JP2006075667A - Operation method of semipermeable membrane apparatus and semipermeable membrane apparatus - Google Patents

Operation method of semipermeable membrane apparatus and semipermeable membrane apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical fresh water manufacturing method capable of obtaining fresh water of high quality by efficiently removing boron using a semipermeable membrane, and a fresh water making apparatus. <P>SOLUTION: When raw water is treated using a first semipermeable membrane and the transmitted water due to the first semipermeable membrane is treated using a second semipermeable membrane device to obtain fresh water, the raw water is refluxed to the first semipermeable membrane while changing the inhibitor rates of the first semipermeable membrane and the second semipermeable membrane so that the concentration of a specific component of the concentrated water of the second semipermeable membrane becomes lower than that of the raw water. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、逆浸透膜(半透膜)を用いて原水から高い水質の淡水を効率的に得ることができる半透膜装置およびその運転方法、詳しくは海水中に含有され除去が容易でないホウ素を除去するにあたり好適な半透膜装置の運転方法および半透膜装置に関するものである。   The present invention relates to a semipermeable membrane device capable of efficiently obtaining high quality fresh water from raw water using a reverse osmosis membrane (semipermeable membrane), and a method for operating the same, and more specifically, boron which is contained in seawater and is not easily removed. The present invention relates to a method for operating a semipermeable membrane device and a semipermeable membrane device that are suitable for removing water.

近年、水資源の枯渇が深刻になりつつあり、これまで利用されてこなかった水資源の活用が検討されつつある。とくに、もっとも身近でそのままでは利用できなかった海水から飲料水を製造する技術、いわゆる“海水淡水化”が注目されてきている。海水淡水化は、従来、水資源が極端に少なく、かつ、石油による熱資源が非常に豊富である中東地域で蒸発法を中心に実用化されてきているが、中東のように熱源が豊富でないその他の地域ではエネルギー効率の高い逆浸透法が採用され、カリブ諸島や地中海エリアなどで多数のプラントが建設され実用運転されている。最近では、逆浸透法の技術進歩による信頼性の向上やコストダウンが進み、中東においても多くの逆浸透法海水淡水化プラントが建設され始めている。   In recent years, the depletion of water resources has become serious, and the utilization of water resources that have not been used is being studied. In particular, so-called “seawater desalination”, which is the most familiar technology for producing drinking water from seawater that could not be used as it is, has been attracting attention. Seawater desalination has been put to practical use mainly in the Middle East region, where water resources are extremely small and oil heat resources are extremely abundant, but the heat source is not as abundant as in the Middle East. In other areas, energy-efficient reverse osmosis is used, and many plants have been built and put into practical use in the Caribbean and Mediterranean areas. Recently, improvement in reliability and cost reduction have progressed due to technological advances in reverse osmosis, and many reverse osmosis seawater desalination plants have begun to be built in the Middle East.

しかしながら、蒸発法が水分の蒸発と凝縮から構成されるため理論的には得られる水に固形成分が含有されない一方で、逆浸透法は膜の分子間隙によるふるいによる分離であるため、100%の溶質阻止は困難である。すなわち、逆浸透法は、本質的に、蒸発法に対して水質で優位に立つことは困難であり、最近の改良された逆浸透膜の脱塩性能をもってしても、運転条件や水質基準によってはすべての成分に対して十分な除去性能を満足しているわけではない。   However, since the evaporation method is composed of evaporation and condensation of water, the water obtained theoretically does not contain solid components, whereas the reverse osmosis method is separation by sieving through the molecular gap of the membrane, so Solute prevention is difficult. In other words, the reverse osmosis method is essentially difficult to be superior in water quality to the evaporation method, and even with the recently improved desalination performance of reverse osmosis membranes, it depends on operating conditions and water quality standards. Does not satisfy sufficient removal performance for all components.

とくに、海水中に約4.5mg含有されるホウ素については、植物の生育へ悪影響を及ぼしたり、不妊症などの問題が指摘されており、WHOが0.5mg/l以下の飲料水ガイドラインを設けているのをはじめ、日本国内でも平成15年に1.0mg/l以下の水質基準値が設定されているが、通常の海水中では、非解離状態ホウ酸として存在するために膜表面の電気的反発力がなく、ほかの塩類に比べて阻止性能が低く、ホウ素の除去は、現在の逆浸透膜による海水淡水化で最大の問題とされている。   In particular, about 4.5 mg of boron contained in seawater has adverse effects on plant growth and problems such as infertility, and drinking water guidelines with a WHO of 0.5 mg / l or less have been established. In Japan, a water quality standard value of 1.0 mg / l or less was set in 2003, but in normal seawater, it exists as non-dissociated boric acid, so the electrical surface on the membrane surface There is no mechanical repulsive force, and the blocking performance is low compared to other salts. Removal of boron is regarded as the biggest problem in seawater desalination using the current reverse osmosis membrane.

そこで、ホウ素除去率を高めるために、透過水を再度低圧逆浸透膜で処理する透過水二段法(特許文献1)や、ホウ素吸着剤を通過させるという後処理を複合させたと多段プロセス(非特許文献1)が採用されている。しかしながら、ホウ素吸着剤は高い除去率は得られるもののコストに問題があり、また、低圧逆浸透膜による二段処理でも、ホウ素吸着剤よりは低コストで運転できる(非特許文献2)が、ホウ素吸着剤が海水を逆浸透膜処理して透過水を全てほとんどすべて回収できるのに対して、低圧逆浸透膜による二段処理では、原理的に少なからず濃縮水が排出される。ただし、この濃縮水は、一般に海水よりも浸透圧が低いため、環流させて再度海水に混合し、原水として用いる方法が採用されている(特許文献2)。   Therefore, in order to increase the boron removal rate, a multi-stage process (non-stage method) is combined with a permeated water two-stage method (Patent Document 1) in which the permeate is treated again with a low-pressure reverse osmosis membrane and a post-treatment in which a boron adsorbent is passed. Patent Document 1) is adopted. However, although a high removal rate can be obtained, the boron adsorbent has a problem in cost, and even in a two-stage treatment with a low pressure reverse osmosis membrane, it can be operated at a lower cost than the boron adsorbent (Non-patent Document 2). While the adsorbent can treat seawater with a reverse osmosis membrane and collect almost all of the permeated water, the two-stage treatment with a low-pressure reverse osmosis membrane, in principle, discharges concentrated water. However, since this concentrated water generally has a lower osmotic pressure than seawater, a method is adopted in which the concentrated water is recirculated and mixed with seawater and used as raw water (Patent Document 2).

逆浸透膜でホウ素濃度を低減させる方法としては、二段目の原水をpH9.5以上に上げることによってホウ素をホウ酸イオンに解離させて除去率を上げるアルカリ添加法が提唱され(特許文献3)、実用化されている。ところが、このアルカリ添加法は、使用される逆浸透膜の耐アルカリ性、薬品量の増加による運転コストの増大の問題からそのpH調整運転には制約がある。たとえば、ポリアミド系半透膜の場合は、最近では高pH耐久性に優れたものも開発されてきているが、一般にはpH10以上での連続運転に難がある。さらに、pHが高くなりすぎると急激に総塩濃度の除去性能が低下し、水質低下を招くことも問題である。また、中東のように溶質を高濃度に含み(総塩濃度4〜5重量%、ホウ素濃度5〜7mg/l)かつ夏期の高温期(30〜40℃)のような過酷な環境ではpH10としても十分にホウ素を除去することができない。   As a method for reducing the boron concentration with a reverse osmosis membrane, an alkali addition method has been proposed in which the raw water in the second stage is raised to pH 9.5 or higher to dissociate boron into borate ions to increase the removal rate (Patent Document 3). ) Has been put to practical use. However, this alkali addition method is limited in its pH adjustment operation due to the problems of the alkali resistance of the reverse osmosis membrane used and the increase in operating cost due to an increase in the amount of chemicals. For example, in the case of polyamide-based semipermeable membranes, those having excellent high pH durability have been developed recently, but in general, continuous operation at pH 10 or higher is difficult. Furthermore, if the pH becomes too high, the removal performance of the total salt concentration is abruptly reduced, leading to a decrease in water quality. In addition, as in the Middle East, it contains a high concentration of solute (total salt concentration 4 to 5% by weight, boron concentration 5 to 7 mg / l), and pH 10 in harsh environments such as the summer high temperature period (30 to 40 ° C.) Even boron cannot be removed sufficiently.

そのため、特殊な4段法(特許文献4)のようなホウ素の高度除去プロセスが提案されているが、プロセスが複雑という問題があり、季節変動などの運転条件の変動に対する制御も容易ではないという問題がある。   For this reason, a special boron removal process such as a special four-stage method (Patent Document 4) has been proposed, but there is a problem that the process is complicated, and it is not easy to control fluctuations in operating conditions such as seasonal fluctuations. There's a problem.

また、逆浸透膜の一段目にアルカリを添加する方法も考えられるが、1段目は2段目に比べて回収率が低いため、投入した薬品の大半が排水となり、その中和にもコストがかかることになる。
したがって、一段目のホウ素除去性能が低い場合は、二段目のpHを非常に高くする必要が生じるが、pHは、水素イオン濃度の対数なので、pH調整に必要な薬品投入量はpHが上がるにつれて指数的に増大する。さらに、一段目で十分に除去できないということは、二段目の供給水濃度が高いと言うことを意味し、これは、一段目に還流する二段目濃縮水の濃度が上がることとなる。
すなわち、一段目や二段目の逆浸透膜の除去性能によっては、二段目の濃縮水において、ホウ素の濃度が海水よりも高くなるというという問題が生じ、還流させることによって、かえって一段目の逆浸透膜への負荷が大きくなって、結果的には、最終処理水の水質を悪化させていた。
これは、ホウ素に限らず各種塩分においても同様のことが言え、硬度成分の場合には、スケールが析出しやすくなったりしていた。
特開2001−269543号公報([0038]〜[0039]段落) 特開平9−10766号公報([0009]段落) 特許第3319321号公報([0006]〜[0013]段落) 国際公開第02/068338号パンフレット(第1頁アブストラクト) J.レドンド(J.Redondo)ら、デサリネーション(Desalination),第156巻,2003年,p229−238 Y.フサオカ(Y.Fusaoka),M. タニグチ(M.Taniguchi)ら、RO海水淡水化におけるホウ素除去(Boron removal in seawater RO desalination),EDS2004予稿
Although a method of adding alkali to the first stage of the reverse osmosis membrane is also conceivable, the recovery rate of the first stage is lower than that of the second stage. Will take.
Therefore, if the boron removal performance at the first stage is low, the pH at the second stage needs to be very high, but since the pH is a logarithm of the hydrogen ion concentration, the chemical input required for pH adjustment increases the pH. Exponentially increases with time. Further, the fact that the first stage cannot be sufficiently removed means that the concentration of the feed water in the second stage is high, and this means that the concentration of the second stage concentrated water refluxed in the first stage is increased.
That is, depending on the removal performance of the first-stage and second-stage reverse osmosis membranes, there is a problem that the concentration of boron in the second-stage concentrated water is higher than that of seawater. As a result, the load on the reverse osmosis membrane was increased, and as a result, the quality of the final treated water was deteriorated.
This is true not only for boron but also for various salinities. In the case of a hardness component, the scale is likely to precipitate.
JP 2001-269543 A (paragraphs [0038] to [0039]) JP-A-9-10766 (paragraph [0009]) Japanese Patent No. 3319321 (paragraphs [0006] to [0013]) International Publication No. 02/068338 Pamphlet (1st page abstract) J. et al. J. Redondo et al., Desalination, 156, 2003, p229-238. Y. Y. Fusaoka, M. Taniguchi et al., Boron removal in seawater RO desalination, EDS 2004 draft

本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、原水が高濃度、高温であっても、半透膜を用いてホウ素を効率的に除去し、高い水質の淡水を得ることができる実用的な淡水製造装置の運転方法および淡水製造装置を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and even when the raw water has a high concentration and high temperature, boron can be efficiently removed using a semipermeable membrane, and high quality fresh water can be obtained. The object is to provide a practical method for operating a fresh water production apparatus and a fresh water production apparatus.

前記課題を解決するための本発明は、次の(1)〜(11)を特徴とするものである。
(1)原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二の半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの原水に還流混合させることが可能な半透膜装置の運転方法において、第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度が前記の原水よりも低濃度になるように第一の半透膜ユニットと第二の半透膜ユニットの特定成分の阻止率を変化させることを特徴とする半透膜装置の運転方法。
The present invention for solving the above-described problems is characterized by the following (1) to (11).
(1) Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane is used. In the operation method of the semipermeable membrane device capable of refluxing and mixing at least a part of the concentrated water of the membrane unit to the raw water of the first semipermeable membrane unit, the specific component concentration of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit A method for operating a semipermeable membrane device, wherein the blocking rate of specific components of the first semipermeable membrane unit and the second semipermeable membrane unit is changed so that the concentration of the semipermeable membrane unit is lower than that of the raw water.

(2)前記の阻止率を変化させる方法が、原水流量に対する透過水流量である回収率の制御、または、原水、透過水、および濃縮水から選ばれた少なくとも一種の温度、pH、もしくは流量の制御によることを特徴とする(1)に記載の半透膜装置の運転方法。   (2) The method for changing the rejection rate is the control of the recovery rate, which is the permeate flow rate relative to the raw water flow rate, or at least one temperature, pH, or flow rate selected from raw water, permeate water, and concentrated water. The operation method of the semipermeable membrane device according to (1), characterized by being controlled.

