JP2013202456A - 淡水の製造方法及び淡水の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーの回収が可能な淡水の製造方法及び淡水の製造装置を提供する。
【解決手段】淡水の製造方法は、原水Ａと、原水Ａよりも塩濃度の低い希釈水ＢとをＦＯ膜装置１３に供給し、ろ過処理により原水Ａに希釈水Ｂを混合させて混合水を得る工程と、混合水をＲＯ膜装置１７に供給し、ろ過処理により淡水Ｄを製造する工程とを備え、混合水を得る工程では、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いる。淡水の製造装置１０ｃは、原水Ａと、原水Ａよりも塩濃度の低い希釈水Ｂとが供給され、ろ過処理により原水Ａに希釈水Ｂを混合させて混合水を得るためのＦＯ膜装置１３と、混合水が供給され、ろ過処理により淡水を製造するためのＲＯ膜装置１７とを備え、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いるように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、淡水の製造方法及び淡水の製造装置に関し、例えば、逆浸透膜を用いた逆浸透膜装置によるろ過によって海水を淡水化する淡水の製造方法及び淡水の製造装置に関する。

近年、地球温暖化等により雨が局所的に若しくは短時間に降ってしまい水資源が地理的若しくは時間的に偏在してしまうことや、林業衰退や森林伐採等により山間部の保水力が低下してしまうこと等により、水資源を安定的に確保することが難しいという問題がある。

水資源を安定的に確保すべく、有効利用されていない無機性廃水を希釈水として海水に混合し、混合により得られた混合水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理することで、海水を淡水化する海水淡水化方法及び海水淡水化装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１０−１８８３４４号公報

本発明者は、上記特許文献１のような淡水を製造する方法及び装置において、さらなるエネルギーを回収するという課題に着目した。すなわち、本発明は、エネルギーの回収が可能な淡水の製造方法及び淡水の製造装置を提供することを課題とする。

本発明者が淡水を製造する方法及び装置においてさらなるエネルギーを回収する手段を鋭意研究した結果、逆浸透膜装置に供給水を圧送するために要するポンプの動力を低減するために、原水に希釈水を混合して塩濃度を低減した混合水を用いているが、その混合水を得る際に正浸透膜装置を用いることにより、この正浸透膜装置で発生する正浸透圧エネルギーを回収できることを見出して、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の淡水の製造方法は、原水と、該原水よりも塩濃度の低い希釈水とを正浸透膜装置に供給し、ろ過処理により原水に希釈水を混合させて混合水を得る工程と、該混合水を逆浸透膜装置に供給し、ろ過処理により淡水を製造する工程とを備え、該混合水を得る工程では、正浸透膜装置において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いる。

本発明の淡水の製造装置は、原水と、該原水よりも塩濃度の低い希釈水とが供給され、ろ過処理により原水に希釈水を混合させて混合水を得るための正浸透膜装置と、混合水が供給され、ろ過処理により淡水を製造するための逆浸透膜装置とを備え、正浸透膜装置において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いるように構成されている。

本発明の淡水の製造方法及び淡水の製造装置によれば、正浸透膜装置により原水よりも塩濃度が低減された混合水を得、この混合水を逆浸透膜装置でろ過処理することにより淡水を製造する方法及び装置において、正浸透膜装置で原水に発生し、混合水に加えられた正浸透圧エネルギーを動力源として回収することができる。したがって、本発明は、エネルギーの回収が可能な淡水の製造方法及び淡水の製造装置を提供することができる。

上記淡水の製造方法において好ましくは、上記動力源が、混合水を加圧するための動力である。

上記淡水の製造装置において好ましくは、上記動力源が、混合水を加圧するための動力として用いるように構成されている。

これにより、逆浸透膜装置に供給する混合水を圧送するために要するポンプの動力を低減できるため、淡水を製造するために要するエネルギーを低減できる。

上記淡水の製造方法において好ましくは、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水を逆浸透膜装置に供給する。

上記淡水の製造装置において好ましくは、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水を逆浸透膜装置に供給するように構成されている。

これにより、正浸透膜装置で加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを、他のエネルギーに変換せずに、混合水を逆浸透膜装置に供給するための加圧エネルギーに利用できるため、エネルギーの損失を低減できる。このため、逆浸透膜装置に混合水を圧送するために要するポンプの動力をより低減することができるので、淡水を製造するために要するエネルギーをより低減できる。

