JP2004518531A

JP2004518531A - 水処理装置

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Publication number: JP2004518531A
Application number: JP2002564447A
Authority: JP
Inventors: 雅彦廣瀬; 敦廣; マークウィルフ
Original assignee: Hydranautics Corp
Current assignee: Hydranautics Corp
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: WO2002064509A3; EP1392410A2; JP4374191B2; ATE303857T1; EP1392410B1; DE60206038D1; ES2244756T3; IL152217A0; US20020108900A1; US6805796B2; WO2002064509A2

Abstract

本発明の水処理装置は、多孔性支持体と、この上に形成されたポリアミドスキン層とを含む複合逆浸透膜モジュールを多段に配置した水処理装置であって、最終段のモジュールに対し、これより前段の前記モジュールの透過水の一部を供給し、その残りの透過水は、前記最終段のモジュールの透過水と共に装置外に排出するか若しくは装置内に回収する装置である。この装置によれば、海水中のホウ素濃度を充分に低減できるとともに、他のイオン類の喪失を防止することができ、しかも用いる複合逆浸透膜モジュールの数も少なくてすむ。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、水処理装置に関し、詳しくは海水から淡水を製造するのに適した水処理装置に関する。
海水には約４〜５ｍｇ／ｌのホウ素が含まれているため、海水から飲み水を作るには、ホウ素濃度を１ｍｇ／ｌ以下にする必要がある。従来では、ホウ素濃度を充分に低減するために、複合逆浸透膜モジュールを用いた２段処理が提案されている（特開平１０−３０５２１６号公報、特開平８−２０６４６０号公報等）。しかし、この方法は、ホウ素濃度を低減することはできるが、生体に必要な他のイオン類も除去されるため、後からイオンを添加する必要があった。また、水処理方法に使用される複合逆浸透膜モジュールは、通常、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したスパイラル型であるが、従来の水処理方法では、このモジュールの本数を多くする必要があるため、経済的な問題があった。
したがって、本発明の目的は、ホウ素を充分に低減できるとともに、生体に必要なイオン類を確保でき、かつ経済的に水処理できる水処理装置を提供することである。
【０００２】
発明の要約
前記目的を達成するために、本発明の水処理装置は、多孔性支持体と、この上に形成されたポリアミドスキン層とを含む複合逆浸透膜モジュールを多段に配置した水処理装置であって、最終段のモジュールに対し、これより前段の前記モジュールの透過水の一部を供給し、その残りの透過水は、前記最終段のモジュールの透過水と共に装置外に排出するか若しくは装置内に回収する水処理装置である。
この装置によれば、処理対象水が海水の場合、ホウ素濃度を充分に低減できるとともに、生体に必要なイオン類を確保することができ、しかもモジュールの本数も少量ですむ。
【０００３】
本発明の装置において、前記最終段のモジュールの透過水と、前記最終段のモジュールに供給されないこれより前段のモジュールの透過水とを混合して排出若しくは回収することが好ましい。
【０００４】
本発明の装置において、前記最終段のモジュールに供給される透過水のイオン濃度（Ａ）と、前記最終段のモジュールに供給されない透過水のイオン濃度（Ｂ）との比（Ａ：Ｂ）が、１：２〜１：１０の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１：３〜１：８の範囲にあることである。この場合、装置に供給される処理対象原水に含まれる総蒸発残留物（ＴＤＳ）濃度が、１質量％以上であることが好ましく、また装置に供給される処理対象原水が、海水であることが好ましい。装置に供給される処理対象水が海水である場合、装置外に排出若しくは装置内に回収される透過水のホウ素濃度は、１ｍｇ／ｌ以下であることが好ましく、混合して装置外に排出若しくは装置内に回収される場合も、前記透過水のホウ素濃度は、１ｍｇ／ｌ以下であることが好ましい。
【０００５】
本発明の装置において、最終段のモジュールに供給される透過水は、アルカリ性が好ましく、例えばｐＨ８〜１２、好ましくはｐＨ９〜１２、より好ましくはｐＨ９〜１１である。このようにアルカリ性にすれば、透過水中のホウ素が解離状態になり、除去しやすくなるからである。
【０００６】
本発明の装置において、最終段のモジュールに供給される透過水が、その透過水を排出するモジュールにおける濃縮液側からの透過水であることが好ましい。このようにすれば、装置外に排出するか若しくは装置内に回収する透過水の全体のイオン濃度をさらに効率的に低減させることができる。
