(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を第１段目逆浸透膜モジュールによって処理し、更にその透過液の一部（１−ｘ）を第２段目逆浸透膜モジュールによって処理し、この第２段目逆浸透膜モジュールの透過液と第１段目逆浸透膜モジュールの残部の透過液ｘとを混合して飲料水を得る方法であり、海水が流通される圧力ケース内の上流側に上流側逆浸透膜モジュールエレメントを、同圧力ケース内の下流側に下流側逆浸透膜モジュールエレメントをそれぞれ収容した逆浸透膜モジュールを第１段目逆浸透膜モジュールとして使用し、上流側逆浸透膜モジュールエレメントの透過液を前記残部の透過液ｘとし、下流側逆浸透膜モジュールエレメントの透過液を前記透過液の一部（１−ｘ）とすることを特徴とする海水の逆浸透膜分離方法。
【請求項２】
原液を第１段目逆浸透膜モジュ−ルによって処理し、更にその透過液の一部を第２段目逆浸透膜モジュ−ルによつて処理し、この第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液と第１段目逆浸透膜モジュ−ルの残部透過液とを混合して原液中の蒸発残留成分とホウ素成分とを減量調整した調整液を得る方法であり、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の一部を当該逆浸透膜モジュ−ルの下流側透過液とし、同残部透過液を当該逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液とし、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以下とし、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以上とすることを特徴とする逆浸透膜分離方法。
【請求項３】
原液が海水である請求項２記載の逆浸透膜分離方法。
【請求項４】
第１段目逆浸透膜モジュ−ルにおける、供給液３．５％食塩水、操作圧力５６kgf/cm２、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した塩阻止率が９９％以上であり、第２段目逆浸透膜モジュ−ルにおける、供給液０．０５％食塩水、操作圧力７．５kgf/cm２、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した塩阻止率が９８％以上である請求項３記載の逆浸透膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は逆浸透膜分離方法に関し、特にホウ素を多量に含有する原液、例えば、海水から飲料水を生産する場合に有用な方法である。
【０００２】
【従来の技術】
海水から飲料水を生産する方法として、海水を第１段目逆浸透膜モジュ−ルで処理し、その透過液をホウ素の除去に適したｐＨ値に調整のうえ、更に第２段目逆浸透膜モジュ−ルで処理することが提案されている（特開平９−１０７６６号、特開平８−２０６４６０号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
周知の通り、所謂、おいしい飲料水としては、カルシウム等の蒸発残留物を適量に含有し、ｐＨ値が中性近傍であることが条件とされる。
上記の逆浸透膜分離による飲料水の製造方法において、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの蒸発残留物に対する阻止率をａ、同じくホウ素に対する阻止率をｂ、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの蒸発残留物に対する阻止率をａ’、同じくホウ素に対する阻止率をｂ’とすれば、最終的に得る生産水の蒸発残留物含有率は（１−ａ）（１−ａ’）であり、同じくホウ素含有率は（１−ｂ）（１−ｂ’）であり、このホウ素含有率を０．２ｐｐｍ以下に抑えている。
【０００４】
しかしながら、蒸発残留物含有率が（１−ａ）（１−ａ’）で定まってしまい、ａ，ａ’がｂ，ｂ’に従属的に変動するので、蒸発残留物含有率をホウ素含有率に独立的に所望値に設定し難く、ホウ素含有率０．２ｐｐｍ以下にすると、蒸発残留物含有量がおいしい飲料水の条件から外れ、またｐＨもアルカリ側になってしまう。
従って、特開平８−２０６４６０号等に開示された２段逆浸透膜分離法では、おいしい飲料水を生産することが難しい。
【０００５】
本発明の目的は、ホウ素を多量に含有する原液、例えば、海水から、２段逆浸透膜分離によりホウ素含有量を所望値に減量し、かつカルシウム等の蒸発残留物の含有量を所望値に減量し、しかもｐＨを中性側にした、所謂、おいしい飲料水を容易に生産できる逆浸透膜分離方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る海水の逆浸透膜分離方法は、海水を第１段目逆浸透膜モジュールによって処理し、更にその透過液の一部（１−ｘ）を第２段目逆浸透膜モジュールによって処理し、この第２段目逆浸透膜モジュールの透過液と第１段目逆浸透膜モジュールの残部の透過液ｘとを混合して飲料水を得る方法であり、海水が流通される圧力ケース内の上流側に上流側逆浸透膜モジュールエレメントを、同圧力ケース内の下流側に下流側逆浸透膜モジュールエレメントをそれぞれ収容した逆浸透膜モジュールを第１段目逆浸透膜モジュールとして使用し、上流側逆浸透膜モジュールエレメントの透過液を前記残部の透過液ｘとし、下流側逆浸透膜モジュールエレメントの透過液を前記透過液の一部（１−ｘ）とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る逆浸透膜分離方法は、原液を第１段目逆浸透膜モジュ−ルによって処理し、更にその透過液の一部を第２段目逆浸透膜モジュ−ルによつて処理し、この第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