JP5238778B2

JP5238778B2 - 淡水化システム

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Publication number: JP5238778B2
Application number: JP2010206511A
Authority: JP
Inventors: 健志出; 清一村山; 武士松代; 太黒川; 英顕山形; 秀之辻
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012061402A

Description

本発明の実施形態は、塩分を含む水から塩分を除去して淡水にする淡水化システムに関する。

海水やかん水等の塩分（塩類）を含む水を淡水化する方法として、蒸発法、電気透析法や逆浸透法等の方法がある。また、これら複数の方法を組合わせて利用することもある（例えば、特許文献１又は２参照）。

しかしながら、塩分を含む水を淡水化し、飲料水等として供給する際には、処理対象の原水、処理過程で得られる処理水又は処理で得られた淡水に殺菌剤やｐＨ調整剤等の薬品を添加する必要がある。したがって、塩分を含む水の淡水化には、使用する薬品の調達、輸送、貯蔵等を行う必要があり、そのための手間やコストが必要な問題があった。

特開２００９−９５８２１号公報特許第２８８７１０５号公報

上述したように、従来の技術において塩分を含む水の淡水化には、複数の薬品が必要であり、薬品の調達、輸送、貯蔵等に手間やコストが必要な問題があった。

上記課題に鑑み、本発明の実施形態では、必要な薬品の調達、輸送、貯蔵の手間を不要とし又は軽減することのできる淡水化システムを提供する。

上記課題を解決するため、実施形態に係る淡水化システムでは、塩分を含む原水に凝集剤を添加して凝集させて原水中の不純物を濾過する前処理装置と、前記前処理装置で不純物が除去された原水を、塩分濃度が低い希釈水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離するとともに、淡水化で使用する薬品を製造する電気透析装置と、前記電気透析装置で分離された希釈水を、淡水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離する逆浸透膜とを備える。

本発明の実施形態に係る淡水化システムを説明する図である。図１の淡水化システムの前処理装置を説明する図である。図１の淡水化システムの電気透析装置を説明する図である。図１の淡水化システムの逆浸透膜型淡水化装置を説明する図である。第１変形例に係る淡水化システムを説明する図である。第２変形例に係る淡水化システムを説明する図である。第３変形例に係る淡水化システムを説明する図である。逆浸透膜型淡水化装置の変形例を説明する図である。逆浸透膜型淡水化装置の他の変形例を説明する図である。

以下に、図面を用いて本発明の実施形態に係る淡水化システムについて説明する。以下の説明において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。実施形態に係る淡水化システムは、海水やかん水等の塩分を含む水を原水として淡水化するシステムであり、以下では海水を原水とした例で説明するが、塩分を含む水であれば海水でなくても同様である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る淡水化システム１は、送水ポンプ１０によって原水（海水）が送水される前処理装置２０と、前処理装置２０で処理された原水が導入され、塩分の濃度が低い希釈水と塩分の濃度が高い濃縮水とに分離するとともに、苛性ソーダ水、塩素及び次亜塩素酸ナトリウムを生成する電気透析装置３０と、電気透析装置３０で得られた希釈水を淡水化する逆浸透膜型淡水化装置４０とを備えている。この淡水化システム１では、電気透析装置３０で生成される苛性ソーダ水及び塩素は前処理装置２０へ供給され、前処理に利用される。また、淡水化システム１では、電気透析装置３０で生成される次亜塩素酸ナトリウム水は、逆浸透膜型淡水化装置４０で得られた淡水に添加される。

［前処理装置］
前処理装置２０は、淡水化の処理対象である原水を前処理する装置であって、図２に示すように、送水ポンプ１０によって送水されて第１原水ラインＬ１を流れる原水に凝集剤供給ラインＬ２１を介して凝集剤を供給する凝集剤供給装置２１と、凝集剤が供給された原水を濾過する濾過装置２２とを有している。第１原水ラインＬ１には、凝集剤供給ラインＬ２１の他、塩素ラインＬ３２と苛性ソーダ水ラインＬ３４とが接続されており、濾過装置２２に流入する原水には塩素ガスと苛性ソーダ水が供給される。

