JP2000167358A - 膜分離システムおよび膜分離方法 - Google Patents

膜分離システムおよび膜分離方法

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JP2000167358A
JP2000167358A JP10349148A JP34914898A JP2000167358A JP 2000167358 A JP2000167358 A JP 2000167358A JP 10349148 A JP10349148 A JP 10349148A JP 34914898 A JP34914898 A JP 34914898A JP 2000167358 A JP2000167358 A JP 2000167358A
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separation
osmosis membrane
membrane
membrane module
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JP10349148A
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Tetsuro Adachi
哲朗 安達
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Original Assignee
Nitto Denko Corp
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107—Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで効率よく高濃度溶液を逆浸透分離
することが可能な膜分離システムおよび膜分離方法を提
供することである。 【解決手段】 膜分離システムにより海水淡水化を行う
場合、膜分離装置１０１により懸濁物質が除去された供
給海水は、さらにスケール防止剤添加装置５０によりス
ケール防止剤が添加された後、高圧ポンプ１０２により
加圧されて逆浸透膜モジュール１００に供給される。逆
浸透膜モジュール１００は３本のスパイラル型分離膜エ
レメントを装填してなり、各スパイラル型分離膜エレメ
ントにおける透過流束が等しくなるように透過水側流路
の圧力損失が設定されている。逆浸透膜モジュール１０
０により分離された淡水は透過水として外部へ取り出さ
れる。一方、濃縮水は濃縮水配管３４を通り排出される
が、濃縮水の残圧エネルギーは残圧エネルギー回収装置
１０３により回収され、高圧ポンプ１０２の駆動に再利
用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高濃度溶液を逆浸
透分離する膜分離システムおよび膜分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】純水や用水の造水プロセス、食品や薬品
等の製造プロセス、生活排水や産業排水処理プロセス等
において、原水から固形物質や溶解性物質を分離するの
に分離膜モジュールが多く使用されている。分離膜モジ
ュールは、圧力容器および分離膜エレメントからなり、
圧力容器内に分離膜エレメントが装填されてなる。膜分
離の処理容量を大きくするためには、圧力容器内に複数
の分離膜エレメントが装填される。
【０００３】近年では、逆浸透膜を有する分離膜エレメ
ントを装填した逆浸透膜モジュールが海水淡水化に使用
されている。図１２は、海水淡水化装置に用いられる従
来の逆浸透膜モジュールの一例を示す一部切欠き斜視図
である。
【０００４】図１２において、圧力容器２内に逆浸透膜
を有する３本の分離膜エレメント１ａ〜１ｃが装填さ
れ、集水管７の端部同士がコネクタ１２で直列に連結さ
れている。これらの分離膜エレメント１ａ〜１ｃはスパ
イラル型分離膜エレメントであり、図１２の逆浸透膜モ
ジュールはスパイラル型分離膜モジュールである。
【０００５】図１２に示すように、原水９として海水が
原水入口２０から圧力容器２内に供給され、分離膜エレ
メント１ａの一方の端面から分離膜エレメント１ａ内に
流入し、原水流路を通って他方の端面から流出する。分
離膜エレメント１ａから流出した海水は、同様にして分
離膜エレメント１ｂを通過し、さらに分離膜エレメント
１ｃを通過した後、濃縮水１１として濃縮水出口２２か
ら排出される。この過程で、３つの分離膜エレメント１
ａ〜１ｃの分離膜を透過した淡水は、集水管７を通り、
透過水出口２１から透過水１０として取り出される。こ
のように、海水（原水９）が一方向から流入されるの
で、各分離膜エレメント１ａ〜１ｃでは運転条件が異な
る。
【０００６】逆侵透膜モジュールによる海水淡水化にお
いて、分離膜エレメントの操作圧力Ｐ0 は次の関係式
（１）で表すことができる。
【０００７】 Ｐ0 ＝Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋Ｐ3 ＋Ｐ4 ・・・（１） ここで、Ｐ1 は原水流路側の圧力損失、Ｐ2 は原水の浸
透圧、Ｐ3 は逆浸透膜の透過に伴う圧力損失、Ｐ4 は透
過水側流路の圧力損失を示す。なお、海水淡水化の場
合、原水に相当するのが海水で、透過水に相当するのが
淡水である。
【０００８】この逆浸透膜モジュールでは、圧力容器２
内の原水入口２０側の分離膜エレメント１ａから濃縮水
出口２２側の分離膜エレメントの１ｃに向かって海水の
濃縮および淡水の生成が進む。海水の浸透圧は海水濃度
が低いほど小さくなり、分離膜エレメント１ａの方が分
離膜エレメント１ｃよりも浸透圧が低くなる。このた
め、分離膜エレメント１ａでの原水の浸透圧Ｐ2 の値
は、分離膜エレメント１ｃでの原水の浸透圧Ｐ2 の値よ
りも小さくなる。
【０００９】このように、圧力容器２内の分離膜エレメ
ント１ａ〜１ｃの位置により、原水の浸透圧Ｐ2 の値に
大きな差がでる。各分離膜エレメント１ａ〜１ｃにおい
て、操作圧力Ｐ0 の値はほぼ等しいため、透過水側流路
の圧力損失Ｐ4 の値が一定である場合、原水の浸透圧Ｐ
2 が変化すると、分離膜の透過に伴う圧力損失Ｐ3 が変
化することにより圧力バランスが保たれる。その結果、
分離膜エレメント１ａでは分離膜エレメント１ｃに比べ
て数倍も透過水量が多くなる。このため、分離膜エレメ
ント１ａではファウリング（膜面汚れ）が生じやすく、
また、分離膜への負担も大きくなるので分離膜エレメン
トの寿命低下を引き起こす。このような分離膜エレメン
ト１ａおけるファウリングを防止するため、従来は操作
圧力を６０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度とし、海水から回収率４
０％で淡水を生成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】海水淡水化を低コスト
で行うためには、海水からの淡水の回収率を高めるとと
もに、海水淡水化装置の所要動力を低減する必要があ
る。一方、従来の回収率よりも高い回収率で海水から淡
水を生成する場合、海水中の塩が高濃度に濃縮されるた
め、生成した淡水の塩濃度も必然的に高くなり、生成し
た淡水が目標水質基準を達成できないおそれがある。ま
た、淡水の回収率がある値以上になると、海水中の炭酸
カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム等の
塩、いわゆるスケール成分の濃度が溶解度以上になり、
これらのスケール成分が分離膜エレメントの膜面に析出
して膜の目詰まりが生じる。それにより、膜が汚染さ
れ、逆浸透膜モジュールから生成される淡水の量が大幅
に減少する。さらに、供給される海水中に含まれる懸濁
物質も高濃度に濃縮されるため、濃縮水中の高濃度の懸
濁物質により、分離膜エレメントの原水側流路の閉塞や
膜汚染が生じるおそれがある。
【００１１】本発明の目的は、低コストで効率よく高濃
度溶液を逆浸透膜分離することが可能な膜分離システム
および膜分離方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る膜分離システムは、圧力容器内に逆浸透膜を
備えた複数の分離膜エレメントが装填され、複数の分離
膜エレメントの透過水側流路が直列に連結され、圧力容
器の一端部に原水入口が設けられ、圧力容器の他端部に
濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、逆
侵透膜モジュールの各々の分離膜エレメントにおける透
過流束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力
損失が設定されるとともに、各々の分離膜エレメントが
操作圧力９０ｋｇｆ／ｃｍ 2 において濃度５．８％の塩
化ナトリウム水溶液の除去率が９９．７％以上でありか
つ透過水量が１６ｍ3 ／日以上となる性能を有するもの
である。
【００１３】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
を設定することにより、各分離膜エレメントにおける分
離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負
担を均一にすることが可能となる。その結果、１本の圧
力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に
関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を
図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転
が可能となる。それにより、高回収率で透過水が生成さ
れるとともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００１４】逆浸透膜モジュールを高圧で運転した場
合、濃縮水出口側の分離膜エレメントでは、高濃度に濃
縮された原水から透過水を生成するため、生成した透過
水の塩濃度が高くなりやすい。
【００１５】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールにおいては、高性能を有する分離膜エレメント
を使用するため、高濃度の塩を膜分離により除去するこ
とが可能である。したがって、生成する透過水の塩濃度
を低く抑えることができる。
【００１６】第２の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールを備え、逆浸透膜モジュールの各々の分離膜エ
レメントにおける透過流束が所定の大きさになるように
透過水側流路の圧力損失が設定され、原水に固液分離に
よる前処理を行って前処理された原水を逆浸透膜モジュ
ールに供給する膜分離装置をさらに備えたものである。
【００１７】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、分離膜エレメントにおける透過流束
が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失を
設定することにより、各分離膜エレメントにおける分離
膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負担
を均一にすることが可能となる。その結果、１本の圧力
容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に関
係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を図
ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転が
可能となる。それにより、高回収率で透過水が生成され
るとともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００１８】さらに、本発明に係る膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュールに供給される原水が予め膜
分離装置において固液分離により前処理され、原水中の
懸濁物質が除去されているため、逆浸透膜モジュールに
おいて原水が高濃度に濃縮されても、原水中の懸濁物質
による分離膜エレメントの透過水側流路の閉塞や膜汚染
が生じない。
【００１９】第３の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールを備え、逆浸透膜モジュールの各々の分離膜エ
レメントにおける透過流束が所定の大きさになるように
透過水側流路の圧力損失が設定され、逆浸透膜モジュー
