(57)【要約】【課題】  高効率かつ高回収率で塩水から飲用水品質の淡水を造水する方法を提供する。【解決手段】  ナノろ過膜ユニット装置を２段以上に直列に配設しさらに脱塩ユニット装置を配設した造水装置によって塩水から淡水を製造する方法であって、加熱装置を用いて１段目ナノろ過膜ユニット装置に供給される前の塩水を温め、温められた塩水を1段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、１段目ナノろ過膜ユニット装置からのナノろ過水を２段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過濃縮水を脱塩ユニット装置に通水して脱塩水を製造すること、さらに、該脱塩水と２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過水とを混合して淡水とする。【選択図】  図１
2008100220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノろ過膜ユニット装置を２段以上に直列に配設しさらに脱塩ユニット装置を配設した造水装置によって塩水から淡水を製造する方法であって、加熱装置を用いて１段目ナノろ過膜ユニット装置に供給される前の塩水を温め、温められた塩水を1段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、１段目ナノろ過膜ユニット装置からのナノろ過水を２段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過濃縮水を脱塩ユニット装置に通水して脱塩水を製造すること、さらに、該脱塩水と２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過水とを混合して淡水とすることを特徴とする造水方法。
【請求項２】
前記脱塩ユニット装置に供給される前の前記２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過濃縮水に、前記加熱装置に供給される前の塩水を混合した後に、前記脱塩ユニット装置に通水することを特徴とする請求項１に記載の造水方法。
【請求項３】
前記脱塩ユニット装置に供給される前の前記２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過濃縮水に、前記加熱装置を用いて温めた塩水の一部を混合した後に、前記脱塩ユニット装置に通水することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の造水方法。
【請求項４】
前記脱塩ユニット装置が、多段フラッシュ蒸留、多重効用式蒸留、及び、蒸気圧縮蒸留からなる群から選択される蒸留ユニットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の造水方法。
【請求項５】
前記加熱装置の熱源として前記脱塩ユニット装置から発生する廃熱を用いて、前記１段目ナノろ過膜ユニット装置に供給される前の塩水を温めた後に、前記1段目ナノろ過膜ユニット装置に通水することを特徴とする請求項４に記載の造水方法。
【請求項６】
前記加熱装置を用いて温めた塩水の水温を３５〜４５℃の範囲内に制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の造水方法。
【請求項７】
前記塩水が海水であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の造水方法。
【請求項８】
前記2段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過水と前記脱塩ユニット装置からの脱塩水とを混合して得られる淡水が飲用水品質を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の造水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高回収率で、塩水を淡水化して淡水を得る際に好適な、２段以上のナノろ過膜ユニット装置と脱塩ユニット装置とを配設した造水装置を用いて造水する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、海水から工業用水や飲料水などの淡水を得る技術が発達し、従来から行われてきている蒸発法や逆浸透膜に代表される膜分離法、それらを組み合わせたシステムなどが注目を集めるようになってきている。さて、この造水方法の検討においては、いかに高品質な水質を低コストで造水するかが技術の焦点となる。
【０００３】
造水コストの低コスト化の検討として、特許文献１においては、運転操作圧力の低いナノろ過膜を２段に配列して海水から淡水を得る検討がなされたが、２段のナノろ過膜を透過した水質は、蒸発残留物（ＴＤＳ）で１０００ｍｇ/Ｌと水質基準値（５００ｍｇ／Ｌ）を大きく上回り、十分な飲用水品質が得られていない。また、特許文献２には、ナノろ過膜を２段に配列し、２段のナノろ過透過水を蒸発法や逆浸透膜分離法で処理しており、十分な飲用水品質の水質は得られるが、取水した塩水からどれだけの水を製造したかを表す回収率が大幅に低下し、造水コストが大幅に増大する。
【０００４】
そこで、回収率を高める努力が払われる訳であるが、高回収率で運転を行うと逆浸透膜の濃縮水側の溶質成分濃度が高まって、水への溶解度が低いスケール成分が析出し、また、供給水に含まれる濁質成分が膜面に堆積して膜寿命や透過水品質が低下したりするなどといった問題を惹起していた。
