し、浸透圧を超える所定圧力で被処理水を流入させ、透過水を効率的に抽出できる。
なお、本実施形態では、高圧ポンプ５の加圧力を４．８ＭＰａとし、ブースタポンプ７の加圧力を１．８ＭＰａとした。この場合において、高圧ポンプ５の加圧力に対するブースタポンプ７の加圧力の比は０．３７５となる。
【００２９】
（第２逆浸透処理装置）
第２逆浸透処理装置８は、ブースタポンプ７から吐出され配管ｄ２を介して一次側に流入する被処理水を膜濾過する装置である。第２逆浸透処理装置８の一次側は配管ｄ２を介してブースタポンプ７の吐出口に接続され、二次側は配管ｄ３を介して透過水タンク９に接続されている。また、第２逆浸透処理装置８の一次側には、この第２逆浸透処理装置８が有するＲＯエレメント（図示せず）を透過しなかった濃縮水が通流する配管ｄ４が接続されている。
本実施形態において第２逆浸透処理装置８は、３つのＲＯエレメントを直列に配設する構成とした。第２逆浸透処理装置８の構成に関して、前記以外の点は第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑと同様であるから、詳細な説明を省略する。
【００３０】
前記したように、比較的高い加圧力でブースタポンプ７から被処理水（濃縮水）を吐出することによって、第２逆浸透処理装置８が有する３つのＲＯエレメントを有効利用し、効率的に透過水を抽出することができる。
【００３１】
ちなみに、本実施形態において第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑのＲＯエレメント数に対する第２逆浸透処理装置８のＲＯエレメント数の比を１．５（＝３／２）とし、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑよりも第２逆浸透処理装置８の方により多くのＲＯエレメントを備える構成とした。これによって、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの透過流束と第２逆浸透処理装置８の透過流束とを均等化し、淡水化システムＳ１全体の回収率を向上させることができた。
なお、前記した淡水化システムＳ１全体の「回収率」とは、所定期間において取水口Ａから供給される被処理水量（供給量）に対する透過水量（造水量）の割合[％]を意味している。第２逆浸透処理装置８の二次側（つまり、集水配管：図示せず）に流入した透過水は、配管ｄ３を介して透過水タンク９に流入する。
【００３２】
（動力回収装置）
動力回収装置１１（第１動力回収装置，Energy Recovery Device：ＥＲＤ）は、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、高圧ポンプ５よりも上流側の配管ａ５から分流する被処理水を昇圧し、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側に圧送する装置である。動力回収装置１１の一次側流入口（図示せず）は配管ｄ４を介して第２逆浸透処理装置８の一次側に接続され、一次側流出口（図示せず）は配管ｄ５を介して濃縮水タンク１２に接続されている。
【００３３】
なお、濃縮水タンク１２は、配管ｄ５を介して流入する濃縮水を一時的に貯留するタンクである。濃縮水タンク１２に貯留された濃縮水は、配管ｄ６を介して排水ポンプ１３（排水装置）に流入し、さらに配管ｄ７を介して排水口Ｂから海などに排出される。すなわち、濃縮水タンク１２及び排水ポンプ１３は、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出し、動力回収装置１１を経由した濃縮水を排水するように配設されている。
【００３４】
再び、動力回収装置１１の説明に戻る。動力回収装置１１の二次側流入口（図示せず）は、配管ｆ１を介して高圧ポンプ５の吸入側の配管ａ５に接続され、二次側流出口（図示せず）は、配管ｆ２を介して高圧ポンプ５の吐出側の配管ａ６に接続されている。
【００３５】
ちなみに、動力回収装置１１として、例えば、容積型の動力回収装置を用いてもよいし、圧力回収型の動力回収装置を用いてもよい。
ここで、「容積型の動力回収装置」とは、濃縮水の残圧によってシリンダ（図示せず）内のピストンを動かすことで動力回収を行う装置である。
