JP2014128746A - 海水淡水化装置、海水淡水化方法及び海水淡水化用凝集剤セット - Google Patents

Abstract

【課題】海水淡水化におけるＲＯ膜のファウリングを抑制し、造水コスト（ランニングコスト）を低減する。
【解決手段】不純物を含む被処理水である海水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤を海水に添加する凝集部と、凝集剤の添加により海水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部と、脱塩部とを備えた海水淡水化装置において、凝集剤としては三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤を併用し、金属塩、複合凝集剤の順に海水に添加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水淡水化装置、海水淡水化方法及び海水淡水化用凝集剤セットに関する。

河川水などの自然水から飲料水や用水を製造する浄水技術は、凝集沈殿法などの化学的手法及び砂ろ過法などの物理的手法が考えられてきた。

ろ過法としては、精密ろ過膜（ＭＦ）や限外ろ過膜（ＵＦ）等も用いられ、より細かな不純物も除去可能である。この場合に、凝集剤を併用することにより、ろ過膜を通過する細かい不純物の粒径を大きくし、膜ろ過における不純物除去性能を向上することも行われている。

一方、近年、中東やアジアなどを初めとした世界各国で水不足が課題となっている。これに対応するため、海水を脱塩して飲料水や用水を製造する海水淡水化技術が注目され、実用化され始めている。海水淡水化の方法としては、海水を加熱して水分を蒸発させ、蒸気を冷却することにより、淡水を得る蒸発法が行われてきた。海水の塩分濃度や有機物濃度に影響を受けないメリットなどがあり、従来主流であった。

しかし、蒸発法は、エネルギー効率が悪く、コストがかかるため、より効率的な手法が望まれている。現在では、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いた膜ろ過により脱塩し、淡水を得る逆浸透法が主流になり始めている。

しかしながら、逆浸透法を用いた場合、海水中の有機物や無機物などの不純物がＲＯ膜を汚染するため、ろ過性能が低下し、ＲＯ膜を交換する必要が生じる。これが装置の造水コストを増加させる要因となっている。

上記のＲＯ膜の汚染防止には、ＲＯ膜に海水を通す前に、濁質物質、有機物等を除去する適切な前処理を行う必要がある。前処理の方法としては、浄水処理と同様に、ＵＦやＭＦによる膜ろ過、活性炭などの吸着剤の利用、凝集剤の使用などが検討されている。

一般に、砂ろ過や膜ろ過による水処理においては、凝集剤を添加することにより、ろ過処理工程を効率化することができる。

排水処理や浄水処理における代表的な凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や塩化鉄などの多価の金属イオン（陽イオン）を利用した無機系凝集剤、多価イオンを有する水溶性の高分子を利用した高分子凝集剤（高分子凝集剤）などがある。これらは、水中に含まれる電荷を帯びた不純物を凝集沈殿により除去する。なお、無機系及び有機系のうち一方の凝集剤を適用しても十分な効果が得られない場合、無機系及び有機系の凝集剤を併用することにより、凝集効果を高めることができる場合がある。

上記のとおり、凝集剤は、大きくは無機系と有機系とに分類される。このうち、無機系凝集剤は、ＰＡＣや塩化鉄などであり、高分子凝集剤は、カチオン系、アニオン系又はノニオン系の高分子である。現在では、様々な水質の水処理のために、数百種類にも及ぶ非常に多くの凝集剤が市販されている。

凝集剤は、処理する水の水質によって決定されるが、無機系凝集剤及び高分子凝集剤のいずれか一方を用いる場合が多い。一方で、両者を併用する場合もあり、一般に、無機系凝集剤だけで十分な凝集除去効果が得られない場合には、両者を併用することにより効果を高めることができるとされている。

特許文献１には、海水や河川水などの水中の不純物除去する際、有機系凝集剤及び無機系凝集剤を同時又はこの順に添加する不純物の凝集方法が開示されている。

特許文献２には、配管の内面に付着するスケールの問題に関して、水が通過する孔が中心部に形成された弾性パッキンを設けた構成を有する撹拌混合器及びこれを用いた凝集反応装置が開示されている。

