(57)【要約】【課題】少ないエネルギーで高塩濃度の塩水を脱塩して安価に淡水を製造できる手段を提供する。【解決手段】上記課題は、塩類を含む水溶液に、貧溶媒を添加し、前記水溶液中に溶存する塩類を析出させる塩類析出工程と、前記塩類析出工程で得られた析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離工程と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収工程と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理工程を有することを特徴とする水処理方法、と装置によって解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩類を含む水溶液に、貧溶媒を添加し、前記水溶液中に溶存する塩類を析出させる塩類析出工程と、前記塩類析出工程で得られた析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離工程と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収工程と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理工程を有することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記膜濃縮水を、前記塩類を含む水溶液に混合して前記塩類析出工程で処理することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
塩類を含む水溶液の供給手段と貧溶媒の添加手段を有する晶析装置と、前記晶析装置から排出される析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離装置と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収手段と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理装置を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
前記膜濃縮水を、前記塩類を含む水溶液の供給手段に返送する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、逆浸透膜を用いて海水を処理し、淡水を製造する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水を淡水化する技術としては、蒸発法、イオン交換法、逆浸透膜法など種々開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、塩化ナトリウムを含む被処理水を蒸発濃縮させると共に、発生した水蒸気を凝縮させることにより濃縮塩水及び凝縮水を生成する蒸発装置と、水を透過する半透膜により仕切られ、前記蒸発装置で生成された濃縮塩水及び当該濃縮塩水よりも塩化ナトリウム濃度の低い希釈水がそれぞれ導かれる濃縮塩水室及び希薄水室を有する半透膜透過器と、前記半透膜を介して前記希薄水室から透過された水により希釈された前記濃縮塩水室における濃縮塩水を前記蒸発装置に被処理水として還流させる還流手段とを備える造水装置が開示されている。
【０００４】
この発明は、蒸発法で蒸発缶に残存する濃縮塩水をそのまま海に放流すると、生態系に悪影響を与えるおそれがあるため、この高濃度の濃縮塩水を外部に排出しないようにしたものである。
【０００５】
また、特許文献２には、海水原液をナノろ過膜に通して硫酸イオン濃度を低下させたのち、その透過水を逆浸透膜に通して塩類を除去することを特徴とする海水の淡水化方法が開示されている。
【０００６】
この発明は、逆浸透膜法によって淡水化する際に、予め硫酸イオン濃度を低下させて、海水の濃縮によって析出する硫酸カルシウムによるトラブルを解決しようとしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０７４４７号公報
【特許文献２】特開平９−１４１２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、蒸発法による淡水化は基本的に蒸発水の潜熱以上のエネルギーが必要であり、大量の化石燃料を消費するという問題があった。
【０００９】
ＲＯ膜法は、比較的低エネルギーで脱塩することが可能であるが、浸透圧差に打ち勝つために高圧で水を供給する必要がある。高圧ポンプの制約から脱塩可能な水の塩濃度の上限が５％程度であり、これ以上の塩濃度では水の回収率が低くなるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、少ないエネルギーで高塩濃度の塩水を脱塩して安価に淡水を製造できる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、貧溶媒添加による塩析出と固液分離、ＲＯ膜を組み合わせることで、従来のＲＯ膜処理が適用できなかった高塩濃度の塩水においても、蒸発法と比較して少ないエネルギーで淡水を得ることができることを見出して、この目的を達成したものである。例えば、貧溶媒にエタノールを用いた場合には、エタノールの蒸発潜熱は水の１／５以下であり、系内を循環するエタノール量が増えても、少ないエネルギーで水を得ることができる。