濃縮液側からの透過水を最終段のモジュールに供給する第一の構成として、最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが複数あり、それらの構造は、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したスパイラルモジュール構造であり、これらのモジュールが、前記集水管により相互に連結して圧力容器内に収容されており、この圧力容器の一端において処理対象原水が供給されると共に透過水が排出され、他端において濃縮液および透過水が排出され、前記他端の透過水を最終段のモジュールに供給することがあげられる。この構成において、圧力容器の両端から透過水を取り出す方法については、特に限定されないが、例えば、両端の透過水取り出し配管中にバルブを取り付け、液量を調整する方法や、連結した集水管内に仕切りを設けて内部を二分し、処理対象原水側の透過水と、濃縮液側の透過水とを分ける方法があげられる。この場合、処理対象原水側（上流側）の透過水（Ｘ）と濃縮水側（下流側）の透過水（Ｙ）との水量体積比（Ｘ：Ｙ）は、例えば１：５〜９：１であり、好ましくは１：１．５〜９：１であり、より好ましくは１：１〜４：１である。
【０００７】
また、濃縮液側からの透過水を最終段のモジュールに供給する第二の構成として、最終段より前段の逆浸透膜モジュールにおいて、その各構造が、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したスパイラルモジュール構造であり、これらのモジュールが、前記集水管により相互に連結して圧力容器内に収容されており、この圧力容器が複数あり、この複数の圧力容器が多段に配置され、最初の段の圧力容器には処理対象原水が供給され、これより後の段の圧力容器には、前段の圧力容器から排出される濃縮液が供給され、最初の段より後の段の圧力容器から排出される透過水が、装置の最終段の複合逆浸透膜モジュールに供給されることが挙げられる。
【０００８】
この第二の構成の具体的な構成例として、３つの圧力容器が３段に配置され、２段目以降の透過水が、装置の最終段の複合逆浸透膜モジュールに供給されることがあげられる。
【０００９】
本発明の装置において、最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９９％以上かつ透過流束０．２ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能であることが好ましく、より好ましくは、同条件において、食塩阻止率９９．５％以上かつ透過流束０．３ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である。
【００１０】
本発明の装置において、最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、ホウ素を５ｐｐｍ含む３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、ホウ素阻止率８０％以上の性能であることが好ましく、より好ましくは、同条件において、ホウ素阻止率９０％以上の性能である。
本発明の装置において、最終段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液０．０５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力０．７５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９８％以上かつ透過流束０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能であることが好ましく、より好ましくは、同条件において、食塩阻止率９９．０％以上かつ透過流束０．７ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である。
【００１１】
本発明において、透過流束は、単位時間に複合逆浸透膜の単位面積を透過する液体の量をいう。また、阻止対象物の阻止率（食塩阻止率、ホウ素阻止率等）は、以下の式で定義される。
【００１２】
阻止率（％）＝（１−透過液中の阻止対象物濃度／供給液中の阻止対象物平均濃度）×１００
【００１３】
好適な実施例の説明
本発明で用いられる複合逆浸透膜は、微多孔性支持体上にポリアミドを主成分とする活性層または薄層と呼ばれるスキン層を備えていなければならない。一般にポリアミド系複合逆浸透膜は各種イオン阻止率が高くかつ透過流束も高いので好適に用いられる。特に好ましくは、２つ以上の反応性のアミノ基を有する芳香族化合物と、２つ以上の反応性酸ハライド基を有する多官能性酸ハライド化合物とを反応させて形成される芳香族系架橋ポリアミドスキン層である。
【００１４】
