JP2004000938A

JP2004000938A - 造水方法

Info

Publication number: JP2004000938A
Application number: JP2003098892A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Kitade; 北出　有; Takeshi Nishikawa; 西川　毅; Masahiro Kihara; 木原　正浩
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】海水またはかん水を膜処理して透過水を得るにあたり、安定的により高い透過水量、回収率を達成できる造水方法を提供する。
【解決手段】海水またはかん水を精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理し、この前処理水を逆浸透膜モジュールで膜分離する造水方法であって、前処理水を８．０ＭＰａ以上の圧力で逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上になるように供給することを特徴とする造水方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水やかん水を精密ろ過膜や限外濾過膜と逆浸透膜とを用いて処理して透過水を得るのに好適な造水方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、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、エネルギー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、このモジュール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、海水またはかん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。
【０００７】
たとえば、塩濃度３．５％の海水を用いた場合、回収率を約４０％に設定すると、海水はモジュール内で濃縮され出口側から塩濃度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（４．５〜６．５ＭＰａ）を、操作圧力としてモジュールに負荷して運転が行われる。その時の逆浸透膜単位面積当りの平均透過水量は０．４ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ程度である。
【０００８】
さて、この逆浸透膜分離法を実施するにあたっては、従来は砂濾過装置で原水を前処理し、この処理水を逆浸透膜の供給水としてきた。しかし砂ろ過を使用した場合、微粒子の除去は完全でないため、前処理水のＳＤＩ値は３から５と比較的高く、また原水の変化によって水質が変化していた。また機器のトラブルやオペレーターの不注意により、濁質や凝集剤が漏れ出すことがあり、しばしば逆浸透膜のファウリングの原因の一因と考えられてきた。ここでファウリングとは、海水に含まれるフミン質や低分子有機物などの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。また、砂濾過装置でも微生物が繁殖し、バイオファウリングが生じるという問題もあった。
【０００９】
逆浸透膜にて高回収率を達成し、単純な装置とするためには、高圧で直接逆浸透膜に供給水を供給すればよいわけであるが、同一の圧力容器内部に複数本の逆浸透膜エレメントを直列に配列させたモジュールに圧力をかけて淡水化収率６０％の運転を行おうとすると、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９．０ＭＰａにも上昇する。そのためモジュール内部の入口側エレメントから得られる透過水量が極端に大きくなり、ファウリングが生じ安定運転ができなかった。これは、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ためである。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）を制限して最も入口側のエレメント（先頭エレメント）の逆浸透膜単位面積当りの透過水量を０．６ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ程度で運転し、ファウリングを防止することが必要である。一般に海水淡水化において先頭エレメントは逆浸透膜単位面積当りの透過水量が０．７５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下でないとファウリングを起こすと言われており、スパイラル型逆浸透膜エレメントに高圧１段で処理しようとすると、先頭エレメントの透過水量が非常に多くなるため、従来の砂ろ過を使用するとファウリングが発生するといった問題があった。
【００１０】
例えば非特許文献１では非常に清浄な海水を原水として耐高圧性中空糸型逆浸透膜を使用し、９．０ＭＰａという高圧にて６０％の回収率を達成した例がある。この場合は中空糸型逆浸透膜を使用しているため、スパイラル型エレメントに比べ膜面積が１０倍程度広く、逆浸透膜の単位面積当りの透過水量も一桁小さく設定できるため逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上とならず、ファウリングがおきない。しかし中空糸型逆浸透膜は、一般的にスパイラル型エレメントに比べ、バイオファウリングが起きやすく、バイオファウリング等が一度起こってしまうと、洗浄が難しいといった問題点があり、安定的な運転は難しかった。
