RO膜エレメントの交換を行なう場合、通常、最も汚れ易い供給水側のRO膜エレメントを取り除き、濃縮水側に新たにRO膜エレメントを追加することで交換を行なっている。しかしながら、特許文献1に記載されている装置では、集水配管を閉塞するプラグを、RO膜エレメントの接続部に設けているため、このような方法で交換を行なうと、プラグの位置が変わってしまうため、行なうことができなかった。したがって、RO膜エレメントを、一度分解をしてプラグを付け直す必要があり、手間がかかっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、RO膜エレメントの交換を容易に行なうことができる逆浸透処理装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項1は前記目的を達成するために、被処理水を一次処理する第1の圧力容器と、前記一次処理によって処理された前記被処理水を二次処理する第2の圧力容器と、を備え、前記第2の圧力容器に対して前記第1の圧力容器を複数備え、前記第1の圧力容器内および前記第2の圧力容器内に、透過水が流れる集水配管の外周部に逆浸透膜がスパイラル状に巻回された逆浸透膜エレメントが、前記集水配管により直列に複数接続して配置されており、前記第1の圧力容器は、一方の端部に、被処理水を供給する導入管を、他方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を排出する第1の濃縮水排出管と、透過水を排出する第1の排出管と、を備え、前記第2の圧力容器は、一方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を導入する導入管と、他方の端部に、前記二次処理された前記被処理水を排出する第2の濃縮水排出管と、透過水を排出する第2の排出管と、を有し、前記第1の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数が、前記第2の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数より少なく、前記第1の排出管に透過水の流量を調整する第1のバルブと、前記第2の濃縮水排出管に前記二次処理された前記被処理水の流量を調整する第2のバルブと、を備えることを特徴とする逆浸透処理装置を提供する。
複数の逆浸透膜エレメントを直列に接続し逆浸透処理を行った場合、被処理水の供給水側の逆浸透膜が汚れ易くなるため、供給水側の逆浸透膜エレメントを交換する頻度が多くなる。請求項1によれば、第1の圧力容器と第2の圧力容器とに分割することで、汚れ易い第1の圧力容器の逆浸透膜エレメントを交換することで作業できる。さらに、第1の圧力容器内の逆浸透膜エレメントの数を第2の圧力容器内の逆浸透膜エレメントの数より少なくしているので、交換を容易に行なうことができる。また、汚れ難い第2の圧力容器内の逆浸透膜エレメントは交換する必要がないので、長期にわたり使用することができる。
また、透過水は、逆浸透膜エレメントの供給水側から多くの流量が透過される。したがって、第2の圧力容器内に供給される被処理水は、第1の圧力容器に導入される被処理水より少なくなる。したがって、第2の圧力容器に対して、第1の圧力容器を複数備えることで、複数の第1の圧力容器から排出された被処理水を、第2の圧力容器で処理することができ、効率良く処理を行なうことができる。
また、第1のバルブを用いて、透過水の流量を調節することができる。第1の圧力容器での透過水量を減らすことで、一次処理された被処理水の塩濃度を低くすることができる。したがって、二次処理において、かける圧力が低くても透過水量を多くすることができるので、装置全体として透過水量を多くすることができる。
また、第2のバルブを調節することで、第2の圧力容器で処理される透過水の流量を調節することができる。
本発明によれば、圧力容器を一次処理する第1の圧力容器と二次処理する第2の圧力容器との2つに分けて配置しているので、第1の圧力容器のみを分解し、汚れ易い逆浸透膜エレメントを交換することで、容易に交換を行なうことができる。また、第2の加圧容器内の逆浸透膜エレメントは、汚れ難いので、交換を行なう回数を減らすことができ、長期にわたり使用することができる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
図1は、実施の形態の逆浸透処理装置10が組み込まれた脱塩処理システム20のブロック図である。なお、本発明における脱塩処理システムは、例えば、排水再利用、純水製造、かん水淡水化、海水淡水化など、被処理水を逆浸透処理するシステムに用いることができる。