２つ以上の反応性アミノ基を有する芳香族化合物（以下「多官能アミン」ともいう）は、特に限定されず、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、１，３，５−トリアミノベンゼン、１，２，４−トリアミノベンゼン、３，５−ジアミノ安息香酸、２，４−ジアミノトルエン、２，４−ジアミノアニソ−ル、アミド−ル、キシリレンジアミン等が挙げられる。好ましくは、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、トリアミノベンゼンがあげられる。このなかで、ｍ−フェニレンジアミン、トリアミノベンゼンが好ましい。
【００１５】
また、これら芳香族多官能アミンの他に、脂肪族または脂環式の多官能アミンが混合して用いられても良い。かかる脂肪族多官能アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリス（２一アミノエチル）アミン等が挙げられる。また、脂環式多官能アミンとしては、例えば、１，３一ジアミノシクロヘキサン、１，２一ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロヘキサンピペラジン、２，５−ジメチルピペラジン、４−アミノメチルピペラジン等が挙げられる。
【００１６】
前記多官能性酸ハロゲン化物（以下「酸ハライド」ともいう）は、特に限定されず、例えば、芳香族、脂肪族、脂環式等の多官能性酸ハロゲン化物が挙げられ、好ましくは芳香族多官能性酸ハロゲン化物である。
【００１７】
前記芳香族多官能性酸ハロゲン化物としては、例えば、トリメシン酸クロライド、テレフタル酸クロライド、イソフタル酸クロライド、ビフェニルジカルボン酸クロライド、ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、ベンゼントリスルホン酸クロライド、ベンゼンジスルホン酸クロライド、クロロスルホニルベンゼンジカルボン酸クロライド等が挙げられる。このなかで、単環式芳香族化合物が好ましい。
【００１８】
前記脂肪族多官能性酸ハロゲン化物としては、例えば、プロパントリカルボン酸クロライド、ブタントリカルボン酸クロライド、ペンダントリカルボン酸クロライド、グルタリルハライド、アジポイルハライド等が挙げられる。
前記脂環式多官能性酸ハロゲン化物としては、例えば、シクロプロパントリカルボン酸クロライド、シクロブタンテトラカルボン酸クロライド、シクロペンタントリカルボン酸クロライド、シクロペンタンテトラカルボン酸クロライド、シクロヘキサントリカルボン酸クロライド、テトラハイドロフランテトラカルボン酸クロライド、シクロペンタンジカルボン酸クロライド、シクロブタンジカルボン酸クロライド、シクロヘキサンジカルボン酸クロライド、テトラハイドロフランジカルボン酸クロライド等が挙げられる。
【００１９】
前記多孔性支持体は、ポリアミドスキン層を支持し得る物であれば特に限定されず、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンのようなポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンなど、種々の材料から形成されたものを挙げることができるが、特に、化学的、機械的、熱的に安定である点から、ポリスルホン、ポリアリールエーテルスルホンからなる多孔性支持膜が好ましく用いられる。かかる多孔性支持体は、通常、約２５〜１２５μｍ、好ましくは約４０〜７５μｍの厚みを有するが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００２０】
つぎに、前記多官能アミン成分と、前記酸ハライド成分とを、界面重合させることにより、多孔性支持体上に架橋ポリアミドを主成分とするポリアミドスキン層が形成できる。例えば、多孔性支持体上に、前記多官能アミン成分を含有する溶液を塗布等して第１の層を形成し、次いで前記酸ハライド成分を含有する溶液を塗布等して前記第１の層の上に第２の層を形成する。そして、それぞれ余分の溶液を除去し、次いで、通常、約２０〜１５０℃、好ましくは、約７０〜１３０℃で、約１〜１０分問、好ましくは約２〜８分間加熱乾燥して、重縮合反応により架橋ポリアミドからなる水透過性の薄膜（ポリアミドスキン層）を形成させる。この薄膜の厚さは、通常約０．０５〜２μｍ、好ましくは約０．１０〜１μｍの範囲にある。
【００２１】
多官能アミンを含有する溶液は、製膜を容易にし、あるいは得られる複合逆浸透膜の性能を向上させるために、さらに、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の重合体や、ソルビト−ル、グリセリン等のような多価アルコールを少量含有させることもできる。
【００２２】
また、透過流束を高める為、多官能アミンを含有する溶液若しくは酸ハライド成分を含有する溶液、または前記両溶液の双方に、溶解度パラメーター（特開平８−２２４４５２号に記載）が８〜１４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２の化合物を添加することができる。前記溶解度パラメ−タとは、液体のモル蒸発熱を△Ｈｃａｌ／ｍｏｌ、モル体積をＶｃｍ^３／ｍｏｌとするとき、（△Ｈ／Ｖ）^１／２（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２で定義される量をいう。このような溶解度パラメ−タを有する物質としては、例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類、エステル類、ハロゲン化炭化水素類、含硫黄化合物類などがあり、具体的には、特開平８−２２４４５２号に記載の物質があげられる。