上記淡水の製造方法において好ましくは、正浸透膜装置において生成される濃縮水、及び／または、逆浸透膜装置において生成される濃縮水を含む。

上記淡水の製造装置において好ましくは、原水が、正浸透膜装置において生成される濃縮水、及び／または、逆浸透膜装置において生成される濃縮水を含むように構成されている。

これにより、原水の取水量を低減できるので、これに伴う動力を低減して淡水を製造できる。

上記淡水の製造方法において好ましくは、原水として、海水を用いる。

上記淡水の製造装置において好ましくは、原水として、海水を用いるように構成されている。

これにより、原水を容易に取得できる。

以上のように、本発明によれば、エネルギーの回収が可能な淡水の製造方法及び淡水の製造装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における淡水の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態２における淡水の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態３における淡水の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態４における淡水の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態１〜４の変形例１における淡水の製造装置の一部を示す模式図である。 本発明の実施の形態１〜４の変形例２における淡水の製造装置の一部を示す模式図である。 本発明の実施の形態３の変形例３における淡水の製造装置の模式図である。 本発明の実施の形態３の変形例４における淡水の製造装置の模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態における淡水の製造装置１０ａについて説明する。本実施の形態の淡水の製造装置１０ａは、逆浸透（ＲＯ）膜を用いたＲＯ膜装置１７によるろ過処理によって海水などの原水を淡水化する装置である。

淡水の製造装置１０ａは、第１ポンプ１１と、第２ポンプ１２と、正浸透（ＦＯ）膜装置１３と、水力発電機１４と、タンク１５と、第３ポンプ１６と、逆浸透（ＲＯ）膜装置１７とを備えている。ＦＯ膜装置１３は、第１ポンプ１１を介して海水供給部と配管等により接続されているとともに、第２ポンプ１２を介して希釈水供給部と配管等により接続されている。ＦＯ膜装置１３において混合水が排出される排出部は、水力発電機１４と配管等により接続されている。水力発電機１４は、タンク１５と配管等により接続されている。タンク１５は、第３ポンプ１６を介してＲＯ膜装置１７と配管等により接続されている。

第１ポンプ１１は、原水Ａを加圧して、ＦＯ膜装置１３に供給する。原水Ａは、特に限定されず、例えば、無機塩、糖類、水可溶性低沸点気体、磁性体微粒子、アルコール等の有機溶質等を溶解させた高浸透圧溶液、海水などが挙げられ、海水であることが好ましい。海水は、海に存在する水に限定されず、湖（塩湖、汽水湖）の水、沼水、池水等の陸に存在する水、鹹（かん）水などを含む。

第２ポンプ１２は、希釈水Ｂを加圧して、ＦＯ膜装置１３に供給する。希釈水Ｂは、原水Ａよりも塩濃度が低ければ特に限定されず、例えば、下水放流水等の有機性廃水、無機性廃水、原水Ａよりも塩濃度が低い海水などが挙げられる。

なお、後述するＦＯ膜装置１３で正浸透により原水Ａと希釈水Ｂとが混合されるので、原水Ａ及び希釈水Ｂは加圧されていなくてもよい。このため、第１及び第２ポンプ１１、１２は、省略されてもよい。ただし、ＦＯ膜装置１３で得られる正浸透圧エネルギーを高める観点から、淡水の製造装置１０ａは第１及び第２ポンプ１１、１２を備えていることが好ましい。

ＦＯ膜装置１３は、加圧された原水Ａ及び希釈水Ｂが供給され、ＦＯ膜を用いたろ過処理により、原水Ａに希釈水Ｂを混合させて混合水を得る。つまり、ＦＯ膜装置１３において、ＦＯ膜を介して海水と希釈水とを接触させて、正浸透により、塩濃度が低い希釈水に含まれる水の少なくとも一部を、相対的に塩濃度が高い原水Ａに移動させる。このとき、希釈水Ｂ中の所定の不純物（廃水成分等）はＦＯ膜を透過しないので、所定の不純物が除去された希釈水Ｂが原水Ａに混合される。ＦＯ膜装置１３により、ＦＯ膜を透過した透過水たる希釈水と原水とが混合された混合水と、ＦＯ膜を透過しなかった希釈水である濃縮水Ｃとが生成される。

このＦＯ膜装置１３は、例えば、原水Ａと希釈水Ｂとを仕切るように配置されるＦＯ膜と、このＦＯ膜を収容する圧力容器とを有している。ＦＯ膜は、例えば、水分子または水イオンのみを透過させる膜である。このようなＦＯ膜は、ナノろ過膜（ＮＦ膜）を含む概念である。