(3)第一の半透膜ユニットの回収率をR、特定成分の阻止率をr、第二の半透膜ユニットの回収率をR、特定成分の阻止率をrとするとき、 (3) The recovery rate of the first semipermeable membrane unit is R 1 , the rejection rate of the specific component is r 1 , the recovery rate of the second semipermeable membrane unit is R 2 , and the rejection rate of the specific component is r 2 . When

Figure 2006075667
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を満たすことを特徴とする(1)または(2)に記載の半透膜装置の運転方法。 The method for operating the semipermeable membrane device according to (1) or (2), wherein:

(4)前記原水が海水または海水を前処理した塩水であることを特徴とする(1)または(2)に記載の半透膜装置の運転方法。   (4) The method for operating a semipermeable membrane device according to (1) or (2), wherein the raw water is seawater or saltwater pretreated from seawater.

(5)原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得る半透膜装置の運転方法において、第一の半透膜ユニットの特定成分の阻止率をr、第二の半透膜ユニットの特定成分の阻止率をr、原水濃度をC、特定成分の目標透過水濃度をC以下とするとき、 (5) Method of operating a semipermeable membrane device in which raw water is treated with a first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with a second semipermeable membrane unit to obtain permeated water. , The rejection rate of the specific component of the first semipermeable membrane unit is r 1 , the rejection rate of the specific component of the second semipermeable membrane unit is r 2 , the raw water concentration is C F , and the target permeated water concentration of the specific component is when the following C P,

Figure 2006075667
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を満たすように第一の半透膜ユニットを構成する半透膜および半透膜の面積を決定し、かつ、運転条件を定めることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。 In any one of (1) to (4), the semipermeable membrane and the area of the semipermeable membrane constituting the first semipermeable membrane unit are determined so as to satisfy the conditions, and operating conditions are determined. Method of semi-permeable membrane device.

(6)前記特定成分がホウ素であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。   (6) The method for operating a semipermeable membrane device according to any one of (1) to (5), wherein the specific component is boron.

(7)第一の半透膜ユニットにおける回収率を35%以上45%以下とし、かつ第二の半透膜ユニットにおける回収率を80%以上90%以下とする、(1)〜(6)のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。   (7) The recovery rate in the first semipermeable membrane unit is 35% to 45%, and the recovery rate in the second semipermeable membrane unit is 80% to 90%, (1) to (6) The operation | movement method of the semipermeable membrane apparatus in any one of.

(8)原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させることが可能な半透膜装置の運転方法において、式   (8) Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane. In the operation method of the semipermeable membrane device capable of circulating and mixing at least a part of the concentrated water of the unit with the supply water of the first semipermeable membrane unit,

Figure 2006075667
Figure 2006075667

を満たさない場合は、第二半透膜ユニットの濃縮水を第一の半透膜ユニットの供給水へ環流混合させないことを特徴とする半透膜装置の運転方法。 If the above condition is not satisfied, the concentrated water of the second semipermeable membrane unit is not reflux mixed with the supply water of the first semipermeable membrane unit.

(9)前記原水のTDS濃度が4重量%以上で、かつ、ホウ素濃度が5mg/l以上である、(4)〜(8)のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。   (9) The operation method of the semipermeable membrane device according to any one of (4) to (8), wherein the TDS concentration of the raw water is 4% by weight or more and the boron concentration is 5 mg / l or more.

(10)原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させることが可能な半透膜装置であって、第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度が前記の原水よりも低濃度になるように第一の半透膜ユニットと第二の半透膜ユニットの阻止率を変化させることができる機構を有するとともに、式   (10) Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane. A semipermeable membrane device capable of recirculating and mixing at least a portion of the concentrated water of the unit with the supply water of the first semipermeable membrane unit, wherein a specific component concentration of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit is While having a mechanism that can change the blocking rate of the first semipermeable membrane unit and the second semipermeable membrane unit so as to have a lower concentration than the raw water,

Figure 2006075667
Figure 2006075667

を満たさない場合には、第二の半透膜ユニットの濃縮水を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させない機構を有することを特徴とする半透膜装置。 The semipermeable membrane device has a mechanism that prevents the concentrated water of the second semipermeable membrane unit from being reflux mixed with the supply water of the first semipermeable membrane unit when the condition is not satisfied.

(11) 原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に還流混合させることが可能な半透膜装置であって、前記第一の半透膜ユニットに総塩濃度3.5重量%、pH7.0、温度25℃の模擬海水を圧力5.5MPaで透過させた場合の純水透過係数が3.0×10−12/m・Pa・s以上、ホウ素透過係数が400×10−9m/s以下の半透膜が用いられていることを特徴とする半透膜装置。 (11) The raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain the permeated water, and the second semipermeable membrane. A semipermeable membrane device capable of refluxing and mixing at least a part of the concentrated water of the unit with the supply water of the first semipermeable membrane unit, wherein the first semipermeable membrane unit has a total salt concentration of 3.5. Pure water permeability coefficient is 3.0 × 10 −12 m 3 / m 2 · Pa · s or more when simulated seawater of weight%, pH 7.0, temperature 25 ° C. is permeated at a pressure of 5.5 MPa, boron permeability coefficient A semipermeable membrane device using a semipermeable membrane of 400 × 10 −9 m / s or less.

本発明により、原水から高い水質の透過水、とくに、海水からホウ素濃度を低減させた飲用に適した淡水を効率的に得ることができる。   According to the present invention, high quality permeated water from raw water, in particular, fresh water suitable for drinking with reduced boron concentration from seawater can be efficiently obtained.

本発明を適用可能な半透膜装置の一例を図1に示す。図1に示す半透膜装置は、海水1に前処理を施すフィルターなどの前処理手段2と、前処理水を処理する第一の半透膜ユニット5と、第一の半透膜ユニット5の透過水(一次透過水6)を一旦貯留する中間水タンク7と、中間水タンク7に貯留されていた一次透過水6を処理する第二の半透膜ユニット12とを有している。第一の半透膜ユニット5および第二の半透膜ユニット12の前段には、それぞれの供給水の圧力を高めるための高圧ポンプ4、昇圧ポンプ11が設けられている。また、第一の半透膜ユニット5の前段には、その第一の半透膜ユニット5への供給水のpHを高くするための第一のアルカリ添加手段3が設けられており、第二の半透膜ユニット12の前段には、一次透過水6について、第二の半透膜ユニット12へ供給する前にさらにpHを高くする第二のアルカリ添加手段10が、さらに、第二の半透膜ユニット12の後段には、第二の半透膜ユニット12の透過水(二次透過水13)のpHを下げるための酸添加手段14が設けられている。また、第一の半透膜ユニット5の濃縮水(一次濃縮水8)側には、一次濃縮水8が保有するエネルギーを回収するためのエネルギー回収手段9が設けられている。このような半透膜装置において、海水1は、その濁度などに応じて、そのまま、もしくは前処理手段2により前処理が施された後、場合によっては、アルカリ添加手段3によってpHが高められて、高圧ポンプ4を通して第一の半透膜ユニット5に供給される。第一の半透膜ユニット5では、海水中のほとんどの溶質を除去することができ、溶質が除去された一次透過水6は、中間水タンク7に一旦溜められる。一方、第一の半透膜ユニット5の濃縮水(一次濃縮水8)は、エネルギー回収手段9によって圧力エネルギーを回収した後に海に放流される。   An example of a semipermeable membrane device to which the present invention is applicable is shown in FIG. The semipermeable membrane device shown in FIG. 1 includes a pretreatment means 2 such as a filter for pretreating seawater 1, a first semipermeable membrane unit 5 for treating pretreated water, and a first semipermeable membrane unit 5. Intermediate water tank 7 that temporarily stores the permeated water (primary permeated water 6), and a second semipermeable membrane unit 12 that processes the primary permeated water 6 stored in the intermediate water tank 7. In front of the first semipermeable membrane unit 5 and the second semipermeable membrane unit 12, a high pressure pump 4 and a booster pump 11 are provided for increasing the pressure of the supplied water. In addition, a first alkali addition means 3 for increasing the pH of the water supplied to the first semipermeable membrane unit 5 is provided in the preceding stage of the first semipermeable membrane unit 5. The second stage of the semipermeable membrane unit 12 is provided with a second alkali addition means 10 for further raising the pH of the primary permeate 6 before supplying it to the second semipermeable membrane unit 12. An acid addition means 14 for lowering the pH of the permeated water (secondary permeated water 13) of the second semipermeable membrane unit 12 is provided at the subsequent stage of the permeable membrane unit 12. Further, on the concentrated water (primary concentrated water 8) side of the first semipermeable membrane unit 5, energy recovery means 9 for recovering energy held by the primary concentrated water 8 is provided. In such a semipermeable membrane device, the pH of the seawater 1 is increased as it is or after being pretreated by the pretreatment means 2 depending on its turbidity or the like, depending on circumstances. Then, it is supplied to the first semipermeable membrane unit 5 through the high-pressure pump 4. In the first semipermeable membrane unit 5, most of the solute in the seawater can be removed, and the primary permeated water 6 from which the solute has been removed is temporarily stored in the intermediate water tank 7. On the other hand, the concentrated water (primary concentrated water 8) of the first semipermeable membrane unit 5 is discharged into the sea after the pressure energy is recovered by the energy recovery means 9.

続いて、中間タンク7に溜められた一次透過水6は、場合によっては第二のアルカリ添加手段10によって再度pHをが高められ、第一の半透膜ユニット5への供給水のpHよりも高くされた後に昇圧ポンプ11で昇圧され、第二の半透膜ユニット12へ供給される。第二の半透膜ユニット12では、さらに溶質が除去されて高度に水質が高い二次透過水13を得ることができる。この二次透過水13は酸添加手段14によって、pHを下げられた後に生産水15として得られる。   Subsequently, the pH of the primary permeated water 6 stored in the intermediate tank 7 is raised again by the second alkali addition means 10 in some cases, and is higher than the pH of the water supplied to the first semipermeable membrane unit 5. After being raised, the pressure is raised by the booster pump 11 and supplied to the second semipermeable membrane unit 12. In the second semipermeable membrane unit 12, the solute is further removed and the secondary permeated water 13 having a high water quality can be obtained. The secondary permeated water 13 is obtained as product water 15 after the pH is lowered by the acid addition means 14.

一方、第二の半透膜ユニット12の濃縮水(二次濃縮水16)は、そのまま海に放流することができるが、第二の半透膜ユニットでは一次透過水を原水(被処理水)としているため、濁質などは十分に除去されており、かつ、海水よりも総溶質濃度が十分に低く、十分にpHが高いため、第一の半透膜ユニット5への供給水としてアルカリ添加手段3の前に還流させる。これによって、第一の半透膜ユニット5への供給水の総溶質濃度を低減させ、かつ、pHを上げることもできるため、第一の半透膜ユニット5における浸透圧の負荷を低減させることができるとともに、アルカリ添加手段3におけるアルカリ添加量を低減させることができる。バルブ18は、通常閉止されているが、万一還流に適さない高濃度の濃縮水が流れてきた場合は、バルブ18を開放かつバルブ17を閉止して生産水の水質低下を防止する。
本発明において目的とする第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度と海水または海水を前処理した塩水よりも低濃度にする方法としては、第一の半透膜ユニット5の透過水濃度を低減させるか第二の半透膜ユニットの濃縮水濃度を低減させることが挙げられる、より具体的には、第一の半透膜ユニット5の回収率(原水量に対する透過水量の比率)を下げたり、第二の半透膜ユニット12の回収率(原水量に対する透過水量の比率)を上げたり、第一の半透膜ユニットにおいて原水流量を上げたり、第一の半透膜ユニット5や第二の半透膜ユニット12の原水pHを変化させることが挙げられ、これらを単独で実施することも複合実施することも差し支えない。また、エネルギー的にはあまり得策ではないが、第一の半透膜ユニット5における温度を下げたり、第二の半透膜ユニット12における温度を上げることによっても本発明の主旨である第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度と海水または海水を前処理した塩水よりも低濃度にすることができる。
On the other hand, the concentrated water (secondary concentrated water 16) of the second semipermeable membrane unit 12 can be discharged into the sea as it is, but in the second semipermeable membrane unit, the primary permeated water is raw water (treated water). Therefore, turbidity and the like are sufficiently removed, and the total solute concentration is sufficiently lower than seawater, and the pH is sufficiently high, so that alkali is added as supply water to the first semipermeable membrane unit 5 Reflux before means 3. As a result, the total solute concentration of water supplied to the first semipermeable membrane unit 5 can be reduced and the pH can be raised, so that the load of osmotic pressure in the first semipermeable membrane unit 5 is reduced. In addition, the amount of alkali added in the alkali adding means 3 can be reduced. Although the valve 18 is normally closed, in the unlikely event that concentrated water having a high concentration that is not suitable for reflux flows, the valve 18 is opened and the valve 17 is closed to prevent the quality of the product water from deteriorating.
The specific component concentration of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit aimed at in the present invention and the method of making the concentration lower than seawater or salt water pretreated with seawater include the permeated water of the first semipermeable membrane unit 5. The concentration of the second semipermeable membrane unit can be reduced or the concentration of the second semipermeable membrane unit can be reduced. More specifically, the recovery rate of the first semipermeable membrane unit 5 (ratio of the amount of permeated water to the amount of raw water) , Increase the recovery rate of the second semipermeable membrane unit 12 (ratio of the amount of permeated water to the amount of raw water), increase the raw water flow rate in the first semipermeable membrane unit, or the first semipermeable membrane unit 5 And changing the raw water pH of the second semipermeable membrane unit 12 may be performed alone or in combination. Moreover, although it is not very advantageous in terms of energy, the second aspect which is the gist of the present invention can be achieved by lowering the temperature in the first semipermeable membrane unit 5 or raising the temperature in the second semipermeable membrane unit 12. The specific component concentration of the concentrated water of the semipermeable membrane unit and the seawater or the saltwater pretreated with the seawater can be set to a lower concentration.

