JP2014050777A

JP2014050777A - 正浸透造水システム

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Publication number: JP2014050777A
Application number: JP2012195263A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ide; 健志出; Shinji Murai; 伸次村井; Hidetake Shiire; 英武仕入; Takeshi Matsushiro; 武士松代
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: JP5996337B2

Abstract

【課題】生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要な正浸透造水システムを提供する。
【解決手段】正浸透分離方法で原水から淡水を得る造水システムであって、半透膜を介して接する原水と吸収液の浸透圧差を利用して原水側から吸収液側に水を移動させる正浸透装置と、前記正浸透装置と希釈吸収液ラインで接続され、ろ過膜を介して吸収液の溶質と淡水をろ過分離する膜分離装置と、前記膜分離装置で淡水をろ過分離した吸収液を前記正浸透装置に返送するためのポンプが介装された高濃度吸収液ラインとを具備し、前記吸収液は水中でミセル構造、リボン構造になる高分子界面活性剤を溶質として溶解されていることを特徴とする正浸透造水システム。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、正浸透造水システムに関する。

半透膜を介して濃度が異なる２種類の水溶液を接触させると、それら溶液の間に浸透圧差が生じる。正浸透（ＦＯ）法は、その圧力差を減らす方向（濃度差をなくす方向）、即ち濃度が低い方から高い方、に水が移動する現象を利用している。逆に濃度が高い側の溶液に対して、それら溶液間に生じる浸透圧差以上の圧力をかけることにより、濃度が高い方から低い方に水が移動する現象を利用したのが逆浸透（ＲＯ）法であり、海水淡水化技術として実用化されている。

しかしながら、逆浸透法は浸透圧差よりはるかに高い圧力、例えば海水淡水化の場合は海水／淡水間の浸透圧差２．４ＭＰａに対して水を厚みのある半透膜中を移動させる圧力６ＭＰａ、を加える必要があり、昇圧するための動力が大きく消費電力が高いのが造水コスト増の要因となる。

一方、正浸透法として以下の方法が知られている。すなわち、原水、例えば海水の塩分濃度より濃度（浸透圧）が高くなるように溶質（水溶性化合物）を溶解させたDraw Solution（吸収液）を用いて、動力（圧力）をかけることなく、原水側から水を吸収液に移動させる。その後、吸収液中の溶質成分を揮発させて水と溶質を分離することにより、原水から淡水を得る。さらに、揮発させた溶質は再度、吸収液に再溶解させて、高濃度の溶液に再生し、循環させる。ここで原水（海水）をFeed Solution（供給液）とも呼ぶ。また、正浸透法は原水として下水や排水、その他の成分が溶解した工業廃水から淡水を得ることもできる。

従来の正浸透法による造水システムの代表的な例について図３を参照して説明する。

正浸透法による正浸透造水システム１０１は、正浸透膜（半透膜）を使った正浸透装置１０２、吸収液再生装置１０３、溶質／淡水分離装置１０４、循環ポンプ１０５から構成されている。

正浸透装置１０２は、原水ライン１０７から供給液として原水が供給され、正浸透膜１０６を介して、高濃度吸収液供給ライン１１１から供給される吸収液と接触して、原水中の水が正浸透作用により原水側から吸収液側に移動する。その際、供給液は濃縮されて濃縮排水として排水ライン１０９から排水される。一方、原水から水を吸収して希釈された吸収液は、希釈吸収液ライン１１０を通して次工程の吸収液再生装置１０３に供給される。吸収液再生装置１０３では、まず、正浸透装置１０２で希釈された吸収液の一部（正浸透装置１０２にて吸収した水による吸収液体積増加分）を分液し、希釈吸収液ライン１１２を通して次工程の溶質／淡水分離装置１０４に送る。残った希釈吸収液には、溶質／淡水分離装置１０４で分離された溶質が溶質ライン１１３から供給され、混合溶解させて濃度を高めた高濃度吸収液になる。高濃度吸収液は、即ち、正浸透装置１０２の吸収液として再生された吸収液は循環ポンプ１０５が介装された高濃度吸収液ライン１１１を通して正浸透装置１０２に供給される。溶質／淡水分離装置１０４では、吸収液再生装置１０３から希釈吸収液ライン１１２を通して供給された希釈吸収液を淡水と溶質に分離する。分離された溶質は、前述したように溶質ライン１１２を通して吸収液再生装置１０３に戻される。一方、淡水は淡水ライン１１４より飲料水等としてユーザに供給される。なお、原水は、海水、下水、排水、工業廃水を用いることができる。

