CN1167733A - 饮料水和盐的制造方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

原海水被供给至预处理槽，通过磁作用和臭氧注入而产生的凝集物质被滤去。经预处理槽预处理的海水被供给至反渗透膜组件2。由反渗透膜组件排出的浓缩盐水被供给至电渗析槽。由电渗析槽排出的浓缩盐水被供给至蒸发器。在蒸发器中蒸发浓缩盐水，使固态盐干固。由电渗析槽排出的脱盐水的一部分或全部被返回至反渗透膜组件。由反渗透膜组件排出的透过水和由蒸发器得到的蒸发水可作为饮料水供给。

Description

饮料水和盐的制造方法及其装置
本发明涉及由盐水(海水或咸水)制造饮料水和特殊盐的方法和装置。所谓特殊盐，是指含盐水中盐类(矿物质)的盐。
为消除孤岛等存在的慢性水不足，近年来，使用反渗透(RO)膜的海水淡水化方法正日益具体化。在该海水淡水化方法中，将透过反渗透膜的水作为饮料水，并使浓缩盐水排放海域。
此外，人们用电渗析(ED)方法制造食盐。在该电渗析方法中，使用离子交换膜浓缩海水，将该浓缩盐水的水分蒸发，析出氯化钠(NaCl)。
在上述使用反渗透膜的海水淡水化方法中，由于盐浓度高于海水的浓缩盐水排放海域，其对藻类、鱼苗和贝苗等鱼类的不良影响令人担忧。此外，由于在进行反渗透膜的预处理时，需用氯进行灭菌，还可能存在药物毒性。再有，由于反渗透膜的回收率为30-40％左右，投入很大费用进行了预处理的海水的60-70％原样排放海域，因而存在海水的利用率低、设备费和运转成本高的问题。
而由于用电渗析法制得的盐仅由NaCl组成，口味难言上乘。因此，最好使用食盐中掺入了苦汁(盐卤)等添加物的盐。
本发明的目的在于提高一种可在由盐水生产含矿物质的盐的同时制造饮料水的方法及其装置，根据本发明的方法，盐水(海水或咸水)的利用率高、排放水的量少、且排放水中的盐浓度低、不需担心药物毒性。
本发明的饮料水和盐的制造方法包括使用反渗透膜法和电渗析法处理盐水，联产饮料水和盐的工序。
在前一工序进行反渗透膜处理，后一工序进行电渗析法处理时，将透过反渗透膜的水作为饮料水，对反渗透膜的浓缩盐水进行电渗析法处理，用电渗析法将浓缩盐水蒸发，使盐干固。此时，浓缩盐水的蒸发水也可用作饮料水。此外，将用电渗析法制得的脱盐水的一部分或全部返回反渗透膜处理工序，可减少排放水的量，且可提高盐水的利用率。
由于用电渗析法制得的脱盐水的盐浓度低于盐水中的盐浓度，不用担心对藻类、鱼苗、贝苗的不良影响。
在前一工序进行电渗析法处理，后一工序进行反渗透膜处理时，对用电渗析法制得的脱盐水进行反渗透膜处理，将透过反渗透膜的水作为饮料水，用电渗析法将浓缩盐水蒸发，使盐干固。此时，浓缩盐水的蒸发水也可用作饮料水。此外，将用反渗透膜制得的脱盐水的一部分或全部返回电渗析法处理工序，可减少排放水的量，且可提高盐水的利用率。
由于用电渗析法制得的脱盐水被供给至反渗透膜，由反渗透膜制得的浓缩盐水中的盐浓度并不比盐水中的盐浓度高多少。因此，对藻类、鱼苗、贝苗产生不良影响的可能性较小。
饮料水和盐的制造方法最好再包括用臭氧对盐水进行预处理的工序。由此，无需注入药品就可除去盐水中的无机物和有机物。从而可得到含苦汁等盐水中的矿物质的盐。
预处理最好包括在使磁力作用于盐水的同时注入臭氧的步骤。这样，无机物和有机物被臭氧氧化，由无机物的氧化而产生的胶体状物质和由有机物的氧化而产生的悬浮物质凝集而无需使用凝集剂等药品。
再有，预处理最好包括将由于磁力的作用和臭氧的注入而得到的凝集物质滤去的步骤。由此，可将凝集物质容易地除去。
在联产饮料水和盐的工序中，最好包括在进行电渗析法处理时使用可阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜的步骤。这样，可防止在电渗析法处理时浓缩盐水侧产生水锈。由浓缩盐水的蒸发而得到的盐最好含盐水中的矿物质。
本发明的饮料水和盐的制造方法的其他实施方式包括用反渗透膜将盐水分离成透过水和浓缩盐水的工序、用电渗析法将浓缩盐水分离成浓缩盐水和脱盐水的工序、蒸发用电渗析法制得的浓缩盐水的水分并使盐干固的工序、以及将透过水和蒸发水作为饮料水供给的工序。
此时，由于用电渗析法制得的脱盐水的盐浓度低于盐水中的盐浓度，无需担心对藻类、鱼苗和贝苗等鱼类的不良影响。此外，由于浓缩盐水的蒸发水也可用作饮料水，盐水的利用率提高，且可减少排放水的量。
饮料水和盐的制造方法最好还包括将用电渗析法制得的脱盐水的一部分或全部返回反渗透膜处理工序的步骤。由此，可进一步减少排放水的量，且可进一步提高盐水的利用率。
饮料水和盐的制造方法最好还包括在将盐水用臭氧预处理后，供给至反渗透膜的工序。由此，无需注入药品就可除去盐水中的无机物和有机物。从而可得到含苦汁等盐水中的矿物质的盐。
预处理最好包括在使磁力作用于盐水的同时注入臭氧的步骤。这样，无机物和有机物被臭氧氧化，由无机物的氧化而产生的胶体状物质和由有机物的氧化而产生的悬浮物质凝集而无需使用凝集剂等药品。
再有，预处理最好包括将由于磁力的作用和臭氧的注入而得到的凝集物质滤去的步骤。由此，可将凝集物质容易地除去。