また、「圧力回収型の動力回収装置」とは、濃縮水の残圧で直接的にタービンを回転させることによって動力を回収する装置である。
【００３６】
動力回収装置１１において二次側の被処理水にエネルギを供給した一次側の濃縮水は、配管ｄ５を介して濃縮水タンク１２に流入する。一方、一次側を通流する濃縮水の残圧によって昇圧された二次側の被処理水は、配管ｆ２を介して高圧ポンプ５の吐出側の配管ａ６に流入する。つまり、淡水化システムＳ１は、高圧ポンプ５によって昇圧された被処理水と、動力回収装置１１によって昇圧された被処理水とが配管ａ６において合流し、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側に流入する構成となっている。
【００３７】
＜効果＞
本実施形態に係る淡水化システムＳ１では、高圧ポンプ５の下流側に２つの第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑを並列接続し、その下流側にブースタポンプ７を介して第２逆浸透処理装置８を設置するツリー型２段回収システムとした。
このように被処理水の塩分濃度が比較的低い上流側に複数の第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑを備えることによって、高圧ポンプ５の加圧力が比較的低い場合でも効率的に透過水を抽出できる。
【００３８】
また、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側から流出した被処理水（濃縮水）をブースタポンプ７で昇圧し、第２逆浸透処理装置８の一次側に圧入することによって、当該被処理水からさらに透過水を抽出することができる。このように、ツリー構造を用いて２段階で透過水を抽出することで、淡水化システムＳ１全体における透過水の回収率を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、それぞれの第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑが２つのＲＯエレメントを有する構成にするとともに、上流側の高圧ポンプ５の加圧力を、後記する比較例よりも低い値に設定した。一方、第２逆浸透処理装置８が３つのＲＯエレメントを有する構成にするとともに、上流側のブースタポンプ７の加圧力を、後記する比較例よりも高い値とした。
これによって、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑにおける透過流束の値を小さくできるとともに、第２逆浸透処理装置８における透過流束の値を大きくできる。したがって、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑと第２逆浸透処理装置８の透過流束を均等化し、上流側の第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑのファウリング（不純物の付着による目詰まり）を抑制することができる。
【００４０】
また、動力回収装置１１を用いて、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出した被処理水（濃縮水）の残圧で配管ｆ１からの被処理水を昇圧し、配管ａ６を通流する被処理水に合流させる構成とした。これによって、濃縮水が有するエネルギを効率的に回収し、淡水化システムＳ１全体のエネルギ効率を高めることができる。その結果、高圧ポンプ５などを駆動させるための消費電力を低減できる。
【００４１】
＜比較例との対比＞
以下、比較例と、本実施形態の具体例と、のシミュレーション結果について説明する。
図５は、比較例に係る淡水化システムの構成図である。比較例に係る淡水化システムＳ２０は、被処理水を高圧ポンプ２１で昇圧して逆浸透処理装置２２の一次側に圧入し、二次側から透過水を取り出すとともに、一次側から流出する濃縮水の残圧を用いて容積型の動力回収装置２３を駆動する構成とした。また、高圧ポンプ２１よりも上流側の被処理水を動力回収装置２３の二次側に流入させ、当該二次側から流出した被処理水をさらにブースタポンプ２４で昇圧して高圧ポンプ２１の吐出側に合流させる構成とした。
なお、図５では、取水装置、前処理装置、送水装置、排水装置などの図示を省略している。
【００４２】