【０００５】
そして、逆浸透膜へ供給する海水をあらかじめナノろ過膜により前処理して、スケール成分をある程度まで取り除いておき、回収率を高める方法が開発され、特許文献３，４で開示されているが、特許文献３、４では、ナノろ過膜１段の透過水を逆浸透膜分離法や蒸発法で処理することから、十分な飲用水品質の水質は得られるが、ナノろ過部での回収率（３０〜５０％）、ナノろ過後段部での回収率（４０〜６０％）となるため、全体の回収率（〜３０％）は結果として高くならないことから、低価格の造水コストとは言えない。さらに、特許文献５では、ナノろ過膜１段の透過水を逆浸透膜に供給し、従来は廃棄する逆浸透膜の濃縮水をさらに蒸発法で処理することで造水量を増やしているが、ナノろ過膜の透過水には海水のＴＤＳの５０％程度が残っているので、逆浸透膜に供給する際には１〜２ＭＰａの浸透圧が生じることになるが、逆浸透膜の運転圧力が１．５〜２．５ＭＰａと記載されており、十分な有効圧力が得られないことから逆浸透膜では十分な透過水量が得られず、結果として回収率が十分に上がらないと言った問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２４５２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２１１０６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７０１６５号公報
【特許文献４】特表２００３−５０７１８３号公報
【特許文献５】国際公開第９９／１６７１４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、塩水を運転操作圧力の低いナノろ過膜処理工程で２段階以上で処理し、２段目以降のナノろ過膜処理工程の濃縮水を脱塩ユニット処理工程で処理することにより、高回収率で飲用水品質の淡水を得ることができる造水方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の造水方法は、ナノろ過膜ユニット装置を２段以上に直列に配設しさらに脱塩ユニット装置を配設した造水装置によって塩水から淡水を製造する方法であって、加熱装置を用いて１段目ナノろ過膜ユニット装置に供給される前の塩水を温め、温められた塩水を1段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、１段目ナノろ過膜ユニット装置からのナノろ過水を２段目ナノろ過膜ユニット装置に通水し、２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過濃縮水を脱塩ユニット装置に通水して脱塩水を製造すること、さらに、該脱塩水と２段目ナノろ過膜ユニット装置以降からのナノろ過水とを混合して淡水とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の造水方法によると、塩水を運転操作圧力の低いナノろ過膜処理工程で２段階以上で処理し、２段目以降のナノろ過膜処理工程の濃縮水を脱塩ユニットで処理することを組み合わせることにより、高回収率、低コストで、飲用可能な高品質の淡水を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１、図２、図３、図４は、それぞれ、本発明の脱塩方法の好ましい一実施様態を示す工程概略図である。各々の図で、同一または同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１において、取水してきた塩水は、塩水中に含まれる濁質を除濁装置によって除去した後に、除濁された塩水である除濁水を加熱装置２５によって加熱されて、ナノろ過１段目ポンプ１でもって１段目ナノろ過膜ユニット装置２１における１段目ナノろ過膜モジュール２に供給される。１段目ナノろ過膜ユニット装置２１から取り出されたナノろ過水は、ナノろ過２段目ポンプ３でもって2段目ナノろ過膜ユニット装置２２における２段目ナノろ過膜モジュール４に供給される。また、1段目ナノろ過膜ユニット装置２１から出たナノろ過濃縮水は系外に排出される。
【００１２】
２段目ナノろ過膜ユニット装置２２から出たナノろ過濃縮水は、脱塩ユニット装置２３に供給される。脱塩ユニット装置２３からは、脱塩水が取り出され、さらに、濃縮水が取り出される。
【００１３】
2段目ナノろ過膜ユニット装置２２から取り出されたナノろ過水と、脱塩ユニット装置２３から取り出された脱塩水は、混合して淡水として取り出される。
【００１４】
ここで、塩水とは、例えばカルシウムイオン、マグネシウムイオン、重炭酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオンなどのスケール成分や、ナトリウムイオンや塩化物イオンなどを有意な濃度で含有する水であり、例えばＴＤＳ濃度が１，５００ｐｐｍを超える水であって、海水、湾水、かん水といわれる水であるが、これらに限られるものではない。ＴＤＳ濃度とは、蒸発残留物濃度のことを指し、この蒸発残留物としては、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオン、炭酸イオン、硫酸イオンなどが含まれる。
【００１５】
また、淡水とは、塩水に含まれるイオン類を相当量除去した水で飲用水品質を有するものをいい、例えば蒸発残留物濃度が５００ｐｐｍ未満、塩化物イオン濃度２００ｐｐｍ未満であって、本発明においては二段目以降のナノろ過水と、脱塩ユニット装置によって処理された脱塩水である逆浸透膜透過水、蒸留水とを混合した水である。