在联产饮料水和盐的工序中，最好包括在进行电渗析法处理时使用阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜的步骤。这样，可防止在电渗析法处理的浓缩盐水侧产生水锈。由浓缩盐水的蒸发而得到的盐最好含盐水中的矿物质。
本发明的饮料水和盐的制造装置具有反渗透膜组件和电渗析槽，通过反渗透膜组件和电渗析槽的组合对盐水进行处理，联产饮料水和盐。
在该制造装置中，将透过反渗透膜组件的水作为饮料水，用电渗析槽由浓缩盐水生产盐。此时，也可将浓缩盐水的蒸发水作为饮料水。将用电渗析法制得的脱盐水的一部分或全部供给至反渗透膜，从而可减少排放水的量，且可提高盐水的利用率。
由于用电渗析槽制得的脱盐水的盐浓度比盐水中的盐浓度低，即使将用电渗析槽制得的脱盐水或反渗透膜组件制得的浓缩盐水的一部分排放海域，也无需担心对藻类、鱼苗和贝苗等鱼类的不良影响。
饮料水和盐的制造装置最好还具有用臭氧预处理盐水的预处理装置。由此，无需注入药品就可除去盐水中的无机物和有机物。从而，可得到含苦汁等盐水中的矿物质的盐。
用于本发明其他实施方式的饮料水和盐的制造装置具有将盐水分离成透过水和浓缩盐水的反渗透膜组件、将用反渗透膜组件得到的浓缩盐水分离成浓缩盐水和脱盐水的电渗析槽、以及将用电渗析槽得到的浓缩盐水的水分蒸发并使盐干固的蒸发器，该制造装置将透过反渗透膜组件的水和用蒸发器得到的蒸发水作为饮料水供给。
在该制造装置中，盐水被反渗透膜组件分离成透过水和浓缩盐水，该浓缩盐水又被电渗析槽分离成浓缩盐水和脱盐水。由电渗析槽得到的浓缩盐水在蒸发器中被蒸去水分，所剩盐被干固。将透过反渗透膜组件的水和由蒸发器得到的蒸发水作为饮料水供给。
此时，由于由电渗析槽得到的脱盐水的盐浓度低于盐水中的盐浓度，无需担心对藻类、鱼苗和贝苗等鱼类的不良影响。此外，由于浓缩盐水的蒸发水也可用作饮料水，盐水的利用率提高，且可减少排放水的量。
饮料水和盐的制造装置最好还具有将由电渗析槽得到的脱盐水的一部分或全部返回反渗透膜组件的管路。由此，可进一步减少排放水的量，且可进一步提高盐水的利用率。
此外，饮料水和盐的制造装置最好还具有用臭氧对盐水进行预处理，并将被预处理过的盐水供给至反渗透膜组件的预处理装置。由此，无需注入药品就可除去盐水中的无机物和有机物。从而可得到含苦汁等盐水中的矿物质的盐。
预处理装置也可包括臭氧发生器、磁处理反应器和将由磁处理反应器得到的盐水内的凝集物质除去的过滤器。所述磁处理反应器由导入盐水并作用一定磁力的磁处理部和将臭氧发生器产生的臭氧注入来自上述磁处理部的盐水中并加以混合的臭氧注入混合部组成。
在该预处理装置中，无机物和有机物被臭氧氧化，由无机物的氧化而产生的胶体状物质和由有机物的氧化而产生的悬浮物质无需使用凝集剂等药品而凝集并被滤去。从而可容易地得到含苦汁等盐水中的矿物质的盐。
预处理装置还可包括第1和第2臭氧发生器、第1磁处理反应器、第1过滤器、第2磁处理反应器、反应槽和第2过滤器。所述第1磁处理反应器由导入盐水并作用一定磁力的磁处理部和将第1臭氧发生器产生的臭氧注入来自上述磁处理部的盐水中并加以搅拌的臭氧注入混合部组成；所述第1过滤器用于除去由第1磁处理反应器得到的盐水内的凝集物质；所述第2磁处理反应器由导入由第1过滤器排出的盐水并作用一定磁力的磁处理部和将第2臭氧发生器产生的臭氧注入来自上述磁处理部的盐水中并加以混合的臭氧注入混合部组成；所述反应槽导入从第2磁处理反应器排出的盐水并通过由活性炭组成的催化剂层进行氧化和分解；所述第2过滤器用于除去由反应槽得到的盐水内的凝集物质。
由此，可对盐水进行预处理而无需添加凝集剂等药品，并同时可提高臭氧的利用率。从而降低预处理的成本，低成本地得到含盐水中的矿物质的盐。
电渗析槽最好包含可阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜。这样，可防止在电渗析槽的浓缩盐水侧产生水锈，提高离子交换膜的寿命。此外，由蒸发器得到的盐最好含盐水中的矿物质。
图面的简单说明
图1是本发明的饮料水和盐的制造装置的一例示意图。
图2是本发明的饮料水和盐的制造装置的另一例示意图。
图3是图1和图2中的预处理槽的整体构成的示意图。
图4是图3的预处理槽中的第1磁处理反应器的剖面图。
图5是图4的第1磁处理反应器中的臭氧注入混合部的部分剖切立体图。
图6是图5的臭氧注入混合部的叶片的立体图。
图7是图6的A-A向视图。
图8是臭氧注入混合部的具体例的剖面图。
图9是比较例1的制造方法和计算例的示意图。
图10是比较例2的制造方法和计算例的示意图。
图11是比较例3的制造方法和计算例的示意图。
图12是比较例4的制造方法和计算例的示意图。
图13是实施例1的制造方法和计算例的示意图。
图14是实施例2的制造方法和计算例的示意图。
图1是本发明的饮料水和盐的制造装置的一例示意图。图1的制造装置包括预处理槽(预处理装置)1、反渗透膜组件(RO膜组件)2、电渗析槽(ED槽)3和蒸发器4。
