JP2001321641A - Fresh water generating method - Google Patents

Fresh water generating method

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JP2001321641A
JP2001321641A JP2001069150A JP2001069150A JP2001321641A JP 2001321641 A JP2001321641 A JP 2001321641A JP 2001069150 A JP2001069150 A JP 2001069150A JP 2001069150 A JP2001069150 A JP 2001069150A JP 2001321641 A JP2001321641 A JP 2001321641A
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JP
Japan
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reverse osmosis
stage
seawater
water
pressure
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JP2001069150A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinari Fusaoka
良成 房岡
Masahiro Kihara
正浩 木原
Yoshisuke Nakamura
吉佑 中村
Toshiro Miyoshi
俊郎 三好
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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    • Y02A20/124Water desalination
    • Y02A20/131Reverse-osmosis

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fresh water generating method using a reverse osmosis separation by which the cost of generating fresh water is reduced and a stabilized operation for a long period is attained. SOLUTION: In the fresh water generating method, two or more stages of reverse osmosis separations having different operational pressures are performed, and supplied sea water 10 is separated at the first stage by reverse osmosis to obtain concentrated water 20b, and thereafter, the operational processes in which the pressure of the concentrated water obtained at the front stage is further raised and then the resultant concentrated water is separated at the subsequent stage by reverse osmosis are sequentially performed, and the permeated water batches 20a, 40a obtained at respective stages are recovered to obtain fresh water. In the method, operational processes satisfying the following equation are conducted: S×F<=5 (here, S is an SDI value of supplied sea water, F: the maximum value (m3/(m2.d)) of a permeated water quantity per one m2 of a reverse osmosis membrane).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は造水方法に関する。
特に、それぞれ操作圧力の異なる2段以上の逆浸透分離
を用いて海水から淡水を製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for producing fresh water.
In particular, the present invention relates to a method for producing freshwater from seawater using two or more stages of reverse osmosis separation having different operation pressures.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a membrane separation method has been widely used as a method for selectively separating a specific substance from a mixture (mainly a solution). Among these membrane separation methods, the reverse osmosis method is widely used as a technique for desalinating seawater or brackish water (low-concentration brine) to provide industrial, agricultural, or domestic freshwater. .

【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。
[0003] This reverse osmosis method uses a reverse osmosis membrane having the property of permeating only water molecules, and applies a pressure higher than the osmotic pressure of the solution to the solution and water in osmotic equilibrium across the reverse osmosis membrane. This is a technique for transferring water molecules in a solution to the water side by adding from the side. In other words, the reverse osmosis method can take out water from the solution without causing a phase change unlike the conventional evaporation method, and therefore has the advantage of being energy-efficient and easy of operation management.

【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。
[0004] When this reverse osmosis separation is performed on a practical scale, the following reverse osmosis separation apparatus is usually used.
First, the reverse osmosis membrane is a spiral, tubular, flat membrane laminate,
Alternatively, the membrane element is processed into a hollow fiber membrane and housed in a case with a flow path material interposed therebetween to form a membrane element called an element. The elements are appropriately connected in series, housed in a pressure-resistant container to form a module, and the modules are connected in parallel to form a reverse osmosis separation module unit. Then, by applying a predetermined pressure to the entire module unit, reverse osmosis separation is performed.

【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。
[0005] When reverse osmosis separation is actually performed, salts that cannot permeate the reverse osmosis membrane stay on the solution side near the membrane surface to increase the salt concentration on the membrane surface, so that a so-called concentration polarization phenomenon occurs and the membrane is concentrated. The osmotic pressure of the surface increases. Therefore, it is practically necessary to perform reverse osmosis separation at a pressure higher than the osmotic pressure of the solution (hereinafter, referred to as “operation pressure”). Here, the difference between the operating pressure and the osmotic pressure of the solution is called “effective pressure”, and the operating pressure is usually determined so that the effective pressure at the outlet side of the module unit is about 2 MPa.

【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
の製造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。
[0006] In the reverse osmosis separation, the rate of recovering fresh water from seawater (recovery rate) is determined not only in designing the entire reverse osmosis separation process but also in determining the production cost of fresh water obtained by reverse osmosis separation. It is an important factor. The higher the recovery rate, the lower the desalination cost. Therefore, it is important to improve the recovery rate. For example, when using seawater having a salt concentration of 3.5%, the recovery in the related art is about 40%. In this case, the seawater supplied at a salt concentration of 3.5% is concentrated in the module unit and taken out from the outlet side as a concentrated water having a salt concentration of 6%, and the osmotic pressure of the seawater in the module unit is reduced. It becomes about 2.5 to 4.5 MPa. Therefore, a value (6.5 MPa) obtained by adding the effective pressure to the osmotic pressure is applied to the entire module unit as an operating pressure, and the operation is performed.

【0007】[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、膜面の透過水量は
多くなり、膜面に上記濁質成分が引き寄せられるので、
ファウリングが生じ易くなる。
However, in the case of the conventional technique, it is extremely difficult to realize a recovery rate exceeding 40% due to the following limiting factors. First, the first limiting factor is a fouling problem. Fouling is a phenomenon in which turbid components and the like contained in seawater adhere to the membrane surface of a reverse osmosis membrane and cause clogging, which causes a decrease in membrane life and an increase in operating costs during reverse osmosis separation. Become. And, as the effective pressure increases, the amount of permeated water on the membrane surface increases, and the turbid component is attracted to the membrane surface.
Fouling is likely to occur.

【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。
[0008] Then, the concentration of the seawater introduced into the inlet side of the module unit increases toward the outlet side,
Therefore, the osmotic pressure of the seawater on the outlet side is higher than that on the inlet side. On the other hand, since the operating pressure is substantially the same on the inlet side and the outlet side of the module unit, the effective pressure represented by the difference between the operating pressure and the osmotic pressure increases on the inlet side. As described above, fouling is particularly likely to occur on the inlet side of the module unit, so it is necessary to prevent the fouling by limiting the entire operation pressure (= recovery rate).

【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。
The second limiting factor is a problem that scale components (such as calcium carbonate, calcium sulfate, and strontium sulfate) in seawater and salts (sodium chloride) as a solute are deposited on the film surface. This precipitation phenomenon occurs when seawater is concentrated by reverse osmosis and the concentration of the scale component or salt exceeds its solubility, and when these are deposited on the membrane surface, fouling tends to occur. The higher the recovery rate, the higher the concentration of the scale component and the like in the concentrated water. Therefore, it is necessary to regulate the recovery rate in a range where the scale component and the salt do not precipitate. For example, the upper limit of the recovery defined by the solubility of the scale component is about 70%. Further, even when the scale component is prevented from being precipitated by using an appropriate scale inhibitor, the upper limit of the recovery rate is restricted to about 85% because the solubility of the salt is limited.

【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、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7MPa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。
The third limiting factor is the pressure resistance of the reverse osmosis membrane and the reverse osmosis separation module unit. For example, recovery rate 4
The operating pressure when performing reverse osmosis separation at 0% is 6.5 MPa as described above, but when performing reverse osmosis separation at a recovery rate of 60%, the osmotic pressure of the concentrated water (salt concentration 8.8%). Is 7 MPa, so the operating pressure rises to 9 MPa. Therefore, the reverse osmosis membrane and the module unit are required to have higher pressure resistance.

【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。このようなことか
ら、特開平8−108048号公報には、多段に配置し
た逆浸透膜モジュールユニットを用い、前段の逆浸透分
離で得られた濃縮水をさらに昇圧して次段で逆浸透分離
する技術が開示されている。この技術においては、全体
の回収率(以下、「総回収率」という)は各段における
回収率を合わせたもので表され、例えば60%という高
い総回収率を達成することができる。
[0011] Among the above-mentioned limiting factors, the problem of fouling is a major obstacle in improving the recovery rate in reverse osmosis separation. For this reason, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-108048 discloses that the concentrated water obtained by the reverse osmosis separation in the previous stage is further pressurized by using reverse osmosis membrane module units arranged in multiple stages, and the reverse osmosis separation is performed in the next stage. A technique for performing this is disclosed. In this technique, the overall recovery rate (hereinafter, referred to as “total recovery rate”) is represented by the sum of the recovery rates at each stage, and a high total recovery rate of, for example, 60% can be achieved.

