JP2009273973A - 膜処理による海水淡水化システム - Google Patents

Abstract

【課題】膜処理による海水淡水化システムに於いて、電解水生成装置から生成する強酸性水を逆浸透膜の洗浄に使用すると共に、電解水生成装置から同時に生成する強アルカリ水を膜循環系としての分岐流路に流送・添加して逆浸透膜によりホウ素を除去し、ホウ素濃度を飲料水基準以下に低減させる技術を提供する。
【解決手段】分岐流路２８ａに流入し前処理した海水２５に、強アルカリ水路を経由して流入した電解水生成装置３１からの強アルカリ水を排水路３２に放出することなく注入・混合し、ポンプ２８により逆浸透膜２９に圧送する。このとき強アルカリ水により前処理された海水２５のｐＨ値を９．０〜９．５に上昇させかつ調整して、処理する海水に含有するホウ素をホウ酸イオンの形態にする。ホウ素をホウ酸イオンの形態にすることにより逆浸透膜２９でろ過可能な大きさの粒子となり、逆浸透膜２９でホウ素を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解水生成装置から生成する強酸性水を逆浸透膜の洗浄に使用すると共に、電解水生成装置から同時に生成する強アルカリ水を膜循環系としての分岐流路に流送・添加して逆浸透膜によりホウ素を除去し、ホウ素濃度を飲料水基準以下に低減させることを特徴とする膜処理による海水淡水化システムに関する。

この種の従来の技術に於ける一つの例としては、特開２００３−１０３２５９の公開特許公報に開示された濾過装置及び逆浸透膜の洗浄方法に係る技術がある。
これについて説明すれば、図３に示すように１は濾過装置、２は直線状又はＵ字形状等に束ねられ一端を樹脂等で連結固定し中空糸状に形成された図示しない逆浸透膜と逆浸透膜が収納された容器体２ａを有する逆浸透膜モジュールである。容器体２ａは密閉構造をとり、原水の流入側及び透過水、濃縮水の排出側には図示しない管口が開口され、各々後述の原水流路、透過水流路、濃縮水流路が接続される。原水は逆浸透膜モジュール２内において、逆浸透膜を逆浸透により透過した透過水と逆浸透膜を透過されなかった濃縮水とに分離される。４は原水を逆浸透膜モジュール２に流入させる前に粒子等を取り除く精密フィルタ、４ａは精密フィルタ４で除去される粒子等を排出する精密フィルタ用排出路、４ｂは精密フィルタ用排出路に配設された排出用開閉弁である。精密フィルタ用排出路４ａから粒子とともに排出される原水の量は、排出用開閉弁４ｂの開度を調節することにより、任意に設定することができる。５は図示しない原水供給口から原水供給弁５ａ及び精密フィルタ４を介して逆浸透膜モジュール２に接続された原水流路、６は原水流路５の精密フィルタ４の上流側に配設され原水を送水するフィードポンプ、７は原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側に配設され逆浸透膜モジュール２に流入する原水を加圧する高圧ポンプである。高圧ポンプ７により原水が加圧されることで、原水は逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜により逆浸透された透過水と逆浸透されなかった濃縮水とに分離される。分離される透過水と濃縮水の流量比は、逆浸透膜モジュール２の透過水の出口側及び濃縮水の出口側に流量調整弁を設け、この流量調整弁により設定される。８は原水流路５の逆浸透膜モジュール２の上流側に配設された逆洗用下流側三方弁、９は逆浸透膜モジュール２を透過した透過水が貯水される透過水タンク、９ａは透過水タンク９に貯水された透過水を図示しない他の系統等に送水するための透過水送水流路、９ｂは透過水送水流路９ａに配設された透過水送水用開閉弁、１０は逆浸透膜モジュール２と透過水タンク９を接続する透過水流路、１１は逆浸透膜モジュール２から透過水流路１０側に排出された透過水が後述の透過水流路用三方弁を介して排出される透過水排出用三方弁、１１ａは透過水流路１０に配設され透過水タンク９側と透過水排出用三方弁１１側とに透過水の流路を切り換える透過水流路用三方弁、１２は逆浸透膜モジュール２により濃縮された濃縮水が貯水される濃縮水タンク、１２ａは濃縮水タンク１２に貯水された濃縮水を図示しない他の系統等に送水するための濃縮水送水流路、１２ｂは濃縮水送水流路１２ａに配設された濃縮水送水用開閉弁、１３は逆浸透膜モジュール２と濃縮水タンク１２を接続する濃縮水流路、１４は濃縮水流路１３に配設された濃縮水排出用三方弁、１５は強酸性水を貯水する強酸性水タンク、１６は一端部が透過水タンク９に接続され他端部が後述の強酸性水生成部に接続され、透過水タンク９に貯水された透過水を強酸性水生成部に供給する透過水供給路、１６ａは透過水供給路１６に配設され後述のバイパス路が接続された供給路用三方弁、１７は強酸性水を生成し強酸性水タンク１５に供給する強酸性水生成部、１８は一端部が原水流路５に配設された注入用三方弁１８ａに接続され原水流路５を介して逆浸透膜モジュール２に連通し、他端部が強酸性水タンク１５に接続され強酸性水タンク１５を介して強酸性水生成部１７に連通した強酸性水注入流路である。強酸性水タンク１５に貯水された強酸性水は強酸性水注入流路１８から注入用三方弁１８ａを介して原水流路５を通って逆浸透膜モジュール２へ注入される。１９は強酸性水供給路１６と強酸性水注入流路１８をバイパスして接続するバイパス路、２０は強酸性水注入流路１８に配設されバイパス路１９が接続されたバイパス用三方弁、２１は逆洗用下流側三方弁８と透過水供給路１６とを接続する逆洗用バイパス路、２１ａは透過水供給路１６に配設され逆洗用バイパス路２１が接続された逆洗用上流側三方弁、２２は逆洗用バイパス路２１に配設された逆洗ポンプ、２３は透過水流路１０と透過水供給路１６とを接続する循環用バイパス路、２４は透過水供給路１６に配設され循環用バイパス路２３が接続された循環用三方弁である。