第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度と海水または海水を前処理した塩水よりも低濃度に制御するための条件設定として、本発明者らが鋭意検討した結果、次の式(1)を満足させるようにすれば良いことを見出した。
(1):
As a condition setting for controlling the specific component concentration of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit and the concentration to be lower than that of seawater or saltwater pretreated with seawater, the present inventors have intensively studied, as a result of the following formula ( I found out that I should satisfy 1).
(1):

Figure 2006075667
Figure 2006075667

なお、
=第一の半透膜ユニットにおける回収率[=透過水流量/原水流量]
=第二の半透膜ユニットにおける回収率
=第一の半透膜ユニットにおける阻止率[=1−2×C/(C+C)]
=第二の半透膜ユニットにおける阻止率
=透過水濃度
=原水濃度
=濃縮水濃度。
In addition,
R 1 = recovery rate in the first semipermeable membrane unit [= permeate flow rate / raw water flow rate]
R 2 = recovery rate in the second semipermeable membrane unit r 1 = rejection rate in the first semipermeable membrane unit [= 1-2 × C p / (C f + C b )]
r 2 = reception rate in the second semipermeable membrane unit C p = permeated water concentration C f = raw water concentration C b = concentrated water concentration.

ここで、具体的な制御方法としては、特に制限されるものではないが、第一の半透膜ユニットの運転条件が原水の浸透圧を考慮したエネルギー効率に基づいてほぼ決定されることから、ここで設定された第一の半透膜ユニットにおける回収率Rと阻止率rに基づいて、第二の半透膜ユニットの回収率Rと阻止率rを設定することが好ましい。ただし、この条件を満足し、第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度と原水よりも低濃度に制御できたとしても、第二の半透膜ユニットの透過水(生産水)の濃度が要求される水質を満たさなければ、装置として十分な性能が発揮されているとは言えない。この点に関しても、本発明者らが検討を行ったところ、
(2):
Here, the specific control method is not particularly limited, but the operating condition of the first semipermeable membrane unit is almost determined based on the energy efficiency in consideration of the osmotic pressure of raw water, It is preferable to set the recovery rate R 2 and the rejection rate r 2 of the second semipermeable membrane unit based on the recovery rate R 1 and the rejection rate r 1 of the first semipermeable membrane unit set here. However, even if this condition is satisfied and the concentration of the specific component of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit can be controlled to be lower than that of the raw water, the permeated water (product water) of the second semipermeable membrane unit can be controlled. If the concentration does not satisfy the required water quality, it cannot be said that sufficient performance as an apparatus is exhibited. Also in this regard, when the present inventors examined,
(2):

Figure 2006075667
Figure 2006075667

となるようにrを設定すれば、生産水質を満足させつつ本発明の目的を達成することが可能となり、非常に好ましい。 If r 2 is set so as to satisfy, the object of the present invention can be achieved while satisfying the quality of the produced water, which is very preferable.

また、本発明に適した原水としては、海水、かん水、河川水、地下水、排水やその処理水など特に制限されるものではないが、海水や海水の処理水など高濃度の塩分を含有する原水への適用が好ましい。
本発明では、それぞれの半透膜ユニットにおける回収率(供給水量に対する透過水量の割合)をできるだけ高めることが望ましい。しかしながら、一方で、回収率を高くするほど供給水は高度に濃縮され、膜面浸透圧が高くなるため、エネルギーロスが大きくなるとともに、濃縮限界による溶質の析出が生じてしまう。したがって、総塩濃度4〜5重量%の海水の場合、回収率の限界は50%程度であり、エネルギー効率などを考えると、45%以上にすることは好ましくないが、回収率を低くすると濃縮水の排水がふえるため、これも好ましくない。そこで、本発明においては、第一の半透膜ユニット5における回収率は、35%以上45%以下にすることが好ましい。中でも海水温度が25℃以上の場合は45%の回収率でも問題ないが、温度が低い場合は、膜の経時劣化やファウリングによる膜透水性の変化に応じて回収率を35%近傍まで下げることが好ましい場合があり、状況に応じて変化させることができる。続いて、第二の半透膜ユニット12においては、総塩濃度はかなり低下しているので濃縮による浸透圧の問題は第一の半透膜ユニット5に比べて小さいが、第一の半透膜ユニット5で処理されている、すなわち、コストがかかっているため、できるだけ多く回収することが好ましい。したがって、結局、高度に濃縮されることによるスケールの析出が問題となる。これは、第一の半透膜ユニットの透過水の水質と第二の半透膜ユニットの前でのアルカリ添加によるpHに大きく影響されるが、回収率を上げると供給水流量が減少し、濃度分極も増大するためスケールが析出しやすくなり好ましくない。よって、これらを鑑みるに、第二の半透膜ユニットでは、80以上90%以下にすることが好ましい。
The raw water suitable for the present invention is not particularly limited to seawater, brine, river water, groundwater, drainage and treated water, but raw water containing high-concentration salinity such as seawater or seawater treated water. Application to is preferable.
In the present invention, it is desirable to increase the recovery rate (ratio of the permeated water amount to the supplied water amount) in each semipermeable membrane unit as much as possible. However, on the other hand, the higher the recovery rate, the higher the concentration of the feed water and the higher the membrane surface osmotic pressure. As a result, energy loss increases and solute precipitation occurs due to the concentration limit. Therefore, in the case of seawater with a total salt concentration of 4 to 5% by weight, the limit of the recovery rate is about 50%, and considering energy efficiency etc., it is not preferable to make it 45% or more, but if the recovery rate is lowered, it is concentrated This is also not preferable because of the increased drainage of water. Therefore, in the present invention, the recovery rate in the first semipermeable membrane unit 5 is preferably 35% or more and 45% or less. In particular, when the seawater temperature is 25 ° C. or higher, there is no problem even with a recovery rate of 45%. However, when the temperature is low, the recovery rate is lowered to around 35% according to membrane aging or changes in membrane permeability due to fouling. May be preferred and can vary depending on the situation. Subsequently, in the second semipermeable membrane unit 12, the total salt concentration is considerably reduced, so the problem of osmotic pressure due to concentration is smaller than that of the first semipermeable membrane unit 5. Since it is processed by the membrane unit 5, that is, cost is high, it is preferable to collect as much as possible. Therefore, eventually, precipitation of scale due to high concentration becomes a problem. This is greatly affected by the quality of the permeated water of the first semipermeable membrane unit and the pH due to the alkali addition in front of the second semipermeable membrane unit, but when the recovery rate is increased, the supply water flow rate decreases, Since the concentration polarization also increases, the scale is liable to precipitate, which is not preferable. Therefore, in view of these, in the second semipermeable membrane unit, it is preferable to be 80% or more and 90% or less.

なお、回収率は、基本的には濃縮水バルブやポンプ圧力の制御により調整することが一般的である。しかしながら、特開2000−093751号公報で提示されているように、透過水側にバルブを設けて背圧をかけることで半透膜にかかる圧力を制御し、回収率を調整することも可能である。   In general, the recovery rate is generally adjusted by controlling the concentrated water valve or the pump pressure. However, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-093751, it is possible to control the pressure applied to the semipermeable membrane by adjusting the recovery rate by providing a back pressure by providing a valve on the permeate side. is there.

前処理手段2は、第一の半透膜ユニット5に供給される海水の水質によって必要に応じて設置すればよく、砂濾過や精密濾過膜、限外濾過膜、また、活性炭吸着塔、キレート剤添加手段、イオン交換樹脂塔などを用いることができる。   The pretreatment means 2 may be installed according to the quality of the seawater supplied to the first semipermeable membrane unit 5 as necessary, such as sand filtration, microfiltration membrane, ultrafiltration membrane, activated carbon adsorption tower, chelate An agent addition means, an ion exchange resin tower, etc. can be used.

第一のアルカリ添加手段3、第二のアルカリ添加手段10としては、特に限定されるものではなく、一般的な薬注ポンプを使用することができる。添加するアルカリも水酸化ナトリウムが一般的に用いられるが、水酸化カリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウムなどを使用することもできる。なお、図示しないが、アルカリ添加手段3の直後にインラインミキサーを設けたり、アルカリ添加口を海水の流れに直接接触するようにするなどして添加口へのスケール析出を防止することも好ましい。もちろん、アルカリ添加前に、海水にスケール防止剤を添加しておくことも好ましい。   It does not specifically limit as the 1st alkali addition means 3 and the 2nd alkali addition means 10, A general chemical injection pump can be used. Sodium hydroxide is generally used as the alkali to be added, but potassium hydroxide, sodium bicarbonate, ammonium hydroxide and the like can also be used. Although not shown, it is also preferable to prevent scale deposition at the addition port by providing an in-line mixer immediately after the alkali addition means 3 or by directly contacting the alkali addition port with the flow of seawater. Of course, it is also preferable to add a scale inhibitor to the seawater before adding the alkali.

スケール防止剤とは、溶液中の金属、金属イオンなどと錯体を形成し、金属あるいは金属塩を可溶化させるもので、有機や無機のイオン性ポリマーあるいはモノマーが使用できる。有機系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、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。また、無機系のスケール防止剤としてはポリリン酸塩などが使用できる。   The scale inhibitor is a compound that forms a complex with a metal, metal ion, or the like in a solution and solubilizes the metal or metal salt, and an organic or inorganic ionic polymer or monomer can be used. As organic polymers, synthetic polymers such as polyacrylic acid, sulfonated polystyrene, polyacrylamide, and polyallylamine, and natural polymers such as carboxymethylcellulose, chitosan, and alginic acid can be used, and ethylenediaminetetraacetic acid can be used as a monomer. Moreover, polyphosphate etc. can be used as an inorganic type scale inhibitor.

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リン酸塩、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)が好適に用いられる。ポリリン酸塩とはヘキサメタリン酸ナトリウムを代表とする分子内に2個以上のリン原子を有し、アルカリ金属、アルカリ土類金属とリン酸原子などにより結合した重合無機リン酸系物質をいう。代表的なポリリン酸塩としては、ピロリン酸4ナトリウム、ピロリン酸2ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘプタポリリン酸ナトリウム、デカポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、およびこれらのカリウム塩などがあげられる。   Among these scale inhibitors, polyphosphate and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) are particularly preferably used from the viewpoints of availability, ease of operation such as solubility, and cost. The polyphosphate refers to a polymerized inorganic phosphate material having two or more phosphorus atoms in a molecule typified by sodium hexametaphosphate and bonded with an alkali metal, an alkaline earth metal and a phosphate atom. Typical polyphosphates include tetrasodium pyrophosphate, disodium pyrophosphate, sodium tripolyphosphate, sodium tetrapolyphosphate, sodium heptapolyphosphate, sodium decapolyphosphate, sodium metaphosphate, sodium hexametaphosphate, and potassium salts thereof. Etc.

また、酸添加手段14としても、特に限定されるものではなく、一般的な薬注ポンプを使用することができる。添加する酸としては、炭酸ガスや塩酸が簡便である。   Further, the acid addition means 14 is not particularly limited, and a general chemical injection pump can be used. As the acid to be added, carbon dioxide gas or hydrochloric acid is convenient.

エネルギー回収手段9は、とくに限定されるものではなく、タービン、水車などによって、機械的、電気的に代表されるエネルギー回収を行うものであればよく、これによってシステムにおけるエネルギー負荷低減を行う。   The energy recovery means 9 is not particularly limited as long as the energy recovery means 9 can recover energy typified mechanically and electrically by a turbine, a water turbine or the like, thereby reducing the energy load in the system.

