JP2005246282A - Seawater desalination method and seawater desalination apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海水淡水化方法および海水淡水化装置に関する技術分野に属し、詳細には、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化する海水淡水化方法および海水淡水化装置に関する技術分野に属するものである。 The present invention belongs to a technical field related to a seawater desalination method and a seawater desalination apparatus, and in particular, a seawater desalination method and seawater desalination in which seawater is desalinated by a reverse osmosis membrane device connected in two stages in a series direction. It belongs to the technical field related to the device.
逆浸透法によって海水淡水化を行う場合、炭酸カルシウムなどのスケールが析出しないように、供給海水（以下、供給水ともいう）のpHを約６付近に調整する必要がある。しかし、供給水のpHが８以下では、海水中に約4.5 mg／リットル（以下、Ｌという）含まれるほう素の除去は除去率50〜70％程度と低く、海水淡水化の生産水に適用されている飲料水基準の1.0 mg／Ｌ以下を確保できない。 When seawater desalination is performed by the reverse osmosis method, it is necessary to adjust the pH of the supplied seawater (hereinafter also referred to as supplied water) to about 6 so that scales such as calcium carbonate do not precipitate. However, when the pH of the feed water is 8 or less, the removal of boron contained in seawater at about 4.5 mg / liter (hereinafter referred to as L) is as low as 50 to 70%, and it can be applied to seawater desalination production water. It is not possible to secure 1.0 mg / L or less of the standard for drinking water.
ほう素は、ほう酸の形で海水中に存在しているが、pHを上げることによって解離し、ほう酸イオンに移行するようになる。逆浸透膜は、水と同様な非イオン性極性物質であるほう酸の阻止率は低いが、ほう酸イオンの阻止率は高い。故に、供給水pHを高くすれば逆浸透膜での阻止率も高くなる。 Boron is present in seawater in the form of boric acid, but dissociates and increases to borate ions when the pH is raised. The reverse osmosis membrane has a low rejection of boric acid, which is a nonionic polar substance similar to water, but has a high rejection of borate ions. Therefore, the higher the feed water pH, the higher the rejection rate at the reverse osmosis membrane.
このような原理を活用して、第１段目逆浸透膜装置の膜透過水のpHを9.0 以上にして、再度第２段目逆浸透膜装置で逆浸透処理することによって、最終的な生産水のほう素濃度を許容上限値（1.0 mg／Ｌ）以下にしようとする方法が提案されている（例えば、特開２００３−２３６５４１号公報参照）。この方法は、より具体的には、海水（pH：約8.2)をそのpHを約６付近に調整してから第１段目逆浸透膜装置に供給して逆浸透処理した後、この処理により得られた膜透過水のpHを9.0 以上に調整し、しかる後、これを第２段目逆浸透膜装置に供給して逆浸透処理するという方法である。これにより、第１段目逆浸透膜装置での炭酸カルシウム等のスケール析出を抑制し、かつ、最終的な生産水のほう素濃度を許容上限値（1.0 mg／Ｌ）以下にしようとするものである。
逆浸透膜によるほう素の除去はpHが高い程高くなることから、第２段目逆浸透膜装置への供給水はアルカリが注入されて高pHに調整される。このため、第２段目逆浸透膜装置の膜（半透膜）としては耐高pH性（高pH水に対する耐性）を有する膜が採用されているが、海水淡水化の第２段目逆浸透膜装置への供給水には、高アルカリによる膜材質の加水分解あるいは酸化劣化を促進する物質が含まれる可能性が高いことが、本発明者らの研究で明らかになりつつある。 Since the removal of boron by the reverse osmosis membrane increases as the pH increases, the supply water to the second-stage reverse osmosis membrane device is adjusted to a high pH by injecting alkali. For this reason, as the membrane (semi-permeable membrane) of the second stage reverse osmosis membrane device, a membrane having high pH resistance (resistance to high pH water) is adopted, but the reverse of the second stage of seawater desalination. It is becoming clear from the studies by the present inventors that the water supplied to the osmotic membrane device is likely to contain a substance that promotes hydrolysis or oxidative degradation of the membrane material due to high alkali.
第１段目逆浸透膜装置の膜透過水は、海水中の不純物のほとんどが除去されていると共に、塩素イオンが20〜200 mg／Ｌ程度含まれるという腐食性の極めて高い水であるため、ステンレス系の耐食性の金属材料を使用していても、一部の金属成分の溶出は避けられない。 The membrane permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane device is highly corrosive water in which most of impurities in seawater are removed and about 20 to 200 mg / L of chlorine ions are contained. Even if stainless steel corrosion resistant metal materials are used, elution of some metal components is inevitable.
第２段目逆浸透膜装置への供給水は、第２段目逆浸透膜装置でのほう素の除去のため、第２段目逆浸透膜装置に供給される前にアルカリが注入されて高pH（アルカリ側）に調整される。このようにアルカリが注入されて高pH（アルカリ側）に調整されると、該調整前に前述の金属成分の溶出等により供給水中に微量溶解していた金属イオンが該調整の際に金属化合物となって析出する可能性がある。 The supply water to the second-stage reverse osmosis membrane device is injected with alkali before being supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device to remove boron in the second-stage reverse osmosis membrane device. Adjusted to high pH (alkali side). When alkali is injected and adjusted to a high pH (alkali side) in this manner, metal ions dissolved in a small amount in the supply water due to elution of the above-described metal components before the adjustment are converted into metal compounds during the adjustment. And may be deposited.
