JP2013086021A - 海水淡水化方法及び海水淡水化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、有機性廃水が生物処理されて得られる生物処理水を第1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第1透過水及び第1濃縮水を得、前記第1濃縮水を希釈水として海水に混合して混合水を得、該混合水を第2逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第2透過水及び第2濃縮水を得る第1工程と、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給して該第1逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する第2工程とを備えてなることを特徴とする海水淡水化方法を提供する。
【選択図】図1
Description
前記第1逆浸透膜装置で得られる第1濃縮水は、海水より塩濃度が低いことから、該第1濃縮水を希釈水として海水と混合することで得られる混合水も、海水より塩濃度が低い。よって、所定の量の浄化水たる淡水を得るべく逆浸透膜装置に混合水を圧送するのに必要なエネルギーは、逆浸透膜装置に海水を圧送するのに必要なエネルギーに比して小さいため、斯かる海水淡水化方法及び海水淡水化装置によれば、得られる浄化水の単位量当たりにおける圧送に必要なエネルギーを抑制することができるという利点がある。
また、斯かる海水淡水化方法及び海水淡水化装置によれば、生物処理水を前記第1逆浸透膜装置でろ過処理することにより、第1逆浸透膜装置から得られる第1透過水を浄化水として得ることができるという利点もある。
バイオファウリングは、前記第1RO膜の膜面を通過する際の水の抵抗(流路抵抗)を増加させる要因となる。従って、前記第1RO膜でバイオファウリングが進行した状態において、バイオファウリングが生じる前と同じ流束で浄化水を得るには、生物処理水を前記第1RO膜に送水するための圧力を増加させる必要があり、その結果、多大なエネルギー(動力)が必要となる。さらには、該第1逆浸透膜装置の第1RO膜エレメントに多大な流路抵抗が生じた状態で第1逆浸透膜装置に生物処理水を送ると、該第1RO膜エレメントに負荷がかかり、該第1RO膜エレメントの第1RO膜が損傷するおそれがある。また、前記第1RO膜でバイオファウリングが進行した状態において、バイオファウリングが生じる前と同じ圧力で生物処理水を第1逆浸透膜装置に供給すると、得られる浄化水たる透過水の流束が小さくなるという問題がある。
斯かる問題を解消するには、前記第1RO膜を洗浄したり、バイオファウリングを抑制することが考えられるが、洗浄のために使用する薬品(アルカリ、酸、酸化剤、還元剤等)やバイオファウリング抑制剤(塩素系化合物等)の分のコストがかかり、また、洗浄等のために第1逆浸透膜装置を停止することとなって所望の量の浄化水を得ることができなくなるという問題がある。また、前記第1逆浸透膜装置を停止することで、海水を希釈するための第1濃縮水を得ることができなくなるため、海水から第2逆浸透膜装置を用いてエネルギー効率良く浄化水たる第2透過水を得ることができないという問題がある。
有機性廃水が生物処理されて得られる生物処理水を第1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第1透過水及び第1濃縮水を得、前記第1濃縮水を希釈水として海水に混合して混合水を得、該混合水を第2逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第2透過水及び第2濃縮水を得る第1工程と、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給して該第1逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する第2工程とを備えてなることを特徴とする海水淡水化方法にある。
さらに、斯かる海水淡水化方法によれば、海水及び生物処理水を逆浸透膜装置でろ過処理することにより、浄化水たる透過水を得ることができる。
即ち、斯かる海水淡水化方法によれば、生物処理水及び海水を用いて浄化水を得つつ、バイオファウリングを抑制し得る。
また、斯かる海水淡水化方法において、前記第2工程で、生物処理水を供給する供給口側から前記第3濃縮水を排出すれば、生物が付着しやすい、第1RO膜の供給口側の部分に、海水よりも塩濃度が高い第3濃縮水が接し得るため、該第1RO膜のバイオファウリングをより一層抑制することができるという利点がある。
有機性廃水が生物処理されて得られる生物処理水を第1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第1透過水及び第1濃縮水が得られ、前記第1濃縮水を希釈水として海水に混合して混合水が得られ、該混合水を第2逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第2透過水及び第2濃縮水が得られるように構成され、更に、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給して該第1逆浸透膜装置の逆浸透膜が洗浄されるように構成されていることを特徴とする海水淡水化装置にある。
まず、第1実施形態に係る海水淡水化装置について説明する。