ルに供給される原水にスケール防止剤を添加するスケー
ル防止剤添加手段をさらに備えたものである。
【００２０】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
を設定することにより、各分離膜エレメントにおける分
離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負
担を均一にすることが可能となる。その結果、１本の圧
力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に
関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を
図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転
が可能となる。それにより、高回収率で透過水が生成さ
れるとともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００２１】さらに、本発明に係る膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュールに供給される原水に、予め
スケール防止添加手段によりスケール防止剤が添加され
ているため、逆浸透膜モジュールにおいて原水が高濃度
に濃縮されても、原水中のスケール成分が析出すること
がない。
【００２２】第４の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールを備え、逆浸透膜モジュールの各々の分離膜エ
レメントにおける透過流束が所定の大きさになるように
透過水側流路の圧力損失が設定され、逆浸透膜モジュー
ルの濃縮水の残圧エネルギーを回収する残圧エネルギー
回収装置をさらに備えたものである。
【００２３】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側の圧力損失を設
定することにより、各分離膜エレメントにおける分離膜
の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負担を
均一にすることが可能となる。その結果、１本の圧力容
器内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に関係
なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を図る
ことができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転が可
能となる。それにより、高回収率で透過水が生成される
とともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００２４】さらに、本発明に係る膜分離システムにお
いては、高い残圧を有する逆浸透膜モジュールの濃縮水
の残圧エネルギーが、残圧エネルギー回収装置により回
収されるため、エネルギー損失が少なく、省エネルギー
化が図られる。
【００２５】また、逆浸透膜モジュールの原水入口側に
高圧ポンプを備え、残圧エネルギー回収装置が高圧ポン
プに連結されたタービン、またはターボチャージャであ
ってもよい。
【００２６】この場合、回収した濃縮水の残圧エネルギ
ーを高圧ポンプの駆動に利用することが可能となる。こ
のように、濃縮水の残圧エネルギーを膜分離システムに
おいて再使用することにより、膜分離システムの所要動
力が低減される。
【００２７】第５の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールが複数段直列に配列され、各段の逆浸透膜モジ
ュールにおいて各々の分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
が設定され、前段の逆侵透膜モジュールの濃縮水出口か
ら導出される濃縮水が次段の逆浸透膜モジュールの原水
入口に供給されるものである。
【００２８】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
を設定することにより、各分離膜エレメントにおける分
離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負
担を均一にすることが可能となる。その結果、１本の圧
力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に
関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を
図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転
が可能となる。それにより、高回収率で透過水が生成さ
れるとともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００２９】さらに、本発明に係る膜分離システムにお
いては、前段の逆浸透膜モジュールの濃縮水が順次昇圧
されて、次段の逆浸透膜モジュールに供給されるため、
供給する原水を一度で高圧に昇圧する場合よりも、所要
動力が低減される。
【００３０】第６の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールを備え、逆浸透膜モジュールの各々の分離膜エ
レメントにおける透過流束が所定の大きさになるように
透過水側流路の圧力損失が設定され、各々の分離膜エレ
メントが操作圧力９０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．
８％の塩化ナトリウム水溶液の除去率が９９．７％以上
でありかつ透過水量が１６ｍ3 ／日以上となる性能を有
し、原水に固液分離による前処理を行って前処理された
原水を逆侵透膜モジュールに供給する膜分離装置と、逆
浸透膜モジュールに供給される原水にスケール防止剤を
添加するスケール防止剤添加手段と、逆浸透膜モジュー
ルの濃縮水の残圧エネルギーを回収する残圧エネルギー
回収装置とをさらに備えたものである。
【００３１】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
を設定することにより、各分離膜エレメントの分離膜の
透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負担を均
一にすることが可能となる。その結果、１本の圧力容器
内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に関係な
く全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を図るこ
とができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転が可能
となる。それにより、高回収率で透過水が生成されると
ともに、高濃度の濃縮水が生成される。
【００３２】さらに、本発明に係る膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュールに供給される原水が、予め
膜分離装置において固液分離により前処理され、原水中
の懸濁物質が除去されるとともに、スケール防止剤添加
手段によりスケール防止剤が添加される。それにより、
逆浸透膜モジュールにおいて原水が高濃度に濃縮されて
も、原水中の懸濁物質による分離膜エレメントの原水側
流路の閉塞および膜汚染が生じることはなく、また、原
水中のスケール成分が析出することはない。また、逆浸
透膜モジュールの分離膜エレメントが高性能を有するた
め、高濃度に濃縮された原水中の塩を膜分離により除去
することが可能である。それにより、生成する透過水の
塩濃度を低く抑えることができる。さらに、高い残圧を
有する濃縮水の残圧エネルギーが、残圧エネルギー回収
装置により回収されるため、エネルギー損失が少なく、
省エネルギー化が図られる。
【００３３】第７の発明に係る膜分離システムは、圧力
容器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装
填され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列
に連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、
圧力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モ
ジュールが複数段直列に配列され、各段の逆侵透膜モジ
ュールにおいて各々の分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
が設定され、各々の分離膜エレメントが操作圧力９０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．８％の塩化ナトリウム水
溶液の除去率が９９．７％以上でありかつ透過水量が１
６ｍ3 ／日以上となる性能を有し、前段の逆浸透膜モジ
ュールの濃縮水出口から導出される濃縮水が次段の逆侵
透膜モジュールの原水入口に供給され、原水に固液分離
による前処理を行って前処理された原水を前段の逆侵透
膜モジュールに供給する膜分離装置と、前段の逆浸透膜
モジュールに供給される原水にスケール防止剤を添加す
るスケール防止剤添加手段と、最終段の逆侵透膜モジュ
ールの濃縮水の残圧エネルギーを回収する残圧エネルギ
ー回収装置とをさらに備えたものである。
【００３４】本発明に係る膜分離システムの逆浸透膜モ
ジュールによれば、各分離膜エレメントにおける透過流
束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失
を設定することにより、各分離膜エレメントの分離膜の
透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかかる負担を均
一にすることが可能となる。その結果、１本の圧力容器
内に装填された複数の分離膜エレメントの位置に関係な
く全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を図るこ
とができるので、逆浸透膜モジュールの高圧運転が可能
となる。それにより、高回収率で透過水が生成されると
ともに、高濃度に濃縮水が生成される。
【００３５】また、本発明に係る膜分離システムにおい
ては、逆浸透膜モジュールに供給される原水が、予め膜
分離装置において固液分離により前処理され、原水中の
懸濁物質が除去されるとともに、スケール防止剤添加手
段によりスケール防止剤が添加される。それにより、逆
浸透膜モジュールにおいて原水が高濃度の濃縮されて
も、原水中の懸濁物質による分離膜エレメントの原水側
流路の閉塞および膜汚染が生じることはなく、また、原
水中のスケール成分が析出することはない。また、逆浸
透膜モジュールの分離膜エレメントが高性能を有するた
め、高濃度に濃縮された原水中の塩を膜分離により除去
することが可能である。それにより、生成する透過水の
塩濃度を低く抑えることができる。また、高い残圧を有
する濃縮水の残圧エネルギーが、残圧エネルギー回収装
置により回収されるため、エネルギー損失が少なく、省
エネルギー化が図られる。さらに、前段の逆浸透膜モジ
ュールの濃縮水を順次昇圧して、次段の逆浸透膜モジュ
ールに供給するため、膜分離システムの所要動力が低減
される。
【００３６】第１〜第７の発明に係る膜分離システム
は、各々の逆侵透膜モジュールにおいて、各々の分離膜
エレメントにおける透過流束がほぼ等しくなるように透
過水側流路の圧力損失が設定されることが好ましい。
【００３７】この場合、各々の逆浸透膜モジュールにお
いて、各分離膜エレメントにおける透過流束が等しくな
るため、各分離膜エレメントの分離膜にかかる負担が均
一となる。
【００３８】また、複数の分離膜エレメントの透過水側
流路は、直列に連結された複数の有孔中空管からなり、
複数の有孔中空管の一部または全部にオリフィスまたは
絞り管が装着され、複数の有孔中空管のオリフィスまた
は絞り管により、透過水側流路の圧力損失が設定されて
もよい。
【００３９】この場合、オリフィスまたは絞り管の内径
を変えることにより、容易に透過水側流路の圧力損失を
設定することができる。その結果、各分離膜エレメント
における透過流束を容易に設定することができる。
【００４０】また、複数の分離膜エレメントの透過水側
流路は、直列に連結された複数の有孔中空管からなり、
複数の有孔中空管の内径を調整することにより、透過水
側流路の圧力損失が設定されてもよい。
