JP2003117553A

JP2003117553A - 造水方法および造水装置

Info

Publication number: JP2003117553A
Application number: JP2001317814A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakanishi; 貴之中西; Masahiro Kihara; 正浩木原; Tamotsu Kitade; 有北出
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】海水や高濃度かん水などの原水を膜処理して淡
水を得るにあたり、ＮＦ膜やＲＯ膜でスケールを発生さ
せることなく、より高い回収率で安定運転できる造水方
法および造水装置を提供する。【解決手段】原水をナノフィルトレーション（ＮＦ）膜
を備えたＮＦ膜モジュールに供給して透過水と濃縮水と
に膜分離し、そのＮＦ膜モジュールの透過水を逆浸透
（ＲＯ）膜を備えたＲＯ膜モジュールに供給してさらに
透過水と濃縮水とに膜分離する造水方法であって、ＮＦ
膜モジュールおよびＲＯ膜モジュールにおける全体回収
率が少なくとも６５％になるように、ＮＦ膜モジュール
をそのＮＦ膜モジュールにおける回収率が７５〜９５％
の範囲内になるように運転し、ＲＯ膜モジュールをその
ＲＯ膜モジュールにおける回収率が７０〜８５％の範囲
内になるように運転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高回収率で原水を
淡水化するのに好適な、ナノフィルトレーション（Ｎ
Ｆ）膜と逆浸透（ＲＯ）膜とを用いた造水方法および造
水装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】混合物の分離に関して、溶媒（例えば
水）に溶解した物質（例えば塩類）を除くための技術に
は様々なものがあるが、近年、省エネルギーおよび省資
源のためのプロセスとして膜分離法が利用されてきてい
る。中でも、蒸発のような相変化がなくエネルギー的に
有利であり、さらに運転管理が容易である逆浸透法が普
及してきているが、これによれば、海水や低濃度の塩水
（かん水）などの原水から塩などの不純物を除去して工
業用、農業用または家庭用の水を提供することができ
る。さらに、逆浸透法は、海水、かん水を淡水化して飲
料水を得ることにとどまらず、有害物を含んだ水や廃水
の処理、有価物の回収、工業用超純水の製造などにも用
いることができる。

【０００３】さて、この膜分離法を実施するにあたって
は、いかに低コストで造水するかが技術の焦点となるた
め、回収率を高める努力が払われている。海水を淡水化
する場合、たとえば特開平８−１０８０４８号公報に、
海水を多段に処理して回収率６０％を達成する方法が開
示されているが、さらに高回収率で運転しようとする
と、ＲＯ膜の濃縮水側の溶質成分濃度が高まって、水へ
の溶解度が低いスケール成分が析出し、膜寿命や透過水
品質が低下するなどといった問題を惹起していた。

【０００４】一方、スケール析出を防止し、安定して淡
水を得る方法として、たとえば特開平８−２０６４６０
号公報に、海水や高濃度かん水にスケール防止剤を添加
し、ＮＦ膜で当該水中の多価イオンや中〜高分子量物質
を除去し、その処理水をＲＯ膜によって淡水を得る方法
が開示されている。しかしながら、この方法によれば、
低溶解度スケールの発生を心配することなく安定して淡
水は得られるものの、水質を維持したまま６０％を越え
るような高い回収率で安定運転を行うことは難しかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、海水や高濃
度かん水などの原水を膜処理して淡水を得るにあたり、
ＮＦ膜やＲＯ膜でスケールを発生させることなく、より
高い回収率で安定運転できる造水方法および造水装置を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明は、原水をナノフィルトレーション（ＮＦ）膜
を備えたＮＦ膜モジュールに供給して透過水と濃縮水と
に膜分離し、そのＮＦ膜モジュールの透過水を逆浸透
（ＲＯ）膜を備えたＲＯ膜モジュールに供給してさらに
透過水と濃縮水とに膜分離する造水方法であって、ＮＦ
膜モジュールおよびＲＯ膜モジュールにおける全体回収
率が少なくとも６５％になるように、ＮＦ膜モジュール
をそのＮＦ膜モジュールにおける回収率が７５〜９５％
の範囲内になるように運転し、ＲＯ膜モジュールをその
ＲＯ膜モジュールにおける回収率が７０〜８５％の範囲
内になるように運転する造水方法を特徴とするものであ
る。

【０００７】このとき、ＮＦ膜として、温度２５℃、濃
度３.５％の海水を運転圧力１．５ＭＰａで供給した時
のＣａ²⁺イオン除去率が３５％以上の膜を用い、かつ、
ＮＦ膜モジュールに供給する原水にスケール防止剤を濃
度５ｐｐｍ以下の範囲内で添加することが好ましく、そ
して、スケール防止剤を連続的に添加することがさらに
好ましい。また、ＮＦ膜モジュールの運転圧力を４ＭＰ
ａ以下にして運転することや、ＮＦ膜モジュールに供給
する原水のＳＤＩ値を４以下にすること、さらに原水と
して海水または高濃度かん水を用いることが好ましい。