【００１６】
除濁装置については、特に限定されるものではないが、例えば夾雑物除去装置、沈砂装置、殺菌剤添加装置、凝集装置、ｐH調整装置、沈殿装置、加圧浮上、脱炭酸装置、砂ろ過装置、精密ろ過膜、限外ろ過膜などを使用した膜ろ過装置などの前処理装置のいずれか１つ以上の装置を適宜組合わせた装置が好適に使用される。
【００１７】
除濁水を温めるための加熱装置２５については、特に制限されるものではないが、プレート式、二重管式、多管円筒式、渦巻管式などの熱交換器が挙げられる。この熱交換器の熱源としては、除濁水を温めることができる熱量を有していれば特に制限されるものではないが、蒸気供給装置から輸送された加熱蒸気や、多段フラッシュ蒸留、多重効用式蒸留、及び、蒸気圧縮蒸留からなる群から選択される蒸留ユニットである脱塩ユニット装置２３から発生する廃熱が挙げられる。
【００１８】
ナノろ過膜ユニット装置に水を供給するためのナノろ過１段目ポンプ１、ナノろ過２段目ポンプ３としては、渦巻ポンプやタービンポンプ、プランジャーポンプなどの種々の形式のポンプを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００１９】
１段目ナノろ過膜モジュール２および２段目ナノろ過膜モジュール４を構成するナノろ過膜については、例えば、素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを使用することができ、その膜構造としては、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片面の膜に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有するもの（非対称膜）や、このような非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有するもの（複合膜）などを使用することができる。しかしながら、低圧運転時における高造水量のためには複合膜であることが好ましく、中でも、透過水量、耐薬品性等の点からポリアミド系複合膜が、さらにはピペラジンポリアミド系複合膜が好ましい。
【００２０】
１段目ナノろ過膜モジュール２および２段目ナノろ過膜モジュール４は、平膜状の膜を集水管の周囲に巻囲したスパイラル型エレメントや、プレート型支持板の両面に平膜を張ったものをスペーサーを介して一定の間隔で積層してモジュール化したプレート・アンド・フレーム型エレメント、さらには、管状膜を用いたチューブラー型エレメント、中空糸膜を束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントを、耐圧容器に単数もしくは複数個直列に接続して収容して構成される。エレメントの形態としては、いずれの形態であってもよいが、操作性や互換性の観点からはスパイラル型エレメントを使用するのが好ましい。なお、エレメント本数は、膜性能に応じて任意に設定することができる。スパイラル型エレメントを用いた場合、１つのモジュールに装填するエレメントの本数は、直列に４本から６本程度に配列することが好ましい。
【００２１】
ここで、ナノろ過膜ユニット装置とは、一段以上に直列に配設されたナノろ過膜モジュールと、ナノろ過膜モジュールに塩水を供給するための配管と、各段のナノろ過膜モジュールによって塩水が濃縮されたナノろ過濃縮水を後段のナノろ過膜モジュールへ通水する配管と、最後段のナノろ過膜モジュールから出るナノろ過濃縮水を取り出す配管と、各段のナノろ過膜モジュールによってナノろ過されたナノろ過水をそれぞれ取り出す配管とによって構成される。このとき、各段でナノろ過膜モジュールは並列に複数配設しても構わない。また、本発明においては、最上流の段のナノろ過膜ユニット装置から１段目ナノろ過膜ユニット装置、２段目ナノろ過膜ユニット装置、３段目ナノろ過膜ユニット装置、と順番に称することとする。さらに、２段目ナノろ過膜ユニット装置以降と称した場合には、２段目ナノろ過膜ユニット装置から最後段のナノろ過膜ユニット装置までの全て、あるいは一部の段のナノろ過膜ユニット装置であることを意味する。
【００２２】
また、各段のナノろ過膜ユニット装置毎、あるいはナノろ過膜ユニット装置を構成する各段のナノろ過膜モジュール毎に、異なる種類のナノろ過膜エレメントを用いても構わない。
【００２３】
１段目ナノろ過膜ユニット装置２１は、上述の除濁装置から得られる除濁水中のスケール成分を除去するナノろ過膜を備えた１段目ナノろ過膜モジュール２を有し、その一段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率が５０〜９０％の範囲内になるように運転する。また、一段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率は、出来るだけ高い方が良いが、９０％を超えると、ナノろ過膜面上で硫酸カルシウムなどのスケール成分の析出が起こり、膜が閉塞されるため好ましくない。また、回収率の下限については５０％までが好ましい。５０％を下回る場合には、２段目以降の回収率を仮に８０〜９０％といった高回収率で運転しても、一段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率と合わせると高々４０〜４５％程度の回収率にしかならず、システム全体としては高回収率で淡水を得ることが出来なくなる。ナノろ過膜ユニット装置の回収率のより好ましい範囲は６０〜９０％、さらに好ましくは６５〜８５％の範囲である。
【００２４】
