(57)【要約】【課題】原水側に作用させる操作圧を低くしても濾過膜に十分な有効圧が作用して効率的に水を透過させることのできる脱塩処理装置及び脱塩処理方法を提供し、脱塩処理コストを低減させる。【解決手段】本発明の脱塩処理方法は、塩類を含む原水中に微細気泡を生成させ、該微細気泡を含んだ原水を濾過膜分離するものである。原水中に微細気泡を発生させると、操作圧を低くしても濾過操作が実施でき、また、同じ操作圧でより多くの処理水を得ることができるので、従来以上の処理効率が得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩類を含む原水中に微細気泡を生成させ、該微細気泡を含んだ原水を濾過膜分離して水を得ることを特徴とする脱塩処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の脱塩処理方法において、濾過膜が逆浸透膜であることを特徴とする脱塩処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の脱塩処理方法において、原水を加圧した状態で原水中に微細気泡を生成させ、その加圧条件と同等乃至それ以下の操作圧で原水を濾過膜分離することを特徴とする脱塩処理方法。
【請求項４】
塩類等を含む原水の貯留手段、加圧手段、及び供給手段と、
上記貯留手段、加圧手段、及び供給手段を通じて供給される原水中に微細気泡を生成させる気泡生成手段と、
上記気泡生成手段の下流側に設けられて上記微細気泡を含む原水を濾過膜分離する分離手段と、を備えることを特徴とする脱塩処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の脱塩処理装置において、分離手段の濾過膜が逆浸透膜であることを特徴とする脱塩処理装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の脱塩処理装置において、気泡生成手段が加圧手段と分離手段との間に設けられたことを特徴とする脱塩処理装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の脱塩処理装置において、分離手段から排出される濃縮水の圧力エネルギーが気泡生成手段の駆動に利用されることを特徴とする脱塩処理装置。
【請求項８】
加圧された液体が流れる管路に介装されるアスピレータと、該アスピレータに接続される均圧容器とを具備し、
アスピレータは略筒状をなし、その軸方向における一端部が管路の上流側に、他端部が管路の下流側にそれぞれ接続され、筒内の上流側半部と下流側半部との間に絞り部が形成されてなり、
均圧容器は、加圧された気体を均圧容器内に供給する給気路と、上記アスピレータの上流側半部内に連通する液通路とを有し、上記給気路を通じて圧容器内に供給される気体と上記液通路を通じて均圧容器内に流入する液体とが均圧容器内でアスピレータ内と略同圧の気相部及び液相部を形成するように構成され、上記気相部の気体が、アスピレータに接続された注気路を通じてアスピレータ内の絞り部下流端部よりも上流側に注入されることにより、アスピレータ内の液体中に微細気泡を生成させることを特徴とする気泡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離を利用して不純物を含む液体から該不純物を分離する技術に関し、特に、海水やかん水（低濃度の塩水）の淡水化に適した脱塩処理方法及び脱塩処理装置と、該方法・装置の実施に直接、利用し得る気泡生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不純物を含む液体から特定の物質を選択的に分離する方法として、濾過膜を用いた膜分離法が広く知られている。かかる濾過膜には、孔の大きさが概ね１０μｍ〜５ｎｍの精密濾過膜、孔の大きさが２００ｎｍ〜２ｎｍの限外濾過膜、孔の大きさが２ｎｍ以下の逆浸透膜等の種類がある。これらの濾過膜の素材としては、酢酸セルロースや芳香族ポリアミドが一般的である。これらのうち、特に逆浸透膜（ＲＯ膜）は、水は通すがイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を持つ膜で、海水やかん水から工業用、農業用、飲用等の淡水（真水）を得る脱塩処理に広く利用されている。逆浸透膜のうち、孔の大きさが１〜２ｎｍでイオンや塩類の阻止率が概ね７０％以下のものは、特にナノフィルター又はＮＦ膜とも呼ばれるが、作用や利用法は逆浸透膜と基本的に同様である。
