JP5433633B2 - Seawater desalination system using forward osmosis membrane - Google Patents
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Description
本発明は、正浸透膜を用いて海水から淡水を得るための正浸透膜を用いた海水淡水化システムに関する。 The present invention relates to a seawater desalination system using a forward osmosis membrane for obtaining fresh water from seawater using a forward osmosis membrane.
近年、膜を用いた海水淡水化技術の適用が増加している。逆浸透膜法は、セルロースやポリアミド等の素材で作られた逆浸透膜に、海水の浸透圧（約２.５ＭＰａ）の二倍以上の圧力を加え、塩分は膜を透過させないで水は膜を透過させることにより淡水を得る方法である。 In recent years, the application of seawater desalination technology using membranes has increased. In the reverse osmosis membrane method, a pressure more than twice the osmotic pressure of seawater (about 2.5 MPa) is applied to a reverse osmosis membrane made of materials such as cellulose and polyamide, so that water does not permeate the membrane without allowing salt to permeate the membrane. Is a method of obtaining fresh water by permeating water.
一方、正浸透膜法は、セルロース等の素材で作られた浸透膜を介して海水中の水を一旦高濃度（高浸透圧）の溶液に回収し、その後、高浸透圧の溶液から塩を除去する方法である。高浸透圧溶液に添加する塩として、正方向への駆動力、すなわち海水中の水を一旦高濃度の溶液に回収するだけでなく、溶液からの分離が容易なものを選択することで、淡水製造に係るエネルギーを逆浸透膜法よりも低減できる可能性がある。 On the other hand, in the forward osmosis membrane method, water in seawater is once recovered into a high-concentration (high osmotic pressure) solution through an osmotic membrane made of a material such as cellulose, and then salt is added from the high osmotic pressure solution. It is a method of removing. By selecting the salt to be added to the hyperosmotic solution, the driving force in the positive direction, that is, not only recovering the water in the seawater into a high-concentration solution but also easily separating it from the solution, There is a possibility that the energy for manufacturing can be reduced as compared with the reverse osmosis membrane method.
逆浸透膜や正浸透膜に用いられる半透膜は、原水中のイオンを除去する膜である。運転に伴って、原水や添加薬品中の無機・有機成分、また、生物由来の有機成分によって膜の孔が目詰まりする現象、いわゆるファウリングが生じやすい。既に実用化している逆浸透膜法のプラントでは、海水淡水化のための設備コストを低減する目的で、スケール防止剤の注入，膜の定期的な洗浄・交換がなされている。 Semipermeable membranes used for reverse osmosis membranes and forward osmosis membranes are membranes that remove ions in raw water. During operation, so-called fouling is likely to occur, in which the pores of the membrane are clogged by inorganic and organic components in raw water and additive chemicals, and organic components derived from living organisms. In the plant of the reverse osmosis membrane method that has already been put into practical use, in order to reduce the equipment cost for seawater desalination, injection of a scale inhibitor and periodic cleaning and replacement of the membrane are performed.
〔特許文献１〕には、直列に２段に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。海水中の成分の一つであるホウ素は、逆浸透膜による阻止率が比較的小さく、水質基準を満足するのが難しい。〔特許文献１〕では、ホウ素を効率よく除去するため、２段目の逆浸透膜の表面に定期的に洗浄液（有機酸、または有機酸にアンモニアを添加した成分）を供給し、膜の劣化を事前に防止する構成としている。しかし、近年、装置のより一層の長寿命化の観点から、１段目の逆浸透膜で生じるファウリングが問題となっており、〔特許文献１〕の構成ではこの課題を満足することができない。 [Patent Document 1] discloses a seawater desalination method using a reverse osmosis membrane connected in series in two stages. Boron, one of the components in seawater, has a relatively low rejection rate by reverse osmosis membranes, and it is difficult to satisfy water quality standards. In [Patent Document 1], in order to efficiently remove boron, a cleaning solution (organic acid or a component obtained by adding ammonia to an organic acid) is periodically supplied to the surface of the second-stage reverse osmosis membrane to deteriorate the membrane. It is set as the structure which prevents in advance. However, in recent years, fouling generated in the first-stage reverse osmosis membrane has become a problem from the viewpoint of further extending the life of the apparatus, and the configuration of [Patent Document 1] cannot satisfy this problem. .
〔特許文献２〕には、〔特許文献１〕と同様に、ホウ素の除去性能を向上させるために、直列に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。各逆浸透膜エレメントの原水流通方向と逆方向に、逆浸透膜処理によって得られた濃縮海水を流通させる逆洗手段を備える構成としている。これにより、逆浸透膜モジュールを長期にわたって使用することができるとしている。 [Patent Document 2] discloses a seawater desalination method using reverse osmosis membranes connected in series in order to improve the removal performance of boron, as in [Patent Document 1]. It is set as the structure provided with the backwashing means which distribute | circulates the concentrated seawater obtained by the reverse osmosis membrane process in the direction opposite to the raw | natural water distribution direction of each reverse osmosis membrane element. Thereby, it is supposed that a reverse osmosis membrane module can be used over a long period of time.
