JP5562884B2 - Seawater desalination equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、本発明は、逆浸透膜を用いて海水を淡水化処理するプラントで利用されている動力回収装置の性能を引き出し、所望の運転状態に制御するための海水淡水化装置に関する。 An embodiment of the present invention is a seawater desalination apparatus for extracting the performance of a power recovery apparatus used in a plant for desalinating seawater using a reverse osmosis membrane and controlling it to a desired operating state. About.
世界的に水問題が深刻化するなかで、水ビジネスを巨大市場と捉えた世界規模でのビジネス競争が加速している。河川などの表流水や地下水を水源として持たない中東諸国や、国内でも渇水リスクの高い地域では、水源確保のために海水淡水化技術を導入し、大型の海水淡水化プラントを建設している。これまでの海水淡水化技術は、海水を加熱・蒸発後に凝縮・回収する蒸発法が主流であったが、近年は経済性の観点から例えば特許文献1や特許文献2に記載された逆浸透膜を用いた方式が拡大しつつある。
With the global water problem becoming more serious, business competition on a global scale, which regards the water business as a huge market, is accelerating. In Middle Eastern countries that do not have surface water such as rivers or groundwater as a water source, or in regions with a high risk of drought in Japan, seawater desalination technology has been introduced and large-scale seawater desalination plants have been constructed to secure water sources. The conventional seawater desalination technology has been mainly an evaporation method in which seawater is condensed and recovered after heating and evaporation, but recently, reverse osmosis membranes described in, for example,
逆浸透膜を利用する従来の海水淡水化装置は、高圧ポンプ、逆浸透膜、ブースターポンプ、低圧側出口弁などから構成されている。取水された海水は、水質に応じて適当な前処理が行われ、高圧ポンプおよび動力回収装置へ送水される。高圧ポンプは受水した前処理水を高圧な状態(例えば、6MPa)まで昇圧して逆浸透膜へ送水する。逆浸透膜は、前処理水に含まれる塩分を除去し淡水を生成する。除去した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮海水として動力回収装置へ送水される。このとき、濃縮海水は逆浸透膜入口圧力と同程度の圧力(例えば、5.8MPa)であるため、動力回収装置は、濃縮海水の持つ圧力(動力)を回収し、送水された前処理水へ伝達する。回収した動力により高圧(例えば、5.8MPa)となった前処理水はブースターポンプにより昇圧され、高圧ポンプにより送水された前処理水とともに、逆浸透膜へ送水される。 A conventional seawater desalination apparatus using a reverse osmosis membrane includes a high pressure pump, a reverse osmosis membrane, a booster pump, a low pressure side outlet valve, and the like. The taken seawater is subjected to an appropriate pretreatment according to the water quality, and is sent to a high-pressure pump and a power recovery device. The high pressure pump boosts the pretreated water received to a high pressure state (for example, 6 MPa) and feeds it to the reverse osmosis membrane. The reverse osmosis membrane removes the salt contained in the pretreated water and generates fresh water. The removed salinity is sent to the power recovery device as concentrated seawater together with water that has not been desalinated. At this time, since the concentrated seawater has a pressure (for example, 5.8 MPa) that is the same as the reverse osmosis membrane inlet pressure, the power recovery device recovers the pressure (power) of the concentrated seawater and supplies it to the pretreated water that has been sent introduce. The pretreated water that has become high pressure (for example, 5.8 MPa) by the recovered power is boosted by a booster pump, and is fed to the reverse osmosis membrane together with the pretreated water fed by the high pressure pump.
逆浸透膜による海水淡水化プラントのランニングコスト(円/m3)のうち、電力費(動力費)は50%以上を占める。そのため、運用・制御で改善可能なランニングコストで競争力を持つには、特に動力費を削減することが重要である。近年では、高圧ポンプの動力を高効率で回収する動力回収装置を設置することが一般的となっている。動力用消費エネルギー(電力量)を大幅に改善できる動力回収装置の効率は、運転点により変動するため、より効率的な運転点を常に実現する動力回収制御が求められている。 Of the running cost (yen / m 3 ) of seawater desalination plants using reverse osmosis membranes, electricity costs (power costs) account for more than 50%. Therefore, it is particularly important to reduce power costs in order to be competitive with running costs that can be improved by operation and control. In recent years, it has become common to install a power recovery device that recovers the power of a high-pressure pump with high efficiency. Since the efficiency of a power recovery device that can significantly improve power consumption energy (electric power consumption) varies depending on the operating point, power recovery control that always realizes a more efficient operating point is required.
しかしながら、従来は運転条件が運転当初に決定した固定条件の運転であり、電力量を限界まで削減できないのと同時に、運転条件を変更するために必要なセンサや制御方法が備わっていないのが現状である。 However, in the past, the operating conditions were fixed conditions determined at the beginning of operation, and the amount of power could not be reduced to the limit. At the same time, the sensors and control methods necessary to change the operating conditions were not provided. It is.
一般に、逆浸透膜へ入る前処理水流量Qbに対する生産淡水量Qaの比を百分率で表わした指数を膜の回収率(=(Qa/Qb)×100%)と呼ぶ。運転する膜の回収率によって、生産淡水、濃縮海水の流量が変わるため、それに応じて生産淡水量や濃縮海水から回収する動力エネルギー量も変化する。その変化に応じて、単位生産水量に対する電力消費量も変化する。図12に単位生産水量あたりの電力消費量と回収率の関係の一例を示す。図に示すとおり、ある一定の生産淡水量や前処理水水質では電力消費量を最小とする運転点が存在する。ただし、単位生産水量あたりの電力消費量を最小とする運転点は、前処理水の水質やポンプの吐出圧力、生産淡水量などの条件により変動する。このため、海水淡水化装置のプロセス条件が運転当初に決定された条件で不変である場合、電力消費量を限界まで削減することができなかった。 In general, an index representing the ratio of the production fresh water amount Qa to the pretreatment water flow rate Qb entering the reverse osmosis membrane as a percentage is called a membrane recovery rate (= (Qa / Qb) × 100%). Since the flow rates of production fresh water and concentrated seawater change depending on the recovery rate of the membrane to be operated, the amount of production fresh water and the amount of motive energy recovered from the concentrated seawater change accordingly. In accordance with the change, the power consumption with respect to the unit production water amount also changes. FIG. 12 shows an example of the relationship between the power consumption per unit production water volume and the recovery rate. As shown in the figure, there is an operating point that minimizes power consumption for a certain amount of fresh water produced or pretreated water quality. However, the operating point at which the power consumption per unit production water volume is minimized varies depending on conditions such as the quality of pretreated water, the discharge pressure of the pump, and the amount of fresh water produced. For this reason, when the process conditions of the seawater desalination apparatus are unchanged under the conditions determined at the beginning of operation, the power consumption cannot be reduced to the limit.
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、電力消費量を削減することができる海水淡水化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a seawater desalination apparatus capable of reducing power consumption.