液と第１段目逆浸透膜モジュ−ルの残部透過液とを混合して原液中の蒸発残留成分とホウ素成分とを減量調整した調整液を得る方法であり、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の一部を当該逆浸透膜モジュ−ルの下流側透過液とし、同残部透過液を当該逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液とし、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以下とし、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以上とすることを特徴とし、特に、海水、ホウ素を多量に含有するかん水や排水から飲料水を生産する場合は、第１成分を蒸発残留物とし、第２成分をホウ素とし、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以下とし、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの供給側ｐＨ値を８以上とし、また、第１段目逆浸透膜モジュ−ルにおける、供給液３．５％食塩水、操作圧力５６kgf/cm２、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した食塩阻止率を９９％以上、より好ましくは９９．４％以上とし．同条件のもとでの透過流束を０．４m３/m２・日以上とし、第２段目逆浸透膜モジュ−ルにおける、供給液０．０５％食塩水、操作圧力７．５kgf/cm２、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した食塩阻止率を９８％以上、より好ましくは、９９％以上とし、同条件のもとでの透過流束を０．６m３/m２・日以上とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る逆浸透膜分離方法の処理フロ−を示している。
図１において、４１は第１段目逆浸透膜モジュ−ルを、４２は第２段目逆浸透膜モジュ−ルをそれぞれ示している。４０は第１成分Ａと第２成分Ｂとを含有する原液を示し、この原液４０を第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１で回収率ｙ1で処理し、第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の透過液をｘ量と（１−ｘ）量とに分け、透過液量（１−ｘ）を第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２に供給し、更に回収率ｙ2で処理し、その透過液と第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の残部透過液量ｘとを合流させて生産液を得る。
【０００９】
上記、ａ、ａ’、ｂ、ｂ’はｐＨ値や逆浸透膜モジュ−ルの膜材質等によって調整できる要素である。
而るに、本発明に係る逆浸透膜分離方法においては、これらの調整にとどまらず、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の分流比ｘ、回収率ｙ1更には、第２段目逆浸透膜モジュ−ルでの回収率ｙ2によっても、生産液の第１成分Ａの含有率、第２成分Ｂの含有率ＸBを調整できる結果、生産液の第１成分含有量及び第２成分含有量を所望値に容易に設定できる。
すなわち、従来法での生産液の第１成分含有量ＸA’、第２成分含有量ＸB’は、  ＸA’＝(1-a)(1-a')
ＸB’＝(1-b)(1-b')
で与えられ、ａ、ａ’、ｂ、ｂ’で決まってしまうが、本発明に係る逆浸透膜分離方法においては、分流比ｘ、回収率ｙ1、ｙ2によっても第１成分含有量ＸA’、第２成分含有量ＸB’を調整できるので、生産液の第１成分含有量及び第２成分含有量を多技的に調整でき、所望値にそれだけ容易に設定できるのである。
【００１０】
上記の分流比ｘは、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７の範囲内で設定される。
上記第１段目逆浸透膜モジュ−ル内においては、原液濃度が下流側に至るほど高濃度となり、従って同逆浸透膜モジュ−ルの透過液側においても、第１成分及び第２成分の濃度が下流側に至るほど高濃度となる。
而るに、本発明においては第１段目逆浸透膜モジュ−ルの下流側の透過液を第２段目逆浸透膜モジュ−ルに供給しており、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの塩除去性能を効率よく発揮させ得る。
【００１１】
次に、ホウ素を多量に含有する原液、例えば海水（ホウ素含有量４．２ｐｐｍ）から、所謂、おいしい飲料水を生産する場合の実施例について説明する。
この実施例において、第１成分はカルシウム等の蒸発残留物であり、第２成分はホウ素である。
【００１２】
図２はこの実施例において使用する逆浸透膜分離装置を示している。
図２において、１はホウ素を多量に含有する原液のタンク（海水タンク）を、２は前処理槽を、３１は第１段目送液ポンプを、４１は第１段目逆浸透膜分離モジュ−ルを、４１１は第１段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液を、４１２は第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液を、４１３は同じく下流側透過液をそれぞれ示している。