ナノろ過膜ユニット装置の蒸発残留物濃度の排除性能が５０〜９７％で、2荷イオンの排除性能が８０％以上であれば、特に限定するものではない。排除性能については、以下の式で算出した。
【００２５】
排除性能（％）＝（１−ナノろ過水濃度／（（供給水濃度＋ナノろ過濃縮水濃度）／２））×１００
【００２６】
また、回収率とは、各々のユニット装置への供給水流量に対する処理水流量の割合であり、例えば、ナノろ過膜ユニット装置では供給水に対するナノろ過水、脱塩ユニット装置２３では供給水に対する脱塩水、本発明の脱塩方法では塩水に対する淡水、の流量の割合である。
【００２７】
１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の操作圧力については、膜の種類、塩水の水質や水温、回収率などによって適宜選択されるが、通常、０．１〜７ＭＰａ、好ましくは０．５〜４ＭＰａの範囲で選択される。
【００２８】
また、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１に供給させる除濁水を温調して温水とすることで、ナノろ過膜の透水性が向上して１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の操作圧力を、温調しないでナノろ過膜ユニット装置の替わりに逆浸透膜ユニット装置を用いた場合に比べてさらに下げることが可能となる。このことによって、エネルギー消費量を低減することができ、さらに除濁水を温調するための熱源として多段フラッシュ蒸留、多重効用式蒸留、及び、蒸気圧縮蒸留からなる群から選択される蒸留ユニットである脱塩ユニット装置２３から発生する廃熱を使用すると、温調に使用するエネルギー消費量をも低減することができて好ましい。
【００２９】
通常、塩水の水温が年間変動する場合には、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１のナノろ過水流量を一定に保つために、水温が低下した場合には除濁水の供給圧力を高くしたり、水温が上昇した場合には除濁水の供給圧力を低くしたり、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１で使用する１段目ナノろ過膜モジュール２の本数を減らしたりする煩雑な運転制御を行うことが必要であるのに対し、加熱装置２５を使用して年間通して水温を一定に制御することができれば、ナノろ過水流量を一定に保つことができるので、塩水の供給圧力を年間を通じて一定に維持すればよく、除濁水の供給圧力の制御や１段目ナノろ過膜モジュール２の本数の変更などといった１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の運転制御を簡略化でき、運転コストを低減することができる。同様に、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の後段の２段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過膜ユニット装置においても、水温変動に伴う煩雑な運転制御を簡略化できるために運転コストを低減することができる。さらに、年間を通じてナノろ過膜、逆浸透膜の透水性を一定に保つことから、設計時の膜分離性能、膜ユニット性能の予測が容易となるので好ましい。
【００３０】
１段目ナノろ過膜ユニット装置２１に供給させる除濁水を加熱装置２５によって温調する水温については、好ましくは３０〜６０℃、さらに好ましくは３５〜４５℃の範囲である。加熱装置を使用して年間を通じて除濁水を一定の水温に保つ場合、少なくとも年間変動する塩水の最高水温以上にしなければならない。一方、一般に水温が高くなるほどナノろ過膜、逆浸透膜の透水性は向上するが、逆に排除率が低下してナノろ過水、逆浸透膜透過水の蒸発残留物量が高くなること、ナノろ過膜エレメント、逆浸透膜エレメントの温度耐久性を考慮すると、除濁水の温度は３５〜４５℃の範囲で温度調整することが好ましい。
【００３１】
次に、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２は、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１のナノろ過膜モジュール２の構成と同様の範囲であれば良く、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２の操作圧力については、膜の種類、塩水の水質や水温、回収率などによって適宜選択されるが、通常、０．１〜７ＭＰａ、好ましくは０．５〜４ＭＰａの範囲で選択される。また、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２に供給される１段目ナノろ過膜ユニット装置２１のナノろ過水を温調してもよい。２段目ナノろ過膜ユニット装置への供給水の水温をさらに上げることでナノろ過膜の透水性が向上し、2段目ナノろ過膜モジュール４の操作圧力をさらに下げることが可能となる。
そして、脱塩ユニット装置２３は、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水を処理して脱塩水を調製し、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過水と混合して、飲用水品質を満足する淡水に調製している。脱塩ユニット装置２３としては、例えば、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）ユニット、多重効用蒸留（ＭＥＤ）ユニット、蒸気圧縮蒸留（ＶＣＤ）ユニット、あるいはこれらを複合させた蒸留ユニット装置や、逆浸透膜ユニット装置が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００３２】