【００２３】
特開平２−１８７１３５号公報に記載のアミン塩、例えばテトラアルキルアンモニウムハライドやトリアルキルアミンと有機酸とによる塩等も、製膜を容易にする、アミン溶液の支持体への吸収性を良くする、縮合反応を促進する等の点で、多官能アミンを含有する溶液若しくは酸ハライド成分を含有する溶液、または前記両溶液の双方に好適に用いられる。
【００２４】
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等の界面活性剤を、多官能アミンを含有する溶液若しくは酸ハライド成分を含有する溶液、または前記両溶液の双方に含有させることもできる。これらの界面活性剤は、多官能アミンを含有する溶液の多孔性支持体への濡れ性を改善するのに効果がある。
【００２５】
前記界面での重縮合反応を促進するために、多官能アミンを含有する溶液若しくは酸ハライド成分を含有する溶液に、または前記両溶液の双方に、界面反応にて生成するハロゲン化水素を除去し得る水酸化ナトリウムやリン酸三ナトリウムを用いることができ、さらに、触媒としてアシル化触媒等を用いることも有益である。
【００２６】
前記酸ハライドを含有する溶液及び多官能アミンを含有する溶液において、酸ハライド及び多官能アミンの濃度は、特に限定されるものではないが、酸ハライドは、通常０．０１〜５質量％、好ましくは０．０５〜１質量％であり、多官能アミンは、通常０．１〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％である。
１段目に用いられる複合逆浸透膜は、原水濃度が高いので性能的には高濃度での塩阻止率が高いものが透過水の水質を向上させる上で好ましい。好ましくは３．５％の食塩水（ｐＨ６．５）を供給液として５．５ＭＰａの圧力、２５℃の水温で運転した際に、食塩阻止率９９％以上、透過流束０．２ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能を持つ複合逆浸透膜が好ましく、より好ましくは食塩阻止率９９．５％以上、透過流束０．３ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上である。さらに海水を処理する場合はホウ素阻止率が高い方が好ましい。好ましくは、ホウ素５ｐｐｍを含む３．５％の食塩水（ｐＨ６．５）を供給液として５．５ＭＰａの圧力、２５℃の水温で運転した際に、ホウ素阻止率８０％以上の性能を持つ複合逆浸透膜が好ましく、より好ましくはホウ素阻止率９０％以上である。これら高ホウ素阻止率の複合逆浸透膜を得る方法としては限定されるものでないが、例えば高温水での膜処理や膜への臭素付加などの方法が挙げられる。臭素付加の場合、複合逆浸透膜のポリアミドスキン層において、前記芳香族化合物の芳香環の炭素原子に臭素が結合している。また、臭素原子が付加している場合、ポリアミドスキン層において、臭素原子（Ｂｒ）とアミノ基を構成する窒素原子（Ｎ）との割合（Ｂｒ／Ｎ）が０．１〜１．０の範囲にあることが好ましい。
【００２７】
２段目に用いられる複合逆浸透膜は、その原水濃度が１段目複合逆浸透膜の透過水であるためイオン類等の濃度が低いので、塩阻止率が高く、かつ透過流束が高いものが透過水の水質の向上、及び経済性の面で好ましい。好ましくは０．０５％の食塩水（ｐＨ６．５）を供給液として０．７５ＭＰａの圧力、２５℃の水温で運転した際に、食塩阻止率９８％以上、透過流束０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能を持つ複合逆浸透膜が好ましく、より好ましくは食塩阻止率９９．０％以上、透過流束０．７ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上である。これら高阻止率、高透過流束の複合逆浸透膜を得る方法としては限定されるものでないが、例えば、前述のように、溶解度パラメーターが８〜１４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２の化合物を反応場に存在させるなどの方法が挙げられる。
【００２８】
つぎに、本発明の装置において、複合逆浸透膜は、モジュールの形態で使用されるが、モジュールの種類は特に制限されず、例えば、スパイラルモジュールがある。スパイラルモジュールは、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したモジュールである。
【００２９】
本発明の水処理装置は、高濃度の総蒸発残留物（ＴＤＳ）が含まれる原水の処理に好適に用いられ、好ましくは原水に含まれるＴＤＳ濃度が１％以上の場合であり、最適には、ＴＤＳ濃度が３．５％の海水の場合である。
【００３０】
つぎに、本発明の水処理装置の例について、図面に基づき説明する。なお、図面に示す複合逆浸透膜モジュールは、全てスパイラル型である。
【００３１】