【００１１】
また、特許文献１には、海水淡水化装置の前処理として脱塩性能を有しないスパイラル型膜モジュールを用いることで効率を高める方法が提案されている。しかしながら、この文献に記載の方法は、スパイラル型膜モジュールによる前処理水をせいぜい５０〜７０ｋｇ／ｃｍ^２程度で処理することを前提としており、さらに高圧で処理する場合のファウリング等の問題には着想すらないものである。
【００１２】
【非特許文献１】
日本海水学会誌、１９９９年、第５３巻、第６号、第４３９〜４４４頁
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−２０７１５５号公報（請求項１、００２４段落、００３５段落）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、逆浸透分離における上記した問題を解決し、海水やかん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造水方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）海水またはかん水を精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理し、この前処理水を複数個の逆浸透膜エレメントを直列に配置した逆浸透膜モジュールで膜分離する造水方法であって、前処理水を８．０ＭＰａ以上の圧力で逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上になるように、かつ、最上流側に設けた逆浸透膜エレメントの逆浸透膜の単位面積当たりの透過水量が０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上になるように供給することを特徴とする造水方法。
（ここで、平均透過水量とは、装置全体の逆浸透膜の平均した透過水量の意である）
（２）前処理水を１２ＭＰａ以下の圧力で逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が１．０ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下になるように、かつ、最上流側に設けた逆浸透膜エレメントの逆浸透膜の単位面積当たりの透過水量が１．４ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下になるように供給することを特徴とする前記（１）に記載の造水方法。
【００１６】
（３）逆浸透膜エレメントとしてスパイラル型エレメントを用いることを特徴とすることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の造水方法。
【００１７】
（４）精密ろ過膜または限外ろ過膜として中空糸膜を用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の造水方法。
【００１８】
（５）逆浸透膜モジュールにおける回収率を５０〜７０％の範囲内にすることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の造水方法。
【００１９】
（６）前処理水のＳＤＩ値を４以下にすることを特徴とす前記（１）〜（５）のいずれかに記載の造水方法。
【００２０】
（７）前処理水の濁度を０．００１度以下にすることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の造水方法。
【００２１】
（８）海水またはかん水のＳＤＩ値に基づいて凝集剤を添加することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか記載の造水方法。
【００２２】
（９）海水またはかん水に塩素を添加して精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理するとともに、前処理水の残留塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌとなるように塩素の添加量を制御することを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の造水方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の造水方法は、たとえば図１に示す装置にて実施される。図１の装置は、海水またはかん水の流れ方向に関して上流側から順に、取水槽１０、凝集剤添加ポンプ２０、送水ポンプ３０、前処理膜モジュール４０、処理水濁度計４２、処理水タンク５０、高圧ポンプ６０、逆浸透膜モジュール７０、エネルギー回収装置８０が接続されている。
【００２４】
上述の装置において、海水またはかん水は、水中ポンプなどによって取水槽１０に取り入れられる。取水槽１に取り入れられた海水やかん水は、凝集剤添加ポンプ２０によって凝集剤が添加されながら、送水ポンプ３０によって前処理膜モジュール４０に供給され、微粒子、懸濁物、細菌、藻類等がろ過・除去される。
【００２５】