【０００８】また、本発明は、原水を透過水と濃縮水と
に膜分離するナノフィルトレーション（ＮＦ）膜を備え
たＮＦ膜モジュールと、ＮＦ膜モジュールの透過水をさ
らに透過水と濃縮水とに膜分離する逆浸透（ＲＯ）膜を
備えたＲＯ膜モジュールと、ＮＦ膜モジュールおよびＲ
Ｏ膜モジュールへの供給水の昇圧ポンプとを設け、か
つ、ＮＦ膜は、温度２５℃、濃度３.５％の海水を運転
圧力１．５ＭＰａで供給した時のＣａ²⁺イオン除去率が
３５％以上である造水装置を特徴とするものである。

【０００９】ここで、ＮＦ膜モジュールよりも上流側に
スケール防止剤添加手段を設けることが好ましい。ま
た、ＮＦ膜モジュールおよび／またはＲＯ膜モジュール
を、多段に、かつ、前段の濃縮水を後段で膜分離するよ
うに設けることが好ましい。

【００１０】そして、上記いずれかに記載の方法または
装置により得られた水も好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施態様に係る造水装
置は、例えば図１に示すように、海水や高濃度かん水な
ど膜分離の対象となる原水１のＳＤＩ値を４以下に処理
可能なろ過装置１０と、原水１を透過水と濃縮水とに膜
分離するＮＦ膜モジュールユニット５０と、ＮＦ膜モジ
ュールユニット５０による透過水をさらに透過水と濃縮
水とに分離するＲＯ膜モジュールユニット７０とを備え
ている。

【００１２】そして、ＮＦ膜モジュールユニット５０よ
りも上流側には、ＮＦ膜モジュールへの供給水（原水）
に対してスケール防止剤を添加するスケール防止剤添加
手段２０や、ＮＦ膜用殺菌剤を添加する殺菌剤添加手段
３０、さらに、ＮＦ膜モジュールのへの供給水を操作圧
力にまで昇圧する昇圧ポンプ４０とを設けている。ま
た、ＮＦ膜モジュールユニット５０とＲＯ膜モジュール
ユニット７０との間には、ＮＦ膜モジュールユニット５
０の透過水５１にＲＯ膜用殺菌剤を添加する殺菌剤添加
手段３１と、ＲＯ膜モジュールユニット７０の原水とな
るＮＦ膜の透過水を操作圧力にまで昇圧する高圧ポンプ
（昇圧ポンプ）６０とを設けている。

【００１３】ここで、ろ過装置１０としては砂ろ過の
他、精密ろ過膜や限外ろ過膜を用いることができ、ここ
で、ＮＦ膜に供給する水のＳＤＩ値を４以下にする。Ｓ
ＤＩ値が４以下である原水は、ＮＦ膜表面に濁質を付着
させるファウリングがほとんど発生しないので特に好ま
しい。なお、ＳＤＩ値とは、対象水中の微細な濁質濃度
を示し、ＳＤＩ＝（１−Ｔ₀／Ｔ₁₅）×１００／１５で
表される（ただし、Ｔ₀：０．４５μｍの精密ろ過膜を
用いて試料水を０．２ＭＰａで加圧ろ過したときに最初
の５００ｍｌの試料水のろ過に要した時間、Ｔ₁₅：Ｔ₀
の後さらに同じ条件で１５分間ろ過した後に５００ｍｌ
の試料水のろ過に要した時間）。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。
このほかに、深度２００ｍ以深の深海層の海水を利用し
たり、海底砂層などをフィルターとして用いて取水（浸
透取水と呼ぶ）した水を利用すると、ろ過装置１０が不
要、あるいは一部を省略できる点で好ましい。

【００１４】ＮＦ膜モジュールユニット５０で用いられ
るＮＦ膜は、原水中の多価イオン、例えば硫酸（ＳＯ₄
^2-）、カルシウム（Ｃａ²⁺）、マグネシウム（Ｍｇ²⁺）
等の各イオンを、硫酸では９０％以上、カルシウムやマ
グネシウムはＮＦ膜種類によって３０〜９０％の除去が
可能である。なお、ナトリウム（Ｎａ⁺）や塩素（Ｃｌ
―）イオン等の一価イオンも１０〜３０％除去が可能で
ある。各イオン濃度はＩＣＰ分析装置やイオンクロマト
分析装置を用いて測定することが可能である。