【０００３】
逆浸透膜による脱塩処理では、逆浸透膜を隔てて浸透平衡にある原水（例えば、海水等）と水に対して、原水の浸透圧よりも高い圧力（「操作圧」と呼ぶ。）を原水側から加えることにより、原水中の水分子を水側へ移行させる。操作圧と原水の浸透圧との差が「有効圧」となる。
【０００４】
逆浸透膜を透過できない塩類は膜面近傍に滞留して、膜面近傍での塩濃度が上昇する。これをそのまま滞留させると、原水側の浸透圧が限りなく上昇して濾過できなくなるので、塩類や不純物が濃縮された水（「濃縮水」と呼ぶ。）を連続的に排出する必要がある。したがって、逆浸透法では、原水の全量を濾過して取り出すことはできない。
【０００５】
逆浸透法では、原水の塩濃度が高いほど、また、濃縮水を減らそうとするほど、原水に高い操作圧をかけて濾過する必要がある。例えば、平均的な塩濃度３.５％の海水から日本の飲料水基準に適合する塩濃度０．０１％の淡水を、水の回収率４０％（残りの６０％は濃縮水として捨てる。）で得る場合、近年の技術水準では約５．５〜６．５ＭＰａ程度の操作圧が必要とされている。
【０００６】
原水に高い操作圧をかけるには、高圧ポンプを運転するための大きなエネルギーが必要になり、得られる淡水のコストが高くなる。現実的には、逆浸透法による海水の淡水化処理において、処理コストの半分程度が高圧ポンプを運転するための電気使用料によって占められると言われている。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１〜３には、逆浸透膜を収容したモジュールユニットを多段に設けて直列的に接続し、前段の逆浸透膜モジュールユニットから得られる濃縮水をさらに昇圧して後段の逆浸透膜モジュールユニットに供給することにより、運転エネルギーや処理コストを低減させようとする技術が提案されている。
【特許文献１】特開平９−２７６６６３号公報
【特許文献２】特開２０００−０５１６６３号公報
【特許文献３】特開２００１−２５２６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のように逆浸透膜モジュールユニットを多段配置するとなると、必然的に処理装置全体が大型化、複雑化せざるを得ない。また、逆浸透膜モジュールユニットを多段配置しても、後段のモジュールユニットには一層大きな操作圧（上記文献記載の実施例では７〜９ＭＰａ程度）が作用することになるので、上記特許文献３でも指摘されている逆浸透膜モジュールユニットの耐圧負担といった問題は十分に解決されない。
【０００９】
そこで、本発明は、原水側に作用させる操作圧を低くしても逆浸透膜その他の濾過膜に十分な有効圧が作用して効率的に水を透過させることや、同等の操作圧でより多くの水を透過させることのできる脱塩処理方法と、該方法の実施に利用しうる脱塩処理装置を提供し、脱塩処理コストをさらに低減させようとするものである。
【００１０】
併せて本発明は、かかる脱塩処理方法及び脱塩処理装置の実施に直接、利用し得る気泡生成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、逆浸透膜等による濾過分離操作時に、原水側に気泡を作用させることで濾過効率が著しく向上することを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の脱塩処理方法（請求項１）は、塩類を含む原水中に微細気泡を生成させ、該微細気泡を含んだ原水を濾過膜分離して水を得ることを特徴とする。この脱塩処理方法によれば、濾過膜分離の直前に、原水中に微細気泡を生成させるのみで、実質的な有効圧を上昇させることができる。これにより、従来よりも小さい操作圧で従来と同等以上の淡水回収率を得たり、従来と同等の操作圧で従来以上の淡水回収率を得ることが可能になる。これにより、運転エネルギーの節約や濾過膜の耐圧負担軽減等、大きな経済的効果が奏される。
【００１３】
