JP2004033848A

JP2004033848A - 逆浸透膜を用いたかん水製造装置及びかん水製造方法

Info

Publication number: JP2004033848A
Application number: JP2002192164A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nagai; 永井　正彦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】電力エネルギを低減できるとともに、逆浸透法で生じる濃縮海水の処理を不要とした逆浸透膜を用いたかん水製造装置及びかん水製造方法を提供する。
【解決手段】海水中の２価イオンを除去する２価イオン除去装置（ＮＦモジュール）４と、２価イオンが除去された海水から淡水と濃縮海水とを生成する逆浸透膜（ＲＯ）モジュール６と、濃縮海水からかん水を製造するイオン交換膜装置８とを備えた逆浸透膜を用いたかん水製造装置２０である。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製塩等に用いるかん水の製造装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製塩方法としてイオン交換膜法が普及している。この方法は、カチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配置し、その間に原海水を導入して両端から電流を流すことにより、膜間に塩分濃度の高い水（かん水）と塩分濃度の低い水（脱塩水）が交互に集まることを利用した技術である。そして、かん水を真空式蒸発缶等で煮詰めることにより、塩の結晶を得ることができる。
【０００３】
一方、海水を脱塩して淡水を得る方法として逆浸透（ＲＯ：Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ）法が知られている。逆浸透法は、逆浸透膜を介して溶液の浸透圧より高い圧力を溶液側から加え、溶液中の水分子を水側へ移行させる技術である。この逆浸透法は、例えば逆浸透膜を耐圧容器に収容したモジュールを多数備えた逆浸透膜装置により実用規模で操業されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の逆浸透法の場合、淡水とは別に濃縮海水が生じるが、塩分濃度が高いためそのまま環境に排出すると生態系に影響を与えるので、その処理が問題となっている。また、イオン交換膜製塩法においては、イオン交換膜の電力エネルギが大きく、エネルギ低減が要望されている。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、イオン交換膜法でかん水を製造する際の電力エネルギを低減できるとともに、逆浸透法で生じる濃縮海水の処理を不要とした逆浸透膜を用いたかん水製造装置及びかん水製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【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、本発明の逆浸透膜を用いたかん水製造装置は、海水中の２価イオンを除去する２価イオン除去装置と、前記２価イオンが除去された海水から淡水と濃縮海水とを生成する逆浸透膜モジュールと、前記濃縮海水からかん水を製造するイオン交換膜装置とを備えたことを特徴とする。
このようにすると、２価イオンが除去されて１価イオンの割合が多くなった海水をイオン交換膜装置に導入するので、イオン交換膜法での回収効率が高くなり、電力エネルギが少なくて済む。又、逆浸透膜モジュールにより塩分濃度の高い濃縮海水をイオン交換膜装置に導入できるので、さらにイオン交換膜法での回収効率が高くなり、電力エネルギが低減される。また、予め２価イオンを除去するので逆浸透モジュールでの回収率を高くして濃縮海水の塩濃度を上げることができ、それによりイオン交換膜法の電力エネルギをさらに低減できる。
【０００７】
前記２価イオン除去装置で生成された２価イオンの濃縮溶液から、該２価イオンを回収する回収装置をさらに備えると好ましい。
このようにすると、資源価値の高い２価イオンを回収できる。
【０００８】
前記イオン交換膜装置で生じた脱塩水、又は前記回収装置で前記２価イオンを回収後の溶液を、前記２価イオン除去装置に供給する戻り流路をさらに備えると好ましい。