凝集剤供給装置２１は、凝集剤供給ラインＬ２１を介して第１原水ラインＬ１を流れる原水に凝集剤を供給する。この凝集剤は、原水中の濁質等の不純物をフロックにするものであり、例えば、塩化第２鉄等の第２鉄塩や、塩化第一鉄や硫酸第一鉄等の第一鉄塩である。第２鉄塩、特に塩化第二鉄FeC1₃・6H₂O は、凝集pH を低くできることから、逆浸透膜による海水淡水化施設の前処理装置に凝集剤として使われている。一方、第一鉄塩は水に添加したときに生じる水酸化第一鉄Fe(OH₂)が水に対する溶解度が大きいので、凝集が起きない。しかし、pH を10 程度に高くすれば、水中の溶存酸素で酸化されて水酸化第二鉄Fe(OH)₃ となり、フロックを生じる。すなわち、原水がアルカリである場合には、硫酸第一鉄を凝集剤として利用すると凝集効果を得やすく好ましい。硫酸第一鉄は、ｐＨ９以上で水酸化第二鉄となりフロックを形成することができるため、ｐＨ値が高くても凝集可能で効率よく凝集処理することができる。

塩素ラインＬ３２は、電気透析装置３０と接続されており、電気透析装置３０で得られた塩素ガスを第１原水ラインＬ１を流れる原水に混合させる。前処理装置２０では、原水に塩素ガス混合して塩素の酸化作用によって原水中の貝類や微生物等の繁殖を防止し、機器の閉塞や故障、ラインの閉塞、バイオファウリングによる淡水化システム１の処理効率の低下を防止することができる。また、凝集剤供給装置２１で鉄系の凝集剤を使用した場合、残留鉄イオンは塩素ラインＬ３２を介して供給される塩素ガスによって酸化して固形物として後段の濾過装置２２で分離され、機器やラインのさびや淡水の色つきを防止することができる。

苛性ソーダ水ラインＬ３４は、電気透析装置３０と接続されており、電気透析装置３０で得られた苛性ソーダ水を第１原水ラインＬ１を流れる凝集剤供給前の原水に混合させる。苛性ソーダ水の供給によって原水のｐＨ値を８．０〜１１．０程度（より好ましくは９．０〜１０．０程度）に調整することで、凝集剤の凝集効果を利用したフロックの生成の際にカルシウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン等の多価陽イオンを、難水溶性の水酸化物や炭酸塩に変化させて濾過装置２２で分離可能にする。具体的には、原水のｐＨ値を８．０〜１１．０程度（より好ましくは９．０〜１０．０程度）にすることにより、水酸化物を生成される。また、原水のｐＨ値をｐＨ値８．０〜１１．０程度にすることにより、６．０〜８．０程度の場合に原水（海水）中の金属成分と均衡を保って溶解している原水（海水）中の炭酸イオンが炭酸塩となる。

濾過装置２２は、第１原水ラインＬ１を介して流入する原水を濾過する。例えば、濾過装置２２は、ＭＦ膜モジュールを多段に配列した膜分離装置である。この濾過装置２２に流入する原水は、難水溶性の水酸化物や炭酸塩を含んでいる。濾過装置２２は、流入した原水を濾過してこれら水酸化物や炭酸塩等の固形物質を除去する。濾過装置２２で固形物質が除去された原水は、第２原水ラインＬ２を介して電気透析装置３０に流出される。また、濾過装置２２では、所定のタイミング（例えば、３０分毎）で逆洗水を逆流させて原水から除去された固形物を含む排水を排水ラインＬ２２から排出する。

なお、原水（海水）中のホウ素は、原水をｐＨ値８．０〜１１．０程度にすることによりホウ酸イオンに解離するために濾過装置２２を透過するが、後段の電気透析装置３０や逆浸透膜型淡水化装置４０で分離することができる。また、濾過装置２２には、膜分離装置の他、沈殿池又は濾過池等のように原水から固形物質を除去する他の手段を用いてもよい。

上述したように、前処理装置２０で原水のｐＨ値を８．０〜１１．０に調整して不純物をフロックとして除去し、多価陽イオンを難水溶性の水酸化物や炭酸塩として除去していることで、後段の逆浸透膜型淡水化装置４０の膜で不純物、水酸化物、炭酸塩等がスケール成分として析出することを防止することができる。したがって、スケール成分の析出防止のためのｐＨ調整剤の添加が不要となる。