また、本発明の脱塩処理装置（請求項４）は、塩類等を含む原水の貯留手段、加圧手段、及び供給手段と、上記貯留手段、加圧手段、及び供給手段を通じて供給される原水中に微細気泡を生成させる気泡生成手段と、上記気泡生成手段の下流側に設けられて上記微細気泡を含む原水を濾過膜分離する分離手段とを備えることを特徴とする。この脱塩処理装置により、上記した脱塩処理方法を好適に実施することができる。この脱塩処理装置は、原水の貯留手段、加圧手段、供給手段及び分離手段を備えた従来一般の濾過膜分離装置において、濾過膜分離工程の前段階（上流側）に気泡生成手段を追加するだけで構成することができる。したがって、既存の濾過膜分装置を有効に活用して経済的に実施することができる。
【００１４】
上記脱塩処理方法及び脱塩処理装置の発明における濾過膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜又はＮＦ膜）を特に好適に利用することができる（請求項２、請求項５）。
【００１５】
上記脱塩処理方法及び脱塩処理装置の発明にて好適に利用される微細気泡とは、直径数十μｍ以下のマイクロバブル、又はマイクロバブルよりもさらに小径（１μｍ以下）のナノバブルである。気泡の直径が数十μｍ以下であれば、短時間では上昇して消泡することなく、原水中に長時間残存する。そして、気泡が小さいほど濾過効率の向上効果が大きくなる。
【００１６】
本発明の脱塩処理装置にかかる特定事項（請求項４）において、原水の「貯留手段」とは、例えば貯留槽や貯留池であるが、海洋から直接、海水を汲み上げる場合は、海洋が貯留手段に相当する。また、原水の「加圧手段」とは、例えば原水を加圧するためのポンプ等であり、原水の「供給手段」とは、上記した貯留手段や加圧手段を接続する供給パイプ等である。これら貯留手段、加圧手段、及び供給手段は、処理装置の規模や設置環境等に応じて適宜に設計される設備要素であり、本発明において、これらの具体的構成は特に限定しない。
【００１７】
気泡生成手段は、分離手段よりも上流側であれば、貯留手段、加圧手段、供給手段のいずれに設けることも可能である。しかし、気泡生成手段によって生成された微細気泡を含む原水は、微細気泡が消滅してしまわないうちに分離手段まで供給される必要がある。この意味では、気泡生成手段と分離手段との間に、他の処理工程（例えば、不純物の沈殿、凝集、添加剤の混入、加熱、冷却等の工程）を挟まず、微細気泡を含んだ原水をそのまま直接、分離手段に送れるように、気泡生成手段と分離手段とをパイプ等で単純に直結するのが望ましい。気泡生成手段と分離手段との間に上記のような処理工程が介在すれば、原水中の微細気泡が消滅して、濾過膜分離段階での濾過効率の向上効果が低減するおそれがあるからである。ただし、例えば孔の大きいフィルターによる粗濾過処理や、気泡生成時に同時に生成する大きな粒径の気泡を利用した浮上分離工程など、原水中の微細気泡を残存させたままで処理し得るような工程であれば、気泡生成手段と分離手段との間に介在してもよい。
【００１８】
また、原水中に生成した微細気泡の消滅を防ぐという観点からは、原水中に微細気泡を生成させてから原水を加圧するよりも、あらかじめ原水を加圧した状態で原水中に微細気泡を生成させておき、その加圧条件と同等乃至それよりもやや低い操作圧で原水を濾過膜分離するほうが好ましい（請求項３）。したがって、供給手段の経路上にポンプ等の加圧手段を設ける場合には、気泡生成手段が加圧手段の下流側、つまり加圧手段と分離手段との間に位置するように設けられるのが、より望ましい（請求項６）。
【００１９】
本発明の脱塩処理装置のさらなる構成（請求項７）としては、分離手段から排出される濃縮水の圧力エネルギーが、気泡生成手段の駆動に利用されてもよい。こうして濃縮水が有する高い圧力を有効活用することにより、脱塩処理装置全体の運転エネルギーをさらに節約することができる。
【００２０】
このように、本発明の要部は、濾過膜分離の前段階で原水中に微細気泡を生成する点にある。その微細気泡は、濾過膜分離時の操作圧と同等以上の加圧条件下で生成させるのが望ましい。気泡の生成方法としては、ベンチュリ効果を利用した生成方法、旋回流を利用した生成方法、加圧溶解を利用した生成方法等が挙げられるが、濾過分離の連続操作に対応できる気泡生成方法が好ましい。
【００２１】
そこで、本発明は、加圧状態にある液体中に、連続的に一定量の微細気泡を生成させることのできる気泡生成装置として、以下の技術的構成（請求項８）を採用する。