図１に、本発明の水処置装置の基本的な構成の一例を示す。図示のように、この装置は、前段の複合逆浸透膜モジュール５および後段の複合逆浸透膜モジュール１１を備え、さらに前処理ユニット２を備えている。前処理ユニット２では、原水中の不溶物等をろ過して除去したり、ｐＨ調整したりする。この前処理ユニット２は、処理対象水（原水）を導入する流路１を備え、また前処理ユニット２と前段の複合逆浸透膜モジュール８とは、その途中にポンプ３が配置された流路４で連結されている。また、前段の複合逆浸透膜モジュール５の透過水側からは、二つの流路６、７が導出され、流路７はポンプ９と連結し、流路６は装置内の回収タンク（図示せず）に連結しているか若しくは装置外に導出されている。また、前段の複合逆浸透膜モジュール５の濃縮水側から流路８が装置外に向かって導出されている。ポンプ９からは、流路１０が後段の複合逆浸透膜モジュール１１に導入されている。後段の複合逆浸透膜１１の濃縮水側からは、流路１３が装置外に向けて導出され、透過水側からは流路１２が導出され、これは、装置内の回収タンク（図示せず）に連結しているか若しくは装置外に導出されている。
【００３２】
この装置を用いた水処理は、例えば、つぎのようにして実施される。まず、流路１により、原水が前処理ユニット２に導入され、ろ過等により前処理が行われる。そして、前処理済みの原水が流路４をとおりポンプ３により加圧されて前段の複合逆浸透膜モジュール５に供給される。このモジュール５内で、溶液分離が行われ、濃縮水と透過水に分離される。前記濃縮水は、流路８により装置外に排出され、透過水の一部は、流路７によりポンプ９に送られて加圧され、さらに流路１０を通り後段の複合逆浸透膜モジュール１１に供給される。また、前記透過水の残部は、流路６により、装置内のタンクに回収されるか若しくは装置外に排出される。後段の複合逆浸透膜モジュール１１で溶液分離が行われ、濃縮水と透過水に分離され、濃縮水は流路１３より装置外に排出され、透過水は装置内のタンクに回収されるか若しくは装置外に排出される。この装置において、前段の複合逆浸透膜モジュール５の流路６の透過水（前記残部の透過水）と後段の複合逆浸透膜モジュール１１の流路１２の透過水は、混合されることが好ましい。
【００３３】
つぎに、図２に、本発明の水処理装置のその他の構成の一例を示す。この装置は、濃縮液側からの透過水を最終段のモジュールに供給する前記第一の構成を具体化した装置であり、最後段より前段の複合逆浸透膜モジュールが圧力容器に収容されている。なお、図２において、図１と同一部分には同一符号を付している。
【００３４】
図示のように、前述の装置と同様に、この装置も前処理ユニット２を有している。前処理ユニット２は、原水を導入するための流路１および前処理された原水を導出するための流路４を備えており、流路４の途中にはポンプ３が配置されており、流路４は圧力容器２４に導入されている。この装置では、最後段より前段の複合逆浸透膜モジュール２１が４個あり、これらがその集水管２２により直列に連結され、圧力容器２４内に収納されている。また、圧力容器２４の略中央に位置する集水管２２内部には仕切り２３が配置され、連結した集水管内部を二つに仕切っている。そして、原水供給側の透過水を排出するための流路６が圧力容器２４の一端から導出されており、圧力容器２４の他端からは濃縮水側の透過水を排出するための流路７が導出されており、これはポンプ９と連結し、ポンプ９から流路１０が導出され、これは最後段の複合逆浸透膜モジュール１１に導入されている。また、圧力容器２４の濃縮水側からは濃縮水を排出するための流路８が導出されている。最後段の複合逆浸透膜モジュール１１からは、透過水を排出するための流路１２および濃縮水を排出するための流路１３がそれぞれ導出されている。
【００３５】
この装置による水処理は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、流路１を通して原水が前処理ユニット２に供給され、ここでろ過等により不溶物等が除去されたりする。前処理済みの原水はポンプ３により加圧され流路４を通って圧力容器２４に導入され、ここで、直列に連結された４つの複合逆浸透膜モジュール２１により溶液分離される。そして、透過水は集水管２２内に集められるが、仕切り２３により、濃縮液側の透過水と原水供給側の透過水とに分けられている。原水供給側の透過水は、流路６により圧力容器２４から導出され、装置外に排出されるか、若しくは装置内のタンク（図示せず）に回収される。また、濃縮水側の透過水は流路７により圧力容器２４から導出され、さらにポンプ９により加圧され、流路１０を通して最終段の複合逆浸透膜モジュール１１に導入される。他方、圧力容器２４からは濃縮水が流路８を通って導出され、装置外に排出される。最終段の複合逆浸透膜モジュール１１では、さらに溶液分離が行われ、透過水は流路１２を通って装置外に排出されるか若しくは装置内のタンク（図示せず）に回収される。この流路１２の透過水と、前記流路６の透過水は混合して排出若しくは回収することが好ましい。また、最終段の複合逆浸透膜モジュール１１の濃縮水は、流路１３を通り装置外に排出される。
【００３６】