また、従来の技術に於ける他の例としては、図４に示す強酸性水を利用して膜を洗浄する浄水製造システムがある。
これについて説明すれば、２５は海水で構成される。この海水２５は海水流路２５ａからポンプ２６により圧送されてフィルタ又は精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）２７で海水の前処理が行われる。そして、前処理された海水２５は分岐流路２８ａを経由してポンプ２８で圧送され膜２９で処理され、淡水化され処理水路２９ａを経由して処理水タンク３０に貯留され、飲料水や雑用水の使用に供される。
ところで、当該２９はこの膜を洗浄する海水淡水化システムの駆動頻度に応じて主に微生物により侵食されその機能が果たせなくなるときがある。そのため、この膜を洗浄する海水淡水化システムに搭載した電解水生成装置３１は処理水路２９ａからポンプ２９ｄで流入された処理水を電解水に生成する。そして、例えば強酸性水路３１ａを経由してｐＨ値が２．７以下の強酸性水を使用して前記膜２９の表面を洗浄し、微生物を除去するものである。そして前記電解水生成装置３１は強アルカリ水を生成しており、この電解水生成装置３１を動作させると該強アルカリ水が強アルカリ水路３１ｂを経由して排水路３２に排出される。ここで、前記海水２５にはホウ素が存在しており、海水２５をアルカリ水にすべくアルカリ剤２５ｂを投入していた。尚、図中３３はバルブである。
特開２００３−１０３２５９号公開特許公報

従来の技術に於ける一つの例によれば、強酸性水生成部１７を備え、生成された強酸性水を強酸性水注入流路１６により逆浸透膜モジュール２に注入し、逆浸透膜モジュール２内を除菌できるので、強酸性水の強力な除菌力により逆浸透膜表面に繁殖したバクテリア等を不活性化させ除去することができ、また強酸性水により原水中のカルシウム分等のスケールを逆浸透膜に堆積する前に溶解させ除去することができる。
しかしながら当該従来の技術に於ける一つの例によれば、強酸性水の利用でもって、逆浸透膜のジュール２内を除菌する機能であり、該強酸性水生成部１７で生成された強酸性水のｐＨ値は１．８〜３．５の範囲に設定され処理する原水のｐＨ値を９．０から９．５にすることができず、逆浸透膜モジュール２においてホウ素除去を行うことができないという問題点があった。
また、従来の技術に於ける他の例によれば、膜を洗浄する海水淡水化システムであって、
海水２５には高濃度の例えば４（ｍｇ／Ｌ）〜７（ｍｇ／Ｌ）程度のホウ素が包含されており、上述した逆浸透膜２９では飲料水の基準濃度の１（ｍｇ／Ｌ）以下まで処理することができない。ここでホウ素は小さな元素であり逆浸透膜２９を透過しやすいのでアルカリ剤２５ｂでｐＨ値を高めて海水２５を例えばｐＨ９．０〜９．５のアルカリ化することでホウ酸イオンの形態とし、膜２９で分離できるようになり、膜２９の膜処理水のホウ酸濃度を１（ｍｇ／Ｌ）以下に設定する技術である。
しかしながら当該システムはアルカリ剤２５ｂの投入手段備え、システムを複雑にし、実用に供しないという問題点が存在した。
また当該システムに於けるアルカリ剤２５ｂの投入手段では実際問題において海水２５をｐＨ９．０〜９．５でのアルカリ化を促進することは合理的に容易ではなく、海水の淡水化が不十分であるという問題点があった
また、当該システムには電解水生成装置３１を備え、水の電解作用により例えばｐＨ値１１以上の強アルカリ水を生成するが、これを有効活用せず排水路３２に放出し資源が浪費されるという問題点があった。