特許文献３には、油田採掘やオイルサンドからの油分抽出時に発生する汚水の浄化に関して、酸性基を有する水溶性高分子化合物であるポリアクリル酸と、三価の金属塩である鉄（ＩＩＩ）と無機酸との塩と、を別々に混合する技術が開示されている。

特開２００８−２６４７２３号公報 特開２００８−２００６４６号公報 特開２０１２−４５５２２号公報

特許文献１においては、ＲＯ膜の有機物（ファウリング原因物質）の除去に関する記載はない。

特許文献２においては、ＲＯ膜及びファウリングの記載はない。

特許文献３においては、汚染された海水等に関する記載はあるものの、海水淡水化を想定した技術は記載されていない。

本発明は、海水淡水化におけるＲＯ膜のファウリングを抑制し、造水コスト（ランニングコスト）を低減することを目的とする。

本発明の海水淡水化装置は、不純物を含む被処理水である海水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤を海水に添加する凝集部と、凝集剤の添加により海水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部と、脱塩部とを備え、凝集剤としては三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤を併用し、金属塩、アニオン性高分子の順に海水に添加することを特徴とする。

本発明によれば、ＲＯ膜のファウリングの原因となる海水中の有機物を除去することができ、ＲＯ膜の寿命を向上させることができ、造水コスト（ランニングコスト）を低減することができる。

また、本発明によれば、限外ろ過を精密ろ過や砂ろ過に変更する等、ろ過設備を簡略化することができ、設備コストも低減することができる。

実施例の海水淡水化装置を示す概略構成図である。 凝集剤添加後に凝集槽を用いる場合の海水淡水化装置の模式図である。 凝集物の形成過程を示す模式図である。 海水淡水化装置の変形例を示す概略構成図である。

本発明は、ＲＯ膜のファウリング原因物質除去用凝集剤、凝集物形成方法、および凝集剤溶液を用いた海水淡水化用装置に関する。

ここで、ファウリングとは、原水に含まれる難溶性成分や高分子の溶質、コロイド、微小固形物などが膜に沈着し、透過流束を低下させる現象をいう。

本発明の海水淡水化用凝集剤は、三価の金属イオンと重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン高分子を含む複合凝集剤を併用し、上記順序で海水に添加することが特徴である。

以下、本発明の一実施形態に係る海水淡水化装置、海水淡水化方法及び海水淡水化用凝集剤セットについて説明する。

前記海水淡水化装置は、不純物（ファウリングの原因となる有機物）を含む海水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤溶液を海水に添加する凝集部と、凝集剤溶液の添加により海水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部と、海水中の塩類を除去する脱塩部とを備え、凝集部の凝集剤タンクには、無機系凝集剤と高分子凝集剤を溶解した水溶液が各々、もしくは混合溶液として貯留されている。これらの凝集剤水溶液を海水に添加する。各々水溶液として貯留している場合、無機系凝集剤、高分子凝集剤の順序で添加する。なお、凝集部は、撹拌機を備えた凝集槽を用いる方式、または槽を用いずインラインで凝集剤を海水へ混合する方式のいずれでもよい。

前記海水淡水化装置の凝集部において、凝集剤を素早く海水中に分散させるために、凝集剤溶液を海水に添加する複数の凝集剤注入部を有することが望ましい。

前記海水淡水化装置の凝集部において、凝集剤タンクは、三価の金属イオンを含む凝集材の溶液及び重量平均分子量の異なるアニオン性高分子を含む複合凝集剤の溶液を別々に貯留する。

前記海水淡水化装置の凝集部において、上流側の凝集剤注入部で添加する凝集剤溶液は、三価の金属イオンを含むものであり、下流側の凝集剤注入部で添加する凝集剤溶液は、複合凝集剤を含むものである。

前記海水淡水化装置は、さらに、海水と凝集剤溶液との混合液にアルカリ性水溶液又は酸性水溶液を添加して混合液の水素イオン濃度を調整するｐＨ調整部を含むことが望ましい。特に、本凝集剤は、不純物と塩構造を形成し、凝集物となるため、塩構造の安定なｐＨ６〜７の場合に最大の効果を発現すると予想されるため、ｐＨ６〜７に調整することが望ましい。また、上記ｐＨ範囲に海水を調整する方法としては、凝集剤水溶液を予め酸性（ｐＨ２程度）にしておき、凝集剤を添加すると同時に海水のｐＨを低下させる方法なども適用できる。

