JP2012020266A - 海水淡水化前処理用分離膜、海水淡水化前処理装置、海水淡水化装置および海水淡水化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理に用いられる海水淡水化前処理用分離膜であって、一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値として定義される標準流束Aが、2m/d以上であると共に、下式で示される糖類除去率Bまたは粒状カーボン除去率Cが、0.3以上、望ましくは0.5以上である海水淡水化前処理用分離膜。
糖類除去率B=(1−濾過水中の糖類量/原水中の糖類量)
粒状カーボン除去率C=(1−濾過水中のPOC/原水中のPOC)
但し、POC:懸濁体有機炭素量(全有機炭素量と溶存有機炭素量との差)
【選択図】図1
Description
糖類除去率B=(1−濾過水中の糖類量/原水中の糖類量)
粒状カーボン除去率C=(1−濾過水中のPOC/原水中のPOC)
逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理に用いられる海水淡水化前処理用分離膜であって、
一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値として定義される標準流束Aが、2m/d以上であると共に、
下式で示される糖類除去率Bが、0.3以上である
ことを特徴とする海水淡水化前処理用分離膜である。
糖類除去率B=(1−濾過水中の糖類量/原水中の糖類量)
前記糖類除去率Bが0.5以上であることを特徴とする請求項1に記載の海水淡水化前処理用分離膜である。
逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理に用いられる海水淡水化前処理用分離膜であって、
一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値として定義される標準流束Aが、2m/d以上であると共に、
下式で示される粒状カーボン除去率Cが、0.3以上である
ことを特徴とする海水淡水化前処理用分離膜である。
粒状カーボン除去率C=(1−濾過水中のPOC/原水中のPOC)
但し、POC:懸濁体有機炭素量(全有機炭素量と溶存有機炭素量との差)
前記粒状カーボン除去率Cが0.5以上であることを特徴とする請求項3に記載の海水淡水化前処理用分離膜である。
前記海水淡水化前処理用分離膜が、ポリテトラフルオロエチレン製であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜である。
前記海水淡水化前処理用分離膜の孔径が、1μm以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜である。
d=4Bγ/P
前記海水淡水化前処理用分離膜が、親水化加工されてないことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜である。
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜が濾過膜として用いられていることを特徴とする海水淡水化前処理装置である。
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜を用いた前処理手段の後に、精密濾過膜または限外濾過膜を用いた前処理手段が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の海水淡水化前処理装置である。
請求項8または請求項9に記載の海水淡水化前処理装置と、
逆浸透膜を用いた脱塩処理装置と
を有することを特徴とする海水淡水化装置である。
請求項8または請求項9に記載の海水淡水化前処理装置を用いて濾過された原水を、
逆浸透膜法を用いて脱塩処理すること
を特徴とする海水淡水化方法である。
はじめに、本実施の形態の海水淡水化前処理用分離膜について説明する。図1は本実施の形態の分離膜を説明する図である。図1(a)は当該分離膜を平面的に見た模式図である。
流束は、一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値を求め、標準流束Aとする。
次に、除去率の測定方法について説明する。除去率は、一般的には糖類除去率で評価されるが、測定の簡便さの観点から、糖類除去率に替えて、粒状カーボン除去率で評価することもできる。
糖類除去率は、
糖類除去率=1−濾過水中の糖類量/原水中の糖類量
で表され、糖分分析により濾過水中の糖類量および原水中の糖類量を測定する。
粒状カーボン除去率は、
粒状カーボン除去率=1−濾過水中のPOC/原水中のPOC
で表され、濾過水中および原水中のPOCは、以下の手順で算定される。
ロ.試料を孔径0.1μmのフィルタで濾過する(これにより、POCが100%除去
され、濾過水にはDOCのみが残る。)
ハ.濾過水中に含まれるDOCをTOC計で測定する。
ニ.測定したTOCとDOCから
POC=TOC−DOC
によりPOCを算定する。
次に、海水淡水化装置について説明する。図2に示す海水淡水化装置は、前処理装置11と前処理した海水を脱塩する脱塩装置10とから構成されている。図中の矢印は処理対象である水の流れを表し、前処理装置11の前段にはポンプが配置されている。
前処理装置11は、前記した構成の分離膜を備えている。前述の分離膜のみでの1段濾過で構成しても良く、また、前記した構成の分離膜を備えた第1の前処理装置と、UF膜による限外濾過やMF膜による精密濾過を行う第2の前処理装置との2段濾過として前処理装置を構成してもよい。1段濾過でも充分糖類除去の効果があり、前処理装置全体の膜面積を少なくすることができる点で効果的であるが、2段濾過にすることでさらに他の除去対象物を含めた濾過の程度を向上させることができる。
脱塩装置10は、孔径が1〜2nm程度の逆浸透膜を備えている。脱塩装置10は、逆浸透膜がスパイラル型やチューブラー型に構成されたものであってもよいし、中空糸膜から構成されたものであってもよいが、大量の海水を処理するための構造とすることが必要である。
本実施例では、粒状カーボン除去率を用いて、分離膜の評価を行っている。
海水を原水として本発明の分離膜を備えた親水TT方式の前処理装置を用いて濾過した。ここで、親水TT方式とは、本発明に使用するフィブリル構造を有した膜を用いた処理方式を命名したものであり、表面に親水ポリマーを架橋固定して親水化加工した膜(PTFE製LF膜)を「親水TT膜」と呼び、TTはTEP Trapの頭文字から命名されたものである。後述する「疎水TT方式」は、親水化加工を施さない疎水性の膜を用いた場合(アルコールによる親水化処理は最初に行う)の方式を呼ぶ。