【００１５】ＮＦ膜の素材として、ポリアミド系、ポリ
ピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは
水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを使用する
ことができ、その膜構造としては、膜の少なくとも片面
に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片面の
膜に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有するもの（非
対称膜）や、このような非対称膜の緻密層の上に別の素
材で形成された非常に薄い分離機能層を有するもの（複
合膜）などを使用することができる。しかしながら、低
圧運転時における高造水量のためには複合膜であること
が好ましく、中でも、透過水量、耐薬品性等の点からポ
リアミド系複合膜が、さらにはピペラジンポリアミド系
複合膜が好ましい。

【００１６】そして、海水のスケールで最も問題となる
のは硫酸カルシウムである。硫酸カルシウムは主に２水
和物（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）で析出し、析出限界濃度は
「膜利用ハンドブック」（大矢晴彦著）によれば約３，
２８０ｍｇ／ｌと報告されている。このデータから、析
出限界のカルシウムイオン濃度は約９６５ｍｇ／ｌ、硫
酸イオン濃度は２，３１５ｍｇ／ｌが得られる。一方、
海水中（日本近海、濃度３．５重量％）にはカルシウム
イオンが約４００ｍｇ／ｌ、硫酸イオンが約２，３００
ｍｇ／ｌ含まれている。そのため、運転圧力を適切に調
整し、また、ＮＦ膜モジュールユニット５０を構成する
ＮＦ膜としては、温度２５℃、濃度３.５％の海水を運
転圧力１．５ＭＰａで供給した時のＣａ²⁺イオン除去率
が３５％以上の膜を用いる。

【００１７】ここで、スケール析出を防止するスケール
防止剤を原水中に添加することで、このような運転条件
の制約をなくし、析出限界濃度以上の高回収率運転を可
能にすることができる。すなわち、ＮＦ膜モジュールユ
ニット５０における回収率を上げると硫酸カルシウムが
スケールとして析出し、膜面に付着してＮＦ膜性能の低
下、交換頻度の上昇を招くが、スケール防止剤を添加す
ることで、スケール析出限界以上の高回収率運転を安定
して実現することができる。そのため、ＮＦ膜モジュー
ルユニット５０よりも上流側にスケール防止剤添加手段
２０を設けるが、これは、濾過装置１０によって得られ
た濾過水をＮＦ膜モジュールユニット５０に供給する直
前に設けることがより好ましい。スケール析出をより確
実に防止するにはスケール防止剤を連続的に添加するこ
とが好ましい。また、スケール防止剤を添加する濃度は
ランニングコスト低減の面から少量であることが望まし
く、ヘキサメタ燐酸ナトリウムを選択した場合、５ｐｐ
ｍ以下でスケール析出防止に効果が得られる。望ましく
は３ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００１８】スケール防止剤とは溶液中の多価金属イオ
ンなどのスケール成分と錯体を形成し、スケールの発生
を抑制するもので、有機や無機のイオン性のポリマーあ
るいはモノマーが使用できる。イオン性のポリマーとし
てはポリアクリル酸、スルホン化ポリスチレン、ポリア
クリルアミド、ポリアリルアミンなどの合成ポリマーや
カルボキシメチルセルロース、キトサン、アルギン酸な
どの天然高分子が使用できる。有機系のモノマーとして
はエチレンジアミン四酢酸などが使用できる。無機系ス
ケール防止剤としてはポリ燐酸塩などが使用できる。こ
れらのスケール防止剤の中では入手のしやすさ、溶解性
など操作のしやすさ、価格の点から特にポリアクリル酸
系ポリマー、ポリ燐酸塩、エチレンジアミン四酢酸（Ｅ
ＤＴＡ）などが本発明において好適に用いられる。ポリ
燐酸塩とはヘキサメタ燐酸ナトリウムを代表とする分子
内に２個以上の燐原子を有し、アルカリ金属、アルカリ
土類金属と燐酸原子などにより結合した重合無機燐酸系
物質をいう。代表的なポリ燐酸塩としては、ピロ燐酸４
ナトリウム、ピロ燐酸２ナトリウム、トリポリ燐酸ナト
リウム、テトラポリ燐酸ナトリウム、ヘプタポリ燐酸ナ
トリウム、デカポリ燐酸ナトリウム、メタ燐酸ナトリウ
ム、ヘキサメタ燐酸ナトリウム、およびこれらのカリウ
ム塩などがあげられる。

【００１９】また、殺菌剤添加手段３０は、供給水の微
生物がモジュール中に付着、増殖するバイオファウリン
グを防止するために設ける。殺菌剤は原水中に含まれる
微生物の種類、量によって、添加時間、量を適宜決める
ことができる。一例として、酸を間欠添加して一時的に
原水ｐＨを２〜３程度に下げたり、重亜硫酸ナトリウム
を高濃度に間欠添加することで、原水中の微生物を死滅
させ、バイオファウリングを防止することができる。