ここで、アルカリ添加手段3、10におけるpH調整については、高濃度かつ高温度というホウ素除去が困難な環境でもできるだけ効率的にホウ素を除去するため、半透膜ユニットへの供給水中に含まれるホウ酸をできるだけ解離させつつも、pHを上げすぎてスケールを発生させることがないようにすることが必要である。定性的には溶質を高濃度に含むほどホウ酸の解離度が低pH側にシフトし、また高温になるほどホウ酸解離度が高pH側にシフトする。そこで、本発明者らが鋭意検討を実施した結果、中性領域では半透膜自体のホウ素を含むすべての溶質除去性能は高温になるほど低下するが、一方で、溶質を高濃度に含む供給水ではアルカリ性領域においてホウ素の除去率が他の溶質に比べて低下しにくいことが判明した。これらに結果に基づき、本発明者らが定量的に検討を実施した結果、現在中東で想定される総塩濃度4〜5重量%、ホウ素濃度5〜7mg/lの海水を処理する場合に、想定される40℃以下の温度領域においては、第一のアルカリ添加手段3におけるpH調整によって第一の半透膜ユニット5への供給水のpHを8以上にすることが好ましいことが判明した。これによって、本発明の目的とする生産水中のホウ素濃度低減、具体的には0.5mg/l以下を常に達成することが可能である。一方、スケール発生を抑制するためにはpHは9以下にすることが好ましいことも判明した。   Here, with respect to pH adjustment in the alkali addition means 3 and 10, boron contained in the water supplied to the semipermeable membrane unit is removed in order to remove boron as efficiently as possible even in an environment where boron removal is difficult due to high concentration and high temperature. It is necessary to dissociate the acid as much as possible, but not to raise the pH too much to generate scale. Qualitatively, the dissociation degree of boric acid shifts to the lower pH side as the solute is contained at a higher concentration, and the boric acid dissociation degree shifts to the higher pH side as the temperature becomes higher. Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, in the neutral region, all the solute removal performance including the boron in the semipermeable membrane itself decreases as the temperature increases, but on the other hand, the feed water containing the solute at a high concentration In the alkaline region, it was found that the boron removal rate is less likely to decrease than other solutes. Based on these results, the present inventors conducted quantitative studies, and as a result, when processing seawater with a total salt concentration of 4 to 5% by weight and a boron concentration of 5 to 7 mg / l currently assumed in the Middle East, In the assumed temperature range of 40 ° C. or lower, it has been found preferable to adjust the pH of the water supplied to the first semipermeable membrane unit 5 to 8 or more by adjusting the pH in the first alkali addition means 3. As a result, it is possible to always achieve a boron concentration reduction in the production water which is the object of the present invention, specifically 0.5 mg / l or less. On the other hand, it was also found that the pH is preferably 9 or less in order to suppress the generation of scale.

また、第二の半透膜ユニット12では、原水の総塩濃度が低くかつ温度が高いためにホウ酸の解離が高pH側にシフトしてホウ素除去率が低下するが、本発明においては、第一の半透膜ユニット5のホウ素除去性能を向上させているため、その供給水、すなわち、一次透過水6のpHを9.5以上にすることで十分にホウ素を除去することが可能となる。なお、この第二の半透膜ユニット12の透過水(二次透過水13)は、pHがアルカリ側にシフトしているため、酸成分を添加し、pHを調整することによって飲用に適した淡水(生産水15)とすることができる。   Further, in the second semipermeable membrane unit 12, since the total salt concentration of the raw water is low and the temperature is high, the dissociation of boric acid is shifted to the high pH side and the boron removal rate is lowered. Since the boron removal performance of the first semipermeable membrane unit 5 is improved, it is possible to sufficiently remove boron by setting the pH of the supplied water, that is, the primary permeated water 6 to 9.5 or higher. Become. The permeated water (secondary permeated water 13) of the second semipermeable membrane unit 12 is suitable for drinking by adding an acid component and adjusting the pH because the pH is shifted to the alkali side. Fresh water (product water 15) can be used.

ところで、本発明においては、前述のように第一の半透膜ユニットに供給される海水の水質によって必要に応じて、濁質成分の除去や殺菌などの前処理を施しておくことが好ましい。これらの処理により半透膜ユニット5、12や後段プロセスの性能低下を防ぐことができ、処理装置の長期に渡る安定運転を可能にする。具体的な処理は、海水の性状により適宜選択すればよい。   By the way, in the present invention, it is preferable to perform pretreatment such as removal of turbid components and sterilization according to the quality of seawater supplied to the first semipermeable membrane unit as described above. By these processes, it is possible to prevent the performance of the semipermeable membrane units 5 and 12 and the subsequent process from being deteriorated, and the processing apparatus can be stably operated over a long period of time. What is necessary is just to select a specific process suitably with the property of seawater.

濁質を除去する必要がある場合は、砂濾過や精密濾過膜、限外濾過膜の適用が効果的である。このときバクテリアや藻類などの微生物が多い場合は、殺菌剤を添加することが好ましい。殺菌には塩素を用いることが好ましく、たとえば塩素ガスや次亜塩素酸ナトリウムを遊離塩素として1〜5mg/lの範囲内となるように原水に添加するとよい。この場合、なるべく供給水の流れる方向に関して上流側で添加することが好ましく、塩素濃度が高いと半透膜を劣化させるため、第一の半透膜ユニット5の原水入口側近傍にて残留塩素濃度を測定し、この測定値に基づいて塩素ガスや次亜塩素酸ナトリウムの添加量を制御したり、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤を添加したりするとよい。また、濁質以外にバクテリアやタンパク質、天然有機成分などを含有する場合は、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化鉄(III)などの凝集剤を加えることも効果的である。凝集させた供給水は、その後に斜向板などで沈降させた上で砂ろ過を行ったり、複数本の中空糸膜を束ねた精密ろ過膜や限外ろ過膜によるろ過を行うことによって後段の半透膜を通過させるのに適した供給水とすることができる。とくに、凝集剤の添加にあたっては、凝集しやすいようにpHを調整することが好ましく、一般的にはpH5以上8未満、好ましくは、pH7以下である。なお、本発明においては、凝集剤添加においてpHを下げた場合は、第一の半透膜の前にpHを上げないとホウ素除去率が低下するため、第一の半透膜ユニット5の前でアルカリを添加し、pHを確実に8以上にすることが非常に重要となる。   When it is necessary to remove turbidity, sand filtration, microfiltration membranes, and ultrafiltration membranes are effective. At this time, when there are many microorganisms such as bacteria and algae, it is preferable to add a bactericidal agent. Chlorine is preferably used for sterilization. For example, chlorine gas or sodium hypochlorite may be added to the raw water so as to be in the range of 1 to 5 mg / l as free chlorine. In this case, it is preferable to add as much upstream as possible with respect to the flow direction of the feed water. If the chlorine concentration is high, the semipermeable membrane is deteriorated. Therefore, the residual chlorine concentration is near the raw water inlet side of the first semipermeable membrane unit 5. It is preferable to control the amount of chlorine gas and sodium hypochlorite added based on this measured value, or to add a reducing agent such as sodium bisulfite. When bacteria, proteins, natural organic components, etc. are contained in addition to the suspended matter, it is also effective to add a flocculant such as polyaluminum chloride, sulfate band, iron (III) chloride. The agglomerated feed water is then allowed to settle with a slanted plate, etc., and then sand filtered, or filtered with a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled. Supply water suitable for passing through the semipermeable membrane can be obtained. In particular, when adding the flocculant, it is preferable to adjust the pH so that the flocculent is easy to flocculate, and the pH is generally 5 or more and less than 8, and preferably 7 or less. In the present invention, when the pH is lowered in the addition of the flocculant, the boron removal rate decreases unless the pH is raised before the first semipermeable membrane. It is very important to add an alkali to ensure that the pH is 8 or more.

一方、海水に溶解性の有機物が多く含まれている場合は、塩素ガスや次亜塩素酸ナトリウムの添加によってもそれら有機物を分解することはできるが活性炭ろ過を行うことによっても除去が可能である。また、溶解性の無機物が多く含まれている場合は、有機系高分子電解質やヘキサメタ燐酸ソーダなどのキレート剤を添加したり、イオン交換樹脂などを用いて溶解性イオンと交換したりするとよい。また、鉄やマンガンが可溶な状態で存在しているときは、ばっ気酸化ろ過法や接触酸化ろ過法などを用いることが好ましい。   On the other hand, when seawater contains a lot of soluble organic substances, these organic substances can be decomposed by adding chlorine gas or sodium hypochlorite, but they can also be removed by activated carbon filtration. . In addition, when a large amount of soluble inorganic substance is contained, a chelating agent such as an organic polymer electrolyte or sodium hexametaphosphate may be added, or exchanged with soluble ions using an ion exchange resin or the like. Further, when iron or manganese is present in a soluble state, it is preferable to use an aeration oxidation filtration method or a contact oxidation filtration method.

高圧ポンプ4は、特に限定されるものではなく、必要とする出力に応じて適宜、選定、使用することができるが、本発明においては、浸透圧以上の圧力を供給水に与える必要があるので、最低でも3MPaの圧力が必須であり、実質的には、5MPa以上の圧力を必要流量において出力する必要がある。昇圧ポンプ11についても、とくに限定されるものではないが、第一の半透膜ユニットの透過水を供給するためのものであり、浸透圧もほとんど考慮する必要がないため、高圧ポンプ4に対して、低圧かつ低流量のものでよい。具体的圧力としては、最大2MPaの圧力がかけられるものが好ましい。   The high-pressure pump 4 is not particularly limited and can be appropriately selected and used according to the required output. However, in the present invention, it is necessary to apply a pressure higher than the osmotic pressure to the supply water. The pressure of 3 MPa is indispensable, and it is necessary to output a pressure of 5 MPa or more at a necessary flow rate. The booster pump 11 is not particularly limited, but is for supplying the permeated water of the first semipermeable membrane unit, and it is not necessary to consider the osmotic pressure. And low pressure and low flow rate. The specific pressure is preferably one at which a maximum pressure of 2 MPa can be applied.

しかし、供給される原水1の浸透圧よりも著しく高い圧力を付与すると、第一の半透膜の入口部分での透過流束が大きすぎ、原水中に微量に存在する有機物などが膜面に堆積、吸着し、膜性能を低下させることになるため好ましくない。したがって、具体的には第一の半透膜ユニット5の入口部分の局所透過流束が1.0m/m・日以下、好ましくは0.5m/m・日以下となるように圧力を付与することが好ましい。 However, if a pressure significantly higher than the osmotic pressure of the supplied raw water 1 is applied, the permeation flux at the inlet portion of the first semipermeable membrane is too large, and organic substances and the like present in a minute amount in the raw water are present on the membrane surface. It is not preferable because the film is deposited and adsorbed to deteriorate the film performance. Therefore, specifically, the local permeation flux at the inlet of the first semipermeable membrane unit 5 is 1.0 m 3 / m 2 · day or less, preferably 0.5 m 3 / m 2 · day or less. It is preferable to apply pressure.

ところで、本発明にかかる特定成分とは、ホウ素,臭素,カルシウム,マグネシウムなどを例示することができるが特に制限されるものではない。この中で、海水から飲料水を得る場合にもっとも大きな問題となっているホウ素に対して本発明を適用すると、効果が大きく好ましい。
第一の半透膜ユニット5および第二の半透膜ユニット12は、取扱いを容易にするため中空糸膜や平膜を筐体に納めて流体分離素子(エレメント)としたものを用いる。この流体分離素子は、平膜で形成する場合、例えば図5に示すように、多数の孔を穿設した筒状の中心パイプ29の周りに、半透膜30と、トリコットなどの透過水流路材32と、プラスチックネットなどの供給水流路材31とを含む膜ユニットを巻回し、これらを円筒状の筐体に納めた構造とするのが好ましい。複数の流体分離素子を直列あるいは並列に接続して分離膜モジュールとすることも好ましい。この流体分離素子において、供給水25は、一方の端部からユニット内に供給され、他方の端部に到達するまでの間に半透膜30を透過した透過水27が、中心パイプ30へと流れ、他方の端部において中心パイプ29から取り出される。一方、半透膜30を透過しなかった供給水25は、他方の端部において濃縮水26として取り出される。
By the way, the specific component according to the present invention can be exemplified by boron, bromine, calcium, magnesium and the like, but is not particularly limited. Among these, when the present invention is applied to boron, which is the biggest problem when drinking water is obtained from seawater, the effect is large and preferable.
The first semipermeable membrane unit 5 and the second semipermeable membrane unit 12 use a fluid separation element (element) in which a hollow fiber membrane or a flat membrane is housed in a housing for easy handling. When the fluid separation element is formed of a flat membrane, for example, as shown in FIG. 5, a semipermeable membrane 30 and a permeate flow channel such as a tricot are formed around a cylindrical central pipe 29 having a large number of holes. It is preferable that a membrane unit including a material 32 and a supply water flow path material 31 such as a plastic net is wound, and these are housed in a cylindrical casing. It is also preferable to form a separation membrane module by connecting a plurality of fluid separation elements in series or in parallel. In this fluid separation element, the supply water 25 is supplied into the unit from one end, and the permeated water 27 that has permeated through the semipermeable membrane 30 before reaching the other end is supplied to the central pipe 30. The flow is withdrawn from the central pipe 29 at the other end. On the other hand, the supply water 25 that has not permeated the semipermeable membrane 30 is taken out as concentrated water 26 at the other end.

半透膜30の素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができる。またその膜構造は、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方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、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機能層を有する複合膜のどちらでもよい。   As the material of the semipermeable membrane 30, polymer materials such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer can be used. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and on the asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane. Either a composite film having a very thin functional layer formed of another material may be used.

しかしながら、中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れたポテンシャルを有する、ポリアミドを機能層とした複合膜が好ましい。特に、第一の半透膜ユニットの場合、海水から淡水を得るために、浸透圧以上の圧力をかける必要があり、実質的には少なくとも5MPaの操作圧力が必要となる。この圧力に対して、高い透水性と阻止性能を維持できるためにはポリアミドを機能層とし、それを多孔質膜や不織布からなる支持体で保持する構造のものが適している。また、ポリアミド半透膜としては、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応により得られる架橋ポリアミドの機能層を支持体に有してなる複合半透膜が適している。   However, among them, a composite membrane having a functional layer of polyamide having high pressure resistance, high water permeability, and high solute removal performance and having an excellent potential is preferable. In particular, in the case of the first semipermeable membrane unit, in order to obtain fresh water from seawater, it is necessary to apply a pressure equal to or higher than the osmotic pressure, and an operating pressure of at least 5 MPa is substantially required. In order to maintain high water permeability and blocking performance against this pressure, a structure in which polyamide is used as a functional layer and is held by a support made of a porous membrane or nonwoven fabric is suitable. As the polyamide semipermeable membrane, a composite semipermeable membrane having a functional layer of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide on a support is suitable.