本発明に係る海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜に海水を高圧力で供給する高圧ポンプと、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される高圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の高圧ラインと、前記高圧ポンプより上流側において低圧力の海水が通流する海水の低圧ラインと、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される低圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の低圧ラインと、内部が可動ピストンでそれぞれ仕切られた第1及び第2のシリンダおよび前記第1及び第2のシリンダにそれぞれ連通する流路を切り替える2つの切替弁を有し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた一方側のシリンダ内スペースに前記高圧ラインがそれぞれ連通し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた他方側のシリンダ内スペースに前記低圧ラインがそれぞれ連通し、前記2つの切替弁により前記第1及び第2のシリンダに連通する前記流路がそれぞれ切り替えられ、これにより前記第1及び第2のシリンダ内での前記可動ピストンの移動方向が交互に切り替えられ、前記高圧ラインから前記流路を通って前記濃縮海水を前記一方側シリンダ内スペースに導入し、導入した濃縮海水の圧力で前記ピストンを押して前記他方側シリンダ内スペースから前記流路を通って前記海水を前記低圧ラインに送り出す動力回収装置と、前記逆浸透膜を透過した淡水の流量を検出する第1の流量センサと、前記逆浸透膜を透過しない濃縮海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される海水の流量を検出する第2の流量センサと、前記動力回収装置に供給される海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される濃縮海水の流量を検出する第3の流量センサと、前記動力回収装置の高圧入口側の前記高圧ラインおよび高圧出口側の前記高圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第2の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置へ送水される濃縮海水の量を調整するための濃縮海水の送水流量制御弁と、前記動力回収装置の高圧入口側の前記高圧ラインおよび高圧出口側の前記高圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第2の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される海水の量を調整するための海水の排水流量制御弁と、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整するための濃縮海水の排水流量制御弁と、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置へ送水される海水の量を調整するための海水の送水流量制御弁と、を具備することを特徴とする。 The seawater desalination apparatus according to the present invention includes a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane that separates seawater into fresh water and concentrated seawater, a high-pressure pump that supplies seawater to the reverse osmosis membrane at high pressure, and the high-pressure pump. concentrated seawater of high pressure and high pressure line of concentrated seawater flowing through drained from more the reverse osmosis membrane module at the downstream side, and the low pressure line of seawater of low pressure seawater flowing upstream from said high pressure pump, A low-pressure line of concentrated seawater through which low-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump, and first and second cylinders each partitioned by a movable piston, first and second cylinders have two switching valves for switching the flow paths communicating respectively, said first and second cylinder inner of partitioned one side in the cylinder Communicating the high pressure line respectively the pace, the low pressure line to said first and second cylinder inner of partitioned the other side of the cylinder space communicates respectively, said two switching valve by the first and second The flow paths communicating with the cylinders are respectively switched, whereby the moving direction of the movable piston in the first and second cylinders is alternately switched, and the concentration is performed from the high-pressure line through the flow path. A power recovery device that introduces seawater into the space in the one-side cylinder, pushes the piston with the pressure of the introduced concentrated seawater, and sends the seawater from the space in the other-side cylinder through the flow path to the low-pressure line; A first flow sensor that detects a flow rate of fresh water that has passed through the reverse osmosis membrane, and a flow rate of concentrated seawater that does not pass through the reverse osmosis membrane, Or the 2nd flow sensor which detects the flow of the seawater sent out from the power recovery device, and the flow rate of the seawater supplied to the power recovery device, or the concentrated seawater sent out from the power recovery device The flow rate detected by the second flow rate sensor provided at least one of the third flow rate sensor for detecting the flow rate of the power recovery device and the high pressure line on the high pressure inlet side and the high pressure line on the high pressure outlet side of the power recovery device A flow rate control valve for concentrated seawater for adjusting the amount of concentrated seawater to be fed to the power recovery device based on the pressure, and the high pressure line on the high pressure inlet side and the high pressure line on the high pressure outlet side of the power recovery device. Seawater drainage for adjusting the amount of seawater drained from the power recovery apparatus based on the flow rate detected by the second flow rate sensor provided at least one of them The power recovery device is provided on at least one of the flow rate control valve and the low pressure line on the low pressure inlet side and the low pressure line on the low pressure outlet side of the power recovery device, and based on the flow rate detected by the third flow sensor A drainage flow control valve for concentrated seawater for adjusting the amount of concentrated seawater drained from, and at least one of the low pressure line on the low pressure inlet side and the low pressure line on the low pressure outlet side of the power recovery device, A seawater feed flow rate control valve for adjusting the amount of seawater fed to the power recovery device based on the flow rate detected by the third flow rate sensor .
本発明に係る海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜に海水を高圧力で供給する高圧ポンプと、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される高圧力の濃縮海水が通流する高圧ラインと、前記高圧ポンプより上流側において低圧力の海水が通流する海水の低圧ラインと、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される低圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の低圧ラインと、内部が可動ピストンでそれぞれ仕切られた第1及び第2のシリンダおよび前記第1及び第2のシリンダにそれぞれ連通する流路を切り替える2つの切替弁を有し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた一方側のシリンダ内スペースに前記高圧ラインがそれぞれ連通し、他方側のシリンダ内スペースに前記低圧ラインがそれぞれ連通し、さらに前記第1のシリンダの内部スペースと前記第2のシリンダの内部スペースとが互いに連通しあっており、前記高圧ラインから前記濃縮海水を前記第1及び第2のシリンダの一方側シリンダ内スペースに同期して導入し、導入した濃縮海水の圧力で前記ピストンを押して前記第1及び第2のシリンダの他方側シリンダ内スペースから前記海水を前記低圧ラインに同期して送り出す動力回収装置と、前記逆浸透膜を透過した淡水の流量を検出する第1の流量センサと、前記動力回収装置に供給される海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される濃縮海水の流量を検出する第3の流量センサと、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水流量制御弁と、を具備することを特徴とする。 The seawater desalination apparatus according to the present invention includes a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane that separates seawater into fresh water and concentrated seawater, a high-pressure pump that supplies seawater to the reverse osmosis membrane at high pressure, and the high-pressure pump. a high pressure line concentrated seawater of high pressure flowing drained from more the reverse osmosis membrane module at the downstream side, and the low pressure line of seawater of low pressure seawater flowing upstream from said high pressure pump, the high-pressure pump A low-pressure line of concentrated seawater through which low-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows on the downstream side, first and second cylinders each partitioned by a movable piston, and the first and has two switching valves for switching the flow path communicating with each of the second cylinder, said first and second one side of the cylinder space partitioned internal cylinder The high pressure lines communicate with each other, the low pressure lines communicate with the other cylinder space, and the internal space of the first cylinder and the internal space of the second cylinder communicate with each other, The concentrated seawater is introduced from the high-pressure line in synchronism with the space in the one side cylinder of the first and second cylinders, and the piston is pushed by the pressure of the introduced concentrated seawater, and the other of the first and second cylinders A power recovery device that sends out the seawater from the space in the side cylinder in synchronization with the low-pressure line, a first flow rate sensor that detects the flow rate of fresh water that has passed through the reverse osmosis membrane, and seawater supplied to the power recovery device A third flow rate sensor that detects the flow rate of concentrated seawater sent from the power recovery device, or the power recovery device Provided at least one of said pressure connection of said low pressure inlet side low voltage line and a low pressure outlet, adjusting the amount of concentrated seawater is drained from the power recovery device based on the flow rate detected by the third flow rate sensor And a drain flow rate control valve.
本明細書中の重要な用語を以下に定義する。 Important terms in this specification are defined below.
「単位生産水量当たりの電力消費量」とは、逆浸透膜を透過して出てきた生産淡水の単位水量当たりに対して高圧ポンプの駆動に消費される消費電力の電力量をいう。 “Power consumption per unit produced water” refers to the amount of power consumed for driving the high-pressure pump per unit produced water that has permeated through the reverse osmosis membrane.
「膜の回収率」とは、逆浸透膜に圧力を掛けて供給した海水の水量に対する逆浸透膜を透過して出てきた生産淡水の水量を百分率で表わした指数をいう。膜の回収率は、前処理水の水質やポンプの吐出圧力、生産淡水量などの条件により変動し、消費電力を最小にする最適の膜の回収率が存在する(図12中の変曲点)。この最適の膜の回収率は、プロセス条件が変わるとそれに応じて変動し、さらに逆浸透膜の経年劣化とともに変動する変数パラメータである。例えば、海水の水温が上昇すると、最適の膜の回収率は上昇する(図12中の変曲点が右方に移動する)。一方、電気伝導度(EC)が上昇すると、最適の膜の回収率は下降する(図12中の変曲点が左方に移動する)。 “Membrane recovery rate” refers to an index that expresses, as a percentage, the amount of fresh water produced through the reverse osmosis membrane relative to the amount of seawater supplied with pressure applied to the reverse osmosis membrane. The membrane recovery rate varies depending on conditions such as the quality of pretreated water, the discharge pressure of the pump, and the amount of fresh water produced, and there is an optimum membrane recovery rate that minimizes power consumption (the inflection point in FIG. 12). ). This optimum membrane recovery rate is a variable parameter that varies with process conditions and varies with aging of the reverse osmosis membrane. For example, when the seawater temperature rises, the optimum membrane recovery rate increases (the inflection point in FIG. 12 moves to the right). On the other hand, when the electrical conductivity (EC) increases, the optimum film recovery rate decreases (the inflection point in FIG. 12 moves to the left).