従って、第２段目逆浸透膜装置への供給水は上記金属化合物（析出物）を含有した状態となり、このような状態で第２段目逆浸透膜装置へ供給されることになる。そうすると、上記金属化合物（析出物）の一部は、第２段目逆浸透膜装置の膜の表面に捕捉される。そして、この膜表面に捕捉された金属化合物は、上記のような高pH（アルカリ）の条件下では触媒となって、前述のような膜材質の加水分解あるいは酸化劣化を更に促進することになってしまう。 Therefore, the water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device is in a state containing the metal compound (precipitate), and is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device in such a state. Then, a part of the metal compound (precipitate) is trapped on the membrane surface of the second-stage reverse osmosis membrane device. The metal compound trapped on the membrane surface becomes a catalyst under the high pH (alkali) conditions as described above, and further promotes hydrolysis or oxidative degradation of the membrane material as described above. End up.
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化するに際し、第２段目逆浸透膜装置の膜表面への金属化合物の捕捉を防止し得、ひいては、かかる金属化合物による膜材質の加水分解あるいは酸化劣化の促進を抑制し得る海水淡水化方法および海水淡水化装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made paying attention to such circumstances, and its purpose is to provide a second-stage reverse osmosis membrane when desalinating seawater with a reverse osmosis membrane device connected in two stages in a series direction. An object of the present invention is to provide a seawater desalination method and a seawater desalination apparatus capable of preventing the capture of a metal compound on the membrane surface of the apparatus, and consequently suppressing the hydrolysis or oxidative degradation of the membrane material by the metal compound. It is.
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。 In order to achieve the above object, the present inventors have intensively studied, and as a result, completed the present invention. According to the present invention, the above object can be achieved.
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、海水淡水化方法および海水淡水化装置に係わり、特許請求の範囲の請求項１〜３記載の海水淡水化方法（第１〜３発明に係る海水淡水化方法）、請求項４〜６記載の海水淡水化装置（第４〜６発明に係る海水淡水化装置）であり、それは次のような構成としたものである。 The present invention thus completed and capable of achieving the above object relates to a seawater desalination method and a seawater desalination apparatus. The seawater desalination method according to claims 1 to 3 of the claims (first -3 seawater desalination method), and seawater desalination apparatus according to claims 4-6 (seawater desalination apparatus according to 4th-6th inventions), which are configured as follows.
即ち、請求項１記載の海水淡水化方法は、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入してpH調整した後、この供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前に、目開き10μm 以下のフィルターでろ過処理することを特徴とする海水淡水化方法である〔第１発明〕。 That is, the seawater desalination method according to claim 1 is a seawater desalination method in which seawater is desalinated by a reverse osmosis membrane device connected in two stages in a series direction, and is applied to the second-stage reverse osmosis membrane device. After the pH is adjusted by injecting alkali into the feed water, before the feed water is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device, it is filtered with a filter having an opening of 10 μm or less. [First invention].
請求項２記載の海水淡水化方法は、前記フィルターとして目開き５μm 以下のカートリッジフィルターを用いる請求項１記載の海水淡水化方法である〔第２発明〕。 The seawater desalination method according to claim 2 is the seawater desalination method according to claim 1, wherein a cartridge filter having an opening of 5 μm or less is used as the filter [second invention].
請求項３記載の海水淡水化方法は、前記フィルターとしてデプスフィルタータイプのフィルターを用いる請求項１または２記載の海水淡水化方法である〔第３発明〕。 The seawater desalination method according to claim 3 is the seawater desalination method according to claim 1 or 2, wherein a depth filter type filter is used as the filter [third invention].
請求項４記載の海水淡水化装置は、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化する海水淡水化装置であって、第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入するアルカリ注入手段と、この手段によりアルカリが注入された供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前にろ過処理する目開き10μm 以下のフィルターとを有することを特徴とする海水淡水化装置である〔第４発明〕。 The seawater desalination apparatus according to claim 4 is a seawater desalination apparatus for desalinating seawater with a reverse osmosis membrane apparatus connected in two stages in a series direction, and water supplied to the second stage reverse osmosis membrane apparatus And an alkali injecting means for injecting alkali into the filter, and a filter having an opening of 10 μm or less for filtering the supply water into which the alkali has been injected by this means before supplying it to the second-stage reverse osmosis membrane device. The seawater desalination apparatus which performs [4th invention].
請求項５記載の海水淡水化装置は、前記フィルターが目開き５μm 以下のフィルターである請求項４記載の海水淡水化装置である〔第５発明〕。 The seawater desalination apparatus according to claim 5 is the seawater desalination apparatus according to claim 4, wherein the filter is a filter having an opening of 5 μm or less [fifth invention].
請求項６記載の海水淡水化装置は、前記フィルターがデプスフィルタータイプのフィルターである請求項４または５記載の海水淡水化装置である〔第６発明〕。 The seawater desalination apparatus according to claim 6 is the seawater desalination apparatus according to claim 4 or 5, wherein the filter is a depth filter type filter [Sixth Invention].
