(57)【要約】【課題】スケール形成、エネルギー消費及び汚染の問題を解決した最適海水脱塩法及び装置を提供する。【解決手段】塩水を、二段階膜ナノ濾過ユニットに、それら段階の間にエネルギー回収ターボチャージャーを配置し、必要に応じ加圧ポンプを補充して通し、第一及び第二ＮＦ段階の一緒にしたＮＦ生成物から、イオン性化学種の含有量が低下し、微生物、粒状物質、及び殆ど全てのスケール形成性硬質イオンが除去された第一水生成物を形成し、然る後、前記第一生成物を二段階ＳＷＲＯ（ＳＷＲＯ2）に、それら段階の間にエネルギー回収ＴＣを配置し、必要に応じ加圧ポンプを補充して通し、二つのＳＷＲＯ段階の生成物を一緒にしたものから飲料水品質の最終的第二水生成物（透過物）、及び塩度が増大し、スケール形成性硬質イオンが劇的に減少した第三ＳＷＲＯ水生成物ブライン廃棄物を生成させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度の硬質スケール形成性イオン性化学種、微生物、粒状物質及び高濃度の全溶解固体を含有する塩水を、二段階膜ナノ濾過（ＮＦ2）ユニットに、それら段階の間のエネルギー回収ターボチャージャー（ＴＣ）ユニットにより、必要に応じ加圧ポンプを補充して通し、第一及び第二ＮＦ段階の合わせたＮＦ生成物から、前記イオン性化学種の含有量が低下し、微生物、粒状物質及び殆ど全てのスケール形成性硬質イオンが除去された第一水生成物を形成する工程、及び
然る後、前記第一生成物を、二段階ＳＷＲＯ（ＳＷＲＯ2）に、それら段階の間のエネルギー回収ＴＣにより、必要に応じ加圧ポンプを補充して通し、二つのＳＷＲＯ段階の合わせた生成物から、飲料水品質の最終的第二水生成物（透過物）及び塩度が増大し、スケール形成性硬質イオンが劇的に減少したＳＷＲＯブライン廃棄物の第三水生成物を生成させる工程、
を含む、最適脱塩方法及び装置。
【請求項２】
硬質スケール形成性イオン性化学種、微生物、粒状物質及び全溶解固体を大きな含有量で含有する塩水を、二段階膜ナノ濾過（ＮＦ2）ユニットに、それら段階の間のエネルギー回収ＴＣユニットによりし、必要に応じ高圧加圧ポンプを補充して通し、第一及び第二ＮＦ段階の合わせたＮＦ生成物から、前記イオン性化学種（ＴＤＳ）の含有量が低下し、微生物、粒状物質及び殆ど全てのスケール形成性硬質イオンが除去された第一水生成物を形成する工程、及び
然る後、前記第一水生成物を、一段階海水逆浸透ユニットに通し、飲料水品質の第二水生成物（透過物）及び塩度は増大しているが硬質物質は劇的に減少した第三水生成物排除物を形成する工程であって、この場合、前記一段階ＳＷＲＯユニットはエネルギー回収ターボチャージャー・システムを有し、必要に応じ高圧加圧ポンプが補充されているか、又はターボチャージャーエネルギー回収システム又は圧力交換器（ＰＸ）を補充し、図２又は３に示すような形態及び構成を有する工程、
を含む、脱塩法及び装置。
【請求項３】
エネルギー回収ターボチャージャーを間に配置した二重完全総合ＮＦ2ユニットを有し、この場合、第一ＮＦ段階が高圧ポンプ及びＮＦユニットを有し、２５±１０バールの圧力（Ｐ）下でＮＦ生成物及びＮＦ排除物を生成し、前記ＮＦ排除物は、それをターボチャージャー・ユニット又は加圧ポンプ又はそれらの組合せを通過させて、その圧力を３５±１０バールへ上昇させた後、第二段階ＮＦへの供給物を構成し、この第二段階ＮＦユニットからの生成物を、前記第一ＮＦ段階からのＮＦ生成物と合わせて、第一水生成物を構成する、請求項１又は２に記載の最適脱塩方法及び装置。
【請求項４】
中程度から高度の生成物流及びスケール形成性硬質イオンの大きな排除率：ＳＯ4=については９０％より高く、他の硬質イオンについては６０〜９８％のオーダーの排除率を有するＮＦ膜を使用し、一方、第二段階ＮＦの膜が、中程度の生成物流量でスケール形成性硬質イオンの大きな排除率：ＳＯ4=では９０％まで、他の硬質イオンでも６０〜９８％まで又はそれ以上の排除率で特徴づけられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の最適脱塩システム。
【請求項５】
第一ＳＷＲＯ段階が高圧ポンプを有し、Ｐ＝５５±１０バールで供給物をＳＷＲＯユニットへ送って、それからＳＷＲＯ生成物及び排除物流を生成させ、前記ＳＷＲＯ排除物流をターボチャージャー又は加圧ポンプ又はそれらの組合せに通して、第二ＳＷＲＯ段階排除物から回収されたエネルギーにより、その圧力を９０±１０バールへ増大し、然る後、それを第二段階ＳＷＲＯユニットへ供給して、第一及び第二ＳＷＲＯ段階の合わせた生成物から、飲料水品質のＳＷＲＯ生成物を形成し、第二段階ＳＷＲＯユニットのブラインからＳＷＲＯ排除物の第三水生成物を形成する、請求項１に記載の最適脱塩方法及び装置。
【請求項６】
第一段階ＳＷＲＯで、慣用的一段階ＳＷＲＯプラントで用いられている種類の市販のＳＷＲＯ膜で、９９．０％以上の高い塩排除率を有し、７０バールまでの圧力に耐えることができる膜を使用し、一方、９０±１０バールまでの高圧許容性ＳＷＲＯ膜を、第二段階ＳＷＲＯで用いる、請求項１に記載の最適脱塩システム。
【請求項７】
第一及び第二段階ＳＷＲＯで、夫々７０及び１００バールまでの圧力に耐えることができる加圧容器を用いる、請求項１に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項８】
一段階ＳＷＲＯユニットが、図２に示す形態及び構成を有する、請求項２に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項９】
ＳＷＲＯ膜及び加圧容器が、８５バールまでの圧力に耐えることができる、請求項８に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項１０】
一段階ＳＷＲＯが、図３に示す形態及び構成を有する、請求項２に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項１１】
ＳＷＲＯ膜及び加圧容器が、７０バールまでの圧力に耐えることができる、請求項１０に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項１２】
ＳＷＲＯ排除物（ＳＷＲＯ排除物の第三水生成物）の一部分を、それ自身の圧力で再循環して戻し、海水供給物と混合して、図３に示すように、ＮＦユニットへの供給物を形成する、請求項１０又は１１に記載の最適海水脱塩システム。
【請求項１３】
塩水が海水を含む、請求項１又は２に記載の最適脱塩システム。
【請求項１４】
海水が、２．０％〜５．０％のオーダーの全溶解固体含有量を有する、請求項１３に記載の最適脱塩システム。
【請求項１５】
海水溶液が、１．２％〜１．７％のオーダーの陽イオン含有量、２．２％〜２．８％のオーダーの陰イオン含有量、７．９〜８．２のオーダーのｐＨを有し、２．０％〜５．０％のオーダーの全溶解固体含有量に匹敵する、請求項１３に記載の最適脱塩システム。
【請求項１６】
７００〜２２００ｐｐｍのカルシウム及びマグネシウム陽イオンを含む陽イオン含有量を更に有する、請求項１５に記載の最適脱塩システム。
【請求項１７】
海水の性質に関し、カルシウム、マグネシウム、硫酸塩及び炭酸水素塩イオン含有量が、ＮＦ2ユニットにより、６３％〜９９％のオーダー減少され、全溶解固体含有量が約３０％〜５０％減少される、請求項１３又は１５に記載の最適脱塩システム。
【請求項１８】
ナノ濾過ユニットを、１５℃〜４０℃のオーダーの温度で操作する、請求項１又は２に記載の最適脱塩システム。
【請求項１９】
海水逆浸透ユニットを、１５℃〜４０℃のオーダーの温度で操作する、請求項１又は２に記載の最適脱塩システム。
【請求項２０】
第二水生成物が飲料水（ＳＷＲＯ透過物）を含み、海水供給物に対するその生成物回収率が、５０％のオーダー又はそれ以上である、請求項１又は２に記載の脱塩法。
【請求項２１】
第三水生成物が、大きな塩度であるが、ＳＯ4=、ＨＣＯ3-、Ｍｇ++及びＣａ++のスケール形成性硬質イオンが劇的に低下しているＳＷＲＯ排除物を含む、請求項２に記載の脱塩法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水逆浸透（ＳＷＲＯ）脱塩法に関する。
【０００２】
典型的には、二段階ＮＦ２初期前処理工程を用いた本発明の方法は、供給物ＴＤＳを約３５〜５０％減少することにより半脱塩工程を行うが、最も重要なのは、それが、水回収を制約するＣａ＋＋及びＭｇ＋＋のスケール形成性硬質イオン(hardness ion)を８０％より多く除去し、それらの硫酸塩共有結合陰イオン(covalent anion)を９５％より多く、炭酸水素イオンを約６５％まで除去する。スケール形成性硬質イオン、特にＳＯ４＝及び炭酸水素イオンの除去は、ＳＷＲＯの操作を大きな水回収率で可能にする。それは、別の特許出願で示したように、熱式脱塩ユニットの操作を、１２０℃の単一の慣用的方法による現在の最高ブライン温度(top brine temperature)（ＴＢＴ）限界よりも遥かに高いＴＢＴで操作することを可能にし、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）及び多重効果蒸留（ＭＥＤ）、又は蒸気圧縮蒸留（ＶＣＤ）、又は再加熱蒸留（ＲＨ）ユニットの操作を、６５〜７０℃のそれらの現在のＴＢＴ限界よりも遥かに高いＴＢＴで可能にし、この方法により、従来法の海水脱塩法に勝る多くの利点が得られる。本発明の方法は、水収率、生成物水回収率、及び単位水コストのみならず、多くの他の従来法の脱塩法に等しいか又はそれより低い、生成物単位量当たりのエネルギー消費を劇的に減少している点で効率的に全ての従来法よりも優れている。この方法により、塩度(salinity)の高い湾岸(Gulf)海水（ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍ）及び大洋海水（ＴＤＳ≒３５，０００ｐｐｍ）から、夫々７５及び８０％以上のＮＦ生成物回収率が達成され、ＳＷＲＯユニットから、それをＮＦ生成物に対して操作した時、約７１〜８０％のほぼ等しい生成物回収率も、５３％以上を越える二重ハイブリッドＮＦ２−ＳＷＲＯ２による全水回収率で得られている。図３に示したような方法の構成を用いて、湾岸海水（ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍ）から５７％までの高い値を得ることができる。別に出願した特許に示したように、スケール形成性硬質イオン及びそれらの共有結合陰イオンが非常に少なくなったＳＷＲＯからの排除物を、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２−熱式の三重ハイブリッドの場合の熱式ユニットへの補充物にした場合、この回収率が更に増大され、湾岸海水供給物に対する三重ハイブリッドの全水回収率を約６０％にし、大洋海水供給物からは一層大きな値をもたらす。
【０００３】
最適高回収率、エネルギー効率的二重及び三重ＮＦ２−ＳＷＲＯ２、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ１法及び装置。
発明の分野
本発明は、最適（用語最適とは、今後本発明の現在最適な海水脱塩方法を指すために用いる）エネルギー効率的ＮＦ２−ＳＷＲＯ２、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ１を取扱い（後の記述参照）、前処理された海水供給物、海水海岸井戸供給物、又は他の水溶液供給物から現在入手することができる最大に可能な水回収率を有する方法に関し、この場合、供給物は、大きな濃度：（１）２０，０００〜５０，０００ｐｐｍのオーダーのＴＤＳ、及び（２）表１に示したような、スケール形成性硬質イオン（即ち、ＳＯ４＝、Ｃａ＋＋、Ｍｇ＋＋、及びＨＣＯ３−）を有するのみならず、（３）特に、供給物が公海の海水から取水されている場合、それが或る程度の混濁物及びバクテリアを含有することを特徴としている。
【０００４】
