(57)【要約】【課題】前処理で高分子有機物を十分除去することにより逆浸透膜の目詰まりを低減し、前処理でほう素も低減することにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供する。【解決手段】逆浸透膜装置１７の前段に配置された、海水を取水して薬品注入装置１２からアルカリ剤が注入される析出槽１１及び析出槽１１にろ過ポンプ１３を介して接続されるろ過装置１４と、析出槽１１のｐＨの目標値及びろ過装置１４のろ過圧力上限値を入力する入力手段２２と、入力手段２２で入力されたｐＨの目標値及びろ過圧力の上限値を超えないように薬品注入装置１２及びろ過ポンプ１３を制御する制御手段１９を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜装置の前段に配置された、海水を取水して薬品注入装置からアルカリ剤が注入される析出槽及び該析出槽にろ過ポンプを介して接続されるろ過装置と、前記析出槽のｐＨの目標値及び前記ろ過装置のろ過圧力上限値を入力する入力装置と、該入力装置で入力されたｐＨの目標値及びろ過圧力の上限値を超えないように前記薬品注入装置及び前記ろ過ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
逆浸透膜装置の前段に配置された、海水を取水して薬品注入装置からアルカリ剤が注入される析出槽及び該析出槽にろ過ポンプを介して接続されるろ過装置と、前記析出槽の高分子有機物の除去率の設定値と前記ろ過装置のろ過圧力上限値を入力する入力装置と、該入力装置で入力された高分子有機物の除去率の設定値を満たすアリカリ注入量を演算し、ろ過圧力の上限値を超えないように前記薬品注入装置及び前記ろ過ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項３】
ｐＨ計と濁度計と、アルカリ剤を注入するための薬品注入装置が設置された海水を取水する析出槽と、該析出槽とろ過ポンプ，流量計が取り付けられた流路を介して接続され、圧力計が設置されたろ過装置と、該ろ過装置と高圧ポンプを介して接続される逆浸透膜装置と、処理水量と高分子有機物の除去率の目標値を入力する入力装置と、ろ過圧力，ｐＨ，高分子有機物の除去率との間の関係並びに処理水量とろ過圧力の関係を記憶したデータベースを有し、前記ｐＨ計，濁度計，流量計及び圧力計の計測値を入力して前記薬品注入装置、前記ろ過ポンプを制御する制御手段を備え、前記入力装置で入力された処理水量と高分子有機物の除去率の目標値から前記データベースに基づいて前記制御手段は、ろ過圧力，ｐＨの目標値を演算し、入力した前記ｐＨ計，濁度計，流量計及び圧力計の計測値と比較して前記薬品注入装置から投入するアルカリ剤量、ろ過ポンプのろ過圧力を制御することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項４】
前記ろ過装置と前記逆浸透膜装置との間に供給水タンクを設置し、該供給水タンクに前記ろ過装置を逆洗するための逆洗ポンプを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記ろ過装置に流量計が設置され、該流量計で計測された流量計測値が、前記入力装置で入力されたろ過流速下限値より低くなった場合に、前記ろ過装置の逆洗を行うことを特徴とする請求項４に記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
前記ろ過装置の後段にろ過水のｐＨを中和する中和装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水やかん水から淡水を得るための逆浸透膜を用いた淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、逆浸透膜の汚染による淡水生産効率の低下や生産水質の悪化が課題である。膜の汚染の要因として、粒子性物質，析出した無機化合物，粘着性を有する有機物，細菌由来のバイオフィルム、などが挙げられる。特に、海水中の多糖類を含む高分子有機物が、バイオフィルムの生成を促進するための問題とされている。逆浸透膜への供給水からこれらの汚染要因を除去するため、様々な前処理技術が開発されており、一例として単層や複層の砂ろ過設備や精密膜，限外膜を用いたろ過設備が導入されている。
【０００３】
また、逆浸透膜の１段階処理によるほう素除去率は、ほう素の飲料水の水質基準達成には不十分である場合がある。このため、逆浸透膜の供給水へのアルカリ剤添加や、低い淡水回収率での運転により、逆浸透膜のほう素阻止率を向上させる対策や、逆浸透膜の２段階処理などが実施されている。
【０００４】
〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、取水した海水にアルカリ剤と凝集剤を添加し、ほう素を含む不溶性沈殿物を析出・凝集させて膜ろ過することにより、粒子状物質やコロイド状有機物を除去すると同時にほう素を８０％程度除去できる。このため、逆浸透膜の汚染を低減することができ、かつ逆浸透膜は１段のみでも、生産水のほう素濃度を水質基準以下にすることができる。