分離機能層は、酸やアルカリに対して化学的安定性が高い架橋ポリアミドからなるもの、もしくは架橋ポリアミドを主成分とするものからなることが好ましい。架橋ポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合により形成され、多官能アミンまたは多官能酸ハロゲン化物成分の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。   The separation functional layer is preferably made of a cross-linked polyamide having high chemical stability with respect to acid or alkali, or made of a cross-linked polyamide as a main component. The crosslinked polyamide is preferably formed by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide, and at least one of the polyfunctional amine or the polyfunctional acid halide component preferably contains a trifunctional or higher functional compound.

ここで、多官能アミンとは、一分子中に少なくとも2個の一級および/または二級アミノ基を有するアミンをいい、たとえば、2個のアミノ基がオルト位やメタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼンに結合したフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、1,3,5ートリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸などの芳香族多官能アミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミンなどの脂肪族アミン、1,2−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、1,3−ビスピペリジルプロパン、4−アミノメチルピペラジンなどの脂環式多官能アミン等を挙げることができる。中でも、膜の選択分離性や透過性、耐熱性を考慮すると芳香族多官能アミンであることが好ましく、このような多官能芳香族アミンとしては、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が好適に用いられる。さらには、入手の容易性や取り扱いのしやすさから、m−フェニレンジアミン(以下、m−PDAと記す)を用いることがより好ましい。これらの多官能アミンは、単独で用いたり、混合して用いてもよい。   Here, the polyfunctional amine refers to an amine having at least two primary and / or secondary amino groups in one molecule. For example, two amino groups are any of ortho, meta, and para positions. Aromatic polyfunctional amines such as phenylenediamine, xylylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene and 3,5-diaminobenzoic acid bonded to benzene in the positional relationship of Aliphatic amines such as ethylenediamine and propylenediamine, alicyclic polyfunctional amines such as 1,2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, piperazine, 1,3-bispiperidylpropane and 4-aminomethylpiperazine be able to. Of these, aromatic polyfunctional amines are preferred in view of selective separation, permeability, and heat resistance of the membrane. Examples of such polyfunctional aromatic amines include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1, 3,5-triaminobenzene is preferably used. Furthermore, it is more preferable to use m-phenylenediamine (hereinafter referred to as m-PDA) from the standpoint of availability and ease of handling. These polyfunctional amines may be used alone or in combination.

多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に少なくとも2個のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物をいう。たとえば、3官能酸ハロゲン化物では、トリメシン酸クロリド、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸トリクロリド、1,2,4−シクロブタントリカルボン酸トリクロリドなどを挙げることができ、2官能酸ハロゲン化物では、ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、ビフェニレンカルボン酸ジクロリド、アゾベンゼンジカルボン酸ジクロリド、テレフタル酸クロリド、イソフタル酸クロリド、ナフタレンジカルボン酸クロリドなどの芳香族2官能酸ハロゲン化物、アジポイルクロリド、セバコイルクロリドなどの脂肪族2官能酸ハロゲン化物、シクロペンタンジカルボン酸ジクロリド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、テトラヒドロフランジカルボン酸ジクロリドなどの脂環式2官能酸ハロゲン化物を挙げることができる。多官能アミンとの反応性を考慮すると、多官能酸ハロゲン化物は多官能酸塩化物であることが好ましく、また、膜の選択分離性、耐熱性を考慮すると、多官能芳香族酸塩化物であることが好ましい。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさの観点から、トリメシン酸クロリドを用いるとより好ましい。これらの多官能酸ハロゲン化物は、単独で用いたり、混合して用いてもよい。   The polyfunctional acid halide refers to an acid halide having at least two carbonyl halide groups in one molecule. Examples of trifunctional acid halides include trimesic acid chloride, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, 1,2,4-cyclobutanetricarboxylic acid trichloride, and bifunctional acid halides include biphenyl dicarboxylic acid. Aromatic difunctional acid halides such as acid dichloride, biphenylene carboxylic acid dichloride, azobenzene dicarboxylic acid dichloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, naphthalene dicarboxylic acid chloride, aliphatic difunctional acid such as adipoyl chloride, sebacoyl chloride Mention may be made of alicyclic bifunctional acid halides such as halides, cyclopentane dicarboxylic acid dichloride, cyclohexane dicarboxylic acid dichloride, tetrahydrofuran dicarboxylic acid dichloride. Considering the reactivity with the polyfunctional amine, the polyfunctional acid halide is preferably a polyfunctional acid chloride, and considering the selective separation property and heat resistance of the membrane, the polyfunctional aromatic acid chloride is preferable. Preferably there is. Among them, it is more preferable to use trimesic acid chloride from the viewpoint of easy availability and easy handling. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination.

そして、本発明において、第一の半透膜ユニット5に用いる半透膜は、海水中のイオンなどをはじめとする溶質を高度に除去することができることが望ましい。とくに、他の成分に比べて阻止率が低いホウ素については、高い阻止性能を有することが好ましい。具体的には、第一の半透膜ユニット5の半透膜として、総塩濃度3.5重量%、pH7.0、温度25℃の模擬海水を操作圧力5.5MPaで供給したときの純水透過係数が3×10−12/m・Pa・s以上で、ホウ素の透過係数が400×10−9m/s以下という性能を発現することができるものを適用することによって本発明の運転制御を実現しながら、高い水質の淡水を得ることができる。 In the present invention, it is desirable that the semipermeable membrane used in the first semipermeable membrane unit 5 can highly remove solutes such as ions in seawater. In particular, boron having a low rejection rate compared to other components preferably has a high rejection performance. Specifically, as the semipermeable membrane of the first semipermeable membrane unit 5, pure seawater when a simulated seawater having a total salt concentration of 3.5% by weight, pH 7.0, and temperature of 25 ° C. is supplied at an operating pressure of 5.5 MPa. By applying a material having a water permeability coefficient of 3 × 10 −12 m 3 / m 2 · Pa · s or more and a boron permeability coefficient of 400 × 10 −9 m / s or less, which can express the performance. While realizing the operation control of the invention, high quality fresh water can be obtained.

ここで、全塩濃度3.5重量%の模擬海水とは、NaCl=23.926g/l,NaSO=4.006g/l,KCl=0.738g/l,NaHCO=0.196g/l,MgCl=5.072g/l,CaCl=1.147g/l,HBO=0.0286g/lの組成で調合したものをいう。 Here, the simulated seawater having a total salt concentration of 3.5% by weight is NaCl = 2.926 g / l, Na 2 SO 4 = 4.006 g / l, KCl = 0.538 g / l, NaHCO 3 = 0.196 g. / L, MgCl 2 = 5.072 g / l, CaCl 2 = 1.147 g / l, and H 3 BO 3 = 0.0286 g / l.

また、純水透過係数Lとホウ素透過係数Pは、膜面で生じる濃度分極現象を考慮した以下の方法で得ることができる。たとえば、平膜で測定する場合は、参考文献1(M. タニグチ(M.Taniguchi)らによるジャーナル・オブ・メンブレン・サイエンス,第183巻,2000年,p259−267)などに示される平膜セルによって模擬海水の透過流束と阻止性能を測定し、以下の式によってL,Pを算出する。
=L(ΔP−Δπ)
=P(C−C
sb=P(Cmb−Cpb
Δπ=π(C)−π(C
(C−C)/(C−C)=exp(J/k)
(Cmb−C)/(Cfb−Cpb)=exp(J/k
:純水透過流束[m/m・s]
:TDS透過流束[kg/m・s]
sb :ホウ素透過流束[kg/m・s]
:純水透過係数[m/m・Pa・s]
P :TDS透過係数[m/s]
:ホウ素透過係数[m/s]
π( ):TDS浸透圧[Pa]
Δπ :浸透圧差[Pa]
ΔP :操作圧力差[Pa]
:TDS原水膜面濃度[kg/m
:TDS原水バルク濃度[kg/m
:TDS透過水濃度「kg/m
mb :ホウ素原水膜面濃度[kg/m
fb :ホウ素原水バルク濃度[kg/m
pb :ホウ素透過水濃度「kg/m
k :TDS物質移動係数[m/s]
:ホウ素物質移動係数[m/s]。
The pure water permeability coefficient L p and the boron permeability coefficient P b can be obtained by the following method in consideration of the concentration polarization phenomenon occurring on the film surface. For example, in the case of measuring with a flat membrane, a flat membrane cell shown in Reference 1 (J. M. Taniguchi et al., Journal of Membrane Science, Vol. 183, 2000, p259-267), etc. Measure the permeation flux and blocking performance of the simulated seawater, and calculate L p and P b by the following equations.
J v = L p (ΔP−Δπ)
J s = P (C m −C p )
J sb = P b (C mb −C pb )
Δπ = π (C m ) −π (C p )
(C m -C p) / ( C f -C p) = exp (J v / k)
(C mb -C p) / ( C fb -C pb) = exp (J v / k b)
J v : pure water permeation flux [m 3 / m 2 · s]
J s : TDS permeation flux [kg / m 2 · s]
J sb : Boron permeation flux [kg / m 2 · s]
L p : Pure water permeability coefficient [m 3 / m 2 · Pa · s]
P: TDS transmission coefficient [m / s]
P b : Boron permeability coefficient [m / s]
π (): TDS osmotic pressure [Pa]
Δπ: Osmotic pressure difference [Pa]
ΔP: Operating pressure difference [Pa]
C m : TDS raw water film surface concentration [kg / m 3 ]
C f : TDS raw water bulk concentration [kg / m 3 ]
C p : TDS permeated water concentration “kg / m 3
C mb : Boron raw water film surface concentration [kg / m 3 ]
C fb : Boron raw water bulk concentration [kg / m 3 ]
C pb : Boron permeated water concentration “kg / m 3
k: TDS mass transfer coefficient [m / s]
k b : Boron mass transfer coefficient [m / s].

ここで、浸透圧πは、参考文献1や参考文献2(M. タニグチ(M.Taniguchi)らによるAIChE ジャーナル,第46巻,2000年,p1967−1973)に示されるいわゆる「三宅の式」によって知ることができる。TDS物質移動係数kは、評価セルによって決められる値であるが、参考文献2に示されている浸透圧法もしくは流速変化法によって膜面流量Q[m/s]もしくは膜面流速u[m/s]の関数として得ることができる。 Here, the osmotic pressure π is determined by the so-called “Miyake's formula” shown in Reference 1 and Reference 2 (AIChE Journal by M. Taniguchi et al., Vol. 46, 2000, p1967-1973). I can know. The TDS mass transfer coefficient k is a value determined by the evaluation cell, but the membrane surface flow rate Q [m 3 / s] or the membrane surface flow velocity u [m / m] is determined by the osmotic pressure method or the flow velocity change method shown in Reference Document 2. s] as a function.

参考文献1に示されている平膜セルの場合、
k=1.63×10−3・Q0.4053
である。つづいて、ホウ素の物質移動係数kであるが、これも同文献に示されるように、
k/k=(D/D0.75
D :TDS拡散係数[m/s]
:ホウ素拡散係数[m/s]
から算出することができる。
In the case of the flat membrane cell shown in Reference 1,
k = 1.63 × 10 −3 · Q 0.4053
It is. Subsequently, as is a boron mass-transfer coefficient k b, which is also shown in the literature,
k / k b = (D / D b ) 0.75
D: TDS diffusion coefficient [m 2 / s]
D b : Boron diffusion coefficient [m 2 / s]
It can be calculated from

したがって、上記の式から未知数L,P,P,C,Cmbを算出することができる。膜エレメントの場合は、参考文献2に示されているように、膜エレメントの長さ方向に積分しながらL,Pをフィッティングによって算出することができる。 Therefore, the unknowns L p , P, P b , C m , and C mb can be calculated from the above formula. In the case of a membrane element, as shown in Reference Document 2, L p and P can be calculated by fitting while integrating in the length direction of the membrane element.

本発明における第一の半透膜として適したこのような高いホウ素阻止性能を得られる複合半透膜を得るためには、たとえば、内部や表面に脂肪族アシル基を存在させる方法を挙げることができ、たとえば実質的に分離性能を有さない微多孔性支持膜上に実質的にイオン等の分離性能を有する分離機能層を設け、その分離機能層の内部および/または表面に脂肪族アシル基を存在せしめる。脂肪族アシル基は結合によって分離機能層中もしくは分離機能層表面に存在していればよい。   In order to obtain such a composite semipermeable membrane suitable for the first semipermeable membrane in the present invention and capable of obtaining such a high boron-blocking performance, for example, a method in which an aliphatic acyl group is present inside or on the surface may be mentioned. For example, a separation functional layer having a separation performance of ions or the like is provided on a microporous support membrane having substantially no separation performance, and an aliphatic acyl group is provided inside and / or on the surface of the separation function layer. To exist. The aliphatic acyl group may be present in the separation functional layer or on the surface of the separation functional layer by bonding.