本発明に係る膜処理による海水淡水化システムは叙上の問題点を解決すべく発明したものであって、電解水生成装置から生成される強アルカリ水を排水路に排水することなく、処理する海水に混合して例えば逆浸透膜により海水に含有したホウ素を除去することを目的としたものであり、次の構成、手段から成立する。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、海水と、該海水の前処理を行うフィルタ（膜）と、該フィルタ（膜）から流送した前処理された海水を膜処理しかつ膜循環系としての分岐流路に有した各種の膜と、膜処理された海水を処理水として貯留する処理水タンクとから構成されるシステムに於いて、該システムに備えた電解水生成装置で生成された強酸性水及び強アルカリ水を前記分岐流路に流送・添加しかつ前記膜循環系としての分岐流路内の前処理された海水のｐＨ値を９．０ないし９．５に設定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明に於いて、前記各種の膜は逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成されたことを特徴とする。

本発明に係る膜処理による海水淡水化システムは、叙上の構成、作用を有するので次の効果がある。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、海水と、該海水の前処理を行うフィルタ（膜）と、該フィルタ（膜）から流送した前処理された海水を膜処理しかつ膜循環系としての分岐流路に有した各種の膜と、膜処理された海水を処理水として貯留する処理水タンクとから構成されるシステムに於いて、該システムに備えた電解水生成装置で生成された強酸性水及び強アルカリ水を前記分岐流路に流送・添加しかつ前記膜循環系としての分岐流路内の前処理された海水のｐＨ値を９．０ないし９．５に設定したことを特徴とする膜処理による海水淡水化システムを提供する。
このような構成としたので、電解水生成装置から生成される強アルカリ水を分流流路や処理水路等の膜循環路又は膜循環系に流送・添加することにより、別のアルカリ剤投入手段を備えることなくホウ素濃度を飲料水基準の１（ｍｇ／Ｌ）以下まで処理することができるという効果がある。また、システム内の排水経路に排出した強アルカリ水を廃棄することなくシステム内で利用でき資源の有効活用が図れるという効果がある。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、逆浸透膜（ＲＯ膜）を採用したのでホウ酸イオンを該逆浸透膜（ＲＯ膜）により迅速に分離可能となる効果がある。

以下、本発明に係る膜処理による海水淡水化システムの実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係る膜処理による海水淡水化システムに於ける実施の形態を示す結線図である。
図２は本発明に係る膜処理による海水淡水化システムに備えた電解水生成装置の動作原理を示す説明図である。

２５は海水である。この海水２５は高濃度の例えば４（ｍｇ／Ｌ）〜７（ｍｇ／Ｌ）程度のホウ素が包含されており、海水流路２５ａからポンプ２６により圧送されてフィルタ又は精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）２７で海水の前処理が行われる。そして、前処理された海水２５はフィルタ流路２７ａ及び分岐流路２８ａを経由してポンプ２８で圧送され膜例えば逆浸透膜（ＲＯ膜）２９で膜処理され、処理水路２９ａ及びバルブ２９ｂを経由して処理水タンク３０に貯留され、飲料水や雑用水の使用に供される。