前記凝集物形成方法は、不純物（ファウリングの原因になるアルギン酸等の有機物）を含む海水を導入する取水工程と、海水に凝集剤タンクに貯留した凝集剤溶液を添加する凝集工程と、凝集剤溶液の添加により海水に生じた凝集物を除去する凝集物除去工程とを備え、凝集工程における凝集剤溶液は、三価の金属イオン及び複合凝集剤のうち少なくともいずれかを含む溶液を別々に添加することが望ましい。

前記凝集物形成方法において、三価の金属イオンを含む凝集剤溶液と、重量平均分子量の異なるアニオン性高分子凝集剤を含む複合凝集剤溶液とをこの順で海水に添加することが望ましい。

なお、三価の金属イオン及び複合凝集剤は、水溶液に溶解していることが望ましいが、三価の金属イオン及び複合凝集剤の溶液に更に三価にイオン化する金属及びアニオン性高分子凝集剤を固体のまま分散した溶液を用いてもよい。この場合、当該溶液を海水に添加すると、海水が溶媒となるため、固体成分を溶解することができる。

前記海水淡水化用凝集剤セットは、不純物を含む海水に添加してこの海水に含まれる不純物を除去する２種類の凝集剤の組み合わせであって、２種類の凝集剤は、三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤であり、金属塩、複合凝集剤の順に海水に添加することを特徴とする。

以下、ファウリング原因物質除去用凝集剤、これを用いた凝集物形成方法、および凝集剤溶液を用いる海水淡水化装置について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、海水淡水化装置の構成の概略を模式的に示した図である。

本図において、海水淡水化装置１００は、不純物を含む海水１を導入する取水部１０１と、凝集剤溶液を海水１に添加する凝集部１０２と、凝集部１０２で処理された液の水素イオン濃度を適正な値に調整するｐＨ調整部１０３（水素イオン濃度調整部）と、凝集物除去部１０４と、を含む。海水１は、取水部１０１、凝集部１０２、ｐＨ調整部１０３及び凝集物除去部１０４を順に通過する過程で不純物が除去される。さらに、凝集物除去部１０４で処理された液を脱塩部（図示していない）で処理することにより、淡水が得られる。なお、凝集剤を適正量添加するために、海水中のファウリング原因物質濃度の測定機構である水質検査部（図示していない）と凝集剤添加機構である凝集剤添加率制御部（図示していない）とを備えていることが望ましい。

ここで、不純物を含む海水１は、淡水化して工業用水、農業用水、飲料水等に用いる場合には、汚水等が混入していないものが望ましい。また、ｐＨ調整部１０３は、必要に応じて設ければよい。

なお、本図に示す海水淡水化装置１００は、凝集物形成方法のフローチャートとみなすこともできる。すなわち、凝集物形成方法においては、取水部１０１を取水工程と、凝集部１０２を凝集工程と、ｐＨ調整部１０３をｐＨ調整工程と、凝集物除去部１０４を凝集物除去工程と、脱塩部を脱塩工程と、水質検査部を水質検査工程と、凝集剤添加率制御部を凝集剤添加率制御工程とみなすことができる。

図２は、凝集剤添加後に凝集槽を用いる場合の海水淡水化装置の模式図である。

ここでは、図１と異なる点について説明する。

図２において、取水部１０１と凝集物除去部１０４との間には、水質検査部１５１、第一の凝集槽１５２及び第二の凝集槽１５３がこの順に設置されている。また、凝集物除去部１０４と脱塩部１５５との間には、水質検査部１５４が設置されている。

第一の凝集槽１５２にはポンプ１６４を介して第一の凝集剤タンク１６１が、第二の凝集槽１５３にはポンプ１６５を介して第二の凝集剤タンク１６２が接続されている。第一の凝集剤タンク１６１には三価の金属イオンを含む溶液が、第二の凝集剤タンク１６２には複合凝集剤を含む溶液が貯留されている。第一の凝集槽１５２及び第二の凝集槽１５３には、撹拌機構が設置してあり、モータによって回転することができるようにしてある。