脂肪族アシル基を分離機能層に存在させる方法は特に限定されるものではなく、たとえば、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合により形成された分離機能層の表面に脂肪族酸ハロゲン化物溶液を接触させたり、多官能アミンと多官能芳香族酸ハロゲン化物との界面重縮合の際に脂肪族酸ハロゲン化物を共存させることで、分離機能層中に共有結合によって存在せしめればよい。   The method for causing the aliphatic acyl group to be present in the separation functional layer is not particularly limited. For example, the aliphatic acid group is formed on the surface of the separation functional layer formed by interfacial polycondensation between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. If the aliphatic acid halide is allowed to coexist in the separation functional layer by contacting the halide solution or coexisting the aliphatic acid halide during the interfacial polycondensation between the polyfunctional amine and the polyfunctional aromatic acid halide, Good.

すなわち、微多孔性支持膜上にポリアミド分離機能層を形成するにあたり、そのポリアミド分離機能層を、多官能アミン水溶液と、多官能酸ハロゲン化物の有機溶媒溶液と、これとは異なる炭素数が1〜4の範囲内の脂肪族酸ハロゲン化物の有機溶媒溶液とを微多孔性支持膜上で接触させ界面重縮合させることでなるものとしたり、ポリアミド分離機能層を、多官能アミン水溶液と、多官能酸ハロゲン化物およびこれとは異なる炭素数が1〜4の範囲内の脂肪族酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液とを微多孔性支持膜上で接触させ界面重縮合させてなるものとすればよい。   That is, in forming the polyamide separation functional layer on the microporous support membrane, the polyamide separation functional layer is composed of a polyfunctional amine aqueous solution, a polyfunctional acid halide organic solvent solution, and a carbon number different from this. Or an organic solvent solution of an aliphatic acid halide within the range of ˜4 on a microporous support membrane and interfacial polycondensation. A functional acid halide and an organic solvent solution containing an aliphatic acid halide having a different carbon number in the range from 1 to 4 are brought into contact with each other on a microporous support membrane and subjected to interfacial polycondensation. That's fine.

その場合、本発明において用いられる脂肪族酸ハロゲン化物は、通常炭素数1〜4を有するが、好ましくは炭素数2〜4である。炭素数が多くなるに従って、立体障害によって脂肪族酸ハロゲン化物の反応性が低下したり、多官能酸ハロゲン化物の反応点への接近が困難になり円滑な膜形成が妨げられたりするため、膜の性能が低下する。   In that case, the aliphatic acid halide used in the present invention usually has 1 to 4 carbon atoms, but preferably 2 to 4 carbon atoms. As the number of carbon atoms increases, the reactivity of the aliphatic acid halide decreases due to steric hindrance, and the access to the reaction point of the polyfunctional acid halide becomes difficult, thereby preventing smooth film formation. The performance of is reduced.

かかる脂肪族酸ハロゲン化物としては、メタンスルホニルクロリド、アセチルクロリド、プロピオニルクロリド、ブチリルクロリド、オキサリルクロリド、マロン酸ジクロリド、コハク酸ジクロリド、マレイン酸ジクロリド、フマル酸ジクロリド、クロロスルホニルアセチルクロリド、N,N−ジメチルアミノカルボニルクロリドなどが挙げられる。これらは単独でも2種以上を同時に使用しても良いが、膜を緻密構造にでき、かつ、透水性をあまり低下させないバランスのとれたものとしてオキサリルクロリドを主成分とすることが好ましい。   Examples of the aliphatic acid halide include methanesulfonyl chloride, acetyl chloride, propionyl chloride, butyryl chloride, oxalyl chloride, malonic acid dichloride, succinic acid dichloride, maleic acid dichloride, fumaric acid dichloride, chlorosulfonylacetyl chloride, N, N -Dimethylaminocarbonyl chloride etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. However, it is preferable that oxalyl chloride is a main component as a balanced structure that can form a dense structure and does not significantly reduce water permeability.

そして、微多孔性支持膜を含む支持体は、実質的には分離性能を有さない層であり、実質的に分離性能を有する架橋ポリアミドの分離機能層に機械的強度を与えるために設けられるもので、布帛や不織布などの基材上に微多孔性支持膜を形成したものなどが用いられる。   The support including the microporous support membrane is a layer that does not substantially have separation performance, and is provided to give mechanical strength to the separation functional layer of the crosslinked polyamide having substantial separation performance. For example, a material in which a microporous support film is formed on a substrate such as a fabric or a nonwoven fabric is used.

また、半透膜に使用される支持体としては、布帛により強化されたポリスルホン微多孔性支持膜を例示することができる。微多孔性支持膜は、実質的には分離性能を有さない層で、実質的に分離性能を有する機能層に機械的強度を与えるために用いられるものであり、均一で微細な孔あるいは片面からもう一方の面まで徐々に大きな微細な孔をもっていて、その微細孔の大きさはその片面の表面が100nm以下であるような構造の支持膜が好ましい。上記の微多孔性支持膜は、ミリポア社製”ミリポアフィルターVSWP”(商品名)や、東洋濾紙社製”ウルトラフィルターUK10”(商品名)のような各種市販材料から選択することもできるが、通常は、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”No.359(1968)に記載された方法に従って製造できる。その素材にはポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロースやポリ塩化ビニル等のホモポリマーあるいはブレンドしたものが通常使用されるが、化学的、機械的、熱的に安定性の高い、ポリスルホンを使用するのが好ましい。例えば、上記ポリスルホンのジメチルホルムアミド(DMF)溶液を密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それをドデシル硫酸ソーダ0.5重量%およびDMF2重量%を含む水溶液中で湿式凝固させることによって、表面の大部分が直径数10nm以下の微細な孔を有した微多孔性支持膜が得られる。微多孔性支持膜の素材としては、ポリスルホン以外にポリアミドやポリエステルも好ましく用いられる。   Moreover, as a support body used for a semipermeable membrane, the polysulfone microporous support membrane reinforced with the cloth can be illustrated. A microporous support membrane is a layer that has substantially no separation performance and is used to give mechanical strength to a functional layer that has substantially separation performance. It is preferable that the support film has a structure in which the fine pores gradually increase from one surface to the other surface, and the size of the fine pores is 100 nm or less on one surface. The microporous support membrane can be selected from various commercially available materials such as “Millipore Filter VSWP” (trade name) manufactured by Millipore and “Ultra Filter UK10” (trade name) manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Usually, “Office of Saleen Water Research and Development Progress Report” No. 359 (1968). Polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride and other homopolymers or blends are usually used as the material. Polysulfone, which has high chemical, mechanical and thermal stability, is used. It is preferred to use. For example, a dimethylformamide (DMF) solution of the above polysulfone is cast on a densely woven polyester cloth or non-woven fabric to a certain thickness, and this is poured into an aqueous solution containing 0.5% by weight of sodium dodecyl sulfate and 2% by weight of DMF. By wet coagulation with, a microporous support membrane having a fine pore having a diameter of several tens of nm or less on the surface is obtained. As a material for the microporous support membrane, polyamide and polyester are preferably used in addition to polysulfone.

本発明はさらに図2〜図4に示すような装置で変更実施することができる。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。   The present invention can be further modified by an apparatus as shown in FIGS. However, the present invention is not limited to these embodiments.

図2は、エネルギー回収手段9によって回収されるエネルギーを供給水の昇圧ポンプのエネルギーに活用した装置の例を示すもので、図1におけるエネルギー回収手段9と昇圧ポンプ11とが一体化している。この構成により、第一の半透膜ユニット5の透過水を無動力で昇圧して第二の半透膜ユニット12に供給することが可能となり、回収エネルギーを余らせることなく活用できる。なお、その他のフローについては、図1の装置と同じである。また、図示していないが、本発明においては最終段の半透膜ユニットの濃縮水の圧力エネルギーが最も大きいため、このエネルギーも回収して再使用することが好ましい。   FIG. 2 shows an example of an apparatus in which the energy recovered by the energy recovery means 9 is utilized for the energy of the booster pump of the supply water. The energy recovery means 9 and the booster pump 11 in FIG. 1 are integrated. With this configuration, the permeated water of the first semipermeable membrane unit 5 can be boosted without power and supplied to the second semipermeable membrane unit 12, so that the recovered energy can be utilized without surplus. Other flows are the same as those in the apparatus shown in FIG. Although not shown, in the present invention, since the pressure energy of the concentrated water of the final semipermeable membrane unit is the largest, it is preferable to recover and reuse this energy.

図3は、第二の半透膜ユニットを2バンク構成にして第二の半透膜ユニット第一バンク12の後段にその濃縮水(第一バンク濃縮水16)を処理する第二の半透膜ユニット第二バンク21を設けたものである。ここでは、第一バンクの半透膜と第二バンクの構成を変えることで、より高濃度になった第二バンクでの処理を効率的に実施することが可能となる。しかし、このような構成であっても、第二の半透膜ユニットへの供給水のpHが9.5以上で回収率90%(すなわち、濃縮倍率は約10倍)以上であると、局所的なスケール析出が生じやすくなるため、第二の半透膜ユニットでは回収率を90%以下にすることが好ましい。さらに確実にスケール析出を防止する観点からは、第二の半透膜ユニットの回収率を85%以下にすることが好ましい。これによって、本装置の全体の回収率は、30〜40%とすることができる。なお、図3のその他のフローについては、図1の装置と同じである。   FIG. 3 shows a second semipermeable membrane in which the second semipermeable membrane unit is configured in two banks, and the concentrated water (first bank concentrated water 16) is processed after the second semipermeable membrane unit first bank 12. A membrane unit second bank 21 is provided. Here, by changing the configuration of the semipermeable membrane of the first bank and the second bank, it is possible to efficiently perform the processing in the second bank having a higher concentration. However, even in such a configuration, when the pH of the water supplied to the second semipermeable membrane unit is 9.5 or more and the recovery rate is 90% (that is, the concentration rate is about 10 times) or more, Therefore, the recovery rate is preferably 90% or less in the second semipermeable membrane unit. Furthermore, from the viewpoint of reliably preventing scale deposition, it is preferable to set the recovery rate of the second semipermeable membrane unit to 85% or less. As a result, the overall recovery rate of the present apparatus can be 30 to 40%. 3 is the same as that of the apparatus of FIG.

図4は、第一の半透膜ユニット5の透過水6に背圧バルブ24を設けたものである。回収率は、基本的には濃縮水バルブやポンプ圧力の制御により調整することが一般的であるが、このように構成することで、高圧ポンプ4の出力を変えずに第一の半透膜5に作用する圧力を調節することができる。さらに、第二半透膜ユニットや第三の半透膜ユニットの透過水に背圧をかけることも好ましい。なお、図4のその他のフローについては、図1の装置と同じである。   FIG. 4 shows a configuration in which a back pressure valve 24 is provided in the permeate 6 of the first semipermeable membrane unit 5. In general, the recovery rate is generally adjusted by controlling the concentrated water valve and the pump pressure, but with this configuration, the first semipermeable membrane can be obtained without changing the output of the high-pressure pump 4. The pressure acting on 5 can be adjusted. Furthermore, it is also preferable to apply a back pressure to the permeated water of the second semipermeable membrane unit or the third semipermeable membrane unit. The other flows in FIG. 4 are the same as those in the apparatus in FIG.

透過水及び供給水中の総塩濃度は、各液の電気伝導度を電気伝導度計(横川電機製SC82)によって測定し、あらかじめ模擬海水で測定した模擬海水濃度と電気伝導度との関係式から求めた。また、供給水や透過水中のホウ素濃度および陽イオン(Na+,K+,Ca2+,Mg2+)濃度の測定はICP発光分析装置(日立製作所製P−4010)で行い、陰イオン(Cl,SO 2−)の濃度はイオンクロマトグラフ(日本ダイオネクス製DX−210)で測定した。また、pH測定は横川電機製PH82を用いて測定した。 The total salt concentration in the permeated water and the supply water is determined by measuring the electrical conductivity of each solution with an electrical conductivity meter (SC82 manufactured by Yokogawa Electric Corporation). Asked. In addition, the boron concentration and the cation (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ ) concentration in the feed water and permeated water are measured with an ICP emission analyzer (P-4010 manufactured by Hitachi, Ltd.), and anions (Cl , SO 4 2− ) concentration was measured with an ion chromatograph (DX-210 manufactured by Nippon Dionex). The pH was measured using a PH82 manufactured by Yokogawa Electric.

実施例において使用した繊維補強ポリスルホン支持体(限外濾過膜)は、以下の手法により製造した。   The fiber-reinforced polysulfone support (ultrafiltration membrane) used in the examples was produced by the following method.

タテ30cmヨコ20cmの大きさのポリエステル繊維からなる湿式不織布(単繊維度0.5および1.5デシテックスの混繊、通気度0.7cm/cm・s、平均孔径7μm以下)をガラス板上に固定し、その上にポリスルホン(ユニオン・カーバイト社製のUdel(登録商標)−P3500)の15重量%ジメチルホルムアミド(DMF)溶液を200μmの厚みで室温(20℃)でキャストし、ただちに純水中に室温で浸漬して5分間放置することによって繊維補強ポリスルホン支持体(以下FR−PS支持体と略す)を作製した。得られたFR−PS支持体(厚さ210〜215μm)の透過流束は、圧力0.1MPa、温度25℃で測定して1.7m/m・日であった。 Wet non-woven fabric (mixed fibers with monofilaments of 0.5 and 1.5 dtex, air permeability of 0.7 cm 3 / cm 2 · s, average pore diameter of 7 μm or less) made of polyester fiber having a size of vertical 30 cm and horizontal 20 cm Immediately cast a 15% by weight dimethylformamide (DMF) solution of polysulfone (Udel (registered trademark) -P3500 manufactured by Union Carbide Co.) at a thickness of 200 μm at room temperature (20 ° C.), and immediately A fiber-reinforced polysulfone support (hereinafter abbreviated as FR-PS support) was prepared by immersing in pure water at room temperature and allowing to stand for 5 minutes. The permeation flux of the obtained FR-PS support (thickness 210 to 215 μm) was 1.7 m 3 / m 2 · day as measured at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 25 ° C.