蒸留ユニット装置からは、不純物が非常に少ない蒸留水が調製され、一方、濃縮水であるブローダウンが排出される。蒸留ユニット装置への供給水として、塩水よりもカルシウムイオン、マグネシウムイオン、重炭酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオンなどのスケール成分が低減された2段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水を用いることによって、熱駆動型造水ユニット装置２３の最高ブライン温度（ＴＢＴ）を、従来技術よりも高めることが可能となり、回収率の向上、エネルギー効率の向上を図ることができる。逆浸透膜ユニット装置からは、逆浸透処理された不純物が非常に少ない逆浸透膜透過水が調製され、濃縮水である逆浸透膜濃縮水が排出される。逆浸透膜ユニット装置への供給水として、塩水よりもスケール成分が低減された２段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水を用いることによって、従来技術よりも回収率を高めてもスケール成分の析出を発生させることがないので、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００３３】
ここで、逆浸透膜ユニット装置としては、逆浸透膜ユニット装置に水を供給するためのＲＯポンプ１１と、逆浸透膜モジュール１２から構成される。ＲＯポンプとしては、渦巻ポンプやタービンポンプ、プランジャーポンプなどの種々の形式のポンプを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。逆浸透膜モジュール１２を構成するナノろ過膜については、例えば、素材としては、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを使用することができ、その膜構造としては、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片面の膜に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有するもの（非対称膜）や、このような非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有するもの（複合膜）などを使用することができる。しかしながら、低圧運転時における高造水量のためには複合膜であることが好ましく、中でも、透過水量、耐薬品性等の点からポリアミド系複合膜が、さらにはピペラジンポリアミド系複合膜が好ましい。また、逆浸透膜モジュール１２は、平膜状の膜を集水管の周囲に巻囲したスパイラル型エレメントや、プレート型支持板の両面に平膜を張ったものをスペーサーを介して一定の間隔で積層してモジュール化したプレート・アンド・フレーム型エレメント、さらには、管状膜を用いたチューブラー型エレメント、中空糸膜を束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントを、耐圧容器に単数もしくは複数個直列に接続して収容して構成される。エレメントの形態としては、いずれの形態であってもよいが、操作性や互換性の観点からはスパイラル型エレメントを使用するのが好ましい。なお、エレメント本数は、膜性能に応じて任意に設定することができる。スパイラル型エレメントを用いた場合、１つのモジュールに装填するエレメントの本数は、直列に６本から８本程度に配列することが好ましい。また、逆浸透膜ユニット装置とは、逆浸透膜モジュール１２を一段以上に直列に配設して、各段の逆浸透膜モジュールによって分離・濃縮された逆浸透膜濃縮水を、後段の逆浸透膜モジュールへ通水することによって構成される。このとき、各段で逆浸透膜モジュールは並列に複数配設しても構わない。
【００３４】
逆浸透膜ユニット装置の操作圧力については、膜の種類、逆浸透膜ユニット装置への供給水の水質や水温、逆浸透膜ユニット装置の回収率などによって適宜選択されるが、通常、２〜８ＭＰａ、好ましくは３〜７ＭＰａの範囲で選択される。
【００３５】
脱塩ユニット装置２３への供給水である２段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水は、塩水あるいは除濁水よりも蒸発残留物量、スケール成分の濃度が低減されており、塩水あるいは除濁水を脱塩ユニット装置２３によって処理する場合よりも、高い回収率で脱塩水を得ることができる。ここで、脱塩ユニット装置２３が逆浸透膜ユニット装置である場合の回収率は、逆浸透膜濃縮水の蒸発残留物量が高くなって浸透圧が高くなり過ぎることに起因する操作圧力の上限への到達してしまうような回収率上限、あるいは逆浸透膜濃縮水のスケール成分の濃度が高くなってスケール成分の析出が発生してしまうような回収率上限のいずれかによって決定される。しかしながら、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水の水質から、一般的に逆浸透膜ユニット装置の回収率は、蒸発残留物量に起因して上限が定まる。一方、脱塩ユニット装置２３が蒸留ユニット装置である場合の回収率は、蒸留法の原理からブローダウンのスケール成分の濃度が高くなってスケール成分が析出してしまうような回収率で上限が定まる。よって、本発明においては、脱塩ユニット装置２３に蒸留ユニット装置を選択する方が、回収率の面で好ましい。