このような変曲点(最適の膜の回収率)が存在するのは次の理由による。 The reason why such an inflection point (optimum film recovery rate) exists is as follows.
高圧ポンプの送水圧力を大きくして膜の回収率を増加させようとすると、濃縮海水(ブライン)の塩分濃度が上昇してそれに伴い浸透圧が大きくなるので、高圧ポンプから逆浸透膜に向けてより以上の圧力で濃縮海水を押し込む必要があり、それだけ逆浸透膜モジュールにおけるエネルギーロスが大きくなる。一方、エネルギーロスを減らすためにポンプ圧力を下げると、海水の供給量に比べて生産淡水量が少なくなり、その結果として膜の回収率が低下する。 Increasing the water recovery pressure of the high-pressure pump to increase the membrane recovery rate increases the salinity of the concentrated seawater (brine) and increases the osmotic pressure accordingly. It is necessary to push in the concentrated seawater at a higher pressure, and the energy loss in the reverse osmosis membrane module increases accordingly. On the other hand, if the pump pressure is lowered to reduce energy loss, the amount of fresh water produced is less than the amount of seawater supplied, resulting in a decrease in membrane recovery.
以下に本発明の好ましい実施の形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(1)本実施形態の海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離する逆浸透膜(41)を有する逆浸透膜モジュール(4)と、前記逆浸透膜に海水を高圧力で供給する高圧ポンプ(P1)と、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される高圧力の濃縮海水が通流する高圧ライン(L3,L31,L5)と、前記高圧ポンプより上流側において低圧力の海水が通流する海水の低圧ライン(L2,L21)と、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される低圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の低圧ライン(L6)と、内部が可動ピストン(52,54)でそれぞれ仕切られた第1及び第2のシリンダ(51,53)および前記第1及び第2のシリンダにそれぞれ連通する流路を切り替える2つの切替弁(CV1,CV2)を有し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた一方側のシリンダ内スペースに前記高圧ラインがそれぞれ連通し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた他方側のシリンダ内スペースに前記低圧ラインがそれぞれ連通し、前記2つの切替弁により前記第1及び第2のシリンダに連通する前記流路がそれぞれ切り替えられ、これにより前記第1及び第2のシリンダ内での前記可動ピストンの移動方向が交互に切り替えられ、前記高圧ラインから前記流路を通って前記濃縮海水を前記一方側シリンダ内スペースに導入し、導入した濃縮海水の圧力で前記ピストンを押して前記他方側シリンダ内スペースから前記流路を通って前記海水を前記低圧ラインに送り出す動力回収装置(5)と、前記逆浸透膜を透過した淡水の流量を検出する第1の流量センサ(Q5)と、前記逆浸透膜を透過しない濃縮海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される海水の流量を検出する第2の流量センサ(Q1,Q3)と、前記動力回収装置に供給される海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される濃縮海水の流量を検出する第3の流量センサ(Q2,Q4)と、前記動力回収装置の高圧入口側の前記高圧ラインおよび高圧出口側の前記高圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第2の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置へ送水される濃縮海水の量を調整するための濃縮海水の送水流量制御弁(V1,V3,…V2n-1,V11)と、前記動力回収装置の高圧入口側の前記高圧ラインおよび高圧出口側の前記高圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第2の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される海水の量を調整するための海水の排水流量制御弁(V12)と、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整するための濃縮海水の排水流量制御弁(V2,V4,…V2n,V22)と、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置へ送水される海水の量を調整するための海水の送水流量制御弁(V21)と、を具備することを特徴とする。 (1) The seawater desalination apparatus of this embodiment includes a reverse osmosis membrane module (4) having a reverse osmosis membrane (41) for separating seawater into fresh water and concentrated seawater, and the seawater is supplied to the reverse osmosis membrane at high pressure. A high-pressure pump (P1) to be supplied, a high-pressure line (L3, L31, L5) through which high-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump, and upstream from the high-pressure pump The low pressure line (L2, L21) of seawater through which low-pressure seawater flows and the low pressure of concentrated seawater through which low-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump The line (L6) and the first and second cylinders (51, 53), the interior of which is partitioned by movable pistons (52, 54) and the flow paths communicating with the first and second cylinders, respectively, 2 are switched. One of a switching valve (CV1, CV2), wherein the first and second cylinders Through the high pressure line is communicated respectively partitioned by the cylinder space on one side of parts, the low pressure line to said first and second cylinder inner of partitioned the other side of the cylinder space communicates respectively, the 2 The flow paths communicating with the first and second cylinders are switched by two switching valves, respectively, whereby the moving direction of the movable piston in the first and second cylinders is switched alternately, and the high pressure through the flow path from the line introducing the concentrated seawater to said one side cylinder space, wherein the seawater by pressing the piston in the pressure of the concentrated seawater introduced from the other side cylinder space through said flow path A power recovery device (5) for sending to the low pressure line, a first flow rate sensor (Q5) for detecting the flow rate of fresh water that has passed through the reverse osmosis membrane, and the reverse osmosis membrane. A second flow rate sensor (Q1, Q3) that detects the flow rate of concentrated seawater that does not exceed or detects the flow rate of seawater sent from the power recovery device, and the flow rate of seawater supplied to the power recovery device A third flow rate sensor (Q2, Q4) for detecting or detecting a flow rate of the concentrated seawater sent from the power recovery device, and the high pressure line on the high pressure inlet side and the high pressure outlet side of the power recovery device Concentrated seawater feed flow rate control valve (V1, V1, provided in at least one of the high pressure lines, for adjusting the amount of concentrated seawater fed to the power recovery device based on the flow rate detected by the second flow rate sensor. V3,... V2n-1, V11) and at least one of the high-pressure line on the high-pressure inlet side and the high-pressure line on the high-pressure outlet side of the power recovery device, and the flow rate detected by the second flow sensor Based on before Drainage flow control valve seawater for adjusting an amount of seawater to be discharged from the power recovery device and (V12), at least one of the low pressure line of the low pressure line and the low pressure outlet side of the low pressure inlet side of the power recovery device Concentrated seawater drainage flow control valves (V2, V4,... V2n, V22) for adjusting the amount of concentrated seawater drained from the power recovery device based on the flow rate detected by the third flow sensor. ) And water supply to the power recovery device based on the flow rate detected by the third flow sensor, provided at least one of the low pressure line on the low pressure inlet side and the low pressure line on the low pressure outlet side of the power recovery device And a seawater feed flow rate control valve (V21) for adjusting the amount of seawater to be produced .
本実施形態によれば、第1、第2、第3の流量センサで検出した流量検出情報を用いて高圧ラインの送水流量制御弁と低圧ラインの排水流量制御弁とで各ラインの流量を調整することにより、従来のブースターポンプの補助動力を用いることなく、逆浸透膜モジュールから高圧力で排出される濃縮海水から圧力エネルギーを効率良く回収することが可能になる。 According to this embodiment, the flow rate of each line is adjusted by the water supply flow rate control valve of the high pressure line and the drainage flow rate control valve of the low pressure line using the flow rate detection information detected by the first, second and third flow rate sensors. This makes it possible to efficiently recover pressure energy from the concentrated seawater discharged at a high pressure from the reverse osmosis membrane module without using the auxiliary power of the conventional booster pump.
(2)上記(1)の装置において、生産淡水の目標水量と膜の目標回収率とをそれぞれ予め設定し、前記流量センサからの流量検出結果に応じて、生産淡水の水量が前記目標水量になるように前記高圧ポンプの駆動を制御するとともに、膜の回収率が前記目標回収率となるように前記濃縮海水の送水流量制御弁(V1,V3,…V2n-1,V11)および前記海水の送水流量制御弁(V21)のうちの少なくとも1つの弁開度を制御し、かつ前記海水の排水流量制御弁(V12)および前記濃縮海水の排水流量制御弁(V2,V4,…V2n,V22)のうちの少なくとも1つの弁開度を制御する制御部を、さらに有することが好ましい。 (2) In the apparatus of the above (1), a target fresh water target water amount and a membrane target recovery rate are respectively set in advance, and the fresh water amount is set to the target water amount according to the flow rate detection result from the flow sensor. And controlling the drive of the high-pressure pump so that the membrane recovery rate becomes the target recovery rate, and the concentrated seawater feed flow rate control valve (V1, V3,... V2n-1, V11) and the seawater Controls the opening of at least one of the water supply flow rate control valves (V21) , and the seawater drainage flow rate control valve (V12) and the concentrated seawater drainage flow rate control valve (V2, V4,... V2n, V22) It is preferable to further have a control part which controls at least one valve opening degree.