海水(或高盐浓度的咸水)被供给至预处理槽1。预处理槽1的详细构成见后述。在预处理槽1中预处理过的海水经供给水配管51被导入反渗透膜组件2的供给水入口。由反渗透膜组件2的透过水出口排出的透过水经透过水配管52被供给至饮料水配管58。
此外，由反渗透膜组件2的浓缩水出口排出的浓缩盐水经浓缩水配管53被导入电渗析槽3的供给水入口。由电渗析槽3的浓缩盐水出口排出的浓缩盐水经浓缩水配管54被供给至蒸发器4。由电渗析槽3的脱盐水出口排出的脱盐水经脱盐水配管55被返回反渗透膜组件2的供给水入口。由电渗析槽3的脱盐水出口排出的脱盐水的一部分经排放水配管56被排放至海域。
在蒸发器4中，例如通过薄膜蒸发干燥法或转筒干燥机，浓缩盐水中的水分被蒸发，使固态盐干固。由蒸发器4得到的蒸发水经蒸发水配管57被供给至饮料水配管58。反渗透膜组件2的透过水和蒸发器4的蒸发水由饮料水配管58作为饮料水供给。由蒸发器4得到的固态盐为除含有氯化钠(NaCl)之外，还含有苦汁(镁、钙、钾等)等海水中的盐类(矿物质)的特殊盐。
该特殊盐例如可用作地面养殖用的原料盐、水族馆中的水的原料盐、腌菜用的盐以及治疗皮肤炎和特异反应性等医疗用的盐等。
最好使用仅不使SO4 2-通过的特殊膜作为电渗析槽3的离子交换膜。由此，可防止电渗析槽3的浓缩水侧析出石膏。
图2是本发明的饮料水和盐的制造装置的另一例示意图。图2的制造装置包括预处理槽1、反渗透膜组件2、电渗析槽3和蒸发器4。
海水被供给至预处理槽1。在预处理槽1预处理过的海水经供给水配管61被导入电渗析槽3的供给水入口。由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水经浓缩水配管62被供给至蒸发器4。由电渗析槽3的脱盐水出口排出的脱盐水经脱盐水配管63被导入反渗透膜组件2的供给水入口。
由反渗透膜组件2的浓缩水出口排出的浓缩盐水经浓缩盐水配管65被返回电渗析槽3的供给水入口。由反渗透膜组件2的浓缩水出口排出的浓缩盐水的一部分经排放水配管66被排放至海域。
由反渗透膜组件2的透过水出口排出的透过水经透过水配管64被供给至饮料水配管68。由蒸发器4得到的蒸发水经蒸发水配管67被供给至饮料水配管68。
反渗透膜组件2的透过水和蒸发器4的蒸发水由饮料水配管68作为饮料水供给。此外，由蒸发器4得到的固态盐可用作特殊盐。
图3是图1和图2的制造装置中使用的预处理槽的构成的示意图。图3的预处理槽1包括贮液罐11、泵12、第1臭氧发生器(臭氧化器)13、第1磁处理反应器(臭氧混合器)14、第1过滤器15、第2臭氧发生器(臭氧化器)16、第2磁处理反应器17、反应槽18、第2过滤器19和处理水槽20。
被处理水(海水)贮存在贮液罐11中。泵12将贮液罐11内的被处理水经输送配管供给至第1磁处理反应器14。
第1臭氧发生器13产生臭氧(臭氧气体)。第1磁处理反应器14在使一定的磁力作用于被处理水的同时，将由第1臭氧发生器13产生的臭氧注入(吸引至)被处理水中进行混合和凝集。第1过滤器15将由第1磁处理反应器14凝集而产生的反应物质即凝集物质除去。
第2臭氧发生器16产生臭氧(臭氧气)。第2磁处理反应器17在使一定的磁力作用于在第1过滤器15中被除去凝集物质的被处理水的同时，将由第2臭氧发生器16产生的臭氧注入(吸引至)被处理水中进行混合和凝集。反应槽18使作为催化剂的粒状活性炭(催化剂层)与由第2磁处理反应器17供给的被处理水接触、反应。第2过滤器19将在反应槽18中氧化和分解的分解物质(反应物)除去。处理水槽20将在第2过滤器19中被除去分解物质的被处理水即处理水贮存。
图4是图3的预处理槽1中第1磁处理反应器14的构成的剖面图。第2磁处理反应器17的构成也与图4所示构成相同。
如图4所示，第1磁处理反应器14由磁处理部21和臭氧注入混合部22构成。
磁处理部21由直径和长度一定的筒状体23和棒状磁性体25组成。筒状体23例如由PVC管构成。棒状磁性体25的外形与筒状体23的内壁面23a保持一定的空隙(环状通路，例如由被处理水的流量决定)24，长度略短于筒状体23，插入在筒状体23的内部。棒状磁性体25由直列排列的多个圆筒状小磁铁26组成。在小磁铁26中，S极和N极相互对置地排列。使用永磁铁作为上述小磁铁26。
臭氧注入混合部22由混合用筒状体31、臭氧注入管(臭氧吸引管)32、搅拌混合用叶片33和多个突起物34组成。混合用筒状体31与磁处理部21的筒状体23的凸缘部23b连接。臭氧注入管32从混合用筒状体31的上流侧L字形样插入。搅拌混合用的叶片33设在混合用筒状体31内的臭氧注入管32的周围。搅拌混合用的突起物34配置在混合用筒状体31内，位于叶片33的下流侧。
图5是图4所示臭氧注入混合部22的部分剖切立体图，图6是图5的臭氧注入混合部22的叶片33的立体图，图7是图6的A-A向视图。结合图5-7，详细说明注入混合部22的叶片33和突起物34。
叶片33由一对半圆形的叶板41A、41B构成。这些叶板41A、41B被配置成与被处理水的流向成一定的倾斜角度(例如，最好为30-45度)且互相逆向扭转。再设置将这些叶板41A、41B的交叉部的前方空间部左右分隔的隔板42。