【0012】ところで、多段の逆浸透分離を行う場合、
いずれか1つの段でファウリング等のトラブルが生じて
も全体の安定運転に影響が生じることになるので、各段
でのファウリングを確実に防止する運転条件を確立する
ことが必要である。特に、多段の逆浸透分離の運転に際
しては、各段での回収率や、各段へ送られる海水の塩濃
度がそれぞれ異なっているため、従来、すべての段にお
けるファウリングを防止できる運転条件を見出すことは
困難であった。そして、一旦ファウリングが生じると、
運転を中止してその段の膜の洗浄や交換を行う必要があ
るので、運転効率の低下、ひいては運転コストの増大を
招くという問題があった。
By the way, when performing a multistage reverse osmosis separation,
Even if a trouble such as fouling occurs in any one of the stages, the entire stable operation is affected. Therefore, it is necessary to establish operating conditions for reliably preventing fouling in each stage. In particular, in the operation of multi-stage reverse osmosis separation, since the recovery rate in each stage and the salt concentration of seawater sent to each stage are different, operating conditions that can prevent fouling in all stages have been conventionally set. It was difficult to find. And once fouling occurs,
Since it is necessary to stop the operation and clean or replace the membrane at that stage, there has been a problem that the operation efficiency is lowered and the operation cost is increased.

【0013】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るとと
もに、運転コストを低減させて造水コストを低減せし
め、さらに長期間の安定運転を可能とした、逆浸透分離
を用いた淡水の製造方法の提供を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems in reverse osmosis separation, improves the recovery rate of fresh water from seawater, reduces operating costs and lowers fresh water production costs, and achieves long-term stable operation. An object of the present invention is to provide a method for producing fresh water using reverse osmosis separation.

【0014】[0014]

【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、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
を得るにあたり、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以上に制御す
るとともに、供給海水のSDI値Sと逆浸透膜エレメン
トにおける逆浸透膜1m2当たりの透過水量の最大値F
(m3/(m2・d))とが次式:S×F≦5を満足する
条件下で海水を処理することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fresh water producing method according to claim 1 comprises at least two reverse osmosis membranes including a reverse osmosis membrane element provided in series. Using the module unit, seawater is supplied to the first-stage reverse osmosis membrane module unit, and concentrated seawater obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module unit is supplied to the next-stage reverse osmosis membrane module unit. in obtaining, any of the in the reverse osmosis membrane element, to control the film surface velocity of the feed seawater or 0.03 m / s, transmission of the reverse osmosis membrane 1 m 2 per in SDI value S and the reverse osmosis membrane element of the feed seawater Maximum amount of water F
(M 3 / (m 2 · d)) is characterized by treating seawater under conditions that satisfy the following equation: S × F ≦ 5.

【0015】そして、SDI値が4以下である海水を処
理することが好ましい(請求項2)。また、最終段の濃
縮海水の圧力エネルギを、ターボチャージャを用いて回
収しながら海水を処理してもよい(請求項3)。
It is preferable to treat seawater having an SDI value of 4 or less (claim 2). Further, the seawater may be treated while recovering the pressure energy of the concentrated seawater at the final stage by using a turbocharger.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る、2段で逆浸
透分離を行う淡水の製造方法を図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、それぞれ操作
圧力の異なる初段逆浸透膜モジュールユニット2、およ
び後段逆浸透膜モジュールユニット4を備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for producing fresh water for performing reverse osmosis separation in two stages according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a reverse osmosis separation device 1 includes a first-stage reverse osmosis membrane module unit 2 and a second-stage reverse osmosis membrane module unit 4 having different operation pressures.

【0017】そして、この逆浸透分離装置1に供給海水
10を導入して逆浸透分離を行うことにより淡水50が
製造される。この場合、供給海水10は、高圧ポンプ6
により初段の操作圧力になるまで昇圧されて初段逆浸透
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初段透過水20aと、塩が濃縮さ
れた初段濃縮水20bとに分離される。次に、初段濃縮
水20bは、後段逆浸透膜モジュールユニット4に導入
され、詳しくは後述するターボチャージャ8により、後
段の操作圧力になるまで昇圧されて逆浸透処理され、後
段透過水40aと後段濃縮水40bとに分離される。
Then, the supplied seawater 10 is introduced into the reverse osmosis separation device 1 to perform reverse osmosis separation, whereby fresh water 50 is produced. In this case, the supplied seawater 10 is supplied to the high-pressure pump 6
The first stage permeated water 20a in which the pressure is increased to the first stage operating pressure and is introduced into the first stage reverse osmosis membrane module unit 2 where the salt is removed by the reverse osmosis treatment, and the first stage concentrated water 20b in which the salt is concentrated Is separated into Next, the first-stage concentrated water 20b is introduced into the second-stage reverse osmosis membrane module unit 4. Specifically, the first-stage concentrated water 20b is boosted to a second-stage operating pressure by a turbocharger 8 described below and subjected to reverse osmosis treatment. It is separated into concentrated water 40b.

【0018】このようにして得られた初段透過水20a
と後段透過水40aは混合されて適宜タンク9に貯留さ
れ、淡水50として使用に供される。一方、後段濃縮水
40bは、ターボチャージャ8の動力源として利用され
た後、逆浸透分離装置1の系外に送液される。なお、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)を満たすものであればよい。
The first stage permeated water 20a thus obtained
And the latter permeated water 40 a are mixed and appropriately stored in the tank 9, and used as fresh water 50. On the other hand, the second-stage concentrated water 40b is used as a power source of the turbocharger 8, and then is sent to the outside of the reverse osmosis separation device 1. The fresh water 50 may be any as long as it satisfies, for example, a predetermined drinking water standard (for example, evaporation residue of 500 mg / L or less, chloride ion concentration of 200 mg / L or less).

【0019】逆浸透分離に供される供給海水10は、原
海水をそのまま用いてもよいが、前処理を施して原海水
に含まれる濁質成分等を除去することが好ましい。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pH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。
As the supplied seawater 10 to be subjected to reverse osmosis separation, raw seawater may be used as it is, but it is preferable to perform a pretreatment to remove turbid components and the like contained in the raw seawater. As the pre-processing, for example, the following operation can be performed.
First, so-called deep seawater, which pumps out the seawater from the deep sea,
Introduce raw seawater that has been withdrawn by the osmotic water intake method using a seabed sand layer or the like as a filter, or the open intake method in which a pump is simply put into the sea, add a germicide such as chlorine, and add particles in the seawater. And disinfect microorganisms. Next, a coagulant such as iron chloride is added to the seawater to coagulate the turbid component, which is removed by sand filtration. Then, a pH adjuster such as sulfuric acid is added to the treated seawater to lower the pH of the seawater to prevent precipitation of calcium and the like, and then a reducing agent such as sodium sulfite is added to remove the bactericide, and further secure. Pass through the filter.

【0020】なお、供給海水中の炭酸カルシウム、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、供給海水にスケール防止剤を添加してこの
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、溶質の主成分である塩(塩化ナトリウム)の析
出限界である約85%の総回収率を実現することも可能
である。
[0020] Calcium carbonate, calcium sulfate, strontium sulfate, and the like in the supplied seawater are concentrated during reverse osmosis separation and easily precipitate on the membrane surface, and these are called scale components. Therefore, in addition to the above pretreatment, a scale inhibitor may be added to the supplied seawater to suppress the precipitation of the scale component. The scale inhibitor forms a complex with the metal (ion) in the scale component to solubilize the complex, and for example, a polymer or a monomer composed of an organic ion or an inorganic ion can be used. Further, the above-mentioned scale component may be removed by using an NF film or the like. When the precipitation of scale components is suppressed in this way, the recovery rate can be further improved, and a total recovery rate of about 85%, which is the precipitation limit of salt (sodium chloride), which is a main component of the solute, can be realized. Is also possible.

【0021】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。
Each reverse osmosis membrane module unit 2, 4
The elements as shown in FIGS. 2 and 3 are connected in series, and as shown in FIG.
This module is configured singly or connected in parallel. Then, a predetermined operation pressure is applied to each of the module units 2 and 4 as a whole.

【0022】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。
In FIG. 2, a membrane unit including a supply liquid flow path member 62, a reverse osmosis membrane 63, and a permeate liquid flow path material 64 is disposed around a water collecting pipe 65, and a brine seal 66 is provided at an end thereof. It has a structure with. As shown in FIG. 3, the arrangement of the membrane unit is such that the bag-like body of the reverse osmosis membrane is provided around the water collecting pipe 65 with the supply liquid flow path member 62 and the permeate liquid flow path material 64 interposed therebetween. It is wound in a spiral shape and the whole is housed in a cylindrical case. Then, one end of the bag-like body is adhered so as to open and communicate with the through hole 65a of the water collecting pipe, and the supplied seawater 10 flows outside the bag-like body, passes through the bag-like body, and Permeated water flows into the inside and is collected in the water collection pipe through the opening. The elements having such a structure are connected in order through a joint 67 as shown in FIG.
The module 80 is housed in the pressure-resistant container 68 while being partitioned at 6. One end of the water collecting pipe is sealed by a product end cap 72.

