JP2001252661A

JP2001252661A - 造水方法

Info

Publication number: JP2001252661A
Application number: JP2000067424A
Authority: JP
Inventors: Shunichiro Jinno; 俊一郎神野; Yoshinari Fusaoka; 良成房岡; Yoshisuke Nakamura; 吉佑中村; Toshiro Miyoshi; 俊郎三好
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】造水コストを低減し、さらに設備コストの低
減を可能とする逆浸透分離を用いた造水方法を提供す
る。【解決手段】複数個の逆浸透膜エレメントを含む逆浸
透膜モジュールユニット２に海水を供給して透過水を得
るにあたり、供給する海水のＳＤＩ値を１以下に制御す
るとともに、いずれの逆浸透膜エレメントにおいても、
供給海水の膜面流速を０.０３ｍ／ｓ以上に制御し、か
つ、供給する海水として塩濃度が３.５重量％の海水を
用いたときの透過水の回収率が４５％以上である逆浸透
膜モジュールユニットを用いる造水方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は造水方法に関し、更
に詳しくは逆浸透分離を適用して海水から淡水を造水す
る造水方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、混合物（主に溶液）から特定の物
質を選択的に分離する方法として、膜分離法が広く用い
られている。そして、これらの膜分離法のうち、逆浸透
法は、海水やかん水（低濃度の塩水）を脱塩して工業
用、農業用、あるいは家庭用の淡水を提供する技術とし
て広く利用されている。

【０００３】この逆浸透法は、水分子のみを透過させる
性質を有する逆浸透膜を用い、当該逆浸透膜を隔てて浸
透平衡にある溶液と水に対し、溶液の浸透圧より高い圧
力を溶液側から加えることにより、溶液中の水分子を水
側へ移行させる技術である。つまり、逆浸透法は、従来
の蒸発法のような相変化を起こすことなく溶液中から水
を取り出すことができるので、エネルギ的に有利である
上に運転管理が容易であるという利点がある。

【０００４】そして、この逆浸透分離を実用規模で行う
場合、以下のような逆浸透分離装置が通常用いられる。
まず、逆浸透膜がスパイラル状、管状、平膜の積層体、
または中空糸膜状に加工され、適宜流路材を介装した状
態でケースに収容されてエレメントと呼ばれる膜素子を
構成する。このエレメントは適宜直列に接続され、耐圧
容器に収容されてモジュールとなり、さらに、このモジ
ュールが並列に接続されて逆浸透分離モジュールユニッ
トとなる。そして、モジュールユニット全体に所定の圧
力を負荷することにより、逆浸透分離が行われる。

【０００５】なお、実際に逆浸透分離を行うと、逆浸透
膜を透過できない塩が膜面近傍の溶液側に滞留して膜面
での塩濃度が上昇し、いわゆる濃度分極現象が生じて膜
面の浸透圧が高くなる。そのため、溶液の浸透圧より高
い圧力（以下、「操作圧力」という）で逆浸透分離を行
うことが実用上必要である。ここで、操作圧力と溶液の
浸透圧との差を「有効圧力」といい、通常はモジュール
ユニットの出口側における有効圧力が２MPa程度になる
よう、操作圧力が決められている。

【０００６】ところで、逆浸透分離において、海水から
淡水を回収する割合（回収率）は、逆浸透分離のプロセ
ス全体の設計のみならず、逆浸透分離して得られる淡水
の造水コストを決める上で重要な因子となっている。そ
して、回収率が高い程、上記造水コストが低減するの
で、回収率の向上を図ることが重要な課題となってい
る。例えば、塩濃度３.５％の海水を用いた場合、従来
の技術における回収率は約４０％である。この場合、塩
濃度３.５％で供給される海水は、モジュールユニット
内で濃縮され、その出口側から塩濃度６％の濃縮水とな
って取り出され、当該モジュールユニット内の海水の浸
透圧は約２.５〜４.５MPaとなる。従って、この浸透圧
に上記した有効圧力を加えた値（６.５MPa）を、操作圧
力としてモジュールユニット全体に負荷して運転が行わ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術の場合、以下の制約要因があるために４０％を超え
る回収率を実現することは極めて困難である。まず、第
１の制約要因は、ファウリングの問題である。ファウリ
ングとは、海水に含まれる濁質成分等が逆浸透膜の膜面
に付着して目詰まりを起こす現象であり、膜寿命を低下
させて逆浸透分離時の運転コストを上昇させる原因とな
る。そして、有効圧力が高くなる程膜面の透過水量が多
くなり、膜面に上記濁質成分が濃縮されるので、ファウ
リングが生じ易くなる。