ＦＯ膜装置１３において、相対的に塩濃度が高い原水Ａと、相対的に塩濃度が低い希釈水Ｂとを、ＦＯ膜を介して接触させることで、原水に正浸透圧エネルギーが発生し、混合水に正浸透圧エネルギーが加えられる。言い換えると、ＦＯ膜装置１３において原水に希釈水が混合されることで、流量を増加させて、混合水の動力エネルギーを増加させる。さらに言い換えると、ＦＯ膜装置１３において、原水Ａの正浸透圧エネルギーが混合水の動力エネルギーに変換される。
ここで、動力エネルギーとは、流量と圧力との積（流量×圧力）であり、混合水の動力エネルギーとは、混合水の流量とその圧力との積で求められる。
ＦＯ膜装置１３において発生する原水の正浸透圧エネルギー、つまり、ＦＯ膜装置１３において加えられる混合水の正浸透圧エネルギーを、動力源として回収する。本実施の形態では、水力発電機１４は、正浸透圧エネルギーを電力に変換する。水力発電機１４は、例えば、タービンと、発電機とを有する。

タンク１５は、水力発電機１４でエネルギーを使った混合水を貯留する。なお、タンク１５は省略されてもよい。

第３ポンプ１６は、タンク１５に貯留された混合水を加圧する。第３ポンプ１６は、高圧ポンプである。本実施の形態では、混合水は水力発電機１４でエネルギーを消費しているので、後述するＲＯ膜装置１７で逆浸透作用が生じるように混合水を加圧する。

ＲＯ膜装置１７は、加圧された混合水が供給され、この混合水を、ＲＯ膜を用いたろ過処理により、透過水たる淡水Ｄと、濃縮水Ｅとに分離する。ＲＯ膜装置１７は、例えば、ＲＯ膜と、このＲＯ膜を収容する圧力容器とを有している。本明細書におけるＲＯ膜は、ナノろ過膜（ＮＦ膜）を含む概念である。

なお、原水Ａの流路において、第１ポンプ１１の前に、除濁装置等が配置されていてもよい。同様に、希釈水Ｂの流路において、第２ポンプ１２の前に、除濁装置等が配置されていてもよい。除濁装置は、ＦＯ膜よりも粗いろ過、即ち、ＦＯ膜で分離するよりも粗い不純物（例えば固形物質等）を除去するためのＦＯ膜装置１３の前処理装置である。

続いて、図１を参照して、本実施の形態における淡水の製造方法について説明する。本実施の形態の淡水の製造方法は、図１に示す淡水の製造装置１０ａを用いて、ＲＯ膜を用いたＲＯ膜装置１７によるろ過処理によって原水Ａを淡水化する方法である。

まず、原水Ａを第１ポンプ１１で加圧する。原水Ａに加える圧力は特に限定されないが、ＦＯ膜装置１３において混合水に加えられる正浸透圧エネルギー、つまり、混合水の動力エネルギーを大きくする観点から、原水Ａと希釈水Ｂとの浸透圧差の半分の値近傍になるように原水Ａを加圧することが好ましい。なお、この工程は省略されてもよい。

また、原水Ａよりも塩濃度の低い希釈水Ｂを第２ポンプ１２で加圧する。希釈水Ｂに加える圧力は特に限定されないが、希釈水ＢがＦＯ膜装置１３を通過する程度の圧力を加える。なお、この工程は省略されてもよい。

なお、原水Ａ及び希釈水ＢをＦＯ膜装置１３に供給する工程に先立って、原水Ａ及び／または希釈水Ｂ中に含まれる、ＦＯ膜で分離するよりも粗い不純物（例えば固形物質等）を除去する工程を実施することが好ましい。

次に、原水Ａと、原水Ａよりも塩濃度の低い希釈水ＢとをＦＯ膜装置１３に供給し、ろ過処理により原水Ａに希釈水Ｂを混合させて混合水を得る。このとき、希釈水Ｂ中の所定の不純物はＦＯ膜を透過しないので、所定の不純物が除去された希釈水Ｂが原水Ａに混合される。この工程により、ＦＯ膜を透過した透過水たる希釈水と、原水とが混合され、かつ正浸透圧エネルギーが加えられた混合水と、ＦＯ膜を透過しなかった希釈水である濃縮水Ｃとが生成される。言い換えると、この工程により、ＦＯ膜を透過した希釈水と、原水とが混合され、流量が増して、動力エネルギーが増加した混合水と、ＦＯ膜を透過しなかった濃縮水Ｃとが生成される。このため、この工程を実施すると、原水Ａに正浸透圧エネルギーが発生し、混合水に正浸透圧エネルギーが加えられる。
なお、濃縮水Ｃは、処理設備に移送されてもよく、放流されてもよい。