本実施形態では、第1、第2、第3の流量センサから制御部に流量検出信号が入ると、制御部は生産淡水量と膜の回収率をそれぞれ演算し、メモリから生産淡水の目標水量と膜の目標回収率を呼び出し、演算により求めた生産淡水の実績水量と目標水量とを比較するとともに、演算により求めた膜の実績回収率と目標回収率とを比較し、両差分がそれぞれゼロか又は許容値以下となるように高圧ポンプの駆動を制御し、かつ送水流量制御弁を制御し、かつ排水流量制御弁を制御し、これにより濃縮海水の圧力エネルギーを効率良く回収することができる。 In this embodiment, when a flow rate detection signal is input from the first, second, and third flow sensors to the control unit, the control unit calculates the production fresh water amount and the membrane recovery rate, respectively, and the target fresh water target water amount from the memory. And the target recovery rate of the production fresh water obtained by calculation and the target water amount are compared, and the actual recovery rate of the membrane obtained by calculation and the target recovery rate are compared. In addition, the drive of the high pressure pump is controlled so as to be below the allowable value, the water supply flow rate control valve is controlled, and the drainage flow rate control valve is controlled, so that the pressure energy of the concentrated seawater can be efficiently recovered. .
(3)本実施形態の海水淡水化装置は、海水を淡水と濃縮海水とに分離する逆浸透膜(41)を有する逆浸透膜モジュール(4)と、前記逆浸透膜に海水を高圧力で供給する高圧ポンプ(P1)と、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される高圧力の濃縮海水が通流する高圧ライン(L3,L31,L5)と、前記高圧ポンプより上流側において低圧力の海水が通流する海水の低圧ライン(L2,L21)と、前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される低圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の低圧ライン(L6)と、内部が可動ピストン(52,54)でそれぞれ仕切られた第1及び第2のシリンダ(51,53)および前記第1及び第2のシリンダにそれぞれ連通する流路を切り替える2つの切替弁(CV1,CV2)を有し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた一方側のシリンダ内スペースに前記高圧ラインがそれぞれ連通し、他方側のシリンダ内スペースに前記低圧ラインがそれぞれ連通し、さらに前記第1のシリンダの内部スペースと前記第2のシリンダの内部スペースとが互いに連通しあっており、前記高圧ラインから前記濃縮海水を前記第1及び第2のシリンダの一方側シリンダ内スペースに同期して導入し、導入した濃縮海水の圧力で前記ピストンを押して前記第1及び第2のシリンダの他方側シリンダ内スペースから前記海水を前記低圧ラインに同期して送り出す動力回収装置(5A,5B)と、前記逆浸透膜を透過した淡水の流量を検出する第1の流量センサと、前記動力回収装置に供給される海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される濃縮海水の流量を検出する第3の流量センサ(Q2,Q4)と、前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した流量に基づいて前記動力回収装置から排水される濃縮海水の量を調整する排水流量制御弁と、を具備することを特徴とする。 (3) The seawater desalination apparatus of this embodiment includes a reverse osmosis membrane module (4) having a reverse osmosis membrane (41) for separating seawater into fresh water and concentrated seawater, and the seawater is supplied to the reverse osmosis membrane at high pressure. A high-pressure pump (P1) to be supplied, a high-pressure line (L3, L31, L5) through which high-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump, and upstream from the high-pressure pump The low pressure line (L2, L21) of seawater through which low-pressure seawater flows and the low pressure of concentrated seawater through which low-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump The line (L6) and the first and second cylinders (51, 53) , the interior of which is partitioned by movable pistons (52, 54) and the flow paths communicating with the first and second cylinders, respectively, 2 are switched. One of a switching valve (CV1, CV2), wherein the first and second cylinders The high pressure line communicates with the cylinder space on one side of which the section is partitioned, the low pressure line communicates with the space on the other side of the cylinder, and the internal space of the first cylinder and the second cylinder And the concentrated seawater is introduced from the high-pressure line in synchronism with the space in the one side cylinder of the first and second cylinders, and the piston is driven by the pressure of the introduced concentrated seawater. To detect the flow rate of fresh water that has passed through the reverse osmosis membrane and the power recovery device (5A, 5B) that sends the seawater from the space in the other cylinder of the first and second cylinders in synchronization with the low-pressure line A flow rate of concentrated seawater that is detected from the flow rate of seawater supplied to the first power sensor and the power recovery device or sent from the power recovery device In the third and flow sensor (Q2, Q4), provided on at least one of said pressure connection of said low pressure line and the low pressure outlet side of the low pressure inlet side of the power recovery device, the third flow rate sensor for detecting the A drainage flow rate control valve that adjusts the amount of concentrated seawater drained from the power recovery device based on the detected flow rate.
本実施形態によれば、第1、第3の流量センサで検出した流量検出情報を用いて排水流量制御弁により低圧ラインの流量を調整することにより、従来のブースターポンプの補助動力を用いることなく、逆浸透膜モジュールから高圧力で排出される濃縮海水から圧力エネルギーを効率良く回収することが可能になる。 According to the present embodiment, the flow rate detection information detected by the first and third flow rate sensors is used to adjust the flow rate of the low-pressure line by the drainage flow rate control valve, so that the auxiliary power of the conventional booster pump is not used. The pressure energy can be efficiently recovered from the concentrated seawater discharged from the reverse osmosis membrane module at a high pressure.
(4)上記(3)の装置において、前記制御部は、前記流量センサからの流量検出結果に基づいて、生産淡水の水量が前記目標水量となるように前記高圧ポンプの回転駆動を制御し、かつ膜の回収率が前記目標回収率となるように前記排水流量制御弁の少なくとも1つの弁開度を制御することが好ましい。 (4) In the apparatus of (3), the control unit controls the rotational driving of the high-pressure pump based on the flow rate detection result from the flow rate sensor so that the amount of fresh water produced is equal to the target water amount. In addition, it is preferable to control at least one valve opening of the drainage flow rate control valve so that the membrane recovery rate becomes the target recovery rate.
本実施形態では、第1、第3の流量センサから制御部に流量検出信号が入ると、制御部は生産淡水量と膜の回収率をそれぞれ演算し、メモリから生産淡水の目標水量と膜の目標回収率を呼び出し、演算により求めた生産淡水の実績水量と目標水量とを比較するとともに、演算により求めた膜の実績回収率と目標回収率とを比較し、両差分がそれぞれゼロか又は許容値以下となるように高圧ポンプの駆動を制御し、かつ排水流量制御弁を制御し、これにより濃縮海水の圧力エネルギーを効率良く回収することができる。 In this embodiment, when a flow rate detection signal is input from the first and third flow sensors to the control unit, the control unit calculates the production fresh water amount and the membrane recovery rate, respectively, Call the target recovery rate, compare the actual production water volume obtained by calculation with the target water volume, compare the actual recovery rate of the membrane obtained by calculation and the target recovery rate, and the difference between them is zero or acceptable. The drive of the high-pressure pump is controlled so as to be less than the value, and the drainage flow rate control valve is controlled, whereby the pressure energy of the concentrated seawater can be efficiently recovered.
(5)上記(2)〜(4)のいずれか1の装置において、前記高圧ポンプよりも上流側において前処理された海水の温度を計測する水温計と、前記前処理海水の電気伝導率を計測する電気伝導度計と、前記前処理海水の水素イオン濃度を計測する水素イオン指数計と、海水淡水化装置全体で消費される電力消費量を計測する電力量計と、をさらに有することが好ましく、これにより前記制御部は、電力量計からの計測結果と前記水温計、電気伝導度計および水素イオン指数計のうちの少なくとも1つからの計測結果とに基づいて、運転条件としての前処理海水の水質および生産淡水量ごとに単位生産水量当たりの消費電力量を表示することができる。 (5) In the apparatus according to any one of (2) to (4) above, a water temperature meter that measures the temperature of seawater pretreated upstream of the high-pressure pump, and the electrical conductivity of the pretreated seawater. An electric conductivity meter for measuring, a hydrogen ion exponent meter for measuring the hydrogen ion concentration of the pretreated seawater, and a watt hour meter for measuring power consumption consumed by the entire seawater desalination apparatus. Preferably, thereby, the control unit is configured to perform the operation as a previous operation condition based on the measurement result from the watt hour meter and the measurement result from at least one of the water temperature meter, the electric conductivity meter, and the hydrogen ion index meter. The power consumption per unit production water volume can be displayed for each water quality and production fresh water volume of the treated seawater .