【００４１】この場合、有孔中空管の内径を変えること
により、容易に透過水側流路の圧力損失を設定すること
ができる。その結果、各分離膜エレメントにおける透過
流束を容易に設定することができる。
【００４２】また、複数の分離膜エレメントの透過水側
流路は、コネクタで連結された複数の有孔中空管からな
り、コネクタにより、透過水側流路の圧力損失が設定さ
れてもよい。
【００４３】この場合、コネクタの内径を変えることに
より、容易に透過水側流路の圧力損失を設定することが
できる。その結果、各分離膜エレメントにおける透過流
束を容易に設定することができる。
【００４４】第８の発明に係る膜分離方法は、圧力容器
内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装填さ
れ、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列に連
結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、圧力
容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュ
ールを用いた逆浸透膜分離方法であって、逆浸透膜モジ
ュールの各々の分離膜エレメントにおける透過流束が所
定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失を設定
するとともに、各々の分離膜エレメントとして操作圧力
９０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．８％の塩化ナトリ
ウム水溶液の除去率が９９．７％以上かつ透過水量が１
６ｍ3 ／日以上である分離膜エレメントを用いるもので
ある。
【００４５】本発明に係る膜分離方法によれば、逆浸透
膜モジュールにおいて、各分離膜エレメントにおける透
過流束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力
損失を設定することにより、各分離膜エレメントにおけ
る分離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかか
る負担を均一にすることが可能となる。その結果、１本
の圧力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位
置に関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一
化を図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧
運転が可能となる。それにより、高回収率で透過水を生
成することが可能になるとともに、高濃度の濃縮水を生
成することが可能になる。
【００４６】逆浸透膜モジュールを高圧で運転する場
合、濃縮水出口側の分離膜エレメントでは、高濃度に濃
縮された原水から透過水を生成するため、生成した透過
水の塩濃度が高くなりやすい。
【００４７】本発明に係る膜分離方法においては、逆浸
透膜モジュールに高性能を有する分離膜エレメントを使
用するため、高濃度に濃縮された原水中の塩を膜分離に
より除去することが可能である。それにより、生成する
透過水の塩濃度を低く抑えることができる。
【００４８】第９の発明に係る膜分離方法は、圧力容器
内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装填さ
れ、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列に連
結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、圧力
容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュ
ールを用いた逆浸透膜分離方法であって、逆浸透膜モジ
ュールの各々の分離膜エレメントにおける透過流束が所
定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失を設定
し、膜分離装置により原水に固液分離による前処理を行
って前処理した原水を逆浸透膜モジュールに供給するも
のである。
【００４９】本発明に係る膜分離方法によれば、逆浸透
膜モジュールにおいて、各分離膜エレメントにおける透
過流束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力
損失を設定することにより、各分離膜エレメントにおけ
る分離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかか
る負担を均一にすることが可能となる。その結果、１本
の圧力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位
置に関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一
化を図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧
運転が可能となる。それにより、高回収率で透過水を生
成することが可能になるとともに、高濃度の濃縮水を生
成することが可能になる。
【００５０】さらに、本発明に係る膜分離方法において
は、予め膜分離装置により逆浸透膜モジュールに供給す
る原水を固液分離により前処理し、原水中の懸濁物質を
除去するため、逆浸透膜モジュールにおいて原水が高濃
度に濃縮されても、原水中の懸濁物質による分離膜エレ
メントの透過水側流路の閉塞や膜汚染が生じない。
【００５１】第１０の発明に係る膜分離方法は、圧力容
器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装填
され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列に
連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、圧
力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジ
ュールを用いた逆浸透膜分離方法であって、逆浸透膜モ
ジュールの各々の分離膜エレメントにおける透過流束が
所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失を設
定し、逆浸透膜モジュールに供給する原水にスケール防
止剤を添加するものである。
【００５２】本発明に係る膜分離方法によれば、逆浸透
膜モジュールにおいて、各分離膜エレメントにおける透
過流束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力
損失を設定することにより、各分離膜エレメントにおけ
る分離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかか
る負担を均一にすることが可能となる。その結果、１本
の圧力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位
置に関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一
化を図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧
運転が可能となる。それにより、高回収率で透過水を生
成することが可能になるとともに、高濃度の濃縮水を生
成することが可能になる。
【００５３】さらに、本発明に係る膜分離方法において
は、予めスケール防止剤を添加した原水を逆浸透膜モジ
ュールに供給するため、逆浸透膜モジュールにおいて原
水が高濃度に濃縮されても、原水中のスケール成分が析
出することがない。
【００５４】第１１の発明に係る膜分離方法は、圧力容
器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装填
され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列に
連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、圧
力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジ
ュールを用いた逆浸透膜分離方法であって、逆浸透膜モ
ジュールの各々の分離膜エレメントにおける透過流束が
所定の大きさになるように透過水側流路の圧力損失を設
定し、逆浸透膜モジュールの濃縮水の残圧エネルギーを
回収するものである。
【００５５】本発明に係る膜分離方法によれば、逆浸透
膜モジュールにおいて、各分離膜エレメントにおける透
過流束が所定の大きさになるように透過水側流路の圧力
損失を設定することにより、各分離膜エレメントにおけ
る分離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかか
る負担を均一にすることが可能となる。その結果、１本
の圧力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位
置に関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一
化を図ることができるので、逆浸透膜モジュールの高圧
運転が可能となる。それにより、高回収率で透過水を生
成することが可能になるとともに、高濃度の濃縮水を生
成することが可能になる。
【００５６】さらに、本発明に係る膜分離方法において
は、高い残圧を有する逆浸透膜モジュールの濃縮水の残
圧エネルギーを回収するため、エネルギー損失が少な
く、省エネルギー化が図られる。
【００５７】第１２の発明に係る膜分離方法は、圧力容
器内に逆浸透膜を備えた複数の分離膜エレメントが装填
され、複数の分離膜エレメントの透過水側流路が直列に
連結され、圧力容器の一端部に原水入口が設けられ、圧
力容器の他端部に濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジ
ュールを複数段直列に配列して用いた逆浸透膜分離方法
であって、各段の逆浸透膜モジュールにおいて各々の分
離膜エレメントにおける透過流束が所定の大きさになる
ように透過水側流路の圧力損失を設定し、前段の逆浸透
膜モジュールの濃縮水出口から導出される濃縮水を次段
の逆侵透膜モジュールの原水入口に供給するものであ
る。
【００５８】本発明に係る膜分離方法によれば、各段の
逆浸透膜モジュールにおいて、各分離膜エレメントにお
ける透過流束が所定の大きさになるように透過水側流路
の圧力損失を設定することにより、各分離膜エレメント
の分離膜の透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜にかか
る負担を均一にすることが可能となる。その結果、１本
の圧力容器内に装填された複数の分離膜エレメントの位
置に関係なく全ての分離膜エレメントの運転条件の均一
化を図ることができるので、各段の逆浸透膜モジュール
の高圧運転が可能となる。それにより、高回収率で透過
水を生成することが可能になるとともに、高濃度の濃縮
水を生成することが可能になる。
【００５９】さらに、本発明に係る膜分離方法において
は、前段の逆浸透膜モジュールの濃縮水を順次昇圧し
て、次段の逆浸透膜モジュールに供給するため、供給す
る原水を一度で高圧に昇圧する場合よりも、所要動力が
低減される。
【００６０】第８〜第１２の発明に係る膜分離方法にお
いては、各々の逆浸透膜モジュールにおいて、各々の分
離膜エレメントにおける透過流束がほぼ等しくなるよう
に透過水側流路の圧力損失を設定することが好ましい。
【００６１】この場合、各逆浸透膜モジュールにおい
て、各分離膜エレメントにおける透過流束が等しくなる
ため、各分離膜エレメントの分離膜にかかる負担が均一
となる。
【００６２】
【発明の実施の形態】図１（ａ）は本発明に係る膜分離
システムに使用される逆浸透膜モジュールの第１の例を
示す断面図であり、図１（ｂ）〜（ｄ）は、図１（ａ）
のそれぞれＢ−Ｂ線拡大断面図、Ｃ−Ｃ線拡大断面図お
よびＤ−Ｄ線拡大断面図である。図１（ａ）の逆浸透膜
モジュール１００は、逆浸透膜を有する３本のスパイラ
ル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃが圧力容器２内に装填
されたスパイラル型分離膜モジュールである。
【００６３】図１（ａ）の逆浸透膜モジュール１００に
おいて、圧力容器２は、筒形ケース３およびその筒形ケ