溶質／淡水分離装置１０４による淡水と溶質の分離方法は、吸収液の溶質の種類によって異なる。炭酸水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＣＯ₃）を溶質とし、膜蒸留法により外部から熱（高温蒸気等）１１５を加えて希釈吸収液を６０〜１００℃に加熱することにより、溶質の炭酸水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＣＯ₃）を炭酸ガス（ＣＯ₂）とアンモニアガス（ＮＨ₃）とに分解する。分解されたガスは、溶質として溶質ライン１１３を通して吸収液再生装置１０３に供給される。吸収液再生装置１０３では、溶質ライン１１３にて供給された炭酸ガス（ＣＯ₂）とアンモニアガス（ＮＨ₃）を希釈吸収液に混合溶解させて濃度を高めた高濃度吸収液を調製、再生し、この高濃度吸収液は循環ポンプ１０５が介装された高濃度吸収液ライン１１１を通して正浸透装置１０２に供給される。

しかしながら、図３に記載の正浸透造水システムは熱（高温蒸気等）源が必要なことに加え、溶質／淡水分離装置１０４にてアンモニア（ＮＨ₃）を十分に蒸発させることができず、毒性のアンモニアの一部が淡水側に移動し、淡水に残留する課題がある。アンモニアは、分子サイズなどの物性が水と非常に近く、水とアンモニアを完全に分離するのは、非常に困難である。また、吸収液を再生する溶質が減少するため、その分、アンモニアを外部から供給する必要がある。

一方、吸収液の溶質として下記表１に示す化合物を用いることが知られている。

前記表１に記載の化合物を吸収液の溶質として用いた場合、吸収液の温度を変えることで溶解度を変化させて、化合物を沈殿させ、ろ過により溶質を分離する方法がある。しかしながら、この場合も、吸収液を加温、冷却するため、熱源が必要なこと、加えて溶解度が低いとはいえ、僅かながら淡水中にこれらの化合物が溶解する。また、前記表１に記載のように毒性、腐食性（苛性）のある成分が淡水中に残留する。さらに、吸収液を再生する溶質が減少した分、外部から溶質を供給する必要がある。

ＵＳ６３９１２０５Ｂ１ＵＳ７５６００２９Ｂ２

James E. Miller, Lindsey R. Evans, Forward Osmosis: A New Approach to Water Purification and Desalination, SANDIA REPORT SAND 2006-4634 , July 2006

従来の正浸透法では、溶質と淡水に分離するには外部から熱源を供給して熱を効果的に伝えるために、大掛かりな蒸留装置またはろ過装置が必要になる。また、溶質から吸収液を再生するための溶質溶解装置が必要になり、造水システムの大型化、造水コストが高くなる課題がある。

本実施形態が解決しようとする課題は、生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要な正浸透造水システムを提供することである。

本実施形態によると、正浸透分離方法で原水から淡水を得る造水システムであって、半透膜を介して接する原水と吸収液の浸透圧差を利用して原水側から吸収液側に水を移動させる正浸透装置と、前記正浸透装置と希釈吸収液ラインで接続され、ろ過膜を介して吸収液の溶質と淡水をろ過分離する膜分離装置と、前記膜分離装置で淡水をろ過分離した吸収液を前記正浸透装置に返送するためのポンプが介装された高濃度吸収液ラインとを具備し、前記吸収液は、水中でミセル構造、リボン構造になる高分子界面活性剤を溶質として溶解されていることを特徴とする正浸透造水システムが提供される。