本実施形態によれば、水温計、電気伝導度計、水素イオン指数計および電力量計を用いて逆浸透膜プロセスに影響を及ぼす前処理海水の水質を計測し、それらの計測結果を用いて表示装置を備えた制御部が単位生産水量当たりの消費電力量を表示することができるので、オペレータは海水淡水化プロセスの進行状況をリアルタイムで知ることができ、何らかの異常が発生したときであってもそれに迅速に対応することができる。 According to this embodiment, the water quality of the pretreated seawater that affects the reverse osmosis membrane process is measured using a water temperature meter, an electric conductivity meter, a hydrogen ion exponent meter, and a watt hour meter, and the measurement results are used. Since the control unit equipped with a display device can display the power consumption per unit production water volume, the operator can know the progress of the seawater desalination process in real time and when any abnormality occurs Can also respond quickly.
(6)上記(2)〜(4)のいずれか1の装置において、昇圧比の異なる複数台の動力回収装置を有し、前記制御部は、前記複数台の動力回収装置のうちから使用する動力回収装置の組み合わせを変更することができる。 (6) The device according to any one of (2) to (4), wherein the power recovery device includes a plurality of power recovery devices having different step-up ratios, and the control unit is used from among the plurality of power recovery devices. The combination of power recovery devices can be changed.
本実施形態では、異なる昇圧比をもつ複数の動力回収装置を組み合わせることにより、プロセス条件の変化に応じて単位生産水量当たりの電力消費量が最小になるように運転することができる(表1)。 In this embodiment, by combining a plurality of power recovery devices having different boost ratios, it is possible to operate so as to minimize the power consumption per unit production water volume according to changes in process conditions (Table 1). .
以下に種々の実施の形態を具体的に説明する。 Various embodiments will be specifically described below.
対象プロセスである海水淡水化プラントの動力回収システムは、高圧ポンプP1、逆浸透膜モジュール4、動力回収装置5などから構成される。海水供給装置2で取水された海水は、水質に応じて前処理装置3で適当な前処理が行われ、高圧ポンプP1および動力回収装置5へ送水される。高圧ポンプP1は受水した前処理水を高圧な状態(例えば、6MPa)まで昇圧して逆浸透膜モジュール4へ送水する。モジュール4内の逆浸透膜は、前処理水に含まれる塩分を分離し、淡水を透過させる。膜分離した塩分は淡水化されなかった水とともに濃縮海水(ブライン)として動力回収装置5へ送水される。このとき、濃縮海水は逆浸透膜入口圧力と同程度の圧力(例えば、5.8MPa)であるため、動力回収装置5では、濃縮海水の持つ圧力(動力)を回収し、送水された前処理水を逆浸透膜入口圧力(例えば、6MPa)まで昇圧する。回収した動力により高圧となった前処理水は、高圧ポンプにより送水された前処理水とともに、逆浸透膜へ送水される。圧力を失った濃縮海水は動力回収装置5から排水される。
The power recovery system of the seawater desalination plant that is the target process includes a high-pressure pump P1, a reverse
図2に動力回収装置の各入出力口の呼称を定義する。 FIG. 2 defines names of the input / output ports of the power recovery apparatus.
本実施形態のようにブースターポンプを持たない動力回収システムにおいても、膜の回収率に応じて、単位生産水量あたりの電力消費量は変化する。したがって、単位生産水あたりの電力消費量を限界まで抑えるためには、生産水量が一定の条件の下では逆浸透膜モジュール4から動力回収装置5へ流れる高圧入口側の濃縮海水量を変化させる必要がある。
Even in a power recovery system that does not have a booster pump as in the present embodiment, the power consumption per unit production water volume varies depending on the membrane recovery rate. Therefore, in order to limit the power consumption per unit production water to the limit, it is necessary to change the amount of concentrated seawater on the high-pressure inlet side flowing from the reverse
この動力回収装置5は図3の(a)→(b)→(c)→(d)→(a)の動作を繰り返すことにより逆浸透膜モジュールから排出される濃縮海水の圧力エネルギー(動力)を回収するシリンダ/ピストン機構を有する。図3(a)の状態で動力の回収を行っているのは、上段のピストン部52である。高圧入口側から濃縮海水がシリンダ51の右側の部屋に流入し、高い圧力がピストン部52へ伝わる。ピストン部52へ伝わった圧力はシリンダ51の左側の部屋の前処理水を押し出し、逆浸透膜入口の圧力まで昇圧させる。図3(b)の状態を経て、上段のピストン部52が左端に到達するまでは、濃縮海水の圧力により、左側の部屋の前処理水は押し出され続ける。上段ピストン部52が左端へ到達した後は左右の切替弁CV1,CV2により、上段ピストン部52は排水の役割を担う。図3(c)と(d)に示すように、左側の部屋へ流入する前処理水により上段ピストン部52は右方向へ移動し、図3(a),(b)で動力を回収した濃縮海水をシリンダ51から右方向へ押し出し排水する。
The
これまで、上段ピストンに注目してきたが、実際には上段のピストン部52が圧力伝達を行っている図3(a)と(b)の状態では下段のピストン部54が排水を行い、上段のピストン部52が排水を行っている図3(c)と(d)の状態では下段のピストン部54が圧力伝達を行い、切替弁CV1,CV2により交互にピストン部52,54の移動方向を切り替えている。このように、2つのシリンダ/ピストン機構の動作を切り替えながら、図3の(a)→(b)→(c)→(d)→(a)の動作を繰り返し行い、濃縮海水の圧力エネルギーを回収し、前処理水を昇圧する。
Up to now, attention has been paid to the upper piston, but in the state of FIGS. 3 (a) and 3 (b) where the
また、上述の動力回収装置にて昇圧される圧力は、ピストン部が圧力を受ける面積により一意的に決定される。濃縮海水が持つ圧力をPI、ピストン部の右側断面積をAI、前処理水が昇圧される圧力をPO、ピストン部の左側断面積をAO、シリンダにかかる力をFとすると、次の等式(1)と(2)が成立する。 Further, the pressure increased by the power recovery device described above is uniquely determined by the area where the piston part receives pressure. If the pressure of the concentrated seawater is P I , the right cross-sectional area of the piston part is A I, the pressure at which the pretreatment water is boosted is P O , the left cross-sectional area of the piston part is A O , and the force applied to the cylinder is F, The following equations (1) and (2) hold.
F = PI × AI …(1)
F = PO × AO …(2)
したがって、PI:Po = AO:AIである。例えば、濃縮海水が持つ圧力5.8MPaに対して、6MPaへ昇圧をする場合、シリンダ右側面積AIとシリンダ左側面積AOの比は6.0:5.8 = 30:29である。すなわち、動力回収装置の昇圧比は30:29になる。
F = P I × A I (1)
F = P O × A O (2)
Therefore, P I : Po = A O : A I. For example, when the pressure is increased to 6 MPa with respect to the pressure 5.8 MPa of concentrated seawater, the ratio of the cylinder right area A I and the cylinder left area A O is 6.0: 5.8 = 30: 29. That is, the boost ratio of the power recovery device is 30:29.
次に本発明を実施するために種々の好ましい実施の形態をそれぞれ説明する。 Next, various preferred embodiments will be described for carrying out the present invention.