【００２２】
すなわち、本発明の気泡生成装置は、加圧された液体が流れる管路に介装されるアスピレータと、該アスピレータに接続される均圧容器とを具備し、アスピレータは略筒状をなし、その軸方向における一端部が管路の上流側に、他端部が管路の下流側にそれぞれ接続され、筒内の上流側半部と下流側半部との間に絞り部が形成されてなり、均圧容器は、加圧された気体を均圧容器内に供給する給気路と、上記アスピレータの上流側半部内に連通する液通路とを有し、上記給気路を通じて圧容器内に供給される気体と上記液通路を通じて均圧容器内に流入する液体とが均圧容器内でアスピレータ内と略同圧の気相部及び液相部を形成するように構成され、上記気相部の気体が、アスピレータに接続された注気路を通じてアスピレータ内の絞り部下流端部よりも上流側に注入されることにより、アスピレータ内の液体中に微細気泡を生成させることを特徴とする。
【００２３】
ここで、アスピレータとは、流体を利用してベンチュリ効果によって減圧状態を作り出すための、流路内に絞り部をもつ装置であり、旋回流や加圧溶解法と組合わせて利用されることもある。この気泡生成装置における均圧容器は、液通路を通じて、アスピレータの上流側半部と常時、連通しており、該上流側半部内と同じ圧力に保持される。この均圧容器内に気体を密閉すると、その気体と均圧容器内に流入した液体とが圧力均衡を生じて、均圧容器内に略同圧の気相部及び液相部が形成される。その気相部内の空気を、注気路を通じてアスピレータの絞り部近傍に連通させると、絞り部を通過する液体が奏するベンチュリ効果によって液体中に気体が連続的に供給される。
【００２４】
すなわち、この発明は、加圧された液体の流路中にコンプレッサ等で直接的に気体を供給するのではなく、液体の流れによって流路内に気体が自給されるように構成したものである。流路内の液圧は、ポンプの運転状況等により一定範囲内で変動することがあるが、流路中にコンプレッサ等で直接的に気体を供給する方法では、液圧の変動に応じて気体の供給量を制御しないと、気泡の生成量が不安定になる。本発明の脱塩処理方法及び装置においては、気泡の生成状態が濾過膜分離の有効圧に影響を及ぼすので、気泡の生成量が不安定になるのは好ましくない。上記気泡生成装置によれば、アスピレータの上流側半部と均圧容器とが液通路を通じて連通することにより、均圧容器内の気相部及び液相部がアスピレータの上流側半部と常に圧力均衡状態を保持し、一方で気相部は絞り部の下流端部よりも上流側のアスピレータ減圧部とバランスするように気体が供給されるので、流路内の液圧が変動しても、それに連動して常に一定量の気体が液体中に供給される。
【００２５】
上記の構成に係る気泡生成装置において、均圧容器内への気体の供給は、一定の圧力で連続的に行われる必要はない。適量の気体を均圧容器内に供給した後、給気路を閉じれば、均圧容器内に閉じ込められた気体が無くなるまでの間、気相部内の気体が注気路を通じてアスピレータ内に供給され続ける。均圧容器内の気体が減少すると、気相部と液相部との界面が上昇するので、適当なタイミングで再度、給気路を開いて、均圧容器内に気体を追加すればよい。こうして、気体を断続的に供給するようにすれば、気体を加圧するためのポンプの運転エネルギーを節約することができる。さらに、均圧容器の全体または一部を透明な材料で形成しておけば、給気状況を視覚的にも確認しやすくなる。
【００２６】
なお、アスピレータ内での気泡の生成量は、主としてアスピレータ内の液圧、流速、絞り部近傍の断面形状等によって決定されるが、均圧容器内の気相部とアスピレータ内とを連通する注気路の内径や開口位置等にも影響される。よって、所望の気泡生成状態を安定的に得るためには、例えば、注気路の途中に気体の流量を調整する機能を設けたり、アスピレータ内における注気路の開口位置を動かせるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２７】