此外，各突起物34由固定在混合用筒状体31的内壁面上的圆柱部(柱状部)51和形成在该圆柱部51的前端的菌形部52构成。这些多个突起物34成锯齿形地配置在混合用筒状体31的内壁面上，其配置范围为叶板41A、41B扭转的扭转间距P的1.5倍以上。图示的叶板41A、41B的扭转范围为P/2。
图8标出了臭氧注入混合部22的具体尺寸。图中，80A为表示混合用筒状体31的被处理水导入部的口径的公称尺寸，50A为表示混合用筒状体31的被处理水搅拌混合部的口径的公称尺寸，25A为表示臭氧注入管32的口径的公称尺寸。
由臭氧发生器产生的臭氧的注入是通过下述机制进行的：借助流经混合用筒状体31内的水的喷射器效应，臭氧被吸引至混合用筒状体31内。
另外，磁铁的磁力(磁通量密度)为例如1000高斯(可使用范围为1000-10000高斯)，在该磁力下，被处理水的流速约为1.5m/s。若以磁力比被处理水的流量来表示，为1000高斯/m3·h。
此外，使用可捕获粒径在数微米以上的粒子的体积型过滤器作为上述第1过滤器15和第2过滤器19，滤材可使用例如充填了长纤维球形物的材料，但也可使用砂等。
下面对图3的预处理槽1的具体运作进行说明。此处，被处理水是海水，含有微生物、细菌、有机物以及铁、锰等溶解性无机物。此外，这些海水还有颜色和臭气等。
将海水先贮存在贮液罐11中，用泵12经移送配管导入第1磁处理反应器14中。在该第1磁处理反应器14中，首先在磁处理部21将1000-10000高斯的磁力作用于海水。然后，该海水被供给至臭氧注入混合部22的混合用筒状体31内。在这里，借助臭氧注入管32的喷射泵效应，由第1臭氧发生器13产生的臭氧被注入(吸入)。
在第1磁处理反应器14中，由于磁的作用、臭氧的氧化作用以及叶片33和突起物34的搅拌混合作用，海水中含有的被氧化物如铁、锰等无机氧化物成胶体物质析出，此外，死灭的水栖动植物成悬浮物质。这些胶体物质和悬浮物质(以下简称悬浮物质等)由于磁作用而凝集，成数微米至数十微米左右的大小。
上述通过磁力作用而产生凝集被认为是由于劳伦兹力作用于溶解在水中的带电粒子，产生磁流体力学效果，从而促进了带电粒子间的结晶化和凝集。
即，一般而言，胶体粒子在水中时，其粒子表面带负电，借助相互的斥力而保持稳定的分散状态，但当往磁场中通入水时，离子分极并产生电场，粒子间由于粒子表面电荷的中和作用而产生引力(范德华引力)，粒子之间的接近变得容易，出现凝集。
并且，在第1磁处理反应器14中经过氧化和凝集的海水被导入第1过滤器15中，在这里，凝集成数微米至数十微米的悬浮物质等而被除去。
如上所述除去悬浮物质等是为了提高在下一工序中的臭氧的使用效率。即，为了防止水中存在悬浮物质等时，这些悬浮物质消耗臭氧，使臭氧不能有效地用于水中有机物等的氧化。
这里，详细说明在第1磁处理反应器14的臭氧注入混合部22的作用。
一般而言，是否有效地使臭氧接触被处理水在臭氧的有效利用上具有重要意义。尤其是当反应成分的浓度稀薄时，由于成为决定扩散速度的因素，因此需要进行强有力的搅拌混合，而该强有力的搅拌混合由臭氧注入混合部2进行。
即，经磁处理的被处理水被设在混合用筒状体31内的隔板42左右分隔和整流，由于在隔板42后方处的叶板41A、41B给予的强大扭转力和加速力而成为螺旋流。
借助该螺旋流，在混合用筒状体31内形成同心圆结构的多层形旋排放，并由于流路的横截面积与变流部的最小开口横截面积的面积比，在水流的轴心处形成圆筒状的低压部a，由此，臭氧自然地被前端部插入配置在轴心b的臭氧注入管32吸引。
该被吸引的臭氧从负压部分脱离，与多层形旋排放合流。在该多层形旋排放中，由于水流的构成物质的密度、粘性等的不同而产生相对速度，形成紊流旋涡，并通过该作用而强有力地进行被处理水的一次混合。
然后，该多层形旋排放流入设有突起物34的搅拌混合部，在圆柱部51，水流成被切割状态，且在菌形部52，水流在混合用筒状体31的半径方向被分割。
此外，在大于由叶片41A、41B产生的水流的扭转间距P(例如1.5P)的范围内成锯齿状地配置该突起物34，从而更有效地进行由上述分割产生的搅拌混合。
若具体说明，则当被处理水与菌形部52冲突时，在该冲突了的正面发生涡空，在其背面侧形成负压的后流，且在菌形部52的半球形顶部发生境界层的剥离。
由此，变成充满大量紊流旋涡的状态，水流的构成物作为微粒子互相进入对方中间，重质量物向外侧，轻质量物向内侧，发生激烈冲突，以穿过各流层。
在与突起物34的圆柱部51冲突的水流中，产生约0.5-3微米的超细微气泡，含该超细微气泡的旋排放再与下一个突起物34冲突，水流中的气泡密度增加。此外，该旋排放也会产生超声波(例如40kHz以上)。
由于上述激烈的分割冲突作用，在由叶片33产生的一次高速反应之后，进行由突起物34产生的二次高速反应。
由第1过滤器15排出的被处理水再被导入第2磁处理反应器17中，在这里再被由第2臭氧发生器16注入的臭氧混合和氧化。当然，此时被处理水也受到磁作用。并且，在第2磁处理反应器17中进行与第1磁处理反应器14同样的搅拌混合作用。