(第1の実施形態)
図1に示すように、第1の実施形態の海水淡水化装置1は、主要なラインL1,L2,L3,L4に沿って上流側から順に直列に配列された、海水供給装置2、前処理装置3、高圧ポンプP1、逆浸透膜モジュール4、生産淡水槽6を備えている。この主要ラインと並列なラインL21,L31,L5,L6に動力回収装置5が設けられている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
動力回収装置5は、逆浸透膜モジュール4からの濃縮海水(ブライン)をシリンダ51(又は53)内に導入してピストン部52(又は54)を押し、シリンダ51(又は53)から海水(前処理水)を押し出し、高圧ブラインから圧力エネルギーを回収し、圧力エネルギー回収後のブラインを最終的には濃縮海水槽7に排出するものである。
The
図2と図3に示すように、動力回収装置5の高圧入口側は高圧ラインL5を介して逆浸透膜モジュール4の一次側スペースに接続され、動力回収装置5の高圧出口側は高圧ラインL31を介して高圧ラインL3(高圧ポンプP1から逆浸透膜モジュール4までの間のライン)に接続されている。また、動力回収装置5の低圧入口側は低圧分岐ラインL21を介して前処理装置3に連通する低圧ラインL2に接続され、動力回収装置5の低圧出口側は低圧ラインL6を介して濃縮海水槽7に接続されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the high pressure inlet side of the
逆浸透膜モジュール4は、内部が逆浸透膜41により仕切られ、仕切られた上流側スペースに高圧ラインL3に接続された入口が連通し、下流側スペースに生産淡水ラインL4に接続された出口が連通している。
The reverse
第1の流量センサQ5が生産淡水ラインL4に設けられ、逆浸透膜モジュール4から生産淡水槽6へ送られる生産淡水の流量が検出されるようになっている。
A first flow rate sensor Q5 is provided in the production fresh water line L4 so that the flow rate of production fresh water sent from the reverse
また、第2の流量センサQ1が動力回収装置5の高圧側入口ラインL5に取り付けられている。また、第3の流量センサQ2が動力回収装置5の低圧側出口ラインL6に取り付けられている。
A second flow rate sensor Q1 is attached to the high-pressure side inlet line L5 of the
図1と図2を参照して本実施形態の作用を説明する。 The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
海水淡水化装置では、淡水を得るために逆浸透膜41へ海水中の塩分が持つ浸透圧以上の圧力で送水する。その際、生産淡水量は高圧ポンプP1の回転数に大きく依存する。したがって、生産淡水量を所望の流量にするためには、例えば、生産淡水量の計測値が目標値と一致するよう高圧ポンプP1の回転数をPID制御する方法が考えられる。
In the seawater desalination apparatus, water is fed to the
また、逆浸透膜から送水される濃縮海水の目標水量は、予め設定した膜の目標回収率と生産淡水の目標水量とを用いて演算により求めることができ、求めた目標水量と濃縮海水量とが一致するように、高圧入口側弁V11(V1)または高圧出口側弁V12のいずれか一方の開度により制御する必要がある。 Moreover, the target water amount of the concentrated seawater sent from the reverse osmosis membrane can be obtained by calculation using the target recovery rate of the membrane set in advance and the target water amount of the production fresh water. Must be controlled by the opening degree of either the high pressure inlet side valve V11 (V1) or the high pressure outlet side valve V12.
目標とする濃縮海水流量Qhbsvは、設定された膜の目標回収率MRsvと高圧ポンプ制御の設定値である生産淡水の目標生産水量設定値Qpsvとを用いて下式(3)から求められる。 The target concentrated seawater flow rate Qhbsv is obtained from the following equation (3) using the set target recovery rate MRsv of the membrane and the target production water volume setting value Qpsv of the production fresh water that is the setting value of the high-pressure pump control.
Qhbsv = Qpsv×(100/MRsv−1) …(3)
但し、MRsv≠0である。
Qhbsv = Qpsv x (100 / MRsv-1) (3)
However, MRsv ≠ 0.
また、動力回収装置の効率を上げるために、動力回収装置における高圧側入口流量と低圧側入口流量の差を所望の値にする必要がある。 In order to increase the efficiency of the power recovery device, it is necessary to set the difference between the high-pressure side inlet flow rate and the low-pressure side inlet flow rate in the power recovery device to a desired value.
切替弁CV1,CV2とシリンダ/ピストン機構51,52,53,54を用いた動力回収装置の上下段ピストンのシリンダ位置のタイミングチャートとして、高圧側の流量が低圧側の流量より過剰な場合を図5の(a)に、両者の流量が適切な場合を図5の(b)に、低圧側の流量が高圧側の流量より過剰な場合を図5の(c)にそれぞれ示した。
As a timing chart of the cylinder position of the upper and lower pistons of the power recovery device using the switching valves CV1, CV2 and cylinder /
2つの切替弁CV1,CV2により上下段のシリンダ/ピストン機構51,52,53,54は圧力伝達もしくは排水のどちらかの機能を交互に担うため、上下段のピストン部52,54は同方向に動くことはない。高圧側、低圧側の流量が適切である場合、図5(b)に示すように、上段ピストン部52がシリンダ左端(右端)に到着するタイミングt1,t3(t2,t4)と下段ピストン部54がシリンダ右端(左端)に到着するタイミングt1,t3(t2,t4)とがぴったりと合致し、上下段のピストン部52,54は無駄なく圧力伝達と排水の役割を切り替えることができる。
Since the upper / lower cylinder /
一方、高圧側の流量が過剰の場合、図5(a)に示すように、上段ピストン部52がシリンダ左端(右端)に到着するタイミングt1,t5(t4)と下段ピストン部54がシリンダ右端(左端)に到着するタイミングt2,t6(t3)との間にズレを生じ、圧力伝達のピストン移動が左端に留まる時間が生じて、圧力伝達の機能を果たしていない時間が生じることになる。
On the other hand, when the flow rate on the high pressure side is excessive, as shown in FIG. 5A, the timing t1, t5 (t4) when the
また、低圧側の流量が過剰となる場合、図5(c)に示すように、上段ピストン部52がシリンダ左端(右端)に到着するタイミングt2,t6(t3)と下段ピストン部54がシリンダ右端(左端)に到着するタイミングt1,t5(t4)との間にズレを生じ、ピストン部52,54が右端に留まり濃縮海水の排水の機能を果たさない時間が生じ、その結果、高圧ポンプの入口流量が増加することになる。この場合、高圧ポンプの入り口流量はピストン部52,54が右端に留まる時間と移動中の時間に対応して脈動することになり、ポンプへダメージを与えることになる。
Further, when the flow rate on the low pressure side is excessive, as shown in FIG. 5C, the timing t2, t6 (t3) when the
したがって、動力回収装置の効率を上げるためには、膜の回収率に応じて変化する高圧入口側の流量に対応して低圧側の流量を制御する必要がある。 Therefore, in order to increase the efficiency of the power recovery device, it is necessary to control the flow rate on the low pressure side in accordance with the flow rate on the high pressure inlet side that changes according to the membrane recovery rate.
(第2の実施形態)
次に図6と図4を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
本実施形態の海水淡水化装置1Aは、第1の流量センサQ5、2つの第2の流量センサQ1,Q3、2つの第3の流量センサQ2,Q4、2つの送水流量制御弁V11,V21、2つの排水流量制御弁V12,V22および制御部8を備えている。
The
第1の流量センサQ5は、生産淡水ラインL4に設けられ、逆浸透膜モジュール4から生産淡水槽6へ送られる生産淡水の流量を検出し、その流量検出信号を制御部8に送るようになっている。
The first flow rate sensor Q5 is provided in the production fresh water line L4, detects the flow rate of production fresh water sent from the reverse
2つの第2の流量センサQ1,Q3は、動力回収装置5の高圧ラインL5,L31にそれぞれ設けられている。一方の第2の流量センサQ1は、動力回収装置5の高圧側入口ラインL5に取り付けられ、上段のシリンダ/ピストン機構51,52へ送られるブライン流量を検出し、その流量検出信号を制御部8に送るようになっている。また、他方の第2の流量センサQ3は、動力回収装置5の高圧側出口ラインL31に取り付けられ、下段のシリンダ/ピストン機構53,54から押し出される海水流量を検出し、その流量検出信号を制御部8に送るようになっている。
The two second flow rate sensors Q1 and Q3 are provided in the high pressure lines L5 and L31 of the
2つの第3の流量センサQ2,Q4は、動力回収装置5の低圧ラインL6,L21にそれぞれ設けられている。一方の第3の流量センサQ4は、動力回収装置5の低圧側出口ラインL21に取り付けられ、下段のシリンダ/ピストン機構53,54へ送られる海水の流量を検出し、その流量検出信号を制御部8に送るようになっている。また、他方の第3の流量センサQ2は、動力回収装置5の低圧側出口ラインL6に取り付けられ、下段のシリンダ/ピストン機構53,54から押し出される海水の流量を検出し、その流量検出信号を制御部8に送るようになっている。
The two third flow rate sensors Q2 and Q4 are provided in the low pressure lines L6 and L21 of the
2つの送水流量制御弁V11,V21は、動力回収装置5の入口側高圧ラインL5と入口側低圧ラインL21とにそれぞれ設けられている。一方の送水流量制御弁V11は、入口側高圧ラインL5に取り付けられている。他方の送水流量制御弁V21は、入口側低圧ラインL21に取り付けられている。これらの送水流量制御弁V11,V21は、制御部8によってオンオフ制御されるようになっている。
The two water supply flow control valves V11 and V21 are provided in the inlet side high pressure line L5 and the inlet side low pressure line L21 of the
2つの排水流量制御弁V12,V22は、動力回収装置5の出口側高圧ラインL31と出口側低圧ラインL6とにそれぞれ設けられている。一方の排水流量制御弁V12は、出口側高圧ラインL31に取り付けられている。他方の排水流量制御弁V22は、出口側低圧ラインL6に取り付けられている。排水流量制御弁V12,V22は、制御部8によってオンオフ制御されるようになっている。
The two drainage flow control valves V12 and V22 are provided in the outlet side high pressure line L31 and the outlet side low pressure line L6 of the
本実施形態の作用を説明する。 The operation of this embodiment will be described.