凝集物除去部１０４は、沈殿槽（沈殿部）、限外ろ過部、精密ろ過部、砂ろ過槽（砂ろ過部）、マルチメディアフィルタろ過部等を適切に配置した構成である。脱塩部１５５においては、ＲＯ膜を用いて塩化物イオン、ナトリウムイオン等を除去する。

水質検査部１５１、１５４は、凝集剤添加率制御部１６３に接続されている。凝集剤添加率制御部１６３は、水質検査部１５１、１５４からの情報を基にして、ポンプ１６４、１６５の動力を制御し、第一の凝集剤タンク１６１及び第二の凝集剤タンク１６２からの凝集剤の添加量を制御している。

以下、各部の詳細について説明する。

（取水部）
図１に示す取水部１０１は、海水を海水淡水化装置内に引き込む役割を担う。ポンプの種類は、非容積（ターボ形）ポンプ、容積ポンプ、その他特殊ポンプなど、特に限定されるものではない。具体的には、マグネットポンプ、プランジャーポンプ、スクリューポンプ、ダイヤフラムポンプ、ディフューザポンプ、ギヤポンプ、ねじポンプ、ピストンポンプ、ロータリーポンプ、チューブポンプ、水中ポンプなどが挙げられる。上記した以外のポンプでも使用可能である。

（水質検査部）
図２において、水質検査部１５１は、ＲＯ膜のファウリングを引き起こす要因となる取水した海水１に含まれる物質（ファウリング原因物質）をセンシングすることにより、海水の水質の情報（水質データ）を得るものである。一方、水質検査部１５４は、凝集物を除去した海水（凝集処理水）の水質の情報（水質データ）を得るものである。

これらの水質検査部１５１、１５４で得られた水質データを利用して、凝集剤添加率制御部１６３において、取水した海水１の水質に適した凝集剤の添加量を決定する。それにより、凝集剤添加率の最適化がなされ、凝集剤の余剰添加や不必要な汚泥の発生防止が可能となり、プラントの運転コストを適正化することができる。評価対象となる具体的な水質は、水温、ｐＨ、導電率、全有機炭素（ＴＯＣ）、タンパク質、糖類（中性糖、酸性糖）、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）活性などであるが、海水１に含まれる有機成分及び無機成分でＲＯ膜のファウリングに影響すると考えられる指標であれば対象となり得る。例えば、海や運河等に赤潮が発生した場合にも、赤潮の原因物質とファウリングの原因物質は同類であるため、本発明を適用することができる。赤潮の場合は原因物質が多量であるため、凝集剤を多く使用する。

なお、図２においては、凝集処理の前後に水質検査部１５１、１５４を配置しているが、これは凝集処理の最適化を精度良く実施するためであり、簡易的には凝集前又は凝集後のいずれかのみに水質検査部を配置し、水質評価及び凝集剤添加率制御をすることも可能である。

（凝集剤添加率制御部）
図２において、凝集剤添加率制御部１６３は、水質検査部１５１、１５４で得られた水質データと、予め入力しておいたファウリング原因物質濃度に対する最適な凝集剤添加率のデータとを基に、取水した海水１に適した凝集剤添加をリアルタイムで実施することが可能である。具体的には、水質データを受けるデータ入力部、及び水質データを最適な凝集剤添加率に置き換えて出力するデータ変換／出力部で構成されている。

（凝集部）
図１に示す凝集部１０２は、図２に示すように、２つの凝集槽１５２、１５３を有し、それぞれ、三価の金属イオンを含む無機系凝集剤、重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤である有機系凝集剤を注入（添加）する方式を採用している。

撹拌の条件としては、１槽目である第一の凝集槽１５２においては急速に撹拌し、２槽目である第二の凝集槽１５３においては緩速に撹拌することが望ましく、このように撹拌することにより、フロックの粒径を大きくすることができ、凝集性能を向上することができる。なお、アニオン性高分子の溶解及び分散に不十分となるおそれがある場合には、３槽目を設けることもできる。この場合、２槽目も急速に撹拌し、十分に複合凝集剤を分散した後、３槽目で緩速に撹拌する。これにより、効果的にフロックを形成させることができる。

また、図４に示すように、凝集槽を用いず、インラインで凝集剤を混合する方式を用いてもよい。すなわち、凝集槽の代わりに流通式の混合部３５２、３５３を用いてもよい。本図におけるこれ以外の構成要素については、図２と同様である。