【０００５】
しかし、〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、ほう素を除去するために凝集剤を添加する必要があり、添加された凝集剤が海に流れると多くの汚泥が発生するという問題があり、又、凝集剤が混在したものを放流すると、環境保全の上で問題が生じる。又、ほう素は十分に除去できるが、溶解性有機物を除去することについては配慮がなされていなく、逆浸透膜の有機物や生物由来の汚染を回避できない可能性がある。
【０００６】
〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、海水淡水化プラントでは、高分子有機物は植物プランクトンや細菌などが限外ろ過膜などのろ過処理によって剪断され、体外に流出した多糖類が凝集することでも形成される。すなわち、〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、凝集フロック内に含まれた、またはフロックに付着した有機物や菌体中の有機物が、膜ろ過時に分離・剪断されてろ過水に残存する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２５６８２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】竹内和久，「ＲＯ  海水淡水化の前処理とファウリング」，日本海水学会誌  第６３巻，第６号，ｐ３６７−３７１（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前処理で高分子有機物を十分除去することにより逆浸透膜の目詰まりを低減し、前処理でほう素も低減することにより、低運転コストでかつ安定して淡水を得られる海水淡水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の逆浸透膜を用いた海水淡水化装置は、逆浸透膜装置の前段に配置された、海水を取水して薬品注入装置からアルカリ剤が注入される析出槽及び該析出槽にろ過ポンプを介して接続されるろ過装置と、前記析出槽のｐＨの目標値及び前記ろ過装置のろ過圧力上限値を入力する入力装置と、該入力装置で入力されたｐＨの目標値及びろ過圧力の上限値を超えないように前記薬品注入装置及び前記ろ過ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
又、制御手段はろ過装置の入口圧力あるいは流量の計測値に基づいてろ過装置の運転量を設定する。
【００１２】
又、ろ過装置の後段に海水のｐＨを中性にする中和装置を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、凝集剤を添加しなくてよいので、汚泥の発生を低減でき、環境負荷の低減ができる。又、海水淡水化装置の逆浸透膜の目詰まりや劣化を抑制できるため、逆浸透膜の洗浄・交換頻度を低減でき、洗浄用の薬品や廃棄する膜モジュールを削減することができる。また、ほう素除去のための複数段の逆浸透膜などが不要である。その結果、運転コスト，設備コスト及び環境負荷の排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による海水淡水化装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による海水淡水化装置の運転フロー図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による海水淡水化装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の各実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施の形態を図１，図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態による海水淡水化装置の構成図である。
【００１７】
取水ポンプ１０が取り付けられた管路１（流路１ともいう）は析出槽１１に接続され、海水を析出槽１１に送るようになっている。析出槽１１にはｐＨ計２０と濁度計２１が設置され、ｐＨ計２０と濁度計２１は制御手段１９に接続されている。制御手段１９は薬品注入装置１２に接続され、制御手段１９の制御信号により薬品注入装置１２からアルカリ剤を析出槽１１に注入するようになっている。制御手段１９は、入力手段２２に接続されている。
【００１８】
析出槽１１は、ろ過ポンプ１３及び弁２５を介して管路２によりろ過装置１４に接続される。弁２５とろ過装置１４との間には流量計２３が設置され、ろ過装置１４には圧力計２４が設置され、流量計２３及び圧力計２４は制御手段１９に接続される。ろ過装置１４は管路３により供給水タンク１５と接続され、供給水タンク１５は逆洗ポンプ１８によりろ過装置１４に逆洗水を供給するようになっている。供給水タンク１５は、高圧ポンプ１６を介して逆浸透膜装置１７に接続され、透過水４と濃縮水５に分離される。制御手段１９は、制御信号によりろ過ポンプ１３及び逆洗ポンプ１８を制御する。