上述のように構成される本発明の脱塩処理方法及び脱塩処理装置によれば、濾過分離操作時に気泡を作用させることで、原水側に作用させる操作圧を低くしても、従来に比して実質的に高い有効圧が得られたり、同等の操作圧でより多くの水を透過させることができ、効率的に膜分離が行われる。したがって、従来よりも少ない運転エネルギーで高い回収率を得ることができ、また、処理装置全体を従来よりも小型化、簡素化することが容易になる。さらに、濾過膜に作用する操作圧の低下により、濾過膜における耐圧負担の問題も大いに改善することができる。
【００２８】
また、本発明の気泡生成装置によれば、加圧状態にある塩水等の液体中に、面倒な圧力調整操作等を要することなく、少ないエネルギーで一定量の気泡を連続的に生成させることができる。これにより、上記脱塩処理方法及び脱塩処理装置を効率的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第一実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成を示す。貯留槽１には、原水として、例えば、不純物の除去や殺菌など適宜の前処理をした海水等が貯留される。原水は、貯留槽１に接続された供給パイプ２を通じ、高圧ポンプ３により加圧されて、逆浸透膜モジュールユニット４に送られる。この実施形態においては、貯留槽１が貯留手段を構成し、供給パイプ２が供給手段を構成し、高圧ポンプ３が加圧手段を構成し、逆浸透膜モジュールユニット４が分離手段を構成している。
【００３１】
逆浸透膜モジュールユニット４は、例えば、酢酸セルロース系やポリアミド系など公知の材料からなる逆浸透膜を、平膜スパイラル状、あるいは中空糸膜状など適宜公知の形態に加工して圧力容器内に収容したもので、本発明においては特にその構造は限定しない。
【００３２】
逆浸透膜モジュールユニット４の入口側には供給パイプ２が接続される。逆浸透膜モジュールユニット４の出口側には、脱塩された精製水を取り出すための集水パイプ５と、濃縮水を排出するための排出パイプ６が接続される。集水パイプ５は精製水槽７に接続され、これ以降、図示しない後工程にて精製水の後処理が行われる。
【００３３】
本実施形態においては、貯留手段に気泡生成手段が設けられている。気泡生成手段は、貯留槽１内に設けられた、いわゆる「投入型」の気泡生成装置８によって構成される。ここで言う投入型の気泡生成装置とは、現水中に投入して気泡を生成する装置である。ただし、例えば取水部のみを原水中に投入し、外部のポンプを経由して気泡を含む原水を循環供給する装置も含む。かかる気泡生成装置８の構成例を図２に示す。
【００３４】
気泡生成装置８の本体８１は長筒形状をなし、その一端（図示左端）が閉塞され、他端（図示右端）が開口している。本体８１内の貫通孔８２は、閉塞端側の略半部が均一断面の流入部８３となされ、開口端側の略半部が先端（図示右端）に向かってテーパ状に拡径した流出部８４となされており、流入部８３と流出部８４との境目には小径の絞り部８５が形成されている。本体８１の途中部には、ポンプに接続された入口管８６が本体８１の長軸方向と直交するように接続され、この入口管８６から原水が流入部８３に注入される。
【００３５】
また、閉塞端側には流入部８３内に突出する注気管８７が設けられ、図示しないブロワから流入部８３に空気が注入される。流入部８３に空気とともに注入された原水の圧力は、絞り部８５を通過することによって急激に低下し、絞り部８５の下流側である流出部８４内に衝撃波を発生させる。これにより、原水中に混入された空気が微細化して気泡になる。
【００３６】
このような気泡生成装置８を通じて貯留槽１内の原水を循環させることにより、原水内に微細気泡が連続的に生成される。原水は、微細気泡を含んだまま、高圧ポンプ３を介して逆浸透膜モジュールユニット４に送られ、脱塩処理が行われる。なお、投入型の気泡生成装置としては、例示のような構造の装置以外にも、例えば、株式会社多自然テクノワークス製の『ナノバブルＤＢＯＮ（商標）』や、株式会社ニクニ製のバブルジェネレータ、株式会社協和機設製の『バヴィタス（商標）』など、公知の微細気泡生成装置を利用することができる。
【００３７】
図３は、本発明の第二実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成を示す。上記した第一実施形態と共通する構成要素には共通の符号を付して、詳細な説明は省略する。この実施形態においても、貯留槽１が貯留手段を構成し、供給パイプ２が供給手段を構成し、高圧ポンプ３が加圧手段を構成し、逆浸透膜モジュールユニット４が分離手段を構成している。