在第1磁处理反应器14中未反应完全的物质，主要为有机物，尤其是难分解有机物质(COD物质)，在第2磁处理反应器17中被臭氧氧化。在这里，大部分的有机物质受到氧化作用，但也存在难分解有机物质(高分子物质)仅产生化合物中的链切断等变化(小分子化)，而仍作为有机物质(COD物质)存在于水中的情况。
接着，由第2磁处理反应器17排出的被处理水被导入充填了作为催化剂的粒状活性炭的反应槽18中，在水中剩余的臭氧进行分解的同时，难分解有机物质被臭氧氧化，形成的小分子化的有机物质被活性炭和高浓度溶解氧(DO)氧化并分解。
由于臭氧注入第1磁处理反应器14和第2磁处理反应器17，水中的氧浓度达到饱和，在采用PSA法(压力摆动吸附法)的臭氧发生器中，溶解氧可达到例如50-60PPM左右。
按上述方法除去了微生物、细菌、有机物质和溶解性无机物质等的经净化的处理水被贮存在处理水槽20中，然后，供给至图1所示的反渗透膜组件2或图2所示的电渗析槽3中。
下面说明本发明的饮料水和盐的制造方法的实施例。图9-12分别表示比较例1-4的制造方法，图13-14分别表示实施例1-2的制造方法。
下面说明在这些比较例和实施例中的物流平衡的计算例。在比较例1-3和实施例1-2中，设定为每日制造100顿饮料水。首先说明下面的物流平衡计算的前提条件。
原海水的TDS(总盐浓度)设定为350000mg/L，比重为1.03。因此，原海水的盐浓度为3.5/1.03≌3.4〔wt％(重量％)〕。此外，原海水的温度设定为25℃。饮料水的TDS设为500mg/L以下，为计算方便，设为0。
反渗透膜组件2的回收率设定为35％。反渗透膜组件2的运转压力如下所述。
运转压力＝渗透压＋机械性输出功率(透过压)
原海水的渗透压在TDS＝1000mg/L时设为0.7kg/cm2，在海水温度25℃、回收率35％时的反渗透膜组件2的运转压力设为56kg/cm2。此外，反渗透膜组件2的透过压设定为20kg/cm2。
电渗析槽3的浓缩水的TDS设定为17.7wt％，脱盐水的TDS设定为2.74wt％。此外，为防止石膏的析出，在实施例1-2中的排放水量设为原海水量的1/3。还有，为在蒸发器4中得到1吨蒸发水而所必需的蒸汽量设为1.25吨。
图9的比较例1是使用反渗透膜的一般的海水淡水化方法，为饮料水的基本制造工艺。如图9所示，海水被供给至预处理槽1，经预处理槽预处理的海水被导入反渗透膜组件2的供给水入口。由反渗透膜组件2的透过水出口得到饮料水，由浓缩水出口得到浓盐水。
由于根据上述方法，反渗透膜组件2的回收率为35％，饮料水量为100吨/日，海水中的盐浓度为3.4wt％，因此，海水取水量、浓盐水量和浓盐水浓度如下所述。
海水取水量＝100/0.35＝285.7≌286〔吨/日〕
浓盐水量＝285.7-100＝185.7≌186〔吨/日〕
浓盐水浓度＝(285.7×0.034/185.7)×100＝5.23≌5.2〔wt％〕
因此，排放水量约为186吨/日，排放水盐浓度约为5.2wt％。
图10的比较例2系使用反渗透膜制造饮料水并同时加热蒸发浓盐水，制造固态盐。此时，排放水量为0。如图10所示，海水被供给至预处理槽1，经预处理槽预处理的海水被供给至反渗透膜组件2的供给水入口。由反渗透膜组件2的浓缩水出口排出的浓缩盐水被供给至蒸发器4，由反渗透膜组件2的透过水出口排出的透过水和由蒸发器4得到的蒸发水作为饮料水供给。
由于饮料水量为每日100吨，海水中的盐浓度为3.4wt％，因此，若设固态盐量为x，则下式成立。
x/(100＋x)＝0.034
由上式，x＝3.51≌3.5〔吨/日〕。由此，海水取水量如下所述。
海水取水量＝100＋3.51＝103.51≌104〔吨/日〕
此外，由于反渗透膜组件2的回收率为35％，由此，反渗透膜组件2的透过水量和浓缩水量如下所述。
透过水量＝103.5×0.35＝36.2〔吨/日〕
浓缩水量＝103.5－36.2＝67.3〔吨/日〕
还有，由于为得到1吨的蒸发水所必需的蒸汽量为1.25吨，因此，蒸发用蒸汽量为63.8×1.25＝79.75≌80〔吨/日〕。
图11的比较例3是使用电渗析(ED)法的饮料水制造方法，图12的比较例4是使用电渗析(ED)法的固态盐制造方法。
如图11-12所示，海水被供给至预处理槽1，经预处理槽预处理的海水被导入电渗析槽3的供给水入口。由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水被供给至蒸发器4，由蒸发器4得到蒸发水和固态盐。由蒸发器4得到蒸发水成为饮料水。脱盐海水由电渗析槽3的脱盐水出口排出。
在图11的比较例3中，设为每日制造100吨饮料水。由于电渗析槽3的浓缩水的TDS为17.7wt％，因此，若设固态盐量为x，则下式成立。
x/(100＋x)＝0.177
从而，x＝21.5〔吨/日〕
由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水量为100＋21.5＝121.5〔吨/日〕。此外，由于海水中的盐浓度为3.4wt％，电渗析槽3的脱盐水的TDS为2.74wt％，因此，若设海水取水量为y，则根据盐平衡，下式成立。
0.034y＝21.5＋(y－121.5)×0.0274