ース３の両端の開口部を閉塞する１対の端板１７および
１８により構成される。一方の端板１７には、原水入口
２０が形成され、他方の端板１８には濃縮水出口２２が
形成され、かつ端板１８の中央部に透過水出口２１が形
成されている。透過水出口２１には短管１９が取り付け
られている。圧力容器２内の隣接するスパイラル型分離
膜エレメント１ａおよび１ｂの集水管７の一端部同士が
コネクタ１２で連結され、スパイラル型分離膜エレメン
ト１ｂおよび１ｃの集水管７の一端部同士がコネクタ１
２で連結され、スパイラル型分離膜エレメント１ｃの集
水管７の他端部と短管１９とがコネクタ１２で連結され
ている。なお、コネクタ１２と集水管７、またはコネク
タ１２と短管１９とは、Ｏリング２４により液密にシー
ルされている。
【００６４】各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１
ｃの外周面と圧力容器２の内周面との間はＯリング２４
により液密にシールされている。
【００６５】スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃ
の集水管７には、それぞれオリフィス２５ａ〜２５ｃが
ねじ込まれている。図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、
原水入口２０側のスパイラル型分離膜エレメント１ａ、
中央部のスパイラル型分離膜エレメント１ｂおよび透過
水出口２１側のスパイラル型分離膜エレメント１ｃの順
にオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃの内径が大きくな
っている。
【００６６】図２は、図１（ａ）に示すスパイラル型分
離膜エレメント１ａの一部切欠き斜視図である。図３
（ａ）は、図２に示すスパイラル型分離膜エレメント１
ａの外観の正面図である。また、図３（ｂ）は、図３
（ａ）のＥ−Ｅ線拡大断面図、図３（ｃ）は、集水管７
端部の軸方向の拡大断面図である。
【００６７】図２に示すように、スパイラル型分離膜エ
レメント１ａは、透過水流路材５の両面に分離膜４を重
ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜６を形成
し、その封筒状膜６の開口部を有孔中空管からなる集水
管７に取り付け、ネット状の原水流路材８とともに集水
管７の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成
されている。
【００６８】また、図３（ａ）に示すように、スパイラ
ル型分離膜エレメント１ａの外周面はガラス繊維強化プ
ラスチックからなる外装材１５で被覆され、両端面には
パッキンホルダ１６が取り付けられている。
【００６９】図３（ｂ），（ｃ）に示すように、集水管
７の一端部にはオリフィス２５ａが装着されている。な
お、図１（ａ）のスパイラル型分離膜エレメント１ｂお
よび１ｃの構成は、オリフィスの内径を除いて、図２お
よび図３に示したスパイラル型分離膜エレメント１ａの
構成と同じである。
【００７０】図２および図３に示すように、海水が原水
９としてスパイラル型分離膜エレメント１ａの一方の端
面側から供給される。供給された海水は原水流路材８に
沿って流れ、スパイラル型分離膜エレメントの他方の端
面側から濃縮水１１として排出される。海水が原水流路
材８に沿って流れる過程で分離膜４を透過した淡水が透
過水流路材５に沿って集水管７の内部に流れ込み、集水
管７の端部から透過水１０として取り出される。
【００７１】図１（ａ）に示す逆浸透膜モジュール１０
０の運転時には、一方の端板１７の原水入口２０に供給
水配管３２が接続され、他方の端板１８の透過水出口２
１に透過水配管３３が接続され、また、濃縮水出口２２
に濃縮水配管３４が接続される。
【００７２】海水は、原水９として原水入口２０から圧
力容器２内に供給される。海水はスパイラル型分離膜エ
レメント１ａの一方の端面からスパイラル型分離膜エレ
メント１ａ内に流入し、原水流路材８に沿って流れ、他
方の端面から流出する。スパイラル型分離膜エレメント
１ａから流出した海水は、同様にしてスパイラル型分離
膜エレメント１ｂを通過し、さらにスパイラル型分離膜
エレメント１ｃを通過した後、濃縮水１１として濃縮水
出口２２から排出される。この過程で各スパイラル型分
離膜エレメント１ａ〜１ｃの分離膜４を透過した淡水
は、オリフィス２５ａ〜２５ｃがそれぞれ装着された集
水管７を通り、透過水出口２１から透過水１０として取
り出される。
【００７３】図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、スパイ
ラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの集水管７に装着さ
れるオリフィス２５ａ〜２５ｃの内径は、スパイラル型
分離膜エレメント１ａからスパイラル型分離膜エレメン
ト１ｃに向かって大きくなっている。
【００７４】図１に示す逆浸透膜モジュール１００にお
いては、各オリフィス２５ａ〜２５ｃの内径を上記のよ
うに調整することにより、各スパイラル型分離膜エレメ
ント１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるように、
集水管７の透過に伴う圧力損失を容易に設定することが
できる。
【００７５】ここで、スパイラル型分離膜エレメント１
ａにおいて、操作圧力をＰ0a、原水側流路の圧力損失を
Ｐ1a、原水の浸透圧をＰ2a、分離膜の透過に伴う圧力損
失をＰ3a、透過水側流路の圧力損失をＰ4aとし、同様に
して、スパイラル型分離膜エレメント１ｂにおける操作
圧力をＰ0b、原水側流路の圧力損失をＰ1b、原水の浸透
圧をＰ2b、分離膜の透過に伴う圧力損失をＰ3b、透過水
側流路の圧力損失をＰ 4bとする。さらに、スパイラル型
分離膜エレメント１ｃにおける操作圧力をＰ0C、原水側
流路の圧力損失をＰ1C、原水の浸透圧をＰ2C、分離膜の
透過に伴う圧力損失をＰ3c、透過水側流路の圧力損失を
Ｐ4cとすると、以下の関係式（２）〜（４）が成り立
つ。
【００７６】 Ｐ0a＝Ｐ1a＋Ｐ2a＋Ｐ3a＋Ｐ4a＋Ｐ4b＋Ｐ4C ・・・（２） Ｐ0b＝Ｐ1b＋Ｐ2b＋Ｐ3b＋Ｐ4b＋Ｐ4C ・・・（３） Ｐ0c＝Ｐ1c＋Ｐ2c＋Ｐ3c＋Ｐ4c ・・・（４） さらにここでは、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ
〜１ｃにおける操作圧力Ｐ0a〜Ｐ0cについて、
【００７７】Ｐ0a≒Ｐ0b≒Ｐ0c ・・・（５） が成り立ち、また、各スパイラル型分離膜エレメント１
ａ〜１ｃにおける原水側流路の圧力損失Ｐ1a〜Ｐ1cにつ
いて
【００７８】Ｐ1a＝Ｐ1b＝Ｐ1c ・・・（６） が成り立つとする。
【００７９】また、各スパイラル型分離膜エレメント１
ａ〜１ｃにおける原水の浸透圧Ｐ2a〜Ｐ2cについては、
Ｐ2a＜Ｐ2b＜Ｐ2cの関係が成り立つ。
【００８０】各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１
ｃに装着したオリフィス２５ａ〜２５ｃの内径をそれぞ
れ調整することにより、次の関係式（７）が成り立つよ
うに集水管７における圧力損失、すなわち透過水側流路
の圧力損失Ｐ4a〜Ｐ4Cを設定する。
【００８１】 Ｐ2a＋Ｐ4a＋Ｐ4b＋Ｐ4C＝Ｐ2b＋Ｐ4b＋Ｐ4C＝Ｐ2c＋Ｐ4c ・・・（７） この結果、上記関係式（２）〜（７）により、各スパイ
ラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃにおける分離膜の透
過に伴う圧力損失Ｐ3a〜Ｐ3cには、Ｐ3a＝Ｐ3b＝Ｐ3cの
関係が成り立ち、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ
〜１ｃにおける透過流束が等しくなる。
【００８２】したがって、各スパイラル型分離膜エレメ
ント１ａ〜１ｃの分離膜４にかかる負担が均一に保た
れ、３本の分離膜エレメント１ａ〜１ｃの運転条件の均
一化が図られる。これにより、各スパイラル型分離膜エ
レメント１ａ〜１ｃの汚染状態や寿命がより均一化さ
れ、逆浸透膜モジュール１００の安定運転および膜分離
操作の効率向上が図られるとともに、逆浸透膜モジュー
ル１００の操作圧力を約１００ｋｇｆ／ｃｍ2 まで高め
ることが可能となる。その結果、海水から約６０％の高
回収率で淡水を生成することが可能となる。
【００８３】なお、図１（ａ）では、スパイラル型分離
膜エレメント１ａ，１ｂ，１ｃの順にオリフィス２５
ａ，２５ｂ，２５ｃの内径が大きくなっているが、これ
は、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃにおけ
る透過流束を等しくするための一例である。
【００８４】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるように、各
スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃのオリフィス
２５ａ〜２５ｃの内径が設定してあれば、オリフィス２
５ａ〜２５ｃの内径の大小関係は、図１（ａ）の例に限
定されない。
【００８５】例えば、オリフィス２５ｂ，２５ａ，２５
ｃの順に内径が大きくなってもよく、オリフィス２５
ａ，２５ｃ，２５ｂの順に内径が大きくなってもよい。
あるいは、いずれか２つのスパイラル型分離膜エレメン
トの集水管７に同じ内径のオリフィスを装着したり、い
ずれかのスパイラル型分離膜エレメントの集水管７にオ
リフィスを装着しなくてもよい。例えば、図１（ａ）に
おいて、スパイラル型分離膜エレメント１ａ，１ｂの集
水管７にそれぞれオリフィス２５ａを装着するが、スパ
イラル型分離膜エレメント１ｃ集水管７には、オリフィ
スを装着しなくてもよい。
【００８６】オリフィス２５ａ〜２５ｃは、集水管７に
ねじこんで装着してあるため、容易に脱着することがで
きる。
【００８７】なお、オリフィス２５の代わりに、絞り管
を集水管７内に装着してもよい。各スパイラル型分離膜
エレメント１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるよ
うに絞り管の内径を設定すれば、オリフィス２５を用い
た場合と同様、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜
１ｃの運転条件の均一化を図ることができる。
【００８８】図４（ａ）は本発明に係る膜分離システム
に使用される逆浸透膜モジュールの第２の例を示す断面
図であり、図４（ｂ）〜（ｄ）は、図４（ａ）のそれぞ
れＸ−Ｘ線拡大断面図、Ｙ−Ｙ線拡大断面図およびＺ−
Ｚ線拡大断面図である。
【００８９】図４（ａ）の逆浸透膜モジュール１１０
は、以下の点を除いて、図１（ａ）の逆浸透膜モジュー
ル１００と同様の構造を有する。図４（ａ）の逆浸透膜
モジュール１１０にはオリフィス２５ａ〜２５ｃが装着
されていないが、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、各
スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃのそれぞれの
集水管７ａ〜７ｃの内径が、スパイラル型分離膜エレメ
ント１ａからスパイラル型分離膜エレメント１ｃに向か
って大きくなっている。
【００９０】図４（ａ）に示す逆浸透膜モジュール１１
０においては、各集水管７ａ〜７ｃの内径を上記のよう
に調整することにより、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるように、集
水管７ａ〜７ｃにおける圧力損失（透過水側流路の圧力
損失Ｐ4a〜Ｐ4c）を容易に設定することができる。
【００９１】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける原水の浸透圧Ｐ2a〜Ｐ2cと透過水
側流路の圧力損失Ｐ4a〜Ｐ4cについて、Ｐ2a＋Ｐ4a＋Ｐ
4b＋Ｐ4c＝Ｐ2b＋Ｐ4b＋Ｐ4c＝Ｐ2c＋Ｐ4cの関係式
（７）が成り立つように、各集水管７ａ〜７ｃの内径を
調整すると、図１（ａ）の逆浸透膜モジュール１００の
場合と同様に、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜
１ｃにおける分離膜の透過に伴う圧力損失Ｐ3a〜Ｐ3cに
は、Ｐ3a＝Ｐ3b＝Ｐ3cの関係が成り立つ。
【００９２】その結果、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃの分離膜４にかかる負担が均一に保たれ、