すなわち、本発明は、塩類を含む水溶液に、貧溶媒を添加し、前記水溶液中に溶存する塩類を析出させる塩類析出工程と、前記塩類析出工程で得られた析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離工程と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収工程と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理工程を有することを特徴とする水処理方法、
前記膜濃縮水を、前記塩類を含む水溶液に混合して前記塩類析出工程で処理することを特徴とする上記の水処理方法、
塩類を含む水溶液の供給手段と貧溶媒の添加手段を有する晶析装置と、前記晶析装置から排出される析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離装置と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収手段と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理装置を有することを特徴とする水処理装置、
前記膜濃縮水を、前記塩類を含む水溶液の供給手段に返送する手段を有することを特徴とする上記の水処理装置を提供するものである。
【００１２】
本発明においては、塩を含む水溶液に比誘電率が低い溶媒を加えると、塩の溶解度が低下し、溶解度以下になると塩が析出する。予め加圧して液化したジメチルエーテルや、エタノールなどの溶媒に塩水を混合することで、溶存塩の溶解度を低下させ塩を析出させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、少ないエネルギーで高濃度の塩水を脱塩して安価に淡水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法を示すフローシートである。
【図２】エタノールを溶媒とした場合の水との混合割合とＮａＣｌの溶解度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の方法は、塩類析出工程と、固液分離工程と、溶媒回収工程と、逆浸透膜処理工程よりなる。
【００１６】
塩類析出工程
塩類析出工程では、塩類を含む水溶液に、貧溶媒を添加し、前記水溶液中に溶存する塩類を析出させる。
【００１７】
塩類を含む水溶液に含まれる化合物は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウムなどの塩化物、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、硫酸カルシウムなどの硫酸塩などであり、塩類濃度は、５重量％濃度以上、通常は１０％以上である。塩類濃度の上限は飽和溶解度に近い３５重量％濃度程度までである。塩類を含む水溶液の例としては、海水、油・ガスの坑井随伴水、地下かん水、これらから淡水を製造する工程で生じる各種の液などを挙げることができる。
【００１８】
塩類を含む水溶液に添加する貧溶媒は、蒸発潜熱が小さく、低比重で水と親和性の高い物質が望ましく、エタノール、ジメチルエーテル、プロパノール、ブタノール、ジイソプロピルアミンなどであり、エタノール、ジメチルエーテル、ブタノールなどが好ましく用いられる。貧溶媒の添加量は、逆浸透膜処理が可能になる塩濃度になる迄であり、この塩濃度は、通常５％未満、好ましくは４％以下である。濃度の下限は、特に制限されないが、経済性から３％程度である。例えば、塩化ナトリウム水溶液にエタノールを添加する図２の例では、溶媒割合が７０〜８０ｖ／ｖ％になるようにするのが好ましい。
【００１９】
貧溶媒の添加方法は特に限定するものではないが、所定割合で一度に投入し、塩水と十分に混合するよう急速に攪拌させる。このとき、インラインミキサーなどを用いると混合器が簡素化される。そのほか、密閉容器内に投入した水中ポンプや、軸封付攪拌機などで攪拌することができる。一般的に低温で塩溶解度が低下するため、貧溶媒を添加するときの温度は低いことが望ましい。しかし、塩溶液中の大部分を占める塩化ナトリウムの水への溶解度は、３０℃で２６．５重量％、１０℃で２６．３重量％であり、温度低下の効果は必ずしも高くない。そのため、温度低下のための投入エネルギーを勘案して、溶解温度は任意に設定することができる。
貧溶媒を添加した後は、数１０秒から数分で結晶が析出する。析出する塩の粒子径は数１０μｍ以上となり、静置するだけで沈降分離可能となる。なお、析出する塩の粒子径が小さい場合は、混合後数１０分から１時間程度保持することで結晶成長が見込めるので、混合から固液分離工程までの時間は長い方が望ましい。しかし、保持時間を長くすることは、装置の大型化につながるため、保持時間は任意に決められるものとする。
【００２０】
固液分離工程
こうして得られた析出塩類を含む水溶液は固液分離して塩類濃度スラリーと低塩類濃度分離液を回収する。分離手段は使用する貧溶媒によるが、ジメチルエーテルを用いる場合は加圧タイプのものがよい。ジメチルエーテルは常温常圧で気体であるためである。
【００２１】