フィブリル構造を有するPTFE製の中空糸膜(ポアフロン(登録商標) タイプ:TBW−2311−200)を設けた中空糸膜モジュールを用いた。この中空糸膜モジュールの詳細は以下の通りである。
中空糸膜:本数 360本
有効長 1000mm
中空糸外径 2.3mm
中空糸内径 1.1mm
中空糸膜厚さ 600μm
孔径 2.0μm(平均の粒子阻止率90%以上)
気孔率 70%
ここで、気孔率=100×{1−(中空糸樹脂体積cc)/中空糸嵩体積cc)}
中空糸樹脂体積=中空糸重量g/PTFE密度
中空糸嵩体積=中空糸断面積cm3×長さcm
圧力:50kPaの圧力の下で濾過を行った。
(1)測定方法
イ.流束の測定
一定時間にメスシリンダに溜まる濾過水量により流束を測定した。
燃焼触媒酸化方式のTOC計(全有機体炭素計)、島津製作所社製、タイプTOC−Vcを用いて粒状カーボン除去率を測定した。なお、参考としてシリカ、アルミニウム、鉄についても分析を行った。
イ.流束
流束は、10m/dであった。
測定結果を表1に示す。
本実施例では、糖類除去率を用いて、分離膜の評価を行っている。
1.濾過
静岡県静岡市沿岸の海水を原水として本発明の分離膜を備えた親水TT方式および疎水TT方式の前処理装置を用いて濾過した。なお、比較のため2μmメッシュの金網を用いて濾過した。以下の測定以外は実施例1と同様である。
(1)糖類除去率の測定
糖分分析によりTOCおよびガラクトース、グルコースについて除去率の測定を行った。具体的には以下の手順で分析を行った。
試料980mL(ミリリットル)を数回に分けて凍結乾燥を行い、水を用いて洗い込み正確に100mLとした。
調整した試料1mLと4mol/Lトリフルオロ酢酸1mLを混合し、減圧封管後、100℃で3時間加熱し、加水分解を行った。
室温まで放冷後、遠心エバポレータにて溶剤を留去し、水1mLを正確に加えて超音波を照射した。
この溶液を、イオン交換樹脂入りフィルターユニット(0.45μm)に入れ、1分間遠心分離(10000rpm)を行い、試料溶液とした。
アラビノース、グルコース、ガラクトース、フルクトース、マンノース、およびラムノース、各々10mgに水を加えて正確に50mLとした。この溶液5mLを正確にとり、水を加えて正確に50mLとし、標準溶液とした。標準溶液を水で正確に希釈し、標準溶液1(各約0.2μg/mL)、標準溶液2(各約1μg/mL)、標準溶液3(各約5μg/mL)を調整した。
糖分析計 :日本ダイオネクス製 ICS−3000
検出器 :電気化学検出器
カラム :CarboPacPA10(4mmI.D×250mm)
カラム温度:25℃付近一定温度
移動相A:10mmol/L水酸化ナトリウム溶液
移動相B:200mmol/L水酸化ナトリウム溶液
グラジエント条件は、表2に示す。
表3に結果を示す。
糖類除去率B = ( 1 − 濾過水中の糖類量 / 原水中の糖類量 )
海水中の糖類:0.021+0.031=0.052ppm
親水TT濾過液中:0.012+0.022=0.034ppm
疎水TT濾過液中:0.006+0.012=0.018ppm
よって、
親水TTの糖類除去率B=(1−0.034/0.052)=0.34
疎水TTの糖類除去率B=(1−0.018/0.052)=0.65
2 細孔
3 細繊維
10 脱塩装置
11 前処理装置
Claims (11)
- 逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理に用いられる海水淡水化前処理用分離膜であって、
一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値として定義される標準流束Aが、2m/d以上であると共に、
下式で示される糖類除去率Bが、0.3以上である
ことを特徴とする海水淡水化前処理用分離膜。
糖類除去率B=(1−濾過水中の糖類量/原水中の糖類量)) - 前記糖類除去率Bが0.5以上であることを特徴とする請求項1に記載の海水淡水化前処理用分離膜。
- 逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理に用いられる海水淡水化前処理用分離膜であって、
一定流束で濾過を行い、初期30分の平均膜間差圧P1と、120分経過以降30分間の平均膜間差圧P2との間で、P2≦1.5×P1を満足することができる流束の最高値として定義される標準流束Aが、2m/d以上であると共に、
下式で示される粒状カーボン除去率Cが、0.3以上である
ことを特徴とする海水淡水化前処理用分離膜。
粒状カーボン除去率C=(1−濾過水中のPOC/原水中のPOC)
但し、POC:懸濁体有機炭素量(全有機炭素量と溶存有機炭素量との差) - 前記粒状カーボン除去率Cが0.5以上であることを特徴とする請求項3に記載の海水淡水化前処理用分離膜。
- 前記海水淡水化前処理用分離膜が、ポリテトラフルオロエチレン製であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜。
- 前記海水淡水化前処理用分離膜の孔径が、1μm以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜。
- 前記海水淡水化前処理用分離膜が、親水化加工されてないことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜が濾過膜として用いられていることを特徴とする海水淡水化前処理装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の海水淡水化前処理用分離膜を用いた前処理手段の後に、精密濾過膜または限外濾過膜を用いた前処理手段が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の海水淡水化前処理装置。
- 請求項8または請求項9に記載の海水淡水化前処理装置と、
逆浸透膜を用いた脱塩処理装置と
を有することを特徴とする海水淡水化装置。 - 請求項8または請求項9に記載の海水淡水化前処理装置を用いて濾過された原水を、
逆浸透膜法を用いて脱塩処理すること
を特徴とする海水淡水化方法。
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