同図に示す脱塩処理システム20は、被処理水が貯留されたタンク12、高圧ポンプ14、および逆浸透処理装置10から構成される。タンク12の被処理水は、高圧ポンプ14によって逆浸透処理装置10に高圧で供給され、逆浸透処理装置10の各RO膜(処理膜)によって逆浸透処理(脱塩処理)されることにより、脱塩された透過水(分離水)16と、塩分が濃縮された濃縮水(被処理水)18とに分離される。このようにして得られた透過水16は、排出管を介して逆浸透処理装置10の外部に排出され、濃縮水18も同様に、透過水を排出する排出管とは異なる排出管を介して逆浸透処理装置10の外部に排出される。なお、実施の形態の脱塩処理システム20は、高圧ポンプ14によって被処理水を逆浸透処理装置10に高圧で供給しているが、逆浸透処理装置10の濃縮水出口側にバルブを設け、バルブの開度により逆浸透処理装置10内の圧力を設定している。
タンク12内の被処理水としては、原水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原水に含まれる濁質成分等を除去した被処理水を使用することが好ましい。前処理としては、フィルタ利用、および沈殿池に原水を導入して塩素等の殺菌剤を添加し、原水中の粒子を沈殿除去するとともに微生物を殺菌する等の処理がある。また、原水に塩化鉄等の凝集剤を添加して濁質成分を凝集させ、これを濾過して除去した被処理水を使用してもよい。
逆浸透処理装置10は、図2に示すエレメント22を1個、あるいは、複数個直列に接続し、これを図5に示す円筒状の第1のベッセル80、第2のベッセル82に充填して第1のモジュール84、第2のモジュール86とし、この第1のモジュール84および第2のモジュール86を1つの単位として、単独、あるいは、並列に接続することにより構成される。
図2に示すようにエレメント22は、RO膜28と排出管30とを含む膜ユニット32が集水配管34の周囲に配置されて構成されている。膜ユニット32は図3の如く、4枚の袋体状のRO膜28、28…が集水配管34の外周部に放射状に接続され、これらのRO膜28、28…を、図4の如く集水配管34の周囲にスパイラル状に巻回することにより構成される。袋体状のRO膜28の一端は開口され、この開口部が図3に示す集水配管34の透孔36と連通するようにRO膜28が集水配管34に接着されている。被処理水は、RO膜28の外表面を流れ、RO膜28を透過することにより脱塩される。そして、RO膜28を透過した脱塩後の透過水は、RO膜28の内側からRO膜28の開口、および集水配管34の透孔36を介して集水配管34内に集水され、集水配管34から排出管30を介してエレメント22から排出される。なお、図3の符号38は、RO膜28の内部に配置されるメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー38によって、RO膜28がスパイラル状に巻かれてもRO膜28の内部空間が潰れないように保持される。また、符号40は、隣接するRO膜28、28の間に配置されたメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー40もRO膜28と同様に集水配管34の外周部に放射状に接着されている。
図5は、実施の形態の逆浸透処理装置10の断面図である。本実施形態においては、第1のベッセル80には、2個のエレメント22を直列に接続した一次処理を行なう第1のモジュール84が示されており、第2のベッセル82には、5個のエレメント22を直列に接続した二次処理を行なう第2のモジュール86が示されている。第1のベッセル80の端部には、被処理水が導入、第1のベッセル80で処理されず残った第1の濃縮水(一次処理された被処理水)が排出されるように開口されており、第2のベッセル82の端部にも、第1のベッセル80から排出された濃縮水(一次処理された被処理水)が導入、第2のベッセル82で処理されず残った第2の濃縮水(二次処理された被処理水)が排出されるように開口されている。第1のベッセル80の導入側の開口部には、高圧ポンプ14によって所定の操作圧力が負荷されるようになっている。また、第1のベッセル80、第2のベッセル82は、高圧(5MPa以上)に耐え得るようにFRP等によって構成することもできる。また、第1のベッセル80と第2のベッセル82も高圧に耐え得る材料により構成された管により接続されていることが好ましい。
図5に示すように、第1のベッセル80には、第1のベッセル80内に被処理水を導入する導入管56と、被処理水が集水配管34へ透過せず残った第1の濃縮水を排出する第1の濃縮水排出管62を備えている。RO膜28を通り、集水配管34内に集水された透過水は、第1の濃縮水排出管62側に設けられた第1の排出管58を介して第1のベッセル80から排出される。第1の排出管58の出口には、計測器66および第1のバルブ64を備えている。
第2のベッセル82には、第2のベッセル82内に、第1のベッセル80から排出された第1の濃縮水を導入する導入管68と、集水配管34へ透過せず残った第2の濃縮水を排出する第2の濃縮水排出管70を備えている。第2の濃縮水排出管70の出口には、第2のベッセル82内の圧力を調節する濃縮水排出バルブ74を備えている。RO膜28を通り、集水配管34内に集水された透過水は、第2の濃縮水排出管70側に設けられた第2の排出管72を介して第2のベッセル82から排出される。第2の排出管72の出口には、計測器76を備えている。