【０００８】そして、モジュールユニットの入口側に導
入された海水は、出口側に向ってその濃度が高くなり、
そのため当該出口側の海水の浸透圧は入口側に比べて高
くなる。一方、操作圧力はモジュールユニットの入口側
と出口側でほぼ同一であることから、操作圧力と浸透圧
の差で表される有効圧力は当該入口側で上昇する。この
ように、モジュールユニットの入口側ではファウリング
が特に生じ易くなっていることから、全体の操作圧力
（＝回収率）を制限してファウリングを防止することが
必要である。

【０００９】第２の制約要因は、海水中のスケール成分
（炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、あるいは硫酸スト
ロンチウム等）や、溶質である塩（塩化ナトリウム）が
膜面に析出する問題である。この析出現象は、逆浸透分
離によって海水が濃縮されて、上記スケール成分や塩の
濃度がその溶解度を超えた場合に生じ、これらが膜面に
析出するとファウリングが生じ易くなるという問題があ
る。そして、回収率が高くなる程、濃縮水中の上記スケ
ール成分等の濃度も高くなることから、上記スケール成
分や塩が析出しない範囲に回収率を規制することが必要
となる。例えば、前記スケール成分の溶解度から規定さ
れる回収率の上限は約７０％である。また、適当なスケ
ール防止剤を用いて前記スケール成分の析出を防止した
場合でも、前記した塩の溶解度が制限となるので、回収
率の上限は約８５％に規制される。

【００１０】第３の制約要因は、逆浸透膜や逆浸透分離
モジュールユニットの耐圧性である。例えば、回収率４
０％で逆浸透分離を行う場合の操作圧力は、上述の如く
６.５MPaであるが、例えば回収率６０％で逆浸透分離を
行う場合、その濃縮水（塩濃度８.８％）の浸透圧は７M
Paになり、そのため操作圧力は９MPaに上昇する。従っ
て、逆浸透膜やモジュールユニットにはこれ以上の耐圧
性が要求される。

【００１１】そして、上記した各制約要因のうち、特に
ファウリングの問題が逆浸透分離における回収率の向上
を図る点で大きな障害となっている。また、ファウリン
グを防止するためには、上述の如く透過水量を制限する
必要があるが、このような運転操作を行うと単位膜面積
当りの造水量が減少する。そのため、所定量の淡水を得
るには逆浸透膜の膜面積を大きくする必要があり、それ
に伴って設備コストが増大する。

【００１２】本発明は、逆浸透分離における上記した問
題を解決し、海水からの淡水の回収率を向上させて淡水
の製造コストを低減せしめ、さらに設備コストを低減さ
せた、逆浸透分離を用いた造水方法の提供を目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１に記載の造水方法は、複数個の逆浸透
膜エレメントを含む逆浸透膜モジュールユニットに海水
を供給して透過水を得るにあたり、供給する海水のＳＤ
Ｉ値を１以下に制御するとともに、いずれの逆浸透膜エ
レメントにおいても、供給海水の膜面流速を０.０３ｍ
／ｓ以上に制御し、かつ、供給する海水として塩濃度が
３.５重量％の海水を用いたときの透過水の回収率が４
５％以上である逆浸透膜モジュールユニットを用いるこ
とを特徴とする造水方法。

【００１４】その場合、膜処理を行うことにより、供給
する海水のＳＤＩ値を１以下に制御することが好ましい
（請求項２）。また、請求項３の造水方法は、直列に接
続して設けた、逆浸透膜エレメントを含む少なくとも２
個の逆浸透膜モジュールユニットを用い、初段の逆浸透
膜モジュールユニットに海水を供給するとともに、前段
の逆浸透膜モジュールユニットから得られる濃縮海水を
次段の逆浸透膜モジュールユニットに供給し、各段から
透過水を得ることを特徴とする。

【００１５】請求項４の造水方法は、いずれの逆浸透膜
エレメントにおいても、逆浸透膜１ｍ²当たりの透過水
量が０.０７〜１.２ｍ³／ｄの範囲内になるように海水
を処理することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の造水方法を図１に
基づいて説明する。図１において、逆浸透分離装置１
は、逆浸透膜モジュールユニット２、高圧ポンプ４等を
備えている。そして、原海水１０は膜分離装置６で膜処
理されて供給海水２０となり、この供給海水２０は、高
圧ポンプ４により所定の操作圧力になるまで昇圧されて
逆浸透膜モジュールユニット２に導入され、ここで逆浸
透処理されて塩が除去された透過水２０ａと、塩が濃縮
された濃縮水２０ｂとに分離される。なお、この逆浸透
分離装置１の場合、逆浸透分離は単一の操作圧力で１段
で行われるが、例えば特開平８−１０８０４８号公報に
記載の技術のように、多段の逆浸透分離を行ってもよ
い。