【0023】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。
The seawater introduced from the supply liquid port 69 provided at one end of the pressure-resistant container 68 is guided into the element 61, and the supply liquid flow path material 62, the reverse osmosis membrane 63, the permeate flow path material 6
After passing in the order of 4, the water is collected in the water collecting pipe 65 and taken out from the permeated liquid port 70. The concentrated water that has not passed through the reverse osmosis membrane 63 is sequentially led to the downstream element, separated into permeated water and concentrated water in the same manner as described above, and finally discharged from the outlet 71.

【0024】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。
In the above description, a spiral type element using a flat membrane-like reverse osmosis membrane has been described as an element. However, a plate-and-frame type element, a tubular type element using a tubular membrane,
Further, a hollow fiber membrane element in which hollow fiber membranes are bundled and housed in a case can also be used. Any reverse osmosis membrane may be used as long as it can selectively permeate the solvent (water molecules) in the solution and prevent permeation of the solute (salt). As the film structure, for example, an asymmetric film having a dense layer on at least one surface of the film, and having fine pores whose diameter gradually increases from the dense layer toward the opposite surface, or a dense layer of the asymmetric film A composite membrane with a thin active layer of another material on top can be used. Further, as the form of the membrane, a flat membrane or a hollow fiber membrane can be used. As a material of the film, a polymer material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, and vinyl polymer can be used. Typical reverse osmosis membranes include cellulose acetate-based or polyamide-based asymmetric membranes, and
A composite film having a polyamide-based or polyurea-based active layer can be used. In particular, it is preferable to use a cellulose acetate-based asymmetric membrane, a composite membrane having a polyamide-based active layer, and a composite membrane having an aromatic polyamide-based active layer.

【0025】ターボチャージャ8は、逆浸透分離された
透過水や濃縮水が高い圧力エネルギを持っていることを
利用し、その高圧流体をタービン羽根車に当ててポンプ
の駆動源とするものであり、例えば特開平1−2949
03号に記載されたものを用いることができる。そし
て、ターボチャージャ8を用いれば、このターボチャー
ジャに送られた低圧力の流体を電気的エネルギ等を用い
ることなく昇圧することができる。すなわち、濃縮水が
持つ圧力エネルギを回収することができる。ここで、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
好適となる。
The turbocharger 8 utilizes the fact that the permeated water and the concentrated water separated by reverse osmosis have high pressure energy, and applies the high-pressure fluid to a turbine impeller to serve as a drive source of a pump. For example, JP-A 1-2949
No. 03 can be used. If the turbocharger 8 is used, the pressure of the low-pressure fluid sent to the turbocharger can be increased without using electric energy or the like. That is, the pressure energy of the concentrated water can be recovered. Here, since the pressure energy of the concentrated water increases in the later stages, it is most efficient and preferable to recover the pressure of the concentrated water in the final stage.

【0026】なお、ターボチャージャ8に代えて、通常
の高圧ポンプを用いて2段目以降の逆浸透分離を行って
もよく、初段の逆浸透分離にこのターボチャージャを用
いてもよい。また、ターボチャージャ8を用いずに、最
終段の濃縮水を例えばペルトン水車に当ててその圧力エ
ネルギを回収してもよい。そして、この逆浸透分離装置
1を用い、例えば供給海水(塩濃度3.5%)に対する
初段の回収率を40%、後段の回収率を33%(後段へ
送られる初段濃縮水に対する後段透過水の割合)、供給
海水に対する各段で得られた透過水の総量の割合を示す
総回収率を60%に設定した場合、実際の逆浸透分離は
次のようにして行われる。
Instead of the turbocharger 8, the reverse osmosis separation of the second and subsequent stages may be performed using a normal high-pressure pump, or the turbocharger may be used for the reverse osmosis separation of the first stage. Instead of using the turbocharger 8, the final stage concentrated water may be applied to, for example, a Pelton turbine to recover the pressure energy. Then, using the reverse osmosis separator 1, for example, the recovery rate of the first stage with respect to the supplied seawater (salt concentration of 3.5%) is 40%, and the recovery ratio of the second stage is 33% (the second stage permeate with respect to the first stage concentrated water sent to the second stage) When the total recovery rate indicating the ratio of the total amount of permeated water obtained in each stage to the supplied seawater is set to 60%, the actual reverse osmosis separation is performed as follows.

【0027】まず、初段逆浸透膜モジュールユニット2
に供給海水を導入し、回収率40%に相当する操作圧力
(6.5MPa)を負荷して逆浸透分離を行う。次に、得ら
れた初段濃縮水20bを後段逆浸透膜モジュールユニッ
ト4に導入し、総回収率60%に相当する操作圧力(9
MPa)を負荷して後段の逆浸透分離を行い、各段で得ら
れた透過水20a、40aを上記回収率で回収して淡水
を得る。
First, the first-stage reverse osmosis membrane module unit 2
, And reverse osmosis separation is performed by applying an operating pressure (6.5 MPa) corresponding to a recovery rate of 40%. Next, the obtained first-stage concentrated water 20b was introduced into the second-stage reverse osmosis membrane module unit 4 and operated at an operating pressure (9%) corresponding to a total recovery of 60%.
MPa) is applied to perform reverse osmosis separation in the subsequent stage, and the permeated water 20a, 40a obtained in each stage is recovered at the above recovery rate to obtain fresh water.

【0028】ところで、本発明における回収率の値と
は、供給する海水の塩濃度により変動することを考慮
し、塩濃度が3.5重量%の海水を用いた場合の値のこ
とをいう。また、各段の回収率は、初段に導入される海
水に対する各段の透過水の割合で算出される。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
変換して求める。
By the way, the value of the recovery rate in the present invention means a value in the case where seawater having a salt concentration of 3.5% by weight is used in consideration of the variation depending on the salt concentration of the supplied seawater. The recovery rate of each stage is calculated by the ratio of permeated water of each stage to seawater introduced into the first stage. above,
Seawater having a salt concentration of 3.5% by weight refers to seawater containing 3.5% by weight of a soluble solid substance such as sodium chloride or magnesium chloride. The actual salt concentration of seawater ranges from 0.7% by weight (Baltic Sea) to 4.5% by weight (Persian Gulf)
The recovery rate is determined by converting the recovery rate according to the following equation.

【0029】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。各段の操作圧力は、
次のようにして設定する。まず、上記した上限塩濃度を
超えない範囲内で、所定の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式が挙げられる。
When seawater having a salt concentration of 3.5% by weight is supplied, the recovery ratio (%) of each stage = (1− (3.5 / salt concentration of concentrated water in each stage)) × 100 When performing reverse osmosis separation until the salt concentration of water reaches 8.8% by weight, the recovery rate is used as about 60% regardless of the salt concentration of the supplied seawater. The operating pressure of each stage is
Set as follows. First, the salt concentration of the concentrated water at the time of reverse osmosis separation at a predetermined recovery rate is calculated within a range not exceeding the upper limit salt concentration described above, and the osmotic pressure is obtained by an osmotic pressure equation. Then, an operating pressure is obtained by adding a predetermined effective pressure to the osmotic pressure. Examples of the osmotic pressure type include a van't Hoff type, a Miyake type, and a Stoughton type.

【0030】また、各段の回収率が設定された値になる
ように運転する方法としては、例えば各段で得られる濃
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。このようにして多段で逆浸透分離
を行う場合、上述の如く各段での運転条件はそれぞれ大
きく異なっている。例えば初段では、塩濃度3.5%の
供給海水を用いて回収率40%で逆浸透分離が行われる
が、後段では塩濃度6%の初段濃縮水を用いて回収率3
3%で逆浸透分離が行われる。
As a method of operating so that the recovery rate of each stage becomes a set value, for example, the amount of concentrated water and the amount of permeated water obtained in each stage are sequentially monitored, and the recovery ratio is calculated from the ratio. When the value deviates from the target recovery rate, control for changing the operation pressure to increase or decrease the amount of permeated water can be performed. When the reverse osmosis separation is performed in multiple stages in this manner, the operating conditions in each stage are greatly different as described above. For example, in the first stage, reverse osmosis separation is performed at a recovery rate of 40% using supplied seawater having a salt concentration of 3.5%, but in the subsequent stage, a recovery rate of 3% is obtained using a first-stage concentrated water having a salt concentration of 6%.
Reverse osmosis separation is performed at 3%.