ＮＦユニットは、ＮＦ膜の種類により、ＳＷＲＯユニットを操作するのに用いられている圧力よりも低い、第一ＮＦ段階でのＰ＝２５±１０バール、及び第二ＮＦ段階での約３５±１０バールの比較的低い供給物圧力（Ｐ）で操作され、この場合、前記第一段階ＳＷＲＯは、通常Ｐ＝５５±１０バールに設定された慣用的ＳＷＲＯで操作され、一方第二段階ＳＷＲＯユニットは、エネルギー回収ターボチャージャー機構を用いて操作し、排除物からエネルギーを回収し、それを第二段階ＳＷＲＯユニットへの供給物圧力をＰ≒９０±１０バールまで増大するのに用い、この第二段階では新たに開発された商業的高圧許容性ＳＷＲＯ膜〔クリハラ・マサル、その他、Desalination 125:9-15(1999)〕、又は他の膜製造業者により新しく開発された同等の高圧ＳＷＲＯ膜を用いている。
【０００５】
別法として、図２ａ及びｂに示したように、ＳＷＲＯユニットは、東洋紡ＨＢ型膜のような８４バールまでの高圧許容性膜を用いて高圧で一段階で操作される〔ゴトウＴ．、その他、ＳＷＲＯ技術の進歩(progress in SWRO technology)、 The International D&WR IDA Quarterly, 2001, Vol. II/p. 31-36〕。更に、第三形態、ＮＦ膜組立体（二段階）−ＳＷＲＯ（一段階）の二重脱塩システム操作は、ＳＷＲＯ排除物の一部分と海水供給物とを混合し、ＮＦユニットへ再循環し、ＳＷＲＯユニットの操作は、約Ｐ＝６５±５バールで行われる（図３ａ及びｂ）。しかし、再循環されたＳＷＲＯ排除物、塩度は高いが、その硬質イオンの含有量、特にＳＯ４＝の共有結合陰イオンの含有量は、海水の場合の非常に僅かな分率まで劇的に減少している。この最適法により、例えば、湾岸の海、又は紅海の水（ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍ）に対して適用した場合の、慣用的単一ＳＷＲＯ法の約２５〜３５％の通常のＳＷＲＯ膜回収率を、５６〜７０％以上へ上昇させることができる。この装置構成及び二重ハイブリッドＮＦ２−ＳＷＲＯ２、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ１法は、ＮＦ及びＳＷＲＯユニットにより、例えば、湾岸海水から５３％以上（５７％まで）のオーダーの一緒にした全水回収率（図１、２、３）を、三重ハイブリッドＮＦ−ＳＷＲＯ−熱式により、ＳＷＲＯによる排除物をそれに連結された熱式ユニットへの補充物として用いた場合、膜式でも或は熱式でも、慣用的単一ＳＷＲＯ脱塩法による僅か２５〜３５％に比較して、約６０％以上へ上昇し、５０％〜１００％の範囲の水回収率の増大を与える。この回収率も、前に開発した我々の完全総合ＮＦ−ＳＷＲＯ又はＮＦ−熱式法によるものよりも大きい。この場合、ＮＦ及びＳＷＲＯの各々は、エネルギー回収システムを持たない一つの単一段階だけからなっていた。ハッサン(Hassan)Ａ．Ｍ．、米国特許第６，５０８，９３６号明細書、２００３年１月２１日。この最適海水脱塩法により、単位水量当たり必要なエネルギー及び水生成コストのいずれも３０％以上減少する。
【背景技術】
【０００６】
多くの国では、乾燥した海岸領域、又は水源が塩辛いか、又は過度の硬度を有する地域のための淡水源として塩水、特に海水の脱塩が考えられてきた。脱塩が考慮されるか又は使用されている典型的な地域には、湾岸諸国及び他の中近東諸国：合衆国の南カリフォルニア；リビア、アルジェリア、及びエジプトの地中海アラブ諸国；欧州、主にスペイン、マルタ、及びキプロス；メキシコ及び南アメリカの太平洋岸諸国が含まれる。同様に、マルタ、カナリア諸島、及びカリブ海諸島のような淡水の供給が限定されている島でも、淡水源として海水の脱塩を使用し、それを考慮している。現在海からの淡水は、サウジアラビア、首長国連邦では飲料水の７０％以上を占めている。クエート及びカタールの両方では飲料水のほぼ１００％が脱塩した海水から誘導されている。
【０００７】
従来の商業的ＳＷＲＯ脱塩法は、供給物を前処理し、混濁物、主に懸濁物質及びバクテリアを除去し、通常酸であるスケール防止剤を添加し、次にこの前処理した供給物を５５〜８２バール（８００〜１２００ｐｓｉ）の高圧で通し、供給物流を生成物（透過物）及び排除物（濃縮物）へ分離することからなる。古いＳＷＲＯプラントの多くでは、別の第二段階の塩辛い水ＲＯユニットを配備して第一段階ＳＷＲＯユニットからの生成物の塩度を標準的飲料水塩度まで低下する。しかし、初期（９０年代中頃まで）に建設されたプラントの多くで使用されているこの慣用的方法は、脱塩された水生成物の単位量当たりに必要なエネルギーが高く、比較的低い収率、典型的には湾岸海水から二段階ＳＷＲＯユニットを用い、供給物に基づいて２５％から３５％まで、一段階ＳＷＲＯを用いてそれより低く操作されてきた。従って、それらは淡水不足が深刻で、エネルギーを入手することができ、そのコストが（人為的なものであるが）低いと考えられている地域にとってのみ経済的に成り立つものであった。このことは、ＭＳＦＤ及びＭＥＤのような熱式方法についても当て嵌まる。脱塩プラントはカリフォルニアのような他の地域でも用いられてきたが、それは、渇水時期、又は他の水源が一時的に限定されるか又は利用できない時に、待機用又は補足的淡水源として一般に用いられてきた。天然の水資源が余り多く得られない多くの地域では、現在の脱塩法では、南カリフォルニアの場合のように遠い川及び貯水池からの陸上のパイプライン又は水道管のような、他の淡水源と効果的に競争することはできない。
【０００８】
しかし、大洋及び海には膨大な量の水が存在し、直接的淡水源（例えば、島の川、湖、及び地下水脈）が枯渇し始め、汚染され、能力限界に到達しつつあるため、これらの全ての因子と、天然水資源が大きく増大することなく世界中の人口が増大することとが重なり、例えば、中近東国家、特にＧＣＣ湾岸諸国の場合のように、塩水、特に海水を脱塩するための経済的な方法について世界中で広範な研究が行われている。実際、この研究は、現在又は将来における深刻な水不足を受ける多くの国々にとって、高まる水需要を満たすための終局的目標に向かって発展しつつあり、或る意味では、国家間に平和をもたらすための主要な恵みを与える原因として考えられ、それらは、さもなければ、限定された水資源についての大きな争いがそれらの境界内で隣接国家間に存在するであろう。
【０００９】
前に述べたように、現在幾つかの商業的海水脱塩法が入手でき、使用されている。熱式多段階フラッシュ蒸留が、現在世界的に使用されている二つの主な脱塩法の一つである。単独では、それは、全世界脱塩能力の約４１％を占めるのに対し、逆浸透（ＲＯ）法により約４４％生産されている。残り（１５％）は、種々の方法、主に電気透析（ＥＤ）、多重効果蒸留（ＭＥＤ）、及び蒸気圧縮蒸留（ＶＣＤ）により得られている；ワングニック・クラウス(Wangnick Klaus)、２０００  ＩＤＡ世界脱塩プラント在庫目録(2000 IDA World Desalting Plants Inventory)、報告書Ｎｏ．１６、国際脱塩協会(International Desalination Association)（２０００年５月）。サウジアラビアは、ＭＳＦＤの主要ユーザーであり、合衆国はＲＯ法の最大のユーザーである。ＭＳＦＤ、ＭＥＤ、及びＶＣＤ法は、全て海水の脱塩で排他的に用いられているが、ＥＤは、塩辛い水の脱塩及び純粋な水の製造に主に適用されている。しかし、ＲＯ法は、多角的塩水脱塩法である。それは、海水及び塩辛い水供給物の両方に対し適用されるが、従来それは、主に塩辛い水、飲料水、及び純粋な水の製造に適用されてきた。しかし、最近、ＳＷＲＯ脱塩が一層一般的になり、世界的に用いられてきており、３９〜５７百万リットル／日（ｍｌｄ）〔１０〜１５百万ガロン／日（ｍｇｄ）〕以上のプラントの比較的大きなプラントを用いている。
【００１０】
海水の脱塩は、海水自身の重要な性質を考慮に入れなければならない：（１）種類、濃度、及び全硬質イオン、（２）塩度〔イオン含有量、全溶解固体（ＴＤＳ）〕、及び（３）混濁物、懸濁粒子及び微生物のみならず他の大きな粒子の存在。これらの性質は脱塩システムを妨害し、プラントの性能（生成物：収率、回収、及び品質）を決定する。特に、僅かにしか解けないスケール形成性硬質イオン及びそれらのコアニオン(coanion)は、従来法の海水脱塩法、例えば、湾岸及び紅海の海水から予想される淡水収率値に対し２５％〜３５％以下の限界を与えている。図４に示したように、膜式でも、或は熱式でも、海水脱塩法は分離濃縮法であり、供給物流を、飲料水品質の奇麗な淡水生成物流及び汚染物：ＴＤＳ及び硬質イオンを高濃度で含む排除物流に分離する。この分率／濃縮法は、海水脱塩法で起きる四つの主な問題をもたらす原因である。これらは、図５にそれらの原因と共に要約されている：（１）スケール形成、（２）大きなエネルギー消費、（３）汚染、（４）腐食の増加。硬質イオンは溶解度が非常に低く、ＣａＳＯ４溶解度は処理温度の上昇と共に減少するため、ブライン中の硬質イオン濃度が増大すると、熱式でも或は膜式でも、種々の慣用的海水脱塩法による脱塩水回収率を甚だしく限定する（湾岸海水、ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍで、２５〜３５％以下）。
【００１１】
本願では「塩水(saline)」と言われる水に言及しているが、その塩水は海からの海水、例えば、湾岸、紅海、地中海、及び大洋からの海水、種々の塩湖及び池からの水、非常に塩辛い(brackish)水源、ブライン(brine)、イオン性含有物を含む他の地表及び地下水源からの水が含まれ、それらは表１中に示したように、「塩水」として分類されている。塩水は、一般にＴＤＳ≧２０，０００ｐｐｍ以上の塩含有量を有する水であると考えることができる。勿論海水は飲料水の源として最も大きな可能性を有するので、本願は海水脱塩に焦点を当てている。しかし、高い塩度の、特に高い硬度の塩水の全ての源が、本発明の範囲内に入ると考えるべきであり、海水に焦点を当てることは簡明にするためであり、限定するためのものではないものと考えるべきであることは分かるであろう。
【００１２】
前で述べたように、海水脱塩プラント（熱式及びＳＷＲＯプラント）の性能及び生成物回収率は、前に述べた三つの問題により甚だしく限定され、それらは全て海水の品質及びその物質含有量に関係している：（１）混濁物、（２）ＴＤＳ、及び（３）水供給物中の全硬質イオン。混濁物が供給物中に存在する場合、それは特に膜上に捕捉され、膜の汚染をもたらす。供給物中に、混濁物、即ち、バクテリアに栄養を与える懸濁固体と共にバクテリアも存在する場合、生物汚染が起きる。ＲＯでは、供給物浸透圧はＴＤＳと共に増大する。ＲＯの原理から、適用される圧力は：（１）部分的で、浸透圧を超えるように用いられる必要があり、（２）印加圧力の残りの部分だけが膜を通って透過物（生成物）を押し出す真の圧力（Ｐnet）になる。供給物ＴＤＳを減少することにより浸透圧を低くする程、水を押し出す真の圧力は大きくなり、従って、膜を通って透過水を押し出すのに利用される圧力は大きくなり（図６）、そのことも一層高い品質の生成物を一層多量に生ずる付加的利点を与える。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
供給物中の僅かにしか溶けない硬質イオンの含有量が高いと、淡水の回収を制約する最大の障害になる。なぜなら、硬質イオンの溶解度限界を越えて回収率を増大することは、ひどいスケール形成効果を一層多く起こし、急激なプラント性能の低下を起こすことになるからである。
【００１５】
要するに、海水脱塩プラントのスケール形成は、それらの大きなエネルギー消費及び汚染と共に、海水脱塩の三つの主な問題を構成する。腐食は海水脱塩の第４番目の主要な問題であり、腐食の発生は海水中の塩度及び塩化物含有量が高くなることにより増大する。本発明の第一の主な目的は、これらの問題を解決するのみならず、最適の高効率海水脱塩法及び装置を確立する結果になる効率的海水脱塩処理及び方法を開発することにある。
【００１６】