本発明に係る海水淡水化方法によれば、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化するに際し、第２段目逆浸透膜装置の膜表面への金属化合物の捕捉を防止することができ、ひいては、かかる金属化合物による膜材質の加水分解あるいは酸化劣化の促進を抑制することができる。 According to the seawater desalination method according to the present invention, when seawater is desalinated by the reverse osmosis membrane device connected in two stages in the series direction, the metal compound is captured on the membrane surface of the second-stage reverse osmosis membrane device. As a result, it is possible to suppress the hydrolysis or oxidative degradation of the film material by the metal compound.
本発明に係る海水淡水化装置によれば、上記のような本発明に係る海水淡水化方法を遂行することができ、ひいては、上記のような作用効果を奏することができる。 According to the seawater desalination apparatus according to the present invention, the seawater desalination method according to the present invention as described above can be performed, and as a result, the effects as described above can be achieved.
本発明に係る海水淡水化方法は、前述のように、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入してpH調整した後、この供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前に、目開き10μm 以下のフィルターでろ過処理することを特徴とする海水淡水化方法である。 The seawater desalination method according to the present invention is a seawater desalination method for desalinating seawater using a reverse osmosis membrane device connected in two stages in the series direction as described above, and is a second-stage reverse osmosis membrane device. After the pH is adjusted by injecting alkali into the feed water to the water, the fresh water is filtered through a filter with an opening of 10 μm or less before the feed water is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device. It is a conversion method.
このように第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入してpH調整した後、この供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前に、目開き10μm 以下のフィルターでろ過処理するようにしているので、上記アルカリ注入により析出した金属化合物（析出物）は上記フィルターでのろ過処理により除去され、従って、この金属化合物除去後の供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給することになる。 After the pH is adjusted by injecting alkali into the water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device in this way, before supplying the supplied water to the second-stage reverse osmosis membrane device, a filter having an opening of 10 μm or less. Therefore, the metal compound (precipitate) deposited by the alkali injection is removed by the filtration process using the filter. Therefore, the second stage reverse osmosis is performed on the feed water after removing the metal compound. It will be supplied to the membrane device.
即ち、上記第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入してpH調整すると、供給水中に微量溶解していた金属イオンが金属化合物となって析出し、この供給水は金属化合物（析出物）を含有するものとなる。しかし、この供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前に、目開き10μm 以下のフィルターでろ過処理するので、このろ過処理により金属化合物（析出物）が除去され、従って、この金属化合物除去後の供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給することになる。 That is, when alkali is injected into the supply water to the second-stage reverse osmosis membrane device and the pH is adjusted, metal ions dissolved in a trace amount in the supply water precipitate as metal compounds, and this supply water is a metal compound. (Precipitate) is contained. However, before supplying the supplied water to the second-stage reverse osmosis membrane device, filtration is performed with a filter having an opening of 10 μm or less, so that the metal compound (precipitate) is removed by this filtration treatment. The supply water after the removal of the compound is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device.
従って、本発明に係る海水淡水化方法によれば、金属化合物除去後の供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給することができ、このため、第２段目逆浸透膜装置の膜表面への金属化合物の捕捉を防止し得、ひいては、かかる金属化合物による膜材質の加水分解あるいは酸化劣化の促進を抑制し得る。 Therefore, according to the seawater desalination method according to the present invention, the supply water after removal of the metal compound can be supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device, and therefore, the membrane of the second-stage reverse osmosis membrane device. The capture of the metal compound on the surface can be prevented, and consequently, the promotion of hydrolysis or oxidative deterioration of the film material by the metal compound can be suppressed.
ろ過処理のフィルターとして、目開き10μm 以下のフィルターを用いているのは、第２段目逆浸透膜装置への供給水へのアルカリ注入（pH調整）により析出した金属化合物（析出物）を充分に除去するためである。 A filter with a mesh opening of 10 μm or less is used as a filter for filtration, because it is sufficient to deposit metal compounds (precipitates) deposited by alkali injection (pH adjustment) into the feed water to the second-stage reverse osmosis membrane device. It is for removing.
本発明に係る海水淡水化装置は、前述のように、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化する海水淡水化装置であって、第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入するアルカリ注入手段と、この手段によりアルカリが注入された供給水を第２段目逆浸透膜装置へ供給する前にろ過処理する目開き10μm 以下のフィルターとを有することを特徴とする海水淡水化装置である。 The seawater desalination apparatus according to the present invention is a seawater desalination apparatus for desalinating seawater using a reverse osmosis membrane apparatus connected in two stages in the series direction as described above, and is a second stage reverse osmosis membrane apparatus. Means for injecting alkali into the supply water to the water, and a filter having an opening of 10 μm or less for filtering the supply water injected with alkali by this means before supplying it to the second-stage reverse osmosis membrane device This is a seawater desalination apparatus.
この海水淡水化装置によれば、前述の本発明に係る海水淡水化方法を遂行することができ、ひいては、この海水淡水化方法の場合のような作用効果を奏することができる。 According to this seawater desalination apparatus, the seawater desalination method according to the present invention described above can be performed, and as a result, the operational effects as in the case of this seawater desalination method can be achieved.