【００３８】
本実施形態においては、気泡生成手段を構成する気泡発生装置８が、供給パイプ２の経路上の中間部、より詳細には、高圧ポンプ３と逆浸透膜モジュールユニット４との間に設けられている。この形態に係る気泡生成装置８は、いわゆる「インライン型」である。このような構成に利用し得るインライン型の気泡生成装置としては、例えば、西華産業株式会社製のＯＨＲラインミキサー（スタティック型ミキサー）、オーラテック社製のマイクロバブル発生ノズル等が公知である。また、高圧ポンプ３と逆浸透膜モジュールユニット４との間に適当な水槽又は容器（図示せず）を設け、その水槽又は容器内に上述した投入型の気泡生成装置を設置するという構成で実施することも可能である。
【００３９】
図４は、本発明の第三実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成を示す。本実施形態の基本的な構成は、上記第二実施形態と同様であり、貯留槽１が貯留手段を構成し、供給パイプ２が供給手段を構成し、高圧ポンプ３が加圧手段を構成し、逆浸透膜モジュールユニット４が分離手段を構成している。気泡生成手段を構成する気泡発生装置８は、高圧ポンプ３と逆浸透膜モジュールユニット４との間に設けられている。
【００４０】
本実施形態においては、逆浸透膜モジュールユニット４の出口側に接続された排出パイプ６が気泡生成装置８に接続され、さらに、気泡生成装置８から圧力回収タービン１０へと接続されている。排出パイプ６を通じて取り出された濃縮水の圧力エネルギーは、その一部が気泡生成装置８において微細気泡を生成するための駆動力として利用される。さらに、残余の圧力エネルギーは、圧力回収タービン１０によって回収され、供給パイプ２を通じて供給される原水の昇圧に利用される。こうして、排出される濃縮水の圧力エネルギーを有効活用することができる。
【００４１】
図５は、上記第二実施形態や第三実施形態に示した脱塩処理装置において好適に利用しうる、新規な気泡生成装置１００の構成を示す。
【００４２】
図５において、符号１０１、１０２は、塩類を含む原水その他の液体が加圧された状態で流れる管路である。この管路１０１、１０２の途中にアスピレータ１１０が介装される。
【００４３】
アスピレータ１１０は、略円筒状をなす耐圧容器によって形成され、その軸方向における一端部が上流側の管路１０１に、他端部が下流側の管路１０２に、それぞれ接続されている。アスピレータ１１０の内部には、上流側から下流側にかけて順に、容器の断面積と略同一の一様断面積を有する上流側定常部１１１と、断面積が一定の傾斜で減少するテーパ状の縮小部１１２と、縮小された断面積が一定寸法わたって連続する絞り部１１３と、断面積が一定の傾斜で増大するテーパ状の拡大部１１４と、容器の断面積と略同一の一様断面積を有する下流側定常部１１５とが、同軸上に連続するように形成されている。本発明においては、絞り部１１３を境にして区分されたうちの上流側、つまり上流側定常部１１１及び縮小部１１２を合わせて上流側半部と呼び、下流側、つまり拡大部１１４及び下流側定常部１１５を合わせて下流側半部と呼ぶ。ただし、それら上流側半部と下流側半部の軸長は、必ずしも同じでなくてよい。
【００４４】
アスピレータ１１０の外部には均圧容器１２０が接続される。例示形態における均圧容器１２０は略円筒状をなし、その軸方向をアスピレータ１１０の軸方向と略並行にして、容器の底部をアスピレータ１１０の上部に接するように取り付けられている。
【００４５】
均圧容器１２０には給気路１２１が接続されている。この給気路１２１を通じて、図示しない加圧ポンプ等により加圧された空気その他の気体が均圧容器１２０内に供給される。給気路１２１は、図示しない開閉弁等の操作によって、通気状態と閉止状態とを任意に切り替えることができるようになっている。
【００４６】
また、均圧容器１２０とアスピレータ１１０とが接する部分を貫通するようにして、均圧容器１２０とアスピレータ１１０の上流側半部とを連通する液通路１２２とが設けられている。この液通路１２２は常時、開通しており、この液通路１２２を通じて、アスピレータ１１０の上流側半部内の液体が均圧容器１２０内に流入する。
【００４７】