【００３６】
図２の造水装置は、脱塩ユニット装置２３への供給水として、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２のナノろ過濃縮水と、加熱装置２５もナノろ過膜ユニット装置２１，２２もバイパスさせた除濁水とを混合した水を使用した以外は、図１において図示した造水装置とまったく同様の構成である。
【００３７】
ここで、加熱装置もナノろ過膜ユニット装置もバイパスさせた除濁水は、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１に供給するための除濁装置と同様の構成からなる除濁装置によって塩水中の濁質を除去した除濁水であっても構わないし、除濁が１段目ナノろ過膜ユニット装置２１に供給するための除濁装置とは異なる構成であって、脱塩ユニット装置２３への供給水として十分な水質を得るために必要な前処理装置から構成される除濁装置によって塩水中の濁質を除去した除濁水であっても構わない。
【００３８】
図３の造水装置は、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２から得られるナノろ過水を、ナノろ過３段目ポンプ７と３段目ナノろ過膜モジュール８から構成される３段目ナノろ過膜ユニット装置２４に通水することと、脱塩ユニット装置２３への供給水として、２段目ナノろ過装置ユニット２２から排出されるナノろ過濃縮水と、３段目ナノろ過ユニット装置２４から排出されるナノろ過濃縮水と、ナノろ過ユニット装置をバイパスさせた除濁水とを混合した水を使用することと、３段目ナノろ過膜ユニット装置２４によって調製されたナノろ過水と、脱塩ユニット装置２３から調製された脱塩水とを混合して淡水とすること以外は、図２において図示した造水装置とまったく同様の構成である。
【００３９】
図４の造水装置は、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１へ供給される加熱された除濁水を、ナノろ過供給流量調整バルブ９とナノろ過バイパス流量調整バルブ１０とを使用して、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１への供給水と、脱塩ユニット装置２３への供給水とに分流させること以外は、図２において図示した造水装置とまったく同様の構成である。ここで、脱塩ユニット装置２３への供給水は、温調された除濁水をナノろ過バイパス流量調整バルブ１０を通過して、ナノろ過膜ユニット装置をバイパスさせた後に、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２以降のナノろ過濃縮水と混合した水である。
【００４０】
図１に示したように構成された造水装置において、本発明は次のように実施される。
たとえば、海水（塩水）を除濁装置で処理し、除濁された海水を加熱装置２５によって所定温度まで温めた後、ナノろ過1段目ポンプ１で操作圧力まで加圧され、1段目ナノろ過膜ユニット装置２１に通水され、ナノろ過水とナノろ過濃縮水とに分離される。この１段目ナノろ過膜ユニット装置２１は、ナノろ過膜モジュール２を一段以上に直列に配設して、各段のナノろ過膜モジュールによって分離・濃縮されたナノろ過濃縮水を、後段のナノろ過膜モジュールへ通水することによって構成される。このとき、各段でナノろ過膜モジュールは並列に複数配設しても構わない。また、ナノろ過膜モジュール２を二段以上に直列に配設した場合には、各段の中間に昇圧ポンプを有しても良い。例えば、1段目のナノろ過膜モジュールのナノろ過濃縮水を２段目のナノろ過膜モジュールに供給する前に昇圧ポンプを用いて昇圧してもよい。このとき、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１は、回収率が５０〜９５％、蒸発残留物の排除性能が５０〜９５％で、2荷イオンの排除性能が８０％以上となるように運転される。
【００４１】
ここで、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の上記運転条件を満足するにあたり最も問題となるのが海水に含まれるスケール形成成分である硫酸カルシウムである。硫酸カルシウムは主に２水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）で析出し、析出限界濃度は「膜利用ハンドブック」（大矢晴彦著）によれば約３，２８０ｍｇ／Ｌと報告されている。このデータから、析出限界のカルシウムイオン濃度は約９６５ｍｇ／L、硫酸イオン濃度は２，３１５ｍｇ／Ｌが得られる。
【００４２】
一方、海水中（日本近海、塩濃度が３．５重量％として）にはカルシウムイオンが約４００ｍｇ／Ｌ、硫酸イオンが約２，３００ｍｇ／Ｌ含まれているため、ナノろ過膜を用いた膜分離法では、被処理水側（濃縮水側）のカルシウム濃度が析出限界濃度を越えなければスケール析出は起こらない。
【００４３】
そのため、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率を５０〜９０％の範囲とする場合、特に１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の２荷のイオン排除性能が９０％の時は、スケール析出を防ぐために、濃縮水側のカルシウムイオン濃度が硫酸カルシウムの析出限界値である９６５ｍｇ／Ｌを越えない範囲にすることが好ましく、これを満足するためには、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率を６３％以下程度にすることが好ましい。