分離された低塩類濃度溶液からは、そこに含まれている貧溶媒を回収する。一方、塩類濃縮スラリーは、乾燥工程で含水率を低下させて乾燥塩を得、これを有効利用できる。その際に発生する溶媒は回収することにより、溶媒回収率を限りなく１００％に近づけられる。
【００２２】
溶媒回収工程
低塩類濃度溶液からの溶媒の回収は、例えば、ジメチルエーテルの場合は加圧下で固液分離した液を常圧に戻して揮発させて回収することができる。エタノールの場合は、低圧にして加熱することにより揮発させて回収することができる。揮発したジメチルエーテルやエタノールは、再圧縮、再凝縮して、塩類析出工程に循環し、再利用することができる。
【００２３】
溶媒が回収されて残った液は、塩類濃度が５％未満の低塩類濃度の水溶液になっていて、経済的に逆浸透膜による濃縮が可能である。
【００２４】
逆浸透膜処理工程
溶媒が回収されて残った液の逆浸透膜処理は、公知の海水から淡水を製造する方法に従って行うことができる。逆浸透膜を浸透した液は淡水として使用できる。
【００２５】
一方、逆浸透膜を浸透しないで残った膜濃縮水は、前記塩類を含む水溶液に混合して本法で処理することができる。
【００２６】
本発明の方法で使用する水処理装置は、塩類を含む水溶液の供給手段と貧溶媒の添加手段を有する晶析装置と、前記晶析装置から排出される析出塩類を含む水溶液を固液分離し、塩類濃縮スラリーと低塩類濃度分離液を回収する固液分離装置と、前記低塩類濃度分離液から前記貧溶媒を回収する溶媒回収手段と、溶媒回収後の前記低塩類濃度分離液を逆浸透膜処理し淡水と膜濃縮水を製造する逆浸透膜処理装置を有するものである。
【００２７】
晶析装置には、通常の晶析槽を用いることができ、円筒形、箱形などいずれでもよい。晶析槽は密閉型、開放型のいずれでもよいが、貧溶媒が揮発性である場合には密閉型のものを用いる。この晶析装置には、塩類を含む水溶液の供給手段と貧溶媒の添加手段を設ける。これらの手段は、これらの供給口とそこに接続される配管と必要により設けられる送液ポンプ等からなる。
【００２８】
この晶析装置には、さらに、晶析後の析出塩類を含む水溶液の取出し手段も設ける。これは、通常は底部に排出口を設け、そこに配管を接続し、必要により排出ポンプが設けられる。さらに、攪拌機も設けることが好ましい。その外、必要により温度計なども設置される。
【００２９】
固液分離装置は、加圧タイプのものがよく、例えば、遠心脱水機、ベルトプレス、フィルタプレスなどを用いることができる。なお、溶媒が揮発しやすいため、脱水ろ液を回収する工程や装置本体は密閉構造とする。
【００３０】
溶媒回収手段は、公知のものを用いればよく、例えば、多段蒸留塔や、減圧蒸留、セラミック膜法などが用いられる。
【００３１】
逆浸透膜処理装置は、海水の淡水化に使用される公知のものを用いればよい。
【００３２】
本発明の水処理フローの概略を図１に示す。同図に示すように、塩類を含む水溶液である塩水は晶析槽に投入され、晶析槽には、溶媒回収手段である溶媒分離装置で分離され、圧縮器又は凝縮器で液化された貧溶媒が添加されて、塩類の晶析が行われる。この晶析はバッチ処理でもよく、あるいは、塩水と溶媒を連続的に供給して生成した析出塩類を含む水溶液を連続的に取出す連続方式であってもよい。
【００３３】
晶析槽から取出された析出塩類を含む水溶液は固液分離装置に送られ、塩類濃縮スラリーである塩スラリーと低塩類濃度分離液に分離される。
【００３４】
塩スラリーは乾燥器に送られて乾燥され、乾燥塩になる。乾燥の際に発生した溶媒蒸気と水蒸気は溶媒回収手段である溶媒分離装置に送られる。
【００３５】
固液分離装置で分離された低塩類濃度分離液は溶媒分離槽値に送られ、乾燥器からの溶媒蒸気、水蒸気とともに溶媒分離が行われ、分離された溶媒は晶析槽に返送される。
【００３６】
一方、溶媒が回収された低塩類濃度分離液は逆浸透膜処理装置に送られて逆浸透が行われ、膜を透過した液は淡水として利用される。膜を透過しなかった膜濃縮水は晶析槽に返送して再度処理される。
【００３７】
この本発明の貧溶媒法を蒸発法と必要熱量を計算して比較した結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【実施例】
【００３９】
塩濃度８重量％濃度の随伴水５Ｌに、貧溶媒として９５％エタノールを１５Ｌ加えよく攪拌した後、析出した塩を遠心分離器にて沈殿として回収した。沈殿量は３３０ｇで、１０５℃で２４時間乾燥することで２００ｇの塩を回収した。上澄み液は減圧蒸留することで、９５％エタノール１４．８Ｌと、４重量％濃度の塩溶液４．９Ｌを回収した。回収した塩溶液は平膜型のＲＯ膜で脱塩し、２．４５Ｌの脱塩水と８重量％濃度の塩溶液２．４５Ｌに分離した。
【００４０】
回収した塩溶液２．４５Ｌは回収したエタノール溶液に新たにエタノールを加えて所定比率にすることで塩を析出させることで、常時塩と脱塩水を回収することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、少ないエネルギーで高塩濃度の塩水を脱塩して淡水を製造できるので、海水や坑井随伴水などの脱塩に幅広く利用できる。
【図１】
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【図２】
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