【0031】以上のことから、本発明は、ファウリング
に影響を与える要因として、供給海水の濁度や各段での
透過水量に着目し、これらの値を最適化することによ
り、各段での運転条件が異なっていても、すべての段に
おけるファウリングを有効に防止することを可能とす
る。つまり、本発明では、次式: S×F≦5 …(1) (但し、S:供給海水のSDI値、F:逆浸透膜エレメ
ントにおける逆浸透膜1m2当りの透過水量(m3/(m
2・d))の最大値)の関係を満たして運転操作を行
う。ここで、SDI値(FI値)とは、対象水中の微細
な濁質濃度を示し、(1−T0/T15)×100/15
で表される(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50
0ml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、濁質のない場合は0とな
り、最も汚れた水における最大値は6.67となる。
From the above, the present invention focuses on the turbidity of the supplied seawater and the amount of permeated water in each stage as factors affecting fouling, and optimizes these values to make each stage possible. It is possible to effectively prevent fouling in all stages even if the operating conditions are different. That is, in the present invention, the following formula: S × F ≦ 5 (1) (where, S: SDI value of supplied seawater, F: permeated water amount per m 2 of reverse osmosis membrane in the reverse osmosis membrane element (m 3 / ( m
Operation is performed while satisfying the relationship of 2 ) d)). Here, the SDI value (FI value) indicates a fine turbid concentration in the target water, and is (1−T 0 / T 15 ) × 100/15.
In represented by (wherein, T 0: initial 50 when subjected to pressure filtration at 0.2MPa the sample water using a 0.45μm microfiltration membranes
Time required for filtration of 0 ml of sample water, time required for filtration of 500 ml of sample water after further filtration for 15 minutes under the same conditions after T 15 : T 0 ). When there is no turbidity, the value is 0, and the maximum value in the most dirty water is 6.67.

【0032】そして、式(1)で表されるSDI値
(S)と透過水量の最大値(F)との積は、単位時間当
り、逆浸透膜に蓄積(付着)する微粒子量を示し、この
値を所定の値5以下に保つような運転を行うことによ
り、各段におけるファウリングを確実に防止することが
可能であることが判明している。一方、上記した積が5
を超えると、単位時間当り逆浸透膜に蓄積(付着)する
微粒子量が増大し、ファウリングが生じる。
The product of the SDI value (S) expressed by the formula (1) and the maximum value of the permeated water amount (F) indicates the amount of fine particles accumulated (attached) to the reverse osmosis membrane per unit time. It has been found that by performing an operation in which this value is maintained at a predetermined value of 5 or less, fouling in each stage can be reliably prevented. On the other hand, if the above product is 5
If it exceeds, the amount of fine particles accumulated (adhered) to the reverse osmosis membrane per unit time increases, and fouling occurs.

【0033】この場合、図5に示すように、透過水量と
供給海水のSDI値は反比例の関係にある。そして、何
ら前処理を施さない原海水のSDI値は5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
施した場合のSDI値は3〜4となる。従って、図5に
よれば、SDI値が3の供給海水を用いた場合、透過水
量の上限は、単位膜面積(単位:m2)当り約1.6m3
/(m2・d)となる。
In this case, as shown in FIG. 5, the amount of permeated water and the SDI value of the supplied seawater are in inverse proportion. And the SDI value of the raw seawater without any pretreatment is about 5,
The SDI value when this is subjected to a normal pretreatment by adding a flocculant, filtering with sand, or the like is 3 to 4. Therefore, according to FIG. 5, when the supply seawater having the SDI value of 3 is used, the upper limit of the permeated water amount is about 1.6 m 3 per unit membrane area (unit: m 2 ).
/ (M 2 · d).

【0034】一方、例えば供給海水のSDI値を1とす
れば、透過水量の上限は約5m3/(m2・d)となる。
つまり、SDI値の小さい供給海水を用いれば、透過水
量を増やして操作圧力を高くすることができ、その結果
として回収率を向上させることができる。また、透過水
量の制限が緩和されるので、各段の運転条件を決める際
の設計自由度を大きくすることができる。さらに、透過
水量を多くして膜面積当りの造水量を増大させ、逆浸透
分離の設備コストを低減させることができる。以上のこ
とから、供給海水のSDI値を4以下とするのがよく、
好ましくは3以下、より好ましくは1程度とする。
On the other hand, if the SDI value of the supplied seawater is 1, for example, the upper limit of the amount of permeated water is about 5 m 3 / (m 2 · d).
In other words, if the supplied seawater having a small SDI value is used, the amount of permeated water can be increased and the operating pressure can be increased, and as a result, the recovery rate can be improved. In addition, since the restriction on the amount of permeated water is relaxed, the degree of freedom in designing when determining the operating conditions of each stage can be increased. Further, the amount of permeated water can be increased to increase the amount of water produced per membrane area, and the equipment cost of reverse osmosis separation can be reduced. From the above, it is better to set the SDI value of the supplied seawater to 4 or less.
Preferably it is 3 or less, more preferably about 1.

【0035】なお、透過水量の最大値が5m3/(m2
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難く
なる。従って、図5において、SDI値が1以下の領域
では、透過水量は式(1)で計算される値より小さくな
り、やがてその値は飽和する。そして、このように多段
で逆浸透分離を行う本発明の場合、後段になるにつれて
操作圧力が上昇するため、例えば上記した総回収率60
%で運転を行う場合でも、後段での高い操作圧力(9MP
a)が初段に負荷されることはなく、初段には上記した
式(1)で規定される透過水量を超えない程度の操作圧
力(6.5MPa)が負荷される。つまり、本発明では、高
い回収率(例えば60%)で運転を行った場合でも、従来
の1段で逆浸透分離を行う場合のように透過水量が増大
してファウリングが生じることがなく、高い回収率で逆
浸透分離することができる。そして、その結果として淡
水の製造コスト(造水コスト)を低減させることができ
る。
The maximum value of the amount of permeated water is 5 m 3 / (m 2 ···
If d) is exceeded, the concentration polarization on the membrane surface becomes remarkable, and the osmotic pressure there rises, making it difficult to obtain more permeated water. Therefore, in FIG. 5, in the region where the SDI value is 1 or less, the amount of permeated water becomes smaller than the value calculated by the equation (1), and the value eventually saturates. In the case of the present invention in which reverse osmosis separation is performed in multiple stages as described above, since the operating pressure increases in the later stages, for example, the above-described total recovery rate of 60
%, Even when operating at high operating pressures (9MP
a) is not applied to the first stage, and the operating pressure (6.5 MPa) is applied to the first stage so as not to exceed the permeated water amount defined by the above equation (1). That is, in the present invention, even when the operation is performed at a high recovery rate (for example, 60%), the amount of permeated water does not increase and fouling does not occur as in the case of performing the reverse osmosis separation in the conventional single stage. Reverse osmosis separation can be performed with high recovery. As a result, the production cost of fresh water (desalination cost) can be reduced.

【0036】さらに、SDI値の小さい供給海水を用い
れば、式(1)より透過水量を増大させて操作圧力を高
くすることができ、より一層高い回収率を実現すること
ができる。なお、供給海水のSDI値を1以下にするた
めには、原海水(または前述の前処理を施した原海水)
を所定の膜分離装置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、膜分離装置の
内部には、濁質成分等が補足・濃縮された濃縮液が残る
ので、適宜逆洗等を行って濃縮液を膜分離装置の系外に
取り出すことが好ましい。
Further, if the supplied seawater having a small SDI value is used, the operating pressure can be increased by increasing the permeated water amount according to the equation (1), and a higher recovery rate can be realized. In order to reduce the SDI value of the supplied seawater to 1 or less, the raw seawater (or the raw seawater subjected to the above-described pretreatment) is used.
Is preferably subjected to a membrane treatment by a predetermined membrane separation device. As the membrane treatment, for example, UF (ultrafiltration) and MF (microfiltration) can be applied. In this case, since the concentrated liquid in which the turbid components and the like are trapped and concentrated remains in the inside of the membrane separation apparatus, it is preferable to take out the concentrated liquid to the outside of the membrane separation apparatus by performing appropriate back washing or the like.