由此，海水取水量y＝18.17/0.0066＝2753〔吨/日〕。此外，排放水量(脱盐海水量)为y－121.5＝2613.5≌2614〔吨/日〕。还有，蒸发用蒸汽量为100×1.25＝125〔吨/日〕。
在图12的比较例14中，制造与比较例2同量(3.51吨/日)的固态盐。由于电渗析槽3的浓缩水的TDS为17.7wt％，因此，若设饮料水量为x，则下式成立。
3.51/(x＋3.51)＝0.177
从而，x＝2.889/0.177＝16.3≌16〔吨/日〕。
由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水量为16.3＋3.51＝19.81〔吨/日〕。此外，由于海水中的盐浓度为3.4wt％，电渗析槽3的脱盐水的TDS为2.74wt％，因此，若设海水取水量为y，则根据盐平衡，下式成立。
0.034y＝3.51＋(y－19.81)×0.0274
从而，y＝449.5≌450〔吨/日〕。此外，排放水量(脱盐海水量)为449.5－19.81＝429.7≌430〔吨/日〕。还有，蒸发用蒸汽量为16.3×1.25＝20.4≌20〔吨/日〕。
图13的实施例1为使用图1的制造装置的饮料水和盐的制造方法，在前一工序设有反渗透膜组件2，在后一工序设有电渗析槽3。
由于饮料水量为每日100吨，反渗透膜组件2的回收率为35％，电渗析槽3的浓缩水的TDS为17.7wt％，因此，若设海水取水量为x，由电渗析槽3的脱盐水出口返回反渗透膜组件2的供给水入口的脱盐水量为y，由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水量为z，则根据饮料水平衡，下式成立。
(x+y)×0.35＋0.823z＝100    …(1)
此外，由于排放水量为海水取水量的1/3，因此，根据总物流平衡，下式成立。
x＝100＋(1/3)x＋0.177z    …(2)
还有，由于海水中的盐浓度为3.4wt％，电渗析槽3的脱盐水的TDS为2.74wt％，因此，根据盐平衡，下式成立。
0.034x＝0.177z＋(1/3)x×0.0274  …(3)
解上式(1)、(2)和(3)，则结果如下。
x＝154〔吨/日〕
y＝99.1〔吨/日〕
z＝13.9〔吨/日〕
由此，由于排放水量为(1/3)x≌51〔吨/日〕，电渗析槽3的脱盐水的TDS为2.74wt％，因此，排放水盐浓度约为2.7wt％。此外，固态盐量为0.177z≌2.4〔吨/日〕。还有，蒸发水量为0.823z≌11.4〔吨/日〕，蒸发用蒸汽量为11.4×1.25≌14〔吨/日〕。
图14的实施例2是使用图2的制造装置制造饮料水和盐的方法，在前一工序中设有电渗析槽3，在后一工序中设有反渗透膜组件2。
由于饮料水量为每日100吨，排放水量为海水取水量的1/3，电渗析槽3的浓缩水的TDS为17.7wt％，因此，若设海水取水量为x，由电渗析槽3的脱盐水出口供给至反渗透膜组件2的供给水入口的脱盐水量为y，由电渗析槽3的浓缩水出口排出的浓缩盐水量为z，则根据总物料平衡，下式成立。
x＝0.177z＋(1/3)x    …(4)
此外，由于反渗透膜组件2的回收率为35％，因此，根据饮料水平衡，下式成立。
0.35y＋0.823z＝100    …(5)
还有，由于海水中的盐浓度为3.4wt％，因此，根据盐平衡，下式成立。
0.034x＝0.177z＋(2/3)x×(1/0.65)    …(6)
解上式(4)、(5)和(6)的联立方程式，则结果如下。
x＝305.6≌306〔吨/日〕
y＝261.3≌261〔吨/日〕
z＝10.36≌10.4〔吨/日〕
由此，排放水量为(1/3)x＝101.0≌102〔吨/日〕。由反渗透膜组件2的浓缩水出口排出的浓缩盐水量为0.65y＝169.8〔吨/日〕，返回电渗析槽3的浓缩盐水量为169.8－101.9＝67.9〔吨/日〕。此外，由于电渗析槽3的脱盐水的TDS为2.74wt％，因此，排放水盐浓度为0.027y/169.8×100≌4.2〔wt％〕。
固态盐量为0.177z≌1.8〔吨/日〕。还有，蒸发水量为0.823z≌8.53〔吨/日〕，蒸发用蒸汽量为8.53×1.25≌11〔吨/日〕。
上述计算结果见表1。
                                                   表1
 比较例1  比较例2  比较例3  比较例4   实施例1   实施例2
        工艺方法    仅RO   RO+蒸发  ED+蒸发  ED+蒸发  RO+ED+蒸发  ED+RO+蒸发
      饮料水量(吨/日)    100    100    100     16     100     100
     固态盐量(吨/日)     0    3.5    21.5    3.5     2.4     1.8
    海水取水量(吨/日)    286    104    2735    450     154     306