３本のスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの運転
条件の均一化が図られる。これにより、各スパイラル型
分離膜エレメント１ａ〜１ｃの汚染状態や寿命がより均
一化され、逆浸透膜モジュール１１０の安定運転および
膜分離操作の効率向上が図られるとともに、逆浸透膜モ
ジュール１１０の操作圧力を約１００ｋｇｆ／ｃｍ2 ま
で高めることが可能となる。その結果、海水から約６０
％の高回収率で淡水を生成することが可能となる。
【００９３】なお、図４（ａ）では、スパイラル型分離
膜エレメント１ａ，１ｂ，１ｃの順に、集水管７ａ，７
ｂ，７ｃの内径が大きくなっているが、これは、各スパ
イラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃにおける透過流束
を等しくするための一例である。
【００９４】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるように、各
スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの集水管７ａ
〜７ｃの内径が設定してあれば、集水管７ａ〜７ｃの内
径の大小関係は、図４（ａ）の例に限定されない。
【００９５】例えば、集水管７ｂ，７ａ，７ｃの順に内
径が大きくなってもよく、集水管７ａ，７ｃ，７ｂの順
に内径が大きくなってもよい。あるいは、いずれか２つ
のスパイラル型分離膜エレメントの集水管７の内径を同
じにしてもよい。例えば、図４（ａ）において、スパイ
ラル型分離膜エレメント１ａ，１ｂに集水管７ａを用
い、スパイラル型分離膜エレメント１ｃに集水管７ｃを
用いてもよい。
【００９６】図５（ａ）は本発明に係る膜分離システム
に使用される逆浸透膜モジュールの第３の例を示す断面
図であり、図５（ｂ）〜（ｄ）は、図５（ａ）のそれぞ
れＬ−Ｌ線拡大断面図、Ｍ−Ｍ線拡大断面図およびＮ−
Ｎ線拡大断面図であり、図５（ｅ）〜（ｇ）はそれぞれ
コネクタ１２ａ〜１２ｃの軸方向の拡大断面図である。
【００９７】図５（ａ）の逆浸透膜モジュール１２０
は、以下の点を除いて、図１（ａ）の逆浸透膜モジュー
ル１００と同様の構造を有する。図５（ａ）の逆浸透膜
モジュール１２０にはオリフィス２５ａ〜２５ｃが装着
されていないが、図５（ｂ）〜（ｇ）に示すように、各
スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃのそれぞれの
集水管７を連結するコネクタ１２ａ〜１２ｃの内径が、
スパイラル型分離膜エレメント１ａからスパイラル型分
離膜エレメント１ｃに向かって大きくなっている。
【００９８】図５（ａ）に示す逆浸透膜モジュール１２
０においては、各コネクタ１２ａ〜１２ｃの内径を上記
のように調整することにより、各スパイラル型分離膜エ
レメント１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるよう
に、集水管７における圧力損失（透過水側流路の圧力損
失Ｐ4a〜Ｐ4c）を容易に設定することができる。
【００９９】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける原水の浸透圧Ｐ2a〜Ｐ2cと透過水
側流路の圧力損失Ｐ4a〜Ｐ4cについて、Ｐ2a＋Ｐ4a＋Ｐ
4b＋Ｐ4c＝Ｐ2b＋Ｐ4b＋Ｐ4c＝Ｐ2c＋Ｐ4cの関係式
（７）が成り立つように、各コネクタ１２ａ〜１２ｃの
内径を調整すると、図１（ａ）の逆浸透膜モジュール１
００の場合と同様に、各スパイラル型分離膜エレメント
１ａ〜１ｃにおける分離膜の透過に伴う圧力損失Ｐ3a〜
Ｐ3cには、Ｐ3a＝Ｐ3b＝Ｐ3cの関係が成り立つ。
【０１００】その結果、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃの分離膜４にかかる負担が均一に保たれ、
３本のスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの運転
条件の均一化が図られる。これにより、各スパイラル型
分離膜エレメント１ａ〜１ｃの汚染状態や寿命がより均
一化され、逆浸透膜モジュール１２０の安定運転および
膜分離操作の効率向上が図られるとともに、逆浸透膜モ
ジュール１２０の操作圧力を約１００ｋｇｆ／ｃｍ2 ま
で高めることが可能となる。その結果、海水から約６０
％の高回収率で淡水を生成することが可能となる。
【０１０１】なお、図５（ａ）では、スパイラル型分離
膜エレメント１ａ，１ｂ，１ｃの順に、コネクタ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃの内径が大きくなっているが、これ
は、各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃにおけ
る透過流束を等しくするための一例である。
【０１０２】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃにおける透過流束が等しくなるように、各
スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃを連結するコ
ネクタ１２ａ〜１２ｃの内径が設定してあれば、コネク
タ１２ａ〜１２ｃの内径の大小関係は、図５（ａ）の例
に限定されない。
【０１０３】例えば、コネクタ１２ｂ，１２ａ，１２ｃ
の順に内径が大きくなってもよく、コネクタ１２ａ，１
２ｃ，１２ｂの順に内径が大きくなってもよい。あるい
は、いずれか２つのコネクタの内径を同じにしてもよ
い。例えば、図５（ａ）において、スパイラル型分離膜
エレメント１ａおよび１ｂを連結するのにコネクタ１２
ａを用い、スパイラル型分離膜エレメント１ｂおよび１
ｃを連結するのにコネクタ１２ａを用い、スパイラル型
分離膜エレメント１ｃおよび短管１９を連結するのにコ
ネクタ１２ｃを用いてもよい。
【０１０４】次に、本発明に係る膜分離システムについ
て説明する。なお、以下においては、本発明に係る膜分
離システムを海水淡水化に用いた場合について説明す
る。
【０１０５】第１の発明に係る膜分離システムの一実施
例として以下のような膜分離システムがあげられる。
【０１０６】膜分離システムは逆浸透膜モジュールを備
えており、逆浸透膜モジュール内の複数の分離膜エレメ
ントの透過流束が等しくなるように、各分離膜エレメン
トの透過水側流路の圧力損失が設定されている。この逆
浸透膜モジュールの分離膜エレメントには、操作圧力９
０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．８％のＮａＣｌ水溶
液の除去率が９９．７％以上でかつ透過水量が１６ｍ3
／日以上の性能を有する分離膜エレメントを用いる。例
えば、膜分離システムが図１に示す逆浸透膜モジュール
１００を備える場合、各スパイラル型膜エレメント１ａ
〜１ｃは操作圧力９０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．
８％のＮａＣｌ水溶液の除去率が９９．７％以上でかつ
透過水量が１６ｍ3 ／日以上である。このような膜分離
システムにおいては、各スパイラル型膜エレメント１ａ
〜１ｃの透過水側流路の圧力損失を設定することによ
り、各スパイラル型膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束
をほぼ一定にすることが可能であるため、逆浸透膜モジ
ュール１００の高圧運転が可能となる。それにより、高
い回収率で海水から淡水を生成することが可能となる。
一方、このような高回収率の運転においては、逆浸透膜
モジュール１００内で海水中の塩が濃縮されて高濃度に
なるため、生成した淡水の塩濃度が高くなりやすい。特
に、濃縮水出口２２側のスパイラル型分離膜エレメント
１ｃでは、高濃度に濃縮された海水から淡水を生成する
ため、生成した淡水の塩濃度が高くなりやすい。この点
に関し、上記の膜分離システムでは、逆浸透膜モジュー
ル１００が高性能を有するスパイラル型分離膜エレメン
ト１ａ〜１ｃを装填しているため、高濃度の塩を膜分離
により除去することが可能である。したがって、生成し
た淡水の塩濃度の増加を抑制することが可能であり、目
標水質基準を満たす淡水を得ることができる。
【０１０７】なお、上記においては、膜分離システムが
逆浸透膜モジュール１００を備える場合について説明し
たが、これ以外にも、図４に示す逆浸透膜モジュール１
１０または図５に示す逆浸透膜モジュール１２０を備え
てもよい。この場合、逆浸透膜モジュール１１０，１２
０の各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃは、上
記の条件を満たす高性能を有する。
【０１０８】図６は第２の発明に係る膜分離システムの
一実施例を示す図である。図６に示す膜分離システム
は、膜分離装置１０１を備えるとともに、図１に示す逆
浸透膜モジュール１００を備える。膜分離装置１０１の
原水入口に供給水配管３０が接続されている。膜分離装
置１０１の透過水出口は、供給水配管３１を介して高圧
ポンプ１０２に接続されており、さらに供給水配管３２
を介して逆浸透膜モジュール１００の原水入口に接続さ
れている。逆浸透膜モジュール１００の透過水出口に透
過水配管３３が接続され、濃縮水出口に濃縮水配管３４
が接続されている。
【０１０９】膜分離装置１０１は、供給された海水を固
液分離して前処理するものである。このような膜分離装
置１０１は、地上設置型でもよくあるいは水中設置型で
もよい。また、膜分離装置１０１の分離膜としては、精
密濾過膜、限外濾過膜等の固液分離膜を用いる。このよ
うな膜分離装置１０１における膜濾過の駆動力は、加
圧、吸引、自然濾過のいずれであってもよい。
【０１１０】上記の膜分離システムにより海水淡水化を
行う場合、原水として供給された海水は、供給水配管３
０を通して膜分離装置１０１の内部に供給される。膜分
離装置１０１において、供給された海水中の懸濁物質が
除去される。膜分離装置１０１の透過水は、高圧ポンプ
１０２により９０ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧された後、供
給水配管３２を介して逆浸透膜モジュール１００の内部
に供給される。
【０１１１】逆浸透膜モジュール１００により、海水は
透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水は透過
水配管３３を通り外部へ取り出される。一方、濃縮水は
逆浸透膜モジュール１００の濃縮水出口から濃縮水配管
３４を通り、外部へ排出される。
【０１１２】以上のように、上記の膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュール１００内の３本のスパイラ
ル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ一定
にすることが可能であるため、逆浸透膜モジュール１０
０の高圧運転が可能となる。それにより、高い回収率で
淡水を生成することが可能となる。また、予め懸濁物質
が除去された海水が逆浸透膜モジュール１００に供給さ
れるため、このような高回収率の運転においても、懸濁
物質によるスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの
原水側流路の閉塞や膜汚染が防止される。
【０１１３】なお、上記においては、膜分離システムが
逆浸透膜モジュール１００を備える場合について説明し
たが、これ以外にも、図４に示す逆浸透膜モジュール１
１０または図５に示す逆浸透膜モジュール１２０を備え
てもよい。さらに、逆浸透膜モジュール１００，１１
０，１２０のスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃ
に、第１の発明に係る膜分離システムにおいて前述した
ような高性能を有するスパイラル型分離膜エレメントを
用いてもよい。
【０１１４】図７は、第３の発明に係る膜分離システム
の一実施例を示す図である。図７に示す膜分離システム
は、図１に示す逆浸透膜モジュール１００を備えるとと
もに、スケール防止剤添加装置５０を備える。スケール
防止剤添加装置５０は、逆浸透膜モジュール１００に供
給する海水に、スケール防止剤を添加するためのもので
ある。スケール防止剤添加装置は、薬剤タンクと送液ポ
ンプ等で構成され、スケール防止剤として、例えばヘキ
サメタリン酸ソーダやｐＨ調整剤等が使用される。供給
水配管３０は高圧ポンプ１０２に接続されている。高圧
ポンプ１０２は供給水配管３２を介して逆浸透膜モジュ
ール１００の原水入口に接続されている。逆浸透膜モジ