前記フィルターとしては、目開き10μm 以下のものを用いることが必要であり、これを満たせば特には限定されないが、目開き５μm 以下のフィルターを用いることが望ましい〔第２発明、第５発明〕。目開き５μm 以下のフィルタによれば、アルカリ注入により析出した金属化合物（析出物）をより確実に除去することができ、その除去効果がより大きくなるからである。 As the filter, it is necessary to use a filter having an opening of 10 μm or less, and the filter is not particularly limited as long as this is satisfied, but it is desirable to use a filter having an opening of 5 μm or less [second invention, fifth invention]. This is because, according to the filter having an opening of 5 μm or less, the metal compound (precipitate) deposited by alkali injection can be more reliably removed, and the removal effect becomes greater.
また、フィルターはカートリッジタイプのもの（カートリッジフィルター）が小型で交換がしやすく、取扱が容易であるので好ましい。上記カートリッジフィルターには下記のような種々のタイプのものがある。即ち、デプスフィルタータイプ、メンブランフィルタータイプ、金属メッシュタイプ、焼結金属タイプ、セラミックタイプ等がある。この中、メンブランフィルタータイプは、ろ過精度は極めて高いが、ろ過抵抗が大きく、動力費が高くつく。金属メッシュタイプ、焼結金属タイプ、セラミックタイプは、基本的に表層ろ過であるため、ろ過継続時間が短かったり、ろ過精度が低かったりする。デプスフィルタータイプは、これらの長所を兼ね備えており、ろ過精度が良好で、ろ過抵抗が小さく、ろ過継続時間が長いという利点を有している。 The filter is preferably a cartridge type (cartridge filter) because it is small, easy to replace, and easy to handle. There are various types of cartridge filters as described below. That is, there are a depth filter type, a membrane filter type, a metal mesh type, a sintered metal type, and a ceramic type. Among these, the membrane filter type has extremely high filtration accuracy, but has high filtration resistance and high power cost. Since the metal mesh type, sintered metal type, and ceramic type are basically surface filtration, the filtration duration is short or the filtration accuracy is low. The depth filter type combines these advantages, and has the advantages of good filtration accuracy, low filtration resistance, and long filtration duration.
上記の点から、本発明においてカートリッジフィルターとしては、デプスフィルタータイプのカートリッジフィルターを用いることが望ましい。 From the above points, it is desirable to use a depth filter type cartridge filter as the cartridge filter in the present invention.
フィルターの設置位置は、第２段目逆浸透膜装置への供給水へアルカリを注入する個所の下流で、かつ、第２段目逆浸透膜装置の上流であれば良く、高圧ポンプの上流側と下流側の如何を問わない。高圧ポンプの上流側にフィルターを設置する場合は、高圧ポンプの吸引側で負圧にならないようにするためにブースターポンプが必要であるが、高圧ポンプの下流側にフィルターを設置する場合は、ブースターポンプは不要である。 The filter may be installed downstream of the portion where the alkali is injected into the water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device and upstream of the second-stage reverse osmosis membrane device, and upstream of the high-pressure pump. It doesn't matter what is on the downstream side. When installing a filter upstream of the high-pressure pump, a booster pump is necessary to prevent negative pressure on the suction side of the high-pressure pump, but when installing a filter downstream of the high-pressure pump, A pump is not required.
本発明において、アルカリ注入手段としては、例えば、アルカリを注入する薬注制御（pHセンサーを含む）および薬注装置（ポンプ及び薬液貯留タンク）よりなるものを用いることができる。 In the present invention, as the alkali injecting means, for example, one comprising a chemical injection control (including a pH sensor) for injecting alkali and a chemical injection device (a pump and a chemical solution storage tank) can be used.
第２段目逆浸透膜装置への供給水のpHを測定するためのpHセンサーの設置位置は、第２段目逆浸透膜装置への供給水へアルカリを注入する個所の下流で、かつ、第２段目逆浸透膜装置の上流であれば良く、フィルターの前後のいずれでもよい。 The installation position of the pH sensor for measuring the pH of the feed water to the second stage reverse osmosis membrane device is downstream of the location where alkali is injected into the feed water to the second stage reverse osmosis membrane device, and It may be upstream of the second stage reverse osmosis membrane device, and may be either before or after the filter.
第２段目逆浸透膜装置への供給水は、第１段目逆浸透膜装置の膜透過水であるため、pH緩衝能力が極めて低い。第２段目逆浸透膜装置への供給水のpH制御の精度を上げることが重要である。このpH制御の精度を上げるためには、注入比例制御もくしはPID 制御とすることが望ましい。 Since the water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane device is the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane device, the pH buffering capacity is extremely low. It is important to improve the pH control accuracy of the feed water to the second stage reverse osmosis membrane device. In order to increase the accuracy of this pH control, it is desirable to use injection proportional control or PID control.
第２段目逆浸透膜装置の膜透過水のほう素濃度を測定するに際し、そのほう素濃度の分析法としては、例えば、IPC(イオンクロマト) 法、アゾメチン法などを用いることができる。これらはバッチ式の分析法である。最近開発されたH-レゾルシノール吸光光度法を用いた自動分析法を用いることもできる。 When measuring the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane device, for example, an IPC (ion chromatography) method, an azomethine method, or the like can be used as an analysis method of the boron concentration. These are batch analysis methods. An automated analysis method using the recently developed H-resorcinol spectrophotometry can also be used.