【００２０】ＲＯ膜モジュールユニット７０は、供給水
中の水分子を選択的に透過させ、塩の透過を阻止できる
ものであればよい。ＲＯ膜モジュールユニット７０を構
成するＲＯ膜の膜構造としては、たとえば膜の少なくと
も片面に緻密層を備え、緻密層から反対面に向かってそ
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なる
厚みの薄い活性層を供えた複合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、及びビニ
ルポリマ等の高分子材料と用いることができる。代表的
なＲＯ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、及び、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。中でも、水質の変化に対して安定した性能を発現
し、トリハロメタンに代表される環境ホルモン等の有害
物質を好適に除去できる芳香族ポリアミド系複合膜が特
に好ましい。

【００２１】上述のＮＦ膜モジュールユニット５０やＲ
Ｏ膜モジュールユニット７０は、平膜状のＮＦ膜、ＲＯ
膜を集水管の周囲に巻囲したスパイラル型エレメント
や、プレート型支持板の両面に平膜状のＮＦ膜、ＲＯ膜
を張ったものをスペーサーを介して一定の間隔で積層し
てモジュール化したプレート・アンド・フレーム型エレ
メント、さらには、管状のＮＦ膜、ＲＯ膜を用いたチュ
ーブラー型エレメント、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、耐圧容器に単数もしくは複
数個収容する構成からなる。エレメントの形態として
は、いずれの形態であってもよいが、操作性や互換性の
観点からはスパイラル型エレメントを使用するのが好ま
しい。なお、エレメント本数は、膜性能に応じて任意に
設定することができる。スパイラル型エレメントを用い
た場合、１つのモジュールに６本程度のエレメントを直
列に装填することが好ましい。

【００２２】昇圧ポンプ４０、高圧ポンプ６０として
は、渦巻ポンプやタービンポンプ、プランジャーポンプ
などの種々の形式のポンプを用いることができる。後述
の濃縮水２段法等の多段法を用いる場合は、後段から得
られる濃縮水は高い圧力エネルギーを有しているため、
この圧力エネルギーを昇圧のためのエネルギーとして回
収し利用することが好ましい。これは、たとえば、回収
タービンなどを用いて実現することができる。さらに、
たとえば特開平１−２９４９０３号公報に記載されたよ
うなターボチャージャーを用いるのも好ましい。

【００２３】上記のように構成された本発明の造水装置
において、取水された原水１は、ろ過装置１０を経て、
スケール防止剤添加手段２０、殺菌剤添加手段３０から
それぞれの薬品が添加され、昇圧ポンプ４０で操作圧力
まで加圧された後、ＮＦ膜モジュールユニット５０に供
給され、透過水５１と濃縮水５２に分離される。

【００２４】その後、ＮＦ膜モジュールユニット５０の
透過水５１は、前述のＮＦ膜モジュール殺菌剤添加手段
３０と同様、ＲＯ膜のバイオファウリングを防止するた
めの殺菌剤添加手段３１によって殺菌剤が添加され、高
圧ポンプ６０によって昇圧された後にＲＯ膜モジュール
ユニット７０に供給され、透過水７１と濃縮水７２に分
離される。ここで透過水７１は、たとえば所定の飲料水
基準（例えば、蒸発残留物濃度５００ｍｇ／ｌ以下、塩
素イオン濃度２００ｍｇ／ｌ以下）を満たせばよい。

【００２５】ここで、装置全体の回収率を６５％以上に
上げるためには、ＮＦ膜モジュールユニット５０、ＲＯ
膜モジュールユニット７０を共に高回収率で運転する必
要がある。ＮＦ膜モジュールユニット５０の回収率を低
く設定すると、装置全体の回収率を上げることができな
いため、少なくとも７５％とし、８０％以上であること
が好ましい。また、ＮＦ膜モジュールユニット５０の回
収率の上限は、スケール防止剤添加量を少量に抑制し、
ＮＦ膜処理水の濃度を適度に低減し、かつ、運転圧力を
低くするために、９５％とする。このときＮＦ膜とし
て、本実施態様のように、温度２５℃、濃度３.５％の
海水を運転圧力１．５ＭＰａで供給した時のＣａ²⁺イオ
ン除去率が３５％以上の膜を用いる場合、濃縮水中のカ
ルシウムイオン濃度が析出限界濃度を超えるため、スケ
ール防止剤を濃度５ｐｐｍ以下の範囲内で添加するのが
好ましい。

【００２６】一方、ＲＯ膜モジュールユニット７０も、
装置全体の回収率を上げるためには高回収率化が必要で
ある。後述するように、ＲＯ膜モジュールユニット７０
への供給水はＮＦ膜モジュールユニット５０によって濃
度が低減されていることから、回収率は７０％以上、好
ましくは８０％以上とする。