図1に示すように、第1実施形態の海水淡水化装置10は、有機性廃水Bを生物処理して生物処理水を得る生物処理槽11と、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有し且つ生物処理水をろ過処理により除濁して第1除濁処理水を得る第1除濁装置12と、第1除濁処理水を加圧する第1加圧部13aと、加圧された第1除濁処理水を生物処理水としてろ過処理して浄化水Cたる第1透過水及び第1濃縮水を得る第1逆浸透膜装置14aと、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有し且つ海水Aをろ過処理により除濁して第2除濁処理水を得る第2除濁装置15と、海水Aとしての第2除濁処理水及び第1濃縮水を混合して混合水を得る混合部16と、混合水を加圧する第2加圧部13bと、加圧された混合水をろ過処理する第2逆浸透膜装置14bとを備えている。
即ち、第1実施形態の海水淡水化装置10は、有機性廃水Bが生物処理槽11で生物処理され、生物処理水が第1除濁装置12で除濁され、第1除濁処理水が第1加圧部13aで加圧され、加圧された第1除濁処理水が生物処理水として第1逆浸透膜装置14aでろ過処理されて浄化水Cたる第1透過水及び第1濃縮水が得られ、海水Aが第2除濁装置15でろ過処理され、海水Aとしての第2除濁処理水及び第1濃縮水が混合部16で混合されて混合水が得られ、混合水が第2加圧部13bで加圧され、加圧された混合水が第2逆浸透膜装置14bでろ過処理されるように構成されている。
本明細書において、海水Aは、海に存在する水に限定されず、塩濃度が1.0質量%以上の水であれば、湖(塩湖、汽水湖)の水、沼水、池水等の陸に存在する水も含む。
前記有機性廃水Bとしては、下水(生活廃水、雨水が下水道に流れた水等)、工業廃水(食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場から排出される廃水)等が挙げられる。
また、第1実施形態の海水淡水化装置10は、前記第1工程の実施時に、有機性廃水Bが生物処理槽11に移送され、第1除濁処理水が供給口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、第1透過水が透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第1濃縮水が濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて混合部16に移送され、海水Aが第2除濁装置15に移送され、第2除濁処理水が混合部16に移送され、混合水が第2逆浸透膜装置14bに移送され、淡水たる第2透過水が第2逆浸透膜装置14b外に排出されて浄化水Eとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第2濃縮水Dが第2逆浸透膜装置14b外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
また、第1実施形態の海水淡水化装置10は、前記第2工程の実施時に、海水Aとしての第2除濁処理水が濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、淡水たる第3透過水が透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第3濃縮水Dが供給口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
また、第1実施形態の海水淡水化装置10は、必要に応じて、第1逆浸透膜装置14aへの第1除濁処理水の供給を停止しても、有機性廃水Bを生物処理槽11で生物処理し、得られる生物処理水を第1除濁装置12で除濁処理することができるように、第1除濁処理水を貯留する貯留槽(図示せず)を備えている。また、第1実施形態の海水淡水化装置10は、必要に応じて、前記第1工程で、該貯留槽(図示せず)に貯留された第1除濁処理水が第1逆浸透膜装置14aに供給されるように構成されている。なお、第1実施形態の海水淡水化装置10は、該貯留槽を備えず、第2工程で、生物処理水から第1除濁装置12により第1除濁処理水を得、第1除濁処理水を系外に排出するように構成されてもよい。
次に、第2実施形態に係る海水淡水化装置及び海水淡水化方法について説明する。
なお、第1実施形態と重複する説明は省略し、各部の名称及び図番は第1実施形態のものを適宜援用し、第2実施形態で特に説明がないものは、第1実施形態で説明したものと同じ内容とする。
図4に示すように、第2実施形態の海水淡水化装置10は、有機性廃水Bを生物処理して生物処理水を得る生物処理槽11と、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有し且つ生物処理水をろ過処理により除濁して第1除濁処理水を得る第1除濁装置12と、第1除濁処理水を加圧する第1加圧部13aと、加圧された第1除濁処理水を生物処理水としてろ過処理して浄化水Cたる第1透過水及び第1濃縮水を得る第1逆浸透膜装置14aと、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有し且つ海水Aをろ過処理により除濁して第2除濁処理水を得る第2除濁装置15と、海水Aとしての第2除濁処理水及び第1濃縮水を混合して混合水を得る混合部16と、混合水を加圧する第2加圧部13bと、加圧された混合水をろ過処理する第2逆浸透膜装置14bとを備えている。
即ち、第2実施形態の海水淡水化装置10は、有機性廃水Bが生物処理槽11で生物処理され、生物処理水が第1除濁装置12で除濁され、第1除濁処理水が第1加圧部13aで加圧され、加圧された第1除濁処理水が生物処理水として第1逆浸透膜装置14aでろ過処理されて浄化水Cたる第1透過水及び第1濃縮水が得られ、海水Aが第2除濁装置15でろ過処理され、海水Aとしての第2除濁処理水及び第1濃縮水が混合部16で混合されて混合水が得られ、混合水が第2加圧部13bで加圧され、加圧された混合水が第2逆浸透膜装置14bでろ過処理されるように構成されている。