しかし、濃縮水を逆洗のための洗浄液とすることから、水を逆浸透膜を透過させ海水原水側に流出させるには、高圧ポンプによる加圧が必要である。濃縮水の塩濃度は、逆浸透処理における淡水の回収率にも依存するが、一般には海水の２倍以上となるため、逆洗によるエネルギーが大きいという問題がある。 However, since concentrated water is used as a cleaning solution for backwashing, pressurization by a high-pressure pump is required to allow water to permeate the reverse osmosis membrane and flow out to the seawater raw water side. The salt concentration of the concentrated water depends on the fresh water recovery rate in the reverse osmosis treatment, but generally has a problem that the energy of back washing is large because it is twice or more that of seawater.
また、正浸透膜処理のシステムに関しては、膜の長期使用を目的とした逆洗について記載された文献は見当たらない。 Moreover, regarding the system for forward osmosis membrane treatment, there is no literature describing backwashing for the purpose of long-term use of the membrane.
本発明の目的は、少ないエネルギー使用量で膜の寿命を延長させるための逆洗機能を有した、正浸透膜を用いた海水淡水化システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a seawater desalination system using a forward osmosis membrane having a backwashing function for extending the life of the membrane with a small amount of energy consumption.
上記の目的を達成するため、本発明の正浸透膜を用いた海水淡水化システムは、海水淡水化処理の際に正浸透膜に接して原水となる海水が供給される第一の部屋と、海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られる浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管とを有し、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去させる構造とした。 In order to achieve the above object, the seawater desalination system using the forward osmosis membrane of the present invention is a first room in which seawater that is raw water in contact with the forward osmosis membrane is supplied during seawater desalination treatment, A forward osmosis membrane treatment means comprising a second chamber supplied with a high osmotic pressure solution for permeating the membrane from seawater and collecting water; a purification means for removing solutes or particles in the high osmotic pressure solution; A pipe for supplying the second chamber with a solution having an osmotic pressure lower than seawater obtained by the purification means, and using the osmotic pressure difference between the first chamber and the second chamber as a driving force, the second chamber The structure was such that water contained in the room was permeated through the forward osmosis membrane to remove substances adhering to the forward osmosis membrane in contact with the first chamber.
又、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される、海水よりも浸透圧の高い溶液を前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去する構成とした。 Further, when a solution having an osmotic pressure lower than that of seawater is supplied to the second chamber, a solution having a higher osmotic pressure than seawater recovered by the purification means is supplied to the first chamber, and the forward osmosis membrane It was set as the structure which removes the substance adhering to.
又、第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有する構成とした。 In addition, it is configured to have means for adding cleaning chemicals to the liquid supplied to the first chamber.
又、洗浄薬品として、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかを用いるものとした。 Further, any one of a surfactant, an inorganic acid, an organic acid, and an alkali agent is used as a cleaning chemical.
又、第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各流量を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。 It also has means for measuring the flow rate of water supplied to the first room and the second room, measures each flow rate during seawater desalination treatment, and based on the measurement results, the osmotic pressure is Control means for supplying a lower solution to the second chamber.
又、第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。 It also has means for measuring the conductivity of water supplied to and discharged from the second room, and measures each conductivity during seawater desalination treatment, and the osmotic pressure is determined based on the measurement results. It was set as the structure which has a control means which supplies the solution lower than seawater to said 2nd chamber.
本発明によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。 According to the present invention, since the backwashing of the forward osmosis membrane can be carried out using the difference in the concentration of water supplied to both sides of the membrane as a driving force, the pump power for backwashing can be reduced. Moreover, it is possible to extend the life of the film by performing backwashing.
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a seawater desalination system according to a first embodiment of the present invention.
本システムは、海水１を取り入れ、前処理を行う前処理手段２、前処理手段２に接続され前処理手段２から排出される汚泥が送られる前処理排液タンク８、前処理手段２にポンプＰ１を介して接続され前処理された海水が供給される正浸透膜処理手段３、正浸透膜処理手段３に接続されファウリング物質を含む海水を回収する濃縮海水タンク９、正浸透膜処理手段３にバルブＶ１を介して接続され高浸透圧溶液が送液される一次精製処理手段４、一次精製処理手段４に接続されるとともに、正浸透膜処理手段３にバルブＶ２を介して接続される調整タンク５、一次精製処理手段４に接続され浸透圧が下げられた液が送液される一次精製水貯留タンク６で構成され、調整タンク５はポンプＰ２及びバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３に、一次精製水貯留タンク６はポンプＰ３及びバルブＶ４を介して正浸透膜処理手段３にそれぞれ接続されている。
The present system takes in
前処理手段２は、図示しないポンプで取水した海水１をＭＦ膜ろ過処理するもので、これにより濁質を除去し、正浸透膜処理手段３に適合する水質の海水を得る。前処理手段２は、ＭＦ膜（Microfiltlation、精密ろ過膜）の差圧とろ過継続時間の計測を行い、差圧とろ過継続時間の計測値が予め設定したろ過継続時間または差圧の値のいずれかを超えた時点で、ＭＦ膜の逆洗を設定された時間実行する。逆洗で排出される汚泥は、前処理排液タンク８に送られる。これらは、濃縮，脱水の処理を実施した後に廃棄される。
The pretreatment means 2 performs MF membrane filtration treatment of
正浸透膜処理手段３は、正浸透膜を挟んだ両側にそれぞれ部屋を備え、一方の部屋（第一の部屋）に前処理手段２で得た海水を供給し、他方の部屋（第二の部屋）に高浸透圧溶液を供給する。このとき、各液の浸透圧は数１から算出することができる。
The forward osmosis membrane treatment means 3 includes rooms on both sides of the forward osmosis membrane, supplies the seawater obtained by the pretreatment means 2 to one room (first room), and the other room (second Supply hyperosmotic solution to room). At this time, the osmotic pressure of each liquid can be calculated from
〔数１〕
Π＝ｉＲＴＣ …（１）
ここで、Πは浸透圧、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｃは溶液のモル濃度、ｉはファント・ホッフの係数である。
[Equation 1]
Π = iRTC (1)
Here, Π is the osmotic pressure, R is the gas constant, T is the absolute temperature, C is the molar concentration of the solution, and i is the Fant-Hoff coefficient.