【００１７】このようにして得られた透過水２０ａは適
宜タンク９に貯留され、淡水５０として使用に供され
る。淡水５０は、例えば所定の飲料水基準（例えば、蒸
発残留物５００mg／Ｌ以下、塩素イオン濃度２００mg／
Ｌ以下）や所定の目的を満たすものであればよい。一
方、濃縮水２０ｂは、逆浸透分離装置１の系外に送液さ
れる。この場合、系外に取り出された濃縮水２０ｂの圧
力エネルギを、例えばターボチャージャやペルトン水車
を用いて回収してもよい。

【００１８】各逆浸透膜モジュールユニット２、４は、
図２、図３に示すようなエレメントを直列に接続し、図
４に示すように、耐圧容器に収容してモジュールとし、
このモジュールを単独で、または、並列に接続して構成
される。そして、各モジュールユニット２、４の全体に
はそれぞれ所定の操作圧力が負荷されるようになってい
る。

【００１９】図２において、エレメント６１は、供給液
流路材６２と逆浸透膜６３と透過液流路材６４とを含む
膜ユニットが集水管６５の周囲に配置され、端部にブラ
インシール６６を配した構造になっている。上記膜ユニ
ットの配置は、図３に示すように、前記逆浸透膜の袋状
体を供給液流路材６２と透過液流路材６４とを介装した
状態で、集水管６５の周囲にスパイラル状に巻回し、全
体を円筒状ケースに収容したものである。そして、前記
袋状体の一端は開口して集水管の透孔６５ａと連通する
ように接着されていて、供給海水１０は前記袋状体の外
側を流れ、この袋状体を透過してその内側に透過水が流
入し、前記開口部を通って集水管に集められる。このよ
うな構造を持つエレメントは、図４に示すように、継手
６７を介して順に接続され、それぞれブラインシール６
６にて区画されつつ耐圧容器６８内に収納されモジュー
ル８０を構成している。集水管の一端はプロダクトエン
ドキャップ７２により封止されている。

【００２０】耐圧容器６８の一端側に設けられた供給液
口６９から導入される海水は、エレメント６１内に導か
れ、供給液流路材６２、逆浸透膜６３、透過液流路材６
４の順に通過したのち、集水管６５に集められ透過液口
７０から取り出される。また、逆浸透膜６３を透過しな
かった濃縮水は順に下流側のエレメントに導かれて、上
記と同様に透過水と濃縮水とに分離され、最終的に排出
口７１から排出される。

【００２１】なお、上記においては、エレメントとし
て、平膜状の逆浸透膜を用いたスパイラル型エレメント
について説明したが、プレート・アンド・フレーム型エ
レメントや管状膜を用いたチューブラー型エレメント、
また、中空糸膜を束ねてケースに収納した中空糸膜エレ
メントを用いることもできる。逆浸透膜としては、溶液
中の溶媒(水分子)を選択的に透過させ、溶質（塩）の透
過を阻止できるものであればよい。膜構造としては、例
えば膜の少なくとも片面に緻密層を備え、緻密層から反
対面に向ってその径が徐々に大きくなっている微細孔が
形成された非対称膜や、この非対称膜の緻密層の上に他
の材料から成る厚みの薄い活性層を備えた複合膜を用い
ることができる。また、膜の形態としては、平膜や中空
糸膜を用いることができる。そして、膜の材料として
は、酢酸セルロース系ポリマ、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリイミド、およびビニルポリマ等の高分子材料を
用いることができる。代表的な逆浸透膜としては、酢酸
セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、および、
ポリアミド系またはポリ尿素系の活性層を有する複合膜
を挙げることができる。特に、酢酸セルロース系非対称
膜、ポリアミド系活性層を有する複合膜、および芳香族
ポリアミド系の活性層を有する複合膜を用いることが好
ましい。