【0037】本発明において、上記した総回収率の値は
特に制限されないが、30〜85%とすることが好まし
い。30%未満である場合は、従来の逆浸透分離に比べ
て淡水化コストの低減効果が充分でなく、本発明を適用
する必要性が少なくなるからである。また、85%を超
えると、溶質である塩の析出限界を超えるので、これ以
上の回収率で運転することは困難となる。
In the present invention, the value of the above-mentioned total recovery rate is not particularly limited, but is preferably 30 to 85%. If it is less than 30%, the effect of reducing the desalination cost is not sufficient as compared with the conventional reverse osmosis separation, and the necessity of applying the present invention is reduced. On the other hand, if it exceeds 85%, it exceeds the precipitation limit of salt as a solute, so that it is difficult to operate at a higher recovery rate.

【0038】また、多段の逆浸透分離においては、上述
のように各段の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、標準として、供給
海水のSDI値を3としたとき、各段の逆浸透分離時に
おける透過水量を、各段の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〜
1.6m3/(m2・d)とすることが好ましい。ここ
で、透過水量が0.07m3/(m2・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、1.6m3/(m2・d)を超えた場合に
は、膜面を透過水が通過する速度が大きくなるので、上
記濁質が供給水側から膜面に吸い寄せられて膜面に付着
し、ファウリングが生じ易くなる。
In multistage reverse osmosis separation, it is extremely important to prevent fouling in each stage as described above. In particular, the items described below have a great effect on fouling, so it is preferable to determine the management range as follows. First, assuming that the SDI value of the supplied seawater is 3 as a standard, the amount of permeated water at the time of reverse osmosis separation in each stage is calculated per unit membrane area (unit: m 2 ) in any reverse osmosis membrane element in each stage. 0.07-
It is preferably 1.6 m 3 / (m 2 · d). Here, when the permeated water amount is less than 0.07 m 3 / (m 2 · d), a sufficient amount of fresh water cannot be recovered, and the operating cost and equipment cost of reverse osmosis separation increase. There is a fear. When the flow rate exceeds 1.6 m 3 / (m 2 · d), the speed at which the permeated water passes through the membrane surface is increased. Fouling is likely to occur.

【0039】次に、各段における操作圧力を、当該段の
濃縮水の浸透圧より0.5〜5MPa高くすることが好まし
い。操作圧力と浸透圧との差が0.5MPa未満である場合
は、膜面の濃度分極により逆浸透分離が充分進行しなく
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。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。このようなことから、本発
明においては、各段のいずれの逆浸透膜にエレメントに
おいても濃縮水の膜面流速を0.03m/s以上とす
る。
Next, it is preferable that the operating pressure in each stage be higher than the osmotic pressure of the concentrated water in the stage by 0.5 to 5 MPa. If the difference between the operating pressure and the osmotic pressure is less than 0.5 MPa, the reverse osmosis separation may not proceed sufficiently due to the concentration polarization of the membrane surface, and if it exceeds 5 MPa, the amount of permeated water may increase. This is because fouling may occur. When the concentration polarization becomes remarkable, the separation performance of the membrane decreases,
Further, there is a high possibility that the scale components and salts are deposited on the film surface to cause fouling. Therefore, it is preferable to operate under the operation condition in which the concentration polarization is suppressed. This concentration polarization is more likely to occur as the membrane flow velocity of the concentrated water in the reverse osmosis membrane is smaller. In particular, since the flow velocity is smaller at the outlet side than at the inlet side of the module unit, the concentration polarization is remarkable at the outlet side. Tends to occur. For this reason, in the present invention, the membrane surface flow rate of the concentrated water is 0.03 m / s or more in any reverse osmosis membrane of each stage.

【0040】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
おける供給海水の膜面流速とは、エレメント内部を通過
する単位時間当たりの平均供給海水流量を、エレメント
の供給海水通水方向に垂直な断面積のうち、供給海水が
通過可能な断面積(以後、供給海水流路横断面積とい
う)で除した値のことをいう。この供給海水流路横断面
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、供給海水の流
路には、通常、供給海水(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
発明において供給海水とは、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。
When the film surface flow rate is less than 0.03 m / s, concentration polarization occurs remarkably on the film surface as described above, and fouling occurs. Here, the membrane surface flow velocity of the supply seawater in the reverse osmosis membrane element is an average supply seawater flow rate per unit time passing through the inside of the element, and the cross-sectional area of the supply seawater perpendicular to the supply seawater flow direction of the element, It means the value divided by the cross-sectional area that can pass (hereinafter referred to as the cross-sectional area of the supply seawater flow path). For example, in the case of an element using a hollow fiber membrane or a tubular membrane, the cross-sectional area of the supply seawater flow path can be calculated from the inner and outer diameters of each membrane. In order to use the supplied seawater (raw water) flow path material for the flow path,
What is necessary is just to calculate based on the porosity of this raw water flow path material. Here, the porosity refers to the ratio of the range in which the raw water can pass, excluding the volume of the members constituting the raw water flow path material, from the total volume occupied by the raw water flow path material, and the above-mentioned membrane surface flow rate is It is calculated by multiplying the length, thickness and porosity of the raw water flow path material and the number of used raw water flow path materials when viewed from the cross section of the element. In the present invention, the supplied seawater refers to seawater to be treated in the first stage, and refers to concentrated seawater obtained from the preceding stage in each stage other than the first stage.

【0041】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、各段に供給する供給海水の供
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後段のエレメントほ
ど、前述の供給海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。この供給海水流路横断面積
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。
In order to control the above-mentioned membrane surface flow rate to 0.03 m / s or more, for example, the supply pressure per unit time is increased by increasing the supply pressure of the supply seawater supplied to each stage, The latter element in which the membrane surface flow rate tends to decrease can be realized by reducing the cross-sectional area of the supplied seawater flow path. In the case of an element using a hollow fiber membrane or a tubular membrane, the cross-sectional area of the supplied seawater flow path can be adjusted by adjusting the diameter of each membrane and the number of membranes used per element, and using the raw water flow path material. In the case of the spiral type element, the number and length of the raw water flow path material, the porosity and the like can be changed by adjusting.

【0042】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その流れ
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
給海水の流れを乱せばよい。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所
定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。
Further, in addition to controlling the membrane surface flow velocity to 0.03 m / s or more, if the flow is disturbed by devising the shape of the flow path material, the thickness of the concentration polarization layer becomes small.
Concentration polarization can be further suppressed. Specifically, for example, the flow of the supplied seawater may be disturbed by using a rhombic net as a raw water flow path material. Further, in addition to the above, a back pressure may be applied to the permeated water side of the reverse osmosis membrane. Usually, on the inlet side of the reverse osmosis membrane module unit, the effective pressure is high, so that the amount of permeated water is increased, so that fouling is likely to occur. Therefore, by applying a back pressure to the permeated water side of the reverse osmosis membrane on the inlet side, the effective pressure in this portion can be reduced, and fouling can be prevented. And
Normally, since the module unit is formed by connecting the elements in series, it is only necessary to selectively apply back pressure to a predetermined upstream element that may cause fouling. The value of the back pressure may be, for example, 0.1 to 1.5 MPa.

【0043】また、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の透
過水ラインに流量調節弁を設け、この弁を絞ることによ
り背圧をかけることが好ましい。
Also, a back pressure may be applied to the permeated water side of a predetermined stage. For example, if the seawater temperature rises and the salt blocking ability of any of the reverse osmosis membranes decreases, the water quality deteriorates.
Usually, the effective pressure (operating pressure) of the stage is raised to prevent this. However, when a turbocharger is used as the pressure boosting pump, the pressure of the concentrated water in the preceding stage plus a certain amount of boosted pressure becomes the operating pressure in the subsequent stage.Therefore, in order to increase the operating pressure in the latter stage, the operating pressure in the preceding stage must be increased. Also need to be higher. In such a case, fouling is likely to occur in the previous stage in the same manner as described above, so that a flow control valve is provided in the previous stage, more specifically, in the permeated water line in the previous stage of the stage in which the membrane performance is reduced, It is preferred to apply back pressure by squeezing the valve.

【0044】ところで、多段で逆浸透分離を行う場合、
造水コストのさらなる低減を図るためには、その運転コ
ストを低減することが重要である。ここで、運転コスト
とは、膜の交換費用、設備の動力コスト(電力使用量)
等から成るが、その大部分は各段に配設された高圧ポン
プの動力コストで占められる。そして、ポンプの動力コ
ストは、各段の操作圧力、ひいては各段の回収率によっ
て影響を受けるので、各段の回収率を適切に設定すれ
ば、ポンプの動力コストの低減を図ることが可能とな
る。
By the way, when performing reverse osmosis separation in multiple stages,
In order to further reduce the desalination cost, it is important to reduce the operation cost. Here, the operating cost is the replacement cost of the membrane, the power cost of the equipment (electric power consumption).
And the like, but the majority of this is occupied by the power costs of the high-pressure pumps arranged in each stage. Since the power cost of the pump is affected by the operating pressure of each stage and, consequently, the recovery rate of each stage, it is possible to reduce the power cost of the pump by appropriately setting the recovery rate of each stage. Become.

