JP2010058080A

JP2010058080A - 海水処理方法及び海水処理装置

Info

Publication number: JP2010058080A
Application number: JP2008228121A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Tanabe; 敬一朗田辺
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】装置の小型化及び低コスト化が可能となり、分離膜の寿命を向上することができる海水の処理方法及び処理装置を提供すること。
【解決手段】海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去工程、及び、前記ＴＥＰ除去工程の後、膜分離により海水を処理する第１の膜分離工程、を有する海水処理方法。ＴＥＰ除去工程は、海水に磁性粒子を添加する工程、該海水中に含まれるＴＥＰ成分に該磁性粒子を付着させる工程、及び、磁気分離部により、磁性粒子に付着したＴＥＰ成分を海水から分離する工程、を有すると好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、海水処理方法及び海水処理装置に関し、特に海水の淡水化に好適に用いられるものである。

海水の淡水化処理には、海水を熱して蒸発させ、再び冷やして真水にする蒸発法と、海水を圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜、ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓＭｅｍｂｒａｎｅ）に通し、海水の塩分を濃縮して捨てて淡水を漉し出す方法とがある。蒸発法はエネルギー効率が悪いため、逆浸透膜を用いる方法に期待がかかっている。

逆浸透膜は濾過膜の一種であり、水を通しイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を持つ。逆浸透膜の孔の大きさは数ナノメートル程度であり、目詰まりしやすい。そのため逆浸透膜を用いる方法では、海水中に含まれる植物性微生物（プランクトン）等の汚染物質を除去するための前処理が必要である。

前処理には種々の方法があるが、精密濾過膜や限外濾過膜等を用いる膜分離や、砂濾過が行われており、特許文献１には砂濾過器を用いた海水淡水化装置が開示されている。海水処理の一例を図１に示す。海中に設置した取水ポンプ１から海水を取水し、取水漕２に貯める。この海水を吸水ポンプ３により砂濾過器４に送り、海水中の懸濁物を除く。砂濾過された海水中に残留する不純物を限外濾過膜５を通して取り除いた後、高圧ポンプ６で加圧して逆浸透膜７に送り、淡水を得る。
特開２００４−２５０１８号公報

上記のような砂濾過器を用いる方法では大量の海水処理が可能となるが、砂濾過器が大型となり、全体として巨大な場所が必要となると共に装置のコストが高くなる。

また、逆浸透膜以外にも、海水中の不純物を除くための処理工程には限外濾過膜や精密濾過膜等さまざまな膜分離工程が含まれる。このような膜分離では、膜の汚れや目詰まりによる性能低下が問題となる。装置を小型化するために分離膜の面積を小さくすると目詰まりが起こりやすくなり、分離膜の寿命が低下する。

そこで本発明は、装置の小型化及び低コスト化が可能となり、分離膜の寿命を向上することができる海水の処理方法及び処理装置を提供することを課題とする。

本発明は、海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去工程、及び、前記ＴＥＰ除去工程の後、海水を膜分離処理する第１の膜分離工程、を有する海水処理方法である。

本発明者らは、海水中に含まれるＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分に着目した。ＴＥＰ成分は海水中に多く存在する透明な粒状有機物であり、大型藻類、植物プランクトン等から浸出する物質である。ＴＥＰ成分は光学顕微鏡で観察が困難であったが、ＴＥＰの主成分である多糖類にアルシアンブルー等特有の染色技術によって可視化、定量化されるようになり認識されるようになってきた。
ＴＥＰ成分は海水中の他の粒子に比べて粘着性が高いため、逆浸透膜や精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜に付着しやすく目詰まりの原因となる。そこであらかじめ海水中からＴＥＰ成分を除去した後、膜分離をすると、膜の目詰まりを防止でき、コンパクトな装置で海水を効率よく処理できることを見いだした。

前記ＴＥＰ除去工程は、海水に磁性粒子を添加する工程、該海水中に含まれるＴＥＰ成分に該磁性粒子を付着させる工程、及び、磁気分離部により、磁性粒子に付着したＴＥＰ成分を海水から分離する工程、とすることが好ましい。ＴＥＰ成分は粘着性が高く磁性粒子に付着しやすい。磁性を帯びたＴＥＰ成分は磁気分離部により効率良く除去される。