このようにして得られたFR−PS支持体を、m−フェニレンジアミン3.4重量%水溶液中に2分間浸漬し、該支持体を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた。その後、トリメシン酸クロリド0.15重量%とオキサリルクロリド0.030重量%の組成で調製した多官能芳香族酸ハロゲン化物および脂肪族酸ハロゲン化物のn−デカン混合溶液を、表面が完全に濡れるように塗布して1分間静置してから、膜を垂直に1分間保持して液切りした。続いて風乾にてデカン溶媒を蒸発させ、水道水で膜中の残存薬液を流水洗浄した。その後、90℃の熱水で2分間洗浄し、pH7に調整した200mg/l次亜塩素酸ナトリウム水溶液中に2分間浸漬してから、1,000mg/l亜硫酸水素ナトリウム水溶液中に浸漬した。さらに、この膜を95℃の熱水で2分間再洗浄した。   The FR-PS support thus obtained was immersed in a 3.4% by weight aqueous solution of m-phenylenediamine for 2 minutes, the support was slowly pulled up in the vertical direction, and nitrogen was blown from an air nozzle to form a support film. Excess aqueous solution was removed from the surface. Thereafter, an n-decane mixed solution of polyfunctional aromatic acid halide and aliphatic acid halide prepared with a composition of 0.15% by weight of trimesic acid chloride and 0.030% by weight of oxalyl chloride was completely wetted on the surface. Then, the membrane was left to stand for 1 minute, and then the membrane was held vertically for 1 minute to drain the liquid. Subsequently, the decane solvent was evaporated by air drying, and the remaining chemical solution in the membrane was washed with running water with tap water. Thereafter, it was washed with hot water at 90 ° C. for 2 minutes, immersed in a 200 mg / l sodium hypochlorite aqueous solution adjusted to pH 7 for 2 minutes, and then immersed in a 1,000 mg / l sodium hydrogen sulfite aqueous solution. Furthermore, this membrane was rewashed with hot water at 95 ° C. for 2 minutes.

この複合半透膜を、M. タニグチ(M.Taniguchi)らによるジャーナル・オブ・メンブレン・サイエンス(Journal of Membrane Science),第183巻,2000年,p259−267に示される平膜セルを用いて、供給圧力5.5MPa、25℃、pH7.0、全溶質濃度3.5重量%の模擬海水(ホウ素濃度4.5mg/l)を用いて流量3.5l/分で評価したところ、膜透過流束は0.67m/m・日、透過水TDS濃度は63ppm、透過水ホウ素濃度は0.28mg/lであった。この複合半透膜の純水透過係数Lp=3.69×10−12/m・Pa・s、ホウ素透過係数Pb=368×10−9m/sであり、純水透過係数が大きく、ホウ素透過係数が小さい海水淡水化に適した半透膜となった(この膜をUTC−Aという)。 This composite semipermeable membrane was formed using a flat membrane cell shown in Journal of Membrane Science, Vol. 183, 2000, p259-267 by M. Taniguchi et al. Evaluation was made at a flow rate of 3.5 l / min using simulated seawater (boron concentration 4.5 mg / l) with a supply pressure of 5.5 MPa, 25 ° C., pH 7.0, and a total solute concentration of 3.5 wt%. The flux was 0.67 m 3 / m 2 · day, the permeated water TDS concentration was 63 ppm, and the permeated water boron concentration was 0.28 mg / l. The composite semipermeable membrane has a pure water permeability coefficient Lp = 3.69 × 10 −12 m 3 / m 2 · Pa · s, a boron permeability coefficient Pb = 368 × 10 −9 m / s, and the pure water permeability coefficient is It became a semipermeable membrane suitable for seawater desalination having a large boron permeability coefficient (this membrane is referred to as UTC-A).

また、東レ(株)製SU−810膜エレメントに使用されている平膜を同様に評価したところ、
g/lであった。この複合半透膜の純水透過係数Lp=4.02×10−12/m・Pa・s、ホウ素透過係数Pb=543×10−9m/sとなり、UTC−Aに比べて、純水透過係数、ホウ素透過係数ともに大きな値を得た。
Moreover, when the flat membrane used in the Toray Industries, Inc. SU-810 membrane element was similarly evaluated,
g / l. This composite semipermeable membrane has a pure water permeability coefficient Lp = 4.02 × 10 −12 m 3 / m 2 · Pa · s and a boron permeability coefficient Pb = 543 × 10 −9 m / s, which is higher than that of UTC-A. In addition, large values were obtained for both the pure water permeability coefficient and the boron permeability coefficient.

続いて、得られた膜(UTC−A)を用いて図5に示す膜エレメント(直径10cm、全長1m)を作製した。(以下、この膜エレメントをSU−Aという。)
つづいて、図6に示すフローの評価装置(以下、装置Aという)を構成した。
Subsequently, a membrane element (diameter 10 cm, total length 1 m) shown in FIG. 5 was produced using the obtained membrane (UTC-A). (Hereinafter, this membrane element is referred to as SU-A.)
Subsequently, a flow evaluation apparatus (hereinafter referred to as apparatus A) shown in FIG. 6 was constructed.

装置Aは、原水タンク33、高圧ポンプ4、第一の半透膜ユニット5、昇圧ポンプ11、第二の半透膜ユニット12、第二の半透膜ユニット(第二バンク)21などから構成され、高圧ポンプ4はインバーターで出力制御され、昇圧ポンプ11の出力は無調節だが、実質的には圧力調節バルブ40で制御される。第一の半透膜ユニット5の透過水6の流量は第一の半透膜ユニット濃縮水バルブ19とによって調節することができ、第二の半透膜ユニットの透過水流量は、圧力調節バルブ40と背圧バルブ42によって調節することができるものである。また、第一の半透膜ユニット5としては、直径10cm、全長1mの膜エレメントを6本直列に接続したもの2並列、第二の半透膜ユニット(第一バンク)12としては、直径10cm、全長1mの膜エレメントを2本直列に接続したもの2並列、第二の半透膜ユニット(第二バンク)21としては、直径10cm、全長1mの膜エレメントを2本直列に接続したもの1列という構成になっている。   The apparatus A includes a raw water tank 33, a high pressure pump 4, a first semipermeable membrane unit 5, a booster pump 11, a second semipermeable membrane unit 12, a second semipermeable membrane unit (second bank) 21, and the like. The output of the high-pressure pump 4 is controlled by an inverter, and the output of the booster pump 11 is not regulated, but is substantially controlled by the pressure regulating valve 40. The flow rate of the permeated water 6 of the first semipermeable membrane unit 5 can be adjusted by the first semipermeable membrane unit concentrated water valve 19, and the flow rate of the permeated water of the second semipermeable membrane unit can be adjusted by the pressure regulating valve. 40 and the back pressure valve 42 can be adjusted. The first semipermeable membrane unit 5 has a diameter of 10 cm and six membrane elements each having a total length of 1 m, connected in series, two in parallel, and the second semipermeable membrane unit (first bank) 12 has a diameter of 10 cm. , Two parallel 1m membrane elements connected in series, 2 parallel, second semipermeable membrane unit (second bank) 21 having two 10m diameter, 1m total membrane elements connected in series 1 It is structured as a column.

<比較例1>
装置Aを用いて、東レ(株)愛媛工場の近傍の海水を前処理して濁質分を除去した上で、東レ(株)製SU−820を6本直列接続したユニットを通して濃縮し、40℃に加温、pH8.0に調整した、全溶質濃度4.5重量%の塩水(ホウ素濃度5.4mg/l)を、流量60m/日、第一の半透膜ユニット用膜エレメントとして東レ(株)製SU−810、第二の半透膜ユニット用膜エレメントとして東レ(株)製SU−710を用い、第一の半透膜ユニットの回収率40%、第二の半透膜ユニットの回収率85%、透過水22の流量21.7m/日で運転させた。このとき、透過水ホウ素濃度を測定しながら、透過水ホウ素濃度が1mg/lとなるように第二のアルカリ添加手段10によってpHを調節した。1時間運転後における第二の半透膜ユニットの濃縮水(還流水)のホウ素濃度は7.3mg/lとなり、原水濃度5.4mg/lよりも大きく、還流に適しなかった。このとき、r=71.1%、r=78.4%で(1)式を満足していなかった。また、目標透過水ホウ素濃度C=1mg/lとしたとき(2)式を満足したが、C=0.5mg/lとすると(2)式を満足しなかった。なお、透過水22の総塩濃度は54ppm、第二の半透膜ユニットの原水6のpHは9.6であった。
<Comparative Example 1>
Using apparatus A, pretreatment of seawater in the vicinity of Toray Industries, Inc. Ehime Factory to remove turbidity, and then concentrating through 6 units of Toray Industries, Inc. SU-820 connected in series, 40 A salt solution with a total solute concentration of 4.5% by weight (boron concentration of 5.4 mg / l), heated to ℃ and adjusted to pH 8.0, was used as the first membrane element for a semipermeable membrane unit at a flow rate of 60 m 3 / day. Using Toray Industries, Inc. SU-810 and Toray Industries, Inc. SU-710 as the membrane element for the second semipermeable membrane unit, the recovery rate of the first semipermeable membrane unit is 40%, and the second semipermeable membrane is used. The unit was operated at a recovery rate of 85% and a flow rate of the permeated water 22 of 21.7 m 3 / day. At this time, the pH was adjusted by the second alkali addition means 10 so that the permeated water boron concentration was 1 mg / l while measuring the permeated water boron concentration. The boron concentration in the concentrated water (refluxed water) of the second semipermeable membrane unit after 1 hour operation was 7.3 mg / l, which was higher than the raw water concentration 5.4 mg / l, and was not suitable for refluxing. At this time, r 1 = 71.1%, r 2 = 78.4%, and the formula (1) was not satisfied. Further, when the target permeated water boron concentration C p = 1 mg / l, the expression (2) was satisfied, but when C p = 0.5 mg / l, the expression (2) was not satisfied. The total salt concentration of the permeated water 22 was 54 ppm, and the pH of the raw water 6 of the second semipermeable membrane unit was 9.6.

<実施例1>
第一の半透膜ユニットの回収率43%、第二の半透膜ユニットの回収率75%、透過水22の流量21.7m/日とする他は比較例1と同じ構成、同じ条件で運転させた結果、第二の半透膜ユニットの濃縮水(還流水)のホウ素濃度は4.1mg/lとなり、原水濃度5.4mg/lよりも小さく、還流に適していた。このとき、r=73.1%、r=65.9%で(1)式を満足していた。また、目標透過水ホウ素濃度C=1mg/lとしたとき(2)式を満足したが、C=0.5mg/lとすると(2)式を満足しなかった。なお、透過水22の総塩濃度は27ppm、第二の半透膜ユニットの原水6のpHは9.3であった。
<Example 1>
The same configuration and conditions as in Comparative Example 1 except that the recovery rate of the first semipermeable membrane unit is 43%, the recovery rate of the second semipermeable membrane unit is 75%, and the flow rate of the permeated water 22 is 21.7 m 3 / day. As a result, the boron concentration of the concentrated water (refluxed water) of the second semipermeable membrane unit was 4.1 mg / l, which was smaller than the raw water concentration of 5.4 mg / l, and was suitable for refluxing. At this time, r 1 = 73.1% and r 2 = 65.9% satisfied the expression (1). Further, when the target permeated water boron concentration C p = 1 mg / l, the expression (2) was satisfied, but when C p = 0.5 mg / l, the expression (2) was not satisfied. The total salt concentration of the permeated water 22 was 27 ppm, and the pH of the raw water 6 of the second semipermeable membrane unit was 9.3.

<実施例2>
第一の半透膜ユニット用膜エレメントとしてSU−Aを用いる他は比較例1と同じ構成、同じ条件で運転した結果、第二の半透膜ユニットの濃縮水(還流水)のホウ素濃度は4.0mg/lとなり、原水濃度5.4mg/lよりも小さく、還流に適していた。このとき、r=78.1%、r=63.4%で(1)式を満足していた。また、目標透過水ホウ素濃度C=1mg/lとしたとき(2)式を満足したが、C=0.5mg/lとすると(2)式を満足しなかった。なお、透過水22の総塩濃度は59ppm、第二の半透膜ユニットの原水6のpHは9.2であった。
<Example 2>
Except for using SU-A as the membrane element for the first semipermeable membrane unit, the same concentration as in Comparative Example 1 was operated under the same conditions. As a result, the boron concentration in the concentrated water (refluxed water) of the second semipermeable membrane unit was The concentration was 4.0 mg / l, which was smaller than the raw water concentration of 5.4 mg / l, and was suitable for reflux. At this time, r 1 = 78.1% and r 2 = 63.4% were satisfied, and the formula (1) was satisfied. Further, when the target permeated water boron concentration C p = 1 mg / l, the expression (2) was satisfied, but when C p = 0.5 mg / l, the expression (2) was not satisfied. The total salt concentration of the permeated water 22 was 59 ppm, and the pH of the raw water 6 of the second semipermeable membrane unit was 9.2.