ほう素濃度測定用分析機器としては、上記分析法により分析をする分析機器を用いることができる。ほう素濃度の複数点の分析値より平均値を求める演算装置を有するほう素濃度測定装置を用いると、複数点の分析値の平均値を迅速かつ自動的に得ることができる。 As the boron concentration measuring analyzer, an analyzer that performs analysis by the above analysis method can be used. If a boron concentration measuring device having an arithmetic unit for obtaining an average value from analysis values of a plurality of points of boron concentration is used, an average value of the analysis values of a plurality of points can be obtained quickly and automatically.
ほう素の測定精度を向上させるためには、分析ごとに少なくとも３回、望ましくは５回以上測定して、その平均値を求めるようにすることが望ましい。 In order to improve the measurement accuracy of boron, it is desirable to measure at least three times for each analysis, preferably five times or more, and obtain the average value.
本発明の実施の形態例１を図１に示す。この図１に示す装置は、第２段目逆浸透膜装置への供給水にアルカリを注入するアルカリ注入手段として、アルカリ注入比例制御手段を有し、この手段によりアルカリが注入される個所と第２段目逆浸透膜装置の手前（上流）に設けられた第２段ＲＯ高圧ポンプとの間に、目開き10μm 以下のカートリッジフィルター（図１ではフィルタと表示）を有する。この図１に示す装置によれば、本発明に係る海水淡水化方法を遂行でき、これは例えば次のようにして行うことができる。 Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 1 has an alkali injection proportional control means as an alkali injection means for injecting alkali into the water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane apparatus. Between the second-stage RO high-pressure pump provided in front (upstream) of the second-stage reverse osmosis membrane device, there is a cartridge filter (shown as a filter in FIG. 1) having an opening of 10 μm or less. According to the apparatus shown in FIG. 1, the seawater desalination method according to the present invention can be performed, and this can be performed, for example, as follows.
海水（pH：約8.2)をpH６付近に調整してから第１段目逆浸透膜装置（図示していない）に供給して逆浸透処理した後、この処理により得られた膜透過水〔第１段目逆浸透膜装置の膜透過水（第１段ＲＯ透過水）〕に、アルカリ注入比例制御手段によりアルカリを注入してpH調整した後、これをカートリッジフィルターでろ過処理し、しかる後、このろ過水を第２段目逆浸透膜装置（第２段ＲＯ）への供給水として第２段ＲＯ高圧ポンプにより第２段目逆浸透膜装置に供給して逆浸透処理する。このとき、供給水のpHをpHセンサーにより測定して、その値が所定のpHになるようにアルカリ注入量を調整する。なお、pHセンサーはアルカリ注入比例制御手段に信号を送り、このアルカリ注入比例制御手段においてアルカリ注入量が決定され、この決定された量のアルカリが注入される。 Seawater (pH: about 8.2) is adjusted to around pH 6, then supplied to the first-stage reverse osmosis membrane device (not shown) and subjected to reverse osmosis treatment. After injecting alkali into the membrane permeated water of the first stage reverse osmosis membrane device (first stage RO permeated water) by the alkali injection proportional control means and adjusting the pH, this was filtered with a cartridge filter, This filtered water is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane apparatus by the second-stage RO high-pressure pump as supply water to the second-stage reverse osmosis membrane apparatus (second-stage RO) and subjected to reverse osmosis treatment. At this time, the pH of the feed water is measured by a pH sensor, and the alkali injection amount is adjusted so that the value becomes a predetermined pH. The pH sensor sends a signal to the alkali injection proportional control means, the alkali injection proportional control means determines the alkali injection amount, and the determined amount of alkali is injected.
本発明の実施例および比較例について、以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Examples of the present invention and comparative examples will be described below. The present invention is not limited to this embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are within the technical scope of the present invention. include.
〔比較例１〕
海岸の海水中に設置した取水ポンプで海水を取水して原海水貯槽に貯留した。取水した海水はそのままでは、海洋生物が繁殖する恐れがある。そこで、海洋生物の繁殖を防止するため、海水を電気分解し、生成した次亜塩素酸ソーダを原海水貯槽に濃度1.5ppmになるように添加した。
[Comparative Example 1]
Seawater was taken with a water intake pump installed in the seawater and stored in the raw seawater storage tank. There is a risk of marine life breeding if the taken water is left as it is. Therefore, in order to prevent the growth of marine organisms, seawater was electrolyzed, and the generated sodium hypochlorite was added to the raw seawater storage tank to a concentration of 1.5 ppm.
上記原海水貯槽の海水を、ろ過ポンプで単層砂ろ過器に供給し、海水中の濁質の粗取りを行った後、UF膜（限外ろ過膜）ろ過器に供給して、膜ろ過をした。UF膜ろ過水は、一旦ろ過海水槽に貯留した。 Supply the seawater from the above raw seawater storage tank to a single-layer sand filter with a filtration pump, roughen the turbidity in the seawater, and then supply it to a UF membrane (ultrafiltration membrane) filter for membrane filtration. Did. The UF membrane filtrate was once stored in the filtered seawater tank.