【００１９】
海水は、管路１を通って取水ポンプ１０により析出槽１１に送られ、必要に応じて薬品注入装置１２から注入されたアルカリ剤と混和され、析出物含有海水となる。析出物含有海水は、ろ過ポンプ１３により管路２を通ってろ過装置１４に供給され、ろ過装置１４で析出物を除去されたろ過水として管路３を通って供給水タンク１５に送られる。ろ過水３は、高圧ポンプ１６により逆浸透膜装置１７に供給され、透過水４と濃縮水５に分離される。ろ過水の一部は、逆洗ポンプ１８により逆洗水６としてろ過装置１４に注入され、析出物を含む逆洗排水として管路７により系外に排水される。
【００２０】
制御手段１９は、入力手段２２から入力される設定値と、ｐＨ計２０，濁度計２１，流量計２３，圧力計２４の計測値を用いてアルカリ剤の注入制御や逆洗の運転制御を演算する。図１の構成図及び図２に示すフローチャートを用いて、制御手段１９による逆浸透膜前段までの運転方法を説明する。
【００２１】
制御手段１９は、ステップ３０で、入力手段２２で入力される、処理水量，高分子有機物の除去率を取り込む。この場合の制御については後述する。
【００２２】
これとは別に、予め算出した析出槽１１におけるｐＨ又は濁度の目標値、ろ過装置１４におけるろ過圧力上限値とろ過流速下限値を取り込むようにしてもよく、この場合は、ステップ３１で、ｐＨ計２０のｐＨ計測値あるいは濁度計２１の濁度計測値を取り込み、ステップ３２で、ｐＨ計測値あるいは濁度計測値をそれぞれの目標値と比較し、計測値のいずれもが目標値より小さくなるまで薬品注入装置１２からのアルカリ剤注入量を増加するように制御する。ここで、ろ過装置１４におけるろ過圧力上限値は、後述するようになるべく低い値に設定される。
【００２３】
ステップ３３で、制御手段１９は、流量計２３のろ過流速計測値と圧力計２４のろ過圧力計測値を取り込み、ステップ３４で、圧力計２４のろ過圧力計測値とろ過圧力上限値とを比較する。圧力計２４のろ過圧力計測値が上限値より大きい場合は、ステップ３５で、流量計２３のろ過流速計測値とろ過流速下限値を比較する。流量計２３のろ過流速計測値がろ過流速下限値より高ければろ過ポンプ１３のろ過流速を減少させる。
【００２４】
ろ過流速計測値が下限値より低ければ、ろ過ポンプ１３を停止し、弁２５を逆洗側に切り替え、逆洗ポンプ１８を設定された時間作動させたのち、弁２５をろ過側に切り替え、ろ過ポンプ１３の運転を再開する。制御手段１９は、以上説明した動作をろ過圧力計測値が上限値より低くなるまで繰り返す。
【００２５】
発明者らの行った実験の結果では、析出量が多く、ろ過圧力が低いほど、高分子有機物の除去率は高い傾向が得られた。例えば、ろ過圧力４０ｋＰａの条件では、メンブレンフィルタ（孔径２μｍ）ろ過により、高分子有機物（孔径０.４μｍの膜で捕捉された多糖類）は、ｐＨ無調整（ｐＨ７.９）の場合ほとんど除去されないが、ろ過圧力１０ｋＰａの条件では高分子有機物の除去率は８５％，ろ過圧力５ｋＰａの条件では高分子有機物の除去率は９５％と上昇した。
【００２６】
また、ｐＨが高いほど析出量は増加するが、やがて飽和した。ｐＨ９.７にｐＨを調整すると、ろ過圧力４０ｋＰａの条件でも、高分子有機物の除去率は約６０％に上昇した。
【００２７】
このように、除去率の設定値を満たせば、アルカリ剤の注入を行わなくても、ろ過圧力を低く設定すればよく、高分子有機物の除去性能を安定して高く維持することができる。
但し、処理水量との関係で、ろ過圧力又は流量の下限値が設定され、そのろ過圧力又は流量下限値を超える範囲で運転される。
【００２８】
これら、ろ過圧力，ｐＨ，高分子有機物の除去率との間の関係は、関係式もしくは表形式のデータベースにし、図示しない記憶部にろ過圧力，ｐＨ，高分子有機物の除去率データベースとして格納しておく。又、処理水量とろ過圧力の関係は、実験により求め、関係式もしくは表形式のデータベースにし、図示しない記憶部に処理水量とろ過圧力の関係データベースとして格納しておく。
【００２９】
処理水量，除去率が入力され、処理水量とろ過圧力の関係データベースから必要なろ過圧力を演算し、ろ過圧力，ｐＨ，高分子有機物の除去率データベースから必要なｐＨが演算される。
【００３０】
アルカリ剤の注入を行わないと除去率の設定値を満たさない場合は、アルカリ剤の注入を行って析出量を設定量以上とし、ろ過装置のろ過圧力を設定値以下に維持するような運転をすることにより、アルカリ剤の注入量を少なくして高分子有機物の除去性能を安定して高く維持することができる。
【００３１】
また、析出量を多くする指標としては、上述のように溶解性物質の飽和曲線に影響するｐＨの他に、析出物の量と直接相関のある濁度などの粒子性成分の指標を用いることができる。溶解性物質の飽和曲線には水温も影響するため、水温変動の大きい表層海水を取水する海水淡水化設備では、水温の計測値も用いてｐＨの上限値を設定するとよい。