給気路１２１を通じて均圧容器１２０内に適量の気体が供給された後、給気路１２１が閉じられると、均圧容器１２０内に密閉された気体と、液通路１２２を通じて均圧容器１２０内に流入する液体とが圧力均衡を生じて、均圧容器１２０内に略同圧の気相部１２３及び液相部１２４が形成される。
【００４８】
そして、上記気相部１２３の気体が、注気路１２５を通じてアスピレータ１１０内に導入される。注気路１２５は、その一端部が均圧容器１２０内の上部に開口して気相部１２３に臨み、他端部がアスピレータ１１０における絞り部１１３の上端部寄りの位置に開口している。アスピレータ１１０内の液体が絞り部１１３を通過する際、ベンチュリ効果によって絞り部１１３内に負圧が生じる。その負圧により、気相部１２３内の気体が注気路１２５を通じてアスピレータ１１０内に引き込まれ、絞り部１１３を通過して微細気泡を生じる。
【００４９】
この気泡生成装置１００では、均圧容器１２０内に気体を一定の圧力で連続的に供給する必要がない。適量の気体を均圧容器１２０内に供給した後、給気路１２１を閉じれば、均圧容器１２０内に閉じ込められた気体が無くなるまで気相部１２３と液相部１２４との圧力均衡状態が保持される。気相部１２３内の気体はアスピレータ１１０内に少しずつ供給され、気相部１２３と液相部１２４との界面が徐々に上昇するので、適当なタイミングで再度、給気路１２１を開いて、均圧容器１２０内に気体を追加すればよい。こうして、均圧容器１２０に対しては気体を断続的に供給することにより、気体を加圧するためのポンプの運転エネルギーを節約することができる。また、液体の圧力が、例えば数％程度の幅で変動したとしても、それに合わせて気体の供給圧力を頻繁に調整する必要がなく、一定の供給圧力を保持すれば足りる。
【００５０】
なお、上記の実施形態は一例であり、本発明は、流体に生じる作用効果が同等になる範囲内で、形態を若干、変更して実施することもできる。例えば、均圧容器１２０をアスピレータ１１０に対して直接、取り付けるのではなく、均圧容器１２０をアスピレータ１１０から離隔させて配置し、液通路１２２や注気路１２５を延長させて接続してもよい。また、注気路１２５は、例示形態のように液相部１２４内を経由させず、均圧容器１２０の外側に引き出されてからアスピレータ１１０に接続されてもよい。
【００５１】
アスピレータ１１０内での気泡の生成量や、生成される気泡の粒径は、アスピレータ１１０内の液圧、流速、絞り部１１３近傍の断面形状のほか、注気路１２５の内径やアスピレータ内への開口位置等によって規定される。これら複数種類の設計要素は、必要とする気泡の生成量や粒径に応じて、適宜、選択的に決定されればよい。アスピレータ１１０内への注気路１２５の開口位置は、縮小部１１２の近傍から絞り部１１３の下流端部（絞り部１１３と拡大部１１４との境目）までの範囲内であればよいが、その開口位置をアスピレータ１１０の軸方向に沿って動かせるようにしたり、注気路１２５の途中に気体の流量を調整する機能を設けたりしてもよい。
【実施例】
【００５２】
上記実施形態の脱塩処理装置による実施例を以下に示す。
【００５３】
［実施例１］
実施例１として、第一実施形態（図１）の構成にかかる脱塩処理装置により実施した。原水には、蒸留水に塩を添加して塩濃度０．１％に調整した塩水を用いた。図２に示すような気泡生成装置８を貯留槽１内に投入し、原水２０Ｌ（リットル）に対して毎分約１Ｌの空気を５分間送り込みながら原水を循環させ続けることにより、原水中に微細気泡を生成した。
【００５４】
そして、上記の原水を高圧ポンプ３で０．２ＭＰａまで加圧し、逆浸透膜モジュールユニット４に供給した。逆浸透膜モジュールユニット４には、日東電工株式会社製の低圧スパイラル型ＲＯエレメント『ＮＴＲ−７５９ＨＲ』を１基用いた。この脱塩処理装置の運転により、塩濃度０．０１％以下の精製水を得ることができた。このときの膜面積当たりの処理量は８Ｌ／ｈｒ・ｍ2であった。
【００５５】
［比較例１］
また、比較例１として、上記実施例１と同様の装置構成において気泡生成装置８を一切運転せず、微細気泡を含まない原水に対し、同じ０．２ＭＰａの操作圧で脱塩処理を行った。その結果、塩濃度０．０１％以下の精製水を得ることができたが、このときの膜面積当たりの処理量は５Ｌ／ｈｒ・ｍ2であった。
【００５６】