本実施形態（図１参照）及び比較例（図５参照）において、それぞれのＲＯエレメント（図示せず）が有する逆浸透膜として、以下に示す表１の性能を有するものを用いた。ここで、「Feed TDS（Total Dissolved Solid）」とは、被処理水に含まれる不純物量を表している。
【００４３】
【表１】
2014133189.tif 000003
【００４４】
本実施形態では、前記したように、それぞれの第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑ（図１参照）が直列に配設された２つのＲＯエレメントを有し、第２逆浸透処理装置８（図１参照）が直列に配設された３つのＲＯエレメントを有する構成とした（つまり、淡水化システムＳ１は、合計７つのＲＯエレメントを有する）。
一方、比較例に係る淡水化システムＳ２０（図５参照）において、逆浸透処理装置２２は、直列に配設された７つのＲＯエレメント（図示せず）を有する構成とした。
【００４５】
そして、それぞれの造水量（つまり、透過水量）が略同じ値（約８７ｍ３／ｄ：表２参照）となるように、各淡水化システムＳ１，Ｓ２０で被処理水の供給量と、高圧ポンプ５及びブースタポンプ７の圧力をパラメータとしてシミュレーションを実施した。
なお、被処理水（原海水）の条件は、Feed TDS：３９０００ｐｐｍ、温度：２５℃に設定した。以下の表２に、シミュレーション結果を示す。表２に示すＴＤＳは、最終的に得られた透過水の塩分濃度を表している。
【００４６】
【表２】
2014133189.tif 000004
【００４７】
表２に示すように、略等しい造水量（約８７ｍ３／ｄ）を得る場合において、本実施形態では必要となる被処理水の供給量を、比較例よりも大幅に（比較例の約２５％分）少なくすることができた。また、本実施形態では、比較例よりも透過水のＴＤＳ（塩分濃度）を低くできることが判明した。これは、本実施形態に係る淡水化システムＳ１をツリー型２段回収システムとすることで、一般的なパーシャルスプリット方式よりも初段（上流側）のＲＯエレメントから塩濃度の低い透過水を多く得られるためであると考えられる。
【００４８】
すなわち、本実施形態によれば、塩分濃度の低い透過水を得ることができるとともに、被処理水から透過水を得る際の回収率を向上させることができる。その結果、取水装置（取水ポンプ１など：図１参照）や前処理装置３に要する設備投資費用（ＣＡＰＥＸ：Capital Expenditure）を削減することができる。
【００４９】
図２は、第１実施形態と比較例とについて、各淡水化システムが備えるＲＯエレメントの透過流束（Ｆｌｕｘ）を示したグラフである。
なお、図２に示すグラフの横軸はエレメントＮｏであり、縦軸は透過流束である。ここで、本実施形態でのエレメントＮｏは、図１に示す第１逆浸透処理装置６ｐが有するＲＯエレメントの上流側から順にＮｏ．１，Ｎｏ．２とし、第１逆浸透処理装置６ｑが有するＲＯエレメントの上流側から順にＮｏ．３，Ｎｏ．４とし、第２逆浸透処理装置８が有するＲＯエレメントの上流側から順にＮｏ．５〜Ｎｏ．７とした。
また、比較例でのエレメントＮｏは、図５に示す逆浸透処理装置２２が有する７つのＲＯエレメントの上流側から順にＮｏ．１〜Ｎｏ．７とした。
【００５０】
図２に示すように、比較例（破線）に係る淡水化システムＳ２０の場合、下流側に向かうにつれてＲＯエレメントの透過流束の値が小さくなっている。つまり、比較例では、上流側と下流側との透過流束の値に大きな差が出て、上流側の透過流束が相対的に大きくなっている。その結果、上流側のＲＯエレメントにおいてファウリングが生じやすくなり、淡水化システムＳ２０全体の回収率が低くなる（表２を参照）。
【００５１】
これに対して本実施形態では、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑが有するＲＯエレメント（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）、及び第２逆浸透処理装置８が有するＲＯエレメント（Ｎｏ．５〜Ｎｏ７）の透過流束が比較例よりも均等化されている。ちなみに、淡水化システムＳ１の各逆浸透処理装置において、下流側に向かうにつれてＲＯエレメントの透過流束の値が小さくなっている。これは、上流側のＲＯエレメントでの圧力損失によるものである。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、比較例に対して各ＲＯエレメントの透過流束を均等化し、初段（上流側）のＲＯエレメントにおけるファウリングの発生を抑制できる。その結果、ＲＯエレメントの寿命が長くなり、事業運営費用（ＯＰＥＸ：Operating Expenditure）を低減することができる。