上記ろ過海水槽の海水を、予圧ポンプで昇圧後、炭酸カルシウムの析出を防止するために硫酸を添加してpHを6.5 に調整し、第１段保安フィルターで夾雑物を除去した後、第１段ＲＯ高圧ポンプで海水淡水化に必要な6.0Mpaに昇圧して、高圧逆浸透膜モジュール（第１段目逆浸透膜装置）に供給した。高圧逆浸透膜モジュールでは、塩分がほとんど含まれない膜透過水40％と、濃縮水60％に分離された。この中、濃縮水は海に放流した。膜透過水（第１段ＲＯ透過水）については、その中に含まれる遊離炭酸を脱炭酸塔で除去し、重亜硫酸ソーダ(SBS) で残留塩素を除去した後、脱塩水槽に貯留した。 After the seawater in the filtered seawater tank was pressurized with a preload pump, sulfuric acid was added to adjust the pH to 6.5 to prevent the precipitation of calcium carbonate, and impurities were removed with a first-stage safety filter. The pressure was raised to 6.0 MPa required for seawater desalination with a staged RO high-pressure pump, and the pressure was supplied to a high-pressure reverse osmosis membrane module (first stage reverse osmosis membrane device). The high pressure reverse osmosis membrane module was separated into 40% membrane permeate containing almost no salt and 60% concentrated water. During this time, the concentrated water was discharged into the sea. As for the membrane permeated water (first stage RO permeated water), free carbonic acid contained therein was removed by a decarboxylation tower, residual chlorine was removed by sodium bisulfite (SBS), and then stored in a demineralized water tank.
上記脱塩水槽の脱塩水を第２段予圧ポンプで昇圧し、苛性ソーダを添加してpHを9.5 に調整した後、第２段ＲＯ高圧ポンプで1.0MPaに昇圧して低圧逆浸透膜モジュール（第２段目逆浸透膜装置）に供給した。低圧逆浸透膜モジュールでは、膜透過水と濃縮水とに分離され、この濃縮水は前記高圧逆浸透膜モジュールからの濃縮水とともに海に放流した。膜透過水には、塩酸を添加してpHを下げ、更に硬度を添加して、最終的に飲料水に適したpH及び硬度含有量に調整した後、滅菌剤を添加して生産水槽に貯留した。 The desalted water in the desalted water tank is boosted with a second-stage preload pump, caustic soda is added to adjust the pH to 9.5, and then the second-stage RO high-pressure pump is used to boost the pressure to 1.0 MPa. (Second stage reverse osmosis membrane device). In the low pressure reverse osmosis membrane module, it was separated into membrane permeated water and concentrated water, and this concentrated water was discharged into the sea together with the concentrated water from the high pressure reverse osmosis membrane module. Membrane permeated water is added with hydrochloric acid to lower the pH, further added with hardness, finally adjusted to a pH and hardness content suitable for drinking water, then added with a sterilant and stored in the production tank did.
〔実施例１〕
前記比較例１の場合と同様の脱塩水槽の脱塩水を第２段予圧ポンプで昇圧し、苛性ソーダを添加してpHを9.5 に調整した後、目開き５μm のカートリッジフィルターでろ過処理し、そのフィルターの通過水（ろ過水）を第２段ＲＯ高圧ポンプで1.0MPaに昇圧して低圧逆浸透膜モジュール（第２段目逆浸透膜装置）に供給した。これにより得られた膜透過水と濃縮水は、前記比較例１の場合と同様の処理をした。なお、この実施例１は、図１に示す装置（本発明に係る装置の例）と同様の装置を用いて行った。このときの第１段目逆浸透膜装置（第１段ＲＯ）および第２段目逆浸透膜装置（第２段ＲＯ）の運転条件を表１に示す。比較例１の場合の第１段ＲＯおよび第２段ＲＯの運転条件も、実施例１の場合と同様である。
[Example 1]
The desalted water in the same desalted water tank as in Comparative Example 1 was increased in pressure by a second-stage preload pump, caustic soda was added to adjust the pH to 9.5, and then filtered through a cartridge filter with an opening of 5 μm. The water passing through the filter (filtered water) was boosted to 1.0 MPa with a second stage RO high pressure pump and supplied to a low pressure reverse osmosis membrane module (second stage reverse osmosis membrane device). The membrane permeated water and concentrated water thus obtained were treated in the same manner as in Comparative Example 1. In addition, this Example 1 was performed using the apparatus similar to the apparatus (example of the apparatus which concerns on this invention) shown in FIG. Table 1 shows operating conditions of the first-stage reverse osmosis membrane device (first-stage RO) and the second-stage reverse osmosis membrane device (second-stage RO) at this time. The operating conditions of the first stage RO and the second stage RO in the case of Comparative Example 1 are the same as in the case of Example 1.