この装置において、圧力容器内の複合逆浸透膜モジュールは、４つであるが本発明はこれに限定されない。このような態様の場合、例えば、２〜１０個の複合逆浸透膜モジュールを直列に連結してもよく、好ましくは、４〜１０個のモジュールを連結することである。なお、このように複合逆浸透膜モジュールを複数個連結して圧力容器に収容した場合、この全体を一つの複合逆浸透膜モジュールとみなすこともできる。
【００３７】
つぎに、図３に、本発明の水処理装置のさらにその他の構成の一例を示す。この装置は、濃縮液側からの透過水を最終段のモジュールに供給する前記第二の構成を具体化した装置であり、複数の複合逆浸透膜モジュールが収容されている圧力容器を複数有する。なお、図３において、図１および図２と同一部分には同一符号を付している。
【００３８】
図示のように、この装置では、前処理ユニット２、３つの圧力容器２４１、２４２、２４３および最終段の複合逆浸透膜モジュール１１を主要構成要素としている。３つの圧力容器２４１、２４２、２４３内部には、それぞれ、集水管により直列に連結された２個若しくは３個の複合逆浸透膜モジュール（図示せず）が収容されている。前処理ユニット２は、原水を導入するための流路１を備えている。また、前処理ユニット２からは流路４が導出され、これは第一圧力容器２４１に導入されており、前記流路４の途中にはポンプ３が配置されている。第一圧力容器２４１からは透過水を排出するための流路６１が導出され、また濃縮水を導出するための流路８１も導出され、この途中にはポンプ３１が配置され、前記流路８１の先端は、第二圧力容器２４２に導入されている。第二圧力容器２４２からは透過水を排出するための流路６２が導出しており、また濃縮水を排出するための流路８２も導出され、この途中にはポンプ３２が配置され、前記流路８２の先端は第三圧力容器２４３に導入されている。第三圧力容器からは、濃縮水を排出するための流路８３が導出され、また透過水を排出するための流路７も導出され、その途中にはポンプ９が配置され、ポンプ９からは流路１０が導出されて最終段の複合逆浸透膜モジュール１１に導入されている。最終段の複合逆浸透膜モジュール１１からは濃縮水を排出する流路１３が導出され、また透過水を排出する流路１２も導出されている。
【００３９】
この装置を用いての水処理は、例えば、つぎのようにして行う。まず、流路１を通して原水を前処理ユニット２に導入し、ここでろ過等の前処理を行う。前処理された原水は、ポンプ３により加圧された状態で流路４を通り第一圧力容器２４１に導入され、ここで溶液分離される。第一圧力容器２４１からは、流路６１により透過水が装置外に排出されるか装置内のタンク（図示せず）に回収され、流路８１により濃縮水がポンプ３１で加圧されて第二圧力容器２４２に導入され、ここで溶液分離される。第二圧力容器２４２からは、流路６２より透過水が装置外に排出されるか装置内のタンク（図示せず）に回収され、流路８２により濃縮水がポンプ３２で加圧されて第三圧力容器２４３に導入され、ここで溶液分離される。第三圧力容器からは、濃縮水が流路８３により装置外に排出され、透過水が流路７をとおりポンプ９で加圧され、さらに流路１０を通って最終段の複合逆浸透膜モジュール１１に導入され、ここで溶液分離される。最終段の複合逆浸透膜モジュールからは、流路１３により濃縮水が装置外に排出され、流路１２により透過水が装置外に排出されるか若しくは装置内のタンク（図示せず）に回収される。流路６１、流路６２および流路１２のそれぞれの透過水は混合して排出若しくは回収することが好ましい。なお、ここで、図中の昇圧用のポンプ３１、３２は無くてもよい。
【００４０】
この装置の例では、３つの圧力容器（複合逆浸透膜モジュールを２ないし３個収納する）を直列に並べたが、本発明はこれに限定しない。このような圧力容器は、例えば、直列に２〜５個並べることができる。また、圧力容器を２ないし３個並べた場合は、３番目の圧力容器からの透過水を最終段の逆浸透膜モジュールに供給することが好ましい。
【００４１】
また、本発明の水処理装置において、最終段の複合逆浸透膜モジュールは、一つでもよいが、例えば、複数の複合逆浸透膜スパイラルモジュールをその集水管で直列に連結し、これを圧力容器に収納した形態であってもよい。このように複数個のモジュールを連結したものも一つの大型複合逆浸透膜モジュールとみなせる。
【００４２】
（実施例）
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものでない。
【００４３】
（実施例１）
以下の要領で複合逆浸透膜スパイラルモジュールＡを作製した。
ｍ−フェニレンジアミンを３質量％、ラウリル硫酸ナトリウムを０．２５質量％、トリエチルアミンを２質量％、カンファスルホン酸を４質量％を含有する水溶液を調製し、これを微多孔性支持体（ポリスルホン系限外ろ過膜）に塗布した後、余分の水溶液を除去して前記支持体上に前記水溶液の層を形成した。この水溶液の層に、トリメシン酸クロライドを０．１質量％、イソフタル酸クロライドを０．１５質量％含むイソオクタン溶液を接触させ、その後１２０℃の乾燥器内で３分問保持して、前記微多孔性支持体上に重合体薄膜を形成させることにより、複合逆浸透膜を得た。この複合逆浸透膜をスパイラルモジュール（直径２０１ｍｍ，長さ１０１６ｍｍ）に加工した。このモジュールに対し、遊離塩素（２０ｍｇ／ｌ）及び臭化ナトリウム（２０ｍｇ／ｌ）を含む水溶液（ｐＨ６．０）を操作圧力１．５ＭＰａで３０分間通水した。その後、この複合逆浸透膜スパイラルモジュールＡについて、ホウ素５ｐｐｍを含む３．５％食塩水を供給液として、温度２５℃、ｐＨ６．５、操作圧力５．５ＭＰａの条件でその性能を評価したところ、食塩阻止率は９９．６％、ホウ素阻止率が９０％、透過流束は０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙであった。