【００２２】ところで、回収率を向上させる際の制限要
因となるファウリングは、海水中の濁質成分が多くなる
程生じ易くなる。本発明は、このことに着目してなされ
たものであって、海水中の濁質成分を除去して逆浸透分
離を行うことにより、従来より操作圧力（＝回収率）を
高くしてもファウリングの発生が抑制されるので、高回
収率で逆浸透分離を行うことが可能となる。なお、回収
率の値は供給海水の塩濃度によって変動するので、本発
明では、供給海水として塩濃度が３.５重量％の海水を
用いた場合の値で回収率を規定する。

【００２３】上記の、塩濃度が３.５重量％の海水と
は、塩化ナトリウムや塩化マグネシウムなどの溶解性固
形物質を３.５重量％含む海水のことをいう。実際の海
水の塩濃度は、０.７重量％（バルチック海）から４.５
重量％（ペルシャ湾）に至るまで広範囲であるため、以
下に示す式にて回収率を変換して、Ｘ、Ｙを求める。塩濃度が３.５重量％の海水を供給した場合の各段の回
収率（％）＝（１−（３.５／各段の濃縮水の塩濃
度））×１００例えば、濃縮水の塩濃度が８.８重量％になるまで逆浸
透分離を行う場合は、供給海水の塩濃度に関わらず、そ
の回収率を約６０％として用いる。

【００２４】また、濁質成分の濃度を表す指標として
は、ＳＤＩ値が用いられる。ここで、ＳＤＩ値（ＦＩ
値）は、ＳＤＩ値＝（１−Ｔ₀／Ｔ₁₅）×１００／１５ …（１）で表され、対象水中の微細な濁質濃度を示している（但
し、Ｔ₀：０.４５μｍの精密濾過膜を用いて試料水を
０.２MPa／cm²で加圧濾過したときに最初の５００mlの
試料水の濾過に要した時間、Ｔ₁₅：Ｔ₀の後さらに同じ
条件で１５分間濾過した後に５００mlの試料水の濾過に
要した時間）。そして、濁質のない場合のＳＤＩ値は０
となり、最も汚れた水における最大値は６.６７とな
る。

【００２５】以下、回収率、透過水量、およびＳＤＩ値
の相互の関係について、図５、図６に基づいて説明す
る。図５において、塩濃度３.５％の供給海水を回収率
４０％、操作圧力Ｐ₁で逆浸透分離した場合、モジュー
ルユニット出口側の有効圧力Ｕ₀は、逆浸透分離を行う
のに必要な最小限の値（約２MPa）となる。一方、モジ
ュールユニット入口側の有効圧力Ｕ₁は、浸透圧の関係
からＵ₀に比べて高くなる。そして、有効圧力が高くな
るほど透過水量は増えるので、モジュールユニットの入
口側では出口側に比べて透過水量が多くなる。例えば、
上記した運転条件では、Ｕ₁は３.９MPaとなり、モジュ
ールユニット入口側の透過水量は、単位膜面積（単位：
ｍ²）当り約０.６ｍ³／ｄとなる。

【００２６】次に、回収率を６０％とし、操作圧力Ｐ₂
（Ｐ₂＞Ｐ₁）で逆浸透分離を行う場合、モジュールユニ
ット出口側の有効圧力は上記と同様Ｕ₀となる。これに
対し、操作圧力Ｐ₂がＰ₁に比べて高いために、モジュー
ルユニット入口側の有効圧力Ｕ₂はＵ₁に比べて高くな
り、それに伴って透過水量も増大する。例えば、上記し
た運転条件では、Ｕ₂は６.５MPaになり、モジュールユ
ニット入口側の透過水量は、単位膜面積（単位：ｍ²）
当り約１.２ｍ³／ｄに増大する。

【００２７】ここで、逆浸透分離の設備コストや運転コ
ストを低減させるためには、透過水量をなるべく多くし
て膜面積当りの造水量を増大させることが好ましいが、
透過水量が多くなり過ぎるとファウリングが生じる。従
って、ファウリングが生じない最大の透過水量（以下、
「限界透過水量」という）が規定され、この限界透過水
量を保って逆浸透分離が行われる。

【００２８】そして、図６に示すように、この限界透過
水量と供給海水のＳＤＩ値は反比例の関係にある。この
場合、何ら処理を施さない原海水のＳＤＩ値は５〜６程
度であり、これに凝集剤の添加や砂濾過等を行って通常
の前処理をした場合、そのＳＤＩ値は３〜４となる。つ
まり、従来の供給海水のＳＤＩ値は３程度であり、図６
によれば、この供給海水の限界透過水量は、単位膜面積
（単位：ｍ²）当り約０.６ｍ³／ｄとなる。一方、回収
率４０％で逆浸透分離した場合のモジュールユニット入
口側の透過水量は、約０.６ｍ³／ｄであり、これを超え
る回収率で運転すると上記限界透過水量を超えることに
なる。つまり、従来の逆浸透分離の回収率は約４０％に
制限される。