ファント・ホッフの係数ｉは、溶質が電解質の場合で電離が生じる影響を表す係数である。正浸透膜間には、２種の溶液の浸透圧の差および膜圧に応じた駆動力が生じる。高浸透圧溶液の浸透圧を海水の浸透圧より大きくし、海水から高浸透圧溶液に水を回収する。このとき、海水中のイオンの一部は除去されず、高浸透溶液側に漏えいする。 The Phanto-Hoff coefficient i is a coefficient representing the effect of ionization when the solute is an electrolyte. Between the forward osmosis membranes, a difference in osmotic pressure between the two solutions and a driving force according to the membrane pressure are generated. The osmotic pressure of the high osmotic pressure solution is made larger than the osmotic pressure of seawater, and water is recovered from the seawater into the high osmotic pressure solution. At this time, some of the ions in the seawater are not removed and leak to the highly osmotic solution side.
図２に液の種類と浸透圧の関係の説明図を示す。 FIG. 2 shows an explanatory diagram of the relationship between the type of liquid and the osmotic pressure.
図２において、（１）高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）は、調整タンク５から正浸透膜処理手段３に供給される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（２）高浸透圧溶液（正浸透膜処理出口）は、正浸透膜処理手段３から一次精製処理手段４へ送液される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（３）海水（正浸透膜処理入口）は、前処理手段２から正浸透膜処理手段３に送液される海水の浸透圧を示しており、（４）高浸透圧溶液（一次精製処理出口）は、一次精製水貯留タンク６での浸透圧を示している。
In FIG. 2, (1) high osmotic pressure solution (forward osmosis membrane treatment inlet) indicates the osmotic pressure of the high osmotic pressure solution supplied from the adjustment tank 5 to the forward osmosis membrane treatment means 3. The osmotic pressure solution (forward osmosis membrane treatment outlet) indicates the osmotic pressure of the high osmotic pressure solution fed from the forward osmosis membrane treatment means 3 to the primary purification treatment means 4, and (3) seawater (forward osmosis membrane treatment) (Inlet) indicates the osmotic pressure of seawater sent from the pretreatment means 2 to the forward osmosis membrane treatment means 3, and (4) the high osmotic pressure solution (primary purification treatment outlet) is the primary purified
そして、高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）の浸透圧と海水（正浸透膜処理入口）との浸透圧の差を利用して、正浸透膜処理が行われ、海水（正浸透膜処理入口）の浸透圧と高浸透圧溶液（一次精製処理出口）との浸透圧の差を利用して、逆洗処理が行われることを示している。 Then, the forward osmosis membrane treatment is performed using the difference between the osmotic pressure of the high osmotic pressure solution (forward osmosis membrane treatment inlet) and the osmotic pressure between seawater (forward osmosis membrane treatment inlet) and seawater (forward osmosis membrane treatment). It shows that the backwash process is performed using the difference in the osmotic pressure between the osmotic pressure at the inlet) and the high osmotic pressure solution (primary purification treatment outlet).
高浸透圧溶液の溶質または粒子としては、海水よりも浸透圧が高くできる物質であればよく、例えば、無機塩（ＡｌＫ（ＳＯ4）2，Ｎａ2ＨＰＯ4，ＫＣｌ，ＣａＣｌ2など），糖溶液（グルコース，フルクトースなど），水に対する溶解度が高い気体（ＮＨ3，ＣＯ2，ＳＯ2など），有機物（アルコール，イミダゾール誘導体），低融点物質（炭酸エチレンなど），磁性体微粒子（２−Ｐｙｒｏｌ−ＭＮＰ，ＴＲＥＧ−ＭＮＰなど）が適用可能である。 The solute or particles of the high osmotic pressure solution may be any substance that can make the osmotic pressure higher than seawater. For example, inorganic salts (such as AlK (SO 4 ) 2 , Na 2 HPO 4 , KCl, CaCl 2 ), sugar Solutions (glucose, fructose, etc.), gases with high solubility in water (NH 3 , CO 2 , SO 2, etc.), organic substances (alcohol, imidazole derivatives), low melting point substances (ethylene carbonate, etc.), magnetic fine particles (2-Pyrol) -MNP, TREG-MNP, etc.) are applicable.