ＳＷＲＯプラント水回収率を上昇させると、単位水生成コストを減少することになるはずである。なぜなら、この単位コストは、全水生成コストを、生成物の量で割ることにより算出されるからである。水回収率が大きくなれば、生成物の量が増大し、単純に単位水コストは低下する。日本の水再利用促進センターで開かれた主な日本の脱塩専門家（科学者及びエンジニア）の水コスト対策会合では、水生産コストの最高減少は、ＳＷＲＯプラント（ＴＤＳ＝３５，０００ｐｐｍ）への大洋水供給物から、６０％のＳＷＲＯ水回収率（即ち、ＳＷＲＯ排除物ＴＤＳ＝８８，０００ｐｐｍ）で実現することができ、湾岸海水（ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍ）のＳＷＲＯ排除物でこのＴＤＳ値を維持するためには、湾岸海水からの対応する最適水回収率は、４８％を越えるべきではないことが結論されている。大きな水回収率は、膜上に硫酸カルシウムを甚だしく付着させることになり、その上、水回収率の増大による水コスト減少の利得は、浸透圧の非常に大きな上昇を解消するために必要になる印加圧力のコストの増大により相殺されてしまう（ゴトウその他による前記文献参照）。本発明のＮＦ２−ＳＷＲＯ２により起こされる硬質スケール形成性イオンの除去及び供給物ＴＤＳの減少により、ＮＦ（二段階）と、二段階又は一段階高圧ＳＷＲＯ操作との組合せにより遥かに大きなＳＷＲＯ回収率を得ることができる。前に述べたように、本発明によるＳＷＲＯ回収率の増大は、本発明のシステムの主要な利点である。この開発中、効率及び水回収率の点で、全ての従来法を凌駕する最適二重ＮＦ２−ＳＷＲＯ２脱塩法、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ一段階（図１、２、及び３）を開発するように努力し、大洋供給物から最適ＳＷＲＯ水回収率を８０％以上まで上昇することを決定的に可能にした。
【００１７】
上記説明は図７に明確に例示されており、この場合、８０％の生成物水回収率が、７０バールの圧力で達成されている。ＮＦ生成物について操作されたＳＷＲＯユニットからの生成物流及び水回収率の両方が、同じＳＷＲＯパイロットプラントにより、それがＮＦ前処理を用いることなく海水供給物に対し操作された場合、同じ操作条件で得られたものの２倍になっている。透過物は、ＳＷＲＯユニット供給物がＮＦ生成物からなる場合、約１５バール、時にはそれより低い印加圧力で流動し始め、これは、ＳＷＲＯユニットへの供給物が海水からなる場合のこの値の２倍に匹敵する（図７）。更に、生成物水の品質は、ＳＷＲＯユニットをＮＦ生成物で操作した場合、それを海水で操作した場合よりも遥かに優れており、前者の場合とは異なって、後者の場合、生成物水は、その品質を飲料水の基準まで持って行くためには、塩辛い水に対するＲＯユニットにより更に処理することを必要とする。
【００１８】
この方法は、慣用的熱式海水脱塩法にも同様に適用することができ、次のハイブリッドの形成により、別の特許出願で別の場所で論じられている：
ＮＦ（二段階）−熱式、及びＮＦ２−ＳＷＲＯ２（排除物）−熱式、
ここで、一つ又は二つの段階のＮＦ生成物供給ＳＷＲＯユニットからの排除物は、ＭＳＦＤ、又はＭＥＤ、又はＶＣＤ、又はＲＨユニットの熱式ユニットへの補充物(make-up)を構成する。このことは、本発明のＮＦ２−ＳＷＲＯ２の別の主要な利点であり、この場合ＳＷＲＯ排除物中の硬質物質は非常に少なく、従って、スケール防止剤を使用することなく、熱式プラントへの補充物として用いることができることは、既に実証されている通りである。米国特許第６，５０８，９３６号明細書（２００３年１月）。
【００１９】
従来、粒状物質を除去するために、水及び他の液体溶液及び懸濁物を処理するための種々の型の濾過又は凝集・濾過システムが用いられてきた（表２）。スケールの形成を防ぎ、従って、水回収率を限界まで上昇させるのに役立たせるため、スケール防止剤の添加が用いられている。しかし、混濁物を除去し、スケール防止剤を添加するこの慣用的前処理にも拘わらず、淡水回収率は、例えば、湾岸ＳＷＲＯの慣用的脱塩では依然として２５〜３５％以下に限定されている。
【００２０】
【表２】
2006021110.tif 000004
【００２１】
２μｍより小さな粒径の微細粒子を除去する最近の研究では、マイクロ濾過(microfiltration)（ＭＦ）、又は限外濾過（ＵＦ）が用いられている。低圧逆浸透（ＬＰＲＯ）又は塩辛い水ＲＯ（ＢＷＲＯ）膜（下記参照）も、ＳＷＲＯ前処理の前に用いられてきた。０．０８〜２．０μｍの範囲の粒径を有する粒子を除去するために、ＭＦ膜処理が用いられている。ＵＦ膜法は、０．０１〜０．２μｍの範囲の粒径、及び１０，０００ｇ／モル以上の範囲の分子量（ＭＷ）を有する一層微細な粒子を除去するのに一層効果的である。ＭＦとＵＦの膜法は、両方共正真正銘の濾過法であり、粒子の分離は、そのイオン特性によるのではなく、粒径によってのみ行われる。更に、ＭＦ及びＵＦの膜は、いずれもそれ自身に特徴的な孔径及び分離限界を有する。これらの二つの膜式濾過法は、混濁物及びバクテリアを除去することにより供給物を清浄に保つのに有効であり、そのようなものとして、プラント操作中、生物汚染を含めた膜の汚染を防ぐのに、それらは非常に有効な前処理法である。ＭＦ及びＵＦ濾過による前処理法は、ＲＯ前処理とは著しく異なっている。既に言及したように、溶液又は海水からイオンを分離又は排除することのないＭＦ及びＵＦ膜法による濾過とは異なって、ＲＯ法は、０．００１μｍ以下の粒径及び２００ｇ／モル以下の分子量を有する全てのイオン性粒子を分離するための圧力差法である。更に、それらの非常に気密な構造のＳＷＲＯ膜は、ＭＦ及びＵＦ法での僅か約５〜１０バールの低い圧力での操作に対して、５０〜８０バールのオーダーの高い圧力での操作を必要とする。
【００２２】
他の膜式分離法と比較して、ＮＦ膜法は、ＲＯとＵＦの分離範囲の間に入り、０．０１〜０．００１μｍの範囲の粒径及び２００ｇ／モル以上の分子量を有する粒子の分離に適している。しかし、ＵＦ又はＲＯのいずれとも異なって、ＮＦは三つの原理によって働く：粒径による中性粒子の排除、負に帯電した膜との静電相互作用によるイオン性化学種の排除；ローテンバッハ(Rautenbach)その他、Desalination, 77: 73-84 (1990)。第三に、ＮＦ膜の操作は、浸透圧原理によって部分的に支配されている。これらの理由から、後の節で示すように、ＮＦ膜は、共有結合(covalent)又は一価の全てのイオンを多かれ少なかれ、同じ程度に排除するＲＯとは、ＮＦがＮａ＋、Ｃｌ−等の一価イオンを排除するよりも、ＳＯ４＝、ＨＣＯ３−、Ｃａ＋＋、及びＭｇ＋＋のスケール形成性硬質イオンのような共有結合及び三価イオンに対し遥かに大きな排除性を有する点で異なっている。ＮＦは、フロリダで塩辛い硬水を処理して飲料水規格の水を生成させるのに用いられてきた。ＮＦ法は、飲料水から着色した混濁物及び溶解した有機物を除去するためにも用いられてきた；デュラン(Duran)その他、Desalination, 102: 27-34 (1995)及びフ(Fu)その他、Desalination, 102: 24-56 (1995)。ＮＦは、他の用途で、塩溶液及び埋め立てゴミ浸出物を処理するのに用いられてきた；リンデ(Linde)その他、Desalination, 103: 223-232 (1995)；沖合油井貯槽中に注入される海水からの硫酸塩の除去；イケダその他、Desalination, 68: 109 (1988)；アクシア・サーチ・ベーカー(Aksia Serch Baker)、Filtration and Separation (June, 1997)。下で示すように、ＮＦ海水膜前処理は、ＳＷＲＯ膜操作（典型的には、５５〜８２バール、即ち８００〜１２００ｐｓｉ）よりもかなり低い圧力、典型的には、１０〜２５バールで行われる。
【００２３】
ＮＦ法の上記使用法の外に、種々の海水及び水性溶液の処理にもそれは用いられていた。上で述べたように、米国特許第４，７２３，６０３号明細書のＮＦ膜は、海水からの硫酸塩の除去に用いられているが、それは依然として塩化ナトリウムの含有量が高く、沖合掘削の穿孔泥漿を形成するのに用いられ、この方法により硫酸バリウムのスケール形成を防いでいる。米国特許第５，４５８，７８１号明細書は、臭化物及び一種類以上の多価陰イオンを含有する水性溶液を二つの流れ、一つは臭化物に富む流れで、第二は多価陰イオンに富む流れにＮＦ分離することが記載されている。その臭化物に富む流れを工業的用途で使用される臭化物濃度にするためＲＯにより更に処理することについては示唆はされているが、全く行われていない。ＥＰＯ公告Ｎｏ．０９１４１２６０（０３，０６，９７）は、ポリビニルアルコールポリアミドのナノフィルター（ＮＦ膜）の三つの平らな膜セルに海水を通し、硫酸塩イオン除去し、次にその濾過された水をＲＯ膜に通してＳＯ４＝を除去することにより、スケールの沈積を抑制しながら、濃縮率を向上させる問題を解決する方法が提案されている（しかし、その研究の一層詳細な点は与えられていない）。
【００２４】
図８に示したように、ＮＦ前処理を、ＳＷＲＯ及び他の海水熱式（ＭＳＦＤ、ＭＥＤ、ＶＣＤ）脱塩方法に、先ずパイロットプラント及び実証用脱塩プラント段階で適用した最初の人は、米国特許第６，５０８，９３６号明細書のハッサン(Hassan)Ａ．Ｍ．であった；ハッサンその他、「脱塩及び水再使用、四季報」５月−６月発行（１９９８）Ｖｏｌ．８／１，５４−５９、及び９月−１０月発行（１９９８），Ｖｏｌ．８／２，３５−４５：Desalination, 118: 35-51 (1998)；Desalination, 131: 157-171 (2000)；脱塩及び水再使用に関するＩＤＡ国際会議（サンディエゴ）予稿集（１９９９）（脱塩に関する最高ＩＤＡサーマル賞を受賞した論文）及び多くの他の刊行物。
【００２５】
この新しい上記ＮＦ−ＳＷＲＯ脱塩法は、最初にパイロットプラントで開発され、次のことにより慣用的海水脱塩法について前に言及した主要な問題を解決するのに成功したことが証明された：（１）ＳＷＲＯ膜汚染の防止、（２）プラントスケール形成の防止、及び（３）収率及び回収率の両方で著しくプラントの生産性を増大し、ＳＷＲＯ生成物の品質を改良するのみならず、単位水生成物当たりのエネルギー必要量及びコストの両方を低下する。図８に示したように、ＮＦ膜ユニットと、熱式脱塩ＭＳＦＤユニットとを二重ハイブリッド脱塩ユニットとして接続することにより、同様な利点が得られた。同様に、同じ図面に示したように、ＮＦ生成物が供給されるＳＷＲＯユニットでの排除物から硬質物質が除去されているために、ＳＷＲＯ排除物が、ＭＳＦＤユニットへの補充供給物として用いられて成功を収めている。二重ＮＦ−ＭＳＦハイブリッド及びＮＦ−ＳＷＲＯ（排除物）−ＭＳＦの三重ハイブリッドの両方で、ＭＳＦユニットは、初めて１２０℃の最高ブライン温度（ＴＢＴ）でさえも操作され、後でスケール防止剤を用いずに、１３０℃までの一層高いＴＢＴで、高い収率で操作された（前のパラグラフの文献参照）。
【００２６】
この二重ＮＦ−ＳＷＲＯ脱塩法は、更に図９に示したように、商業的規模のプラント、１９８６年に委託された現存するＵｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＳＷＲＯプラントで一つのＳＷＲＯトレイン(Train)１００、能力２２０３ｍ３／ｄ(５８２，０８５ｇｐｄ)に適用された。そのプラントは、単一のＳＷＲＯ脱塩法から、現存するＳＷＲＯユニットの前にＮＦ前処理及び半脱塩ユニットを導入することにより、新規な二重ＮＦ−ＳＷＲＯ脱塩法へ変換された。図１０の写真参照。同じプラントで第二ライン、トレイン２００は、設計及び製造の点でトレイン１００と同様であるが、単一ＳＷＲＯ方式で操作され続けた。二重ＮＦ−ＳＷＲＯ法へプラントを変化させる前に、大きなＮＦ−ＳＷＲＯプラントのための操作パラメーターを確立するために、設計及び操作で新規なＮＦ−ＳＷＲＯプラントに類似した実証用ユニットを用いてその方法を試験した。この実験の結果から、そのＮＦ−ＳＷＲＯでのＮＦ回収率を６５％に固定し（図１１）、その後で７０％のＮＦ生成物回収率で２カ月に亙り実証用移動パイロットユニットで操作し成功した；ハッサンＡ．Ｍ．その他、脱塩に関するＩＤＡ国際会議予稿集（バーレーン）２００１年１０月、アブストラクト、ｐ．１９３−１９４参照。
【００２７】
トレイン１００のＮＦユニットのＳＯ４＝、Ｍｇ＋＋、Ｃａ＋＋、ＨＣＯ３−、のスケール形成性硬質イオンのイオン排除率及び全硬度は、夫々９９．９％、９８％、９２％、５６％、及び９７％であった（図１２）。この非常に大きな硬質イオン排除率は、一価Ｃｌ−イオンについての僅か２４％の排除率及びＴＤＳイオンの３８％排除率と比較されるものであり、海水供給物の約４５，４６０のＴＤＳは、ＮＦ生成物中、２８，２６０に減少した（図１２）。
【００２８】