【0045】この場合、初段では塩濃度の比較的低い供
給海水を逆浸透分離すればよく、そのため、通常は初段
の透過水の水質はそれ以降の段に比べて優れたものとな
る。従って、初段の回収率をなるべく高くすることが淡
水の水質を向上する点で好ましく、そのため、特に初段
の回収率の設定が重要になる。このようなことから、総
回収率Xおよび初段の逆浸透分離における回収率Yに着
目し、両者の間に所定の関係を規定することにより、ポ
ンプの動力コストの低減を図ることができる。このこと
について、図6に基づいて説明する。なお、以下の説明
は、2段の逆浸透分離についてするが、3段以上の逆浸
透分離では、これを初段とそれ以降の段の2つに分ける
ことにより、2段の場合と同様にして本発明を適用する
ことができる。
In this case, in the first stage, the supplied seawater having a relatively low salt concentration may be subjected to reverse osmosis separation. Therefore, the quality of the permeated water in the first stage is usually superior to those in subsequent stages. Therefore, it is preferable to increase the recovery rate of the first stage as much as possible from the viewpoint of improving the quality of freshwater. Therefore, it is particularly important to set the recovery ratio of the first stage. For this reason, by focusing on the total recovery X and the recovery Y in the first stage reverse osmosis separation and defining a predetermined relationship between the two, the power cost of the pump can be reduced. This will be described with reference to FIG. In the following description, a two-stage reverse osmosis separation is performed. However, in a three or more-stage reverse osmosis separation, the reverse osmosis separation is divided into two stages, a first stage and a subsequent stage. The present invention can be applied.

【0046】図6において、上述の如く初段の逆浸透分
離は回収率Y(%)、操作圧力P1に設定され、後段の
逆浸透分離は操作圧力P2に設定され、併せて総回収率
X(%)が設定されている。この場合、上記したポンプ
の動力コストは、各ポンプへ導入される海水量、および
ポンプの入口側と出口側の圧力差との積によって決ま
る。そして、初段のポンプにおいて、その圧力差は、図
6の縦軸の操作圧力P1で表される。また、その海水量
は、供給海水の全量(100%)に等しく、これは図6
の横軸の0から100(辺L)の長さに比例した値とな
る。つまり、初段のポンプの動力コストAは、P1×L
に比例する。
In FIG. 6, the reverse osmosis separation at the first stage is set at the recovery rate Y (%) and the operating pressure P 1, and the reverse osmosis separation at the second stage is set at the operating pressure P 2 as described above. X (%) is set. In this case, the power cost of the pumps is determined by the amount of seawater introduced into each pump and the product of the pressure difference between the inlet and the outlet of the pump. Then, in the first stage of the pump, the pressure difference is represented by the operating pressure P 1 on the vertical axis of FIG. The amount of seawater is equal to the total amount of supplied seawater (100%).
Is a value proportional to the length of 0 to 100 (side L) on the horizontal axis. That is, the power cost A of the first stage pump is P 1 × L
Is proportional to

【0047】一方、後段のポンプにおける圧力差は、初
段で圧力P1に昇圧された濃縮水を圧力P2まで昇圧すれ
ばよいので、(P2−P1)で表される。また、その海水
量は、初段の濃縮水量に等しく、これは供給海水の全量
(横軸の0から100)から回収率Yで得られた透過水
(横軸の0からY)を差し引いた値、つまり横軸のYか
ら100(辺M)の長さに比例した値となる。つまり、
後段のポンプの動力コストBは、(P2−P1)×Mに比
例する。
On the other hand, the pressure difference in the latter stage pump is represented by (P 2 −P 1 ) since the concentrated water that has been increased to the pressure P 1 in the first stage may be increased to the pressure P 2 . The amount of seawater is equal to the amount of concentrated water in the first stage, which is a value obtained by subtracting the permeated water (0 to Y on the horizontal axis) obtained at the recovery rate Y from the total amount of supplied seawater (0 to 100 on the horizontal axis). That is, the value is proportional to the length of 100 (side M) from Y on the horizontal axis. That is,
The power cost B of the subsequent pump is proportional to (P 2 −P 1 ) × M.

【0048】従って、AとBの和であるポンプの動力コ
ストの総量Eは、 E∝P1×L+(P2−P1)×M …(2) で表される。これに対して、従来の1段法を用い、回収
率X、操作圧力P2で逆浸透分離した時のポンプの動力
コストE’は、 E’∝P2×L …(3) で表される。
Therefore, the total power cost E of the pump, which is the sum of A and B, is expressed by E 表 P 1 × L + (P 2 −P 1 ) × M (2) On the other hand, the power cost E ′ of the pump when reverse osmosis separation is performed using the conventional one-stage method at the recovery rate X and the operating pressure P 2 is expressed by E′∝P 2 × L (3) You.

【0049】つまり、多段で逆浸透分離を行った場合に
は、従来法に比べて、 E−E’=(P2−P1)×(L−M) …(4) に比例した量だけ、ポンプの動力コストを低減できるこ
とになる。ここで、E−E’の大きさは、図6における
面積Sで表され、面積Sが大きくなる程ポンプの動力コ
スト(運転コスト)は低減する。この場合、面積Sの大
きさは操作圧力P1、P2、および辺Mの値によって変動
し、しかもこれらの値は回収率X、Yによって決まる。
つまり、XとY、より具体的にはXに対するYの比を設
定することによって、面積Sの値が決められる。
That is, when reverse osmosis separation is carried out in multiple stages, the amount of EE ′ = (P 2 −P 1 ) × (LM) (4) is proportional to the conventional method. Therefore, the power cost of the pump can be reduced. Here, the magnitude of EE ′ is represented by the area S in FIG. 6, and as the area S increases, the power cost (operating cost) of the pump decreases. In this case, the size of the area S varies depending on the operation pressures P 1 and P 2 and the values of the side M, and these values are determined by the recovery rates X and Y.
That is, the value of the area S is determined by setting the ratio of X and Y, more specifically, the ratio of Y to X.

【0050】このようなことから、面積Sを最大とする
XとYを設定することが必要になるが、その設定に当っ
ては、以下のファウリングの問題が制約条件となってい
る。これについて図7、図8に基づいて説明する。図7
において、この運転条件においては、Xに対するYの割
合が少なくなるように設定されている。そして、初段モ
ジュールユニット入口側の有効圧力はU1に、出口側の
有効圧力はU0になっていて、かつ、U1はU0より高く
なっている。同様に、後段モジュールユニット入口側の
有効圧力はU2に、出口側の有効圧力はU0になってい
て、U2はU0より高くなっている。ここで、U2は、 U2=(P2−P1)+U0 …(5) で表され、U0は最低有効圧力(通常は2MPa程度)を示し
ている。
For this reason, it is necessary to set X and Y that maximize the area S, but the following fouling problem is a limiting condition in setting them. This will be described with reference to FIGS. FIG.
In this operating condition, the ratio of Y to X is set to be small. Then, the effective pressure of the first-stage module unit inlet side U 1, the effective pressure on the outlet side they become U 0, and, U 1 is higher than U 0. Similarly, the effective pressure of the subsequent stage module unit inlet side U 2, the effective pressure on the outlet side they become U 0, U 2 is higher than U 0. Here, U 2 is represented by U 2 = (P 2 −P 1 ) + U 0 (5), and U 0 indicates the minimum effective pressure (usually about 2 MPa).

【0051】この場合、Xに対するYの割合が少ないた
め、P1はP2に比べて非常に小さくなる。そして、その
ために(P2−P1)は大幅に増大し、それに伴って式
(5)で表されるU2の値が増大して、後段モジュール
ユニットの入口側でファウリングが生じるようになる。
一方、図8において、この運転条件においては、Xに対
するYの割合が多くなるよう設定されている。そして、
そのためにP1がP2に近い値まで増大し、それに伴って
1の値が増大して、初段モジュールユニットの入口側
でファウリングが生じるようになる。
In this case, since the ratio of Y to X is small, P 1 is much smaller than P 2 . As a result, (P 2 −P 1 ) greatly increases, and accordingly, the value of U 2 represented by the equation (5) increases, so that fouling occurs on the inlet side of the subsequent module unit. Become.
On the other hand, in FIG. 8, under these operating conditions, the ratio of Y to X is set to be large. And
Therefore, P 1 increases to a value close to P 2 , and accordingly, the value of U 1 increases, so that fouling occurs at the entrance side of the first-stage module unit.