第1〜第3の流量センサQ1〜Q5から制御部8に流量検出信号が入力されると、制御部8は、各ラインL4,L5,L6,L31,L21を流れる流体(ブラインまたは前処理海水)の流量および膜の回収率をそれぞれ算出し、算出した実測流量と目標流量とを比較するとともに、算出した実測回収率と目標回収率とを比較し、実測値と目標値との差分がゼロまたは所定の許容値以下となるように弁V11,V12,V21,V22の開度をそれぞれ制御する。
When the flow rate detection signal is input to the
これにより、入口側高圧ラインL5を流れるブライン流量、出口側高圧ラインL31を流れる海水流量、入口側低圧ラインL21を流れる海水流量、出口側低圧ラインL6を流れるブライン流量がそれぞれ制御され、上式(1)〜(3)に従って高圧ブラインから圧力エネルギーが回収される。 Thereby, the brine flow rate flowing through the inlet-side high-pressure line L5, the seawater flow rate flowing through the outlet-side high-pressure line L31, the seawater flow rate flowing through the inlet-side low-pressure line L21, and the brine flow rate flowing through the outlet-side low-pressure line L6 are respectively controlled. Pressure energy is recovered from the high pressure brine according to 1)-(3).
(第3の実施形態)
次に図7を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
動力回収装置の効率を上げるためには、高圧側の流量に応じて低圧側の流量を制御し、上下段のピストンのシリンダを同期させることが有効である。 In order to increase the efficiency of the power recovery device, it is effective to control the flow rate on the low pressure side in accordance with the flow rate on the high pressure side and synchronize the cylinders of the upper and lower pistons.
本実施形態の海水淡水化装置1Bでは、低圧側の流量を低圧入口側弁もしくは低圧側出口弁のいずれか一方にて制御する方法以外に、動力回収装置5A,5Bの2つシリンダを物理的に連結し、シリンダ内でのピストン往復移動の周期を同期させている。この場合、図7に示すように低圧側流量を調節する低圧入口側および低圧出口側に流量制御弁V21,V22を設置するだけでよく、高圧側流量を調節する高圧入口側および高圧出口側に流量制御弁を設置する必要がなくなる。
In the
本実施形態の作用を説明する。 The operation of this embodiment will be described.
本実施形態の装置1Bでは、制御部8への信号の入出力は図8に示すようになる。すなわち、第1の流量センサQ5および2つの第3の流量センサQ2,Q4からの流量検出信号が入力すると、制御部8は、各ラインL4,L6,L21を流れる流体(ブラインまたは前処理海水)の流量および膜の回収率をそれぞれ算出し、算出した実測流量と目標流量とを比較するとともに、算出した実測回収率と目標回収率とを比較し、実測値と目標値との差分がゼロまたは所定の許容値以下となるように弁V21,V22の開度をそれぞれ制御する。
In the
これにより、入口側低圧ラインL21を流れる海水流量、出口側低圧ラインL6を流れるブライン流量がそれぞれ制御され、上式(1)〜(3)に従って高圧ブラインから圧力エネルギーが回収される。 As a result, the flow rate of seawater flowing through the inlet-side low-pressure line L21 and the flow rate of brine flowing through the outlet-side low-pressure line L6 are respectively controlled, and pressure energy is recovered from the high-pressure brine according to the above equations (1) to (3).
(第4の実施形態)
次に図9を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
本実施形態の海水淡水化装置1Cでは、前処理水の水素イオン指数、電気伝導度、水温を計測する水素イオン指数計11、水温計12、電気伝導度計13と、海水淡水化装置が消費する消費電力量を計測する電力量計(図示せず)を備えている。これらの計測器11,12,13は、前処理装置3から高圧ポンプP1までの間の低圧ラインL2に取り付けられ、検出信号を制御部8にそれぞれ送るようになっている。
In the seawater desalination apparatus 1C of the present embodiment, the hydrogen
本実施形態によれば、各種の計測器により前処理水の水質を計測できるので、前処理水の水質や生産淡水量といった運転条件に応じて、運転時の動力回収装置、ポンプの効率や逆浸透膜の特性は変化するため、単位生産水量あたりの消費電力量は変化する。その変化を例えば、テーブルや2次元グラフや3D(3次元)グラフなどで可視化することもできる。 According to the present embodiment, the quality of the pretreated water can be measured by various measuring instruments. Therefore, depending on the operating conditions such as the quality of the pretreated water and the amount of fresh water produced, the efficiency and reverse of the power recovery device during operation and the pump Since the characteristics of the osmosis membrane change, the power consumption per unit production water volume changes. The change can also be visualized by a table, a two-dimensional graph, a 3D (three-dimensional) graph, or the like.
(第5の実施形態)
次に図10を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
本実施形態の海水淡水化装置1Dは、プロセス条件の変更に応じて各種の運転条件を設定する運転条件設定部9をさらに備えている。運転条件設定部9は、前処理水の水質条件ごとに単位生産水量あたりの総電力量を最小とする運転機能を実現することができるものである。 The seawater desalination apparatus 1D of the present embodiment further includes an operation condition setting unit 9 that sets various operation conditions in accordance with changes in process conditions. The operation condition setting unit 9 can realize an operation function that minimizes the total amount of electric power per unit production water amount for each water quality condition of the pretreatment water.
制御部8は、各種計測器11,12,13からの前処理海水の水質に関する計測情報に加えてさらに運転条件設定部9により設定される運転条件に基づき送水流量制御弁V11,V21および排水流量制御弁V12,V22をそれぞれ制御する。
In addition to the measurement information related to the water quality of the pretreated seawater from the various measuring
本実施形態によれば、前処理水の水質や生産淡水量といった運転条件に応じてさらに高効率に動力を回収することができる。 According to the present embodiment, power can be recovered more efficiently according to operating conditions such as the quality of pretreated water and the amount of fresh water produced.
(第6の実施形態)
次に図11および表1、表2を参照して第6の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. 11 and Tables 1 and 2. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.