ュール１００の透過水出口には透過水配管３３が接続さ
れ、濃縮水出口には濃縮水配管３４が接続されている。
【０１１５】上記の膜分離システムにより海水淡水化を
行う場合、原水として供給された海水は、供給水配管３
０を通して高圧ポンプ１０２に供給される。この過程に
おいて、スケール防止剤添加装置５０によりスケール防
止剤が海水に注入される。高圧ポンプ１０２により９０
ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧された海水は、供給水配管３２
を介して逆浸透膜モジュール１００の内部に供給され
る。
【０１１６】逆浸透膜モジュール１００により、海水は
透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水は透過
水配管３３を通り外部へ取り出される。一方、濃縮水は
逆浸透膜モジュール１００の濃縮水出口から濃縮水配管
３４を通り外部へ排出される。
【０１１７】以上のように、上記の膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュール１００内の３本のスパイラ
ル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ一定
にすることが可能であるため、逆浸透膜モジュール１０
０の高圧運転が可能となる。それにより、高い回収率で
海水から淡水を生成することが可能となる。また、予め
スケール防止剤が注入された海水が逆浸透膜モジュール
１００に供給されるため、このような高回収率の運転に
おいても、海水中のスケール成分の析出が防止される。
なお、注入するスケール防止剤は特に限定されず、一般
的に使用されているものを任意に使用することが可能で
ある。例えば、ボイラー用のスケール防止剤等を用いて
もよい。
【０１１８】また、上記においては、膜分離システムが
逆浸透膜モジュール１００を備える場合について説明し
たが、これ以外にも、図４に示す逆浸透膜モジュール１
１０または図５に示す逆浸透膜モジュール１２０を備え
てもよい。さらに、逆浸透膜モジュール１００，１１
０，１２０の各スパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１
ｃに、第１の発明に係る膜分離システムにおいて前述し
たような高性能を有するスパイラル型分離膜エレメント
を用いてもよい。また、図７に示す膜分離システムが、
第２の発明に係る膜分離システムにおいて前述した図６
の膜分離装置１０１をさらに備えてもよい。
【０１１９】図８は第４の発明に係る膜分離システムの
一実施例を示す図である。図８に示す膜分離システム
は、図１に示す逆浸透膜モジュール１００を備えるとと
もに、残圧エネルギー回収装置１０３を備える。供給水
配管３０は高圧ポンプ１０２に接続されており、高圧ポ
ンプ１０２は供給水配管３２を介して逆浸透膜モジュー
ル１００の原水入口に接続されている。逆浸透膜モジュ
ール１００の透過水出口に透過水配管３３が接続され、
濃縮水出口は濃縮水配管３４が接続されている。濃縮水
配管３４は、さらに、残圧エネルギー回収装置１０３に
接続されている。残圧エネルギー回収装置１０３は、ポ
ンプ駆動モータを介して、高圧ポンプ１０２に連結して
いる。
【０１２０】残圧エネルギー回収装置１０３としては、
例えば回収タービン型が用いられる。この場合、回収タ
ービンは高圧ポンプ１０２に連結しており、逆浸透膜モ
ジュール１００の濃縮水の残圧エネルギー（残圧）を回
収し、これを高圧ポンプ１０２の駆動に利用する。
【０１２１】上記の膜分離システムにより海水淡水化を
行う場合、原水として供給された海水は、供給水配管３
０を通して高圧ポンプ１０２に供給される。高圧ポンプ
１０２により９０ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧された海水
は、供給水配管３２を介して逆浸透膜モジュール１００
の内部に供給される。
【０１２２】逆浸透膜モジュール１００により、海水は
透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水は透過
水配管３３を通り外部に取り出される。一方、濃縮水は
逆浸透膜モジュール１００の濃縮水出口から濃縮水配管
３４を通り、残圧エネルギー回収装置１０３、この場合
は回収タービンに供給される。濃縮水の残圧エネルギー
により回収タービンを回転させ、これにより得られる動
力を高圧ポンプ１０２の駆動に利用する。残圧エネルギ
ーが回収された濃縮水は外部へ排出される。
【０１２３】以上のように、上記の膜分離システムにお
いては、逆浸透膜モジュール１００内の３本のスパイラ
ル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ一定
にすることが可能となるため、逆浸透膜モジュール１０
０の高圧運転が可能となる。それにより、高い回収率で
海水から淡水を生成することが可能となる。このような
膜分離システムにおいては、逆浸透膜モジュール１００
を高圧運転するため、逆浸透膜モジュール１００の濃縮
水は残圧が大きく、大きな残圧エネルギーを有する。し
たがって、濃縮水をそのまま排出した場合、エネルギー
損失が大きい。この点に関し、上記の膜分離システムで
は、残圧エネルギー回収装置１０３により、濃縮水の残
圧エネルギーを回収および変換し、これを再使用するこ
とが可能である。それにより、エネルギー損失が抑制さ
れて省エネルギー化が図られるとともに、膜分離システ
ムの所要動力が低減される。なお、膜分離システムが小
規模の場合、回収タービンの代わりに、ターボチャージ
ャ型を用いてもよい。この場合、ターボチャージャは高
圧ポンプ１０２と別体になるが、駆動モータが不要なた
め、コンパクトな残圧エネルギー回収装置になる。
【０１２４】また、上記においては、膜分離システムが
逆浸透膜モジュール１００を備える場合について説明し
たが、これ以外にも、図４に示す逆浸透膜モジュール１
１０または図５に示す逆浸透膜モジュール１２０を備え
てもよい。さらに、逆浸透膜モジュール１００，１１
０，１２０のスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃ
に、第１の発明に係る膜分離システムにおいて前述のよ
うな高性能を有するスパイラル型分離膜エレメントを用
いてもよい。また、図８に示す膜分離システムが、第２
の発明に係る膜分離システムにおいて前述した図６の膜
分離装置１０１をさらに備えてもよく、あるいは第３の
発明に係る膜分離システムにおいて前述した図７のスケ
ール防止剤添加装置５０をさらに備えてもよい。
【０１２５】図９は第５の発明に係る膜分離システムの
一実施例を示す図である。図９に示す膜分離システム
は、図１に示す逆浸透膜モジュール１００と、図６に示
す膜分離装置１０１と、スケール防止剤添加装置５０
と、残圧エネルギー回収装置１０３とを備える。逆浸透
膜モジュール１００のスパイラル型分離膜エレメント１
ａ〜１ｃには、第１の発明に係る膜分離システムにおい
て前述したような高性能を有するスパイラル型分離膜エ
レメントを用いている。また、膜分離装置１０１、スケ
ール防止剤添加装置５０および残圧エネルギー回収装置
１０３に関しては、それぞれ第２〜第４の発明に係る膜
分離システムにおいて前述したものと同様とする。膜分
離装置１０１の原水入口に供給水配管３０が接続されて
いる。膜分離装置１０１の透過水出口は、供給水配管３
１を介して高圧ポンプ１０２に接続されており、さら
に、供給水配管３２を介して逆浸透膜モジュール１００
の原水入口に接続されている。逆浸透膜モジュール１０
０の透過水出口に透過水配管３３が接続され、濃縮水出
口に濃縮水配管３４が接続されている。濃縮水配管３４
には、残圧エネルギー回収装置１０３に接続されてお
り、残圧エネルギー回収装置１０３は、高圧ポンプ１０
２に連結している。
【０１２６】上記の膜分離システムにより海水淡水化を
行う場合、原水として供給された海水は、供給水配管３
０を通して膜分離装置１０１の内部に供給される。膜分
離装置１０１において、供給された海水中の懸濁物質が
除去される。膜分離装置１０１の透過水に、スケール防
止剤添加装置５０によりさらにスケール防止剤が注入さ
れる。このようにして前処理が行われた海水は、高圧ポ
ンプ１０２により９０ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧された
後、供給水配管３２を介して逆浸透膜モジュール１００
の内部に供給される。
【０１２７】逆浸透膜モジュール１００により、海水は
透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水は透過
水配管３３を通り外部へ取り出される。一方、濃縮水は
逆浸透膜モジュール１００の濃縮水出口から濃縮水配管
３４を通り、残圧エネルギー回収装置１０３に供給され
る。ここで回収した濃縮水の残圧エネルギーを高圧ポン
プ１０２の駆動に利用する。残圧エネルギーが回収され
た濃縮水は、外部へ排出される。
【０１２８】以上のように、上記の膜分離システムおい
ては、逆浸透膜モジュール１００内の３本のスパイラル
型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ一定に
することが可能であるため、逆浸透膜モジュール１００
の高圧運転が可能となる。それにより、高い回収率で海
水から淡水を生成することが可能となる。また、上記の
逆浸透膜モジュール１００は、高性能を有するスパイラ
ル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃを装填しているため、
高濃度の塩を膜分離により除去することが可能である。
したがって、生成した淡水の塩濃度の増加を抑制するこ
とが可能である。さらに、予め懸濁物質が除去された海
水が逆浸透膜モジュール１００に供給されるため、懸濁
物質によるスパイラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの
原水側流路の閉塞や膜汚染が防止される。また、予めス
ケール防止剤が注入された海水が逆浸透膜モジュール１
００に供給されるため、海水中のスケール成分の析出が
防止される。
【０１２９】一方、上記の膜分離システムでは、残圧エ
ネルギー回収装置１０３により、濃縮水の残圧エネルギ
ーを回収および変換し、これを再使用することが可能で
ある。それにより、エネルギー損失が抑制されて、省エ
ネルギー化が図られるとともに、膜分離システムの所要
動力が低減される。
【０１３０】図１０は第６の発明に係る膜分離システム
の一実施例を示す図である。図１０に示す膜分離システ
ムは、逆浸透膜モジュール２００および逆浸透膜モジュ
ール３００を２段に配列して備える。なお、前段の逆浸
透膜モジュール２００および後段の逆浸透膜モジュール
３００の構成は、図１に示す逆浸透膜モジュール１００
の構成と同様である。
【０１３１】供給水配管３０は高圧ポンプ１０２に接続
されており、高圧ポンプ１０２は供給水配管３２を介し
て前段の逆浸透膜モジュール２００の原水入口に接続さ
れている。逆浸透膜モジュール２００の透過水出口に透
過水配管３３が接続され、濃縮水出口に濃縮水配管３４
が接続されている。濃縮水配管３４は、昇圧ポンプ２０
３を介して後段の逆浸透膜モジュール３００の原水入口
に接続されている。このように、前段の逆浸透膜モジュ
ール２００と後段の逆浸透膜モジュール３００とが、濃
縮水配管３４により直列に連結されている。逆浸透膜モ
ジュール３００の透過水出口は透過水配管４３を介して
透過水配管３３に接続されている。逆浸透膜モジュール
３００の濃縮水出口は濃縮水配管４４に接続されてい
る。
【０１３２】高圧ポンプ１０２は、供給された海水を加
圧して前段の逆浸透膜モジュール２００に供給するため
のものである。一方、昇圧ポンプ２０３は、前段の逆浸
透膜モジュール２００の濃縮水を、さらに昇圧して、後
段の逆浸透膜モジュール３００に供給するためのもので
ある。
【０１３３】上記の膜分離システムにより海水淡水化を
行う場合、原水として供給された海水は、供給水配管３
０を通して高圧ポンプ１０２に供給される。高圧ポンプ
１０２により約６０ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧された海水
は、供給水配管３２を介して前段の逆浸透膜モジュール
２００の内部に供給される。
【０１３４】前段の逆浸透膜モジュール２００により、
海水は透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水
は透過水配管３３を通り外部へ取り出される。一方、濃