【００５３】
≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る淡水化システムＳ２（図３参照）は、第１実施形態で説明した動力回収装置１１として容積型のものを用い、かつ、配管ｆ１に流量調整ポンプ１４を追加した点が異なるが、その他は第１実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。
【００５４】
前記したように、容積型の動力回収装置１１は、濃縮水の残圧によってシリンダ（図示せず）内のピストンを動かすことで動力回収を行う装置である。容積型の動力回収装置１１は、作動条件によらず高効率で動力回収することが可能であり、濃縮水が有するエネルギの大半を効率的に回収することができる。
【００５５】
容積型の動力回収装置１１として、例えば、ＤＷＥＥＲ（Dual Work Energy Exchanger）型エネルギ回収装置や、ＰＸ（Pressure Exchanger）型エネルギ回収装置を用いることができる。
ＤＷＥＥＲ型エネルギ回収装置は、複数本の円筒状の圧力容器（図示せず）を有している。それぞれの圧力容器内には、配管ｄ４を介して流入する濃縮水と、配管ｆ１を介して流入する被処理水とを仕切るピストン（図示せず）が設けられている。そして、動力回収装置１１内で一次側の濃縮水が通流する向きと、二次側の被処理水が通流する向きとを切替手段（図示せず）によって交互に切り替えることで、前記したピストンを往復運動させる。これによって、濃縮水が有する残圧をエネルギとして回収し、被処理水を効率的に昇圧することができる。
【００５６】
ＰＸ型エネルギ回収装置は、レボルバ状の円筒回転体（図示せず）を複数備えている。そして、動力回収装置１１内で一次側の濃縮水が通流する向きと二次側の被処理水が通流する向きとを切替手段（図示せず）によって切り替えることで、濃縮水が有する残圧をエネルギとして回収し、被処理水を昇圧する構成となっている。
なお、ＤＷＥＥＲ型エネルギ回収装置及びＰＸ型エネルギ回収装置は、エネルギの供給元と供給先の流量比を略１：１とする必要がある。
【００５７】
また、本実施形態では、動力回収装置１１の二次側（エネルギの供給先）を通流する被処理水の流量を調整する流量調整ポンプ１４（流量調整手段）を、動力回収装置１１の二次側流入口に接続される配管ｆ１に配設する構成とした。流量調整ポンプ１４は、容積型の動力回収装置１１を速やかに稼働させるために、被処理水の流量を少しずつ増加させ、定格運転に到達させるように設定されている。
【００５８】
なお、本実施形態も第１実施形態の場合と同様の理由により、高圧ポンプ５の加圧力に対するブースタポンプ７の加圧力の比は、０．２以上０．５以下とすることが好ましい。
【００５９】
＜効果＞
本実施形態に係る淡水化システムＳ２によれば、容積型の動力回収装置１１を用いることによって、一次側（エネルギ供給元）を通流する濃縮水のエネルギを高効率で回収し、二次側（エネルギ供給先）を通流する被処理水を昇圧できる。その結果、淡水化システムＳ２全体のエネルギ効率を向上させ、各機器を稼働させるために必要となる消費電力を低減できる。
また、配管ｆ１に流量調整ポンプ１４を配設することで、容積型の動力回収装置１１を速やかに稼働させて定格運転とし、その機能を最大限に発揮させることができる。
【００６０】
≪第３実施形態≫
第３実施形態に係る淡水化システムＳ３（図４参照）は、第２実施形態（図３参照）と比較して、圧力回収型の動力回収装置１５を追加した点が異なるが、その他は第２実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第２実施形態と重複する部分については説明を省略する。
【００６１】
＜淡水化システムの構成＞