また、前処理装置２０でｐＨ値を８．０〜１１．０程度に調整することで、原水（海水）中のホウ素をホウ酸に解離させて電気透析装置３０や逆浸透膜淡水化装置４０で分離することが可能になる。

［電気透析装置］
電気透析装置３０は、隔膜型の電気透析装置であって、図３に示すように、陰極３１が設置される陰極室３２と、陽極３３が設置される陽極室３４と、陰極室３２と陽極室３４との間に交互に設けられる複数の希釈室３５及び濃縮室３６と、陰極室３２と稀釈室３５、希釈室３５と濃縮室３６又は稀釈室３５と陽極室３４の間を隔てるために交互に設けられる複数の陰イオン交換膜３７及び陽イオン交換膜３８とを有している。

各希釈室３５及び濃縮室３６には第２原水ラインＬ２が接続されており、送水ポンプ３９ａ，３９ｂにより前処理装置２０で不純物、水酸化物、炭酸塩等が除去された原水が送水される。稀釈室３５及び濃縮室３６が流入する原水には、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）、ホウ酸イオン（ＢＯ₃ ^-）、塩化物イオン（Ｃｌ^-）、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）等を含んでいる。陰極３１と陽極３３との間に電圧をかけると、希釈室３５内の原水中のナトリウムイオン等の陽イオンは、陽イオン交換膜３８を透過して濃縮室３６又は陰極室３２に移動する。一方、希釈室３５内の原水中のホウ素イオン、塩化物イオン等の陰イオンは、陰イオン交換膜３７を透過して濃縮室３６又は陽極室３４に移動する。

陰極室３２には、陰極液ラインＬ３７が接続されており、この陰極液ラインＬ３７を介して逆浸透膜型淡水化装置４０で得られた淡水を流入する。陰極室３２では、希釈室３５からナトリウムイオンが移動すると、ナトリウムイオンの濃度が上がり、０．０１〜１規定の苛性ソーダ水が生成される。具体的には、電気透析により陰極室３２内の原水（海水）に含まれるナトリウムイオンが濃縮され、陰極３１の表面で水が電気分解して生成する水酸化物イオンからなる苛性ソーダ水となる。また、陰極室３２では苛性ソーダ水の生成の際に水素が発生（副生成）する。

陰極室３２には苛性ソーダ水ラインＬ３４と水素ラインＬ３６が接続されている。陰極室３２で生成された苛性ソーダ水は、図１に示すように苛性ソーダ水ラインＬ３４を介して前処理装置２０に送られる。また、陰極室３２で生成されて水素ラインＬ３６から流出する水素は、燃料電池等の発電装置（図示せず）で利用され、淡水化システム１に必要な電力を発電する燃料として利用することができる。

陽極室３４には、陽極液ラインＬ３８が接続されており、この陽極液ラインＬ３８を介してｐＨ値が２〜３に調整された電解液（例えば、希塩酸）を流入する。陽極室３４では、希釈室３５から塩化物イオンが移動すると、陽極３３で酸化されて塩素ガスが発生する。

陽極室３４には塩素ラインＬ３２と酸性水ラインＬ３３とが接続されている。陽極室３４で生成された塩素は、図１に示すように塩素ラインＬ３２を介して前処理装置２０に送られる。また、陽極室３４内では、塩素にならなかった塩化物イオンや希釈室３５から移動した他の陰イオンを陽極液に溶解して塩酸等の酸が溶解した酸性水が生成される。陽極室３４で生成された酸性水は、図１に示すように酸性水ラインＬ３３を介して逆浸透膜型淡水化装置４０に送られる。

なお、図示を省略するが、この酸性水ラインＬ３３を第２原水ラインＬ２に接続して原水に酸性水を混合し、酸性（例えば、ｐＨ値６．５以下）の原水を電気透析装置３０に流入させてもよい。具体的には、前処理装置２０で電気透析装置３０や逆浸透膜型淡水化装置４０内で膜面に膜の機能を損なう原水中のスケール成分（水酸化物、炭酸塩等）を除去することが不十分な場合、原水を酸性にして電気透析装置３０に流入させる。酸性にした原水を流入させることで、原水中のスケール成分を溶解し、電気透析装置３０や逆浸透膜型淡水化装置４０内で原水中のスケール成分が濃縮された場合やｐＨ値が変化した場合にもスケール成分の膜面への析出を防止することができる。