【００２９】これに対し、供給海水のＳＤＩ値が１以下
である場合、その限界透過水量は約１.２ｍ³／ｄに増大
する。一方、回収率６０％で逆浸透分離すると、モジュ
ールユニット入口側の透過水量は約１.２ｍ³／ｄとな
り、上記した限界透過水量と同一になる。つまり、供給
海水のＳＤＩ値を１以下とした場合、４０％を超える
（例えば６０％）回収率で逆浸透分離することができ
る。

【００３０】なお、透過水量が１.２ｍ³／ｄを超える
と、膜面での濃度分極が顕著になってそこでの浸透圧が
上昇し、それ以上の透過水量が得られなくなる。従っ
て、図６において、ＳＤＩ値が１以下の領域では、限界
透過水量は一定の値（約１.２ｍ³／ｄ）になる。ところ
で、供給海水のＳＤＩ値を１以下にするためには、原海
水１０を膜分離装置６で膜処理することが好ましい。膜
処理としては、例えばＵＦ（限外濾過）、ＭＦ（精密濾
過）を適用することができる。この場合、膜分離装置６
の内部には、濁質成分等が補足・濃縮された濃縮液６ｂ
が残るので、適宜逆洗等を行って濃縮液６ｂを膜分離装
置６の系外に取り出すことが好ましい。

【００３１】さらに、原海水１０に予め前処理を施して
から上記膜処理を施すことが好ましい。前処理として
は、例えば以下の操作を行うことができる。まず、深海
層の海水を汲み出す、いわゆる深層海水や、海底砂層な
どをフィルタとして利用した浸透取水法、単にポンプを
海中に投入して行うオープンインテイク法などにより取
水した原海水を沈殿池に導入して塩素等の殺菌剤を添加
し、海水中の粒子を沈殿除去するとともに微生物を殺菌
する。次にこの海水に塩化鉄等の凝集剤を添加して濁質
成分を凝集させ、これを砂濾過して除去する。そして、
この処理海水に硫酸等のｐＨ調整剤を添加して海水のｐ
Ｈを下げ、カルシウム等の析出を防止した後、亜硫酸ナ
トリウム等の還元剤を添加して前記殺菌剤を除去し、さ
らに保安フィルタを通過させる。

【００３２】また、海水に含まれている炭酸カルシウ
ム、硫酸カルシウム、あるいは硫酸ストロンチウム等
は、逆浸透分離時に濃縮されて膜面に析出し易いもので
あり、これらはスケール成分と呼ばれている。そこで、
上記した前処理に加え、原海水１０（または供給海水２
０）にスケール防止剤を添加してスケール成分の析出を
抑制してもよい。スケール防止剤は、上記スケール成分
中の金属(イオン)と錯体を形成してこれを可溶化させる
ものであり、例えば、有機イオンまたは無機イオンから
成るポリマ、あるいはモノマを用いることができる。ま
た、ＮＦ膜等を用いて上述のスケール成分を除去しても
よい。このようにしてスケール成分の析出を抑制した場
合、回収率を更に向上させることができ、溶質である塩
（塩化ナトリウム）の溶解度から規定される上限の回収
率（約８５％）を実現することも可能である。

【００３３】そして、ＳＤＩ値が１以下の供給海水を用
いて逆浸透分離を行う本発明の場合、その限界透過水量
が高くなるために、４０％を超える（４５％以上）高い
回収率で運転を行ってもファウリングが生じることはな
く、高回収率を実現して淡水の製造コスト（造水コス
ト）を低減することができる。また、本発明の場合、透
過水量を多くして単位膜面積当りの造水量を増大させる
ことができ、その結果として、膜面積を小さくして設備
コストの低減を図ることができる。

【００３４】なお、実際の逆浸透分離における操作圧力
は、次のようにして求められる。まず、規定された回収
率で逆浸透分離した時の濃縮水の塩濃度を計算し、その
浸透圧を浸透圧式によって求める。そして、この浸透圧
に所定の（最低）有効圧力を加えることにより操作圧力
とする。浸透圧式としては、例えばvan't Hoff式、三宅
式、Stoughton式を挙げることができる。