新規な二重ＮＦ−ＳＷＲＯ脱塩ハイブリッドのこの商業的ＳＷＲＯユニットの操作から得られた結果は、慣用的商業用ＳＷＲＯ脱塩法でのその（ＳＷＲＯユニット）操作に対し、著しく改良された生成物生産率及び回収率を示している。ＮＦ−ＳＷＲＯ方式で操作されたトレイン１００の生産力(output)は、２３４ｍ３／時のＮＦ生成物の供給物からは１３０ｍ３／時であるのに対し、それが１回の慣用的ＳＷＲＯ操作で３６０ｍ３／時の海水で操作された時には生産力は９１．８ｍ３／時であり、４２％のトレイン生産率の増大になっている。更に、二重ＮＦ−ＳＷＲＯ操作のＳＷＲＯユニットの５６％の回収率は、それ（ＳＷＲＯユニット）が単一方式で操作された時のその回収率２８％の２倍になっている。同じ傾向は、ＮＦ−ＳＷＲＯトレイン１００の透過物生産率及び回収率を、ＳＷＲＯトレイン２００から得られた結果と比較した時にも認められており、ＳＷＲＯユニットについて夫々１．５：１．０及び５６％：２３．５％の比になっており、後者のトレイン操作よりも前者の方がよくなっている（図１３）。トレイン１００対トレイン２００の生成物流量比は、殆ど約１６０％：１００％のオーダーであり（図１３ｄ）、２年以上の操作で、トレイン１００生産力：トレイン２００生産力は約１．６〜１．４：１の比になっており、明らかに単一ＳＷＲＯプラント操作よりも二重ＮＰ−ＳＷＲＯ操作の方が都合がよい。
【００２９】
又、慣用的ＳＷＲＯ法での操作と比較して、二重ＮＦ−ＳＷＲＯハイブリッドとしてのトレイン１００操作は、単位生産量（ｍ３）当たりのエネルギー消費及びコストを夫々２３％及び４６以上著しく減少している。ＳＷＲＯ操作と比較して、ＮＦ−ＳＷＲＯ法による単位水生成量当たりのエネルギー消費／ｍ３及びコストの両方で予想された節約は、夫々３９％及び６８％である。更に、ＳＷＲＯからＮＦ−ＳＷＲＯ操作へのライン変換は、迅速に比較的低いコストで行うことができた。
【００３０】
米国特許第６，１９０，５５６号Ｂ１明細書（２００１年２月２０日）には、低圧操作（２５０〜３５０ｐｓｉ）用に設計された加圧容器を用いて海水のような水性供給物から飲料水を製造するための装置及び方法が記載されており、その容器中には、ＮＦ及びＲＯの両方の膜が、ＲＯ膜部材よりも上流にＮＦ膜部材を置いて配置されている。海水供給物は、先ずその容器を通して送られ、ＮＦを通ってこの低圧で処理され、硬質物を除去するが、ＲＯ膜領域を通って影響を受けることなくフラッシュされるだけである。特別に設計された機構中に収集されたＮＦ生成物は、後で同じポンプを用いて同じ圧力で同じ容器を通って送られ、その浸透圧を低下し、ＲＯ膜を通って脱塩することができる。
【００３１】
幾つかの他の特許では、ＳＷＲＯ脱塩で、ＳＷＲＯモジュールより前にＲＯモジュールを用いている。米国特許第４，３４１，６２９号明細書（１９８２年７月）には、第一段階ユニットとして９０％イオン排除率の酢酸セルロースを用い、次に９８％イオン排除率の三酢酸セルロースＳＷＲＯ膜を取付けた第二段階分離ユニット用いた方法が記載されている。米国特許第４，１５６，６４５号明細書（１９７９年５月）の発明は、二段階連続分離ユニットを用い、第二段階として、気密な膜を取付けたＳＷＲＯユニットを用いて、第一段階の別の緩い(loose)ＲＯ膜ユニットからの生成物を処理し、後者は、５０〜７５％のイオン排除率を有し、Ｐ＝３００〜４００ｐｓｉ（２１〜２８バール）の低圧で操作される淡水回収法を提案している。緩いＲＯ膜は、ＥＰＯ  ６，１２０，８１０でも気密膜の前に用いている。米国特許第５，２３８，５７４号明細書には、複数のＲＯ膜によって水を処理し、次に蒸発機構により水及び塩を生成させる方法及び装置が記載されている。米国特許第４，０３６，６８５号明細書にも、第一ＲＯカートリッジから取り出された高品質透過物を生成させると同時に、前記第一ＲＯカートリッジと直列になった次に続く二つのカートリッジからの生成物を一緒にすることにより低品質の透過物を生成させる方法及び装置が記載されている。
【００３２】
上で論じたこと及び結果から、他の前処理の外に、非常に特別な優れた前処理機能、即ち、一価イオンを排除するよりも、硬質物イオン及び共有結合イオンの外、三価イオンを遥かに大きな程度まで排除し（Ｕｍｍ  ＬｕｊｊプラントでのＮＦ排除率参照−図１２）、前に述べたようにＳＷＲＯ又はＲＯ法で要求される圧力よりも遥かに低い圧力で排除する能力を行なえるうにＮＦが設計されていることを強調することができる。更に、そのＮＦ膜は、ＲＯ又はＳＷＲＯ膜よりも、遥かに大きな流束及び混濁物に対する一層大きな許容性を有することを特徴とする。これらの事実は、それを区別し、他の前に示した水分離膜法、即ち、ＭＦ、ＵＦ、及びＲＯとはその機能を別にする。この品質から、上述の特許で用いられているナノ濾過、緩い逆浸透、及び低圧逆浸透、即ち、ＲＯ、緩いＲＯ、ＬＰＲＯ前処理供給物を受けるＳＷＲＯ膜は、当分野では同じとは考えられていないことに注意すべきである。実際、当業者は、硬質物を除去し、その結果、高回収率でスケールを形成することなくＳＷＲＯから飲料水を生成させることを可能にする海水供給物のナノ濾過（ＮＦ）前処理は、海水脱塩プラントへの海水供給物の優れた前処理であるのみならず、逆浸透（ＲＯ）又は緩い膜逆浸透（ＬＭＲＯ）膜とは操作上又は機能上に同等なものではないと言うこの事実を認めてきたし、依然として認めている。下に引用した文献は、その相違を強調している：
【００３３】
１．  ベケット(Bequet)その他、Desalination, 131;299-305 (2000)。
２．  ビスコーナー(Bisconer)、「ナノ−及び限外−濾過の能力開発」(Explore the Capabilities of Nano- and Ultrafiltration)、Water Technology, March 1998、（２頁；頁番号は述べられていない）。
３．  コダック(Kodak)、「専門家用動画映像のためのナノ濾過」(Nanofiltration for Professional Motion Imaging)、On-Line Technical Support paper, pp, 1-6 (1994-2000)。
４．  リンデ(Linde)その他、Desalination, 130; 223-232 (1995)(アブストラクトのみ)。
５．  ニコライセン(Nicolaisen)、「ナノ濾過−どこで大画像に属するか」(Nanofiltration-Where does it Belong in the Larger Picture)、第１頁〜第７頁、「淡水化(Desal)−５」膜生成物のための生成物技術公報(Product technical bulletin for "Desal-5" membrane products; ディサリネーション・システムズ社(Desalination System, Inc.)（１９９４年１２月）。
６．  工業的膜のスコット・ハンドブック(Scott Handbook of Industrial Membrane)、１９９５年（第４６頁）。
【００３４】
ビスコーナーが認めているように、当分野では、ＲＯ及びＮＦは「いとこ同志」であると考えることができ、用いられている膜は同じように見えるが、実際にはそれらは「明確に異なった分離機能を働かせている」ことを認めている。ＮＦとＲＯ（ＢＷＲＯ、緩いＲＯ、及びＬＰＲＯ）の間の重要な相違の中で、ＮＦは、ＲＯよりも、硬質イオン性化学種の著しく大きな排除率を、遥かに大きな全生成物流束で与え、そのことは実際にＵｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＮＦ−ＳＷＲＯ実験で観察されている；上記ハッサンその他及び図１２参照。特に、ニコライセン（１９９４）が、当分野で時々種々の用語が誤って用いられているが、当業者は、ＮａＣｌの排除よりもジ−及びトリ−陰イオン性化学種を少なくとも特に一層大きく排除することのみならず、それがＲＯ膜の流束よりも遥かに大きな（ＮＦ膜）流束を有する点で、ＲＯに対するＮＦの明確な優秀性を認識していることを指摘していることも参照されたい。更に、それは、ＳＷＲＯ膜よりも混濁物汚染に対し一層大きな許容性を有する。他の人達は、ＲＯ流束がＮＦ流束に比較して低く、遥かに大きな膜表面積と共に大きな圧力がＮＦ膜の場合よりもＲＯの場合に必要になることを認めることにより、同じ指摘をしている。これらの事実は、Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊプラント・トレイン１００でのＮＦ−ＳＷＲＯ操作の上記商業的実験で観察されており、この場合各ＮＦモジュールは、殆ど三つのＳＷＲＯモジュール（一つのモジュールは、六つの膜部材を取付けた一つの圧力容器からなる）への供給物を与えている。実際の効果があるためには、ＲＯユニットは、固体粒子の除去で、ＮＦ膜法よりも一層微細な供給物の前処理を必要とする。
【００３５】
ＳＷＲＯ膜は、最も気密な脱塩膜であり、それらの大きな塩（全てイオン）排除率を特徴とする。ＳＷＲＯ膜は、高圧、膜の種類により５５〜８２バールで操作され、それらの流量が低いため、ＳＷＲＯ法は、多量の水を生成させるためには多数のＳＷＲＯ膜を必要とする。これらの全ての因子のために、ＳＷＲＯ法による水生成コストは、他の全ての膜脱塩法の中で最も高いと考えられている。一方、ＮＦ膜は、遥かに低い圧力で操作され、大きな流量を有することを特徴とする。しかし、最も重要なことは、上で述べたように、それらは、スケール形成性硬質イオン（ＳＯ４−、Ｃａ＋＋、Ｍｇ＋＋、ＨＣＯ３−）の排除に対する大きな特異性を特徴とする。ハッサンその他の前に与えた文献参照。
【００３６】
ＳＷＲＯ及びＮＦ膜の間のそれら主要な異なった性質、品質、及び特徴のみならず、上述の緩いＲＯ又は低圧ＲＯ膜を含めた他のＲＯ膜からＮＦを区別する性質により、一つの二重ＮＦ−ＳＷＲＯ操作法として、ＮＦとＳＷＲＯ膜を完全に一体化することにより利点が確実に得られており、それは上記ハッサンＡ．Ｍ．による米国特許第６，５０８，９３６号明細書（２００３年１月２１日）により、最初はパイロットプラント規模で（図８参照）、次に商業的プラント規模（図９及び１０参照）で行われ成功を収めている通りである。しかし、これは、ＮＦ及びＳＷＲＯユニットの各々を一段階で用いることにより行われている。後で示すように、二つの段階間にターボチャージャーを配置してブラインからのエネルギーを回収するようにして、二段階に設定した二重ＮＦ−ＳＷＲＯ中でＮＦ及びＳＷＲＯユニットの各々を操作することにより一層大きな利点が見られている。提案された紅海ＳＷＲＯプラントについて図１に示したこの高度に最適化され、よく設計された二重ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）構成は、３１６ｍ３／時の供給量及び約１７０ｍ３／時（１．０８ｍｇｄ）の収率を与え、最適の海水脱塩法であり、プラント生産力、収率と水回収率との両方を上昇させ、海からの単位淡水生成のエネルギー必要量及びコストを低下することにより経済的効率的ＳＷＲＯ脱塩操作を与えるのみならず、それは、従来の慣用的海水脱塩法により予測できるものを、効率的に遥かに凌駕している。この方法は、私の別の発明で別の所に例示されているように、大きな利点をもって、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（排除物）−熱式の三重ハイブリッドにも更に適用され、この場合、硬質イオン濃度が劇的に低くなったＳＷＲＯ排除物は、熱式ユニットへの補充物にされている。
【００３７】
この最適ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）及び三重ハイブリッドＳＷＲＯ脱塩システムは、米国特許第６，１９０，５５６Ｂ１号明細書に記載された方法を含めた従来法とは全く異なっているのみならず、工程効率及び経済性の点でそれらより遥かに優れている。例えば、米国特許第６，１９０，５５６Ｂ１号明細書（２００１年２月２０日）に記載されているＮＦ−ＳＷＲＯシステムは、両方のＮＦ及びＳＷＲＯ部材が同じ一つの加圧容器中に配置されているが、一つの圧力ポンプを用いて、同じであるが低い圧力の１７．２４〜２４．０５バール（２５０〜３５０ｐｓｉ）で操作されている。このシステムでは、先ず充分ＮＦ生成物を収集することにより操作を開始し、然る後、この収集したＮＦ生成物を特別に設計し、制御された保持タンク中に入れ、加圧下（２５０〜３５０ｐｓｉの低い圧力）でＳＷＲＯ膜に通し、主にＳＷＲＯ低圧のために疑問視される品質の生成物を生ずる。一層重要なことは、ＮＦ膜を、一部の時間操作すると、次にＳＷＲＯを操作している間空転させたままにし、或はそれを逆にして、ＮＦ又はＳＷＲＯ膜を部分的に利用していることである。これに対し、本願による全ての構成部分、ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）は、完全に１００％用いられており、その事実は一層大きなプラント生産率を与える結果になっている。更に、二段階構成は、第二段階供給物に充分な高圧を与え、特に第一段階及び第二段階のＳＷＲＯユニットに与えており、この場合も上記米国特許第６，１９０，５５６Ｂ１号明細書の使用から得られるものよりも遥かに高い生成物品質と共に一層高いプラント生産率を可能にしている。二つの方法により商業的規模で同じ量の水を生成させるためには、本願で与えた方法（最適法）によるよりも、後者の方法を用いると、一層大きな資本投資及び一層多くの設備を必要とする。