苛性ソーダ水ラインＬ３４と塩素ラインＬ３２とは、次亜塩素酸ナトリウム水ラインＬ３５に接続されており、陰極室３２で生成された苛性ソーダ水の一部は次亜塩素酸ナトリウム水ラインＬ３５に供給され、陽極室３４で生成された塩素の一部は次亜塩素酸ナトリウム水ラインＬ３５に供給される。苛性ソーダ水（水酸化ナトリウム）と塩素との混合し反応させて生成された次亜塩素酸ナトリウム水は、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウム水ラインＬ３５を介し淡水ラインＬ４に送られる。

希釈室３５には、希釈水ラインＬ３が接続されており、脱塩により陽イオン及び陰イオンの濃度が下がった希釈水は、この希釈水ラインＬ３を介して逆浸透膜型淡水化装置４０に送られる。例えば、この希釈水は、原水と比較して、脱塩率１０〜７５％脱塩されている。また、濃縮室３６には排水ラインＬ３１が接続されており、ナトリウムイオンや塩化物イオンを含む濃縮液を排水ラインＬ３１を介して濃縮室３６から流出する。

ここで、実施形態に係る淡水化システム１では、電気透析装置３０による原水の脱塩率は１０〜７５％の範囲とし、前処理装置２０と電気透析装置３０とを合わせた脱塩率が５０％になるように、陰極３１と陽極３３の間の電圧あるいは電流を調整することが望ましい。

このように、電気透析装置３０では殺菌剤として使用する塩素や次亜塩素酸ナトリウム水、ｐＨ調整剤として使用する苛性ソーダ水、酸性水を生成し、前処理装置２０における処理や逆浸透膜型淡水化装置４０における処理でこれらの薬品を使用している。したがって、淡水化システム１で必要な薬品の調達、輸送、貯蔵の手間を不要又は低減することができる。

また、電気透析装置３０で逆浸透膜型淡水化装置４０での淡水化処理の前に塩水を稀釈している。これにより、塩水の浸透圧が下がるため後段の逆浸透膜型淡水化装置４０で必要な圧力が下がり、結果、動力を低下させて省エネルギ化を図ることができる。

あるいは、浸透圧が低下する為、逆浸透膜を透過する水量を増加させることができる。すなわち、濃縮水の水量に対して、生成される淡水の水量の割合を増加させることができ、同様の淡水を得る場合の原水の必要量が減り、ポンプの動力、必要な薬品量を低減させることができる。

［逆浸透膜型淡水化装置］
逆浸透膜型淡水化装置４０は、塩分を含む原水を淡水化する装置であって、図４に示すように、希釈水ラインＬ３から流入する原水（希釈水）を濾過する逆浸透膜モジュール４２と、逆浸透膜モジュール４２で濾過する前の希釈水に、脱塩作用及び殺菌作用を有する還元剤を供給する脱塩素剤供給装置４５と、逆浸透膜モジュール４２で希釈水から塩分が除去された膜濾過水（淡水）の硬度およびｐＨを調整する調整剤供給装置４６と、逆浸透膜モジュール４２から排出される濃縮水の圧力エネルギーを回収して希釈水に圧力を加える動力回収装置４３とを有している。

希釈水ラインＬ３には酸性水ラインＬ３３が接続されている。逆浸透膜型淡水化装置４０では、電気透析装置３０から流入する希釈水に酸性水ラインＬ３３を介してｐＨ調整剤である酸性水を混合し、希釈水のｐＨ値を６．５に調整する。希釈水を酸性にすることで、濃縮やｐＨ変化によって稀釈水中のスケール成分（不純物、水酸化物、炭酸塩等）を溶解し、逆浸透膜モジュール４２において希釈水が濃縮した場合にもスケール成分の膜面への析出を防止することができる。