<比較例2>
透過水ホウ素濃度が0.5mg/lとなるように第二のアルカリ手段10によってpH調整した他は実施例2と同じ構成、同じ条件で運転した結果、第二の半透膜ユニットの濃縮水(還流水)のホウ素濃度は7.2mg/lとなり、原水濃度5.4mg/lよりも大きく、還流に適しなかった。このとき、r=79.3%、r=88.5%で(1)式を満足していなかった。また、目標透過水ホウ素濃度C=1mg/lとしたときもC=0.5mg/lとしたときも(2)式を満足した。なお、透過水22の総塩濃度は84ppm、第二の半透膜ユニットの原水6のpHは10.0であった。
<Comparative example 2>
The concentrated water of the second semipermeable membrane unit was obtained as a result of operation under the same configuration and conditions as in Example 2 except that the pH was adjusted by the second alkaline means 10 so that the boron concentration of the permeated water was 0.5 mg / l. The boron concentration of (refluxed water) was 7.2 mg / l, which was higher than the raw water concentration of 5.4 mg / l and was not suitable for refluxing. At this time, r 1 = 79.3% and r 2 = 88.5%, and the expression (1) was not satisfied. Further, the formula (2) was satisfied when the target permeated water boron concentration C p = 1 mg / l and C p = 0.5 mg / l. The total salt concentration of the permeated water 22 was 84 ppm, and the pH of the raw water 6 of the second semipermeable membrane unit was 10.0.

<実施例3>
第一の半透膜ユニットの回収率43%、第二の半透膜ユニットの回収率75%、透過水22の流量21.7m/日とする他は比較例2と同じ構成、同じ条件で運転させた結果、第二の半透膜ユニットの濃縮水(還流水)のホウ素濃度は3.9mg/lとなり、原水濃度5.4mg/lよりも小さく、還流に適していた。このとき、r=79.9%、r=88.1%で(1)式を満足していた。また、、目標透過水ホウ素濃度C=1mg/lとしたときもC=0.5mg/lとしたときも(2)式を満足した。なお、透過水22の総塩濃度は44ppm、第二の半透膜ユニットの原水6のpHは9.7であった。
<Example 3>
The same configuration and the same conditions as Comparative Example 2 except that the recovery rate of the first semipermeable membrane unit is 43%, the recovery rate of the second semipermeable membrane unit is 75%, and the flow rate of the permeated water 22 is 21.7 m 3 / day. As a result, the concentration of boron in the concentrated water (refluxed water) of the second semipermeable membrane unit was 3.9 mg / l, which was smaller than the raw water concentration of 5.4 mg / l, and was suitable for refluxing. At this time, r 1 = 79.9% and r 2 = 88.1% were satisfied with the expression (1). Further, the formula (2) was satisfied both when the target permeated water boron concentration C p = 1 mg / l and when C p = 0.5 mg / l. The total salt concentration of the permeated water 22 was 44 ppm, and the pH of the raw water 6 of the second semipermeable membrane unit was 9.7.

本発明に係る半透膜装置の一実施態様を示す概略フロー図である。It is a schematic flowchart which shows one embodiment of the semipermeable membrane apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る半透膜装置の他の実施態様を示す概略フロー図である。It is a schematic flowchart which shows the other embodiment of the semipermeable membrane apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る半透膜装置の他の実施態様を示す概略フロー図である。It is a schematic flowchart which shows the other embodiment of the semipermeable membrane apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る半透膜装置の他の実施態様を示す概略フロー図である。。It is a schematic flowchart which shows the other embodiment of the semipermeable membrane apparatus which concerns on this invention. . 本発明に係る半透膜装置に用いる半透膜エレメントの一例である。It is an example of the semipermeable membrane element used for the semipermeable membrane apparatus which concerns on this invention. 実施例で使用した半透膜ユニット評価装置のフロー図である。It is a flowchart of the semipermeable membrane unit evaluation apparatus used in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

1:原水
2:前処理
3:第一のアルカリ添加手段
4:高圧ポンプ
5:第一の半透膜ユニット
6:第二の半透膜ユニット原水
7:中間水タンク
8:第一の半透膜ユニット濃縮水
9:エネルギー回収手段
10:第二のアルカリ添加手段
11:昇圧ポンプ
12:第二の半透膜ユニット
13:第二の半透膜ユニット透過水
14:酸添加手段
15:生産水タンク
16:第二の半透膜ユニット濃縮水
17:第二の半透膜ユニット濃縮水還流バルブ
18:第二の半透膜ユニット濃縮水排水バルブ
19:第一の半透膜ユニット濃縮水バルブ
20:第一の半透膜ユニット透過水バイパスバルブ
21:第二の半透膜ユニット(第二バンク)
22:第二の半透膜ユニット透過水(第二バンク)
23:第二の半透膜ユニット濃縮水(第二バンク)
24:背圧バルブ
25:原水
26:濃縮水
27:透過水
28:シール材
29:中心パイプ
30:半透膜
31:原水流路材
32:透過水流路材
33:原水タンク
34:原水圧力計
35:濃縮水圧力計
36:第一透過水圧力計
37:第二供給水圧力計
38:第二透過水圧力計
39:第二濃縮水圧力計
40:圧力調整バルブ
41:バイパスバルブ
42:透過水背圧バルブ
1: Raw water 2: Pretreatment 3: First alkali addition means 4: High-pressure pump 5: First semipermeable membrane unit 6: Second semipermeable membrane unit raw water 7: Intermediate water tank 8: First semipermeable Membrane unit concentrated water 9: Energy recovery means 10: Second alkali addition means 11: Booster pump 12: Second semipermeable membrane unit 13: Second semipermeable membrane unit permeated water 14: Acid addition means 15: Production water Tank 16: Second semipermeable membrane unit concentrated water 17: Second semipermeable membrane unit concentrated water reflux valve 18: Second semipermeable membrane unit concentrated water drain valve 19: First semipermeable membrane unit concentrated water valve 20: First semipermeable membrane unit permeate bypass valve 21: Second semipermeable membrane unit (second bank)
22: Second semipermeable membrane unit permeated water (second bank)
23: Second semipermeable membrane unit concentrated water (second bank)
24: Back pressure valve 25: Raw water 26: Concentrated water 27: Permeated water 28: Sealing material 29: Center pipe 30: Semipermeable membrane 31: Raw water channel material 32: Permeated water channel material 33: Raw water tank 34: Raw water pressure gauge 35: Concentrated water pressure gauge 36: First permeated water pressure gauge 37: Second supply water pressure gauge 38: Second permeated water pressure gauge 39: Second concentrated water pressure gauge 40: Pressure adjustment valve 41: Bypass valve 42: Permeation Water back pressure valve

本発明の半透膜装置の運転方法は、高い水質、とくに高度にホウ素を除去した淡水の製造を可能にする。   The operation method of the semipermeable membrane device of the present invention enables the production of fresh water from which high water quality, particularly boron is highly removed.

Claims (11)

原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二の半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの原水に還流混合させることが可能な半透膜装置の運転方法において、第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度が前記の原水よりも低濃度になるように第一の半透膜ユニットと第二の半透膜ユニットの特定成分の阻止率を変化させることを特徴とする半透膜装置の運転方法。 The raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain the permeated water, and the second semipermeable membrane unit. In the operation method of the semipermeable membrane device capable of refluxing and mixing at least a part of the concentrated water to the raw water of the first semipermeable membrane unit, the specific component concentration of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit is the above-described concentration. A method for operating a semipermeable membrane device, wherein the blocking rate of specific components of the first semipermeable membrane unit and the second semipermeable membrane unit is changed so as to have a lower concentration than the raw water. 前記の阻止率を変化させる方法が、原水流量に対する透過水流量である回収率の制御、または、原水、透過水、および濃縮水から選ばれた少なくとも一種の温度、pH、もしくは流量の制御によることを特徴とする請求項1に記載の半透膜装置の運転方法。 The method for changing the rejection rate is by controlling the recovery rate, which is the permeate flow rate relative to the raw water flow rate, or by controlling at least one temperature, pH, or flow rate selected from raw water, permeate water, and concentrated water. The method of operating a semipermeable membrane device according to claim 1. 第一の半透膜ユニットの回収率をR、特定成分の阻止率をr、第二の半透膜ユニットの回収率をR、特定成分の阻止率をrとするとき、
Figure 2006075667
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の半透膜装置の運転方法。
When the recovery rate of the first semipermeable membrane unit is R 1 , the rejection rate of the specific component is r 1 , the recovery rate of the second semipermeable membrane unit is R 2 , and the rejection rate of the specific component is r 2 ,
Figure 2006075667
The method for operating the semipermeable membrane device according to claim 1, wherein:
前記原水が海水または海水を前処理した塩水であることを特徴とする請求項1または2に記載の半透膜装置の運転方法。 The method of operating a semipermeable membrane device according to claim 1 or 2, wherein the raw water is seawater or salt water pretreated from seawater. 原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得る半透膜装置の運転方法において、第一の半透膜ユニットの特定成分の阻止率をr、第二の半透膜ユニットの特定成分の阻止率をr、原水濃度をC、特定成分の目標透過水濃度をC以下とするとき、
Figure 2006075667
を満たすように第一の半透膜ユニットを構成する半透膜および半透膜の面積を決定し、かつ、運転条件を定めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。
In the operating method of the semipermeable membrane device, the raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain the permeated water. The rejection rate of the specific component of one semipermeable membrane unit is r 1 , the rejection rate of the specific component of the second semipermeable membrane unit is r 2 , the raw water concentration is C F , and the target permeated water concentration of the specific component is C P or less And when
Figure 2006075667
The semipermeable membrane constituting the first semipermeable membrane unit and the area of the semipermeable membrane are determined so as to satisfy the conditions, and the operating conditions are defined. Operation method of the permeable membrane device.
前記特定成分がホウ素であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。 The method for operating a semipermeable membrane device according to claim 1, wherein the specific component is boron. 第一の半透膜ユニットにおける回収率を35%以上45%以下とし、かつ第二の半透膜ユニットにおける回収率を80%以上90%以下とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。 The recovery rate in the first semipermeable membrane unit is 35% or more and 45% or less, and the recovery rate in the second semipermeable membrane unit is 80% or more and 90% or less. Method of semi-permeable membrane device. 原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させることが可能な半透膜装置の運転方法において、式
Figure 2006075667
を満たさない場合は、第二半透膜ユニットの濃縮水を第一の半透膜ユニットの供給水へ環流混合させないことを特徴とする半透膜装置の運転方法。
Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane unit is concentrated. In the operation method of the semipermeable membrane device capable of circulating and mixing at least part of the water with the supply water of the first semipermeable membrane unit,
Figure 2006075667
If the above condition is not satisfied, the concentrated water of the second semipermeable membrane unit is not reflux mixed with the supply water of the first semipermeable membrane unit.
前記原水のTDS濃度が4重量%以上で、かつ、ホウ素濃度が5mg/l以上である、請求項4〜8のいずれかに記載の半透膜装置の運転方法。 The operation method of the semipermeable membrane device according to any one of claims 4 to 8, wherein the TDS concentration of the raw water is 4% by weight or more and the boron concentration is 5 mg / l or more. 原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させることが可能な半透膜装置であって、第二の半透膜ユニットの濃縮水の特定成分濃度が前記の原水よりも低濃度になるように第一の半透膜ユニットと第二の半透膜ユニットの阻止率を変化させることができる機構を有するとともに、式
Figure 2006075667
を満たさない場合には、第二の半透膜ユニットの濃縮水を第一の半透膜ユニットの供給水に環流混合させない機構を有することを特徴とする半透膜装置。
Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane unit is concentrated. A semipermeable membrane device capable of circulating and mixing at least a part of water with the supply water of the first semipermeable membrane unit, wherein the concentration of the specific component of the concentrated water of the second semipermeable membrane unit is the raw water In addition to having a mechanism that can change the blocking rate of the first semipermeable membrane unit and the second semipermeable membrane unit so that the concentration is lower than
Figure 2006075667
The semipermeable membrane device has a mechanism that prevents the concentrated water of the second semipermeable membrane unit from being reflux mixed with the supply water of the first semipermeable membrane unit when the condition is not satisfied.
原水を第一の半透膜ユニットで処理し、その第一の半透膜ユニットによる透過水を第二の半透膜ユニットで処理して透過水を得るとともに、第二半透膜ユニットの濃縮水の少なくとも一部を第一の半透膜ユニットの供給水に還流混合させることが可能な半透膜装置であって、前記第一の半透膜ユニットに総塩濃度3.5重量%、pH7.0、温度25℃の模擬海水を圧力5.5MPaで透過させた場合の純水透過係数が3.0×10−12/m・Pa・s以上、ホウ素透過係数が400×10−9m/s以下の半透膜が用いられていることを特徴とする半透膜装置。 Raw water is treated with the first semipermeable membrane unit, and the permeated water from the first semipermeable membrane unit is treated with the second semipermeable membrane unit to obtain permeated water, and the second semipermeable membrane unit is concentrated. A semipermeable membrane device capable of refluxing and mixing at least part of water with the supply water of the first semipermeable membrane unit, wherein the first semipermeable membrane unit has a total salt concentration of 3.5% by weight, The pure water permeability coefficient is 3.0 × 10 −12 m 3 / m 2 · Pa · s or more when simulated seawater at pH 7.0 and temperature of 25 ° C. is permeated at a pressure of 5.5 MPa, and the boron permeability coefficient is 400 ×. A semipermeable membrane device using a semipermeable membrane of 10 −9 m / s or less.
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