本発明によれば、生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要で簡素な構造にすることができる。

第１の実施形態に係る正浸透造水システムを示す概略図である。第２の実施形態に係る正浸透造水システムを示す概略図である。従来の正浸透造水システムを示す概略図である。

以下、本実施形態に係る正浸透造水システムについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べる図１、図２に限定されない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る正浸透造水システムを図２を参照して説明する。

正浸透造水システム１は、正浸透膜（半透膜）を有する正浸透装置１１と、膜分離装置２１と、正浸透装置１１と膜分離装置２１とを接続する希釈吸収液ライン３１と、正浸透装置１１と膜分離装置２１とを接続する高濃度吸収液ライン３２と、高濃度吸収液ライン３２に介装された循環ポンプ４１とから構成されている。

前記正浸透装置１１は、正浸透膜（半透膜）１２で区画されたFeed Solution（供給液）流路１３とDraw Solution（吸収液）流路１４を有する。原水ライン１５は、正浸透装置１１の供給液流路１３に接続されている。排水ライン１６は、正浸透装置１１の供給液流路１３に接続されている。

前記膜分離装置２１は、ろ過膜２２で区画された吸収液流路２３と淡水流路２４を有する。淡水ライン２５は、淡水流路２４に接続されている。

前記希釈吸収液ライン３１は、一端が正浸透装置１１の吸収液流路１４に接続され、他端が膜分離装置２１の吸収液流路２３に接続されている。正浸透装置１１の吸収液流路１４内の希釈吸収液は、希釈吸収液ライン３１を通して膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給される。前記高濃度吸収液ライン３２は、一端が膜分離装置２１の吸収液流路２３に接続され、他端が前記正浸透装置１１の吸収液流路１４に接続されている。膜分離装置２１の吸収液流路２３内の高濃度吸収液は、循環ポンプ４１の作動により高濃度吸収液ライン３２を通して正浸透装置１１の吸収液流路１４に供給される。すなわち、吸収液は正浸透装置１１の吸収液流路１４と膜分離装置２１の吸収液流路２３の間を希釈吸収液ライン３１および高濃度吸収液ライン３２を通して循環される。

酸水溶液注入ライン３３は、希釈吸収液ライン３１に接続されている。アルカリ水溶液注入ライン３４は、淡水ライン２５に接続されている。

原水は、海水、下水、排水、工業廃水を用いることができる。原水は、必要に応じて除濁等の前処理を行ってから、原水ライン１５を通して正浸透装置１１に供給できる。

正浸透膜（半透膜）１２は、材質、形状、大きさ、構造などに特に制限されず、水を選択的に透過する膜であればよく、例えば逆浸透（ＲＯ）膜を用いることもできる。膜の材質は、原水水質、吸収液の種類に応じて適宣選択され、例えば酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、芳香族スルホン、ポリベンゾイミダゾール、グラッフェン等を挙げることができる。形状は、例えば平膜、平膜によるスパイラル型モジュール、中空糸型モジュール、円筒型モジュール等を挙げることができる。

吸収液は、水中でミセル構造またはリボン構造になる高分子界面活性剤を溶質として溶解されている。ミセル構造またはリボン構造は、膜分離装置２１のろ過膜２２の細孔径を適切な寸法（例えば０．０１〜０．１μｍ）に選定することにより、ろ過膜２２で溶質としての高分子界面活性剤と水とを容易に分離することが可能になる。高分子界面活性剤は、それ自身、水中でミセル構造またはリボン構造になる他、希釈吸収液ライン３１に酸水溶液注入ライン３３を通して酸水溶液を注入すること、液温調整機能を設けること、または電気刺激のための電気印加用の電極を配置すること、によりミセル構造またはリボン構造になる。