また、第2実施形態の海水淡水化装置10は、前記第1工程の実施時に、有機性廃水Bが生物処理槽11に移送され、第1除濁処理水が供給口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、第1透過水が透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第1濃縮水が濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて混合部16に移送され、海水Aが第2除濁装置15に移送され、第2除濁処理水が混合部16に移送され、混合水が第2逆浸透膜装置14bに移送され、淡水たる第2透過水が第2逆浸透膜装置14b外に排出されて浄化水Eとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第2濃縮水Dが第2逆浸透膜装置14b外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
また、第2実施形態の海水淡水化装置10は、前記第2工程の実施時に、海水Aとしての混合水が濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、淡水たる第3透過水が透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第3濃縮水Dが供給口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
また、第2実施形態の海水淡水化装置10は、必要に応じて、第1逆浸透膜装置14aへの第1除濁処理水の供給を停止しても、有機性廃水Bを生物処理槽11で生物処理し、得られる生物処理水を第1除濁装置12で除濁処理することができるように、第1除濁処理水を貯留する貯留槽(図示せず)を備えている。また、第2実施形態の海水淡水化装置10は、必要に応じて、前記第1工程で、該貯留槽(図示せず)に貯留された第1除濁処理水が第1逆浸透膜装置14aに供給されるように構成されている。なお、第2実施形態の海水淡水化装置10は、該貯留槽を備えず、第2工程で、生物処理水から第1除濁装置12により第1除濁処理水を得、第1除濁処理水を系外に排出するように構成されてもよい。
また、前記混合水の塩濃度は、0.8M以下が好ましく、0.6M以下がより好ましい。
ここで、供給水中に存在する生物について説明する。生物を耐塩性で分類すると、高度好塩性生物と、中度好塩性生物と、低度好塩性生物と、非好塩性生物とに分かれる。高度好塩性生物は、至適増殖NaCl濃度が2.5Mを超える生物である。中度好塩性生物は、至適増殖NaCl濃度が0.5Mを超えて2.5M以下であり、様々な含塩試料から分離される細菌が該当する。低度好塩性生物は、至適増殖NaCl濃度が0.2Mを超えて0.5M以下であり、例えば、海洋性の高等生物や細菌が該当する。非好塩性生物は、至適増殖NaCl濃度が0Mを超えて0.2M以下であり、多くの高等生物や土壌細菌が該当する。
図7に示すように、海水混合比が0%の場合、即ち、供給水が生物処理水由来の濃縮水のみ(濃縮水100%)の場合、供給水の塩濃度は0.02Mである。海水混合比が20%の場合、即ち、供給水が海水20%で濃縮水80%の場合、供給水の塩濃度は0.12Mである。海水混合比が40%の場合、即ち、供給水が海水40%で濃縮水60%の場合、供給水の塩濃度は0.24Mである。海水混合比が60%の場合、即ち、供給水が海水60%で濃縮水40%の場合、供給水の塩濃度は0.36Mである。海水混合比が80%の場合、即ち、供給水が海水80%で濃縮水20%の場合、供給水の塩濃度は0.50Mである。海水混合比が100%の場合、即ち、供給水が海水のみ(海水100%)の場合、供給水の塩濃度は0.60Mである。
従って、前記混合水の塩濃度が上記好ましい範囲となることにより、海水淡水化に要するエネルギーを低減しつつ、バイオファウリングを十分に抑制することができる。
次に、第3実施形態に係る海水淡水化装置及び海水淡水化方法について説明する。
なお、第1、第2実施形態と重複する説明は省略し、各部の名称及び図番は第1、第2実施形態のものを適宜援用し、第3実施形態で特に説明がないものは、第1、第2実施形態で説明したものと同じ内容とする。
図8に示すように、第3実施形態に係る海水淡水化装置10は、生物処理槽11と、第1除濁装置12と、第1除濁処理水を加圧する第1加圧部13aと、第1逆浸透膜装置14aと、第2除濁装置15と、混合部16と、第2加圧部13bと、第2逆浸透膜装置14bとを備えている。
そして、第3実施形態の海水淡水化装置10は、有機性廃水Bが生物処理槽11で生物処理され、生物処理水が第1除濁装置12で除濁され、第1除濁処理水が第1加圧部13aで加圧され、加圧された第1除濁処理水が生物処理水として第1逆浸透膜装置14aでろ過処理されて浄化水Cたる第1透過水及び第1濃縮水が得られ、海水Aが第2除濁装置15でろ過処理され、海水Aとしての第2除濁処理水及び第1濃縮水が混合部16で混合されて第1混合水が得られ、第1混合水が第2加圧部13bで加圧され、加圧された第1混合水が第2逆浸透膜装置14bでろ過処理されるように構成されている。