比較例１の場合の海水淡水化の長期運転では、約５ケ月後に低圧逆浸透膜（第２段目逆浸透膜装置の膜）の塩分阻止率の低下が顕著になった。そこで、実施例１及び比較例１に係る第２段目逆浸透膜装置（低圧逆浸透膜モジュール）の膜について運転前（新膜）および長期（半年間）運転後の膜特性の評価試験を行った。この評価試験は表２に示す条件で行った。即ち、表２に示す供給液を表２に示す圧力、温度、流量で上記モジュールに供給し、膜のほう素阻止率、透過水量を測定して求めた。表３に、評価試験の結果を示す。 In the long-term operation of seawater desalination in the case of Comparative Example 1, the salinity inhibition rate of the low-pressure reverse osmosis membrane (the membrane of the second-stage reverse osmosis membrane device) was significantly reduced after about 5 months. Therefore, evaluation tests of the membrane characteristics of the second stage reverse osmosis membrane device (low pressure reverse osmosis membrane module) according to Example 1 and Comparative Example 1 before operation (new membrane) and after long-term (half year) operation are performed. went. This evaluation test was performed under the conditions shown in Table 2. That is, the supply liquid shown in Table 2 was supplied to the module at the pressure, temperature, and flow rate shown in Table 2, and the boron blocking rate and the permeated water amount of the membrane were measured. Table 3 shows the results of the evaluation test.
表３において、上流側は第２段目逆浸透膜装置に装着された２本のエレメントの中の上流側のエレメントの膜、下流側は上記エレメントの中の下流側のエレメントの膜を示すものである。表３よりわかるように、比較例１の場合、長期（半年間）の運転により、上流側の膜のほう素阻止率が84.5％から49.3％に低下し、透過水量が3.4 m3/dから9.0 m3/dに増加し、膜の性能が著しく低下している。また、下流側の膜のほう素阻止率が87.2％から77.9％に低下し、透過水量が 3.6m3/dから4.8m3/d に増加しており、膜の性能が著しく低下している。なお、運転前（新膜）に比し長期運転後に透過水量が増加したことは、膜が化学的に劣化したために、膜組織がルーズとなった結果であり、同時に塩分やほう素など溶質の分離率も低下する。したがって、透過水の塩分濃度は運転初期の場合に比べて高い。 In Table 3, the upstream side shows the membrane of the upstream element of the two elements mounted on the second stage reverse osmosis membrane device, and the downstream side shows the membrane of the downstream element of the above elements. It is. As can be seen from Table 3, in the case of Comparative Example 1, the boron rejection rate of the upstream membrane decreased from 84.5% to 49.3% and the permeate flow rate decreased from 3.4 m 3 / d due to long-term (half year) operation. Increased to 9.0 m 3 / d, the membrane performance is significantly degraded. In addition, the boron rejection rate of the downstream membrane decreased from 87.2% to 77.9%, and the permeate flow increased from 3.6 m 3 / d to 4.8 m 3 / d, which significantly reduced the membrane performance. . The increase in the amount of permeated water after long-term operation compared to before operation (new membrane) is the result of the membrane structure becoming loose due to chemical degradation of the membrane, and at the same time solutes such as salinity and boron. The separation rate also decreases. Therefore, the salinity of the permeated water is higher than in the initial operation.
これに対し、実施例１の場合は、長期運転により、上流側の膜のほう素阻止率は85.6％から80.6％に低下しているが、その低下の程度は比較例１の場合よりも極めて小さく、透過水量の増加はなく、膜の性能はほとんど低下していない。また、下流側の膜のほう素阻止率は運転前（新膜）で85.1％、長期運転後で85.0％であり、ほとんど低下しておらず、透過水量の増加もなく、透過水量は却って減少しており、下流側の膜に関しては運転前（新膜）と長期運転後の膜特性にほとんど差異が認められなかった。 On the other hand, in the case of Example 1, the boron rejection rate of the upstream side film has decreased from 85.6% to 80.6% due to long-term operation, but the degree of the decrease is much higher than in the case of Comparative Example 1. It is small, there is no increase in the amount of permeated water, and the performance of the membrane is hardly degraded. In addition, the boron rejection rate of the downstream membrane was 85.1% before operation (new membrane) and 85.0% after long-term operation. There was almost no decrease and there was no increase in permeate volume, but the permeate volume decreased. As for the downstream membrane, there was almost no difference in membrane properties before operation (new membrane) and after long-term operation.
このように、長期（半年間）の運転により比較例１の場合は膜の性能が著しく低下しているが、実施例１の場合は膜の性能がほとんど低下しておらず、比較例１の場合よりも格段と優れた結果が得られた。 As described above, in the case of Comparative Example 1, the performance of the membrane is remarkably deteriorated due to the long-term (half year) operation, but in the case of Example 1, the performance of the membrane is hardly deteriorated. The result was much better than the case.
上記評価試験後に膜モジュールを分解点検したところ、比較例１の技術で運転した膜の表面には、多くの褐色沈着物が観察された。褐色沈着物の付着量は上流側の膜程多く、沈殿物量と膜劣化度合との相関が認められた。この沈着物を分析した結果、これは鉄化合物であることが判明した。これらのことから鉄化合物が膜劣化に関与したものと考えられる。 When the membrane module was disassembled and inspected after the evaluation test, many brown deposits were observed on the surface of the membrane operated by the technique of Comparative Example 1. The amount of brown deposit adhered to the upstream film was larger, and a correlation between the amount of deposit and the degree of film deterioration was observed. Analysis of this deposit revealed that it was an iron compound. From these facts, it is considered that the iron compound was involved in film deterioration.