高分子界面活性剤は、石油を原料とする化学合成に生産されるか、または酵母菌（出芽や分裂で栄養増殖する単細胞状態の真菌類）が有機系基質から生産される、いわゆるバイオサーファクタントが挙げられる。特に、後者のバイオサーファクタントは生分解性が高く、低刺激性で環境に優しく、生産量を確保できるために好ましい。その上、バイオサーファクタントは水酸基、カルボキシル基、アミノ基、不斉炭素をバランスよくもっているため、界面活性剤の作用を現すと共に、そのような官能基をもつことから、界面活性剤として、水中でミセル構造、リボン構造になるだけでなく、自己組織化により巨大構造のコロイドになる。自己組織化は温度調整、ｐＨ調整、電気刺激により、変化する。

バイオサーファクタントは、親水基の構造から糖型、アミノ酸型、有機酸型、高分子型がある。具体的なバイオサーファクタントは、糖型のソホロリピッド、マンノシルエリスリトールリピッド、ラムノリピッド、トレハロリピッド、セルビオピッドおよびそれらの誘導体を挙げることができる。アシリペプチド系のオルニチンリピッド、セリリピンリピッド、サーファクチンを用いることもできる。これらのバイオサーファクタントの中で、ソホロリピッドおよびその誘導体は後述するようにｐＨ調整で自己組織化されて巨大なリボン構造を形成する。

膜分離装置２１のろ過膜２２は、溶質である水中でミセル構造またはリボン構造になる高分子界面活性剤を透過しない範囲で、できるだけ大きい細孔径を持つことが好ましい。前記細孔径は、例えば０．０１〜０．１μｍを有することが好ましい。ろ過膜の材質はポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルピロリドン、セラミックを挙げることができる。ろ過膜の形状は、平膜、平膜によるスパイラル型モジュール、中空糸型モジュール、円筒型モジュールが挙げられる。なお、ろ過膜は例えば上水処理向けのＭＦ膜を用いることもできる。

次に、第１の実施形態に係る正浸透造水システムの作用を説明する。

正浸透装置１１において、原水ライン１５からFeed Solution（供給液）として原水を供給液流路１３に供給すると共に、高濃度吸収液供給ライン３２からDraw Solution（高濃度吸収液）を吸収液流路１４に供給する。供給液流路１３で原水が流れる間に、正浸透膜１２を介して吸収液流路１４に流れる吸収液と接触し、原水と高濃度吸収液との間に浸透圧差が生じる。その浸透圧差を解消するために、水が濃度の低い方から高い方に半透膜中を移動する。すなわち、原水中の水が正浸透作用により供給液流路１３側から吸収液流路１４側に移動する。このとき、原水は水の高濃度吸収液側への移動により濃縮されて濃縮排水として排水ライン１６を通して排水される。

原水から水を吸収して希釈された吸収液は、希釈吸収液ライン３１を通して膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給される。このとき、希釈吸収液は正浸透装置１１における吸収液浸透圧によって圧力が加わっているため、吸収液流路２３を流れる間、例えば細孔径０．０１〜０．１μｍのろ過膜２２から淡水のみをろ過水として分離し、淡水が淡水流路２４に移動する。淡水流路２２に移動した淡水は、淡水ライン２５を通して飲料水等としてユーザに供給される。