ここで、精密ろ過膜（MF膜）は分離粒径が0.01（μm）以上の粒子を分離するもので、水中の懸濁物質、細菌類、藻類又は原虫類などを除去対象としていて浄水用に用いられる。またこれに代えて限外ろ過膜（UF膜）及びナノろ過膜（NF膜）が逆浸透膜（RO膜）の前処理として用いられる場合もある。また、限外ろ過膜（UF膜）は分子量1000〜300000の粒子を分離するもので、水中の懸濁物質、細菌類、藻類、原虫類又はウイルスなどを除去対象としていて浄水用に用いられる。またナノろ過膜（NF膜）はその分子量が最大数百の粒子を分離するもので、水中の懸濁物質、細菌類、藻類、原虫類、ウイルス、農薬、カルシウムイオン、又はマグネシウムイオンなどを除去対象としていて浄水用に用いられ
用いられる。また逆浸透膜（RO膜）は分子量が数十の粒子を分離するもので、水中の懸濁物質、細菌類、藻類、原虫類、ウイルス、農薬、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、塩素イオン又はナトリウムイオンなどを除去対象としていて浄水用又は海水淡水化用に用いられる。

また、前記分岐流路２８ａは排水路３２に接続され、この排水路３２はバルブ３２ａを備え、これの開閉調節により各種の膜、特に逆浸透膜（ＲＯ膜）２９で処理された海水の排水量を制御する。そして前記逆浸透膜（ＲＯ）２９で処理された処理水は処理水路２９ａを流過しバルブ２９ｂで制御され処理水タンク３０に流送される。

ところで本発明に係る膜処理による海水淡水化システムには電解水生成装置３１を備えており処理水が前記処理水路２９ａから分岐流路２９ｃを経て該電解水生成装置３１に導入される。該電解水生成装置３１は図２に示す動作によって、強アルカリ水や強酸性水を生成し、強酸性水路３１ａ及び強アルカリ水路３１ｂを経て強アルカリ水と強酸性水を分岐流路２８ａに流送・添加する。

ここで、図２に基づき、前記電解水生成装置３１の動作原理を説明する。該電解水生成装置３１はその内部に陽極３１Ａと陰極３１Ｂを有し、略中央部分に隔膜３１Ｃを備えている。そして、海水２５が前記各種の膜２９で処理されたとき、これがいわゆる処理済海水２５Ａであり、例えばこれが食塩水（ＮａＣｌ）で構成されると、電解水生成装置３１の内部は前記隔膜３１Ｃで区分されて形成される各室に食塩水（ＮａＣｌ）が充満される。そして、陽極３１Ａと陰極３１Ｂ間に電源３１Ｄを印加すると食塩水（ＮａＣｌ）が電気分解する。該電解水生成装置３１の動作により電解水生成装置３１の強酸性電解水は次の化学反応を行う。Ｈ_２Ｏ→１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻、２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻、Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯとなり、該電解水生成装置３１内の陽極３１Ａ側に強酸性水が生成される。該電解水生成装置３１内の陰極３１Ｂ側に強アルカリ水が生成される。そこで該電解水生成装置３１は強酸性水及び強アルカリ水を外部に放出する。また電解水生成装置３１は生成スイッチを備え、上記各強酸性水や強アルカリ水を生成するときＯＮ／ＯＦＦを操作する。そして生成された各強酸性水や強アルカリ水は本体の一部に設けた吐水口から取り出す。この生成された各強酸性水や強アルカリ水の生成水量は生成量設定スイッチを操作することにより前述した分岐流路２８ａに流送・添加する。

ところで、当該逆浸透膜２９はこの膜を洗浄する海水淡水化システムの駆動頻度に応じて主に微生物により侵食されその機能が果たせなくなるときがある。そのため、この膜を洗浄する海水淡水化システムに搭載した電解水生成装置３１から例えば強酸性水路３１ａを経由してｐＨ値が２．７以下の強酸性水を使用して前記逆浸透膜２９の表面を洗浄し、微生物を除去するものである。逆浸透膜２９の表面を洗浄を行うときは、バルブ２９ｂを閉止してバルブ３２ａの開度を調節し、ポンプ２８により強酸性水を循環系としての分岐流路２８ａ内及び逆浸透膜内を循環させる。逆浸透膜２９を洗浄した排水は排水路３２から放出する。