［実施例２］
実施例２として、第二実施形態（図３）の構成にかかる脱塩処理装置により実施した。原水には、蒸留水に塩を添加して、塩濃度３．５％に調整した塩水を用いた。上記の原水を高圧ポンプで３．２ＭＰａまで加圧した状態で気泡生成装置８に接続し、加圧条件下で原水１０Ｌに対して毎分約１Ｌの空気を送り込み、原水中に微細気泡を生成した。
【００５７】
そして、３．２ＭＰａの圧力を保持したまま、原水を逆浸透膜モジュールユニット４に供給した。逆浸透膜モジュールユニット４には、日東電工株式会社製の低圧スパイラル型ＲＯエレメント『ＮＴＲ−７５９ＨＲ』を１基用いた。この脱塩処理装置の運転により、塩濃度０．１％以下の精製水を得ることができた。このときの膜面積当たりの処理量は２５Ｌ／ｈｒ・ｍ2であった。
【００５８】
［比較例２］
上記実施例２に対する比較例２として、上記実施例２と同様の装置構成において気泡生成装置８を一切運転せず、微細気泡を含まない原水に対し、同じ３．２ＭＰａの操作圧で脱塩処理を行った。しかし、原水は逆浸透膜モジュールユニット４を透過せず、精製水は得られなかった。
【００５９】
［実施例３］
実施例３として、第二実施形態（図３）の構成にかかる脱塩処理装置により実施した。原水には、蒸留水に塩を添加して、塩濃度０．１％に調整した塩水を用いた。上記の原水を高圧ポンプで１ＭＰａまで加圧した状態で気泡生成装置８に接続し、加圧条件下で原水１０Ｌに対して毎分約１Ｌの空気を送り込み、原水中に微細気泡を生成した。
【００６０】
そして、１ＭＰａの圧力を保持したまま、原水を逆浸透膜モジュールユニット４に供給した。逆浸透膜モジュールユニット４には、日東電工株式会社製の低圧スパイラル型ＲＯエレメント『ＮＴＲ−７５９ＨＲ』を１基用いた。この脱塩処理装置の運転により、塩濃度０．０１％以下の精製水を得ることができた。このときの膜面積当たりの処理量は６０Ｌ／ｈｒ・ｍ2であった。
【００６１】
［比較例３］
上記実施例３に対する比較例３として、上記実施例３と同様の装置構成において気泡生成装置８を一切運転せず、微細気泡を含まない原水に対し、同じ１ＭＰａの操作圧で脱塩処理を行った。原水は逆浸透膜モジュールユニット４を透過したが、このときの膜面積当たりの処理量は３５Ｌ／ｈｒ・ｍ2であった。
【００６２】
上記各実施例及び比較例により、本発明の脱塩処理方法及び脱塩処理装置が、逆浸透膜処理における処理効率を確実に向上させることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の脱塩処理方法及び脱塩処理装置は、海水の淡水化のほか、湖水、河川水、雨水などの自然水や、種々無機塩類等の混合溶液から水以外の不純物を除去して、工業用、農業用、飲用等の真水を得る技術に幅広く利用することができる。
【００６４】
また、本発明の気泡生成装置は、上記のような脱塩処理方法及び脱塩処理装置の実施に好適に利用することができるほか、一般的な水質浄化、水棲生物の飼育、健康飲料の製造や気泡を利用する健康器具等にも幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成図である。
【図２】上記脱塩処理装置に用いられる気泡生成装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る脱塩処理装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る気泡生成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  貯留槽（貯留手段）
２  供給パイプ（供給手段）
３  高圧ポンプ（加圧手段）
４  逆浸透膜モジュールユニット（分離手段）
８  気泡生成装置（気泡生成手段）
１００  気泡生成装置
１０１  管路（上流側）
１０２  管路（下流側）
１１０  アスピレータ
１１３  絞り部
１２０  均圧容器
１２１  給気路
１２２  液通路
１２３  気相部
１２４  液相部
１２５  注気路
【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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