図４は、第３実施形態に係る淡水化システムの構成図である。動力回収装置１５（第２動力回収装置）は、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出する濃縮水の残圧を利用して、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側から合流配管（配管ｂ３，ｃ３，ｇ１）を介して合流する被処理水を昇圧し、ブースタポンプ７の吸入側に圧送する装置である。
また、動力回収装置１５は、自身の一次側で前記残圧が利用された後の濃縮水が、容積型の動力回収装置１１の一次側に流入するように配設されている。
【００６２】
図４に示すように、動力回収装置１５の一次側流入口（図示せず）は配管ｇ５を介して第２逆浸透処理装置８の一次側に接続され、一次側流出口（図示せず）は配管ｇ６を介して容積型の動力回収装置１１の一次側流入口に接続されている。
また、動力回収装置１５の二次側流入口（図示せず）は、配管ｇ１，ｂ３を介して第１逆浸透処理装置６ｐの一次側に接続されるとともに、配管ｇ１，ｃ３を介して第１逆浸透処理装置６ｑの一次側に接続されている。一方、動力回収装置１５の二次側流出口（図示せず）は、配管ｇ２を介してブースタポンプ７の吸入口（図示せず）に接続されている。
【００６３】
動力回収装置１５は、例えば、ターボチャージャ又はペルトン式エネルギ回収装置である。
ターボチャージャは、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑの一次側から流入する被処理水（濃縮水）の残圧を利用してタービン（図示せず）を回転させる。そして、前記タービンのトルクによって二次側を通流する被処理水を昇圧するようになっている。
ペルトン式エネルギ回収装置は、ポンプ（図示せず）を駆動するモータ（図示せず）の主軸にペルトンタービン（図示せず）の回転軸を連結した構成となっている。そして、ペルトンタービンのトルクによって二次側を通流する被処理水を昇圧するようになっている。
【００６４】
前記したように、容積型の動力回収装置１１は、エネルギの供給元と供給先の流量比を略１：１とする必要があるが、圧力回収型の動力回収装置１５については、濃縮水の残圧で直接的にタービンを回転させる構成であるため、前記した流量比を考慮する必要はない。
したがって、第１実施形態の場合と同様に、容積型の動力回収装置１１における流量バランスを満たすように流量調整ポンプ１４を制御すればよい。
【００６５】
図４に示すように、配管ｇ１を介して動力回収装置１５の二次側に流入した被処理水（濃縮水）は、動力回収装置１５の一次側を通流する濃縮水の残圧を利用して昇圧された後、配管ｇ２を介してブースタポンプ７に流入する。さらに、前記被処理水は、ブースタポンプ７で昇圧された後、配管ｇ３を介して第２逆浸透処理装置８の一次側に流入する。
このように、ブースタポンプ７の動作をアシストするように動力回収装置１５を配設することで、ブースタポンプ７の負荷を軽減することができる。
【００６６】
また、動力回収装置１５の一次側から流出した濃縮水は、所定の残圧を有している。当該濃縮水は、配管ｇ６を介して動力回収装置１１の一次側に流入する。動力回収装置１１の一次側を通流する濃縮水の残圧は、二次側を通流する被処理水の昇圧に利用される。
このように、淡水化システムＳ３は、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出する濃縮水の残圧を、圧力回収型の動力回収装置１５と、容積型の動力回収装置１１と、によって２段階で回収する構成となっている。したがって、淡水化システムＳ３全体でのエネルギ効率を向上させ、所定量の透過水を得る際の消費電力を大幅に低減することができる。
【００６７】
なお、本実施形態も第１実施形態の場合と同様の理由により、高圧ポンプ５の加圧力に対するブースタポンプ７の加圧力の比は、０．２以上０．５以下とすることが好ましい。
【００６８】
＜効果＞
本実施形態に係る淡水化システムＳ３では、第２逆浸透処理装置８の一次側から流出する濃縮水のエネルギを、圧力回収型の動力回収装置１５と、容積型の動力回収装置１１と、によって順次回収する構成とした。したがって、前記した濃縮水の残圧を、第１実施形態の場合と比較してさらに有効に利用することができる。
また、動力回収装置１５によってアシストされる分、ブースタポンプ７の加圧力を低くすることができる。したがって、淡水化システムＳ３全体の稼働に要する消費電力を低減することができる
【００６９】
以下、第１実施形態に係る淡水化システムＳ１に対する、淡水化システムＳ３の電力削減率を求める。