縮水は前段の逆浸透膜モジュール２００の濃縮水出口か
ら濃縮水配管３４を通して昇圧ポンプ２０３に供給され
る。この濃縮水は高圧ポンプ１０２による残圧を有する
ため、昇圧ポンプ２０３により、さらに約３０ｋｇｆ／
ｃｍ2 昇圧することにより、濃縮水は操作圧力約９０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 で後段の逆浸透膜モジュール３００に供給
される。
【０１３５】後段の逆浸透膜モジュール３００により、
前段の逆浸透膜モジュール２００の濃縮水は、さらに透
過水（淡水）と濃縮水に分離される。透過水は、透過水
配管４３，３３を通り外部へ取り出される。一方、濃縮
水は、後段の逆浸透膜モジュール３００の濃縮水出口か
ら濃縮水配管４４を通り外部へ排出される。
【０１３６】前段の逆浸透膜モジュール２００から海水
の全供給量に対して４０％の回収率で淡水が生成され、
後段の逆浸透膜モジュール３００から海水の全供給量に
対して２０％の回収率で淡水が生成される。したがっ
て、前段および後段の逆浸透膜モジュール２００，３０
０により、供給海水の６０％の回収率で淡水が生成され
る。
【０１３７】上記の膜分離システムにおいては、前段の
逆浸透膜モジュール２００の３本のスパイラル型分離膜
エレメントの透過流束をほぼ一定にすることが可能であ
るとともに、後段の逆浸透膜モジュール３００の３本の
スパイラル型分離膜エレメントの透過流束をほぼ一定に
することが可能である。それにより、逆浸透膜モジュー
ル２００，３００の高圧運転が可能となり、高い回収率
で淡水を生成することが可能となる。また、逆浸透膜モ
ジュール２００，３００を直列に２段に並べ、各段にお
いて順次昇圧するため、所要動力が低減される。例え
ば、１段の逆浸透膜モジュール１００を操作圧力約９０
ｋｇｆ／ｃｍ2 で運転して６０％の回収率で淡水を生成
する場合と比較すると、上記の膜分離システムにおいて
は、所要動力が約１０数％低減される。
【０１３８】なお、上記の膜分離システムにおいては前
段および後段の逆浸透膜モジュール２００，３００の構
成を、図１に示す逆浸透膜モジュール１００の構成と同
様にしたが、これ以外に、図４に示す逆浸透膜モジュー
ル１１０または図５に示す逆浸透膜モジュール１２０の
構成と同様にしてもよい。
【０１３９】また、上記の膜分離システムにおいては、
オリィフスの装着により、前段および後段の逆浸透膜モ
ジュール２００，３００の各スパイラル型分離膜エレメ
ントの透過水側流路の圧力損失を設定しているが、この
ような透過水側流路の圧力損失の設定は、逆浸透膜モジ
ュールの操作圧力が高い場合に特に有効である。したが
って、操作圧力が約６０ｋｇｆ／ｃｍ2 である前段の逆
浸透膜モジュール２００においてはスパイラル型分離膜
エレメントの透過水側流路の圧力損失の設定を行わず、
操作圧力が約９０ｋｇｆ／ｃｍ2 である２段目の逆浸透
膜モジュール３００においてのみ、スパイラル型分離膜
エレメントの透過水側流路の圧力損失の設定を行っても
よい。
【０１４０】さらに、膜分離システムにおいて、逆浸透
膜モジュールを２段以上の多段にすることも可能であ
る。しかしながら、逆浸透膜モジュールを多段にした場
合、膜分離システムが複雑になるとともにコストも高く
なる。したがって、逆浸透膜モジュールは２〜３段とす
ることが好ましい。
【０１４１】また、図１０に示す膜分離システムにおい
て、逆浸透膜モジュール２００，３００のスパイラル型
分離膜エレメントに、第１の発明に係る膜分離システム
において前述したような高性能を有するスパイラル型分
離膜エレメントを用いてもよい。さらに、第２の発明に
係る膜分離システムにおいて前述した図６の膜分離装置
１０１、第３の発明に係る膜分離システムにおいて前述
したスケール防止剤添加装置５０、あるいは第４の発明
に係る膜分離システムにおいて前述した図８の残圧エネ
ルギー回収装置１０３を備えてもよい。
【０１４２】図１１は第７の発明に係る膜分離システム
の一実施例を示す図である。図１１に示す膜分離システ
ムは、逆浸透膜モジュール２００，３００を２段に配列
して備え、さらに、膜分離装置１０１、スケール防止剤
添加装置５０および残圧エネルギー回収装置１０３を備
える。なお、前段および後段の逆浸透膜モジュール２０
０，３００の構成は、図１に示す逆浸透膜モジュール１
００の構成と同様とし、さらに、スパイラル型分離膜エ
レメント１ａ〜１ｃには、第１の発明に係る膜分離シス
テムにおいて前述したような高性能を有するスパイラル
型分離膜エレメントを用いている。また、膜分離装置１
０１、スケール防止剤添加装置５０および残圧エネルギ
ー回収装置１０３に関しては、それぞれ第２〜第４の発
明に係る膜分離システムにおいて前述したものと同様と
する。膜分離装置１０１の原水入口に供給水配管３０が
接続されている。膜分離装置１０１の透過水出口は、供
給水配管３１を介して高圧ポンプ１０２に接続されてお
り、さらに供給水配管３２を介して前段の逆浸透膜モジ
ュール２００の原水入口に接続されている。逆浸透膜モ
ジュール２００の透過水出口に透過水配管３３が接続さ
れており、濃縮水出口は、濃縮水配管３４を介して昇圧
ポンプ２０３に接続され、さらに後段の逆浸透膜モジュ
ール３００の原水入口に接続されている。このように、
前段の逆浸透膜モジュール２００および後段の逆浸透膜
モジュール３００は濃縮水配管３４により直列に連結さ
れている。逆浸透膜モジュール３００の透過水出口は、
透過水配管４３を介して透過水配管３３に接続されてお
り、濃縮水出口に濃縮水配管４４が接続されている。濃
縮水配管４４は、高圧ポンプ１０２に連結した残圧エネ
ルギー回収装置１０３に接続されている。
【０１４３】原水として供給された海水は、供給水配管
３０を通して膜分離装置１０１の内部に供給される。膜
分離装置１０１において、供給された海水中の懸濁物質
が除去される。膜分離装置１０１の透過水に、スケール
防止剤添加装置５０によりさらにスケール防止剤が注入
される。このようにして前処理が行われた海水は、高圧
ポンプ１０２により約６０ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧され
た後、供給水配管３２を介して前段の逆浸透膜モジュー
ル２００の内部に供給される。
【０１４４】逆浸透膜モジュール２００により、海水は
透過水（淡水）と濃縮水とに分離される。透過水は透過
水配管３３を通り、外部へ取り出される。一方、濃縮水
は逆浸透膜モジュール２００の濃縮水出口から濃縮水配
管３４を通して昇圧ポンプ２０３に供給される。この濃
縮水は高圧ポンプ１０２による残圧を有するため、昇圧
ポンプ２０３により、さらに約３０ｋｇｆ／ｃｍ2 昇圧
することにより、濃縮水は操作圧力約９０ｋｇｆ／ｃｍ
2 で後段の逆浸透膜モジュール３００に供給される。
【０１４５】後段の逆浸透膜モジュール３００により、
前段の逆浸透膜モジュール２００の濃縮水は、さらに透
過水（淡水）と濃縮水とに分離される。この透過水は透
過水配管４３，３３を通り外部へ取り出される。一方、
濃縮水は逆浸透膜モジュール３００の濃縮水出口から濃
縮水配管４４を通り、残圧エネルギー回収装置１０３に
供給される。ここで回収した濃縮水の残圧エネルギーを
高圧ポンプ１０２の駆動に利用する。残圧エネルギーが
回収された濃縮水は外部へ排出される。
【０１４６】以上のように、上記の膜分離システムおい
ては、前段の逆浸透膜モジュール２００内の３本のスパ
イラル型分離膜エレメント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ
一定にすることが可能であるとともに、後段の逆浸透膜
モジュール３００内の３本のスパイラル型分離膜エレメ
ント１ａ〜１ｃの透過流束をほぼ一定にすることが可能
である。それにより、前段および後段の逆浸透膜モジュ
ール２００，３００の高圧運転が可能となり、高い回収
率で海水から淡水を生成することが可能となる。前段お
よび後段の逆浸透膜モジュール２００，３００は、高性
能を有するスパイラル型分離膜エレメントを装填してい
るため、生成した淡水の塩濃度の増加を抑制することが
可能である。また、予め懸濁物質が除去された海水が逆
浸透膜モジュール２００，３００に供給されるため、懸
濁物質によるスパイラル型分離膜エレメントの原水側流
路の閉塞や膜汚染が防止される。さらに、予めスケール
防止剤が注入された海水が逆浸透膜モジュール２００，
３００に供給されるため、海水中のスケール成分の析出
が防止される。
【０１４７】また、このような膜分離システムでは、逆
浸透膜モジュール２００，３００を直列に２段に並べ、
各段において順次昇圧するため、所要動力が低減され
る。さらに、残圧エネルギー回収装置１０３により、濃
縮水の残圧エネルギーを回収および変換し、これを再使
用することが可能である。それにより、エネルギー損失
が抑制されて省エネルギー化が図られるとともに、膜分
離システムの所要動力がより低減される。
【０１４８】なお、図１１に示す膜分離システムにおい
ては、残圧エネルギー回収装置１０３を高圧ポンプ１０
２に連結し、回収した濃縮水の残圧エネルギーを高圧ポ
ンプ１０２の駆動に利用しているが、残圧エネルギー回
収装置１０３を昇圧ポンプ２０３に連結し、回収した濃
縮水の残圧エネルギーを昇圧ポンプ２０３の駆動に利用
してもよい。
【０１４９】また、上記で説明した第１〜第７の実施例
においては、本発明に係る膜分離システムおよび膜分離
方法を海水淡水化に適用した場合について説明したが、
海水淡水化に限らず、高濃度溶液から低濃度溶液を生成
する場合や、高濃度溶液をさらに高濃度に濃縮する場合
にも、本発明に係る膜分離システムおよび膜分離方法を
適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膜分離システムに用いられる逆浸
透膜モジュールの第１の例を示す断面図および部分拡大
断面図である。
【図２】図１に示す逆浸透膜モジュールに用いられるス
パイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜視図であ
る。
【図３】図１に示す逆浸透膜モジュールに用いられるス
パイラル型分離膜エレメントの外観の正面図および部分
拡大断面図である。
【図４】本発明に係る膜分離システムに用いられる逆浸
透膜モジュールの第２の例を示す断面図および部分拡大
断面図である。
【図５】本発明に係る膜分離システムに用いられる逆浸
透膜モジュールの第３の例を示す断面図および部分拡大
断面図である。
【図６】第２の発明に係る膜分離システムの一実施例を
示す構成図である。
【図７】第３の発明に係る膜分離システムの一実施例を
示す構成図である。
【図８】第４の発明に係る膜分離システムの一実施例を
示す構成図である。
【図９】第５の発明に係る膜分離システムの一実施例を
示す構成図である。
【図１０】第６の発明に係る膜分離システムの一実施例
を示す構成図である。
【図１１】第７の発明に係る膜分離システムの一実施例
を示す構成図である。
【図１２】従来の逆浸透膜モジュールの一部切欠き斜視
図である。
【符号の説明】 １ スパイラル型分離膜エレメント ７ 集水管 ９ 原水 １０ 透過水 １１ 濃縮水 １２ コネクタ ２５ オリフィス ３０，３１，３２ 供給水配管 ３３，４３ 濃縮水配管 ３４，４４ 透過水配管 ５０ スケール防止剤添加装置 １００，２００，３００ 逆浸透膜モジュール １０１ 膜分離装置 １０２ 高圧ポンプ １０３，２０４ 残圧エネルギー回収装置 ２０３ 昇圧ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA06 GA07 HA65 JA18A JA18B JA19A JA19B JA51A JA53A JA71 KA14 KA33 KA52 KA53 KA54 KA55 KA56 KA57 KA64 KD30 KE03R KE05Q KE06Q KE07R KE12P KE13P PA02 PB03

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、前記
    逆侵透膜モジュールの各々の前記分離膜エレメントにお
    ける透過流束が所定の大きさになるように前記透過水側
    流路の圧力損失が設定されるとともに、各々の前記分離
    膜エレメントが操作圧力９０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃
    度５．８％の塩化ナトリウム水溶液の除去率が９９．７
    ％以上でありかつ透過水量が１６ｍ3 ／日以上となる性
    能を有することを特徴とする膜分離システム。
  2. 【請求項２】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、前記