【００３５】また、回収率が所定の値になるよう運転す
る方法としては、例えば得られた濃縮水量と透過水量を
逐次モニタしてその比から回収率を計算し、その値が目
標とする回収率からずれている場合には、操作圧力を変
化させて透過水量を増減させる制御を行うことができ
る。そして、本発明では、回収率を４５％以上としてい
るため、操作圧力を６〜１０MPaに規定するのがよい。
また、上記した回収率で逆浸透分離して得られた濃縮水
の塩濃度は６.３重量％以上となる。

【００３６】ところで、逆浸透分離においては、上述の
ようにファウリングを防止することが極めて重要であ
る。特に、以下に述べる項目については、ファウリング
に大きな影響を及ぼすので、次のようにその管理範囲を
定めることが好ましい。まず、操作圧力を、濃縮水の浸
透圧より０.５〜５MPa高くすることが好ましい。操作圧
力が０.５MPa未満である場合は、膜の利用効率が悪くな
る虞があり、また、５MPaを超えた場合は、透過水量が
増えてファウリングが生じる虞があるからである。

【００３７】また、逆浸透分離時における透過水量を、
いずれの逆浸透膜エレメントにおいても、単位膜面積
（単位：ｍ²）当り０.０７〜１.２ｍ³／ｄとすることが
好ましい。ここで、透過水量が０.０７ｍ³／ｄ未満であ
る場合には、充分な量の淡水を回収することができず、
逆浸透分離の運転コスト、および設備コストが増大する
虞がある。また、透過水量が１.２ｍ³／ｄを超えると、
上記したように濃度分極が顕著になって、それ以上の透
過水量を得ることが困難となる。

【００３８】さらに、上記に加え、逆浸透膜の透過水側
に背圧をかけてもよい。通常、逆浸透膜モジュールユニ
ットの入口側では有効圧力が高いために透過水量が増
え、そのためファウリングが生じ易くなっている。従っ
て、当該入口側の逆浸透膜の透過水側に背圧をかけるこ
とによって、この部分での有効圧力を減じさせ、ファウ
リングを防止することができる。そして、通常、モジュ
ールユニットはエレメントを直列に接続して成るので、
ファウリングを生じる虞がある上流側のエレメントに選
択的に背圧をかければよい。この背圧の値は、例えば
０.１〜１.５MPaとすればよい。

【００３９】また、２段以上の逆浸透分離を行う場合
に、所定の段の透過水側に背圧をかけてもよい。例え
ば、海水温度が上昇していずれかの段の逆浸透膜の塩阻
止能が低下すると、水質が劣化するので、通常は当該段
の有効圧力（操作圧力）を上昇させてこれを防止してい
る。ところが、昇圧ポンプとしてターボチャージャを用
いる場合、前段の濃縮水の圧力に一定の昇圧分を加えた
ものが後段の操作圧力となるので、後段の操作圧力を上
昇させるためには、前段の操作圧力をも高くする必要が
ある。そして、かかる場合には上記と同様にして当該前
段でファウリングが生じ易くなるので、前段、より詳し
くは、膜性能が低下している段の前段に背圧をかけるこ
とが好ましい。

【００４０】なお、濃度分極が顕著になると、膜の分離
性能が低下し、また、前記スケール成分や塩が膜面へ析
出してファウリングが生じる可能性が高くなる。従っ
て、かかる濃度分極を抑制した運転条件で運転すること
が好ましい。この濃度分極は、逆浸透膜における濃縮水
の膜面流速が小さい程生じ易く、特に、モジュールユニ
ットの入口側に比べて出口側の方が流速が小さくなるた
め、当該出口側で顕著に濃度分極が生じ易い。

【００４１】そこで、本発明においては、いずれの逆浸
透膜エレメントにおいても、濃縮水の膜面流速を０.０
３ｍ／ｓ以上とする。この膜面流速が０.０３ｍ／ｓ未
満であると、上述したように膜面での濃度分極が顕著に
生じ、ファウリングが発生する。ここで、逆浸透膜エレ
メントにおける供給水の膜面流速とは、エレメント内部
を通過する単位時間当たりの平均供給水流量を、エレメ
ントの供給水通水方向に垂直な断面積のうち、供給水が
通過可能な断面積（以後、供給水流路横断面積という）
で除した値のことをいう。この供給水流路横断面積は、
例えば、中空糸膜や管状膜を用いたエレメントの場合
は、各膜の内径や外径から算出することができるし、ス
パイラル型のエレメントの場合は、供給水の流路には、
通常、供給水（原水）流路材を用いるため、この原水流
路材の空隙率をもとに算出すればよい。ここで空隙率と
は、原水流路材が占める全体積から、原水流路材を構成
する部材の体積を除いた、原水の通水可能な範囲の割合
のことをいい、上述の膜面流速は、エレメントの横断面
でみた場合の原水流路材の長さ、厚み、空隙率および用
いた原水流路材の数を乗算して算出する。なお、本発明
において供給水とは、初段においては処理を行うとする
海水のことをいい、初段以外の各段においては前段から
得られる濃縮海水のことをいう。