ＴＥＰ成分を除去した後、任意の分離膜を用いて海水処理を行う。分離膜として逆浸透膜を用いると、小型の装置で海水の淡水化ができる。

前記第１の膜分離工程で分離膜として逆浸透膜を用いる場合において、ＴＥＰ成分を除去する工程と逆浸透膜を用いる膜分離工程の間に、さらに精密濾過膜を用いた第２の膜分離工程を有することが好ましい。精密濾過膜によってＴＥＰ成分の除去工程で除去しきれなかった懸濁物等を除くことができ、逆浸透膜の目詰まりをさらに防止することができる。

また、前記第１の膜分離工程で分離膜として逆浸透膜を用いる場合に、ＴＥＰ成分を除去する工程と逆浸透膜を用いる膜分離工程の間に、紫外線照射による殺菌工程を行うことが好ましい。これにより、菌体、ウイルスなどの微生物を死活させることができる。殺菌工程と精密濾過膜での膜分離とを組み合わせても良い。この場合、処理の順はどちらが先でもかまわないが、精密濾過膜での膜分離後に殺菌を行う方が効率的である。

さらに、本発明は、海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去部、及び膜分離により海水を処理する第１の膜分離部、を有する海水処理装置を提供する。

前記海水ＴＥＰ除去部は、海水に磁性粒子を添加する磁性粒子供給部と、該磁性粒子と結合した前記ＴＥＰ成分を分離する磁気分離部とを備えることが好ましい。

本発明により、装置の小型化及び低コスト化が可能となり、分離膜の寿命を向上することができる海水の処理方法及び処理装置を提供することができる。特に海水の淡水化処理に有効である。

本発明の海水処理方法について、図２を参照して説明する。海中に設置した取水ポンプ２１から海水を取水し、磁性粒子供給部２２に供給する。磁性粒子供給部２２では海水中に磁性粒子２３が添加される。その後、磁性粒子供給部内を攪拌して磁性粒子２３を分散させ、海水と磁性粒子２３とを混合することで、海水中に含まれるＴＥＰ成分に磁性粒子２３を付着させる。

磁性粒子は、平均粒径１μｍ〜５０μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍとする。磁性粒子の平均粒径をこの範囲にすることで、磁性粒子がＴＥＰ成分に付着しやすくなる。磁性粒子としては、鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性金属の単体または合金、あるいはこれらの酸化物が好適に用いられる。特に、鉄酸化物（マグネタイト）はＴＥＰ成分に含まれる水酸基と相互作用しやすく、ＴＥＰ成分を効率良く付着できる。

磁性粒子を混合させた海水を、吸水ポンプ２４によって磁気分離部２５に送る。磁気分離部２５は磁気フィルタ２６と、該磁気フィルタを磁化する電磁石２７とを備えている。電磁石２７は超電導線のコイルを含む超電導磁石とすると好ましい。超電導線として高温超電導線材（Ｂｉ−２２２３系銀シース線材、Ｒｅ系薄膜線材等）を用い、高温超電導コイルとすることが好ましい。この磁気分離マグネットシステムは、冷媒を用いない（冷媒フリー）冷凍機冷却型システムとしても良いし、液体窒素を用いた液体窒素冷却又は液体窒素過冷却システムとしてもよい。

このように、超電導磁石を用いて磁気分離を行うと、超電導磁石が強い磁界を発生させ、磁気フィルタの周りに強い磁場が形成される。そのため、海水中に分散している磁性粒子が磁気フィルタに強固に付着し、海水と磁性粒子とを分離できる。磁気フィルタに付着した磁性粒子は、その後磁気フィルタを減磁することで取り除くことができる。超電導磁石を用いると励磁と減磁を高速で行えるため、磁気フィルタの洗浄に要する時間を短縮でき、分離処理効率を高めることができる。また磁気フィルタを複数枚並べて使用すると分離処理効率を更に高めることができる。

磁気フィルタは、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性体で形成することが好ましい。これらの強磁性体を主成分とする細線をメッシュ状に編んでフィルタを形成する。フィルタの孔面積は０．５ｍｍ^２〜１００ｍｍ^２が好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ^２から２５ｍｍ^２である。

海水中に含まれるＴＥＰ成分は、磁性粒子と共に磁気フィルタに付着し、海水から除去される。ＴＥＰ成分はヨウ素やアルシアンブルー等の色素で染色されるるため、磁気フィルタから回収した海水を染色することでＴＥＰ成分が除去されたことを確認できる。

ＴＥＰ成分を除去した後の海水は、精密濾過膜２８を通った後、高圧ポンプ２９により加圧して逆浸透膜３０に送られる。精密濾過膜としては任意の濾過膜を使用できるが、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔質膜を用いると好ましい。ＰＴＦＥ多孔質膜は機械的強度、耐薬品性に優れるためである。特に孔径が０．１μｍ〜１０μｍで厚さが５μｍ〜５００μｍ程度のＰＴＦＥ膜は効率よく不純物を除去でき好ましい。なお、ＴＥＰ成分を除去した後の海水を直接逆浸透膜３０に送っても良い。