一方、希釈吸収液は吸収液流路２３で水の一部が淡水側に移動することにより溶質が濃縮されて高濃度吸収液になる。高濃度吸収液は、高濃度吸収液ライン３２に排出され、循環ポンプ４１の駆動により正浸透装置１１の吸収液流路１４に戻される。高濃度吸収液の排出量は、循環ポンプ４１にて所定流量に設定する。膜分離装置２１で希釈吸収液をろ過するための圧力は、正浸透装置１１で浸透圧として生じた圧力エネルギーを利用するため、循環ポンプ４１は吸収液を循環させ、かつ正浸透装置１１の吸収液流路１４から高濃度吸収液の逆流を防ぐエネルギー分だけで済み、消費電力を低く抑えることができる。その結果、膜分離装置２１の吸収液流路２３から高濃度吸収液を高濃度吸収液ライン３２に排出し、循環ポンプ４１の駆動により正浸透装置１１の吸収液流路１４に供給できる。

このような正浸透装置１１と膜分離装置２１の間での吸収液の循環において、吸収液の溶質としてソホロリピッドを用いた例を以下に詳述する。

正浸透装置１１で原水中の水を吸収して濃度が下がった希釈吸収液は、その吸収液流路１４から希釈吸収液ライン３１を通して膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給される。希釈吸収液が希釈吸収液ライン３１を流通する間、酸（例えば硫酸）を酸水溶液注入ライン３３を通して希釈吸収液にそのｐＨが５．５以下になるように注入する。このとき、吸収液に溶解されたソホロリピッドは、ｐＨ５．５を境にして２つの構造式を取る。すなわち、ｐＨが５．５を超える状態で下記の（Ａ）に示すラクトン構造を取るが、ｐＨが５．５以下では下記の（Ｂ）に示す開環構造になる。これは、双頭型脂質に似た自己組織化を示し、カルボキシル基を待つため、ｐＨによって螺旋化し、巨大リボン構造（例えば幅５〜１１μｍ、長さが数百μｍ）になる。

吸収液の巨大化したソホロリビッドは、コロイドとして、水中に分散する。この吸収液を膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給した際、コロイドとしての巨大化したソホロリビッドはろ過膜２２の細孔径（例えば０．０１〜０．１μｍ）より大きいため、ろ過膜２２で容易にコロイド（溶質）と水（淡水）とに分離できる。

また、巨大化したソホロリビッドはコロイドとしてのモル濃度（＝体積当たりのコロイド数）が、高くなり、結果として吸収液そのものの濃度が高くなる。このため、膜分離装置２１の吸収液流路２３で希釈吸収液中の水の一部が淡水側に移動することにより溶質であるコロイドが濃縮されることによって、高濃度吸収液になる。

したがって、正浸透装置１１と膜分離装置２１の間での吸収液の循環において、正浸透装置１１で吸収液濃度（ソホロリピッドのコロイド濃度）を原水より高くでき、膜分離装置２１のろ過膜２２で希釈吸収液を容易にコロイド（溶質）と水（淡水）とに分離できる。

なお、希釈吸収液のｐＨを酸性に調整して、希釈吸収液の溶質を膜分離装置２１のろ過膜２２で分離（吸収液から淡水を分離）する場合は、分離された淡水が酸性になる。このため、淡水ライン２５の途中でアルカリ水溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液を淡水にアルカリ水溶液注入ライン３４を通して供給し、ｐＨ＝７前後の中性にした淡水をユーザに飲料水として供給する。

また、高濃度吸収液ライン１２の途中にアルカリ水溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液を供給して、高濃度吸収液のｐＨを５．５を超える、好ましくはｐＨ＝７前後に調整してから、循環ポンプ４１を駆動して高濃度吸収液を正浸透装置１１に供給してもよい。この場合、ソホロリピッドは前記構造式（Ｂ）の酸型から前記構造式（Ａ）のランクトン型に変形し、自己組織化構造、および螺旋構造が壊れた状態で高濃度吸収液に溶解する。その結果、高濃度吸収液中に溶解している溶質（ソホロリピッド）のモル濃度が増加し、高濃度吸収液の浸透圧が上がり、正浸透装置１１での淡水移動効率が向上する。