【００４２】上記の膜面流速を０.０３ｍ／ｓ以上に制
御するためには、例えば、各段に供給する原水の供給圧
力を高めて単位時間当たりの供給量を増加させたり、ま
た、膜面流速が低下しやすい下流のエレメントほど、前
述の供給水流路横断面積を小さくしておいたりして実現
することができる。この供給水流路横断面積は、中空糸
膜や管状膜を用いるエレメントの場合は、各膜の径や、
エレメント１本当たりに用いる膜本数を調節することに
より、また、原水流路材を用いたスパイラル型エレメン
トの場合は、原水流路材の数や長さ、空隙率などを調節
することのより変化させることができる。

【００４３】さらに、膜面流速を０.０３ｍ／ｓ以上に
制御することに加え、流路材の形状を工夫して供給水の
流れを乱してやると、濃度分極層の厚みが小さくなるの
で、濃度分極をより一層抑制することができる。具体的
には、例えば、原水流路材として菱目状の網体を用いて
供給水の流れを乱せばよい。なお、上記においては、主
に、逆浸透膜モジュールユニットを１段備えた場合につ
いて説明したが、直列に多段に接続して、各段から透過
水を得ることも好ましい。この場合、初段の逆浸透膜モ
ジュールユニットに海水を供給するとともに、前段の逆
浸透膜モジュールユニットから得られる濃縮海水を次段
の逆浸透膜モジュールユニットに供給する、いわゆる濃
縮水多段法としてもよい。この濃縮水多段法において
は、後段ほど供給海水の濃度が高く、したがって供給圧
力も後段にいくほど高くしていく必要がある。このと
き、最終的に排出される濃縮水には高い圧力エネルギが
含まれているため、このエネルギをターボチャージャな
どにより回収し、前段での供給水の加圧に用いることが
好ましい。また、濃縮水の圧力エネルギは後段ほど大き
くなることから、最終段の濃縮水の圧力を回収すること
が最も効率的であり好適である。

【００４４】

【実施例】実施例、比較例図１に示す逆浸透分離装置を用いて逆浸透分離を行い、
淡水を製造した。ここで、各エレメントは、脱塩率９
９.５％、膜面積２９ｍ²のポリアミド系逆浸透膜を組み
込んで成る。そして、このエレメントを６本直列に接続
して耐圧容器に収容してモジュールが構成され、このモ
ジュールを１個用いてモジュールユニットが構成されて
いる。

【００４５】塩濃度約３.５％の原海水に殺菌剤（Ｎａ
ＯＣｌ）、凝集剤（ＦｅＣｌ₃）、ｐＨ調整剤（Ｈ₂ＳＯ
₄）を順次添加した後、所定の濾過を行って前処理を施
した。次に、この海水を、平均孔径が０.０１μｍのポ
リアクリロニトリル中空糸膜に通して膜処理を施し、表
１に示すＳＤＩ値を有する供給海水２０を調製した。供
給海水の温度は、２５℃であった。

【００４６】そして、表１に示す操作圧力で逆浸透分離
を行った。モジュールユニットの入口側から出口側に向
う各エレメントにおける透過水量、エレメント１個当り
の平均透過水量、全体の回収率、および膜面積を表２に
示す。なお、膜面流速の値は、各段を構成している膜モ
ジュールの中で最も下流に位置している（したがって、
その段の中で最も膜面流速の値が小さい）エレメントの
値を示した。

【００４７】また、比較のため、原海水を膜処理を施さ
ずにそのまま供給海水として用い、所定の操作圧力で逆
浸透分離を行った。これを比較例とする。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】表１、２から明らかなように、実施例で
は、ファウリングを生じることなく６０％という高い回
収率が得られている。一方、比較例では、回収率は４０
％に留まっている。また、所定量の淡水を製造するのに
必要な膜面積は、実施例では比較例の１/２になってい
る。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る逆浸透分離を用いた造水方法によれば、ＳＤＩ値が
１以下の供給海水を用いて逆浸透分離を行っているの
で、その限界透過水量は高くなり、４５％以上の高い回
収率で逆浸透分離した場合でも、ファウリングが生じる
ことがない。その結果、高い回収率で逆浸透分離するこ
とができるので、造水コストを低減することができる。