また、希釈水ラインＬ３には脱塩素剤ラインＬ４０が接続されている。ｐＨ値が調整された稀釈水には、脱塩素剤ラインＬ４０を介して脱塩素剤供給装置４５から供給された脱塩作用及び殺菌作用を有する脱塩素剤（例えば、重亜硫酸ナトリウム（ＳＢＳ）等）が混合される。稀釈水中の残留塩素を除去することで、ポリアミド系の逆浸透膜（ＰＡ膜）を使用した逆浸透膜モジュール４２の塩素に膜の劣化を防止することができる。また、脱塩素剤の殺菌作用を利用することで、脱塩された希釈水による逆浸透膜型淡水化装置４０で貝類や微生物等が繁殖を防止し、機器の閉塞や故障、ラインの閉塞、バイオファウリングによる逆浸透膜型淡水化装置４０の処理効率の低下を防止することができる。

さらに、希釈水ラインＬ３にはポンプ４１が設置されている。このポンプ４１は、例えば、高圧ポンプ（昇圧ポンプ）であって、電気透析装置３０から送水され、酸性水及び脱塩素剤が混合された希釈水に逆浸透膜モジュール４２に必要な圧力（例えば、２〜７ＭＰａ程度）を与え、水圧を調整した稀釈水を逆浸透膜モジュール４２に送出する。具体的には、前処理装置２０と電気透析装置３０による原水（海水）の脱塩率が５０％の場合、約３ＭＰａ必要になる。

ここで、希釈水ラインＬ３を介して電気透析装置３０から流入した希釈水の一部はポンプ４１を介して逆浸透膜モジュール４２に送られ、残りは、動力回収装置４３に送られる。例えば、ポンプ４１は、逆浸透膜型淡水化装置４０に流入した原水の４〜７割程度（例えば、５割）を逆浸透膜モジュール４２に送る。

逆浸透膜モジュール４２は、ポリアミド系の逆浸透膜（ＰＡ膜）を使用し、希釈水ラインＬ３を介して流入する希釈水を、濃縮水と淡水（膜透過水）とに分離する。逆浸透膜モジュール４２は、海水中の塩分のほとんどが脱塩された淡水を淡水ラインＬ４を介して流出する。また、逆浸透膜モジュール４２は、逆浸透膜モジュール４２の運転圧力エネルギーをほぼ維持した状態の濃縮水をラインＬ４１を介して動力回収装置４３に流出する。

動力回収装置４３は、ラインＬ４１流入する濃縮水から、逆浸透膜モジュール４２に与えられた圧力エネルギーを回収し、希釈水ラインＬ３を介して逆浸透膜モジュール４２に送る希釈水に回収したエネルギーを与える。具体的には、動力回収装置４３は、逆浸透膜モジュール４２の運転圧力エネルギーをほぼ維持した状態の濃縮水を逆浸透膜モジュール４３から流入する。動力回収装置４３は、流入する濃縮水からエネルギーを回収する。また、動力回収装置４３は、回収したエネルギーを稀釈水に加えて、ラインＬ４２を介して逆浸透膜モジュール４２に流入させる希釈水に合流させる。ここで、動力回収装置４３が濃縮水から得られた圧力エネルギーは、逆浸透膜モジュール４２で必要な圧力の一部（例えば、約８〜１０割）である。したがって、ラインＬ４２には、高圧ポンプ（昇圧ポンプ）等のポンプ４４を設置し、動力回収装置４３から送られる希釈水に逆浸透膜モジュール４２で必要な圧力エネルギーを加え、希釈水ラインＬ３を流れる希釈水に合流させる。

一方、動力回収装置４３は、希釈水を加圧することによって、減圧（例えば、数百ｋＰａ程度）された濃縮水を濃縮水ラインＬ４３から排出する。なお、排出された濃縮水は、排水に必要な処理（例えば、海水との混合による希薄化）を施した後には放水することができる。

例えば、動力回収装置４３には、多段タービン水車方式等のタービン式やピストン式等の方法で圧力エネルギーから動力を回収する装置を利用することが可能である。この動力回収装置４３の性能に応じて濃縮水から回収して希釈水に与えることのできる圧力が異なる。