５は中間タンクを、３２は第２段目送液ポンプを、４２は第２段目逆浸透膜分離モジュ−ルを、４２１は第２段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液を、４２４は第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液をそれぞれ示している。この第２段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液は、原液供給側に全量または一部をリタ−ンさせることができ（リタ−ン量を多くするほど、システム全体の回収率を向上でき、また、第１段目逆浸透膜モジュ−ルへの供給水自体の純度をアップでき、全体の水質を向上できる）、４２２はそのリタ−ン液を、４２３はその放流液をそれぞれ示している。
４００は第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液４１２と第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２の透過液４２４とを混合させてなる生産液を示している。
また、カルシウムスケ−ルを防止するために、第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の供給液に酸を添加してｐＨ調整を行うこともでき、６１は酸液タンクを、７１は酸液送りポンプをそれぞれ示している。
また、第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２のホウ素の除去率を大きくするために、ｐＨがアリカリ側にされ、６２はアリカリ液タンクを、７２はアルカリ液送ポンプを示している。
【００１３】
上記装置を用いて本発明により飲料水を生産するには、海水タンク１内の海水を前処理槽２で前処理したうえで、第１段目送液ポンプ３１により所定の圧力で第１段目逆浸透膜分離モジュ−ル４１に供給し、濃縮された非透過液は第１段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液４１１として系内から排出する。前処理槽２は、第１段目逆浸透膜分離モジュ−ル４１の膜面を懸濁物質や有機物の付着、汚染から保護するために使用され、それらの懸濁物質や有機物等を除去するための手段、例えば、砂ろ過、精密ろ過、塩素や凝集剤の添加が施される。また、カルシウムスケ−ルを除去するために、第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の供給液に酸を酸液タンク６１からポンプ７１により添加してｐＨ調整を行うことができる。
第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の透過液を上流側透過液４１２と下流側透過液４１３とに分流させるには、例えば、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの構成を、ベッセル（圧力ケ−ス）の上流側と下流側にそれぞれ独立の逆浸透膜モジュ−ルエレメントを収容し、上流側モジュ−ルエレメントの集水管下流側端を上流側透過液４１２の出口とし、下流側モジュ−ルエレメントの集水管下流側端を下流側透過液４１３の出口とすることができる。
而して、第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の下流側透過液４１３を一旦、中間タンク５に貯え、アルカリ液タンク６２のアルカリ液をポンプ７２により中間タンク５の貯液に添加し、更に、この貯液を第２段目送液ポンプ３２により所定の圧力で第２段目逆浸透膜分離モジュ−ル４２に供給し、濃縮された非透過液（第２段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液４２１）の全量または一部をリタ−ン液４２２として第１段目送液ポンプ３１の入口側に戻し、残りを放流液４２３として排出していく。また、第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２の透過液４２４と第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液４１２とを合流させて所定の生産液４００を得る。
【００１４】
上記において、第１段目液送ポンプ３１の圧力を高くして、第１段目逆浸透膜分離モジュ−ル４１の透過側に圧力を作用させ、その圧力で第２段目逆浸透膜分離モジュ−ル４２を作動させることもでき、この場合、中間タンク５及び第２段目送液ポンプ３２は省略できる。
上記において、第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２の供給側ｐＨ値は８以上、好ましくは８．５以上とされる。また、第１段目逆浸透膜モジュ−ル４１の阻止性能は、供給液３．５％食塩水、操作圧力５６kgf/cm2、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した食塩阻止率のもとで９９％以上とされ、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの阻止性能は、供給液０．０５％食塩水、操作圧力７．５kgf/cm2、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件で評価した食塩阻止率のもとで９８％以上とされる。
上記第１段目及び第２段目逆浸透膜モジュ−ルには、化学的に安定な架橋ポリアミド、より好ましくは、芳香族架橋ポリアミドをスキン層とする複合膜を用いた逆浸透膜モジュ−ルを使用することが好ましい。
更に、上記逆浸透膜モジュ−ル、特に、第２段目逆浸透膜モジュ−ル４２においては、膜面積の割には透過流束を大きくするために、スキン層の比表面積を３以上とすることが好ましい。
上記第１段目及び第２段目の逆浸透膜分離モジュ−ルには、スパイラル型、中空糸型、チュ−ブラ−型等を使用できる。
上記第２段目逆浸透膜分離モジュ−ルの後段に逆浸透膜分離モジュ−ルを接続して２段以上の多段で実施したり、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの濃縮液を更に逆浸透膜モジュ−ル処理してシステムの回収率を高めることもできる。