図３は、図１の凝集部１０２における凝集物の形成過程を示す模式図である。図３では、ポリアクリル酸を用いた場合を例にして説明する。

図３において、海水中の不純物２０１に塩化鉄（ＩＩＩ）を添加すると、鉄（ＩＩＩ）イオンと結合し、マイクロフロック２０２（固体（コロイド状の場合もある。））となる。これにカルボキシル基を有する水溶性のアニオン性高分子であるポリアクリル酸２０３を添加すると、マイクロフロック２０２がポリアクリル酸２０３と結合し、凝集物２０４（粗大フロック）が形成される。

ここで、不純物２０１は、ファウリングの原因となる有機物であり、本図においては主なファウリング原因物質とされている酸性基（カルボキシル基）を有する水溶性の有機物として示している。酸性基としては、カルボキシル基のほかに、スルホン酸基、リン酸基等が挙げられる。また、三価の金属塩の例として、ここでは鉄の塩を示しているが、他の三価の金属（たとえばアルミニウム、ネオジム等）の塩でも同様である。

三価の金属塩の代わりに二価の金属塩を用いた場合でも若干凝集するが、架橋密度が低く、有機酸をイオン結合で捕捉した金属の一部しか凝集しない。よって、有機酸のかなりの割合を凝集させるには、三価の金属塩を用いることが望ましい。なお、海水中に含まれるＭｇ、Ｃａ等の２価の金属イオンも凝集に関与することができ、ポリアクリル酸のみを添加した場合でもファウリング原因物質を除去する効果が期待できる。しかし、そのファウリング原因物質の除去率は、塩化鉄と併用した場合のおよそ半分程度である。

三価の金属塩及び酸性基を有する水溶性高分子の添加順序は、三価の金属塩を先に添加した場合にファウリング原因物質除去率がより高い傾向がある。これは、最初に酸性基を有する水溶性高分子を添加すると、海水中に含まれるアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇなど）とイオン結合を形成し、凝集沈殿してしまうため、ファウリング原因物質とマイクロフロックを形成する鉄イオンとが十分に結合できないことに起因すると考えられる。そのため、海水に上記の２種類の凝集剤を添加する場合、先に三価の金属塩を添加し、その後、酸性基を有する水溶性高分子を加えることが望ましい。

また、三価の金属塩及び酸性基を有する水溶性高分子を加える際は、バルクでも効果はあるものの、取水した海水全体に広がるには時間がかかるため、水溶液の形で加えることが好ましい。特に、酸性基を有する水溶性高分子が十分溶解しないうちに三価の金属塩を加えると、凝集が海水中でも部分的にしか起こらず、ファウリング原因物質の除去が不十分になる懸念もある。この点からも水溶液の形で加えることが好ましい。

（ｐＨ調整部）
図１に示すｐＨ調整部１０３は、凝集剤を添加した海水（混合液）に酸性又はアルカリ性のｐＨ調整液を注入することにより、海水（混合液）の水素イオン濃度（ｐＨ）を調整するものである。

ｐＨ調整部１０３には、もう一つの保管槽を設置して、アルカリ性溶液及び酸性溶液を準備してもよい。さらに、ｐＨ調整部１０５は、海水の液性を検出して自動で最適量の酸性溶液又はアルカリ性溶液を注入するようにすることも可能である。なお、ｐＨは、ｐＨ調整部１０３にて中性に調整する。本明細書において中性とは、ｐＨ６〜８をいう。

また、ｐＨ調整部１０３は、図１に示すように、凝集部１０２の下流側に隣接して設置し、凝集剤を添加し、一様に分散した直後にｐＨの調整を行うことが望ましい。

さらに、ｐＨ調整部１０３は、凝集部１０２の内部に設置してもよい。この構成によれば、ｐＨの調整の精度を向上することができ、供給する凝集剤の量を適切な量に調節することが容易となる。

そして、処理水のｐＨを調整する別の方法としては、凝集剤を水溶液として添加する場合、貯留した凝集剤水溶液のｐＨを調整（例えばｐＨ２〜３）にしておくことで、ｐＨ８以上の海水のｐＨを中性にすることができる。なお、三価の金属イオンの水溶液及びアニオン性高分子の水溶液のうちいずれか又は両方のｐＨを低くしておいてもよい。