ここで、、前処理膜モジュール４０が耐塩素性の膜を備えている場合には、前処理膜モジュールに供給される前段で海水またはかん水に塩素を添加することが好ましい。塩素添加により、海水またはかん水中の有機物を分解させたのちに前処理膜に供給することが可能となり、逆洗やエアバブリングなどによる物理洗浄の性能回復を向上することができる。そして、このためには、前処理膜モジュール４０によってろ過された前処理水の残留塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌとなるように、塩素の添加量を制御することが好ましい。０．１ｍｇ／Ｌを下回る場合には、海水中の有機物の変動に伴い有機物が分解されないまま膜表面に付着する可能性があり、また、過剰に添加しても有機物が分解されていればそれ以上の大きな効果が期待できないため、上限としては０．５ｍｇ／Ｌであることが好ましい。なお、塩素添加した場合には、前処理膜モジュール４０で処理したあとに重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤で塩素を還元させる必要がある。
【００２６】
前処理膜モジュール４０によって得られた前処理水は、処理水ライン４１にて１日１回程度ＳＤＩ値が測定され、このＳＤＩ値に基づき前述の凝集剤添加ポンプ２０によって添加する凝集剤の添加量が決められる。また処理水ライン４１を流れる前処理水は、処理水濁度計４２で濁度が常時測定される。
【００２７】
前処理水は、一旦処理水タンク５０に貯められた後、高圧ポンプ６０により操作圧力になるまで昇圧され、逆浸透膜モジュール７０に送られる。逆浸透膜モジュール７０においては、前処理水が逆浸透膜処理され、塩類が除去された水が透過水ライン７１より取り出され、濃縮水が濃縮水ライン７２から取り出される。濃縮水は高圧であるため、この圧力がエネルギー回収装置８０によって回収され、高圧ポンプの動力として再利用される。
【００２８】
本発明においては、上述のように、原水となる海水やかん水を、逆浸透膜モジュール７０前段で精密ろ過膜や限外ろ過膜にて前処理して微粒子成分や細菌類を除去するので、後段の逆浸透膜で海水を分離する際に膜透過水量を増加させてもファウリング発生を防止できる。そのため、回収率を高く設定しても、長期間安定して造水運転を行える。さらに、前処理に精密ろ過膜や限外ろ過膜を用い細菌を除去することで、逆浸透膜モジュールでのバイオファウリングの低減にもつながり、より安定した逆浸透分離が可能となる。これらの結果、本発明の造水方法によると、逆浸透膜エレメントの本数を減らすことができるうえ、逆浸透膜の寿命の延長、すなわちエレメント交換比率の低減も可能であるので、コスト削減が可能である。
【００２９】
逆浸透膜を高圧かつ１段でろ過を行おうとした場合、ろ過するに従って濃縮水の塩濃度が増加し、最も入口側のエレメント（先頭エレメント）と最も出口側のエレメント（末端エレメント）では逆浸透膜単位面積当りの透過水量が大きく異なる。たとえば、標準条件（圧力５．５ＭＰａ、３．５％海水、水温２５℃、濃縮水量８０ｌ／分）で脱塩率９９．８５％、透過水量１６ｍ^３／ｄａｙの性能を有した膜面積２８．８ｍ^２の耐高圧エレメントを６本直列に並べ、水温２５℃、原水塩濃度３．５％、圧力を９．０ＭＰａ、回収率６０％で運転した場合、先頭エレメントでは逆浸透膜単位面積当りの透過水量が０．９ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、末端エレメントでは０．３ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙとなり、従来の回収率４０％運転の先頭エレメントの逆浸透膜単位面積当りの透過水量の０．６ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙの１．５倍となる。このような透過水量では先頭エレメントが逆浸透膜単位面積当りの透過水量０．７５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙを越えているためファウリングが起こりやすく、砂ろ過を使用した場合短期間の内に逆浸透膜の造水量の低下が起こる。また、原水の水質変化や操作ミス等により、濁質や凝集剤が漏れ出すことがあり、このような処理水を高透過水量で逆浸透膜に供給した場合、すぐにファウリングが発生してしまい、安定な運転は達成できない。
【００３０】
この問題を解決する手段としては、まず原水を精密ろ過膜または限外ろ過膜で処理し微粒子を除去する。限外ろ過膜を使えば前処理水のＳＤＩ値は一般的に０〜２の範囲にまで下げることができる。一方、精密ろ過膜の場合は前処理水のＳＤＩ値が２〜４程度になる場合があり、この場合原水に凝集剤を添加することによって前処理水のＳＤＩ値を下げることが可能である。凝集剤は過剰に添加すると前処理膜のろ過差圧上昇が起きるので、最適な量を添加することが重要である。そのため、前処理膜の前処理水のＳＤＩ値が３以上の場合にだけ凝集剤を添加するのが良く、さらに前処理水のＳＤＩ値に比例して凝集剤を添加するのが良い。前処理水は膜に欠陥がない限り、膜の公称孔径以上の濁質はほとんど存在しない。
【００３１】
また、前処理膜モジュール４０が耐塩素性の膜を備えている場合には、海水またはかん水を前処理膜モジュール４０に供給する前に、その海水またはかん水に塩素を添加し、フミン質、フルボ酸などの低分子有機物を分解させた水を前処理膜に供給することが好ましい。これにより、低分子有機物の膜表面への付着、すなわちファウリングの生成を防ぎながら運転を継続することが可能となる。塩素の添加量は、海水中の有機成分に合わせて制御することが好ましい。水質は、紫外線吸光度（ＵＶ）計などを用いてオンラインで連続的に測定することが好ましい。塩素添加の量は、前処理膜モジュール４０の透過水の残留塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌとなるように制御することが好ましい。さらには、０．１〜０．５ｍｇ／Ｌとなるように制御することが好ましい。０．１ｍｇ／Ｌを下回る場合には海水中の有機物の変動に伴い有機物が分解されないまま膜表面に付着する可能性があり、また、過剰に添加しても有機物が分解されていればそれ以上の大きな効果は期待できないため、上限としては０．５ｍｇ／Ｌであることが好ましい。なお、塩素添加した場合には、前処理膜モジュール４０で処理したあとに重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤で塩素を還元させる必要がある。