【００２７】また、ＮＦ膜モジュールユニット５０によ
る濃度低減は、後段のＲＯ膜モジュールユニット７０へ
の供給水浸透圧の低減できるので、ＲＯ膜モジュールユ
ニット７０の高回収率化とともに低圧運転を実現するた
めに有効である。たとえば、濃度が３．５％の海水の浸
透圧は約２．５ＭＰａであり、ＮＦ膜モジュールの透過
水濃度を低減させることは、該溶液の浸透圧を低減し、
ＲＯ膜モジュールの運転圧力低減、回収率向上に寄与す
る。透過水の濃度を約３．０％にできれば（１５％低
減）、浸透圧は約２．０ＭＰａと２０％程度低減され
る。このため、ＮＦ膜モジュールで透過水濃度を１５％
以上低減することが好ましい。さらに好ましくは２０％
以上、よりさらに好ましくは３０％以上の濃度低減がで
きれば、浸透圧低減、すなわちＲＯ膜モジュールの運転
圧力低減と回収率向上が期待できる。一方、ＮＦ膜を用
いない従来のＲＯ膜モジュールユニットと同等の運転圧
力を付与した場合、従来法に比べて透過水量が増大す
る。したがって、既存のＲＯ膜モジュールにＮＦ膜モジ
ュールを付加することで、ＲＯ膜モジュールの設備はそ
のままで透過水量の増大、すなわち高回収率化と単位造
水量あたりの造水コスト低減を達成できる。さらに、浸
透圧低減により、より低圧での運転が可能となる。この
ことは、ＲＯ膜への処理水の供給に用いる高圧ポンプの
小型化や、省力化による電力費の低減だけでなく、ＲＯ
膜の圧密化を防止することができ、ＲＯ膜の寿命の延
長、すなわちエレメント交換比率の低減も可能であるこ
とを意味している。

【００２８】このように、ＮＦ膜モジュールユニット５
０を設けることにより、ＲＯ膜モジュールユニット７０
への供給水の濃度を低減できるとともに、低コスト化を
達成できる。

【００２９】以上のようにして、ＮＦ膜モジュールユニ
ット５０およびＲＯ膜モジュールユニット７０における
全体回収率を少なくとも６５％にする。

【００３０】また、運転圧力は、造水コストの大半を占
める電力費に直結するため、低圧で運転するのが好まし
い。しかし、前述した高回収率、濃度低減を達成するに
は、一般に運転圧力を上げる方がよいので、ＮＦ膜モジ
ュールの耐圧性も考慮して、ＮＦ膜モジュールユニット
５０の運転圧力は４ＭＰａ以下に抑制することが好まし
く、３ＭＰａ以下に抑制することがより好ましい。

【００３１】さらに、本発明は、図１に示すＲＯ膜モジ
ュールユニット７０の部分を多段に構成することで回収
率をさらに高めることができる。図２、図３に、ＮＦ膜
モジュールの透過水を、多段に設けたＲＯ膜モジュール
ユニット７０、高圧運転用のＲＯ膜モジュールユニット
９０、後処理用ＲＯ膜モジュール１１０に供給して透過
水と濃縮水とに分離して、淡水を得る装置のフローを示
す。

【００３２】図２では、図１におけるＲＯ膜モジュール
ユニット７０を、ＲＯ膜モジュールユニット７０と高圧
運転用ＲＯ膜モジュール９０とを組合わせた２段のＲＯ
膜モジュールに変更するとともに、それら２段のＲＯ膜
モジュールユニット７０と高圧運転用ＲＯ膜モジュール
９０との間に、前段のＲＯ膜モジュールユニット７０に
よる濃縮水７２を昇圧して後段の高圧運転用ＲＯ膜モジ
ュール９０に供給するターボチャージャー８０を設けて
いる。

【００３３】この装置における造水は、ＲＯ膜モジュー
ルユニット７０までは図１の態様にて説明したとおりで
あるが、その後は、ＲＯ膜モジュールユニット７０で得
られた濃縮水７２をターボチャージャー８０にて昇圧
し、後段の高圧運転用ＲＯ膜モジュールユニット９０に
供給して透過水９１と濃縮水９２とに分離する（濃縮水
２段法）。ターボチャージャー８０での昇圧には、高圧
運転用ＲＯ膜モジュールユニット９０による濃縮水９２
の圧力エネルギーを回収して、そのエネルギーを使用す
る。