正浸透膜は、酢酸セルロースやポリアミド等の材質を適用することができる。また、正浸透膜処理手段３内部の液温は、膜の透過抵抗を低減させるため２０〜５０℃の範囲に保持する。正浸透膜処理手段３から排出される濃縮海水は濃縮海水タンク９に送られ、排水処理操作後、海洋へ放流される。
A material such as cellulose acetate or polyamide can be applied to the forward osmosis membrane. Further, the liquid temperature inside the forward osmosis membrane treatment means 3 is kept in the range of 20 to 50 ° C. in order to reduce the permeation resistance of the membrane. The concentrated seawater discharged from the forward osmosis membrane treatment means 3 is sent to the
本海水淡水化システムにおける淡水製造時の処理を以下に説明する。 The process at the time of fresh water manufacture in this seawater desalination system is demonstrated below.
正浸透膜処理手段３で得られた高浸透圧溶液は、バルブＶ１を経由して一次精製処理手段４に送られる。ここで、高浸透圧溶液から浸透圧を高めるために添加されている物質を分離する。一次精製処理手段４の単位処理方法としては、添加されている物質の種類によって適合するものが選択される。例えば無機塩や低融点物質等は晶析処理，水に対する溶解度が高い気体の場合はガス放散，磁性体微粒子の場合は磁気分離，糖溶液の場合はイオン交換等がある。また、共通の分離方法として、蒸留，逆浸透膜処理がある。 The high osmotic pressure solution obtained by the forward osmosis membrane treatment means 3 is sent to the primary purification treatment means 4 via the valve V1. Here, the substance added to increase the osmotic pressure is separated from the high osmotic pressure solution. As the unit treatment method of the primary purification treatment means 4, a suitable one is selected according to the type of substance added. For example, inorganic salts and low-melting-point substances include crystallization treatment, gas diffusion in the case of a gas with high solubility in water, magnetic separation in the case of magnetic fine particles, and ion exchange in the case of a sugar solution. Common separation methods include distillation and reverse osmosis membrane treatment.
分離された物質を高濃度で含む液は調整タンク５に送られる。調整タンク５に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも一次精製処理手段４の入口での浸透圧より高くなる。 The liquid containing the separated substance at a high concentration is sent to the adjustment tank 5. The osmotic pressure of the liquid sent to the adjustment tank 5 differs depending on the specifications of the primary purification processing means 4, but becomes at least higher than the osmotic pressure at the inlet of the primary purification processing means 4.
一方、浸透圧が下げられた液（淡水として一次精製された液）は、一次精製水貯留タンク６に送られる。一次精製水貯留タンク６に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも海水より低くする。得られた一次精製水７は次の工程に送られる。
On the other hand, the liquid whose osmotic pressure has been lowered (liquid that has been primarily purified as fresh water) is sent to the primary purified
調整タンク５で濃度および温度が調整された高浸透圧溶液はポンプＰ２によりバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に戻される。これらの操作において、バルブＶ２，Ｖ４は閉、ポンプＰ３は運転を停止する。 The high osmotic pressure solution whose concentration and temperature are adjusted in the adjustment tank 5 is returned to the high osmotic pressure solution side of the forward osmosis membrane treatment means 3 through the valve V3 by the pump P2. In these operations, the valves V2 and V4 are closed and the pump P3 is stopped.
上記の処理により、正浸透膜処理と一次精製処理が行われ、連続的に一次精製水を製造することができる。 By the above treatment, forward osmosis membrane treatment and primary purification treatment are performed, and primary purified water can be continuously produced.
次に、本海水淡水化システムにおける正浸透膜逆洗時の処理を説明する。 Next, the process at the time of forward osmosis membrane backwashing in the seawater desalination system will be described.
逆洗操作は、図示しない制御手段によりポンプおよびバルブを定期的に操作して実施される。操作する時間間隔は、正浸透膜処理手段３に供給される原水の水質に依存するが、１日から２カ月の間で設定され、逆洗時間は、５から１５分間が望ましい。 The back washing operation is performed by periodically operating the pump and the valve by a control means (not shown). The operating time interval depends on the quality of the raw water supplied to the forward osmosis membrane treatment means 3, but is set between one day and two months, and the backwash time is preferably 5 to 15 minutes.
逆洗時は、まずバルブＶ３を閉、ポンプＰ２を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。この操作により、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給される部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給される。
At the time of backwashing, first, the valve V3 is closed, the pump P2 is stopped, the pump P3 is started, and the valve V4 is controlled to be opened. By this operation, the low osmotic pressure water stored in the primary purified
逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。これは、一次精製処理手段４に供給される高浸透圧溶液の濃度が大きく変化することにより、精製処理の性能劣化、すなわち製品（淡水）の品質への影響を回避するためである。 In the initial stage of backwashing, since the concentration of the high osmotic pressure solution discharged from the forward osmosis membrane treatment means 3 is high, this liquid is sent to the primary purification treatment means 4 through the valve V1. Thereafter, when backwash water corresponding to the capacity of the forward osmosis membrane treatment means 3 is supplied, the valve V2 is opened, the valve V1 is closed, and the backwash water is sent to the adjustment tank 5. This is to avoid performance deterioration of the purification process, that is, influence on the quality of the product (fresh water) due to a large change in the concentration of the high osmotic pressure solution supplied to the primary purification treatment means 4.