【００３２】
次にこの処理水を逆浸透膜に供給することによって、処理水の塩を除去することができる。これまでスパイラル型逆浸透膜では逆浸透膜単位面積当りの透過水量が０．７５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上となるとファウリングが発生してしまうと一般的にいわれており、それ以下の透過水量で運転することが必要であった。
【００３３】
しかし、本発明者らは検討を重ねた結果、前処理に精密ろ過膜または限外ろ過膜を使用すれば、圧力８ＭＰａ以上において、逆浸透膜単位面積当りの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上でも逆浸透膜にファウリングが起きることがなく、安定して運転できることを見いだした。また逆浸透膜単位面積当りの平均透過水量が１．０ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下、圧力が１２ＭＰａ以下であればファウリングを起こさないため、本発明の効果が発揮されるためには、この範囲であることがより好ましい。さらに逆浸透膜単位面積当りの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ〜０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙであることがより好ましい。なおここでいう平均透過水量とは、逆浸透膜装置全体の逆浸透膜の平均の透過水量のことであり、多段に配置された場合もそれら全てを足し合わせた平均の透過水量を意味する。また、透過水量とは、エレメント１本の透過水量のことである。
【００３４】
そして、本発明においては、逆浸透膜モジュールの先頭エレメントの逆浸透膜単位面積当りの透過水量が０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上となるようにすることで、経済的にも有効なものとすることができる。すなわち、先頭エレメントの逆浸透膜単位面積当たりの透過水量が０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙを下回る場合には、ファウリングが生じないにも拘わらず回収率を低くしていることになり、一方、回収率を高めるためにはより多くのエレメントを用意する必要があり、容積も大きなものとなる。好ましくは１．４ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下であり、０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上１．１ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下であることがより好ましい。
【００３５】
また、モジュールや配管の耐圧性や、エネルギー効率を考慮すると逆浸透膜の圧力は１０ＭＰａ以下であることがより好ましい。供給水のＳＤＩ値は４以下であることが好ましく、さらにはＳＤＩ値が２以下であることが膜のファウリングを防ぐためにはより好ましい。
【００３６】
そして、凝集剤添加ポンプ２０により供給される凝集剤としては、特に限定されるものではなく、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の鉄塩、マグネシウム塩等を用いることができ、これらの凝集剤にされに各種高分子ポリマを凝集助剤として併用することもできる。これら凝集剤を添加することにより、原水中の微粒子を凝集させ微粒子の大きさを大きくすることができ、凝集した微粒子は、精密ろ過膜または限外ろ過膜で除去することが可能となり、逆浸透膜により清浄な供給水を供給することができる。
【００３７】
凝集剤の添加位置は膜前処理の前であれば良く、配管中に直接添加したり、混合槽を設け、そこに凝集剤を添加したりしてもよい。
【００３８】
また、前処理膜を構成する材質としては、有機高分子材料を使用する場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホン等を用いることができる。また、膜の形態から見ると、中空糸型や、平膜型や、スパイラル型エレメントや、チューブラー型エレメントを用いることができるが、コスト削減の面から、原水を直接ろ過することが可能である中空糸型であるほうがより好ましい。中空糸膜形態の前処理膜を用いる場合は、内圧式でも外圧式でもかまわない。
【００３９】
逆浸透膜装置に処理水を供給する高圧ポンプについては、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。
【００４０】
前処理膜モジュール４０としては、具体的には、たとえば、０．０１〜数μｍ程度の微粒子を除去することが可能な精密ろ過膜や分子量数百〜数百万程度の微粒子を除去することが可能な限外ろ過膜を用いることができる。
【００４１】
逆浸透膜装置は、逆浸透膜を有する、複数個の逆浸透膜エレメントを圧力容器に納めた逆浸透膜モジュールを備えていることが好ましい。
【００４２】
逆浸透膜の濃縮水は高い圧力エネルギーを有しているため、これ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、水車などを用いて加圧ポンプの駆動力の負荷低減を実現することができる。