【００３８】
従って、塩水、特に海水から淡水を良好な収率で経済的に生じ、上で述べた問題を効果的及び効率的に処理し、即ち、そのような塩水から硬質物質及び混濁物を除去し、単位水生成物当たりの低いエネルギー消費及び低い水コストを含めた増大したプラント生産率及び経済的効率で全溶解固体を減少させる最適海水脱塩法を得ることができることは、実質的に世界中の人間、特に海からの淡水を必要とするが、それが出来ない人々にとっての関心事になるであろう。ＮＦ（二段階）前処理法、又は熱式ＭＳＦＤ、又はＭＥＤプラントへの補充物を与える、ＮＦ生成物を供給したＳＷＲＯユニットからの排除物利用も、同様な利得を与え、海水膜式又は熱式脱塩プラントの効率に膨大な改良を与える結果になる。
【００３９】
本発明の要約
私は、図１、２及び３に与えた構成で代表される二つの実質的に異なる水膜式法を、従来行われていなかったやり方で組合せることにより、特に海水に重点をおいた塩水を脱塩し、飲料水を含めた高品質の淡水を非常に高い収率で生成し、遥かに低い効率の従来法の慣用的ＳＷＲＯ脱塩法に等しいか又はそれより良い単位生成量当たりのエネルギー消費で生成させる最適ＳＷＲＯ脱塩法を発明した。この目的を達成するため、例えば、図１のＮＦ及びＳＷＲＯユニットの各々を二つの段階で、それら段階の間にエネルギー回収ターボチャージャーを配置するか、又は別法として、ＮＦを二段階として、それら二つの段階の間にエネルギー回収ＴＣを配置して使用し、この場合、ＳＷＲＯを一段階にし、同じくＳＷＲＯ膜ユニットと、その高圧ポンプとの間のエネルギー回収ＴＣ又は圧力交換器（ＰＸ）を配置し、図２ａ及びｂ、又は３ａ及びｂに示したような構成を用い、下に記載し、前の節でも記載したような、その方法のためのＮＦ及びＳＷＲＯ膜選択性を用いる。この方法は、生成物の品質を改良すると共に夫々の工程からの生成物の収率及び生産性を増大するのみならず、単位水生成量当たりのエネルギー消費を、ＰＸシステムを用いた場合、本最適法：ＮＦ前処理のない慣用的ＳＷＲＯの比として０．４４５：１に減少し、単位水生成物当たりのコストを減少する最終的効果を有する。私の方法では、第一脱塩工程として二段階ナノ濾過を、図１，２，又は３に与えたような構成により示した続く二段階海水逆浸透工程と、相乗的に組合せ、完全に総合された脱塩システムを与え、それによって塩水（特に海水）が効率的及び経済的に高品質の淡水へ、従来法のＳＷＲＯ法単独又はこれまで知られているか又は記載されている組合せで得られる収率よりも著しく大きい収率で転化することができる。従って、個々の工程は別々には知られており、そのような工程は異なった目的で他の方法と組合せて個々には記載されてきているが、異なった段階によるものであり、前に論じたように、本発明の方法は、従来当業者に知られていたり、考えられたりしていなかったものであり、従来法の方法及び装置と比較して、本方法により得られる塩水脱塩の全ての形式（膜式又は熱式）で驚くべき独特の大きな改良及び大きなシステム効率が得られることを示唆するものは従来法では全くなかった。
【００４０】
従って、広い態様として、本発明は、硬質スケール形成性イオン性化学種、微生物、粒状物質、及び多量の全溶解固体を含有する塩水を、二段階ナノ濾過（ＮＦ２）に、それらの段階の間にエネルギー回収ターボチャージャーを配置し、必要に応じ圧力増大ポンプを補充して通し、高回収率で第一水生成物、及び前記硬質イオン性化学種の含有量が劇的に減少しているのみならず、海水よりも著しく低いＴＤＳ含有量を有し、微生物又は粒状物質が殆ど完全に除去された低エネルギー消費性ＮＦ水生成物を形成し、然る後、前記第一水生成物を二段階海水逆浸透（ＳＷＲＯ２）に、図１に示したように、それら二つのＳＷＲＯ段階の間にエネルギー回収ターボチャージャーを配置し、必要に応じ圧力増大ポンプを補充して通し、同じく飲料水の塩度に等しい減少した塩度を有する第二水生成物（透過物）を生成させることを含む脱塩法にある。この態様は、本願の主題の一部である最適膜海水脱塩ハイブリッドシステムＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）の基礎を構成する。
【００４１】
第二及び第三の広い態様の場合でも、本発明は、硬質スケール形成性イオン性化学種、微生物、粒状物質、及び全溶解固体を含有する塩水を、二段階ナノ濾過に通し、前記イオン性化学種、微生物、及び粒状物質の含有量が低下した第一水生成物を形成し、然る後、前記第一水生成物を、次の一段階海水逆浸透に、それら段階間にエネルギー回収ＴＣ又はＰＸを配置し、必要に応じ高圧増大ポンプを補充して通し、この場合、ＳＷＲＯ段階は、図２，又は３に示したような何れかの形態及び構成を有し、同じく飲料水の塩度に等しい減少した塩度を有する第二水生成物（透過物）を生成させることを含む脱塩法を包含する。
【００４２】
三つの態様は、本願の主題になる最適ＳＷＲＯ脱塩法の基礎を構成するものであり、それは、次の海水膜脱塩ハイブリッド：ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（図１）、ＮＦ２−ＳＷＲＯ１（図２）及びＮＦ２−ＳＷＲＯ１（図３）を有する。
【００４３】
これらの三つのハイブリッド及び上記三つの態様だけがこの出願された特許出願で論じられ、本発明の熱式海水脱塩の態様を包含する第二の別の特許出願と同時に出願される。
【００４４】
本方法は、塩水（特に海水）の性質の著しい減少を容易に経済的に生じ、飲料水を含めた良好な淡水を生ずる。典型的には、本発明の方法では、二段階ＮＦ２は、海水供給物の性質に関し、７５％〜９５％以上のオーダーのカルシウム及びマグネシウム陽イオン含有するの減少、９０〜９９．９％以上のオーダーの硫酸塩の減少、約０．４〜０．５のｐＨ減少、及び約３０％〜５０％の全溶解固体含有量（ＴＤＳ）の減少を与える。一方、ＳＷＲＯ２又はＳＷＲＯ１ユニットからの生成物は飲料水の品質を有する。同様に、別の所で例示したように、蒸留物は、ＭＳＦＤ、又はＭＥＤ、又はＶＣＤ、又はＲＨユニットからの、それらユニットをＮＦ生成物又はＮＦ生成物が供給されたＳＷＲＯユニットからのＳＷＲＯ排除物からなる補充物によって操作し場合の、生成物である。大洋海水供給物ＴＤＳ≒３２，０００ｐｐｍについて、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（排除物）−熱式の三重法により約６６％以上の最高水回収率が達成される。その値は、従来法の海水脱塩により得られる全ての値を超えている。
【００４５】
図面は、本文中に与えられたデーターに関するグラフ又は工程図である。それら図面の一層詳細な記載は、データーについての論述の中に見出されるであろう。
【００４６】
詳細な説明及び好ましい態様
本発明の最適ＳＷＲＯ脱塩は、塩水、特に海水の種々の成分及び性質を先ず考慮することにより最もよく理解されるであろう。前に述べたように、海水は、高いＴＤＳ、スケール形成性硬質イオンであるＣａ＋＋、Ｍｇ＋＋、ＳＯ４＝、及びＨＣＯ３−が存在することによる高い硬質物質濃度、粒状物質、マクロ及びミクロ有機体の存在による種々の程度の混濁物の比較的高い濃度、及び約８．２のｐＨを有することを特徴とする。海水脱塩の限界に関する問題及びそれらの効果の多くは、これらの海水の品質に関係している。海水は１．２％〜１．７％のオーダーの陽イオン含有量を有するのが典型的であり、その内の約９００〜２１００ｐｐｍが「硬質(hardness)」陽イオン、即ち、カルシウム及びマグネシウム陽イオンであり、スケール形成性硬質イオン、即ち、硫酸塩及び炭酸水素塩の陰イオン含有量は１．２％〜２．８％のオーダーであり、ｐＨは７．９〜８．２のオーダーであるのが典型的であるが、これら性質の一つ以上について一層広い範囲が存在することがあり、１．０％〜５．０％、一般には３．５％〜４．５％のオーダーの全溶解固体含有量を構成することがある。しかし、これらの成分及び性質は、世界の大洋及び海全体に亙って変動することは認められるであろう。例えば、暑い気候の小さな閉じた海では、公海領域よりも高い塩度（イオン含有量）を有するのが普通であり、例えば、表１に示したような湾岸対大洋海水組成になる。
【００４７】
海水脱塩の一つの主たる問題は、特にＳＷＲＯ法の場合、海水供給物の高いＴＤＳである。供給物の浸透圧は、供給物のＴＤＳが増大するに従って増大する。与えられた印加圧力をＰａｐｐｌとすると、１０００ｐｐｍのＴＤＳ増大当たり、約０．７バールこの浸透圧の増大（Ｐπ）により、得られる圧力Ｐｎｅｔが減少する：
Ｐｎｅｔ＝Ｐａｐｐｌ−Ｐπ            （１）
式中、Ｐｎｅｔは、透過物流を生じさせるためＲＯ膜を通って水を押出す圧力である。Ｐｎｅｔを増大し、従って透過物流を増大するためには、膜強度が耐えられる限り、高い印加圧力を必要とする。２５℃の温度及び６０バールの印加圧力、及び６６，６１５ｐｐｍの最終ブラインＴＤＳでＳＷＲＯ法で、浸透圧及びＰｎｅｔ圧力に対する供給物ＴＤＳ変動の影響は、前に図６で示してある。膜を通って水を押出すのに有効な印加圧力は、Ｐｎｅｔの陰影を付けた領域によって表されており、それは供給物ＴＤＳが増大するに従って減少する。膜を通った透過物流は、水駆動圧力Ｐｎｅｔに正比例するので、本発明の方法により海水供給物ＴＤＳの減少は、エネルギーの浪費を減少するのみならず、膜を通る淡水透過物を増大する。下で例示するように、Ｐｎｅｔ及び透過物流を増大することになるこの場合の供給物ＴＤＳの低下による単位水生成物当たりのエネルギー必要量の低下は、本発明の方法によって得られる主たる有利な効果である。
【００４８】
同様に、脱塩プラントがその海水供給物を引き出した領域である、海又は大洋のような小さな領域の混濁度（全懸濁固体及び微生物を反映している）は、有機体及び粒状物の局部的濃度に依存し、同じ海の中でもそのような濃度は、天候、気候及び／又は地形的変化と共に屡々変化することがある。典型的な値は表１に示してあり、典型的な公海の水、地中海、及び閉じた「湾の海」（時々、夫々、「大洋水」及び「湾岸水」としても今後言及する）の水の間の海水変動を例示している。「大洋水」は、屡々標準的（通常の）海水の性質のための基礎として取られているが、ここでの議論の目的から、世界中の大洋及び海の成分及び性質は、実質的にどこでも同様であると言うことはやはり認められるであろう。主な相違点は、塩の濃度にあるが、相対的それらの％比にあるのではなく、それは、例えば、種々の海で一定になっている傾向があり、Ｎａ＋及びＣｌ＋の全塩に対する濃度比は、夫々約３０．７〜５５％で同じに留まっている。表１参照。起きることがあるこれらの局部的変動は、当業者により充分理解され了解されているものである。従って、ここに記載する本発明は、実質的にどのような地図上の位置でも有用であり、湾岸水又は大洋水に関する操作についての下の記載は、限定するものではなく、単に例として考えられるべきものである。
【００４９】
粒状物質（巨大粒子）、微生物（例えば、バクテリア）、及びマクロ有機体（紫貽貝、フジツボ、海草）の存在は、ＳＷＲＯ及び熱式脱塩プラントの両方への供給物からそれらを除去することを必要とする。ＳＷＲＯプラントへ予定された供給物から全懸濁固体（ＴＳＳ）として通常定義される混濁物及び微小粒子の除去は必須のものであるが、熱式法では、必ずしも要求されるものではなかった。塩素に敏感なＮＦ及びＳＷＲＯ膜への供給物から塩素を除去することが、最も必要なことになって来たのである。
【００５０】
