JP5535491B2 - スパイラル型海水淡水化装置 - Google Patents
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Description
後者の逆浸透法は、蒸発法よりエネルギー効率に優れている反面、RO膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理(原水である海水中の濁質分を除去する「UF膜(限外濾過膜)」又は「MF膜(精密濾過膜)」で処理)する必要があること等、メンテナンス等にコストがかかることが問題とされている。
ここで、従来のスパイラル型の逆浸透膜装置の海水淡水化装置の一例を図8に示す(特許文献1:特開2001−137672号公報)。
なお、図8中、符号105は原水(供給水)、106は透過水、107は濃縮水、115はブラインシールを各々図示する。
1)1本の圧力容器102に装填する逆浸透膜エレメント101の数を多くして、圧力容器102の数を減らした方が、高圧枝管の数が少なくなり、建設コストが低減される。
2)また、圧力容器102の設置の数が少なくなることで、必要な設置面積も少なくなる。
3)さらに、圧力容器102の数を減らすことにより、1本の逆浸透膜エレメント102に流入する供給水量が平均的に大きくなる。そのことにより、膜面で濃度が上昇する濃度分極現象を抑制することができ、脱塩性能を向上させることができる。
図1に示すように、スパイラル型海水淡水化装置(以下、「淡水化装置」という)10Aは、供給水である原水(海水)11中から塩分を除去して淡水である透過水12を得るスパイラル型の逆浸透膜(RO膜)を有する逆浸透膜装置(以下、「淡水化エレメント」又は「エレメント」ともいう。)13−1〜13−10を透過水管14により複数連結され、連結状態で装填してなるスパイラル型の圧力容器(以下「圧力容器」という)15と、圧力容器15内に原水11を供給する原水供給ラインL1と、圧力容器15内で濃縮された濃縮水16が排出される濃縮水排水ラインL2と、圧力容器15内の逆浸透膜装置13−1〜13−10の中央部分で透過水管14を閉塞するプラグ17と、前記プラグ17により閉塞された透過水管14から前後に分かれた前方側透過水12−1及び後方側透過水12−2を各々外部に排出する前方側透過水ラインL3及び後方側透過水ラインL4と、原水供給ラインL1に介装され、原水の供給圧力を調整(70kg/cm2)する圧力調整弁20と、濃縮水排出ラインL2に介装され、濃縮水の排出流量を調整する流量調整弁21と、前方側透過水ラインL3に介装され、前方側透過水12−1の圧力を調整(10〜15kg/cm2)する流量調整弁22と、を具備してなるものである。ここで、図1中、符号23〜25は流量計である。
ここで、エレメントは前述した図9と同様であり、前方のブラインシール側から供給される所定圧力の原水11をメッシュスペーサにより袋状の逆浸透膜間に順に導き、逆浸透作用により逆浸透膜を透過した透過水(淡水)12を透過水管14により後方シールから取り出すものとなっており、図面上膜を斜線としている。
この結果、圧力容器15の中から、前方側に配設してなる逆浸透膜装置(エレメント)13−1〜13−5と、プラグ17よりも後方に配設してなる逆浸透膜装置(エレメント)13−6〜13−10とで前方側透過水12−1と後方側透過水12−2とを別々に得ることができるようにしている。
また、前記プラグ17を設けることにより、透過水12に対して、前方エレメントと後方エレメントとに異なる背圧をかけることができる。
そして、透過水が得やすい前方エレメントの前方側透過水12−1の前方側透過水ラインL3に流量調節弁22を介装するようにしている。
(工程1) 先ず、ポンプ18を起動し、原水11を圧力容器15内に供給する。そして、濃縮水16の流量が設定値(例えば70kg/cm2)となるように、濃縮水排水ラインL2に介装された流量調節弁21で調整する。
(工程2) 次に、透過水12が設計値となるように、原水供給ラインL1に介装された圧力調節弁20で、圧力容器15内の逆浸透膜入口の圧力(例えば60〜70kg/cm2)を調整する。
(工程3) その後、圧力容器15内の後方側透過水ラインL4からの後方側透過水12−2の流量が設定値となるように、前方側透過水ラインL3に介装された流量調整弁22で流量を調整し、背圧(例えば10〜15kg/cm2)をかけるようにする。
この結果、従来のように連続連結型エレメントの設置の場合を示す図10と較べて、各エレメントにおけるばらつきを緩和することができる。また、圧力容器15内に7本以上の多数のエレメントを装填する場合においても透過水量(生産水量)が多くなるので、膜の有効利用が可能となる。
また、これまでと同様の本数(6〜8本)で圧力容器内に装填するような場合でも、1本の圧力容器15に装填する逆浸透膜エレメント13−1〜13−10間のばらつきを小さくすることができれば、先頭のエレメント13−1の生産水量が小さくなり汚れにくくなると共に、最後尾のエレメント13−10もより有効に使われることとなる。この結果、膜の長寿命化、洗浄頻度の低減が期待される。また、先頭のエレメント13−1に余裕ができた分だけ、圧力容器15の設置数を減らすことも可能となる。