【0052】特に、上記したファウリングの問題は、高
回収率を実現するためにX、すなわちP2の値を大きく
した場合に顕著となるので、どの段においてもファウリ
ングが生じないようX、Yを規定する必要がある。以上
のことを検討し、本発明ではX、Yについて、 0.2X≦Y≦0.8X …(6) の関係式を満たして運転することが好ましい。そして、
X、Yが式(6)の関係にある場合には、面積Sは運転
コストの約15〜25%の大きさに増え、それだけ運転
コストが低減する。さらに、この場合には、いずれの段
においてもその透過水量が前述の範囲となり、ファウリ
ングが防止されるので、多段の逆浸透分離を長期にわた
り安定運転することができる。
In particular, the problem of fouling described above becomes remarkable when the value of X, that is, P 2 is increased in order to realize a high recovery rate. Y must be specified. In consideration of the above, in the present invention, it is preferable to operate with X and Y satisfying the relational expression of 0.2X ≦ Y ≦ 0.8X (6). And
When X and Y have the relationship of Expression (6), the area S increases to about 15 to 25% of the operating cost, and the operating cost decreases accordingly. Further, in this case, the permeated water amount is in the above-mentioned range in any stage, and fouling is prevented, so that the multistage reverse osmosis separation can be stably operated for a long time.

【0053】ここで、回収率Yが0.2X未満である場
合は、Xに対するYの割合が少なくなるため、上記した
ように後段モジュールユニットの入口側でその有効圧力
が増大してファウリングが生じるので好ましくない。ま
た、Yの値が小さくなると、式(3)における(L−
M)の値が小さくなって面積Sが減少するので、運転コ
ストが増大する。さらに、透過水全体に占める初段の透
過水の割合が少なくなるので、淡水の水質が低下する。
Here, when the recovery rate Y is less than 0.2X, the ratio of Y to X decreases, and as described above, the effective pressure increases on the inlet side of the subsequent module unit, and fouling occurs. It is not preferable because it occurs. Further, when the value of Y decreases, (L−
Since the value of M) decreases and the area S decreases, the operating cost increases. Furthermore, since the ratio of the first stage permeated water to the total permeated water is reduced, the quality of fresh water is reduced.

【0054】また、回収率Yが0.8Xを超えた場合
は、Xに対するYの割合が多くなるため、初段モジュー
ルユニットの入口側の有効圧力が増大してファウリング
が生じるので好ましくない。また、Yの値が大きくなる
と、式(4)における(P2−P1)の値が小さくなって
面積Sが減少するので、運転コストが増大する。なお、
X、Yについて、 0.4X≦Y≦0.7X …(7) の関係式を満たして運転するとより好ましい。
If the recovery rate Y exceeds 0.8X, the ratio of Y to X increases, and the effective pressure on the inlet side of the first-stage module unit increases, which is not preferable because fouling occurs. Also, when the value of Y increases, the value of (P 2 −P 1 ) in equation (4) decreases and the area S decreases, so that the operating cost increases. In addition,
Regarding X and Y, it is more preferable to operate while satisfying the relational expression of 0.4X ≦ Y ≦ 0.7X (7).

【0055】特に、Xを45〜65%とし、Yを25〜
45%とすることが好ましい。このようにすると、面積
Sは最大となり、運転コストを最小にして造水コストを
より一層低減することができる。また、各段でのファウ
リングを防止し、淡水の水質を向上させることができ
る。なお、高圧ポンプとして上述のターボチャージャを
用いた場合、その段におけるポンプの動力コストは0と
なる。しかし、このターボチャージャを作動させるエネ
ルギは、他の段の高圧ポンプの圧力エネルギを回収して
得られることから、実際にはターボチャージャの動力コ
ストは、他の段のポンプの動力コストに転嫁される。そ
して、この場合のポンプ全体の動力コストは、各段に高
圧ポンプを用いた場合の動力コストから、ターボチャー
ジャの作動のために回収した圧力エネルギを差し引いた
値になる。このようなことから、ターボチャージャを用
いた場合でも、ポンプ全体の動力コストを低減させるた
めには、式(6)の関係を満たして運転を行うことが必
要となる。
In particular, X is 45-65%, and Y is 25-65%.
Preferably, it is 45%. In this case, the area S is maximized, and the operation cost is minimized, so that the fresh water production cost can be further reduced. Further, fouling in each stage can be prevented, and the quality of fresh water can be improved. When the above-described turbocharger is used as the high-pressure pump, the power cost of the pump at that stage is zero. However, since the energy for operating the turbocharger is obtained by recovering the pressure energy of the high-pressure pump in another stage, the power cost of the turbocharger is actually transferred to the power cost of the pump in another stage. You. The power cost of the entire pump in this case is a value obtained by subtracting the pressure energy recovered for operating the turbocharger from the power cost of using a high-pressure pump in each stage. For this reason, even when a turbocharger is used, in order to reduce the power cost of the entire pump, it is necessary to perform the operation while satisfying the relationship of Expression (6).

【0056】また、前記初段における操作圧力と最終段
における操作圧力の比は、1.25〜1.8の範囲内にす
ることが好ましい。この場合、前記比が1.25未満で
ある場合は、総回収率Xに対する初段の回収率Yの割合
が非常に少なくなり、上述のように後段でファウリング
が生じるので好ましくない。また、前記比が1.8を超
えた場合は、総回収率Xに対する初段の回収率Yの割合
が非常に多くなり、上述のように初段でファウリングが
生じるので好ましくない。
Further, it is preferable that the ratio between the operating pressure in the first stage and the operating pressure in the last stage is in the range of 1.25 to 1.8. In this case, if the ratio is less than 1.25, the ratio of the recovery Y in the first stage to the total recovery X becomes extremely small, and fouling occurs in the latter stage as described above, which is not preferable. On the other hand, when the ratio exceeds 1.8, the ratio of the recovery Y at the first stage to the total recovery X becomes extremely large, and fouling occurs at the first stage as described above, which is not preferable.

【0057】また、初段の濃縮水の塩濃度は3.7〜1
1重量%の範囲内にあることが好ましく、5〜6.5重
量%の範囲内にあることがより一層好ましい。さらに、
後段(最終段)の濃縮水の塩濃度は5〜24重量%の範
囲内にあることが好ましく、7〜10重量%の範囲内に
あることがより一層好ましい。
The salt concentration of the concentrated water in the first stage is 3.7 to 1
It is preferably in the range of 1% by weight, more preferably in the range of 5 to 6.5% by weight. further,
The salt concentration of the second stage (final stage) concentrated water is preferably in the range of 5 to 24% by weight, and more preferably in the range of 7 to 10% by weight.

【0058】[0058]

【実施例】実施例1〜3、比較例 図1に示す逆浸透分離装置を用いて2段の逆浸透分離を
行い、淡水を製造した。ここで、各エレメントは、脱塩
率99.75%、膜面積28m2のポリアミド系逆浸透膜
を組み込んで成り、エレメント1個当り12m3/dの
淡水を製造することができる。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、初段のモジュールユニットではこのモジュー
ルが2個並列され、後段モジュールユニットではこのモ
ジュールが1個使用されている。つまり、初段と後段の
膜面積比は2:1となっている。
EXAMPLES Examples 1 to 3 and Comparative Examples Two-stage reverse osmosis separation was performed using the reverse osmosis separation apparatus shown in FIG. 1 to produce fresh water. Here, each element is constructed by incorporating a polyamide-based reverse osmosis membrane having a desalination rate of 99.75% and a membrane area of 28 m 2 , and can produce 12 m 3 / d of fresh water per element. Six modules are connected in series and housed in a pressure-resistant container to form a module. Two modules are arranged in parallel in the first module unit, and one module is used in the second module unit. That is, the film area ratio between the first stage and the second stage is 2: 1.