既に繰り返し示したように、全ての従来の脱塩法に固有の第三の主な問題は、海水中の硬質イオンの含有量が高いことであり、膜式法の場合よりも熱式法で大きな悪影響を与えている。全ての脱塩法は塩水から淡水を抽出するように操作されるので、塩及び硬質イオンはブライン（brine）中に残され、ブラインＴＤＳ及び硬質物濃度の両方が増大する効果を与える。これは図４に例示されている。硬質イオンは海水には僅かにしか溶けないので、ブライン中にそれらが濃縮されると脱塩設備内、例えば管、膜等の上にスケールの形でそれらが沈積するのが普通であり、そのため脱塩された湾岸海水では、例えば２５〜３５％以下、大洋海水では３０〜４０％までの低い値に水回収率が限定されている。脱塩法を操作する条件により、二種類のスケールの形態が生ずる：主にＣａＣＯ〓及びＭｇ（ＯＨ）〓からなるアルカリ性軟質スケール及び主にＣａＳＯ〓、ＣａＳＯ〓・Ｈ〓Ｏ、及びＣａＳＯ〓・２Ｈ〓Ｏからなる非アルカリ性硬質スケールである。後者の形態の形成は温度が高くなる程ひどくなる。なぜなら、ＣａＳＯ〓の溶解度が、溶液温度が増大する程低下するからである。従来、ＭＳＦＤ、又は他のＭＥＤプラントのような熱式脱塩プラントでは、一般に酸及び他のスケール防止添加剤を供給水に添加し、ＭＳＦＤの場合には９０〜１２０℃のブライン温度で、ＭＥＤプラントの場合には６５℃のブライン温度で、スケールの形成を起こさないように工程操作を限定している。しかし、それにも拘わらず、湾岸海水からの供給物を補充するための生成物の分率として淡水生成物回収率は２５％〜３５％以下の低さであった。一層高い操作温度では、ＳＯ〓〓又はＣａ〓〓を除去し、一層高い水回収率を得るためにはイオン交換が必要であった。同様に、ＳＷＲＯ操作では、膜又はプラントのスケール形成を防ぐためスケール防止剤も一般に添加されてきているが、その場合も、例えば湾岸海水の場合には慣用的方法による水回収率は、やはり約２５〜３５％以下に限定されていた。更に、スケール防止剤は通常海洋環境中へ、ブライン廃棄の一部分として、又はスケール除去操作中に戻されるのが普通である。そのような物質は、通常海洋環境で汚染物であり、そのようなものとして回避される方がよいであろう。
【００５１】
海水脱塩の際のこれらの問題及びそれらを軽減するために従来用いられていた対策は、公海（表面）取水から供給物をとった場合のＳＷＲＯプラントへの供給物に必要な品質条件と共に、表２に既に要約し、与えられている。本発明で適当なスケール防止剤を用いて、又は用いずに使用される二段階ＮＦ供給物前処理法は、混濁物、硬質イオンを効率的及び経済的に除去し、ＴＤＳを低下することができ、それらのため、本発明の方法は従来法で予想されるよりも高いＮＦ生成物回収率で行うことができ、従って、本発明の方法は、慣用的及び他の従来の海水脱塩法に対し著しい改良を与えるものであることが分かるであろう。更に、硬質イオンの除去は、全ての型の海水脱塩法（膜式又は熱式）で、回収率を増大するのに役立つ。
【００５２】
簡単に述べると、本発明の最適海水熱式脱塩法は、膜式工程段階で硬質物を著しく減少し、ＴＤＳを低下し、供給物から混濁物を除去し、それによりエネルギー及び化学的消費量を低下し、水回収率を増大し、海水からの淡水の生産コストを低下する。これは、ＮＦとＳＷＲＯとの独特の組合せにより達成され、その各々は二段階で、図１に例として示したように、段階間にエネルギー回収ターボチャージャーを具え、図２，又は３に与えた構成で示したように、ＳＷＲＯ一段階を具えており（ＮＦと、ＭＳＦＤ、ＭＥＤ、又はＶＣＤでもよい）、それは更に媒体濾過との付加的組合せにより更に改良することができ、凝集のある、又はそれのない供給物の品質により、或は海水を収集するため海岸井戸のような地下取水を用いることにより、改良することができる。
【００５３】
ナノ濾過及びＳＷＲＯ脱塩は、全て文献に広く記述されており、各出典の商業的設備になっている。従って、各段階、ここで用いられている設備及び材料、及び種々の操作パラメーターについての詳細な記述は、ここで詳細に与える必要はないであろう。文献の包括的な記載の典型的な例として、カーク・オスマー(Kirk-Othmer)によるナノ濾過のためのエンサイクロペディア・オブ・ケミカル・テクノロジー(ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY)、２１：３２７−３２８（第４版：１９９１）；ＳＷＲＯについては同上、ｐｐ．３０３−３２７；及びＲＯについては、マクケッター(McKetta)その他、エンサイクロペディア・オブ・ケミカル・プロセシング・アンド・デザイン(ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL PROCESSING AND DESIGN)、１６：１９８−２２４  （１９８２）、及びコルビット(Corbitt)、スタンダード・ハンドブック・オブ・エンバイアラメンタル・エンジニアリング(STANDARD HANDBOOK OF ENVIRNMENTAL ENGINEERING)、５−１４６〜５−１５１を参照されたい。
【００５４】
ＮＦ及びＳＷＲＯの基本的概念を記述し、理解することにより、ＮＦをＳＷＲＯへ結合し、二段階のＮＦ及び二段階又は一段階のＳＷＲＯ（図１，２，及び３）、ＳＷＲＯ又はＮＦ及びＭＳＦＤを完全に総合することについて行われた研究の進行状況の詳細は、パイロットプラント規模で行われた実験研究を参照することにより最もよく理解することができる。一つの単一段階ＳＷＲＯ中に結合した一つの単一段階ＮＦによりＮＦ−ＳＷＲＯ法として形成した模式的工程図が図８に与えられている。その方法は、海水供給システム、二重媒体フィルター、及び次の微細砂フィルター、５μカートリッジフィルター、供給物タンク、夫々一段階からなるＮＦユニット及びＳＷＲＯユニットからなる。砂フィルター中の砂の粒径は変えることができ、通常０．３〜１．０ｍｍのオーダーになっている。このシステムの前処理部分は、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（図１）、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ２−熱式の三重ハイブリッド、又は唯一つの段階のＳＷＲＯが高圧膜、例えば東洋紡ＨＢ型（図２）を用いＮＦ２−ＳＷＲＯ１、又はＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（一段階）（図３）のような二重ハイブリッド又は三重ハイブリッドのこの新しい発明の中に維持されており、ＳＷＲＯ排除物をＮＦ供給物へ、又は一つ以上のＳＷＲＯプラントへ再循環しているが、図１，２，及び３に例示として示されているように、全てが３１６ｍ３／時の同じ供給物量を有し、この場合、図１，２，及び３の各々には濾過過程は示されていない。
【００５５】
商業的ＳＷＲＯ又はＮＦプラントでは、膜部材は通常直列に一つの加圧容器当たり六つの部材として配列されている。この型の膜構成は、世界中の商業的ＮＦ及びＳＷＲＯプラントの多くで好ましい構成になっている。これは、図９及び１０に示されている商業的Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＳＷＲＯプラント中の二重ＮＦ−ＳＷＲＯの操作でも用いられているＮＦ及びＳＷＲＯ部材の配列でもある。一つの加圧容器内に六つの部材の性能を確立するため、実証ユニットは、図１４に示したように、一つの加圧容器当たり六つの部材（８″×４０″）の代わりに二つのＮＦ部材（８″×４０″）を夫々取付けた三つの加圧容器を用いて建造された。第一：第二：第三加圧容器内の二つの部材の夫々の性能は、同じ図の中に示されている通りであり、次の比率になっていた。
【００５６】
印加圧力２５バール及びＴ＝３０℃で、４５，０００ｐｐｍのＴＤＳを有する１１．９５ｍ３／時の供給物から：
生成物流      4.61   : 3.3    : 1.32   合計             : 9.28m３/時
生成物回収率  38％   : 28％   : 11％   全回収率         : 78％
生成物ＴＤＳ  28,000 : 35,000 : 40,000 一緒にした生成物 : 32,270ppm
各容器について、生成物回収率は、ＮＦ生成物対全供給物１１．９５ｍ３／時の比率として計算した。同じ図で示したように、第三容器内の二つの部材(element)は高度に応力を受けている；それらはＴＤＳ＝６９，１００ｐｐｍを有する３．９９ｍ３／時だけの供給物、即ち、最初の二つの部材について、例えば１１．９５ｍ３／時の供給物の1/3を、Ｐ＝２４バールで受け、それらには、ＴＤＳ＝４５，０００ｐｐｍの海水がＰ＝２５バールで供給された。供給物浸透圧の増大に打ち勝つため、一層高い圧力が第三加圧容器中の部材の操作に必要である。
【００５７】
第三容器内の最終二つの部材についてのこの大きな応力、又はその一部分を除去し、ＮＦ工程の効率を増大するため、本発明では、図１で示したような構成を用いた。この構成では、ＮＦ工程は二つの段階で、それらの間にエネルギー回収ターボーチャージャーを配置して行われる。この構成は二つの機能を有する：それは生成物流及び水回収率を増大し、後で示すように、単位水生成物当たりのエネルギー消費を減少する。第一：第二ＮＦ段階の部材数の比は、約２：１にしてある。更に、この構成では、第一段階内の各部材は約５０〜６０％の回収率で、第一ＮＦ段階では５０％の回収率で、第二ＮＦ段階は、第一段階の部材が受けるのと殆ど同じ量の供給物を受け、後者（第一段階）のためのＳＷＲＯ回収率が５０％より低い場合には第二段階の部材は、第一段階部材へ送られた供給物より多量の供給物を受ける。Ｐ＝２５±１０バールで海水が供給された第一段階は、例示として平行な二つのＮＦブロックからなり、ここで一つのブロックは、海水供給物品質（ＴＤＳ）により、平行に配列された多数の加圧容器からなり、夫々の加圧容器には四つのＮＦ部材が取付けられている。供給物ＴＤＳが大洋品質以下のものであるならば、一つの加圧容器内に合計６までの部材を用いることができるであろう。一方、第二段階は、第一段階ブロック内のモジュール数の約1/2のモジュールを有する一つのＮＦブロックを有する。全てのモジュールは平行に配列され、その各々が四つのＮＦ部材を取付けた一つの加圧容器からなる。第一及び第二段階のＮＦ部材は、その膜が３５±１０バールまでの高圧に耐えることができるならば、同じ型のものでもよく、或は第二段階ＮＦ膜部材を、第一段階ＮＦ部材によって許容される圧力よりも高い４５バールまでの一層高い圧力許容性を有するように選択する。第二段階ＮＦユニットには、第一段階モジュールからの一緒にした排除物が、その圧力を２５±１０バールから約３５±１０バールへターボーチャージャーにより増大した後、供給される。もし必要ならば、第二段階の圧力は、図１，２，及び３に示したように、加圧ポンプを使用することにより更に増大（加圧）することができ、そのポンプは、ターボーチャージャーで高圧にした第一段階排除物を受けることができ、それを更に希望の圧力値へ上昇させる。ターボーチャージャーによる圧力増加（ΔＰ）は、次のものに等しい〔ポンプ・エンジニアリング社(Pump Enguneering, Inc.)マニュアル＃２９９９１０〕：
ΔＰｔｃ＝（nte）（Ｒｒ）（Ｐｒ−Ｐｃ）                （２）
nte＝水圧エネルギー移動効率
Ｒｒ＝ターボーチャージャーへのブライン流対供給物流の比
Ｐｒ＝ターボーチャージャーへのブライン圧力
Ｃｃ＝ターボーチャージャーを出るブライン圧力
【００５８】
図１に示したＳＷＲＯの場合には、計算されたΔＰは、３７．５バールに等しく、ＮＦの場合については約１３バールである。
【００５９】
ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）の構成は、図１に例示されている。ＮＦユニットは、第一段階ＮＦユニットに２５±１０バールまでの圧力を与えるように高圧ポンプから構成され、そのユニットは二つの平行に配列されたモジュールからなる。前に述べたように、一つのモジュールは、四つの８″×４０″又は他の大きさの膜部材を有する一つの加圧容器からなる。ＮＦ膜は渦巻き状に巻いた形、中空微細繊維、管状、又は板状の形態になっていてもよいが、殆ど全ての商業的ＮＦ膜は、薄いフイルム状の複合体であり、渦巻き状に巻いた形態を有するナノセルロース重合体から作られている。その重合体は、例えばラマン(Raman)その他、Chem. Eng. Progress. 7(1):58 (1988)に記載されているような、負に帯電した基を有する通常疎水性型のものである。海水供給物は周囲海水温度で第一段階モジュールへ供給され、それらの一緒にされた加圧排除物は、一つのモジュール当たり四つのＮＦ部材を有する次の第二段階モジュールへ、図１に例示として示したように、二つの段階間に固定されたターボーチャージャーにより３５±５バールまでその圧力を増大した後に供給される。もし必要ならば、加圧ポンプにより４０バールより高い圧力へ上昇することができる。第二ＮＦ段階中のモジュール数は、第一ＮＦ段階中のそれらの数の約1/2であるか又はほぼその数に等しい。海水供給物前処理ユニットは、図８に示した供給物前処理の場合と同じ部品及び構成を有する。別法として、海岸井戸からの直接の供給物は、前処理ユニットを必要とすることなく、使用される。