図2に示すように、スパイラル型海水淡水化装置10Bは、図1に示す装置において、前方透過水ラインL3に介装され、圧力が高い(15kg/cm2)前方透過水12−1を用いてさらに第2の透過水12−3を得る第2の逆浸透膜装置30を有するものである。なお、図中、符号26は流量計、31は第2の逆浸透膜の濃縮水、32は第2の逆浸透膜の濃縮水の流量を調整する流量調整弁である。ここで、第2の逆浸透膜装置30に対する第1の逆浸透膜装置としては、前述した圧力容器15内に装填された逆浸透膜エレメント13−1〜13−10をいう(以下、同様)。
これは、前方側の透過水12−1の圧力が高い(15kg/cm2)ので、その圧力を有効利用して第2の逆浸透膜装置30での脱塩を行うようにしている。
この第2の逆浸透膜装置30で脱塩を行うことで、より脱塩された第2の透過水12−3を得ることができる。ここで、前記第2の逆浸透膜装置30は中空糸膜型のものでもスパイラル型のものであってもいずれでも良い。
図3に示すように、スパイラル型海水淡水化装置10Cは、図1に示す装置において、前方透過水ラインL3に介装され、圧力が高い(15kg/cm2)前方透過水12−1のエネルギーを回収するエネルギー回収装置41を有するものである。
そして、透過水が得やすい前方エレメント13−1〜13−5からの前方側透過水ラインL3にエネルギー回収装置41を設置し、回収したエネルギーを、第1の逆浸透膜装置での運転に利用できるようにしている。
図4に示すように、スパイラル型海水淡水化装置10Dは、図1に示す装置において、前方透過水ラインL3に介装され、圧力が高い(15kg/cm2)前方側の透過水12−1のエネルギーを、後方側の透過水12−2に転換するエネルギー転換装置50を有するものである。
また、後方透側の透過水12−2の方が、前方側の透過水12−1(塩濃度が150mg/L)よりも水質が悪い(300mg/L)ので、この後方側透過水を処理する方がプロセス全体としての脱塩性能が向上することとなる。
そして、ポンプ18起動の際には、排水43側に全量流れるように設定し、後方側の透過水12−2が得られるようになった後、徐々にエネルギー回収装置41(又は50)に流れるように、三方弁42を操作するようにしている。
この場合、前述した工程2においては、透過水と排水との和が、設定値となるように、原水側に設置している、圧力調節弁20で制御することとなる。
11 原水(海水)
12 透過水
12−1 前方側の透過水
12−2 後方側の透過水
13 スパイラル型の逆浸透膜(RO膜)を有する逆浸透膜装置(淡水化エレメント)
14 透過水管
15 圧力容器
16 濃縮水
17 プラグ
20 圧力調整弁
21、22 流量調整弁
Claims (7)
- 原水中から塩分を除去して透過水を得るスパイラル型の逆浸透膜を有する逆浸透膜エレメントを透過水管により複数連結して装填してなるスパイラル型の圧力容器と、
前記圧力容器内に、原水を供給する原水供給ラインと、
前記圧力容器内で濃縮された濃縮水を外部に排出する濃縮水排水ラインと、
前記圧力容器内の逆浸透膜エレメントの中央部分で透過水管を閉塞するプラグと、
前記プラグにより閉塞された透過水管から前後に分かれた前方側透過水及び後方側透過水を各々外部に排出する前方側透過水ライン及び後方側透過水ラインと、
原水を供給する原水供給ラインに介装され、前記前方側透過水ライン及び前記後方側透過水ラインが合流した透過水の流量に応じて原水の供給圧力を調整する圧力調整弁と、
濃縮水を排出する濃縮水排出ラインに介装され、前記濃縮水排出ラインの流量に応じて濃縮水の排出流量を調整する流量調整弁と、
前方側透過水を排出する前方側透過水ラインに介装され、後方側透過水ラインから排出される後方側透過水の流量に応じて前方側透過水の流量を調整する流量調整弁とを具備してなることを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項1において、
前方側透過水ラインに介装され、圧力が高い前方側透過水を用いてさらに逆浸透膜で透過水を得る第2の逆浸透膜装置を有することを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項2において、
第2の逆浸透膜装置からの濃縮水を原水供給ラインに戻すことを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項1において、
前方側透過水ラインに介装された圧力調整弁を流量調整弁に変更すると共に、
前方側透過水ラインに介装され、圧力が高い前方側透過水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置を有することを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項4において、
前方側透過水ラインに介装された流量調整弁と、エネルギー回収装置との間に三方弁を介装してなることを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項1において、
前方側透過水の圧力エネルギーを後方側透過水の圧力エネルギーに転換させる圧力転換装置を有し、
圧力が高くなった後方側透過水を用いてさらに逆浸透膜で透過水を得る第2の逆浸透膜装置を有することを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。 - 請求項6において、
前方側透過水ラインに介装された流量調整弁と、圧力転換装置との間に三方弁を介装してなることを特徴とするスパイラル型海水淡水化装置。
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