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に海水、一方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は海水側の方が高くなるため、一次精製水側の水分子は正浸透膜を通過して海水側に流れる。この流れにより、正浸透膜表面または内部に付着したファウリング物質を物理的に剥離・洗浄することができる。ファウリング物質を含む海水は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、海洋へ放流される。
The forward osmosis membrane treatment means 3 is supplied with seawater on one side and primary purified water on the other side across the forward osmosis membrane. At this time, since the osmotic pressure is higher on the seawater side, water molecules on the primary purified water side pass through the forward osmosis membrane and flow to the seawater side. By this flow, the fouling substance adhering to the surface or inside of the forward osmosis membrane can be physically peeled and washed. Seawater containing fouling substances is collected in the
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、バルブＶ４を閉、ポンプＰ３を停止、ポンプＰ２を起動、バルブＶ３を開に制御する。そして、正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側の容量に相当する高浸透圧溶液を供給した後、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉とし、海水淡水化処理の状態とする。 After the backwash process for the set time is completed, a control means (not shown) controls the valve V4 to be closed, the pump P3 to be stopped, the pump P2 to be activated, and the valve V3 to be opened. Then, after supplying a high osmotic pressure solution corresponding to the volume on the high osmotic pressure solution side of the forward osmosis membrane treatment means 3, the valve V1 is opened, the valve V2 is closed, and a seawater desalination treatment state is set.
このような構成とすると、正浸透膜を挟む溶液の浸透圧差を駆動力とした水流によって膜洗浄を実施でき、ファウリングを抑制できるため、膜の長寿命化を図ることができる。逆洗のためには、通常は圧損の大きな正浸透膜に水を通す必要があるが、本構成では高圧ポンプが不要であるため、逆洗に係る消費エネルギーが小さくて済むという効果もある。 With such a configuration, the membrane can be washed by a water flow with the osmotic pressure difference of the solution sandwiching the forward osmosis membrane as a driving force, and fouling can be suppressed, so that the life of the membrane can be extended. For backwashing, it is usually necessary to pass water through a forward osmosis membrane having a large pressure loss. However, since this configuration does not require a high-pressure pump, there is an effect that the energy consumed for backwashing can be reduced.
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。 Thus, according to this embodiment, since the backwashing of the forward osmosis membrane can be carried out using the difference in the concentration of water supplied to both sides of the membrane as a driving force, the pump power for backwashing is reduced. be able to. Moreover, it is possible to extend the life of the film by performing backwashing.
〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、ポンプＰ１の後流側にバルブＶ２１が設けられ、バルブＶ２１に後流側で洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品が供給され、ポンプＰ２と正浸透膜処理手段３との間に三方バルブ２２が設けられ、三方バルブの１つが正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に接続されている。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a block diagram of a seawater desalination system according to the second embodiment of the present invention. This system is configured in the same manner as in the first embodiment. In this embodiment, a valve V21 is provided on the downstream side of the pump P1, and the cleaning chemical is supplied from the cleaning chemical supply means 21 on the downstream side of the valve V21. And a three-way valve 22 is provided between the pump P2 and the forward osmosis membrane treatment means 3, and one of the three-way valves is connected to the high osmotic pressure solution side of the forward osmosis membrane treatment means 3.
本実施例における淡水製造時の処理においては、バルブＶ２１を開とし、洗浄薬品供給手段２１は停止とする。また、三方バルブＶ２２は、ポンプＰ２から供給される高浸透圧溶液を正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に供給するように切り替えられる。 In the process for producing fresh water in this embodiment, the valve V21 is opened and the cleaning chemical supply means 21 is stopped. The three-way valve V22 is switched so as to supply the high osmotic pressure solution supplied from the pump P2 to the high osmotic pressure solution side of the forward osmosis membrane treatment means 3.
逆洗時は、まずバルブＶ２１を閉に、ポンプＰ１を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。その後、三方バルブＶ２２を正浸透膜処理手段３の原水（海水）側に切り替え、洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品を供給する。これにより、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給されていた部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給され、高浸透圧溶液が原水側に供給される。逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。
At the time of backwashing, first, the valve V21 is closed, the pump P1 is stopped, the pump P3 is activated, and the valve V4 is opened. Thereafter, the three-way valve V22 is switched to the raw water (seawater) side of the forward osmosis membrane treatment means 3, and the cleaning chemical is supplied from the cleaning chemical supply means 21. Thereby, the low osmotic pressure water stored in the primary purified
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に高浸透圧溶液、他方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は高浸透圧溶液側の方が高くなり、この効果で膜の逆洗ができる。この他、洗浄薬剤により、化学的なファウリング物質の溶解も進行し、物理洗浄だけでは除去が困難な付着物を除去することができる。 The forward osmosis membrane treatment means 3 is supplied with a high osmotic pressure solution on one side and primary purified water on the other side with the forward osmosis membrane interposed therebetween. At this time, the osmotic pressure is higher on the high osmotic pressure solution side, and the membrane can be backwashed by this effect. In addition, chemical fouling substances are also dissolved by the cleaning agent, and deposits that are difficult to remove by physical cleaning alone can be removed.