【００４４】
他方、以下の要領で複合逆浸透膜スパイラルモジュールＢを作製した。
ｍ−フェニレンジアミンを２質量％、ラウリル硫酸ナトリウムを０．２５質量％、トリエチルアミンを２質量％、カンファスルホン酸を４質量％、イソプロピルアルコール８質量％を含有する水溶液を調製し、これを微多孔性支持体（ポリスルホン系限外ろ過膜）に塗布した後、余分の水溶液を除去して前記支持体上に前記水溶液の層を形成した。この水溶液の層に、トリメシン酸クロライドを０．１５質量％含むイソオクタン溶液を接触させ、その後１２０℃の乾燥器内で３分間保持して微多孔性支持体上に重合体薄膜を形成させることにより、複合逆浸透膜を得た。この複合逆浸透膜をスパイラルモジュール（直径２０１ｍｍ，長さ１０１６ｍｍ）に加工した。この複合逆浸透膜スパイラルモジュールＢに対し０．０５％食塩水を供給液とし、温度２５℃、ｐＨ６．５、操作圧力０．７５ＭＰａの条件でその性能を評価したところ、食塩阻止率は９９．６％、透過流束は０．９ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙであった。
【００４５】
つぎに、複合逆浸透膜スパイラルモジュールＡ，Ｂを用い、以下のようにして図２に示す構成の水処理装置を作製した。
【００４６】
まず、８個の前記スパイラルモジュールＡを、その集水管により直列に連結し、これを第一圧力容器に収納した。また、前記８個のスパイラルモジュールＡにおいて、その３番目と４番目との間の集水管の接続部に仕切りを設け、第一圧力容器の両端から、透過水を排出できるようにした。一方、８個の前記スパイラルモジュールＢをその集水管で連結し、これを第二圧力容器に収容したものを最終段の複合逆浸透膜モジュールとし、この第二圧力容器に、前記第一圧力容器の濃縮水側の透過水が供給されるようにした。
【００４７】
この装置において、まず、海水（ＴＤＳ濃度４．１％、ホウ素濃度５ｍｇ／ｌ、温度２８℃）を前記第一圧力容器の一端側から圧力６．３ＭＰａで供給した。この第一圧力容器での回収率（回収率：透過水量／供給水量）は５０％であった。この第一圧力容器の原水側（上流側）からの透過水において、ホウ素濃度は０．５５ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は１１０ｍｇ／ｌであった。また、この第一圧力容器の濃縮水側（下流側）からの透過水において、ホウ素濃度は１．９ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は４９０ｍｇ／ｌであった。また、上流側の透過水量（Ｘ）と下流側の透過水量（Ｙ）との水量体積比（Ｘ：Ｙ）は、１：１．４であった。そして、水酸化ナトリウム水溶液を用い下流側の透過水のｐＨを９．５に調整してから第二圧力容器に圧力０．８ＭＰａで供給した。その回収率は８５％であった。また、この第二圧力容器の透過水において、ホウ素濃度は０．７ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は１６ｍｇ／ｌであった。そして、第一圧力容器の上流側の透過水（Ｃ）と、第二圧力容器の透過水（Ｄ）とを混合したところ（体積混合比Ｃ：Ｄ＝１．６：１）、この混合水において、ホウ素濃度は０．６ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は３００ｍｇ／ｌであり、飲料水としては充分な水質であり、またイオン類を別途添加する必要もなかった。
【００４８】
（比較例１）
第一圧力容器からの透過水を全て第二圧力容器に供給する以外は実施例１と同様の構成の装置とした。第一圧力容器の透過水において、ホウ素濃度は１．１ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は２７０ｍｇ／ｌであった。この時のＴＤＳ濃度は、飲料水としての基準は超えているものの、ホウ素濃度は１ｍｇ／ｌを越えており、飲料水としての基準から外れていた。第二圧力容器の透過水において、ホウ素濃度は０．３ｍｇ／ｌであり、ＴＤＳ濃度は１０ｍｇ／ｌであり、ホウ素濃度は十分低いが、ＴＤＳが低すぎるため、イオン類を添加する必要があった。飲料水としての透過水を得るためには、第二圧力容器において、実施例１よりも２．４倍の本数のスパイラルモジュールＢが必要となり、経済的ではなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の水処理装置の一例の構成を示す図である。
【図２】
図２は、本発明の水処理装置のその他の例の構成を示す図である。
【図３】
図３は、本発明の水処理装置のさらにその他の構成を示す図である。

Claims