淡水ラインＬ４には、調整剤ラインＬ４４が接続されており、調整剤供給装置４６から、この調整剤ラインＬ４４を介して淡水の硬度とｐＨ値を調整する調整剤を淡水に供給し、淡水を飲料水の基準値に調整する。硬度とｐＨ値が調整された淡水は、淡水ラインＬ４を介して淡水化システム１から流出される。調整剤供給装置４６は、硬度及びｐＨ値の調整のため、例えば、石灰等のカルシウムを調整剤として淡水に供給する。逆浸透膜モジュール４２で得られる淡水は、逆浸透の前に酸性水を混合して稀釈水を酸性にしていることや、原水である海水中の炭酸成分が脱塩によって炭酸ガスとなって溶解してｐＨ値が低い値（ｐＨ値５〜７程度）になっている。そのため、逆浸透膜モジュール４２で得られる淡水は、腐食性が高いとともに水質基準を満たさない。また、逆浸透膜モジュール４２で得られる淡水は、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンの硬度成分の含有量が少ない。したがって、ランゲリア指数を改善し、飲料水として味を改善するとともに、管材からの成分溶出を防止するために、淡水に調整剤を混合して淡水の硬度やｐＨ値を調整する。

このように、実施形態に係る淡水化システム１では、海水を淡水化する際に殺菌剤として使用する塩素、次亜塩素酸ナトリウム、ｐＨ調整剤として使用する苛性ソーダ、酸性水等の薬品を電気透析装置３０を用いて淡水化処理の過程で生成することができる。したがって、淡水化システム１では、薬品の調達、輸送、貯蔵等の手間やコストを不要とし又は軽減することができる。

［第１変形例］
図１を用いて上述した淡水化システム１では、前処理装置２０の濾過装置２２で濾過された原水の全量が電気透析装置３０に流入する。これに対し、図５に示すように、第１変形例に係る淡水化システム１ａでは、前処理装置２０から流出する原水の一部は電気透析装置３０に流入するが、残りは電気透析装置３０で得られた希釈水と混合されて逆浸透膜型淡水化装置４０に流入する。

この第１変形例に係る淡水化システム１ａのように原水の一部のみに電気透析処理を施すことで、必要な量の薬品（塩素、次亜塩素酸ナトリウム、苛性ソーダ、酸性水等）を生成することができる。すなわち、淡水化システム１のように原水の全量に電気透析処理を施して得られる薬品の量が淡水化システム１で使用する薬品の量よりも多い場合には、原水の一部のみに電気透析処理を施すことが有効である。

［第２変形例］
図６に示すように、第２変形例に係る淡水化システム１ｂでは、第２原水ラインＬ２は、電気透析装置３０ではなく逆浸透膜型淡水化装置４０に接続されており、前処理装置２０で処理された原水の全量は、逆浸透膜型淡水化装置４０に流入する。また、電気透析装置３０には濃縮水ラインＬ４３が接続されており、電気透析装置３０には、逆浸透膜型淡水化装置４０で得られる濃縮水の一部又は全量が流入する。さらに、希釈水ラインＬ３は、第２原水ラインＬ２に接続されており、電気透析装置３０から流出する希釈水は、前処理装置で得られた原水に混合されて逆浸透膜型淡水化装置４０に流入する。

この第２変形例に係る淡水化システム１ｂのように逆浸透膜型淡水化装置４０で得られた必要量の濃縮水に電気透析処理を施すことで、電気透析処理で必要な量の薬品（塩素、次亜塩素酸ナトリウム、苛性ソーダ、酸性水等）のみを生成することができる。

［第３変形例］
上述した淡水化システム１では、逆浸透膜型淡水化装置４０において、逆浸透膜モジュール４２の膜透過水である淡水に調整剤供給装置４６がカルシウム等の調整剤を供給していた。これに対し、図７に示すように、第３変形例に係る淡水化システム１ｃでは、電気透析装置３０で得られる苛性ソーダ水を硬度及びｐＨ値の調整剤として供給する。具体的には、逆浸透膜型淡水化装置４０は、苛性ソーダ水ラインＬ３４を介して電気透析装置３０と接続されており、逆浸透膜モジュール４２の膜透過水である淡水には苛性ソーダ水ラインＬ３４を介して苛性ソーダ水が供給される。