ファウリング物質および洗浄薬剤を含む高浸透圧溶液は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、処分される。
The high osmotic pressure solution containing the fouling substance and the cleaning agent is collected in the
洗浄薬品としては、スケールとして付着する硫酸カルシウム，硫酸マグネシウム，炭酸カルシウム，ケイ酸塩の除去、または、生物によって生成されバイオファウリングの原因となる有機物を除去できる薬品を使用する。例えば、界面活性剤，酸剤（塩酸等の無機酸，カルボン酸等の有機酸）、または、アルカリ剤（苛性ソーダ等）を使用することができる。 As a cleaning chemical, a chemical capable of removing calcium sulfate, magnesium sulfate, calcium carbonate, and silicate adhering to the scale, or an organic substance generated by a living organism and causing biofouling is used. For example, a surfactant, an acid agent (an inorganic acid such as hydrochloric acid, an organic acid such as a carboxylic acid), or an alkali agent (such as caustic soda) can be used.
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、まず、洗浄薬品供給手段２１を停止し、バルブＶ１を開、ポンプＰ２，Ｐ３を停止、バルブＶ４を閉、三方バルブＶ２２を高浸透圧溶液供給側に切り替える。正浸透膜処理手段３の原水側の部屋への海水通水を設定された時間実施した時点で、制御手段は、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉、ポンプＰ２を起動し、海水淡水化処理の状態とする。 After the backwash process for the set time is completed, the control means (not shown) first stops the cleaning chemical supply means 21, opens the valve V1, stops the pumps P2 and P3, closes the valve V4, and closes the three-way valve V22. Is switched to the high osmotic pressure solution supply side. When the seawater flow into the room on the raw water side of the forward osmosis membrane treatment means 3 is performed for a set time, the control means opens the valve V1, closes the valve V2, activates the pump P2, and desalinates the seawater. State.
このような構成とすると、正浸透膜の両側の浸透圧差は第１実施形態の場合よりも大きくなるため、膜を透過する水の流束が増大し、物理的な逆洗効果が大きくなる。また、洗浄薬品によるファウリング物質除去の効果もあるため、膜の寿命を延長させることができる。 With such a configuration, the difference in osmotic pressure on both sides of the forward osmosis membrane is larger than that in the first embodiment, so the flux of water that permeates the membrane increases and the physical backwash effect is increased. In addition, since the fouling substance is removed by cleaning chemicals, the life of the film can be extended.
ここで、洗浄薬品によるファウリング物質除去が必要でない場合は、洗浄薬品供給手段２１は省略することができる。 Here, when it is not necessary to remove the fouling substance by the cleaning chemical, the cleaning chemical supply means 21 can be omitted.
また、海水淡水化処理の正浸透膜処理では、原水（海水）中のイオンの一部が膜を透過して高浸透圧溶液側に移行し、蓄積してしまう。必要な淡水の水質を確保する上では、定期的な高浸透圧溶液の更新が必要である。本実施形態の構成では、高浸透溶液の部分的な更新と膜の洗浄が同時にできる。そのため、これらを別々に実施する場合に比べて排水処理系にかかる負担を軽減できる。 Moreover, in the forward osmosis membrane treatment of seawater desalination treatment, some of the ions in the raw water (seawater) pass through the membrane and move to the high osmotic pressure solution side and accumulate. In order to ensure the necessary fresh water quality, it is necessary to periodically update the hyperosmotic solution. In the configuration of this embodiment, partial renewal of the highly osmotic solution and membrane cleaning can be performed simultaneously. Therefore, compared with the case where these are implemented separately, the burden concerning a waste water treatment system can be reduced.
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。 Thus, according to this embodiment, since the backwashing of the forward osmosis membrane can be carried out using the difference in the concentration of water supplied to both sides of the membrane as a driving force, the pump power for backwashing is reduced. be able to. Moreover, it is possible to extend the life of the film by performing backwashing.
また、物理的および化学的な洗浄を併用することで、洗浄効果を向上させることができ、膜の寿命をさらに伸ばすことができるという効果がある。 Further, the combined use of physical and chemical cleaning has the effect of improving the cleaning effect and further extending the life of the film.
〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、例１の構成に計測器Ｓ１〜Ｓ４を加え、これらの計測結果に基づいて逆洗操作を実行するものである。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram of a seawater desalination system according to a third embodiment of the present invention. This system is configured in the same manner as in the first embodiment, but in this embodiment, measuring instruments S1 to S4 are added to the configuration of Example 1, and a backwash operation is executed based on these measurement results. is there.
計測項目として、例えば導電率と流量を用いる場合について説明する。導電率は、高浸透圧溶液中の溶質の濃度と相関を持った指標である。そのため、正浸透膜処理における水の流束の変化を判断する指標となり得る。計測器Ｓ１と計測器Ｓ２は導電率計で、計測器Ｓ１はバルブＶ３と正浸透膜処理手段３の間に設置し、計測器Ｓ２はバルブＶ１と一次精製処理手段４の間に設置する。計測器Ｓ３，Ｓ４は流量計であり、正浸透膜処理手段３への流入量をそれぞれ測定する。 A case where, for example, conductivity and flow rate are used as measurement items will be described. The conductivity is an index having a correlation with the concentration of the solute in the high osmotic pressure solution. Therefore, it can be an index for judging a change in water flux in the forward osmosis membrane treatment. Measuring instrument S1 and measuring instrument S2 are conductivity meters, measuring instrument S1 is installed between valve V3 and forward osmosis membrane processing means 3, and measuring instrument S2 is installed between valve V1 and primary purification processing means 4. The measuring instruments S3 and S4 are flow meters, and each measure the amount of inflow into the forward osmosis membrane processing means 3.