      排放水量(吨/日)    186     0    2614    430      51     102
   排放水盐浓度(吨/日)    5.2     -     2.7    2.7     2.7     4.2
    蒸发用蒸汽量(吨/日)     0     80     125     20      14     11
 RO   供给水量(吨/日)    286    104      -      -     253     261
  供给盐浓度(吨/日)    3.4    3.4      -      -     3.1     2.7
 ED   供给水量(吨/日)     -     -    2753     450     165     374
  供给盐浓度(吨/日)     -     -     3.4     3.4     4.8     3.5
在比较例1中，排放水量较大，为186吨/日，且排放水盐浓度最高，为5.2wt％。在比较例2中，排放水量为0，固态盐量虽较大，为3.5吨/日，但蒸发用蒸汽量增加，为80吨/日。因此，固态盐的成本增加，需要大规模的锅炉设备。
在比较例3中，固态盐量虽最大，为21.5吨/日，但海水取水量非常大，为2735吨/日，且排放水量也非常大，为2614吨/日，再有，蒸发用蒸汽量增至最大，为125吨/日。在比较例4中，固态盐量较大，为3.5吨/日，蒸发用蒸汽量虽减小，为20吨/日，但饮料水量较小，为16吨/日，海水取水量较大，为450吨/日，排放水量也增加，为430吨/日。因此，固态盐的成本虽下降，但饮料水的成本增加。
在实施例1中，每日可得到100吨饮料水和2.4吨固态盐，海水取水量减少，为154吨/日。此外，排放水量最小，为51吨/日，排放水盐浓度较低，为2.7wt％，蒸发用蒸汽量减少很多，为14吨/日。因此，可低成本地得到固态盐和饮料水。
在实施例2中，每日可得到100吨饮料水和1.8吨固态盐，但海水取水量略有增加，为306吨/日。排放水量较小，为102吨/日，排放水盐浓度虽略有增加，为4.2吨/日，但蒸发用蒸汽量减至最小，为11吨/日。
接着，试算比较例2、实施例1和实施例2中固态盐的制造能耗成本。电的单价为15日元/kWh，蒸汽的单价为4000日元/kWh。
在比较例2的情况下，将浓缩盐水(盐浓度5.2wt％)蒸发固化，每日得到3.5吨固态盐。此时，由于必需的蒸发用蒸汽量为80吨/日，蒸汽单耗(蒸汽量/吨固态盐)为(80/3.5)＝22.8。由此，固态盐的制造能耗成本为22.8×4000＝91200〔日元/吨〕。
另在实施例1和2的情况下，将通过电渗析槽3浓缩至盐浓度为17.7wt％的浓缩盐水蒸发固化。电渗析所需的电力为194kWh/吨固态盐，每吨固态盐的蒸汽单耗为5.8。由此，固态盐的制造能耗成本为194×15+5.8×4000＝26110〔日元/吨〕。
上述结果表明，在实施例1和2中，固态盐的制造能耗成本为比较例2的三分之一以下。
下面比较实施例1和2中反渗透膜的高压泵的功力。高压泵运转所必需的轴功力Ps〔kW〕由下式表示。
Ps＝0.27×10-2×γQH/η    …(7)
此处，γ表示流体密度〔吨/m3〕，Q表示流量〔m3/日〕，H表示压力〔kg/cm3〕。
在实施例1中，Q＝253〔m3/日〕，盐浓度＝3.14〔wt％〕，H＝32300×(1/0.65)×0.7+20＝54.8〔kg/cm2〕，在实施例2中，Q＝261〔m3/日〕，盐浓度＝2.74〔wt％〕，H＝280000×(1/0.65)×0.7+20＝51.2〔kg/cm2〕。
由此，根据上式(7)，在实施例1中的泵轴功力Ps1和在实施例2中的泵轴功力Ps2之比如下式所示。
Ps1/Ps2＝(253×54.8)/(261×51.2)≌1.05
如上所述，反渗透膜的高压泵的轴功力在实施例1和2中基本相等。
根据上述结果，在实施例1和2中，将反渗透膜组件2和电渗析槽3组合，可提高海水的利用率，减少排放水量，且可降低排放水中的盐浓度。尤其是在实施例1中，海水取水量和排放水量非常少，海水的利用率也最高。例如，若以仅使用反渗透膜组件2的比较例1的海水取水量为100，则在实施例1中，海水取水量为50-60。由此，预处理设备的建设费变得便宜，运转成本也减少约40％。此外，由于在实施例1中排放水盐浓度也最小，因此，无需担心对藻类、鱼苗和贝苗等鱼类的不良影响。
再有，由于在预处理槽1中通过磁作用和注入臭氧进行不使用药品的凝集过滤预处理，因此，无需担心药物毒性，可在生产含海水中的矿物质的特殊盐的同时制造饮料水。

Claims (21)

1.饮料水和盐的制造方法，包括使用反渗透膜和电渗析法处理盐水，联产饮料水和盐的工序。
2.如权利要求1所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，还包括使用臭氧对盐水进行预处理的工序。
3.如权利要求2所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述预处理包括在使磁力作用于盐水的同时注入臭氧。