次に、正浸透装置１１と膜分離装置２１の間での吸収液の循環において、吸収液の溶質としてマンノシルエリスリトールリピッドを用いた例を以下に詳述する。

正浸透装置１１で原水中の水を吸収して濃度が下がった希釈吸収液はその吸収液流路１４から希釈吸収液ライン３１を通して膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給される。吸収液に溶解されたマンノシルエリスリトールリピッドは、下記の構造式を有し、疎水基（脂肪酸）の鎖長が短く（Ｃ₈−Ｃ₁₂）、非常に小さな臨界ミセル濃度で大きな界面活性作用を持つため、吸収液中で直径１〜２０μｍの油滴構造を形成する。

また、アセチル基が一つ外れた構造のマンノシルエリスリトールリピッドは、直径１０〜２０μｍの巨大なリポソームを形成する。

油滴構造または巨大なリポソームは、表面に親水基をもつコロイドとして水中に分散する。この吸収液を膜分離装置２１の吸収液流路２３に供給した際、コロイドとしての油滴構造または巨大なリポソームのマンノシルエリスリトールリピッドはろ過膜２２の細孔径（例えば０．０１〜０．１μｍ）より大きいため、ろ過膜２２で容易にコロイド（溶質）と水（淡水）とに分離できる。

また、油滴構造または巨大なリポソームのマンノシルエリスリトールリピッドは、コロイドとしてのモル濃度（＝体積当たりのコロイド数）が高くなり、結果として吸収液そのものの濃度が高くなる。このため、膜分離装置２１の吸収液流路２３で希釈吸収液中の水の一部が淡水側に移動することにより溶質であるコロイドが濃縮されることによって、高濃度吸収液になる。

したがって、正浸透装置１１と膜分離装置２１の間での吸収液の循環において、正浸透装置１１で吸収液濃度（マンノシルエリスリトールリピッドのコロイド濃度）を原水より高くでき、かつ前述したソホロリピッドのようにｐＨ調整せずに、膜分離装置２１のろ過膜２２で希釈吸収液を容易にコロイド（溶質）と水（淡水）とに分離できる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば以下に述べる効果を奏する。

（１）吸収液は、水中でミセル構造またはリボン構造になる高分子界面活性剤を溶質として溶解されている。また、ミセル構造またはリボン構造はそれ自身の界面活性作用、または温度、ｐＨ、電気刺激により自己組織化されて巨大し、コロイドとして分散される。その結果、膜分離装置２１の例えば０．０１〜０．１μｍの細孔径を持つろ過膜２２で、希釈吸収液を淡水とコロイド（溶質）とを容易に分離できる。

したがって、生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要な正浸透造水システムを提供できる。

（２）酵母菌が有機系基質から生産可能なバイオサーファクタントは、生物由来のため、生分解性が高く、低刺激性で環境に優しく、生産量を確保できる。バイオサーファクタントを前記（１）の高分子界面活性剤として用いることによって、毒性のない吸収液を利用した安全な正浸透造水システムを提供できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る正浸透造水システムについて、図３を参照して説明する。ただし、第１の実施形態と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の正浸透造水システム１は、正浸透装置１１の吸収液流路１４と膜分離装置２１の吸収液流路２３を接続する希釈吸収液ライン３１の途中にタービン型または水車型等の発電装置５１を設けた構造を有する。

このような正浸透造水システム１の正浸透装置１１において、原水ライン１５から供給液として原水を供給液流路１３に供給すると共に、高濃度吸収液供給ライン３２から高濃度吸収液を吸収液流路１４に供給する。供給液流路１３で原水が流れる間に、正浸透膜１２を介して吸収液流路１４に流れる吸収液と接触し、原水と高濃度吸収液との間に浸透圧差が生じる。その浸透圧差を解消するため、水が濃度の低い方から高い方に半透膜中を移動する。すなわち、原水中の水が正浸透作用により供給液流路１３側から吸収液流路１４側に移動する。この移動した水量（例えば、最大１００ＭＰａの圧力エネルギー、つまり浸透圧エネルギー）で希釈吸収液ライン３１に介装された発電装置５１を動かして発電する。発電した電気は、正浸透造水システム１内の循環ポンプ４１等の電力に用い、余剰電力は造水プラント外のユーザに送電する。