導電率を用いた逆洗処理の運転制御フローを図５に示す。
Ｓ５０１で、前回の逆洗からの経過時間と設定値との比較をする。経過時間が設定値を超えていればＳ５０７で逆洗を実行する。
FIG. 5 shows the operation control flow of the backwash process using the conductivity.
In S501, the elapsed time from the previous backwashing is compared with the set value. If the elapsed time exceeds the set value, backwashing is executed in S507.
超えていなければ、Ｓ５０２−Ｓ５０６で、ファウリングの程度の判断を実施する。Ｓ５０２で、計測器Ｓ１，Ｓ２から正浸透膜処理手段３の前後での導電率を取得する。Ｓ５０３で、正浸透膜処理手段３の原水側と高浸透圧溶液側のそれぞれの流入流量を取得する。Ｓ５０４で、システムで稼働している使用モジュール数を取得する。これらを入力として、Ｓ５０５で、逆洗実行の判断基準とする導電率（σ１′）を算出する。得られたσ１′と導電率の実測値（σ１）とを比較し、σ１＞σ１′であれば、すなわち海水から高浸透圧溶液への水の流入が基準より少なければ、Ｓ５０７で逆洗を実行する。 If not exceeded, the degree of fouling is determined in S502 to S506. In S502, the conductivity before and after the forward osmosis membrane processing means 3 is acquired from the measuring instruments S1 and S2. In S503, the respective inflow rates on the raw water side and the high osmotic pressure solution side of the forward osmosis membrane treatment means 3 are acquired. In step S504, the number of used modules operating in the system is acquired. Using these as inputs, in S505, the conductivity (σ1 ′) is calculated as a criterion for performing backwashing. The obtained σ1 ′ is compared with the measured conductivity value (σ1). If σ1> σ1 ′, that is, if the inflow of water from the seawater to the hyperosmotic pressure solution is less than the standard, backwashing is performed in S507. Run.
Ｓ５０５におけるσ１′の算出方法としては、海水淡水化システムで適用する正浸透膜モジュールを用いて、事前に導電率と流量の関係を調査しておく方法がある。例えば、その関係を示す表や実験式を作成し、Ｓ５０５において用いる。流量が大きいほど、単位流量当たりの膜透過水水量が小さくなるため、導電率の変化（σ０−σ１）は小さくなる。 As a method of calculating σ1 ′ in S505, there is a method of investigating the relationship between conductivity and flow rate in advance using a forward osmosis membrane module applied in a seawater desalination system. For example, a table or an empirical formula showing the relationship is created and used in S505. The larger the flow rate, the smaller the amount of membrane permeate water per unit flow rate, so the change in conductivity (σ0−σ1) becomes smaller.
上記の制御方法では、流入する高浸透溶液の導電率，流量，モジュール数から、正浸透膜処理手段の出口で得られる高浸透圧溶液の導電率を計算し、実測値と比較することで逆洗の実施を判断した。より簡易な方法として、逆洗を実行するときの導電率の値（一定値）を設定し、実測値がこれを超えた場合に逆洗処理を実行することもできる。 In the above control method, the conductivity of the high osmotic pressure solution obtained at the outlet of the forward osmosis membrane treatment means is calculated from the conductivity, flow rate, and the number of modules of the inflowing high osmosis solution, and the result is compared with the actual measurement value. Judgment was made on washing. As a simpler method, it is also possible to set a conductivity value (a constant value) when backwashing is performed, and to perform backwashing processing when an actual measurement value exceeds this value.
また、計測項目の例として導電率を挙げて説明したが、高浸透圧溶液の溶質や粒子の濃度と相関がある計測であれば特に制限されるものではない。例えば、ｐＨ（酸・アルカリの場合），全有機炭素（有機物である場合），粒子数（粒子である場合）を適用することができる。 Moreover, although conductivity was mentioned and demonstrated as an example of a measurement item, it will not be restrict | limited especially if it has a correlation with the solute of a high osmotic pressure solution, and the density | concentration of particle | grains. For example, pH (in the case of acid / alkali), total organic carbon (in the case of organic matter), and the number of particles (in the case of particles) can be applied.
また、溶質の濃度のモニタリングという以外に、正浸透膜処理における流束を評価する手段として、計測器Ｓ１，Ｓ２に流量計を適用することも可能である。この場合、計測器Ｓ３，Ｓ４は不要である。正浸透膜処理手段への高浸透圧溶液の流入量に対して、出口の流量が減少していれば、濃度差による駆動力に対して流束が減少している、すなわち、膜の部分の圧損が増大している（ファウリングが進行している）と判断できる。 In addition to monitoring the concentration of the solute, it is also possible to apply a flow meter to the measuring instruments S1 and S2 as a means for evaluating the flux in the forward osmosis membrane treatment. In this case, the measuring instruments S3 and S4 are not necessary. If the flow rate at the outlet is reduced with respect to the flow rate of the high osmotic pressure solution into the forward osmosis membrane treatment means, the flux is reduced with respect to the driving force due to the concentration difference. It can be determined that the pressure loss is increasing (fouling is in progress).