次に、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いる。具体的には、正浸透圧エネルギーが加えられ、動力エネルギーが増加した混合水を用いて、水力発電機１４で発電を行って、電気エネルギーに変換する。この工程で得られた電気エネルギーの用途は特に限定されず、淡水の製造装置１０ａのいずれかのポンプの動力源として用いてもよく、あるいは、淡水の製造装置１０ａと別に送電してもよいが、淡水の製造装置１０ａのいずれかのポンプの動力として用いることが好ましく、後述する混合水を加圧するための第３ポンプ１６の動力に用いることがより好ましい。

次に、エネルギーを使用した後の混合水を、タンク１５に貯留させる。なお、この工程は、省略されてもよい。

次に、混合水を第３ポンプ１６で加圧する。混合水に加える圧力は特に限定されないが、ＲＯ膜装置１７で透過水たる淡水Ｄを分離可能な程度に、混合水に圧力を加える。

次に、加圧された混合水をＲＯ膜装置１７に供給し、ろ過処理により淡水Ｄを製造する。この工程では、逆浸透作用により、透過水たる淡水Ｄと、濃縮水Ｅとに分離する。淡水Ｄは、製造対象物である。濃縮水Ｅは、処理設備に移送されてもよく、放流されてもよい。

ここで、淡水Ｄの製造方法において、具体的条件の一例を挙げる。原水Ａが塩濃度３．５％の海水であり、希釈水Ｂが塩を含まない廃水であり、原水Ａと希釈水Ｂとの流量比が、原水Ａの流量：ＦＯ膜を透過した希釈水の流量＝１：１になるような値である場合を想定する。すなわち、混合水の流量は原水Ａの約２倍であり、混合水の塩濃度は原水Ａの約０．５倍、つまり約１．７５％である。この場合、第１ポンプ１１の圧力は例えば１．５ＭＰａであり、第２ポンプ１２の圧力は例えば１０ｋＰａであり、第３ポンプ１６の圧力は例えば３．５ＭＰａであり、ＲＯ膜装置１７における透過水の回収率は６０％で運転可能となる。その結果、ＦＯ膜装置１３を用いて混合水Ａと希釈水Ｂとを混合しない特許文献１の場合と比較して、本実施の形態では、ポンプ全体の消費動力（単位動力比）を低減することが可能となるという知見を本発明者は得ている。

なお、本実施の形態の淡水Ｄの製造方法において、必要に応じて、ファウリング防止剤を混合水に加える工程などを適宜実施してもよい。

以上説明したように、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ａによれば、ＦＯ膜装置１３により原水Ａと希釈水Ｂとを混合し、この混合水からＲＯ膜装置１７により淡水Ｄを製造するとともに、ＦＯ膜装置１３において混合水に加えられる正浸透圧エネルギー（ＦＯ膜装置１３において混合水の動力エネルギーに変換された正浸透圧エネルギー）を動力源として用いている。即ち、原水Ａにそれよりも塩濃度の低い希釈水Ｂを混合する際に、ＦＯ膜装置１３を用いているので、ＦＯ膜装置１３において正浸透圧エネルギーが発生して、混合水の流量が原水よりも増して、混合水の動力エネルギーを増やすことができる。この混合水に加えられた正浸透圧エネルギー（混合水が有する動力エネルギー）を利用することにより、淡水Ｄを製造する際に、正浸透圧エネルギーを回収することができる。

また、原水Ａにそれよりも塩濃度の低い希釈水Ｂを混合することにより、ＲＯ膜装置１７に供給する混合水の塩濃度を低減できるので、第３ポンプ１６に要するエネルギーを低減できる。このため、淡水Ｄを製造するためのエネルギーを低減できる。

さらに、ＦＯ膜装置１３を用いて原水Ａと希釈水Ｂとを混合するので、希釈水Ｂ中の所定の不純物はＦＯ膜を透過しないため、希釈水Ｂ中の所定の不純物をあらかじめ取り除いて、混合水を得ることができる。このため、混合水中の不純物が低減されるので、この混合水をＲＯ膜装置１７により淡水Ｄと濃縮水Ｅとに膜分離する際に、ＲＯ膜でのファウリングを抑制することができる。このため、第３ポンプ１６の動力の経時上昇を低減できる。また、ＲＯ膜装置１７で排出される濃縮水Ｅの水質の低下を抑制できるので、濃縮水Ｅの再利用を可能にするとともに、濃縮水Ｅの排出量を低減することができる。