【００６０】
第一及び第二ＮＦ段階からの一緒にしたＮＦ生成物を、５５±１０バールの圧力を与える一つの高圧ポンプを有するＳＷＲＯユニットへ送り、平行に配列されモジュールの一ブロックからなる第一段階ＳＷＲＯへ送り、慣用的ＳＷＲＯプラントで用いられている種類の膜、例えば、東洋紡又は東レ又はヒドラナウティクス(Hydranautics)、又はフィルムテク(Filmeec)、又はデュポン(DuPont)の膜等からなり、第一段階ＳＷＲＯモジュールから収集された加圧排除物をターボーチャージャーに通してその圧力を約８５±５バールへ上昇し、次にこの加圧排除物を第二段階ＳＷＲＯユニットで、各モジュールが、高圧許容性ブライン転化のＳＷＲＯ部材、例えば東レ８２０ＢＭＣ又は同等のＳＷＲＯ膜の四つ又は六つを取付けた一つの加圧容器からなるＳＷＲＯモジュールの一つのブロックから構成されたユニットへ供給する。ターボーチャージャーを用いることにより、もし必要ならば、加圧ポンプを用いることにより、圧力を９０バールまで上昇することができる。二つのＳＷＲＯ段階からの一緒にした生成物が収集され、飲料水の品質を有する最終的生成物になる。
【００６１】
我々のＲ＆Ｄで行われた商業的に入手できるＮＦ膜についての現場での研究から、それらは性能の点で甚だしく異なっていることが例示され、多かれ少なかれ三つの群に分類することができる：「Ａ」群は、大きな排除率を有するが低い透過物流〔流束(flux)〕を有することを特徴とする気密な構造のＮＦ膜であるのに対し、「Ｃ」群は、大きな流れ及び穏やかなイオン排除性、特にＴＤＳを有し、一方「Ｂ」群は、透過物流及びイオン排除性について良好な釣り合いの取れた性能を有する（ハッサンその他、脱塩に関するＩＤＡ国際会議予稿集、１９９９年１０月）。この研究の結果として、「Ｂ」群の膜が、Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＳＷＲＯプラントの二重ＮＦ−ＳＷＲＯ操作で用いられて成功を収めている（ハッサンその他、脱塩に関するＩＤＡ国際会議予稿集、２００１年１０月）。ＮＦ「Ｂ」群の同じ型及び／又は「Ｃ」群の選択されたＮＦ膜が、本発明において、図１に示したもののような、本発明のプラントの第一段階容器で用いられている。一層高い圧力に対する許容性を有する膜を有する「Ｂ」群型の膜は、第二段階ＮＦユニットで用いられている。二つのＮＦ８″×４０″膜部材が夫々入った三つの加圧容器からなる実証プラントを用いることにより、Ｐ＝２５バール、約１２ｍ３／時の供給速度、及びＴ＝３０℃で、第一及び第二モジュール部材から６６％の生成物回収率が達成された（図１４）。反復実験で、８ｍ３／時の供給速度、Ｐ＝２４バール、及びＴ＝２８℃で、二つの加圧容器で同じ四つの部材を操作した時には、僅か約６２％の回収率しか達成されなかった（図１５）。約５．１＋０５．２ｍ３／時のＮＦ生成物流が、供給物８ｍ３／時から得られ、ＮＦ供給物量、その温度、及び圧力が一定に保たれる限り、この第一段階ＮＦユニットから約６２％の生成物回収率が維持され、それらは生成物伝導度に一定性を与えている（図１５）。約３５℃までの供給物温度の制御は、ＭＳＦユニットの熱排除領域中のＭＳＦ蒸留物を冷却するのに用いた一部の暖かい海水（４３℃）を、冷たい海水部分（１８〜２５℃）と混合することにより行われた（図８参照）。供給物温度の変動と共にＮＦユニット性能の変動は、ＮＦユニットをこの混合工程を用いずに海水供給物（１８〜２５℃）で操作した場合について、図１６に明確に例示されている。図３に示したように、第一容器のＮＦ部材によりＳＯ４＝、Ｍｇ＋＋、Ｃａ＋＋、及びＣＨＯ３−のスケール形成性硬質イオンの排除率は、夫々９９．９、９８．３、９６．８、及び８４．４％であるのに対し、第二容器中のＮＦ膜部材による硬質イオン排除率は９９．９、９８．３、９６、及び７８％であった。或る実験では、第一及び第二容器中のＮＦ部材の生成物中にはＳＯ４＝イオンは検出されなかった。９８％以上であるＳＯ４＝、Ｍｇ＋＋、及び全硬質物質の硬質イオン排除率は、第一及び第二容器中のＮＦ部材生成物の場合と殆どの同じ程度であり、Ｃａ＋＋イオンの排除率については同様であることが認められている。しかし、容器１及び２のＮＦ部材間のＨＣＯ３−の排除率には差が存在する（表３）。この実験で確立されたＮＦ硬質イオン排除率は、一つの加圧容器中に六つのＮＦ部材が配置されたＵｍｍ  Ｌｕｊｊプラントで前に達成された���のと同様である（図１２）。約８ｍ３／時の供給物と比較した生成物水回収率は、第一及び第二加圧容器の前の方の部材について３６．３％及び２５．６％であり、四つの部材からは合計約６２％であった。
【００６２】
硬質イオンに対するＮＦ膜の優れた排除率と比較して、一価Ｃｌ−イオンの排除率は、容器１及び２のＮＦ部材について、夫々僅か３５．６及び２３．８％であるが、それらのＴＤＳイオン排除率は夫々４２．７及び３１．４％であり、ＮＦによる排除が、一価イオンの排除よりも共有結合硬質イオンの方が遥かに大きいが、ＲＯ（ＢＷＲＯ、ＳＷＲＯ、ＬＰＲＯ、及び緩いＲＯ）は、多かれ少なかれ一価及び共有結合イオンについては同じ排除率を有すると言う前の議論を裏付けている。
【００６３】
【表３】
2006021110.tif 000005
【００６４】
上の結果から、図１５及び１６、特に図１６に示したように、ＮＦの性能は、適用した圧力、操作温度、供給物流（量）及び品質（ＴＤＳ）の操作条件に依存する。これらの操作条件を制御することにより、既に確立したように、図１，２，及び３に示したような構成を有するＮＦ前処理ユニット中の第一ＮＦ段階から、約６２％以上までの回収率を得ることができることを結論することができる。更に、ＮＦ第一段階の排除物から、それを同じ図の第二段階へ供給した場合、約３５％の回収率が容易に得られ、二つの段階からの全回収率を７５％にすることができる。第一段階を２５バールで回収率６２％で操作し、第二段階を４０％の回収率で操作した時、パイロットプラントで二段階ＮＦユニットから７７％の全回収率が達成された。供給物は、湾岸海水、ＴＤＳ≒４５，０００ｐｐｍからなっていた。パイロットプラント供給物を８ｍ３／時から９ｍ３／時へ増大し、２５バールの同じ値に圧力を維持することにより、ＮＦ生成物回収率が８０％へ上昇した。海水供給物に適当なスケール防止剤を添加し、或は添加せずに、異なったＮＦ膜の試験により、一層高い回収率を達成することができる。この値より高い回収率は、ＮＦ（二段階）ユニットから、供給物に適当なスケール防止剤を添加することにより、得ることができる。前に述べたように、これは、Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊプラントで同じ加圧容器内に直列に配置した六つの部材から得られた７０％までのＮＦ生成物回収率に比較されるものである（ハッサンＡ．Ｍ．その他、脱塩に関するＩＤＡ国際会議予稿集、バーレーン、２００２年３月）。
【００６５】
図１に示した構成で例示したように、二段階ＮＦにより実現された同じ利点は、同じ図に示したＳＷＲＯユニットの構成により、また、二重ＮＦ−ＳＷＲＯ脱塩システム間にターボチャージャーを配置した二段階でも得られている。これは、後で開発されたＳＷＲＯ高圧膜を使用することを考慮すると極めて現実性があり、適用可能になっている。例えば、それらの使用により、大洋（日本海）の海水回収率を４０％から６０％へ増大し、５０％の増大を可能にする。上記ゴトウその他の文献参照。我々の側で操作されたＳＷＲＯパイロットプラントレベルでは、そのプラントをわずか５０バールの印加圧力で一段階ＮＦユニットからのＮＦ生成物に対し操作すると、６０％の水回収率が達成され、７０バールの印加圧力では、回収率は８０％へ上昇する（図７）。同様に、５６〜５８％の水回収率が、一段階でＮＦ生成物に対し操作されたＵｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＳＷＲＯトレイン１００で達成された（ハッサンその他による前の文献参照）。
【００６６】
図１に示したように、５６％の第一段階ＳＷＲＯの水回収率を仮定し、第一ＳＷＲＯ段階により合計１３３ｍ３／時が達成されるのに対し、３６％の水回収率及び約９２バールの圧力で第二段階ＳＷＲＯにより僅か３７ｍ３／時しか達成されず、供給物としてＮＦ生成物の２３８ｍ３／時から１７０ｍ３／時の全生成物、即ち、それら二つの段階により７１％以上の全回収率が達成されている。硬質イオン含有量を非常に低くして、第二ＳＷＲＯ段階へ適用した高圧のために、二段階ＳＷＲＯユニットから７１％より高い回収率が予想される。これは、全ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）脱塩ハイブリッドの全回収率を約５４％（０．７５×０．７１４）にする。
【００６７】
単位水生成物当たりのエネルギー必要量及び水コストを低下すると共に、水流量及び生成物回収率の両方であるプラント生産率を増大する利点が得られることの外に、本発明のこの最適二重ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）（図１）、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ１（図２）、又はＮＦ２−ＳＷＲＯ１（図３）海水脱塩法は、次の利点を有する：
【００６８】
（１）  硬質物の著しい減少し、その結果スケール形成が減少するか又は無くなっているため、スケール防止用化学物質をＲＯ工程への供給物に添加するか、又はそのような化学物質を、従来のシステムではスケール形成が起きていたようなＲＯ設備中へ入れる必要はもはやない。勿論、このことは環境の観点から重要な利点である。なぜなら、そのような化学物質が、海洋環境中へもはや廃棄されることがなく、或は埋立地スラッジ又貯水槽へ廃棄されることはないからである。
【００６９】
（２）  更に、懸濁固体又はバクテリアを含んでいない点で、ＮＦ生成物の純度が高いために、ＳＷＲＯ膜を通る圧力差（ΔＰ）が非常に低いままになっており、従って、ＳＷＲＯ膜が汚染されない。このことは、ＳＷＲＯ膜の寿命を一層長くすることになるのみならず、頻繁なクリーニングを行うことなく、高効率膜性能を持続し続けることになる。Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊのトレイン１００では、ＳＷＲＯ膜は、現在３年６カ月に亙りどのＳＷＲＯ膜のクリーニング又は取り替えを行うことなく操作されているが、それらはＮＦ前処理なしで海水供給物に対し８カ月間連続的に使用した後、ＮＦ生成物について３４カ月以上操作された。
【００７０】
（３）  この二重ＮＦ−ＳＷＲＯ法、第二段階により生成したＳＷＲＯ生成物の高い品質のために、慣用的に操作されていたＳＷＲＯプラントでは通常行われていたような第二段階ＲＯユニットは不必要であり、この場合、この第二段階は、ＴＤＳ＜５００ｐｐｍの良好な品質の水を生ずるために必要とされる。
【００７１】
（４）  本発明の二重ＮＦ−ＳＷＲＯ法の一つの主な利点は、そのＳＷＲＯ排除物の品質が良好なことにあり、それを、熱式海水脱塩プラントへの補充物として適格にする。表４に示したように、懸濁固体及びバクテリアが存在しないことによる高度の透明性の外に、それが含有するスケール形成性硬質イオン、ＳＯ４＝、Ｍｇ＋＋、Ｃａ＋＋、及びＨＣＯ３−の濃度が劇的に低くなっている。
【００７２】
【表４】
2006021110.tif 000006
【００７３】
ＮＦ及びＳＷＲＯの各々が二段階で操作された場合の、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（排除物）−熱式の三重ハイブリッド脱塩システムでこの生成物を更に利用すると、海水脱塩法の全水回収率が増大する。