【００３４】一方、図３では、図１のＲＯ膜モジュール
ユニット７０の部分を、２つのＲＯ膜モジュールユニッ
ト７０を並列配置したＲＯ膜モジュールユニットと、そ
れら２つのＲＯ膜モジュールの後段に配置した後処理用
ＲＯ膜モジュール１１０の計３個のモジュールユニット
に変更した。この装置においては、ＮＦ膜モジュールユ
ニット５０の透過水を２つのＲＯ膜モジュールユニット
７０に分配して処理し、これらＲＯ膜モジュールユニッ
ト７０の透過水７１を集水して送水ポンプ１００で所定
の操作圧力まで昇圧して後段の後処理用ＲＯ膜モジュー
ル１１０に供給し、所定の水質を満足する透過水１１１
と濃縮水１１２とに分離する（透過水２段法）なお、本
発明において、ＮＦモジュール、ＲＯ膜モジュールそれ
ぞれの回収率は、（各モジュールで最終的に得られる総
透過水量／各モジュールの供給水量×１００）で求めら
れる。図３のように、前段のＲＯ膜モジュールユニット
７０の透過水を、後段の後処理用ＲＯ膜モジュールユニ
ット１１０で処理する場合、回収率は、（後処理用ＲＯ
膜モジュールユニット１１０の透過水１１１の流量／Ｒ
Ｏ膜モジュールユニット７０の供給水量×１００）で求
められる。

【００３５】また、本発明において海水や得られた透過
水の濃度は、該溶液中の全蒸発残留物濃度（ＴＤＳ濃
度）で表す。

【００３６】

【実施例】以下の実施例、比較例においては、ＮＦ膜と
してピペラジンポリアミド系複合膜を、ＲＯ膜としてポ
リアミド系複合膜を用い、それぞれの膜をスパイラル型
エレメントとしたものを使用した。（実施例１）図１に示した造水装置を用いて造水を行っ
た。

【００３７】なお、ＮＦ膜モジュールユニット５０とし
ては、温度２５℃、濃度３.５％の海水を運転圧力１．
５ＭＰａで供給した時のＣａ²⁺イオン除去率が３５％以
上、のピペラジンポリアミド系複合ＮＦ膜を用いたスパ
イラル型エレメントを、６本直列に接続して圧力容器に
組み込んだものを用いた。また、ＲＯ膜モジュールユニ
ット７０としては、濃度３．５重量％の海水を５．５Ｍ
Ｐａで運転したときに脱塩率が９９．８５％、造水量が
０．７５ｍ³／ｍ²／ｄの性能を有するＲＯ膜を用いたス
パイラル型ＲＯ膜エレメントを、直列に６本接続して圧
力容器に収納したものを用いた。

【００３８】まず、原水（濃度３．５重量％の海水）
に、スケール防止剤添加手段２０によって１ｐｐｍのヘ
キサメタリン酸ナトリウムを添加しながら、ろ過装置１
０に原水を通水して原水ＳＤＩ値を約２.２に処理した
後、昇圧ポンプ４０にて２．０ＭＰａに昇圧してＮＦ膜
モジュールユニット５０に供給し、回収率９０％で透過
水５１を得た。その透過水の濃度は約２５，０００ｍｇ
／ｌであった。また、ＮＦ膜モジュールユニットの濃縮
水側に硫酸カルシウムの析出はみられなかった。

【００３９】続いて、ＮＦ膜モジュールユニット５０の
透過水を、高圧ポンプ６０で８．４ＭＰａに昇圧した後
にＲＯ膜モジュールユニット７０に供給した。ＲＯ膜モ
ジュールユニットの透過水回収率は７５％に達し、また
透過水の濃度は１６０ｍｇ／ｌと高品質であった。ＲＯ
膜モジュールの膜Ｆｌｕｘは０.２８〜１.０５ｍ³／ｍ²
／ｄの範囲にあった。

【００４０】この結果、ＮＦ膜モジュールユニット５０
およびＲＯ膜モジュールユニット７０における全体回収
率は、６７．５％であった。（実施例２）図２に示す造水装置を用いて造水を行っ
た。

【００４１】前段のＲＯ膜モジュールユニット７０に
は、濃度３．５重量％の海水を５．５ＭＰａで運転した
ときに脱塩率９９．８５％、造水量０．７ｍ³／ｍ²／ｄ
であるＲＯ膜を用い、後段の高圧運転用ＲＯ膜モジュー
ルユニット９０には、濃度３．５重量％の海水を５．５
ＭＰａで運転したときに脱塩率９９．８５％、造水量
０．７５ｍ³／ｍ²／ｄの性能を有するＲＯ膜を用いた。
その他については、実施例１で説明した造水装置と同様
とした。

【００４２】ＮＦ膜モジュールユニットまでの処理は実
施例１と同様にして、濃度が約２５，０００ｍｇ／ｌの
ＮＦ膜透過水を得た。この透過水を高圧ポンプ６０で
５．０ＭＰａまで昇圧し、ＲＯ膜モジュールユニット７
０に通水して、回収率６０％で運転を行った。この濃縮
水をターボチャージャ８０で８．５ＭＰａまでさらに昇
圧し、高圧運転用ＲＯ膜モジュールユニット９０にて回
収率５０％で運転した。ＲＯ膜モジュールユニットにお
ける総回収率は８０％に達し、透過水の濃度は２８０ｍ
ｇ／ｌとなった。