【００５２】また、本発明は、高い回収率で逆浸透分離
を行っているために操作圧力が高く、それに伴って透過
水量が増大する。その結果、単位膜面積当りの造水量は
増大するので、膜面積を小さくして設備コストの低減を
図ることができる。さらに、本発明では、高い回収率で
運転することができるため、そのことによっても設備コ
ストの低減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分離を用いた造水方法のフ
ローを示す図である。

【図２】スパイラル型逆浸透膜エレメントを示す部分切
欠斜視図である。

【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。

【図４】逆浸透膜モジュールを示す概略図である。

【図５】回収率と操作圧力との関係、および有効圧力を
示すグラフである。

【図６】供給海水のＳＤＩ値と限界透過水量との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１逆浸透分離装置２逆浸透膜モジュールユニット４高圧ポンプ６膜分離装置１０原海水２０供給海水２０ａ透過水２０ｂ濃縮水５０淡水６１スパイラル型逆浸透膜エレメント６２供給液流路材６３逆浸透膜６４透過液流路材６５集水管６５ａ透孔６６ブラインシール６７継手６８耐圧容器６９供給液口７０透過液口７１排出口７２プロダクト・エンド・キャップ８０モジュール

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月２日（２００１．３．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】また、濁質成分の濃度を表す指標として
は、ＳＤＩ値が用いられる。ここで、ＳＤＩ値（ＦＩ
値）は、ＳＤＩ値＝（１−Ｔ₀／Ｔ₁₅）×１００／１５ …（１）で表され、対象水中の微細な濁質濃度を示している（但
し、Ｔ₀：０.４５μｍの精密濾過膜を用いて試料水を
０.２MPaで加圧濾過したときに最初の５００mlの試料水
の濾過に要した時間、Ｔ₁₅：Ｔ₀の後さらに同じ条件で
１５分間濾過した後に５００mlの試料水の濾過に要した
時間）。そして、濁質のない場合のＳＤＩ値は０とな
り、最も汚れた水における最大値は６.６７となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１逆浸透分離装置２逆浸透膜モジュールユニット４高圧ポンプ６膜分離装置９タンク１０原海水２０供給海水２０ａ透過水２０ｂ濃縮水５０淡水６１スパイラル型逆浸透膜エレメント６２供給液流路材６３逆浸透膜６４透過液流路材６５集水管６５ａ透孔６６ブラインシール６７継手６８耐圧容器６９供給液口７０透過液口７１排出口７２プロダクト・エンド・キャップ８０モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三好俊郎滋賀県大津市富士見台52番４号Ｆターム(参考） 4D006 GA03 HA62 HA63 HA65 JA25A JA58A KA01 KA03 KA12 KA62 KA63 KA67 KB13 KB14 KB15 KB30 KD02 KD03 KD06 KD08 KD11 KD23 KD24 KE03Q KE03R KE05Q KE05R KE07Q KE30P KE30R MC18 MC22 MC48 MC52 MC54 MC58 PA01 PB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の逆浸透膜エレメントを含む逆浸
透膜モジュールユニットに海水を供給して透過水を得る
にあたり、供給する海水のＳＤＩ値を１以下に制御する
とともに、いずれの逆浸透膜エレメントにおいても、供
給海水の膜面流速を０.０３ｍ／ｓ以上に制御し、か
つ、供給する海水として塩濃度が３.５重量％の海水を
用いたときの透過水の回収率が４５％以上である逆浸透
膜モジュールユニットを用いることを特徴とする造水方
法。
【請求項２】膜処理を行うことにより、供給する海水
のＳＤＩ値を１以下に制御する、請求項１に記載の造水
方法。
【請求項３】直列に接続して設けた、逆浸透膜エレメ
ントを含む少なくとも２個の逆浸透膜モジュールユニッ
トを用い、初段の逆浸透膜モジュールユニットに海水を
供給するとともに、前段の逆浸透膜モジュールユニット
から得られる濃縮海水を次段の逆浸透膜モジュールユニ
ットに供給し、各段から透過水を得る、請求項１または
２に記載の造水方法。
【請求項４】いずれの逆浸透膜エレメントにおいて
も、逆浸透膜１ｍ²当たりの透過水量が０.０７〜１.２
ｍ³／ｄの範囲内になるように海水を処理する、請求項
１〜３のいずれかに記載の造水方法。