4.如权利要求3所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述预处理还包括将通过所述磁作用和臭氧注入而得到的凝集物质滤去。
5.如权利要求1所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述联产饮料水和盐的工序包括在所述电渗析法中使用可阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜。
6.饮料水和盐的制造方法，包括
使用反渗透膜将盐水分离成透过水和浓缩盐水的工序、
使用电渗析法将所述浓缩盐水分离成浓缩盐水和脱盐水的工序、
将所述浓缩盐水的水分蒸发并使盐干固的工序、以及
将所述透过水和蒸发水作为饮料水供给的工序。
7.如权利要求6所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，还包括将由所述电渗析法得到的脱盐水的一部分或全部返回至所述反渗透膜的工序。
8.如权利要求6所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，还包括在将盐水用臭氧预处理后供给至所述反渗透膜的工序。
9.如权利要求8所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述预处理包括在使磁力作用于盐水的同时注入臭氧。
10.如权利要求9所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述预处理还包括将通过所述磁作用和臭氧注入而得到的凝集物质滤去。
11.如权利要求6所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述分离盐水的工序包括在所述电渗析法中使用可阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜。
12.如权利要求6所述的饮料水和盐的制造方法，其特征在于，所述盐含有盐水中的矿物质。
13.饮料水和盐的制造装置，
具有电渗析槽和反渗透膜组件，
可通过组合所述反渗透膜组件和电渗析槽对盐水进行处理来联产盐和饮料水。
14.如权利要求13所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，还具有使用臭氧对盐水预处理的预处理装置。
15.饮料水和盐的制造装置，
具有将盐水分离成透过水和浓缩盐水的反渗透膜组件、
将由所述反渗透膜组件得到的所述浓缩盐水分离成浓缩盐水和脱盐水的电渗析槽、
将由所述电渗析槽得到的所述浓缩盐水的水分蒸发并使盐干固的蒸发器，
并将由所述反渗透膜组件得到的所述透过水和由所述蒸发器得到的蒸发水作为饮料水供给。
16.如权利要求15所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，还具有将由所述电渗析槽得到的脱盐水的一部分或全部返回至所述反渗透膜组件的管路。
17.如权利要求15所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，还具有使用臭氧对盐水进行预处理并将预处理过的盐水供给至所述反渗透膜组件的预处理装置。
18.如权利要求17所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，所述预处理装置包括
臭氧发生器、
由导入盐水并进行一定的磁作用的磁处理部和将由所述臭氧发生器产生的臭氧注入来自所述磁处理部的盐水并进行混合的臭氧注入混合部组成的磁处理反应器
和将由所述磁处理反应器得到的盐水内的凝集物质除去的过滤器。
19.如权利要求15所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，所述电渗析槽包含可阻止一定的二价阴离子透过的具有选择透过性的离子交换膜。
20.如权利要求15所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，所述盐含有盐水中的矿物质。
21.如权利要求17所述的饮料水和盐的制造装置，其特征在于，所述预处理装置包括
第1和第2臭氧发生器、
由导入盐水并进行一定的磁作用的磁处理部和将由所述第1臭氧发生器产生的臭氧注入来自所述磁处理部的盐水并进行搅拌的臭氧注入混合部组成的第1磁处理反应器、
将由所述第1磁处理反应器得到的盐水内的凝集物质除去的第1过滤器、
由导入由所述第1过滤器排出的盐水并进行一定的磁作用的磁处理部和将由所述第2臭氧发生器产生的臭氧注入来自所述磁处理部的盐水并进行混合的臭氧注入混合部组成的第2磁处理反应器、
导入由所述第2磁处理反应器排出的盐水并用由活性炭组成的催化剂层进行氧化和分解的反应槽、以及
将由所述反应槽得到的盐水内的凝集物质除去的第2过滤器。
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