【００４３】
逆浸透膜としては、酢酸セルロース系ポリマーを用いたものや、ポリアミドを用いたものが好ましく、また、非対称構造を持ったものや複合構造を持ったもの、さらには、中空糸膜形態を有するものや平膜形態を有するものなど、いずれでも用いることができる。中でも、非対称構造を有する、酢酸セルロース系ポリマーを用いた逆浸透膜や、複合構造を有する、ポリアミドを用いた逆浸透膜を用いると効果が大きく、特に、芳香族ポリアミド複合膜を用いると非常に効果が大きい。
【００４４】
逆浸透膜エレメントとは、上記の逆浸透膜を筐体に納めて使いやすくしたもので、平膜形態の逆浸透膜を用いる場合は、スパイラル型エレメントや、チューブラー型エレメント、プレートアンドフレーム型エレメントなどに組み込んで用いることができる。また、中空糸膜形態の逆浸透膜を用いる場合は、Ｕ字型やＩ字型に束ねて筐体に納めた形態とすることができる。逆浸透膜はスパイラル型エレメントは膜面積では中空糸型に比べて少ないものの、ファウリングのしにくさや洗浄性の点で、中空糸型に比べ有利であるため、逆浸透膜エレメントはスパイラル型である方が好ましい。
【００４５】
逆浸透膜モジュールは、これらのエレメント複数本を圧力容器に納めたものであり、好ましくは４〜８本のエレメントを収納したものを用いるとよい。さらに、このモジュールを並列に複数系列配置したものを逆浸透膜モジュールユニットといい、これも逆浸透膜装置として好適に用いることができる。
【００４６】
本発明では、上記の逆浸透膜モジュールや逆浸透膜モジュールユニットを多段に配置して逆浸透膜装置を構成すると好ましい。たとえば、前後段にツリー型に配置する場合には、前段の逆浸透膜モジュールユニットで得られる濃縮水を後段の逆浸透膜モジュールまたはモジュールユニットの供給水とし、前後段それぞれから透過水（淡水）を得る方法や、前段の逆浸透膜モジュールまたはモジュールユニットの透過水を、さらに後段の逆浸透膜モジュールまたはモジュールユニットの供給水とし、高品質な透過水（淡水）を得る透過水２段法を適用することができる。もちろん、これらは２段配置に限られることはなく、必要に応じて３段以上の多段構成とすることもできる。ここでツリー型とは前段よりも後段の逆浸透膜モジュールユニット数を減らす配置の仕方であり、後段の逆浸透膜モジュール供給水の量を確保することが可能となる。
【００４７】
本発明の効果が発揮されるためには、逆浸透膜ユニットの全体の回収率は５０％以上７０％以下とすると良く、さらに好ましくは５５％以上６５％以下とすることがコスト削減の上でより好ましい。なおここでの回収率とは、装置全体の回収率を示し、モジュールユニットを多段に配置した場合は、そのモジュールユニットそれぞれの回収率を合わせたもので表される。
【００４８】
膜前処理水の濁質は非常に微量であることが重要であり、本発明の効果が発揮されるためには濁度が０．００１度以下である方が良く、さらには０．０００５度以下である方がより好ましい。
【００４９】
本発明において、濁度とはＪＩＳＫ０１０１に規定される。この指標は、カオリン１ｍｇ／ｌの溶液の濁りを１度と定義するもので、測定原理の違いから透過光濁度、散乱光濁度、積分光濁度があるが、測定方法は適宜選択すればよい。
【００５０】
本発明の効果が発揮されるためには、原水は海水およびかん水であればよいが、浸透圧が高い溶液である方が好ましく、具体的には塩濃度２５００ｍｇ／ｌ以上、４５０００ｍｇ／ｌ以下の塩濃度であればよい。
【００５１】
【実施例】
以下の実施例、比較例においては、前処理膜として精密ろ過膜（ＭＦ膜）を、逆浸透膜としてポリアミド系複合膜を用いた。
【００５２】
（実施例１）
図１に示した造水装置を用いて造水を行った。
【００５３】
まず、原水（塩濃度３．５％の海水）を送水ポンプにて、外圧式中空糸型のＭＦ膜に供給し、回収率９５％で処理した。この膜前処理水のＳＤＩ値は２．５であり、濁度は０．０００２度であった。次いで、この処理水を高圧ポンプにて９．０ＭＰａに昇圧して、標準条件（圧力５．５ＭＰａ、海水３．５％、温度２５℃、濃縮水量８０ｌ／分）で脱塩率９９．８５％、透過水量が１６ｍ^３／ｄａｙのスパイラル型逆浸透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逆浸透膜モジュールに供給し、逆浸透膜単位面積当りの平均透過水量０．６ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、先頭エレメントの透過水量０．９ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、回収率６０％にて２，０００時間連続して運転を行った。その結果、透過水の水質は全溶質濃度が１４０ｍｇ／ｌと高品質であった。また、運転中は逆浸透膜モジュールにスケール成分の析出は認められず、モジュール内の膜間差圧も一定範囲内に収まった。
【００５４】
（比較例１）
前処理として砂ろ過を用いた。処理水のＳＤＩ値は４．５であり、処理水濁度は０．０２度であった。この処理水を供給水として、圧力９．０ＭＰａにて逆浸透膜モジュールへ供給し、回収率を６０％として２，０００時間運転を行った他は、実施例１と同様にして造水を行った。
【００５５】
その結果、運転開始から１，０００時間経過後、逆浸透膜モジュールの造水量が低下したため、圧力７．０ＭＰａ、回収率５０％に下げて運転を継続した。運転後のモジュールを解体して調べたところ、先頭モジュールの造水量の低下が著しかった。
（実施例２）