（凝集物除去部）
図１に示す凝集物除去部１０４は、凝集剤の添加により生成した凝集物を除去するものであり、主にろ過により実施される。ろ過の方式は、砂ろ過、マルチメディアフィルタろ過、精密ろ過、限外ろ過などが挙げられる。凝集物の形状や凝集物の強度などにより適切なろ過法を選択する必要がある。

本発明によれば、凝集性能を向上し、粒径が大きく強固なフロックが得られるため、凝集物除去部の設備を簡略化でき、（粗めのろ過設備）で対応が可能となり、コストを低減することができる。一般的な海水淡水化プラントでは、非常に高価な限外ろ過膜が用いられている。なお、デカンテ―ション等による上澄み回収、磁気分離、加圧浮上分離など、ろ過ではなくとも凝集物の除去が可能な方法であれば、いずれの方式も凝集物除去部１０４に適用可能である。

（脱塩部）
図２に示す脱塩部１５５は、海水中に含まれる塩類を除去し、淡水化するものである。脱塩の方式は、逆浸透（ＲＯ）膜法を用いるのが一般的である。また、これらの膜は、様々な材質や形状が考案されているが、本発明は材質や形状に制限されず、脱塩機能を有するものであれば、本図の脱塩部１５５に適用することが可能である。

（凝集剤）
本発明で用いる凝集剤は、無機系凝集剤及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子凝集剤の水溶液を、各々タンクに貯留して用いる。アニオン性高分子凝集剤を２種用いて、第一高分子凝集剤、第二高分子凝集剤と称する。

凝集剤の具体例は、下記のとおりである。

無機系凝集剤としては、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。

アニオン性高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリスルホン酸系凝集剤、ポリアクリル酸系凝集剤、ポリアクリル酸エステル系凝集剤、ポリアミン系凝集剤、ポリメタクリル酸凝集剤などが挙げられ、２種類以上の平均分子量となる高分子凝集剤を組み合わせる。特に、イオン性の高いポリアクリル酸やポリアクリル酸共重合体は、海水中の塩類（Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）とも凝集物を容易に形成するため、余剰に添加した場合でも溶解した状態で海水中に残存することがなく、凝集物除去部で除去することができる。イオン性の尺度である官能基当量（単位質量当たりの官能基数：ｍｅｑ／ｇ）が高いほど上記の効果が期待でき、添加条件（添加量や塩化鉄との添加比率）にもよるが、１０ｍｅｑ／ｇ未満（有効数字２桁）では添加した凝集剤が処理水に流出し、残存する可能性がある。

ポリアクリル酸の官能基当量は、１３．８ｍｅｑ／ｇであるため、後段のシステム、特に、ＲＯ膜へ悪影響を抑制することができる。なお、ポリアクリル酸共重合体に関しても、１０ｍｅｑ／ｇ以上となるような共重合比などを調整することで、未凝集の凝集剤が処理水に流出することを防ぐことができる。また、日々、水質が変化する海水へ適用する際には、凝集剤の注入制御が必要となるが、フィードバック制御などで注入量変更に多少時間が必要となる場合でも不具合を最小限に抑えることができると考えられる。そのような観点から、高分子凝集剤には分子量の異なるポリアクリル酸を２種類用いることが望ましい。

また、本発明に用いる高分子の分子量は、第一高分子凝集剤は重量平均分子量で１．０×１０^５〜１．０×１０^６程度が望ましく、第二高分子凝集剤は２．０×１０^６以上であることが望ましい。特に、両者にポリアクリル酸を用いた場合、重量平均分子量は、各々２．５×１０^５〜４．５×１０^５程度、および２．０×１０^６〜５×１０^６程度の２種類が特に望ましい。これは、比較的低い分子量である第一高分子凝集剤は、海水中の不純物（ファウリング原因物質）を効率的に凝集物に取り込むことができる。一方で、比較的高い分子量である第二高分子凝集剤は、凝集物を粗大化することができ分離性能を向上することが出来る。そして、高分子凝集剤の分子量が非常に大きい場合には、上記したように、添加した直後に海水中の塩類と凝集物を形成し、ファウリング物質をトラップしないうちに沈殿してしまうと考えられる。一般的に、高分子凝集剤の分子量は、数百万〜数千万といわれているが、上記の理由から、海水のような高濃度な塩水には適切な分子量があると考えられる。