また、本実施の形態では、ＦＯ膜装置１３から排出される混合水の全てをＲＯ膜装置１７に供給して、混合水の全てを淡水Ｄの製造に用いている。このため、淡水Ｄを効率よく製造することができる。
なお、本発明は、混合水の全てをＲＯ膜装置１７に供給する態様に限定されず、混合水の略全てをＲＯ膜装置１７に供給する態様（混合水のわずかな量をＲＯ膜装置１７の供給前に排出する態様）であってもよく、混合水の一部をＲＯ膜装置１７に供給する態様であってもよい。ただし、淡水Ｄを効率よく製造する観点から、好ましくは混合水の略全て、より好ましくは混合水の全てをＲＯ膜装置１７に供給することが好ましい。

また、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ａにおいて好ましくは、ＦＯ膜装置１３において加えられる混合水の正浸透圧エネルギーを電力に変換し、得られた電力をＲＯ膜装置１７に供給する前の第３ポンプ１６の動力として用いる。これにより、ＲＯ膜装置１７に混合水を圧送するために要する第３ポンプ１６の動力を低減できるため、淡水Ｄを製造するために要するエネルギーをさらに低減できる。

また、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ａにおいて好ましくは、原水Ａとして海水を用いる。これにより、原水Ａを容易に取得できる。このため、淡水Ｄの製造の工業化に有利である。

（実施の形態２）
図２を参照して、本発明の実施の形態２における淡水の製造装置１０ｂについて説明する。図２に示す実施の形態２の淡水の製造装置１０ｂは、基本的には図１に示す実施の形態１の淡水の製造装置１０ａと同様の構成を備えているが、第１ポンプ１１に供給する前に原水Ａを供給する圧力変換機１８を備えている点において異なる。

具体的には、図２に示すように、ＦＯ膜装置１３により正浸透圧エネルギーが加えられた混合水の一部を圧力変換機１８に供給するために、ＦＯ膜装置１３と水力発電機１４との間の配管等と、圧力変換機１８とが、配管等により接続されている。圧力変換機１８は、混合水に加えられた正浸透圧エネルギーを、原水Ａに加えて、第１ポンプ１１の動力を低減する。

また、圧力変換機１８でエネルギーを使用した混合水をタンク１５に移送するために、圧力変換機１８の混合水の排出部と、タンク１５とが配管等により接続されている。圧力変換機１８でエネルギーを失った混合水は、原水Ａよりも塩濃度が低いため、第３ポンプ１６の動力を低減する観点から、ＲＯ膜装置１７に供給するために用いられることが好ましい。

続いて、図２を参照して、本実施の形態における淡水の製造方法について説明する。実施の形態２の淡水の製造方法は、実施の形態１の淡水の製造方法と基本的に同様であるが、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーの一部を、原水Ａを加圧する第１ポンプ１１の動力に用いる点において異なる。

具体的には、ＦＯ膜装置１３で正浸透圧エネルギーが加えられた（ＦＯ膜装置１３で動力エネルギーが増加した）混合水の一部を圧力変換機１８に移送し、圧力変換機１８により原水Ａに圧力を加える。圧力を加えられた原水Ａを、そのまま、または、第１ポンプ１１で加圧してＦＯ膜装置１３に供給する。

また、圧力変換機１８でエネルギーを使用した混合水をタンク１５に移送する。これにより、圧力変換機１８でエネルギーを使用した混合水を廃棄する場合と比較して、ＲＯ膜装置１７に供給する混合水の量を増加することができるので、淡水Ｄの製造を増加できる。

なお、本実施の形態の淡水Ｄの製造方法における具体的条件は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。

以上説明したように、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ｂによれば、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーの一部を水力発電機１４において電力に変換するとともに、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーの残部を圧力変換機１８において圧力エネルギーに変換している。このように、淡水Ｄを製造する際に、正浸透圧エネルギーを種々のエネルギーとして回収することもできる。

（実施の形態３）
図３を参照して、本発明の実施の形態３における淡水の製造装置１０ｃについて説明する。図３に示す実施の形態３の淡水の製造装置１０ｃは、基本的には図１に示す実施の形態１の淡水の製造装置１０ａと同様の構成を備えているが、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水をＲＯ膜装置１７に供給するように構成されている点において異なる。

具体的には、ＦＯ膜装置１３で得られた混合水を排出する配管は、第３ポンプ１６を介して、ＲＯ膜装置１７にのみと接続されており、他には接続されていない。このため、正浸透圧エネルギー（正浸透圧エネルギーで増加した動力エネルギー）を他のエネルギーに変換せずに、ＲＯ膜装置１７に供給する混合水を加圧するための動力源として用いることができる。