この第３変形例に係る淡水化システム１ｃでは、電気透析装置３０で除去できなかったカルシウムイオンやマグネシウムイオンを含む苛性ソーダ水を淡水に混合させて硬度及びｐＨ値を調整することができる。

［第４変形例］
上述した淡水化システム１では、図４に示すように、逆浸透膜型淡水化装置４０はポリアミド系の逆浸透膜を使用していた。これに対し、第４変形例に係る淡水化システムは、図４を用いて上述した逆浸透膜型淡水化装置４０に代えて、図８に示すようにアセチレンセルロース系の逆浸透膜（ＣＡ膜）の逆浸透膜モジュール４２ａを使用する逆浸透膜型淡水化装置４０ａを有している。なお、その他の構成は、図１を用いて上述した淡水化システム１と同一である為、淡水化システム全体の構成については図示を省略する。

アセチレンセルロース系の逆浸透膜（ＣＡ膜）は、塩素耐性があるため、脱塩素剤を供給する必要がない。したがって、図８に示すように逆浸透膜型淡水化装置４０ａでは、図４に示す逆浸透膜型淡水化装置４０のように脱塩素剤供給装置４５を備えていない。

また、逆浸透膜型淡水化装置４０ａでは希釈水に脱塩素剤を供給しないため、残留塩素による殺菌作用が働く。したがって、逆浸透膜型淡水化装置４０ａでは、残留塩素の殺菌作用により、貝類や微生物等の繁殖による機器の閉塞や故障、ラインの閉塞を防止するとともに、バイオファウリングによる逆浸透膜モジュール４２ａの処理効率の低下を防止することができる。

さらに、淡水化システムでは、前処理装置２０で原水のｐＨ値を８．０〜１１．０程度に調整し、原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン等の多価陽イオンを、難水溶性の水酸化物、炭酸塩として濾過装置２２で除去している。そのため、前処理装置２０で水酸化物や炭酸塩が十分に除去された原水で得られた希釈水を、逆浸透膜モジュール４２ａで処理する場合、膜面に希釈水中のスケール成分（水酸化物や炭酸塩）が析出することはない。したがって、希釈水に酸性水を混合させる必要もない。

［第５変形例］
第５変形例に係る淡水化システムは、図４を用いて上述した逆浸透膜型淡水化装置４０に代えて、図９に示すように低圧逆浸透膜モジュール４８を使用する逆浸透膜型淡水化装置４０ｂを有している。なお、その他の構成は、図１を用いて上述した淡水化システム１と同一である為、淡水化システム全体の構成については図示を省略する。

図９に示すように、逆浸透膜型淡水化装置４０ｂでは、逆浸透膜モジュール４２（ＰＡ膜）の後段に低圧逆浸透膜モジュール４８が設置されており、逆浸透膜モジュール４２から流出する透過水が逆浸透膜透過水ラインＬ４５を介して低圧逆浸透膜モジュール４８に流入する。逆浸透膜透過水ラインＬ４５には高圧ポンプ（昇圧ポンプ）等のポンプ４７が配置されており、このポンプ４７によって逆浸透膜モジュール４２の透過水に圧力を加えて低圧逆浸透膜モジュール４８で必要な水圧（例えば、１〜３Ｐａ）に調整する。また、逆浸透膜透過水ラインＬ４５には苛性ソーダ水ラインＬ３４が接続されており、逆浸透膜モジュール４２の透過水には苛性ソーダ水が混合されてｐＨ値が９以上に調整される。

低圧逆浸透膜モジュール４８は、アセチレンセルロース系の逆浸透膜（ＣＡ膜）であって、逆浸透膜透過水ラインＬ４５を介して流入する透過水を、濃縮水と淡水とに分離し、分離された濃縮水を第２濃縮水ラインＬ４６を介して希釈水ラインＬ３に循環させる。また、低圧逆浸透膜モジュール４８を透過した淡水は、調整剤供給装置４６によって供給される調整剤によって硬度とｐＨ値が飲料水の基準に調整された後に淡水ラインＬ４を介して淡水化システム１から流出する。なお、調整剤供給装置４６は、電気透析装置３０で得られる酸性水をｐＨを調整する調整剤としてもよい。