この逆浸透処理装置10によれば、図1のタンク12から導入管56を介して供給された被処理水は、流路57を介してエレメント22に導かれ、被処理水はエレメント22のRO膜28を順次通過したのち、集水配管34に集水される。本実施形態においては、第1のベッセル80、第2のベッセル82と、2段回で逆浸透処理を行っており、第1のベッセル80内で処理された透過水は、第1の排出管58を介して第1のベッセル80から排出される。集水配管34へ透過せず残った第1の濃縮水は、第1の濃縮水排出管62から排出され、第2のベッセル82の導入管68を介して供給され、流路69を介してエレメント22に導かれ、RO膜28を順次通過したのち、集水配管34に集水される。第2のベッセル82内で処理された透過水は、第2の排出管72を介して第2のベッセル82から排出される。集水配管34へ透過せず残った第2の濃縮水は、第2の濃縮水排出管70から排出される。
図6は、実施の形態の逆浸透処理装置のRO膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示した図である。なお、本発明のデータは、第1のベッセル内に2個のエレメントを設置し、第2のベッセルに5個のエレメントを設置して実験を行なったデータである。従来では、供給水側から多くの透過水が生成され、濃縮水側にいくにつれ、透過水の量が下がっていた。これは、ベッセル内にかける圧力が最終段のエレメントにかける圧力により決定されるからである。これに対し、本発明では、第1のベッセル80内を第1のバルブ64により圧力を調整することができるので、図6に示すように、Relative Fluxを所望の値に設定することができ、透過水量を減らすことができる。第1のベッセル80内での透過水量を減らすことにより、第1の濃縮水の塩濃度を低くすることができるので、図6のエレメント位置3〜7に示すように、第2のベッセル82内においても透過水量を増やすことができる。したがって、各RO膜エレメントの透過水量の不均一さを解消することができ、これにより、装置全体として透過水量を上げることができる。
なお、第1のベッセル80内の流量は、計測器66により測定した数値により第1のバルブ64の開度を調節することで行なうことができ、第2のベッセル82内の流量についても、計測器76により測定した数値により濃縮水排出バルブ74の開度を調節することで行なうことができる。また、高圧ポンプ14と逆浸透処理装置10の間に圧力計を設け、圧力計の数値により、高圧ポンプ14を調節することで、透過水の流量を制御することも可能である。計測器66、76としては、流量計、圧力計、電気伝導度計を用いることができる。電気伝導度を測定することで、塩濃度の阻止率が変化するため、塩濃度の阻止率をモニタリングすることで、透過水の量を確認することができる。
なお、エレメント22の個数は、図5においては、第1のベッセル80内には2個、第2のベッセル82内には、5個のベッセルが設けられているが、これに限定されるものではない。ただし、第1のベッセル80内のエレメント22の個数は、第2のベッセル82内のエレメントの個数と同じ、あるいは少ないことが好ましい。エレメント22の汚れは、供給水側のエレメント22が汚れやすくなるため、第1のベッセル80内のエレメント22を交換することで、装置全体として効率良く、透過水の生成を行なうことができる。したがって、第1のベッセル80内のエレメント22の個数を減らすことで、第1のベッセル80内のエレメント22の交換を容易に行なうことができる。図6より、第1のベッセル80から透過水を排出することを考慮すると、第1のベッセル80内には、2個のエレメントを用いることが好ましいが、汚れの点からは1個のエレメントを配置することでも充分である。第1のベッセル80内のエレメントの数は、1〜4個であることが好ましく、より好ましくは、2〜3個である。
図7は、他の実施の形態の逆浸透処理装置110の断面図である。図7に示す逆浸透処理装置110は、第1のベッセル82a、82bが2個設置されている点が、図5に示す逆浸透処理装置10と異なっている。透過水の量は、第1のベッセル82a、82b内で処理される量が多くなり、第1のベッセル82a、82bで処理されず残る第1の濃縮水の量は少なくなる。図7に示すように複数の第1にベッセルからの第1の濃縮水を、第2のベッセル82に供給することで効率良く処理を行なうことができる。図7に示す逆浸透処理装置110においても、第1のベッセル80a、80bのそれぞれに、計測器66a、66b、第1のバルブ64a、64bを設け、それぞれの第1のバルブ64a、64bで、第1のベッセル80a、80b内の圧力を調節して透過水の量を調節することができる。
本発明によれば、各エレメント22、22…の透過水量の不均一さを解消し、低い圧力で多くの透過水量を得ることができる。また、圧力容器を2つに分割し、RO膜の汚れ易い前段の圧力容器内のRO膜エレメントの個数を減らすことで、交換を容易にするとともに、RO膜の汚れ難い後段の圧力容器を長期にわたり使用することができる。