また、第一高分子凝集剤と第二高分子凝集剤の混合比率は、被処理水に応じて調整する必要があるが、主にファウリング抑制効果を期待する場合、比較的分子量が低い第一高分子凝集剤（低分子量体）の混合比率が５０％以上であることが望ましい。さらに、７０％以上であるとファウリング効果が顕著であり、より望ましい。ただし、第二高分子凝集剤（高分子量体）の分離性能を発現するには、少なくとも９％以上混合させている必要があるため、第一高分子凝集剤の混合比率は高くとも９１とすることが望ましい。

また、海水に添加した凝集剤の総電荷量が正電荷とすることにより、多くのファウリング原因物質を取り込み凝集物とすることができる。このため、添加した凝集剤の総電荷量は正であることが望ましい。さらに、正電荷が負電荷の３倍以上の場合、更に効果的であり、望ましい。なお、逆に総電荷量が負の場合、余剰なアニオン性高分子が微細なフロックを形成し正電荷でファウリング原因物質を取り込む前に凝集してしまい、効果が落ちる懸念がある。

ここで、塩化鉄及びポリアクリル酸の場合、塩化第二鉄の分子量は１６０ｇ／ｍｏｌであり、電荷は三価であり、ポリアクリル酸の繰り返し単位は７２ｇ／ｍｏｌである。したがって、総電荷比率は、次の計算式で求められる。

（総電荷比率）＝（正電荷）／（負電荷）
＝（塩化第二鉄添加量／１６０×３）／（ポリアクリル酸添加量／７２×１）
本発明においては、上記思想から、アニオン性高分子の種類及び分子量並びにイオン性の観点から、効果的にファウリング原因物質を凝集物に取り込み、除去し、かつ、添加した凝集剤が処理水に残存せず、後段システムに悪影響を及ぼさないことを両立したものである。

次に、実施例及び比較例について具体的に説明する。

（実施例１〜１９）
本実施例は、図２に示す構成である。

図２に示すように、取水部１０１で海水１を海水淡水化装置１００内の引き込んだ後、凝集部１０２で塩化鉄水溶液、ポリアクリル酸水溶液の順に海水中に添加し、凝集物を生成した。続いて、凝集物除去部１０３で海水から凝集物を除去した。最後に、脱塩部１０４で海水中の塩類を除去し、淡水を得た。なお、凝集剤は、各々３．８％塩化鉄水溶液、０．１％ポリアクリル酸水溶液として海水に添加した。ポリアクリル酸水溶液のｐＨは３．７程度であった。

取水部１０１においては、水中ポンプを用いた。凝集物除去部１０３においては、おおよそφ５μｍの粒径の不純物を除去可能な砂ろ過槽を用い、脱塩部１０４においては日東電工（株）製のＲＯ膜を用いた。

凝集処理の効果を検証するために、砂ろ過後の処理水を採取し、凝集剤の添加率に対する処理水中の全有機物濃度（ＴＯＣ）、酸性糖濃度、及び分離性を評価した。また、アニオン性高分子の分子量や官能基当量、塩化鉄とアニオン性高分子の添加比率、および第一高分子凝集剤と第二高分子凝集剤の混合比率の凝集作用への影響を評価した。なお、用いた原水である海水のＴＯＣ及び酸性糖濃度は、各々、０．９ｐｐｍ、０．１３ｐｐｍであった。

表１は、実施例の結果をまとめたものである。

（比較例１〜４）
本比較例においては、実施例１と同様な装置構成で、凝集剤に塩化鉄水溶液のみを用いたものである。評価項目も実施例１と同様である。

（比較例５）
本比較例においては、実施例１と同様な装置構成で、凝集剤にポリアクリル酸のみを用いたものである。評価項目も実施例１と同様である。

（比較例６〜１５）
本比較例においては、実施例１と同様な装置構成で、凝集剤添加率も実施例１と同じくし、第一高分子凝集剤の種類、分子量、および官能基当量を変えた場合を示した。評価項目も実施例１と同様である。