第１実施形態の具体例で説明した条件（表１参照）と同様の条件により淡水化システムＳ３を稼働させた場合において、電力削減率Ｒａｔｉｏは、以下に示す（数式１）で算出される。なお、（数式１）においてＱｆは第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑへの被処理水の供給量、Ｒｔは容積型の動力回収装置１１のエネルギ回収率、Ｐｈは高圧ポンプ５の加圧力、Ｑｃは第２逆浸透処理装置８への濃縮水（被処理水）の供給量、Ｐｂはブースタポンプ７の加圧力、Ｒｂは圧力回収型の動力回収装置１５のエネルギ回収率である。
【００７０】
【数１】
2014133189.tif 000005
【００７１】
上記（数式１）の算出結果により、本実施形態に係る淡水化システムＳ３は、所定量（例えば、約８７ｍ３／ｄ：表２参照）の透過水を得る際、第１実施形態に係る淡水化システムＳ１の８３％の電力で済むこととなる。したがって、本実施形態によれば、淡水化システムＳ３に必要となる事業運営費用（ＯＰＥＸ）を大幅に低減できる。
【００７２】
≪変形例≫
以上、本発明に係る淡水化システムＳ１〜Ｓ３について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、２つの第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑを並列接続する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、３つ以上の第１逆浸透処理装置を並列接続し、その下流側に第２逆浸透処理装置８を配設する構成としてもよい。
【００７３】
また、前記各実施形態は、一例として海水を淡水化する場合について説明したが、これに限らない。例えば、工業排水を浄化処理する場合にも適用できる。この場合、工業用水の水質に応じて前処理装置３で所定の前処理を行った後、各逆浸透処理装置で透過水を抽出することが好ましい。
【００７４】
また、前記各実施形態では、第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑがそれぞれ２つのＲＯエレメントを有し、第２逆浸透処理装置８が３つのＲＯエレメントを有する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、それぞれの逆浸透処理装置が有するＲＯエレメントの個数は、設計段階において適宜設定することができる。
また、高圧ポンプ５の加圧力、及びブースタポンプ７の加圧力は、前記各実施形態で例示した範囲に限定されるものではない。これらの加圧力は、被処理水の塩分濃度や第１逆浸透処理装置６ｐ，６ｑ及び第２逆浸透処理装置８が有するＲＯエレメントの数、動力回収装置１１，１４の配置及び構成などに応じて、適宜設定することができる。
【００７５】
また、前記した第２、第３実施形態では、動力回収装置１１の二次側流入口に接続される配管ｆ１に流量調整ポンプ１４を配設する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、動力回収装置１１の二次側流出口に接続される配管ｆ２に流量調整ポンプ（流量調整手段）を配設してもよい。また、流量調整ポンプ１４に代えて、動力回収装置１１の二次側を通流する被処理水の流量を調整する流量調整弁（流量調整手段）を配管ｆ１又は配管ｆ２に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  淡水化システム
１  取水ポンプ（取水装置）
２  取水タンク（取水装置）
３  前処理装置
４  ＲＯ原水タンク
５  高圧ポンプ（第１ポンプ）
６ｐ，６ｑ  第１逆浸透処理装置
７  ブースタポンプ（第２ポンプ）
８  第２逆浸透処理装置
９  透過水タンク（送水装置）
１０  送水ポンプ（送水装置）
１１  動力回収装置（第１動力回収装置）
１２  濃縮水タンク（排水装置）
１３  排水ポンプ（排水装置）
１４  流量調整ポンプ（流量調整手段）
１５  動力回収装置（第２動力回収装置）
Ａ  取水口
Ｂ  排水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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