低圧逆浸透膜モジュール４８に送水される透過水は、苛性ソーダ水の混合によってｐＨ値９以上にされている為、原水中にホウ酸として溶解しているホウ素は、ホウ酸イオンに解離され、膜分離することができる。このように、透過水中のホウ素をホウ酸イオンにして低圧逆浸透膜モジュール４８で分離することで、淡水化システムの処理水として得られる淡水中の残留ホウ素濃度を低減することができる。

本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１ａ〜１ｃ…淡水化システム
１０…送水ポンプ
２０…前処理装置
２１…凝集剤供給装置
２２…濾過装置
３０…電気透析装置
３１…陰極
３２…陰極室
３３…陽極
３４…陽極室
３５…希釈室
３６…濃縮室
３７…陰イオン交換膜
３８…陽イオン交換膜
４０，４０ａ…逆浸透膜型淡水化装置
４１…ポンプ
４２…ポンプ
４２，４２ａ…逆浸透膜モジュール
４３…動力回収装置
４４…ポンプ
４５…脱塩素剤供給装置
４６…調整剤供給装置
Ｌ１…第１原水ライン
Ｌ２…第２原水ライン
Ｌ３…希釈水ライン
Ｌ４…淡水ライン
Ｌ２１…凝集剤供給ライン
Ｌ２２…排水ライン
Ｌ３１…排水ライン
Ｌ３２…塩素ライン
Ｌ３３…酸性水ライン
Ｌ３４…苛性ソーダ水ライン
Ｌ３５…次亜塩素酸ナトリウム水ライン
Ｌ３６…水素ライン
Ｌ３７…陰極液ライン
Ｌ３８…陽極液ライン
Ｌ４０…脱塩素剤ライン
Ｌ４１…ライン
Ｌ４２…ライン

Claims

塩分を含む原水に凝集剤を添加して凝集させて原水中の不純物を濾過する前処理装置と、
前記前処理装置で不純物が除去された原水を、塩分濃度が低い希釈水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離し、原水の浸透圧よりも低い浸透圧の希釈水を送出するとともに、淡水化で使用する薬品を製造する電気透析装置と、
前記電気透析装置で分離されるとともに浸透圧を下げた希釈水を、淡水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
を備えることを特徴とする淡水化システム。
塩分を含む原水に凝集剤を添加して凝集させて原水中の不純物を濾過する前処理装置と、
前記前処理装置で不純物が除去された原水の一部を、塩分濃度が低い希釈水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離し、原水の浸透圧よりも低い浸透圧の希釈水を送出するとともに、淡水化で使用する薬品を製造する電気透析装置と、
前記前処理装置で不純物が除去された原水の残りと前記電気透析装置で分離されるとともに浸透圧を下げた希釈水との混合水を、淡水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
を備えることを特徴とする淡水化システム。
前記電気透析装置の陽極で発生する塩素に、苛性ソーダラインから供給される苛性ソーダを混合して、次亜塩素酸ナトリウムを生成することを特徴とする請求項２に記載の淡水化システム。
前記前処理装置に流入する前の原水と、前記淡水化システムから流出する淡水との少なくともいずれか一方に、生成した次亜塩素酸ナトリウムを供給することを特徴とする請求項３に記載の淡水化システム。
塩水を含む原水中を流入すると、流入した原水のｐHを９以上にしてこの原水中の不純物を除去する前処理装置と、
陽極及び陰極を有し、前記前処理装置で不純物が除去された原水を、希釈水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離する電気透析装置と、
前記電気透析装置で分離された希釈水を、淡水と塩分濃度が高い濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記前処理装置で濾過する前の原水に、原水のｐＨ値を調整するために、前記電気透析装置の陰極で発生する苛性ソーダを供給する苛性ソーダ水ラインと、
を備えることを特徴とする淡水化システム。
前記前処理装置では、第一鉄塩を凝集剤として添加して濾過することを特徴とする請求項５に記載の淡水化システム。
前記逆浸透膜から流出される淡水の一部を前記電気透析装置に陰極液として供給する淡水ラインをさらに備えること特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の淡水化システム。