（比較例１６）
実施例１と同様な装置構成で、凝集剤添加率も実施例１と同じくし、第一高分子凝集剤にポリアクリル酸を用い、第二高分子凝集剤を使用しなかった場合について示した。評価項目も実施例１と同様である。

表２は、比較例の結果をまとめたものである。

（比較例１７〜１８）
実施例１と同様な装置構成で、第一高分子凝集剤と第二高分子凝集剤の添加比率を変えて検討した。評価項目は実施例１と同様である。

１：海水、２０：凝集物、１００：海水淡水化装置、１０１：取水部、１０２：凝集部、１０３：ｐＨ調整部、１０４：凝集物除去部、１５１、１５４：水質検査部、１５２：第一の凝集槽、１５３：第二の凝集槽、１５５：脱塩部、１６１：第一の凝集剤タンク、１６２：第二の凝集剤タンク、１６３：凝集剤添加率制御部、１６４、１６５：ポンプ、２０１：不純物、２０２：マイクロフロック、２０３：ポリアクリル酸、２０４：凝集物、３５２、３５３：混合部。

Claims (13)

1. 不純物を含む被処理水である海水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤を前記海水に添加する凝集部と、前記凝集剤の添加により前記海水に生じた前記不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部と、脱塩部とを備え、前記凝集剤としては三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤を併用し、前記金属塩、前記複合凝集剤の順に前記海水に添加することを特徴とする海水淡水化装置。
2. 請求項１に記載の海水淡水化装置において、
   前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の１種類の重量平均分子量が１０〜１００万であることを特徴とする海水淡水化装置。
3. 請求項２に記載の海水淡水化装置において、
   前記複合凝集剤に含まれる前記重量平均分子量が１０〜１００万のアニオン性高分子がポリアクリル酸であることを特徴とする海水淡水化装置。
4. 請求項２に記載の海水淡水化装置において、
   前記複合凝集剤に更に重量平均分子量が２００万以上のアニオン性高分子を含むことを特徴とする海水淡水化装置。
5. 請求項４に記載の海水淡水化装置において、
   前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の官能基当量が１０ｍｅｑ／ｇ以上であることを特徴とする海水淡水化装置。
6. 請求項４に記載の海水淡水化装置において、
   前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の高分子量体と低分子量体の混合比率が高分子量体１に対して低分子量体１〜９であることを特徴とする海水淡水化装置。
7. 不純物を含む被処理水である海水を導入する取水工程と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤を前記海水に添加する凝集工程と、前記凝集剤の添加により前記海水に生じた前記不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去工程と、脱塩工程とを備え、前記凝集剤としては三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤を併用し、前記金属塩、前記複合凝集剤の順に前記海水に添加することを特徴とする海水淡水化方法。
8. 不純物を含む海水に添加してこの海水に含まれる不純物を除去する２種類の凝集剤の組み合わせであって、前記２種類の凝集剤は、三価の金属イオンを含む金属塩及び重量平均分子量の異なる２種類以上のアニオン性高分子を含む複合凝集剤であり、前記金属塩、前記複合凝集剤の順に前記海水に添加することを特徴とする海水淡水化用凝集剤セット。
9. 請求項８に記載の海水淡水化用凝集剤セットにおいて、
   前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の１種類の重量平均分子量が１０〜１００万であることを特徴とする海水淡水化用凝集剤セット。
10. 請求項９に記載の海水淡水化用凝集剤セットにおいて、
    前記複合凝集剤に含まれる前記重量平均分子量が１０〜１００万であるアニオン性高分子がポリアクリル酸であることを特徴とする海水淡水化用凝集剤セット。
11. 請求項９に記載の海水淡水化用凝集剤セットにおいて、
    前記複合凝集剤に更に重量平均分子量が２００万以上のアニオン性高分子を含むことを特徴とする海水淡水化用凝集剤セット。
12. 請求項１１に記載の海水淡水化用凝集剤セットにおいて、
    前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の官能基当量が１０ｍｅｑ／ｇ以上であることを特徴とする海水淡水化装置。
13. 請求項１１に記載の海水淡水化用凝集剤セットにおいて、
    前記複合凝集剤に含まれる前記アニオン性高分子の高分子量体と低分子量体の混合比率が重量比で高分子量体１に対して低分子量体１〜９であることを特徴とする海水淡水化用凝集剤セット。

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