このようにすると、この溶液が逆浸透膜モジュールに導入されるので、淡水の生産効率が向上し、淡水製造コストを低減することができる。
【０００９】
前記２価イオン除去装置は、ナノ濾過による膜分離装置であると好ましい。
このようにすると、２価イオンをより選択的に除去できる。
【００１０】
本発明の逆浸透膜を用いたかん水製造方法は、海水中の２価イオンを除去する工程と、前記２価イオンが除去された逆浸透膜法により海水から淡水と濃縮海水とを生成する工程と、前記濃縮海水からイオン交換膜法によりかん水を製造する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る逆浸透膜を用いたかん水製造装置の構成を各図に基づいて説明する。
【００１２】
図１は逆浸透膜を用いたかん水製造装置の全体構成を示す。この図において、かん水製造装置２０は、所定の前処理装置２、ＮＦ（Ｎａｎｏ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）モジュール（２価イオン除去装置）４、逆浸透膜（ＲＯ）モジュール６を直列に接続して構成されている。また、ＮＦモジュール４、ＲＯモジュール６の入側にはそれぞれ高圧ポンプ１４ａ、１４ｂが配置され、これらは電源１６から電源供給を受けて各モジュールへの供給水を加圧する。そして、ＮＦモジュール４で分離された２価イオンの濃縮溶液は、回収装置１０に導入されて２価イオンが回収される。一方、ＲＯモジュール６で生成された濃縮海水は、イオン交換膜装置８に導入されてかん水が製造される。さらに、得られたかん水は真空式蒸発缶等からなる製塩装置５０に導入されて煮詰められ、塩の結晶（ＮａＣｌ）となる。
【００１３】
このような構成とすることにより、イオン交換膜法でかん水を製造する際の電力コスト低減が図られる。つまり、イオン交換膜による電気透析では、供給水中の塩分濃度が高いほど、又、供給水中に２価イオンが少なく１価イオンの割合が多いほど、回収効率が高くなり、電力エネルギが少なくて済む。そこで、まず、ＮＦモジュールにより海水中の２価イオンを除去することで、イオン交換膜法での電力エネルギが低減される。
【００１４】
又、海水をＲＯモジュールに通すことにより得られた塩分濃度の高い濃縮海水をイオン交換膜装置に導入することで、さらにイオン交換膜法での電力エネルギが低減される。ここで、ＲＯモジュールの運転（主として高圧ポンプ）に要する電力エネルギは、イオン交換膜装置の運転用の電力エネルギより遥かに少ないので、ＲＯモジュールを設けても全体の電力エネルギの低減が図られる。
【００１５】
さらに、ＲＯモジュールでの回収率を高くして濃縮海水の塩濃度を上げようとすると、一般には逆浸透膜上に供給海水中の２価イオンが付着する等（例えばファウリング現象）により連続運転ができなくなるが、本発明ではＲＯモジュールの前段にＮＦモジュールを設けているので、濃縮海水の塩濃度を高くして連続運転ができ、その結果として、イオン交換膜法での電力エネルギをさらに低減することができる。
【００１６】
次に、原海水からかん水を製造する方法について説明する。まず、原海水は前処理装置２に供給されて濁質成分を除去される。前処理装置２としては、公知の砂濾過装置や、ＵＦ（限外濾過）あるいはＭＦ（精密濾過）による膜濾過装置、あるいはＤＭＦ（Ｄｕａｌ　Ｍｅｄｉａ　Ｆｉｌｔｅｒ）を用いることができ、被処理水中のＳＳ濃度を２〜３ｐｐｍ程度に濾過し、下工程での各モジュールの目詰りを防止する。
【００１７】
前処理海水は、高圧ポンプ１４ａで昇圧されてＮＦモジュール４に導入される。ＮＦモジュール４は、ナノ濾過膜分離装置であり、約２ｎｍより小さい程度の粒子を除去するので、海水中の２価イオンが主に除去される。例えば一般のナノ濾過膜を用いた場合、２価イオンの除去（回収）率は９５％以上であるのに対し、１価イオンの除去（回収）率は６０％程度である。そして、ＮＦモジュール４で生成した２価イオンの濃縮溶液は、回収装置１０でイオン吸着、蒸発等により２価イオンが資源として回収される。回収される２価イオンとしては、例えばカルシウムイオン、マグネシウムイオン、硫酸イオン等がある。
【００１８】