【００７４】
（５）  本発明の最適法についてのエネルギー消費／生成物ｍ３：図１７に示したような慣用的百万ガロンＳＷＲＯプラントについてのエネルギー消費量／ｍ３は、４．２６９になっているのに対し、慣用的二段階（ＳＷＲＯ及び続くＲＯ）法（図１７）に対しては９．３２６ＫＷ時／ｍ３であり、０．４４：１の比になっている。本方法のエネルギー消費量（ＫＷ時／ｍ３）は、慣用的一段階ＳＷＲＯと、続く第二塩水ＲＯシステムで必要になる値の約４４％である。エネルギー必要量は、式３により計算した：
エネルギー（ＫＷ時／ｍ３）＝［Ｑｆ.Ｈｆρ／３６６Ｑｐｅ］    （３）
式中：
−  Ｑｆ及びＱｐは、夫々供給物及び生成物の量（単位、ｍ３／時）である。
−  Ｈは、圧力ヘッド（単位、ｍ）である。
−  ρは、海水の密度（１．０３）である。
−  ｅは、ポンプ効率（≒０．８５）である。
【００７５】
水処理ハンドブック、第５版、１９７９年、ホールステッド・プレス・ブック(Halsted Press Book)、John Wiley & Sons出版社参照。「ポンプハンドブック」第２版、イゴール(Igor)Ｊ．カラシック・ウィリアム(Karassik Willian)Ｃ．クルチュ(Krutzsch)、ウォレンＨ．フランセール(Warren H. Franser)、及びジョセフＰ．メシナ(Joseph P. Messina)、McGraw Hill出版社、国際出版、工業的工学シリーズ(Industrial Engineerirg Series)も参照。
【００７６】
本発明の方法の利点を更に例示するため、湾岸海水供給物、ＴＤＳ４５，０００ｐｐｍから百万ＵＳガロン／日（ｍｇｄ）のＳＷＲＯプラントの生産のため、完全に総合した最適二重ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）プラント設計を用いて、商業的プラントのシミュレーションを行い、その性能を同じ製造能力を有する慣用的ＳＷＲＯの性能と比較した（図１７）。湾岸水のＮＦ回収率を７５％に設定し、ＳＷＲＯユニット回収率を７１％に設定した。第一段階ＳＷＲＯによる５６％から二段階による７１％へ回収率を増大するためには、全ＳＷＲＯユニット回収率を、第二段階が１５％追加する必要がある。パイロットプラントのレベルでの上記研究では、このことは全く可能であった。なぜなら、第二段階高圧ＳＷＲＯは、第一段階ＳＷＲＯユニットによる排除物の３５％以上を回収することができたからである。３５％の同じ比を用いて、全供給物の４４％の上記Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊ第一段階排除物からの生成物の回収は、１５．４％（即ち、０．３５×４４＝１５．４％）であり、全回収率は７１．４％（５６＋１５．４％）になる。実際、第一及び第二ＳＷＲＯ段階のための高圧及び低い供給物ＴＤＳで、ＳＷＲＯユニットは、７１％より高い全回収率を持つものと予想される（図７参照）。
【００７７】
表５は、本発明の最適ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）海水脱塩法を適用することにより、回収率のみならず、供給物量及びエネルギー消費（ＫＷ時／ｍ３）の低下で得られる、慣用的ＳＷＲＯ法に勝る多くの利点を例示している。排除物（ブライン）の量も少ない。慣用的ＳＷＲＯ法によるこの百万ＵＳガロン／日プラントへの供給物は、本発明のわずか３２２．４５ｍ３／時であるのに対し、慣用的ＳＷＲＯ法では６０２ｍ３／時であり、１：０．４８５の比であった。図９に示し、図１７にも示したように、慣用的ＳＷＲＯプラントを、ＳＷＲＯユニットについては３０％の回収率で、第二塩水ＲＯユニットでは、この場合、低圧ＲＯユニットを用いて８５％の回収率で、二段階で操作した。
【００７８】
【表５】
2006021110.tif 000007
【００７９】
要約すると、本発明の最適方法は、慣用的ＳＷＲＯ法の場合よりも遥かに高い効率を有する。更に、これらの多くの利点は、湾岸海水（ＴＤＳ  ４５，０００ｐｐｍ）の脱塩に適用する場合に限定されるものではない。約６５％以上の全回収率と同様、一層高いＮＦ、及びＳＷＲＯ回収率を、本方法を大洋海水（ＴＤＳ３５，０００ｐｐｍ）の脱塩に適用した場合に達成することができる。供給物、排除物の量のみならずエネルギー必要量は、湾岸海水供給物の脱塩の場合のそれらの値よりも、大洋海水供給物の脱塩の場合の方が著しく低くなると予想される。一層低いＴＤＳ供給物では、一層高い回収率、一層大きな収率を、ＮＦ２−ＳＷＲＯ２（排除物）−熱式の一部としてＳＷＲＯプラントを操作した場合、得ることができる。
【００８０】
上で明確には記載しなかったが、明らかに本発明の本質及び範囲内に入る本発明の多くの態様が存在することは明らかである。従って、上の記載は、例としてのみ考えられるべきであり、本発明の実際の範囲は、添付の特許請求の範囲からのみ決定されるべきである。図１に示したように、二段階ＮＦユニットからのＮＦ生成物を形成するか、又はＳＷＲＯ排除物を形成する同様な特許請求の範囲を作ることができるが、この場合、熱式海水脱塩（ＭＳＦＤ、ＭＥＤ、ＶＣＤ）プラントへの補充物として、ＮＦ生成物をＳＷＲＯユニットへ供給する。本発明の特許請求の範囲は、図１、２、又は３に示したような、最適ＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）及びＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（一段階）海水脱塩法にのみ限定される。
【００８１】
引用文献
３，６５４，１４８        ４／１９７２        ブレイドリー(Bradely)
４，０３６，６８５        ９／１９７７        ブレイ(Bray)
４，１５６，６４５        ５／１９７９        ブレイ
４，３４１，６２９        ７／１９８２        アーリンガー(Uhlinger)
４，７２３，６０３        ２／１９９８        プラマー(Plummer)
５，２３８，５７４        ８／１９９３        カワシマ、その他
５，４５８，７８１        １０／１９９５      リン(Lin)
６，５０８，９３６        １／２００３        ハッサン(Hassan)
ＰＣＴ／ＵＳ９８／２０２１３  ２５／９／１９９８
ＥＰＡ  Ｎｏ．９８９４８５５９  ２／９／１９９９
６，１９０，５５６Ｂ１  ２０／２／２００１    アーリンガー
ＪＰ  ０９１４１２６０    ３／６／１９９７
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、ＮＦ及びＳＷＲＯユニットの各々で、二段階間にターボチャージャーを配置したＮＦ（二段階）−ＳＷＲＯ（二段階）を有する本発明の最適完全総合化海水脱塩法の模式的工程図である。
【図２ａ】図２ａは、図１と同様な図であるが、エネルギー回収ターボチャージャー、７５±１０バールの高圧ポンプを具えた、高圧（Ｐ≒８４バール）、大きな流量、大きな塩排除率の膜を用いて、二段階の代わりに一段階のＳＷＲＯを用いた場合の工程図である。
【図２ｂ】図２ｂ、更に圧力交換器（ＰＸ）を具えた同様の工程図である。
【図３ａ】図３ａは、一段階ＳＷＲＯユニットを有する図２と同様な図であるが、高圧（Ｐ≒５５±１０バール）で慣用的ＳＷＲＯ膜を用い、エネルギー回収ターボチャージャーシステムを用い、ＳＷＲＯユニット排除物の一部分を供給物として二段階ＮＦユニットへ再循環することを示す工程図である。
【図３ｂ】図３ｂは、更に圧力交換器の構成を用いた同様の工程図である。
【図４】図４は、供給物を生成物及び排除物へ分離する海水脱塩法、種々の海水脱塩（熱式又は膜式）法での排除物中の、混濁物、バクテリア、硬質イオン、及びＴＤＳについての濃度を示す図である。
【図５】図５は、種々の海水脱塩法の主たる問題を示す図である。
【図６】図６は、海水供給物ＴＤＳの浸透圧に対する影響及び膜を通って透過物を押し出す真の有効圧力（Ｐnet）を示すグラフである。
【図７】図７は、透過物により測定された、（ａ）流量、（ｂ）回収率、及び（ｃ）伝導度を、海水供給物印加圧力に対してプロットした、ＳＷＲＯユニットの性能についての、ＮＦ海水前処理を用いた場合と用いない場合（ＮＦ及びＳＷＲＯの各々は一段階だけからなる）について示すグラフである。
【図８】図８は、ＮＦ−海水脱塩（ＳＷＲＯ及びＭＳＦ）パイロットプラントでのＮＦ、ＳＷＲＯ、及びＭＳＦによる二重及び三重ハイブリッドの完全総合構成を示す模式的工程図である。
【図９】図９は、商業的Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＳＷＲＯプラントについての、（ａ）１９８６年に建設されたプラント（トレイン２００）のＳＷＲＯ構成、（ｂ）ＮＦ−ＳＷＲＯシステム（ＮＦ及びＳＷＲＯの各々が一段階）へ転化され、２０００年９月に操作されたＮＦ−ＳＷＲＯ構成（トレイン１００）についての模式的工程図である。
【図１０】図１０は、２０００年９月に建設されたＵｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＮＦ−ＳＷＲＯプラント（トレイン１００）を示す写真であり、写真の前側には設置されたＮＦユニット、後側には完全に結合されたＳＷＲＯユニットを有する。
【図１１】図１１は、操作時間に対する６５％の固定されたＮＦ生成物回収率で、Ｕｍｍ  Ｌｕｊｊ  ＮＦ−ＳＷＲＯトレイン１００でのＮＦ膜ユニットの性能（生成物流量、回収率、及び伝導度）を示すグラフである。
【図１２】図１２は、海水供給物の組成及びＮＦ生成物の組成を、それらのスケール形成性硬質イオン（ＳＯ４＝、Ｃａ＋＋、Ｍｇ＋＋、ＨＣＯ３−）、Ｃｌ−、及びＴＤＳの含有量に重点を置いて、ＮＦ膜によるそれらのイオン排除率（％）とともに示すグラフである。
【図１３】図１３は、図９に示した完全総合ＮＦ−ＳＷＲＯシステム中のＳＷＲＯユニット・トレイン１００についての性能（生成物流量及び回収率）、トレイン１００対トレイン２００の生成物流量比、及び操作条件を示すグラフである。
【図１４】図１４は、夫々、二つのＮＦ８″×４０″部材の入った加圧容器である、三つの異なった加圧容器構成を有するパイロットプラントを用いたＮＦ部材の性能を示す工程図である。
【図１５】図１５は、夫々二つのＮＦ部材の入った容器である、二つの加圧容器を直列に配列して用いた第一ＮＦ段階対操作時間（９０００時間に亙る）としてのＮＦ性能をプロットした図である。
【図１６】図１６は、透過物の（ａ）流量、（ｂ）回収率、及び（ｃ）伝導度を、種々の操作条件（圧力、温度、供給物流量、及び供給物ＴＤＳ）により測定したＮＦユニット性能をプロットした図である。
【図１７】図１７は、百万ガロンプラントの１日当たりの生産量について、慣用的ＳＷＲＯ法の場合に比較するように、本発明の方法を、それら二つの方法の各々の脱塩部分だけについて示す、模式的工程図である。
【図１】
2006021110.tif 000008
【図２ａ】
2006021110.tif 000009
【図２ｂ】
2006021110.tif 000010
【図３ａ】
2006021110.tif 000011
【図３ｂ】
2006021110.tif 000012
【図４】
2006021110.tif 000013
【図５】
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【図６】
2006021110.tif 000015
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006021110.tif 000021
【図１３】
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【図１４】
2006021110.tif 000023
【図１５】
2006021110.tif 000024
【図１６】
2006021110.tif 000025
【図１７】
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【外国語明細書】
2006021110000001.pdf