【００１５】
【実施例】
〔実施例〕
図２に示す逆浸透膜分離装置を使用した。
第１段目逆浸透分離膜モジュ−ルには、３．５％食塩水を供給液としてのｐＨ６．５、温度２５℃、操作圧力５６kgf/cm2での塩阻止率が９９．６％であるスパイラル型逆浸透分離膜モジュ−ル〔日東電工（株）製ＮＴＲ−７０ＳＷＣ〕を用い、第２段目逆浸透分離膜モジュ−ルには、０．０５％食塩水を供給液としてのｐＨ６．５、温度２５℃、操作圧力７．５kgf/cm2での塩阻止率が９９．５％のスパイラル型逆浸透分離膜モジュ−ル〔日東電工（株）製ＥＳ１０〕を用いた。両逆浸透膜モジュ−ルとも、複合膜のスキン層に芳香族架橋ポリアミドを使用してある。
第１段目逆浸透分離膜モジュ−ルとしては、上記のＮＴＲ−７０ＳＷＣを６本直列に接続したものを使用し、第２段目逆浸透分離膜モジュ−ルとしては、上記のＥＳ１０を一本使用した。
原液には海水（ホウ素含有量４．２ｐｐｍ）を使用した。
第１段目逆浸透分離膜モジュ−ルを操作圧力５６kgf/cm2、回収率４０％にて運転して脱塩を行った。第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液は、上流側二本から採り、その透過液量は第１段目逆浸透膜モジュ−ル透過液総量の４６％、蒸発残留物含有量は１２０ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．６ｐｐｍであった。
一方、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの下流側透過液の蒸発残留物含有量は２７０ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．８ｐｐｍ、ｐＨ値は５であった。この第１段目逆浸透膜モジュ−ルの下流側透過液に水酸化ナトリウムを添加してｐＨ値を９．５に調整し、この調整液を第２段目逆浸透膜モジュ−ルで操作圧力７．５kgf/cm2、回収率９０％にて脱塩した。この第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の蒸発残留物含有量は１０ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．２ｐｐｍ、ｐＨ値は９であった（このままでは、蒸発残留物含有量が低すぎ、おいしい飲料水としての硬水の要件を欠如しており、ｐＨ値もアリカリ側であり、飲料水として不適格）。
第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液と第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液との混合液である生産水の蒸発残留物含有量は６０ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．４ｐｐｍ、ｐＨ値は７であり、おいしい飲料水としての要件を充足していた。
【００１６】
〔比較例〕
実施例に対し、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの本数を実施例の２倍にし（２本にし）、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の全量を第２段目逆浸透膜モジュ−ルに供給した以外、実施例に同じとした。
この比較例における、第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の蒸発残留物含有量は２００ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．７ｐｐｍ、ｐＨ値は５であり、第２段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液（生産液）の蒸発残留物含有量は８ｐｐｍ、ホウ素含有量は０．２ｐｐｍ、ｐＨ値は９であった。
この生産水は、蒸発残留物含有量が低く、アルカリ性であり、飲料水としては不適格であった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る逆浸透膜分離方法によれば、海水のようにホウ素を多量に含有する原液から、ホウ素を充分に除去して蒸発残留物が適量で、且つｐＨ値がほぼ中性の水を効率よく生産でき、逆浸透膜モジュ−ルの特性やｐＨ値の調整以外に第１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過液の分流比や回収率及び第２段目逆浸透膜モジュ−ルの回収率の調整をも調整要素として所謂、おいしい水を容易に効率よく製造することができる。
更に、１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過水量の一部を２段目逆浸透膜モジュ−ルに供給して処理しているので、１段目逆浸透膜モジュ−ルの透過水全量を２段目逆浸透膜モジュ−ルに供給し処理している従来法に較べ、２段目逆浸透膜モジュ−ルには小さい規模のものを使用すれば足り、設置する空間の省スペ−ス化や設備・運転コスト面での低減、省エネルギ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆浸透膜分離方法の処理フロ−を示す図面である。
【図２】本発明の実施例において使用した逆浸透膜分離装置を示す図面である。
【符号の説明】
４１              第１段目逆浸透膜モジュ−ル
４１２            第１段目逆浸透膜モジュ−ルの上流側透過液
４１３            第１段目逆浸透膜モジュ−ルの下流側透過液
４２              第２段目逆浸透膜モジュ−ル
４０              原液
４００            生産液
６２              アルカリ液タンク
【図１】
0003862816.tif 000002
【図２】
0003862816.tif 000003