上記鉄化合物は、配管などより溶出した鉄分が苛性ソーダの添加で高pHになることで析出したものと思われる。そして、第２段目逆浸透膜装置への供給水は、この鉄化合物（析出物）を含有した状態となり、第２段目逆浸透膜装置へ供給された際に、この鉄化合物が該装置の膜の表面に捕捉され、触媒となって膜材質の加水分解あるいは酸化劣化を促進したと考えられる。 The iron compound is considered to have precipitated when the iron content eluted from the piping and the like becomes high pH by the addition of caustic soda. Then, the water supplied to the second stage reverse osmosis membrane device is in a state containing this iron compound (precipitate), and when the iron compound is supplied to the second stage reverse osmosis membrane device, the iron compound is supplied to the device. It is thought that the film was trapped on the surface of the film and became a catalyst to promote hydrolysis or oxidative degradation of the film material.
これに対し、実施例１の技術で運転した膜は、めぼしい着色も観察されず、また、膜表面の分析結果でも清浄であることが確認された。また、カートリッジフィルターが着色していることも観察され、カートリッジフィルターに鉄化合物（析出物）が有効に捕捉されていたことが確認された。 On the other hand, the film operated by the technique of Example 1 was not observed to be noticeably colored, and the analysis result of the film surface was confirmed to be clean. It was also observed that the cartridge filter was colored, and it was confirmed that the iron compound (precipitate) was effectively captured by the cartridge filter.
このように比較例１の場合には第２段目逆浸透膜装置の膜に鉄化合物（析出物）が付着して膜材質の加水分解あるいは酸化劣化が促進されるが、実施例１の場合にはカートリッジフィルターにより鉄化合物（析出物）が捕捉されるので、第２段目逆浸透膜装置の膜への鉄化合物（析出物）の付着が防止でき、このため、膜材質の加水分解あるいは酸化劣化が抑制される。これが、前述のように長期運転により比較例１の場合は膜の性能が著しく低下しているが、実施例１の場合は膜の性能がほとんど低下しておらず、比較例１の場合よりも格段と優れた結果が得られた原因である。 As described above, in the case of Comparative Example 1, the iron compound (precipitate) adheres to the membrane of the second-stage reverse osmosis membrane device to promote hydrolysis or oxidative degradation of the membrane material. Since the iron compound (precipitate) is captured by the cartridge filter, the adhesion of the iron compound (precipitate) to the membrane of the second-stage reverse osmosis membrane device can be prevented. Oxidative degradation is suppressed. As described above, in the case of Comparative Example 1, the performance of the membrane is remarkably deteriorated due to the long-term operation, but in the case of Example 1, the performance of the membrane is hardly lowered, which is higher than that in the case of Comparative Example 1. This is the reason why much better results were obtained.
なお、上記実施例１は、前述のように、カートリッジフィルターとして目開き５μm のものを用いたが、これに代えて目開き10μm のものを用いた場合、上記実施例１の場合に比べると、長期運転により第２段目逆浸透膜装置の膜の性能が少し低下するものの、比較例１の場合と比べると、その膜の性能の低下の程度は極めて小さく、格段と優れた結果が得られる。目開き３μm のカートリッジフィルターを用いた場合、上記実施例１の場合よりも第２段目逆浸透膜装置の膜の性能の低下の程度は小さくなる。 In the first embodiment, as described above, a cartridge filter having an opening of 5 μm is used. However, when a cartridge filter having an opening of 10 μm is used instead of this, the cartridge filter is compared with the case of the first embodiment. Although the membrane performance of the second-stage reverse osmosis membrane device is slightly lowered by long-term operation, the degree of degradation of the membrane performance is extremely small compared to the case of Comparative Example 1, and a remarkably excellent result is obtained. . When a cartridge filter having a mesh opening of 3 μm is used, the degree of deterioration of the membrane performance of the second-stage reverse osmosis membrane device is smaller than in the case of Example 1.
本発明に係る海水淡水化方法、海水淡水化装置によれば、直列方向に２段に接続された逆浸透膜装置によって海水を淡水化するに際し、第２段目逆浸透膜装置の膜表面への金属化合物の捕捉を防止し得、ひいては、かかる金属化合物による膜材質の加水分解あるいは酸化劣化の促進を抑制し得るので、膜寿命に優れて長期間の運転が可能である。従って、本発明に係る海水淡水化方法および海水淡水化装置は、海水淡水化の際、特に海水から飲料水を生産する際の海水淡水化方法および海水淡水化装置として好適に用いることができる。 According to the seawater desalination method and the seawater desalination apparatus according to the present invention, when desalinating seawater by the reverse osmosis membrane device connected in two stages in the series direction, the membrane surface of the second-stage reverse osmosis membrane device is returned to. The metal compound can be prevented from being trapped, and as a result, the hydrolysis or oxidative degradation of the film material by the metal compound can be suppressed, so that the film life is excellent and a long-term operation is possible. Therefore, the seawater desalination method and the seawater desalination apparatus according to the present invention can be suitably used as a seawater desalination method and a seawater desalination apparatus when producing drinking water from seawater, particularly during seawater desalination.
Claims (6)
The seawater desalination apparatus according to claim 4 or 5, wherein the filter is a depth filter type filter.
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| JP2017170405A (en) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 栗田工業株式会社 | Reverse osmosis membrane apparatus and operational method of the same |
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