【００３２】
ｐＨの上限値は、実験により求めた、析出量・ろ過圧力と高分子有機物の除去量との関係式を用いて、必要な高分子有機物の除去量を得るための必要析出量を算出し、水温・ｐＨと析出量との関係式を用いて、その水温において必要析出量を得られるｐＨを設定する。濁度の上限値は、実験により求めた、濁度と析出量との関係式を用いて、同様に設定する。
【００３３】
ｐＨや濁度が高いほど析出量は増加し、やがて飽和するが、アルカリ剤の注入率が増加すると運転コストが増加するため、高分子有機物の除去効果と運転コストはトレードオフの関係にあり、上限値設定の際は、両者を考慮する必要がある。
【００３４】
また、高ｐＨの条件下では、カルシウム塩やマグネシウム塩の析出物とともに、ほう素の共沈現象により不溶性のほう素化合物が生成する。このため、析出物をろ過することにより、ろ過水のほう素濃度が低減される。その結果、ろ過水のほう素濃度が低減される分、透過水のほう素濃度の水質目標を達成するために、逆浸透膜装置１７に求められるほう素除去率が緩和される。また、高ｐＨの条件下では、海水中のほう素は、ほう酸イオンに移行し、逆浸透膜による阻止率が増加する。これらの効果により、１段の逆浸透膜処理でもほう素の水質基準を達成でき、運転・設備コストを低減できる。
【００３５】
なお、アルカリ剤には、水酸化ナトリウムなどを使用するとよい。薬品注入装置１２からのアルカリ剤の注入位置は析出槽１１の前段の管路でもよい。この場合、スタティックミキサを備えることが望ましい。析出槽１１に直接注入する混合は、析出槽１１に撹拌機を設けるとよい。析出槽１１以降の管路や設備機器には、ｐＨ９以上といった高ｐＨの条件下で使用できる材質を選択する必要がある。
【００３６】
ろ過装置１４には、単層・複層ろ過器，精密ろ過膜，大孔径膜，セラミック膜，活性炭などを適用できる。いずれも高ｐＨの条件下で使用できる必要がある。
【００３７】
このように、本実施形態の構成をとることで、逆浸透膜の汚染を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減できる、あるいは交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。
また、ほう素除去のための逆浸透膜の回収率抑制運転や逆浸透膜の２段運転を不要とする運転を実現できる。その結果、運転コストや設備コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は、本実施形態による海水淡水化装置の構成図である。本実施形態は、第１の実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、第１の実施形態における逆浸透膜装置１７の前段に中和装置２６が設置されている。
【００３９】
ろ過水が、ろ過装置１４から流出するまでの動作は第１の実施形態と同様である。ろ過装置１４から流出したろ過水には、中和装置２６から酸剤を添加されてｐＨを６〜８程度に低減された後、供給水タンク１５に流入し、高圧ポンプ１６により逆浸透膜装置１７に供給され透過水４と濃縮水５に分離される。
【００４０】
本実施形態では、供給水タンク１５に流入するろ過水のｐＨが中性であるため、供給水タンク１５以降の管路や設備機器の材質は、高ｐＨの条件下に耐える高い品質を有する必要はなく、設備コストの増加を抑制できる。その一方で、ほう素の形態がほう酸イオンに移行することによるほう素の除去率増加効果は得られない。しかし、前述のとおり、ほう素は前段のろ過装置１４における共沈現象により、逆浸透膜装置１７で除去するべきほう素量は低減されているため、本実施形態でも２段階の逆浸透膜などの対策は不要であり、運転・設備コストを低減できる。また、高ｐＨの条件下では逆浸透膜の劣化が促進されるため、本実施形態のように中和して逆浸透膜に供給することで、逆浸透膜の寿命を延長し、膜交換コストを低減できる。
【００４１】
このように、第２の実施形態の構成とすることで、逆浸透膜の汚染や劣化を低減し、逆浸透膜の洗浄頻度を低減する、あるいは交換までの使用期間を伸張するような運転を実現できる。また、ほう素除去のための逆浸透膜の回収率抑制運転や逆浸透膜の２段運転を不要とする運転を実現できる。その結果、運転コストや設備コストの低減や環境負荷の低減が可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１，２，３，７  管路
４  透過水
５  濃縮水
６  逆洗水
１０  取水ポンプ
１１  析出槽
１２  薬品注入装置
１３  ろ過ポンプ
１４  ろ過装置
１５  供給水タンク
１６  高圧ポンプ
１７  逆浸透膜装置
１８  逆洗ポンプ
１９  制御手段
２０  ｐＨ計
２１  濁度計
２２  入力手段
２３  流量計
２４  圧力計
２５  弁
２６  中和装置
【図１】
2013022574.tif 000003
【図２】
2013022574.tif 000004
【図３】
2013022574.tif 000005