【００４３】この結果、ＮＦ膜およびＲＯ膜における全
体回収率は、７０．４％であった。また、実施例１に比
べ、ＲＯ膜モジュールユニット７０の前に配置した高圧
ポンプ６０の操作圧力を低く抑えることができたため、
造水コストを実施例１に比べて５％低減できた。（実施例３）図３に示す造水装置を用いて造水を行っ
た。

【００４４】ＲＯ膜モジュールユニットとしては、２つ
のＲＯ膜モジュールユニット７０を並列配置し、この後
段に、これら２つのＲＯ膜モジュールユニット７０の透
過水を昇圧して処理する後処理ポンプ１００および後処
理用ＲＯ膜モジュールユニット１１０を配置した。後処
理用ＲＯ膜モジュールユニットとしては、５００ｍｇ／
ｌのＮａＣｌ溶液を０．５ＭＰａで運転したときに脱塩
率９９．５％、膜造水量１．１０ｍ³／ｍ²／ｄの性能を
有する低圧運転型ＲＯ膜を用いたスパイラル型エレメン
トを、６本直列に接続して圧力容器に組み込んだものを
用いた。その他については、実施例１で説明した造水装
置と同様とした。

【００４５】ＮＦ膜モジュールユニットまでの処理は実
施例１と同様にして、濃度が約２５，０００ｍｇ／ｌの
ＮＦ膜透過水を得た。この透過水を高圧ポンプ６０で
９．０ＭＰａまで昇圧し、２つのＲＯ膜モジュールユニ
ット７０に分配通水して、回収率８０％で運転を行っ
て、全体として濃度が１６０ｍｇ／ｌの透過水を得た。
その後、２つのＲＯ膜モジュールユニットから得られた
透過水を後処理用ポンプ１００で０．５ＭＰａに昇圧
し、後処理用ＲＯ膜モジュールユニット１１０に通水
し、回収率９５％で運転を行った。

【００４６】その結果、ＲＯ膜モジュール全体の回収率
は７６％、装置全体の回収率は６８．４％となり、後処
理用ＲＯ膜モジュールユニット１１０から得られた透過
水の濃度は５５ｍｇ／ｌにまで低減した。また、透過水
中のホウ素濃度は１．０ｍｇ／ｌから０．４ｍｇ／ｌに
まで低下させることができ、水質の安全性向上を図るこ
とができた。（比較例１）原水（濃度３．５重量％の海水）を、スケ
ール防止剤を添加せず、また、ＮＦ膜モジュールユニッ
ト５０で処理しないまま、高圧ポンプにて９．０ＭＰａ
に昇圧して、実施例１と同様のＲＯ膜モジュールユニッ
ト７０に直接供給した。運転直後は回収率６５％を達成
できたが、濃縮水側から硫酸カルシウムのスケール析出
が確認されたため、回収率を５５％にまで下げて運転を
継続せざるを得なかった。（比較例２）実施例１と同様の装置を用いて造水を行っ
た。

【００４７】しかしながら、原水（濃度３．５重量％の
海水）を、スケール防止剤を添加せずにＮＦ膜モジュー
ルユニット５０へ２．５ＭＰａに昇圧して送水したた
め、回収率が８０％を越えた時点で濃縮水側に硫酸カル
シウムの析出が確認された。そのため、回収率を７０％
として運転を継続したところ、ＮＦ膜モジュールユニッ
ト５０から得られる透過水の濃度は約２３，０００ｍｇ
／ｌとなり、ＲＯ膜モジュールユニット７０へ運転圧力
８．８ＭＰａで通水し、回収率８０％および透過水の濃
度１８０ｍｇ／ｌを達成できたが、システム全体の回収
率が５６％にとどまり、造水コストは実施例１に比べて
約１５％上昇した。

【００４８】

【発明の効果】本発明においては、海水または高濃度か
ん水などの原水をＮＦ膜モジュールに供給して透過水と
濃縮水とに膜分離し、そのＮＦ膜モジュールの透過水を
ＲＯ膜モジュールに供給して透過水と濃縮水とにさらに
膜分離するので、ＲＯ膜モジュールユニットへの供給水
浸透圧を低減することができ、より低圧での運転が可能
となる。これにより、ＲＯ膜モジュールユニットへの供
給水の昇圧に用いる高圧ポンプの小型化や、省力化によ
る電力費の低減だけでなく、ＲＯ膜の圧密化を防止する
ことができ、ＲＯ膜の寿命の延長、すなわちエレメント
交換比率の低減も可能であることを意味している。ま
た、ＮＦ膜を用いない従来法に比べて透過水量を増大す
ることができ、その結果、高回収率化と単位造水量あた
りの造水コスト低減を達成できる。