本実施の形態では、第３ポンプ１６は、ＲＯ膜装置１７に供給するために必要な圧力を有していない場合に、混合水を加圧するための補助ポンプである。

続いて、図３を参照して、本実施の形態における淡水の製造方法について説明する。実施の形態３の淡水の製造方法は、実施の形態１の淡水の製造方法と基本的に同様であるが、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを、混合水を加圧する（ＲＯ膜を通過させる）ための動力として用いる点において異なる。

なお、本実施の形態では、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーの全てを、混合水を加圧するための動力として用いている。このため、ＦＯ膜装置１３における混合水の排出部は、第３ポンプ１６を介して、ＲＯ膜装置１７における混合水の供給部のみに接続されており、他には接続されていない。

具体的には、ＦＯ膜装置１３で得られた正浸透圧エネルギーが加えられた混合水を、そのままＲＯ膜装置１７に供給する。言い換えると、ＦＯ膜装置１３において増加した混合水の動力エネルギーを、他のエネルギーに変換せずに、混合水をＲＯ膜装置に供給する。なお、必要に応じて、第３ポンプ１６により混合水を加圧する。このように、本実施の形態では、原水Ａと希釈水ＢとをＦＯ膜を介して混合させることで、その混合水に正浸透圧エネルギーを加え、混合水の動力エネルギーを増加させ、その動力エネルギーを利用してＲＯ膜を通過させ、淡水Ｄを製造している。

なお、本実施の形態の淡水Ｄの製造方法における具体的条件は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。ただし、本実施の形態では、ポンプ全体の消費動力（単位動力比）を、実施の形態１よりもさらに低減することが可能となるという知見を本発明者は得ている。

以上説明したように、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ｃによれば、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水（動力エネルギーを有する混合水）をＲＯ膜装置１７に供給して、混合水を加圧する（ＲＯ膜を通過させる）ための動力源として正浸透圧エネルギー（動力エネルギー）を他のエネルギーに変換せずに用いている。これにより、ＦＯ膜装置１３で加えられた混合水の正浸透圧エネルギーをそのままＲＯ膜装置１７に供給できるため、正浸透圧エネルギーを水力発電機により電力に変換する場合と比較して、エネルギーの損失を低減できる。このため、ＲＯ膜装置１７に混合水を圧送するために要する第３ポンプ１６の動力をより低減することができるので、淡水Ｄを製造するために要するエネルギーをより低減できる。

（実施の形態４）
図４を参照して、本発明の実施の形態４における淡水の製造装置１０ｄについて説明する。図４に示す実施の形態４の淡水の製造装置１０ｄは、基本的には図１に示す実施の形態１の淡水の製造装置１０ａと同様の構成を備えているが、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水の一部を別のＲＯ膜装置２７に供給するように構成されている点において異なる。つまり、実施の形態４は、実施の形態１の淡水の製造装置１０ａと、実施の形態３の淡水の製造装置１０ｃとを組み合わせている。

具体的には、ＦＯ膜装置１３において混合水が排出される排出部と、水力発電機１４とを接続する配管の途中から、正浸透圧エネルギーが加えられた混合水を取り出すための配管が分岐している。前記の正浸透圧エネルギーが加えられた混合水を取り出すための分岐配管は、別の第３ポンプ２６を介して、別のＲＯ膜装置２７に接続されている。つまり、本実施の形態の淡水の製造装置１０ｄは、複数のＲＯ膜装置１７、２７を有し、一方のＲＯ膜装置２７には正浸透圧エネルギーが加えられた混合水が供給され、他方のＲＯ膜装置１７には正浸透圧エネルギーを水力発電機１４で使用した後の混合水（つまり、正浸透圧エネルギーが加えられていない混合水）が供給される。

続いて、図４を参照して、本実施の形態における淡水の製造方法について説明する。実施の形態４の淡水の製造方法は、実施の形態１の淡水の製造方法と基本的に同様であるが、ＦＯ膜装置１３において加えられた混合水の正浸透圧エネルギーを、混合水を加圧（ＲＯ膜を通過）するための動力及び用途が限定されない電力に変換する点において異なる。