    逆浸透膜モジュールの各々の前記分離膜エレメントにお
    ける透過流束が所定の大きさになるように前記透過水側
    流路の圧力損失が設定され、原水に固液分離による前処
    理を行って前処理された原水を前記逆浸透膜モジュール
    に供給する膜分離装置をさらに備えたことを特徴とする
    膜分離システム。
  3. 【請求項３】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、前記
    逆浸透膜モジュールの各々の前記分離膜エレメントにお
    ける透過流束が所定の大きさになるように前記透過水側
    流路の圧力損失が設定され、前記逆浸透膜モジュールに
    供給される原水にスケール防止剤を添加するスケール防
    止剤添加手段をさらに備えたことを特徴とする膜分離シ
    ステム。
  4. 【請求項４】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、前記
    逆浸透膜モジュールの各々の前記分離膜エレメントにお
    ける透過流束が所定の大きさになるように前記透過水側
    流路の圧力損失が設定され、前記逆浸透膜モジュールの
    濃縮水の残圧エネルギーを回収する残圧エネルギー回収
    装置をさらに備えたことを特徴とする膜分離システム。
  5. 【請求項５】 前記逆浸透膜モジュールの前記原水入口
    側に高圧ポンプを備え、前記残圧エネルギー回収装置が
    前記高圧ポンプに連結されたタービン、またはターボチ
    ャージャであることを特徴とする請求項４記載の膜分離
    システム。
  6. 【請求項６】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールが複数段直列
    に配列され、各段の前記逆浸透膜モジュールにおいて各
    々の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大
    きさになるように前記透過水側流路の圧力損失が設定さ
    れ、前段の前記逆侵透膜モジュールの濃縮水出口から導
    出される濃縮水が次段の前記逆浸透膜モジュールの前記
    原水入口に供給されることを特徴とする膜分離システ
    ム。
  7. 【請求項７】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを備え、前記
    逆浸透膜モジュールの各々の前記分離膜エレメントにお
    ける透過流束が所定の大きさになるように前記透過水側
    流路の圧力損失が設定され、各々の前記分離膜エレメン
    トが操作圧力９０ｋｇｆ／ｃｍ 2 において濃度５．８％
    の塩化ナトリウム水溶液の除去率が９９．７％以上であ
    りかつ透過水量が１６ｍ3 ／日以上となる性能を有し、
    原水に固液分離による前処理を行って前処理された原水
    を前記逆侵透膜モジュールに供給する膜分離装置と、前
    記逆浸透膜モジュールに供給される原水にスケール防止
    剤を添加するスケール防止剤添加手段と、前記逆浸透膜
    モジュールの濃縮水の残圧エネルギーを回収する残圧エ
    ネルギー回収装置とをさらに備えたことを特徴とする膜
    分離システム。
  8. 【請求項８】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の分
    離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメン
    トの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の一
    端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃
    縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールが複数段直列
    に配列され、各段の前記逆侵透膜モジュールにおいて各
    々の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大
    きさになるように前記透過水側流路の圧力損失が設定さ
    れ、各々の前記分離膜エレメントが操作圧力９０ｋｇｆ
    ／ｃｍ2 において濃度５．８％の塩化ナトリウム水溶液
    の除去率が９９．７％以上でありかつ透過水量が１６ｍ
    3 ／日以上となる性能を有し、前段の前記逆浸透膜モジ
    ュールの濃縮水出口から導出される濃縮水が次段の前記
    逆侵透膜モジュールの前記原水入口に供給され、原水に
    固液分離による前処理を行って前処理された原水を前段
    の前記逆侵透膜モジュールに供給する膜分離装置と、前
    段の前記逆浸透膜モジュールに供給される原水にスケー
    ル防止剤を添加するスケール防止剤添加手段と、最終段
    の前記逆侵透膜モジュールの濃縮水の残圧エネルギーを
    回収する残圧エネルギー回収装置とをさらに備えたこと
    を特徴とする膜分離システム。
  9. 【請求項９】 各々の前記逆侵透膜モジュールにおい
    て、各々の前記分離膜エレメントにおける透過流束がほ
    ぼ等しくなるように前記透過水側流路の圧力損失が設定
    されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載
    の膜分離システム。
  10. 【請求項１０】 前記複数の分離膜エレメントの前記透
    過水側流路は、直列に連結された複数の有孔中空管から
    なり、前記複数の有孔中空管の一部または全部にオリフ
    ィスまたは絞り管が装着され、前記複数の有孔中空管の
    オリフィスまたは絞り管により前記透過水側流路の圧力
    損失が設定されたことを特徴とする請求項１〜９のいず
    れかに記載の膜分離システム。
  11. 【請求項１１】 前記複数の分離膜エレメントの前記透
    過水側流路は、直列に連結された複数の有孔中空管から
    なり、前記複数の有孔中空管の内径を調整することによ
    り、前記透過水側流路の圧力損失が設定されたことを特
    徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の膜分離システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 前記複数の分離膜エレメントの前記透
    過水側流路は、コネクタで連結された複数の有孔中空管
    からなり、コネクタにより前記透過水側流路の圧力損失
    が設定されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか
    に記載の膜分離システム。
  13. 【請求項１３】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の
    分離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメ
    ントの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の
    一端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に
    濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを用いた逆
    浸透膜分離方法であって、前記逆浸透膜モジュールの各
    々の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大
    きさになるように前記透過水側流路の圧力損失を設定す
    るとともに、各々の前記分離膜エレメントとして操作圧
    力９０ｋｇｆ／ｃｍ2 において濃度５．８％の塩化ナト
    リウム水溶液の除去率が９９．７％以上かつ透過水量が
    １６ｍ3 ／日以上である分離膜エレメントを用いること
    を特徴とする膜分離方法。
  14. 【請求項１４】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の
    分離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメ
    ントの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の
    一端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に
    濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを用いた逆
    浸透膜分離方法であって、前記逆浸透膜モジュールの各
    々の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大
    きさになるように前記透過水側流路の圧力損失を設定
    し、膜分離装置により原水に固液分離による前処理を行
    って前処理した原水を前記逆浸透膜モジュールに供給す
    ることを特徴とする膜分離方法。
  15. 【請求項１５】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の
    分離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメ
    ントの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の
    一端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に
    濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを用いた逆
    浸透膜分離方法であって、前記逆浸透膜モジュールの各
    々の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大
    きさになるように前記透過水側流路の圧力損失を設定
    し、前記逆浸透膜モジュールに供給する原水にスケール
    防止剤を添加することを特徴とする膜分離方法。
  16. 【請求項１６】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の
    分離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメ
    ントの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の
    一端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に
    濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを用いた逆
    浸透膜分離方法であって、前記逆浸透膜モジュールの濃
    縮水の残圧エネルギーを回収することを特徴とする膜分
    離方法。
  17. 【請求項１７】 圧力容器内に逆浸透膜を備えた複数の
    分離膜エレメントが装填され、前記複数の分離膜エレメ
    ントの透過水側流路が直列に連結され、前記圧力容器の
    一端部に原水入口が設けられ、前記圧力容器の他端部に
    濃縮水出口が設けられた逆浸透膜モジュールを複数段直
    列に配列して用いた逆浸透膜分離方法であって、各段の
    前記逆浸透膜モジュールにおいて各々の前記分離膜エレ
    メントにおける透過流束がほぼ等しくなるように前記透
    過水側流路の圧力損失を設定し、前段の前記逆浸透膜モ
    ジュールの濃縮水出口から導出される濃縮水を次段の前
    記逆侵透膜モジュールの前記原水入口に供給することを
    特徴とする膜分離方法。
  18. 【請求項１８】 各々の前記逆浸透膜モジュールにおい
    て、各々の前記分離膜エレメントにおける透過流束がほ
    ぼ等しくなるように前記透過水側流路の圧力損失を設定
    することを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記
    載の膜分離方法。
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