【００４４】
また、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１のスケール析出を防ぐ方法として、塩水である海水に予めスケール生成防止剤を添加しておいてもよい。スケール生成防止剤は、上記スケール成分中の金属イオン（Ｃａ２＋等）と錯体を形成して、これを可溶化させるものであり、例えば有機イオンまたは無機イオンからなるポリマ、あるいはモノマを用いることができる。具体的には、ヘキサメタ燐酸ナトリウムやエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム等の薬品を用いることができる。この場合、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１の回収率を６３％以上にすることができる。
【００４５】
次に、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１で得られたナノろ過水は、ナノろ過２段目ポンプによって、浸透圧以上の操作圧力になるように加圧され、2段目ナノろ過膜ユニット装置２２に通水され、ナノろ過水とナノろ過濃縮水とに分離される。この２段目ナノろ過膜ユニット装置２２は、ナノろ過膜モジュール４を一段以上に直列に配設して、各段のナノろ過膜モジュールによって分離・濃縮されたナノろ過濃縮水を、後段のナノろ過膜モジュールへ通水することによって構成される。このとき、各段でナノろ過膜モジュールは並列に複数配設しても構わない。また、ナノろ過膜モジュール４を二段以上に直列に配設した場合には、各段の中間に昇圧ポンプを有しても良い。例えば、1段目のナノろ過膜モジュールのナノろ過濃縮水を２段目のナノろ過膜モジュールに供給する前に昇圧ポンプを用いて昇圧してもよい。このとき、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２は、回収率が５０〜９５％の範囲で制御した。
【００４６】
この２段目ナノろ過膜ユニット装置２２で得られたナノろ過濃縮水を多段フラッシュ（ＭＳＦＤ）ユニット５に供給し、蒸留水を製造して、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２のナノろ過水と混合して淡水とする。
【００４７】
多段フラッシュ蒸留装置への供給水が塩水よりもカルシウムイオン、マグネシウムイオン、重炭酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオンなどのスケール成分が低減された2段目ナノろ過膜ユニット装置２２のナノろ過濃縮水を用いることによって、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）ユニット５の最高ブライン温度（ＴＢＴ）を、従来技術より高めることができ、回収率の向上、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）ユニット５から発生する廃熱を用いて、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１への供給水を所望温度（例えば３５〜４５℃）の範囲内に制御することができるので、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１においては一定のナノろ過水量を安定して製造することができる。
【００４９】
ここで、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２のナノろ過水の水質として蒸発残留物量について着目すると、塩水の蒸発残留物量３５０００mg／L、１段目ナノろ過膜ユニット装置２１で９０％除去、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２で８５％の除去がなされたと仮定してナノろ過水の蒸発残留物濃度は５２５ｍｇ／Lとなり、飲料水基準（例えば、蒸発残留物量５００ｍｇ／Ｌ以下）の蒸発残留物量を超えることになるが、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）ユニット５で製造した蒸留水を混合することで飲料水基準を満足することができる。
【００５０】
また、本発明においては、ナノろ過膜ユニット装置にエネルギー回収装置を設置しても構わない。エネルギー回収装置としては、例えばペルトン水車、ターボチャージャー、ワークエクスチェンジャー、プレッシャーエクスチェンジャーなどが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【実施例】
【００５１】
＜実施例１＞
図１に示す造水装置に、塩分濃度３．５重量％の海水を供給して造水を行った。
【００５２】
なお、除濁装置は、公称孔径０．０１μｍのポリアクリロニトリル製限外ろ過膜を中空糸とし、それを束ねて膜面積が１２ｍ２となったエレメントを、１２本並列に配置して構成した。
【００５３】
除濁された塩水を温めるために、熱駆動型造水ユニット装置２３からの廃熱を熱源として熱交換により加熱する装置を配置した。
【００５４】