さらに、精密濾過膜２８での濾過を行った後、限外濾過膜（図示しない）を設置しても良い。限外濾過膜としては、孔径が２ｎｍ〜０．１μｍの任意の濾過膜を使用できる。

磁気分離部２５と精密濾過膜２８との間、又は精密濾過膜２８と逆浸透膜３０との間に紫外線ランプを設置して紫外線照射による殺菌を行っても良い。紫外線殺菌によって海水の殺菌、微生物の分解を行うことができ、逆浸透膜中で菌や微生物が繁殖するのを防ぐことができる。

逆浸透膜としては、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホンなど任意の膜を使用することができる。また大量の海水を処理するためには高い圧力に耐えられる構造とすることが好ましく、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラー膜、等の構造とする。

本発明の海水処理装置は、上記の海水処理方法を行うための装置であり、海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去部３１と、海水を膜分離処理する第１の膜分離部３２とを有する。この他に、海水処理装置には、海水を取水するための取水ポンプ２１や、精密濾過膜２８を有する第２の膜分離部３３などを含んでも良い。

ＴＥＰ除去部３１には、海水に磁性粒子を添加する磁性粒子供給部２２と磁気分離部２５とを有する。それぞれの機能は、本発明の海水処理方法で説明した通りである。ＴＥＰ成分が除去された海水は第１の膜分離部３２に送られる。第１の膜分離部３２には、逆浸透膜３０が設けられ、逆浸透膜３０を用いて海水が膜分離処理される。

ＴＥＰ除去部３１と第１の膜分離部３２との間には、さらに、第２の膜分離部を設けても良い。またＴＥＰ除去部３１と第１の膜分離部３２との間に、紫外線照射による殺菌を行うための紫外線照射部を設けても良い。紫外線照射部には、紫外線ランプ等を設置する。さらに、ＴＥＰ除去部３１と第１の膜分離部３２との間に、処理した海水を一時的に保存するための貯留槽を設けても良い。

以上の説明は本発明の一実施形態であり、本発明の範囲を限定するものではない。例えば海水をバラスト水として取水した後、排水する際にバラスト水中の浄化処理のために膜分離を行う場合にも、前処理として海水中のＴＥＰ成分を予め除去することで、分離膜の目詰まりを防止して寿命を向上できる。

従来の海水処理装置を示す概略図である。本発明の海水処理装置を示す概略図である。

符号の説明

１取水ポンプ
２取水漕
３吸水ポンプ
４砂濾過器
５精密濾過膜
６高圧ポンプ
７逆浸透膜
２１取水ポンプ
２２磁性粒子供給部
２３磁性粒子
２４吸水ポンプ
２５磁気分離部
２６磁気フィルタ
２７電磁石
２８精密濾過膜
２９高圧ポンプ
３０逆浸透膜
３１ＴＥＰ除去部
３２第１の膜分離部
３３第２の膜分離部

Claims

海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去工程、及び、前記ＴＥＰ除去工程の後、海水を膜分離処理する第１の膜分離工程、を有する海水処理方法。
前記ＴＥＰ除去工程は、海水に磁性粒子を添加する工程、該海水中に含まれるＴＥＰ成分に該磁性粒子を付着させる工程、及び、磁気分離部により、磁性粒子に付着したＴＥＰ成分を海水から分離する工程、を有する、請求項１に記載の海水処理方法。
前記第１の膜分離工程は、逆浸透膜を用いた淡水化処理工程である、請求項１又は２に記載の海水処理方法。
前記ＴＥＰ除去工程と前記第１の膜分離工程の間に、さらに精密濾過膜を用いた第２の膜分離工程を有する、請求項３に記載の海水処理方法。
前記ＴＥＰ除去工程と前記第１の膜分離工程の間に、さらに紫外線照射による殺菌工程を有する、請求項３又は請求項４に記載の海水処理方法。
海水からＴＥＰ（ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＥｘｏｐｏｌｙｍｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓ）成分を除去するＴＥＰ除去部、及び海水を膜分離処理する第１の膜分離部、を有する、海水処理装置。
前記海水ＴＥＰ除去部は、海水に磁性粒子を添加する磁性粒子供給部と、該磁性粒子と結合した前記ＴＥＰ成分を分離する磁気分離部とを備える、請求項６に記載の海水処理装置。