具体的には、実施の形態１と同様に、ＦＯ膜装置１３で得られた正浸透圧エネルギーが加えられた混合水の一部を、水力発電機１４に供給するとともに、実施の形態３と同様に、ＦＯ膜装置１３で得られた混合水の残部を、別の第３ポンプ２６を介して別のＲＯ膜装置２７に供給する。つまり、ＦＯ膜装置１３で得られた混合水の動力エネルギーの一部を、水力発電機１４により電力に変換するとともに、ＦＯ膜装置１３で得られた混合水の動力エネルギーの残部を、他のエネルギーに変換せずに別の第３ポンプ２６の動力として用いる。

水力発電機１４に供給される混合水と、他のエネルギーに変換せずに別の第３ポンプ２６の動力として用いられる混合水との比は、特に限定されない。

なお、水力発電機１４を経た混合水によりＲＯ膜装置１７で製造された淡水Ｄと、水力発電機を経ずに正浸透圧エネルギーが加えられた（動力エネルギーを有する）混合水が供給された別のＲＯ膜装置２７で製造された淡水Ｆとは、混合されてもよく（図示せず）、混合されなくてもよい。同様に、ＲＯ膜装置１７で得た濃縮水Ｅと、別のＲＯ膜装置２７で得た濃縮水Ｇとは、混合されてもよく（図示せず）、混合されなくてもよい。

ここで、本実施の形態の淡水Ｄの製造方法における具体的条件は、基本的には実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と同じ条件を想定した（混合水の流量は原水Ａの約２倍であり、混合水の塩濃度は原水Ａの約０．５倍である）場合、それぞれの第３ポンプ１６、２６の圧力は例えば３．５ＭＰａであり、それぞれのＲＯ膜装置１７、２７における透過水の回収率は６０％で運転可能となる。その結果、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、ポンプ全体の消費動力（単位動力比）を低減することが可能となるという知見を本発明者は得ている。

以上説明したように、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ｄによれば、ＦＯ膜装置１３で加えられた混合水の正浸透圧エネルギー（ＦＯ膜装置１３で増加した混合水の動力エネルギー）を複数の種類のエネルギーとして回収している。また、本実施の形態における淡水Ｄの製造方法及び製造装置１０ｄでは、ＦＯ膜装置１３で加えられた混合水の正浸透圧エネルギー（ＦＯ膜装置１３で増加した混合水の動力エネルギー）を複数の種類の動力源として用いている。このように、混合水を得る際に発生する正浸透圧エネルギーを様々なエネルギーとして回収できるとともに、複数の動力源として用いることもできる。

（変形例１）
図５を参照して、実施の形態１〜４の変形例１の淡水の製造装置は、実施の形態１〜４の淡水の製造装置１０ａ〜１０ｄにおいて、図５に示すように、水力発電機１４と、この水力発電機１４と、ＲＯ膜装置１７における濃縮水の排出部とを接続する配管等とをさらに備える。これにより、ＲＯ膜装置１７の濃縮水を水力発電機１４に供給することができる。水力発電機１４で得られた電力は、混合水を加圧するための第３ポンプ１６の動力として用いられてもよく、他の用途に用いられてもよい。

実施の形態１〜４の変形例１の淡水の製造方法は、実施の形態１〜４の淡水の製造方法において、図５に示すように、ＲＯ膜装置１７で得られた濃縮水の動力を、水力発電機１４によって電気に変換する。

（変形例２）
図６を参照して、実施の形態１〜４の変形例２の淡水の製造装置は、実施の形態１〜４の淡水の製造装置１０ａ〜１０ｄにおいて、図６に示すように、第３ポンプ１６の前段に配置された圧力変換機１８と、この圧力変換機１８とＲＯ膜装置１７における濃縮水の排出部とを接続する配管等とをさらに備える。これにより、ＲＯ膜装置１７の濃縮水を圧力変換機１８に供給することができる。圧力変換機１８は、第３ポンプ１６に供給する混合水を加圧する。

実施の形態１〜４の変形例２の淡水の製造方法は、実施の形態１〜４の淡水の製造方法において、図６に示すように、ＲＯ膜装置１７で得られた濃縮水の動力を圧力変換機１８により混合水を加圧して、第３ポンプ１６の動力に用いる。

（変形例３）
実施の形態１〜４の変形例３の淡水の製造装置は、実施の形態１〜４の淡水の製造装置１０ａ〜１０ｄにおいて、図７に示すように（ただし、図７は実施の形態３の変形例３）、ＲＯ膜装置１７における濃縮水Ｅの排出部と、原水ＡをＦＯ膜装置１３（図７では第１ポンプ１１）に供給する配管とを接続する配管をさらに備える。また、実施の形態１〜４の淡水の製造装置１０ａ〜１０ｄにおいて、ＲＯ膜装置１７における濃縮水Ｅを廃棄または処理設備へ搬送する配管をさらに備えていてもよい。