多孔性支持体と、この上に形成されたポリアミドスキン層とを含む複合逆浸透膜モジュールを多段に配置した水処理装置であって、最終段の前記モジュールに対し、これより前段の前記モジュールの透過水の一部を供給し、その残りの透過水は、前記最終段の前記モジュールの透過水と共に装置外に排出するか若しくは装置内に回収する水処理装置。
前記最終段のモジュールの透過水と、前記最終段のモジュールに供給されないこれより前段のモジュールの透過水とを混合して排出若しくは回収する請求項１記載の装置。
前記最終段のモジュールに供給される透過水のイオン濃度（Ａ）と、前記最終段のモジュールに供給されない透過水のイオン濃度（Ｂ）との比（Ａ：Ｂ）が、１：２〜１：１０の範囲にある請求項１記載の装置。
前記最終段のモジュールに供給される透過水がアルカリ性に調整される請求項１記載の装置。
前記最終段のモジュールに供給される透過水のｐＨが８〜１２の範囲にある請求項４記載の装置。
最終段のモジュールに供給される透過水が、その透過水を排出するモジュールにおける濃縮液側からの透過水である請求項１記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが複数あり、それらの構造は、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したスパイラルモジュール構造であり、これらのモジュールが、前記集水管により相互に連結して圧力容器内に収容されており、この圧力容器の一端において処理対象原水が供給されると共に透過水が排出され、他端において濃縮液および透過水が排出され、前記他端の透過水を最終段のモジュールに供給する請求項１記載の装置。
連結した集水管内に仕切りを設けて内部を二分し、処理対象原水側の透過水と、濃縮液側の透過水とを分ける請求項７記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールにおいて、その各構造が、集水管の周りに複合逆浸透膜を捲回したスパイラルモジュール構造であり、これらのモジュールが、前記集水管により相互に連結して圧力容器内に収容されており、この圧力容器が複数あり、この複数の圧力容器が多段に配置され、最初の段の圧力容器には処理対象原水が供給され、これより後の段の圧力容器には、前段の圧力容器から排出される濃縮液が供給され、最初の段より後の段の圧力容器から排出される透過水が、装置の最終段の複合逆浸透膜モジュールに供給される請求項１記載の装置。
３つの圧力容器が３段に配置され、２段目以降の透過水が、装置の最終段の複合逆浸透膜モジュールに供給される請求項９記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９９％以上かつ透過流束０．２ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である請求項１記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９９．５％以上かつ透過流束０．３ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である請求項１記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、ホウ素を５ｐｐｍ含む３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、ホウ素阻止率８０％以上の性能である請求項１記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールが、ホウ素を５ｐｐｍ含む３．５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力５．５ＭＰａの運転条件において、ホウ素阻止率９０％以上の性能である請求項１記載の装置。
最終段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液０．０５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力０．７５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９８％以上かつ透過流束０．５ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である請求項１記載の装置。
最終段の複合逆浸透膜モジュールが、供給液０．０５質量％食塩水、ｐＨ６．５、水温２５℃および運転圧力０．７５ＭＰａの運転条件において、食塩阻止率９９．０％以上かつ透過流束０．７ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ以上の性能である請求項１記載の装置。
装置に供給される処理対象原水に含まれる総蒸発残留物濃度が、１質量％以上である請求項３記載の装置。
装置に供給される処理対象原水が、海水である請求項１７記載の装置。
装置に供給される処理対象水が海水であり、装置外に排出若しくは装置内に回収される透過水のホウ素濃度が１ｍｇ／リットル以下である請求項３記載の装置。
最終段より前段の複合逆浸透膜モジュールのポリアミドスキン層が臭素原子を有する請求項１記載の装置。