したがって、第２の実施形態の正浸透装置１１と膜分離装置２１の間での吸収液の循環において、第１の実施形態と同様に生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要な正浸透造水システムを提供できる。

また、前記浸透圧差は原水と吸収液に溶解している成分の種類、濃度によって浸透圧差の最大値（吸収液の流れがゼロ、希釈吸収液ライン３１、または正浸透装置１１の吸収液流路１４が閉じている場合の最大圧力）が決まるが、最大１００ＭＰａになることがある。その圧力エネルギーを利用して希釈吸収液ライン３１に介装された発電装置５１を動かすとともに、発電装置５１を流通後の吸収液の圧力を１００ｋＰａ〜５００ｋＰａに減圧できる。その結果、膜分離装置２１のろ過膜２２として、一般的な浄水向けの低コスト、汎用の精密ろ過膜を用いることができるため、正浸透造水システムのコストを低減することができる。

発電した電気を正浸透造水システム内の循環ポンプ４１等の電力に用いるため、正浸透造水システムの造水量当たりの消費電力、つまり造水コストを低減できる。ただし、吸収液の圧力が１００ｋＰａ〜５００ｋＰａに減圧されるため、循環ポンプ４１はその減圧に伴って運転圧力を昇圧する必要がある。しかし、発電装置５１で吸収液の圧力を減圧する流量が、循環ポンプ４１で昇圧する流量に比べて多いため、発電量は循環ポンプ消費電力より増大できる。

１…正浸透造水システム、１１…正浸透装置、１２…正浸透膜、１５…原水ライン、２１…膜分離装置、２２…ろ過膜、３１…希釈吸収液ライン、３２…高濃度吸収液ライン、４１…循環ポンプ、５１…発電装置。

Claims

正浸透分離方法で原水から淡水を得る造水システムであって、
半透膜を介して接する原水と吸収液の浸透圧差を利用して原水側から吸収液側に水を移動させる正浸透装置と、
前記正浸透装置と希釈吸収液ラインで接続され、ろ過膜を介して吸収液の溶質と淡水をろ過分離する膜分離装置と、
前記膜分離装置で淡水をろ過分離した吸収液を前記正浸透装置に返送するためのポンプが介装された高濃度吸収液ラインと
を具備し、
前記吸収液は、水中でミセル構造またはリボン構造になる高分子界面活性剤を溶質として溶解されていることを特徴とする正浸透造水システム。
前記高分子界面活性剤は、酵母菌が有機系基質から生産される高分子界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の正浸透造水システム。
前記ろ過膜は、細孔径が０．０１μｍ以上であることを特徴とする請求項または２記載の正浸透造水システム。
前記高分子界面活性剤は、ソホロリピッドおよびその誘導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の正浸透造水システム。
前記希釈吸収液ラインに吸収液のｐＨを５．５以下の酸性にするための酸水溶液注入ラインをさらに接続することを特徴とする請求項４記載の正浸透造水システム。
前記膜分離装置から分離された淡水のラインにアルカリ水溶液注入ラインをさらに接続することを特徴とする請求項４または５記載の正浸透造水システム。
前記高分子界面活性剤は、マンノシルエリスリトールリピッドおよびその誘導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の正浸透造水システム。
前記正浸透装置と前記膜分離装置の間に吸収液の浸透圧で発電する発電装置を設けることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の正浸透造水システム。
前記発電装置は、前記希釈吸収液ラインに設けることを特徴とする請求項８記載の正浸透造水システム。
前記発電装置で発電した電力の一部または全部を前記循環ポンプの電源として利用することを特徴とする請求項８または９記載の正浸透造水システム。