一般の浄水膜処理では膜間の差圧に基づいてファウリングが判断されているが、正浸透膜処理では溶液の浸透圧差によって差圧が決まってしまうため、差圧で膜のファウリング状況を判断することは困難となる。 In general water purification membrane treatment, fouling is judged based on the differential pressure between membranes, but in forward osmosis membrane treatment, the differential pressure is determined by the osmotic pressure difference of the solution, so the fouling status of the membrane is determined by the differential pressure. It will be difficult to judge.
本実施形態に示した構成にすると、第１実施形態で述べた効果に加え、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。 With the configuration shown in the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, it is possible to perform backwashing according to the state of fouling. Compared to the case, it is possible to improve the yield of fresh water and reduce energy.
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。 Thus, according to this embodiment, since the backwashing of the forward osmosis membrane can be carried out using the difference in the concentration of water supplied to both sides of the membrane as a driving force, the pump power for backwashing is reduced. be able to. Moreover, it is possible to extend the life of the film by performing backwashing.
また、流量や水質を指標として、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。 In addition, it is possible to implement backwashing according to fouling conditions using flow rate and water quality as an indicator. Therefore, compared with the case where backwashing is carried out at regular intervals for preventive maintenance, the yield of fresh water is improved and energy is reduced. Is possible.
２ 前処理手段
３ 正浸透膜処理手段
４ 一次精製処理手段
５ 調整タンク
６ 一次精製水貯留タンク
８ 前処理排液タンク
９ 濃縮海水タンク
２１ 洗浄薬品供給手段
2 Pretreatment means 3 Forward osmosis membrane treatment means 4 Primary purification treatment means 5
Claims (6)
該海水から前記正浸透膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋を具備した正浸透膜処理手段と、
前記第二の部屋に接続され前記高浸透圧溶液中の溶質又は粒子を除去する一次精製処理手段と、
該一次精製処理手段で得られる浸透圧が前記海水より低い溶液を貯留する一次精製水貯留手段とを備え、
前記正浸透膜の逆洗時は、前記一次精製水貯留手段に貯留された溶液を前記第二の部屋に供給する配管，ポンプと、
前記一次精製処理手段で分離された溶質又は粒子を高濃度で含む液を前記第一の部屋に供給する配管及びポンプとを設けたこと
を特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。 A first chamber that is partitioned by a forward osmosis membrane and supplied with seawater;
Forward osmosis membrane treatment means comprising a second chamber to which a high osmotic pressure solution for allowing the permeation of the forward osmosis membrane from the seawater and recovering water is supplied;
A primary purification treatment means connected to the second chamber to remove solutes or particles in the hyperosmotic pressure solution;
A primary purified water storage means for storing a solution having an osmotic pressure obtained by the primary purification treatment means lower than that of the seawater;
At the time of backwashing the forward osmosis membrane, a pipe for supplying the solution stored in the primary purified water storage means to the second chamber, a pump , and
A seawater desalination system using a forward osmosis membrane, comprising a pipe and a pump for supplying a liquid containing a high concentration of the solute or particles separated by the primary purification means to the first chamber .
海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、
前記高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、
該精製手段で得られる、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管と、を有し、
逆洗時は、前記第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去すること、
浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される海水よりも浸透圧の高い溶液を、前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去すること
を特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。 A first room in contact with the forward osmosis membrane and supplied with seawater as raw water,
A forward osmosis membrane treatment means comprising a second chamber supplied with a high osmotic pressure solution for permeating the membrane from seawater and collecting water;
Purification means for removing solutes or particles in the hypertonic solution;
A pipe for supplying the second chamber with a solution having a lower osmotic pressure than seawater obtained by the purification means,
At the time of backwashing, water contained in the second chamber is permeated through the forward osmosis membrane using the osmotic pressure difference between the first chamber and the second chamber as a driving force, and the positive pressure is in contact with the first chamber. Removing substances adhering to the osmotic membrane ,
When supplying a solution having a lower osmotic pressure than seawater to the second chamber, a solution having a higher osmotic pressure than seawater recovered by the purification means is supplied to the first chamber and adheres to the forward osmosis membrane. A seawater desalination system using a forward osmosis membrane characterized in that the removed material is removed .
前記第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有することを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。 In the seawater desalination system using the forward osmosis membrane according to claim 1 or 2,
A seawater desalination system using a forward osmosis membrane, comprising means for adding a cleaning chemical to the liquid supplied to the first chamber.
前記洗浄薬品が、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかであることを特徴とする海水淡水化システム。 In the seawater desalination system using the forward osmosis membrane according to claim 3,
The seawater desalination system , wherein the cleaning chemical is one of a surfactant, an inorganic acid, an organic acid, and an alkali agent.
前記第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する複数個の流量計測手段を有し、前記複数個の流量計測手段により各流量を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。 In the seawater desalination system using the forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of flow rate measuring means for measuring the flow rate of water supplied to the first room and the second room, each flow rate being measured by the plurality of flow rate measuring means; A seawater desalination system using a forward osmosis membrane, characterized in that a solution having a lower osmotic pressure than seawater is supplied to the second chamber based on the results.
前記第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。 In the seawater desalination system using the forward osmosis membrane according to any one of claims 1 to 5,
It has means for measuring the conductivity of water supplied to and discharged from the second room, measures each conductivity during seawater desalination treatment, and the control means is based on this measurement result. A seawater desalination system using a forward osmosis membrane, wherein a solution having an osmotic pressure lower than seawater is supplied to the second chamber.
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