１段目ナノろ過膜ユニット装置２１は、膜面積が７ｍ２の膜エレメントを圧力容器に４本入れたモジュール2本を並列に、その後段に同様のモジュール１本を配置し、前段のモジュール2本からの濃縮水を昇圧ポンプで昇圧して後段のモジュールに導入する構成とした。ナノろ過膜の膜性能は、温度３０℃、濃度２０００ｍｇ／ｌの硫酸ナトリウム水溶液を０.４５ＭＰａで供給したとき、硫酸イオン除去率が９０％で、膜透過流束が１.１２ｍ３／ｍ２／ｄであった。また、温度３０℃、濃度２０００ｍｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を０.４５ＭＰａで供給したとき、塩化物イオン除去率が８５％で、膜透過流束が０．８９ｍ３／ｍ２／ｄであった。
【００５５】
次に、２段目ナノろ過膜ユニット装置２２は、膜面積が７ｍ２の膜エレメントを圧力容器に４本入れたモジュール2本を並列に、その後段に同様のモジュール１本を配置し、前段のモジュール2本からの濃縮水を昇圧ポンプで昇圧して後段のモジュールに導入する構成とした。ナノろ過膜の膜性能は、温度３０℃、濃度２０００ｍｇ／ｌの硫酸ナトリウム水溶液を０.４５ＭＰａで供給したとき、硫酸イオン除去率が９９％で、膜透過流束が１.０５ｍ３／ｍ２／ｄであった。また、温度３０℃、濃度２０００ｍｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を０.４５ＭＰａで供給したとき、塩化物イオン除去率が９５％で、膜透過流束が０．７３ｍ３／ｍ２／ｄであった。
【００５６】
また、熱駆動型造水ユニット装置２３には、多段フラッシュ蒸留装置（ＭＳＦＤ）を使用し、最高ブライン温度（ＴＢＴ）を１３０℃に設定し、装置入りの流量（２段目ナノろ過膜ユニット装置２２の濃縮水）と蒸留水量の比が１：１であった。
【００５７】
この造水装置を用い、除濁モジュールで得られた除濁水を、所定温度（３５〜４５℃）に温めた後に１段目ナノろ過膜ユニット装置２１に通水し、運転圧力を４．０ＭＰａにして前段のモジュールに供給し、その前段のモジュールの濃縮水を６．０ＭＰａまで昇圧して後段のモジュールに供給し、ナノろ過膜ユニット装置２１での回収率が６０％となるようにして運転したところ、蒸発残留物濃度が０．０８２重量％のナノろ過水が得られた。
【００５８】
その後、このナノろ過水をナノろ過２段目ポンプ３で１．５ＭＰａに昇圧して２段目ナノろ過ユニット装置２２の前段のモジュールに供給し、その前段のモジュールの濃縮水を２．０ＭＰａまで昇圧して後段のモジュールに供給して、透過水の回収率が５５％となるように運転し、その濃縮水を多段フラッシュ蒸留装置に通水して濃縮水量の５０％分の蒸留水を製造した。装置全体としては４７％回収、混合水の蒸発残留物濃度が４５８mg／Lとなり、飲用水品質の淡水を高回収率で得ることができた。
【００５９】
＜比較例１＞
２段目ナノろ過膜ユニット装置２２のナノろ過膜モジュール４の代わりに、逆浸透膜モジュールを用いた以外は実施例１と同様の造水装置を構成し、造水を行った。
【００６０】
逆浸透膜モジュールは、膜面積が７ｍ２のエレメントを圧力容器に４本入れ、実施例１と同様の構成で配置した。逆浸透膜の性能は、水温が３０℃、濃度２０００ｍｇ／ｌの塩化ナトリウム水溶液を７．５ＭＰａで供給したとき、塩化物イオン除去率が９９．５％で、膜透過流束が０．９３ｍ３／ｍ２／ｄであった。
【００６１】
この造水装置を用い、１段目のナノろ過水をナノろ過２段目ポンプ３で１．５ＭＰａに昇圧して、逆浸透膜モジュールの前段のモジュールに供給し、その前段のモジュールの濃縮水を２．０ＭＰａまで昇圧して後段のモジュールに供給したところ、透過水の回収率が３１％となり、その濃縮水を多段フラッシュ蒸留装置に通水して濃縮水量の５０％分の蒸留水を製造した。混合水の蒸発残留物濃度が２４mg／Lとなり、飲用水品質の淡水が得られ、回収率としては、装置全体で３９％となった。
【００６２】
＜比較例２＞
比較例１と同様の造水装置を使用した。この造水装置全体の回収率を４７％になるため、１段目ナノろ過水をナノろ過２段目ポンプ３で２．１ＭＰａまで昇圧して、逆浸透膜モジュールにの前段のモジュールに供給し、その前段のモジュールの濃縮水を２．８ＭＰａまで昇圧して後段のモジュールに供給した。逆浸透膜の透過水の回収率は５５％となり、その濃縮水を多段フラッシュ蒸留装置に通水して濃縮水量の50％分の蒸留水を製造した。混合水の蒸発残留物濃度が２８mg／Lとなり、飲用水品質の淡水が得られたが、2段目ナノろ過膜ユニット装置の供給圧力が１．４倍高くなったことで電力消費量が増大し、造水コストが増大した。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明法に係る造水プロセスの一実施態様を示す工程フロー図である。
【図２】本発明法に係る造水プロセスの別の一実施態様を示す工程フロー図である。
【図３】本発明法に係る造水プロセスの別の一実施態様を示す工程フロー図である。
【図４】本発明法に係る造水プロセスの別の一実施態様を示す工程フロー図である。
【符号の説明】
【００６４】
１：ナノろ過１段目ポンプ
２：１段目ナノろ過膜モジュール
３：ナノろ過２段目ポンプ
４：２段目ナノろ過膜モジュール
５：多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦＤ）ユニット
７：ナノろ過３段目ポンプ
８：３段目ナノろ過膜モジュール
９：ナノろ過供給流量調整バルブ
１０：ナノろ過バイパス流量調整バルブ
１１：ＲＯポンプ
１２：逆浸透膜モジュール
２１：１段目ナノろ過膜ユニット装置
２２：２段目ナノろ過膜ユニット装置
２３：脱塩ユニット装置
２４：３段目ナノろ過膜ユニット装置
２５：加熱装置
【図１】
2008100220.tif 000003
【図２】
2008100220.tif 000004
【図３】
2008100220.tif 000005
【図４】
2008100220.tif 000006