一方、ＮＦモジュール４で２価イオンが除去された海水（１価イオンを多く含む）は、ＲＯモジュール６に導入されて（生産水）淡水と濃縮海水とに分離される。生産水は適宜利用され、濃縮海水はイオン交換膜装置８に導入され、電気透析されてかん水と脱塩水とに分離され、かん水は上記したように製塩に供される。ＲＯモジュール６では、一般には１価イオン、２価イオンの除去（回収）率はそれぞれ９９．５％。９９．８％程度である。
【００１９】
そして、回収装置１０で２価イオン回収後に残った溶液、及びイオン交換膜装置８で生じた脱塩水は、戻り流路１２を通ってＮＦモジュール４に供給され、再度上記各工程で処理される。なお、戻り流路１２から塩類（１、２価）濃度の低い溶液をＮＦモジュールに戻すことで、この溶液がＲＯモジュール６に導入されるので、淡水の生産効率が向上し、淡水製造コストを低減することができる。
【００２０】
図２は、イオン交換膜装置８の構成を示す。この図において、アニオン交換膜８ａ、カチオン交換膜８ｂが交互に、かつ膜間隔を開けて積層されている。隣接する膜間にはＲＯモジュールから濃縮海水が供給される。イオン交換膜装置８の両端には陽極８ｃ及び陰極８ｄがそれぞれ陽極液、陰極液に浸漬された状態で配置されている。そして、各電極間に直流電力を印加すると、濃縮海水中のナトリウムイオンは陰極側に、塩化物イオンは陽極側に移動するが、前者はアニオン交換膜を通過できず、後者はカチオン交換膜を通過できないので、結果として、１つおきの膜間（室）にナトリウムイオンと塩化物イオンが蓄積してかん水となる。一方、かん水の蓄積された室の隣の室はナトリウムイオン又は塩化物イオンが移動して減少するので、脱塩水となる。
【００２１】
なお、電源１６に加え、自然エネルギー電源を設けてもよい。自然エネルギー電源としては、例えば太陽電池パネルと充電バッテリからなるモジュールがあり、バッテリの充電状態に応じて電源を補完し、電力使用量の低減、あるいは電源の不要化を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、２価イオンが除去されて１価イオンの割合が多くなった海水をイオン交換膜装置に導入するので、イオン交換膜での回収効率が高くなり、電力エネルギが少なくて済む。又、逆浸透膜モジュールにより塩分濃度を高めた濃縮海水をイオン交換膜装置に導入できるので、さらにイオン交換膜での回収効率が高くなり、電力エネルギが低減される。また、予め２価イオンを除去するので逆浸透モジュールでの回収率を高くして濃縮海水の塩濃度を上げることができ、それによりイオン交換膜法の電力エネルギをさらに低減できる。さらに、逆浸透膜法における濃縮海水の処分の問題も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆浸透膜を用いたかん水製造装置全体の構成を示す図である。
【図２】イオン交換膜装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
４　　　　　　　　　　　２価イオン除去装置（ＮＦモジュール）
６　　　　　　　　　　　逆浸透膜（ＲＯ）モジュール
８　　　　　　　　　　　イオン交換膜装置
２０　　　　　　　　　　かん水製造装置

Claims

海水中の２価イオンを除去する２価イオン除去装置と、
前記２価イオンが除去された海水から淡水と濃縮海水とを生成する逆浸透膜モジュールと、
前記濃縮海水からかん水を製造するイオン交換膜装置と
を備えたことを特徴とする逆浸透膜を用いたかん水製造装置。
前記２価イオン除去装置で生成された２価イオンの濃縮溶液から、該２価イオンを回収する回収装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜を用いたかん水製造装置。
前記イオン交換膜装置で生じた脱塩水、又は前記回収装置で前記２価イオンを回収後の溶液を、前記２価イオン除去装置に供給する戻り流路をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透膜を用いたかん水製造装置。
前記２価イオン除去装置は、ナノ濾過による膜分離装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の逆浸透膜を用いたかん水製造装置。
海水中の２価イオンを除去する工程と、
前記２価イオンが除去された逆浸透膜法により海水から淡水と濃縮海水とを生成する工程と、
前記濃縮海水からイオン交換膜法によりかん水を製造する工程と
を有することを特徴とする逆浸透膜を用いたかん水製造方法。