【００４９】さらに、たとえば、ＮＦ膜として、温度２
５℃、濃度３.５％の海水を運転圧力１．５ＭＰａで供
給した時のＣａ²⁺イオン除去率が３５％以上の膜を用
い、かつ、ＮＦ膜モジュールに供給する原水にスケール
防止剤を濃度５ｐｐｍ以下の範囲内で添加するなどし
て、ＮＦ膜モジュールおよびＲＯ膜モジュールにおける
全体回収率が少なくとも６５％になるように、そして、
ＮＦ膜モジュールにおける回収率を７５〜９５％の範囲
内に、そして、ＲＯ膜における回収率を７０〜８５％の
範囲内にすることで、ＮＦ膜やＲＯ膜でスケールを発生
させることなく、また、水質を低下させることなく高い
回収率で安定運転できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す造水装置のフロー図
である。

【図２】本発明の他の実施態様を示す造水装置のフロー
図である。

【図３】本発明のさらに別の実施態様を示す造水装置の
フロー図である。

【符号の説明】

１：原水１０：ろ過装置２０：スケール防止剤添加手段３０：殺菌剤添加手段３１：殺菌剤添加手段４０：昇圧ポンプ５０：ＮＦ膜モジュールユニット５１：ＮＦ膜モジュール透過水５２：ＮＦ膜モジュール濃縮水６０：高圧ポンプ７０：ＲＯ膜モジュールユニット７１：ＲＯ膜モジュール透過水７２：ＲＯ膜モジュール濃縮水８０：ターボチャージャー９０：高圧運転用ＲＯ膜モジュールユニット９１：高圧運転用ＲＯ膜モジュール透過水９２：ＲＯ膜モジュール濃縮水１００：後処理ポンプ１１０：後処理用ＲＯ膜（ＲＯ膜）モジュールユニット１１１：透過水１１２：濃縮水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 65/08 Ｂ０１Ｄ 65/08 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA05 KA33 KA41 KA52 KA55 KA57 KD03 KD06 KD14 KD27 KE30 MA02 MA03 MA25 MB02 MB07 MC18 MC48 MC54 MC58 PA01 PB03 PB05 PB21 PB27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水をナノフィルトレーション（ＮＦ）膜
を備えたＮＦ膜モジュールに供給して透過水と濃縮水と
に膜分離し、そのＮＦ膜モジュールの透過水を逆浸透
（ＲＯ）膜を備えたＲＯ膜モジュールに供給してさらに
透過水と濃縮水とに膜分離する造水方法であって、ＮＦ
膜モジュールおよびＲＯ膜モジュールにおける全体回収
率が少なくとも６５％になるように、ＮＦ膜モジュール
をそのＮＦ膜モジュールにおける回収率が７５〜９５％
の範囲内になるように運転し、ＲＯ膜モジュールをその
ＲＯ膜モジュールにおける回収率が７０〜８５％の範囲
内になるように運転することを特徴とする造水方法。
【請求項２】ＮＦ膜として、温度２５℃、濃度３.５％
の海水を運転圧力１．５ＭＰａで供給した時のＣａ²⁺イ
オン除去率が３５％以上の膜を用い、かつ、ＮＦ膜モジ
ュールに供給する原水にスケール防止剤を濃度５ｐｐｍ
以下の範囲内で添加する、請求項１に記載の造水方法。
【請求項３】スケール防止剤を連続的に添加することを
特徴とする、請求項２に記載の造水方法。
【請求項４】ＮＦ膜モジュールの運転圧力を４ＭＰａ以
下にして運転する、請求項１〜３のいずれかに記載の造
水方法。
【請求項５】ＮＦ膜モジュールに供給する原水のＳＤＩ
値を４以下にする、請求項１〜４のいずれかに記載の造
水方法。
【請求項６】原水として海水または高濃度かん水を用い
る、請求項１〜５のいずれかに記載の造水方法。
【請求項７】原水を透過水と濃縮水とに膜分離するナノ
フィルトレーション（ＮＦ）膜を備えたＮＦ膜モジュー
ルと、ＮＦ膜モジュールの透過水をさらに透過水と濃縮
水とに膜分離する逆浸透（ＲＯ）膜を備えたＲＯ膜モジ
ュールと、ＮＦ膜モジュールおよびＲＯ膜モジュールへ
の供給水の昇圧ポンプとを設け、かつ、ＮＦ膜は、温度
２５℃、濃度３.５％の海水を運転圧力１．５ＭＰａで
供給した時のＣａ²⁺イオン除去率が３５％以上であるこ
とを特徴とする造水装置。
【請求項８】ＮＦ膜モジュールよりも上流側にスケール
防止剤添加手段を設けた、請求項７に記載の造水装置。
【請求項９】ＮＦ膜モジュールおよび／またはＲＯ膜モ
ジュールを、多段に、かつ、前段の濃縮水を後段で膜分
離するように設けた、請求項７または８に記載の造水装
置。
【請求項１０】請求項１〜６のいずれかに記載の方法ま
たは請求項７〜９のいずれかに記載の装置により得られ
た水。