【0059】また、供給海水は、塩濃度約3.5%の原
水に殺菌剤(NaOCl)、凝集剤(FeCl3)、p
H調整剤(H2SO4)を順次添加した後、所定の濾過を
行って調製した。そして、それぞれ表1に示す操作圧力
で初段の逆浸透分離を行い、得られた濃縮水について後
段の逆浸透分離を行った。供給海水のSDI値、各段の
透過水量、回収率および総回収率を表1に示す。また、
各実施例における各段で得られた透過水および濃縮水、
並びに淡水の水質を表2(初段の場合)、表3(後段の
場合)に示す。
The supplied seawater was prepared by adding a disinfectant (NaOCl), a coagulant (FeCl 3 ), p-water to raw water having a salt concentration of about 3.5%.
After an H adjuster (H 2 SO 4 ) was sequentially added, the mixture was filtered to prepare. Then, the first stage reverse osmosis separation was performed at the operation pressures shown in Table 1, and the second stage reverse osmosis separation was performed on the obtained concentrated water. Table 1 shows the SDI value of the supplied seawater, the amount of permeated water at each stage, the recovery rate, and the total recovery rate. Also,
Permeated water and concentrated water obtained in each stage in each Example,
In addition, the quality of fresh water is shown in Table 2 (for the first stage) and Table 3 (for the latter stage).

【0060】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。
It should be noted that the value of the membrane flow velocity is the value of the element located at the most downstream position in the membrane module constituting each stage (therefore, the value of the membrane flow velocity is the smallest in the stage). The value was shown.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】[0063]

【表3】 [Table 3]

【0064】表1〜3から明らかなように、供給海水の
SDI値と透過水量の最大値との積が4以下である実施
例1〜3においては、各段のいずれにおいてもファウリ
ングを生じることがなく、60%を超える高い総回収率
が得られている。また、6ヶ月間メンテナンスなしの状
態で運転を継続したのちの操作圧力および透過水量の変
化は、比較例に比べて小さく、安定した運転を行うこと
ができた。
As is apparent from Tables 1 to 3, in Examples 1 to 3 in which the product of the SDI value of the supplied seawater and the maximum value of the permeated water amount is 4 or less, fouling occurs in each of the stages. And a high total recovery of more than 60% is obtained. Further, changes in the operating pressure and the permeated water amount after the operation was continued for 6 months without maintenance were smaller than those in the comparative example, and stable operation could be performed.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
造水方法によれば、各段で段階的に操作圧力を上げて逆
浸透分離を行うので、全体として高い回収率を設定した
場合でも、前段のモジュールユニットに次段の高い操作
圧力が直接負荷されることはない。そして、当該前段の
有効圧力が上昇してその透過水量が過大になることがな
く、ファウリングを確実に防止することができる。
As is clear from the above description, according to the fresh water producing method of the present invention, since the reverse osmosis separation is carried out by gradually increasing the operating pressure in each stage, a high recovery rate is set as a whole. Even in such a case, the high operating pressure of the next stage is not directly applied to the previous module unit. Then, the effective pressure in the preceding stage does not increase and the amount of permeated water does not become excessive, and fouling can be reliably prevented.

【0066】この場合、各段での運転条件(回収率や被
処理海水の塩濃度)が異なっていても、逆浸透膜エレメ
ントの供給水の膜面流速を0.03m/s以上とし、か
つ、供給海水のSDI値と透過水量の最大値との積を所
定の値以下に保つことにより、すべての段におけるファ
ウリングを防止できる。つまり、多段の逆浸透分離を、
高い回収率で、かつ安定的に行うことができ、その結
果、造水コスト、および運転コストを低減することがで
きる。
In this case, even if the operating conditions (recovery rate and salt concentration of the seawater to be treated) at each stage are different, the membrane surface flow rate of the supply water of the reverse osmosis membrane element is set to 0.03 m / s or more, and By keeping the product of the SDI value of the supplied seawater and the maximum value of the permeated water amount at or below a predetermined value, fouling in all stages can be prevented. In other words, multi-stage reverse osmosis separation,
It can be performed stably with a high recovery rate, and as a result, the cost of fresh water and the cost of operation can be reduced.

【0067】さらに、供給海水のSDI値を1程度まで
低減させた場合、ファウリングを生じることなく各段に
おける透過水量を高めることができ、回収率をより一層
向上させることができる。
Further, when the SDI value of the supplied seawater is reduced to about 1, the amount of permeated water in each stage can be increased without fouling, and the recovery rate can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a diagram showing a flow of a fresh water producing method using reverse osmosis separation according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a spiral reverse osmosis membrane element.

【図3】図2のIII−III線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;

【図4】逆浸透膜モジュールを示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a reverse osmosis membrane module.

【図5】供給海水のSDI値と透過水量との関係を示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the SDI value of supplied seawater and the amount of permeated water.

【図6】回収率と操作圧力との関係、および各段のポン
プの動力コストを表す領域を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a recovery rate and an operating pressure, and a region showing a power cost of a pump in each stage.

【図7】総回収率Xに対して所定の割合で初段の回収率
Yを規定した場合の、各モジュールユニットにおける有
効圧力を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the effective pressure in each module unit when the recovery rate Y of the first stage is defined at a predetermined rate with respect to the total recovery rate X.

【図8】総回収率Xに対して別の割合で初段の回収率Y
を規定した場合の、各モジュールユニットにおける有効
圧力を示す図である。
FIG. 8: Recovery rate Y in the first stage at a different rate from total recovery rate X
It is a figure which shows the effective pressure in each module unit when it defines.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 逆浸透分離装置 2 初段逆浸透膜モジュールユニット 4 後段逆浸透膜モジュールユニット 6 高圧ポンプ 8 ターボチャージャ 9 タンク 10 供給海水 20a (初段)透過水 20b (初段)濃縮水 40a (後段)透過水 40b (後段)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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reverse osmosis separation apparatus 2 First stage reverse osmosis membrane module unit 4 Second stage reverse osmosis membrane module unit 6 High pressure pump 8 Turbocharger 9 Tank 10 Supply seawater 20a (First stage) Permeated water 20b (First stage) Concentrated water 40a (Second stage) Permeated water 40b ( 2) Concentrated water 50 Fresh water 61 Spiral reverse osmosis membrane element 62 Feed liquid flow path material 63 Reverse osmosis membrane 64 Permeate liquid flow path material 65 Water collecting pipe 65a Through hole 66 Brine seal 67 Joint 68 Pressure vessel 69 Supply liquid port 70 Permeate Mouth 71 Outlet 72 Product end cap 80 Module

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 吉佑 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 三好 俊郎 滋賀県大津市富士見台52番4号 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshisuke Nakamura 1-1-1, Sonoyama, Otsu-shi, Shiga Toray Industries, Inc. Shiga Plant (72) Inventor Toshiro Miyoshi 52-4 Fujimidai, Otsu-shi, Shiga

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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にあたり、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以上に制御するとともに、供給海水の
SDI値Sと逆浸透膜エレメントにおける逆浸透膜1m
2当たりの透過水量の最大値F(m3/(m2・d))と
が次式を満足する条件下で海水を処理することを特徴と
する造水方法。S×F≦5
A seawater is supplied to a first-stage reverse osmosis membrane module unit using at least two reverse osmosis membrane module units including a reverse osmosis membrane element provided in series, and a first-stage reverse osmosis membrane unit is provided. When the concentrated seawater obtained from the module unit is supplied to the reverse osmosis membrane module unit at the next stage, and the permeated water is obtained from each stage, the membrane surface flow rate of the supplied seawater is 0.03 m / s in any reverse osmosis membrane element. In addition to the above control, the SDI value S of the supplied seawater and the reverse osmosis membrane 1 m in the reverse osmosis membrane element
A fresh water producing method characterized by treating seawater under a condition that a maximum permeated water amount per 2 F (m 3 / (m 2 · d)) satisfies the following expression. S × F ≦ 5
【請求項2】 SDI値が4以下である海水を処理す
る、請求項1に記載の造水方法。
2. The fresh water producing method according to claim 1, wherein seawater having an SDI value of 4 or less is treated.
【請求項3】 最終段の濃縮海水の圧力エネルギを、タ
ーボチャージャを用いて回収しながら海水を処理する、
請求項1または2に記載の造水方法。
3. Treating seawater while recovering the pressure energy of the final stage concentrated seawater using a turbocharger.
The fresh water producing method according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005082497A1 (en) * 2004-02-25 2005-09-09 Dow Global Technologies, Inc. Apparatus for treating solutions of high osmotic strength
JP2007105644A (en) * 2005-10-14 2007-04-26 Hitachi Ltd Operation controller and operation support device of membrane filtration apparatus
JP2014133189A (en) * 2013-01-08 2014-07-24 Hitachi Ltd Desalination system

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