次に本発明に係る膜処理による海水淡水化システムの実施の形態に基づきその作用等を説明する。
海水２５は、海水流路２５ａを経てポンプ２６に流送される。該ポンプ２６は海水２５に接続されたフィルタ流路２７ａを経て海水２５をフィルタ（膜）２７に圧送する。このフィルタ（膜）２７で海水２５の前処理を行う。ここでこのフィルタ（膜）２７は、例えば前述した精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等で構成される。この海水２５は、例えばｐＨ値が８．０ないし８．５であって、高濃度の例えば４（ｍｇ／Ｌ）〜７（ｍｇ／Ｌ）程度のホウ素が包含されており、海水２５の淡水化処理を行うときはバルブ３２ａの開度を調節しバルブ２９ｂを開放する。分岐流路２８ａに流入した海水２５に、強アルカリ水路３１ｂを経由して流入した電解水生成装置３１からの例えばｐＨ値が１１以上の強アルカリ水を排水路３２に放出することなく注入・混合し、ポンプ２８により逆浸透膜２９に圧送する。このとき強アルカリ水により前処理された海水２５のｐＨ値を例えば９．０〜９．５に上昇させかつ調整して、処理する海水に含有するホウ素をホウ酸イオンの形態にする。ホウ素をホウ酸イオンの形態にすることにより逆浸透膜２９でろ過可能な大きさの粒子となり、逆浸透膜２９でホウ素を除去する。ホウ素が除去され淡水化されかつ膜処理された海水は処理水路２９ａを流過して処理タンク３０に貯留される。そして膜処理された海水はホウ素濃度を水道水のホウ素濃度基準値つまり１（ｍｇ／Ｌ）以下に設定することができる。
また、逆浸透膜２９によりホウ酸イオン等の海水の含有物が濃縮された排水すなわち濃縮水はバルブ３２ａ及び排水路３２を流過して排出する。
また、処理水路２９ａからバルブ２９ｂ及びポンプ２９ｄを介して分岐流路２９ｃを経て処理済海水２５Ａが前記電解水生成装置３１に流送される。
当該膜処理による海水淡水化システムは、電解水生成装置３１の強アルカリ水を用いることにより、アルカリ剤投入手段を設ける必要がないので、システムを簡素化することができる。
上述した電解水生成装置３１により生成した強酸性水や強アルカリ水を膜循環系としての分岐流路２９ｃに流送し又は添加する場合、その量や時間条件は本システム内に設置した逆浸透膜（ＲＯ膜）２９の面積や厚さ等寸法や各種の設計条件及び膜循環系内の分岐流路２８ａ内のｐＨ値を所定値の保持する条件によって決定される。
尚、強酸性水や強アルカリ水の流送・添加手段は予めコンピュータ等で制御された自動化システムとしてもよい。

本発明に係る膜処理による海水淡水化システムに於ける実施の形態を示す結線図である。 本発明に係る膜処理による海水淡水化システムに備えた電解水生成装置の動作原理を示す説明図である。 従来の技術に於ける第１の例であって、濾過装置及び逆浸透膜の洗浄システム例を示す結線図である。 従来の技術に於ける第２の例であって、強酸性水を利用して膜を洗浄する浄水製造システム例示す結線図である。

符号の説明

２５ 海水
２５Ａ 処理済海水
２５ａ 海水流路
２６ ポンプ
２７ フィルタ又は精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）
２７ａ フィルタ流路
２８ ポンプ
２８ａ 分岐流路
２９ 逆浸透膜（ＲＯ膜）
２９ａ 処理水路
２９ｂ バルブ
２９ｃ 分岐流路
２９ｄ ポンプ
３０ 処理水タンク
３１ 電解水生成装置
３１Ａ 陽極
３１Ｂ 陰極
３１Ｃ 隔膜
３１Ｄ 電源
３１ａ 強酸性水路
３１ｂ 強アルカリ水路
３２ 排水路
３２ａ バルブ

Claims (2)

1. 海水と、該海水の前処理を行うフィルタ（膜）と、該フィルタ（膜）から流送した前処理された海水を膜処理しかつ膜循環系としての分岐流路に有した各種の膜と、膜処理された海水を処理水として貯留する処理水タンクとから構成されるシステムに於いて、該システムに備えた電解水生成装置で生成された強酸性水及び強アルカリ水を前記分岐流路に流送・添加しかつ前記膜循環系としての分岐流路内の前処理された海水のｐＨ値を９．０ないし９．５に設定したことを特徴とする膜処理による海水淡水化システム。
2. 前記各種の膜は逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成されたことを特徴とする膜処理による海水淡水化システム。

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