また、第3実施形態の海水淡水化装置10は、前記第1工程の実施時に、有機性廃水Bが生物処理槽11に移送され、第1除濁処理水が生物処理水として第1供給口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、第1透過水が第1透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第1濃縮水が第1濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて混合部16に移送され、海水Aが第2除濁装置15に移送され、海水Aとしての第2除濁処理水が混合部16に移送され、第1混合水が第2濃縮水排出口から第2逆浸透膜装置14bに移送され、淡水たる第3透過水が第2透過水排出口から第2逆浸透膜装置14b外に排出されて浄化水Eとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第3濃縮水Dが第2供給口から第2逆浸透膜装置14b外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
また、第3実施形態の海水淡水化装置10は、前記第2工程の実施時に、有機性廃水Bが生物処理槽11に移送され、第1除濁処理水が生物処理水として第2供給口から第2逆浸透膜装置14bに移送され、第2透過水が第2透過水排出口から第2逆浸透膜装置14b外に排出されて浄化水Eとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第2濃縮水が第2濃縮水排出口から第2逆浸透膜装置14b外に排出されて混合部16に移送され、海水Aが第2除濁装置15に移送され、第2除濁処理水が海水Aとして混合部16に移送され、第2混合水が第1濃縮水排出口から第1逆浸透膜装置14aに移送され、淡水たる第4透過水が第1透過水排出口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて浄化水Cとして浄化水貯留槽(図示せず)に移送され、第4濃縮水Dが第1供給口から第1逆浸透膜装置14a外に排出されて濃縮水貯留槽(図示せず)に移送されるように構成されている。
さらに、第3実施形態の海水淡水化装置10は、各移送径路に介装されたバルブを備えている。具体的には、第3実施形態の海水淡水化装置10は、前記バルブとして、前記第1移送経路17a、前記第2移送経路17b、前記第3移送経路17c、及び前記第4移送経路17dにそれぞれ介装された第1バルブ18a、第2バルブ18b、第3バルブ18c、及び第4バルブ18dを備えている。
このように、第3実施形態の海水淡水化装置10は、前記バルブ機構によって各バルブを開閉するように構成されていることから、前記第1工程と前記第2工程とを交互に実施することができる。
尚、第1、第2、第3実施形態の海水淡水化方法及び海水淡水化装置は、上記構成を有するものであるが、本発明の海水淡水化方法及び海水淡水化装置は、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
Claims (4)
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、
有機性廃水が生物処理されて得られる生物処理水を第1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第1透過水及び第1濃縮水を得、前記第1濃縮水を希釈水として海水に混合して混合水を得、該混合水を第2逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第2透過水及び第2濃縮水を得る第1工程と、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給して該第1逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する第2工程とを備えてなることを特徴とする海水淡水化方法。 - 前記第1逆浸透膜装置には、生物処理水を供給する供給口が備えられてなり、前記第2工程では、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給し前記供給口側から排出することで、前記第1逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する請求項1に記載の海水淡水化方法。
- 前記第2工程では、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給し前記1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第3透過水及び第3濃縮水を得ることで、前記第1逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する請求項1又は2に記載の海水淡水化方法。
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するための海水淡水化装置であって、
有機性廃水が生物処理されて得られる生物処理水を第1逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第1透過水及び第1濃縮水が得られ、前記第1濃縮水を希釈水として海水に混合して混合水が得られ、該混合水を第2逆浸透膜装置でろ過処理して浄化水たる第2透過水及び第2濃縮水が得られるように構成され、更に、海水を前記第1逆浸透膜装置に供給して該第1逆浸透膜装置の逆浸透膜が洗浄されるように構成されていることを特徴とする海水淡水化装置。
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