ブースターポンプのない動力回収装置において、高圧入口側圧力PIと高圧出口側圧力POの比PI:POは動力回収装置によって一意に決定される。しかしながら、本実施形態の海水淡水化装置1Eでは、図11に示すように、異なる昇圧比PI:POの複数台の動力回収装置5a,5b,…,5nを並列ラインで接続することにより、動力回収装置群全体の昇圧比を変化させることが可能となる。一例として表1に示す各種の昇圧比を持つ3台の動力回収装置1〜3が設置された装置を考えることとする。
このように異なる昇圧比の動力回収装置群を有する海水淡水化装置1Eにおいて、1台の動力回収装置を未使用の状態にしておき2台の動力回収装置のみで運転することを想定してみると、表2に示すように動力回収装置群全体の昇圧比として3つの組み合わせを選択することが可能になり、動力回収装置の昇圧比を制御することができるようになる。このように前処理水の水質や生産淡水量といった運転条件に応じて、単位生産水量あたりの総電力量を最小とする運転機能を実現することもできる。
本発明によれば、ブースターポンプのような駆動源を用いることなく、高い回収率で回収した圧力を逆浸透膜モジュールの一次側に戻すことができ、電力消費量を大幅に削減することができる。 According to the present invention, the pressure recovered at a high recovery rate can be returned to the primary side of the reverse osmosis membrane module without using a drive source such as a booster pump, and the power consumption can be greatly reduced. .
1,1A,1B,1C,1D,1E…海水淡水化装置、
2…海水供給装置、3,31,32…前処理装置、
4…逆浸透膜モジュール、41…逆浸透膜、
5,5A,5B,5a〜5n…動力回収装置、
51,53…シリンダ、52,54…ピストン部、
6…生産淡水槽、7…濃縮海水槽、
8…制御部、9…運転条件設定部、
11…水素イオン指数計、12…温度計、13…電気伝導率計、
P1…高圧ポンプ、
L2,L21,L6…低圧ライン、L3,L31,L5…高圧ライン、
V1,V3,…,V2n-1,V11,V12…送水流量制御弁、
V2,V4,…,V2n,V21,V22…排水流量制御弁、
Q1,Q3…第2の流量センサ、
Q2,Q4…第3の流量センサ、
Q5…第1の流量センサ、
CV1,CV2…切替弁。
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... seawater desalination equipment,
2 ... Seawater supply device, 3, 31, 32 ... Pretreatment device,
4 ... reverse osmosis membrane module, 41 ... reverse osmosis membrane,
5, 5A, 5B, 5a-5n ... power recovery device,
51, 53 ... Cylinder, 52, 54 ... Piston part,
6 ... Production freshwater tank, 7 ... Concentrated seawater tank,
8 ... Control unit, 9 ... Operating condition setting unit,
11 ... Hydrogen ion index meter, 12 ... Thermometer, 13 ... Electrical conductivity meter,
P1: High pressure pump,
L2, L21, L6 ... low pressure line, L3, L31, L5 ... high pressure line,
V1, V3, ..., V2n-1, V11, V12 ... Water supply flow control valve,
V2, V4, ..., V2n, V21, V22 ... Drain flow control valve,
Q1, Q3 ... second flow rate sensor,
Q2, Q4 ... third flow sensor,
Q5: First flow sensor,
CV1, CV2 ... Switching valve.
Claims (4)
前記逆浸透膜に海水を高圧力で供給する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される高圧力の濃縮海水が通流する高圧ラインと、
前記高圧ポンプより上流側において低圧力の海水が通流する海水の低圧ラインと、
前記高圧ポンプより下流側において前記逆浸透膜モジュールから排水される低圧力の濃縮海水が通流する濃縮海水の低圧ラインと、
内部が可動ピストンでそれぞれ仕切られた第1及び第2のシリンダおよび前記第1及び第2のシリンダにそれぞれ連通する流路を切り替える2つの切替弁を有し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた一方側のシリンダ内スペースに前記高圧ラインがそれぞれ連通し、前記第1及び第2のシリンダ内部の仕切られた他方側のシリンダ内スペースに前記低圧ラインがそれぞれ連通し、前記2つの切替弁により前記第1及び第2のシリンダに連通する前記流路がそれぞれ切り替えられ、これにより前記第1及び第2のシリンダ内での前記可動ピストンの移動方向が交互に切り替えられ、前記高圧ラインから前記流路を通って前記濃縮海水を前記一方側シリンダ内スペースに導入し、導入した濃縮海水の圧力で前記ピストンを押して前記他方側シリンダ内スペースから前記流路を通って前記海水を前記低圧ラインに送り出す動力回収装置と、
前記逆浸透膜を透過した淡水の流量を検出する第1の流量センサと、
前記逆浸透膜を透過しない濃縮海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される海水の流量を検出する第2の流量センサと、
前記動力回収装置に供給される海水の流量を検出するか、または、前記動力回収装置から送り出される濃縮海水の流量を検出する第3の流量センサと、
前記動力回収装置の高圧入口側の前記高圧ラインおよび高圧出口側の前記高圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第2の流量センサで検出した濃縮海水または海水の流量に基づいて前記動力回収装置へ送水される濃縮海水および前記動力回収装置から排水される海水の量を調整するための高圧ライン流量制御弁と、
前記動力回収装置の低圧入口側の前記低圧ラインおよび低圧出口側の前記低圧ラインのうち少なくとも一方に設けられ、前記第3の流量センサで検出した海水または濃縮海水の流量に基づいて前記動力回収装置から排水される濃縮海水および前記動力回収装置へ送水される海水の量を調整するための低圧ライン流量制御弁と、
を具備することを特徴とする海水淡水化装置。 A reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane for separating seawater into fresh water and concentrated seawater;
A high-pressure pump for supplying seawater to the reverse osmosis membrane at a high pressure;
A high-pressure line through which high-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump;
A low-pressure line of seawater through which low-pressure seawater flows upstream from the high-pressure pump;
A low-pressure line of concentrated seawater through which low-pressure concentrated seawater drained from the reverse osmosis membrane module flows downstream from the high-pressure pump;
The first and second cylinders, each of which is partitioned by a movable piston, and two switching valves for switching the flow paths communicating with the first and second cylinders, respectively, are provided inside the first and second cylinders. The high pressure line communicates with the partitioned space in the cylinder on one side, and the low pressure line communicates with the partitioned space on the other side in the first and second cylinders. The flow paths communicating with the first and second cylinders are respectively switched by a switching valve, whereby the moving direction of the movable piston in the first and second cylinders is alternately switched, and the high pressure line The concentrated seawater is introduced into the space in the one-side cylinder through the flow path, and the other piston is pushed by the pressure of the introduced concentrated seawater. A power recovery apparatus for feeding the sea water into the low pressure line from the side cylinder space through said flow channel,
A first flow sensor for detecting a flow rate of fresh water that has passed through the reverse osmosis membrane;
Detecting a flow rate of concentrated seawater that does not pass through the reverse osmosis membrane, or a second flow rate sensor that detects a flow rate of seawater sent from the power recovery device;
A third flow sensor for detecting a flow rate of seawater supplied to the power recovery device or detecting a flow rate of concentrated seawater sent from the power recovery device;
The power recovery device is provided on at least one of the high-pressure line on the high-pressure inlet side and the high-pressure line on the high-pressure outlet side of the power recovery device, and is based on the flow rate of concentrated seawater or seawater detected by the second flow sensor. A high-pressure line flow control valve for adjusting the amount of concentrated seawater sent to the water and the amount of seawater drained from the power recovery device ;
The power recovery device is provided on at least one of the low-pressure line on the low-pressure inlet side and the low-pressure line on the low-pressure outlet side of the power recovery device, and is based on the flow rate of seawater or concentrated seawater detected by the third flow sensor. A low-pressure line flow control valve for adjusting the amount of concentrated seawater drained from the water and the amount of seawater sent to the power recovery device ;
A seawater desalination apparatus comprising:
前記制御部は、電力量計からの計測結果と前記水温計、電気伝導度計および水素イオン指数計のうちの少なくとも1つからの計測結果とに基づいて、運転条件としての前処理海水の水質および生産淡水量ごとに単位生産水量当たりの消費電力量を表示することを特徴とする請求項2記載の海水淡水化装置。 A water temperature meter that measures the temperature of seawater pretreated upstream of the high-pressure pump, an electrical conductivity meter that measures the electrical conductivity of the pretreated seawater, and a hydrogen ion concentration of the pretreated seawater A hydrogen ion index meter, and a watt-hour meter that measures power consumption consumed by the entire seawater desalination device,
The control unit, based on the measurement result from the watt-hour meter and the measurement result from at least one of the water temperature meter, the electrical conductivity meter, and the hydrogen ion exponent meter, the water quality of the pretreated seawater as the operating condition The seawater desalination apparatus according to claim 2, wherein the power consumption per unit production water is displayed for each production freshwater.
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