逆浸透膜単位面積当たりの平均透過水量を０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、先頭エレメントの透過水量を０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙにして６００時間の運転を行った以外は実施例１と同様にした。この結果、造水量の低下はほとんど起こらず、造水量低下率は０．００１％／ｈ以下であった。
（実施例３）
逆浸透膜単位面積当たりの平均透過水量を１．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、先頭エレメントの透過水量を２．０ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙにして６００時間の運転を行った以外は実施例１と同様にした。この結果、造水量の低下率は０．０５％／ｈであった。
（実施例４）
逆浸透膜単位面積当たりの平均透過水量を２．０ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ、先頭エレメントの透過水量を２．６ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙにして６００時間の運転を行った以外は実施例１と同様にした。この結果、造水量の低下率は０．０８％／ｈであった。
（参考例１）
参考までに塩素添加の効果を示す実験例を示す。
【００５６】
耐塩素性膜であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜に温度１５℃、平均濁度１．０、ＴＤＳ濃度３５，０００ｍｇ／Ｌの実海水を供給し、６日間の濾過を行った。このとき、膜濾過水の残留塩素が１．５ｍｇ／Ｌとなるように、膜供給水に塩素を添加した。
【００５７】
この結果、膜の差圧はわずかに上昇する程度であり、６日間で約５ｋＰａの上昇であった。
（参考例２）
膜供給水に塩素を添加しなかった以外は参考例１と同様にして濾過を行った。
【００５８】
この結果、膜の差圧が徐々に上昇し、６日間で約１５ｋＰａ上昇した。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、海水またはかん水を精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理し、この処理水を逆浸透膜に供給することにより、逆浸透膜を高透過水量、高回収率で安定的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る造水装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０：取水タンク
２０：取水ポンプ
３０：凝集剤添加ポンプ
４０：前処理膜モジュール（前処理膜装置）
４１：処理水ライン
４２：処理水濁度計
５０：処理水タンク
６０：高圧ポンプ
７０：逆浸透膜モジュール（逆浸透膜装置）
７１：透過水ライン
７２：濃縮水ライン
８０：エネルギー回収装置

Claims

海水またはかん水を精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理し、この前処理水を複数個の逆浸透膜エレメントを直列に配置した逆浸透膜モジュールで膜分離する造水方法であって、前処理水を８．０ＭＰａ以上の圧力で逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上になるように、かつ、最上流側に設けた逆浸透膜エレメントの逆浸透膜の単位面積当たりの透過水量が０．８ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上になるように供給することを特徴とする造水方法。
前処理水を１２ＭＰａ以下の圧力で逆浸透膜の単位面積当たりの平均透過水量が１．０ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下になるように、かつ、最上流側に設けた逆浸透膜エレメントの逆浸透膜の単位面積当たりの透過水量が１．４ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以下になるように供給することを特徴とする請求項１に記載の造水方法。
逆浸透膜エレメントとしてスパイラル型エレメントを用いることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の造水方法。
精密ろ過膜または限外ろ過膜として中空糸膜を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の造水方法。
逆浸透膜モジュールにおける回収率を５０〜７０％の範囲内にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の造水方法。
前処理水のＳＤＩ値を４以下にすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の造水方法。
前処理水の濁度を０．００１度以下にすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の造水方法。
海水またはかん水のＳＤＩ値に基づいて凝集剤を添加することを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の造水方法。
海水またはかん水に塩素を添加して精密ろ過膜または限外ろ過膜にて前処理するとともに、前処理水の残留塩素濃度が少なくとも０．１ｍｇ／Ｌとなるように塩素の添加量を制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の造水方法。