実施の形態１〜４の変形例３の淡水の製造方法は、実施の形態１〜４の淡水の製造方法において、ＲＯ膜装置１７で得られた濃縮水Ｅを、原水Ａに混合する工程を含む。変形例３の場合、濃縮水はＦＯ膜を透過した水であるので、濃縮水Ｅを原水Ａに混合することで、原水Ａの取水量を低減できる。このため、原水Ａの取水と、その前処理にかかる動力と、濃縮水Ｅの排水処理にかかる動力とを低減することができる。

なお、ＲＯ膜装置１７でＲＯ膜を透過しなかった濃縮水Ｅの一部を廃棄してもよく、または処理設備へ搬送してもよい。

（変形例４）
実施の形態１〜４の変形例４の淡水の製造装置は、実施の形態１〜４の淡水の製造装置１０ａ〜１０ｄにおいて、図８に示すように（ただし、図８は実施の形態３の変形例４）、ＦＯ膜装置１３における濃縮水Ｃの排出部と、原水Ａを供給する配管とを接続する配管をさらに備える。

実施の形態１〜４の変形例４の淡水の製造方法は、実施の形態１〜４の淡水の製造方法において、ＦＯ膜装置１３でＦＯ膜を透過しなかった濃縮水Ｃを、原水Ａに混合する工程を含む。この場合も、原水Ａの取水量を低減できる。このため、原水Ａの取水と、その前処理にかかる動力と、濃縮水Ｅの排水処理にかかる動力とを低減することができる。

また、変形例３及び４を組み合わせることで、ＦＯ膜装置１３で排出される濃縮水Ｃ及びＲＯ膜装置１７で排出される濃縮水Ｅを利用できるので、ＦＯ膜装置１３において生成される濃縮水Ｃ及びＲＯ膜装置１７において生成される濃縮水Ｅを原水Ａに混合することが好ましい。

また、ＦＯ膜装置１３でＦＯ膜を透過しなかった濃縮水Ｃの一部を、廃棄してもよく、または処理設備に搬送してもよい。

以上のように本発明の実施の形態及びその変形例について説明を行なったが、各実施の形態及び変形例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態及びその変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ａ〜１０ｄ 製造装置、１１ 第１ポンプ、１２ 第２ポンプ、１３ ＦＯ膜装置、１４ 水力発電機、１５ タンク、１６，２６ 第３ポンプ、１７，２７ ＲＯ膜装置、１８ 圧力変換機、Ａ 原水、Ｂ 希釈水、Ｃ，Ｅ 濃縮水、Ｄ 淡水。

Claims (10)

1. 原水と、前記原水よりも塩濃度の低い希釈水とを正浸透膜装置に供給し、ろ過処理により前記原水に希釈水を混合させて混合水を得る工程と、
   前記混合水を逆浸透膜装置に供給し、ろ過処理により淡水を製造する工程とを備え、
   前記混合水を得る工程では、前記正浸透膜装置において加えられた前記混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いる、淡水の製造方法。
2. 前記動力源が、前記混合水を加圧するための動力である、請求項１に記載の淡水の製造方法。
3. 前記正浸透圧エネルギーが加えられた前記混合水を前記逆浸透膜装置に供給する、請求項２に記載の淡水の製造方法。
4. 前記原水は、前記正浸透膜装置において生成される濃縮水、及び／または、前記逆浸透膜装置において生成される濃縮水を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の淡水の製造方法。
5. 前記原水として、海水を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の淡水の製造方法。
6. 原水と、前記原水よりも塩濃度の低い希釈水とが供給され、ろ過処理により前記原水に希釈水を混合させて混合水を得るための正浸透膜装置と、
   前記混合水が供給され、ろ過処理により淡水を製造するための逆浸透膜装置とを備え、
   前記正浸透膜装置において加えられた前記混合水の正浸透圧エネルギーを動力源として用いるように構成されている、淡水の製造装置。
7. 前記動力源が、前記混合水を加圧するための動力として用いるように構成されている、請求項６に記載の淡水の製造装置。
8. 前記正浸透圧エネルギーが加えられた前記混合水を前記逆浸透膜装置に供給するように構成されている、請求項７に記載の淡水の製造装置。
9. 前記原水が、前記正浸透膜装置において生成される濃縮水、及び／または、前記逆浸透膜装置において生成される濃縮水を含むように構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の淡水の製造装置。
10. 前記原水として、海水を用いるように構成されている、請求項６〜９のいずれか１項に記載の淡水の製造装置。

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