JP6381412B2 - 海水淡水化装置及びその方法 - Google Patents
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Description
本明細書及び特許請求の範囲において、「TEP」とは主として多糖類である透明で粘着性の高いゼリー状物質を意味し、「TEP前駆体」とはFibril(繊維状物質)やHydrogel(ハイドロゲル)などの0.4μm以下の微細粒子を意味するものとして扱う。尚、海水中に含まれる全ての有機物がファウラントという訳ではないことから、有機物の中で、特に、このTEPとTEP前駆体を含むTEP成分を除去対象とする。
即ち、凝集砂ろ過により前述のTEPも一部除去されるものの、凝集フロックに取り込まれるTEPは少ないため、凝集砂ろ過では効果的なTEP除去はできない(後述の比較例4参照)。TEPは、生物分解性が低い物質であり、生物膜ろ過では効果的なTEP除去はできない。
即ち、特殊な薬剤や凝集剤、添加物を用いることなく、逆浸透膜を用いた海水淡水化の前処理技術において汎用されている例えば、鉄塩やアルミニウム塩、又は酸などの添加物を用いて、効率よく安定してTEPを除去することが切望されていた。
第1の側面として、本発明に係る海水淡水化装置は、取水した海水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、凝集剤添加による形成されたフロックを含む海水中に気泡を発生させ、当該気泡にTEP成分やTEP成分が吸着して疎水化した凝集フロックを吸着させ、TEP含有気泡を水面に浮上させて水分を除去して泡沫として水面から除去する泡沫除去部を具備するTEP成分除去装置と、TEP成分が除去された海水を脱塩処理して淡水化する逆浸透膜処理装置と、を具備することを特徴とする。
また、本発明に係る海水淡水化方法は、取水した海水に酸を添加する酸添加工程と、酸添加後の海水のpHを測定し、該pHが5〜7の範囲となる様に前記酸添加量を制御する酸添加制御工程と、前記海水中に気泡を生成させ、該気泡に海水中のTEP成分を付着させてTEP含有気泡を水面に浮上させ、浮上した気泡を集めてTEP含有泡沫とした後に該TEP含有泡沫を除去するTEP成分除去工程と、前記TEP成分が除去された海水を脱塩処理する脱塩処理工程と、を含むことを特徴とする。
図2に示す本発明の海水淡水化装置において、凝集剤添加位置を気泡発生及び泡沫除去部20の前段ではなく、後段である濾過原水送水管32に設けた場合(参考例1)と、図15に示す従来技術の海水淡水化装置(比較例1)と、を海に面した同一敷地内に並列して設置し、同一条件の下、6月〜翌年3月までの9ヶ月間にわたり、連続で運転した。
図16に示す泡沫分離部200と越流水位制御部(テレスコープ弁)210とを具備する海水淡水化装置(参考例2)を用いて、図15に示す従来の装置(比較例2)と同一条件の下、6月〜翌年3月までの9ヶ月間にわたり、並行して連続で運転した。泡沫分離部200の仕様を表4に示す。
図19に示す海水淡水化処理フローを用いて1週間運転し、泡沫分離部の出口排水中TEP成分濃度を測定し、取水した海水に凝集剤として塩化第二鉄(FeCl3)を添加した場合(実施例1)と添加しない場合(比較例3)とにおけるTEP成分の除去性能を確認した。塩化第二鉄の添加量は取水海水に対して5mg/L(as FeCl3)とした。泡沫分離装置は水族館向けに製作販売されているプロテインスキマーを用いた。
本実施例および比較例で用いた泡沫分離装置の仕様を表6に示す。
TEP成分除去の前に凝集剤を添加しなかった参考例1及び2(56〜69%)との対比においても、本発明の方法によるTEP成分除去率は、9〜22ポイント向上していることがわかる。
図20に示す海水淡水化処理フローを用いて1週間運転し、取水した海水に凝集剤として塩化第二鉄(FeCl3)を添加した後にTEP成分除去分離を行い、砂ろ過装置の出口排水中TEP成分濃度を測定した場合(実施例2)と、取水した海水に凝集剤として塩化第二鉄(FeCl3)を添加した後にTEP成分除去分離を行わずに砂ろ過を行い、砂ろ過装置の出口排水中TEP成分濃度を測定した場合(比較例4)とにおけるTEP成分の除去性能を確認した。塩化第二鉄の添加量は取水海水に対して5mg/L(as FeCl3)とした。泡沫分離装置は実施例1で用いたものと同じである。砂ろ過装置は、ろ過層の目詰まりによるろ過抵抗を検知し、一定のろ過抵抗(10kPa)となった時点で自動的に逆洗を行う構造とした。表8に砂ろ過装置の仕様を示す。
TEP成分除去の前に凝集剤を添加しなかった参考例1及び2(56〜69%)との対比においても、実施例2によるTEP成分除去率は、20〜33ポイントも向上していることがわかる。
また、砂ろ過槽の逆洗頻度は比較例3の16回/週から2回/週と1/8に大幅に低減できた。逆洗頻度が大幅に低下することによって、逆洗用水としての処理水の使用量も大幅に低下するため、海水淡水化処理で得られる処理水量、すなわち水回収率が大幅に向上する。
図21に示す海水淡水化処理フローを用いて1週間運転し、取水した海水に凝集剤として塩化第二鉄(FeCl3)を添加した後にTEP成分除去分離を行い、UF膜分離装置の出口排水中TEP成分濃度を測定した場合(実施例3)と、取水した海水に凝集剤として塩化第二鉄(FeCl3)を添加した後にTEP成分除去分離を行わずにUF膜分離を行い、UF膜分離装置の出口排水中TEP成分濃度を測定した場合(比較例5)とにおけるTEP成分の除去性能を確認した。泡沫分離装置は実施例1、実施例2で用いたものと同じである。塩化第二鉄の添加量は取水海水に対して5mg/L(as FeCl3)とした。UF膜分離装置は、入口側と出口側との差圧を検知し、一定の差圧(55kPa)となった時点で自動的に逆洗を行う構造とした。表10にUF膜分離装置の仕様を示す。
TEP成分除去の前に凝集剤を添加しなかった参考例1及び2(56〜69%)との対比においても、実施例3によるTEP成分除去率は、25〜38ポイントも向上していることがわかる。
また、UF膜分離装置の逆洗頻度は比較例5の252回/週から35回/週と14%以下に大幅に低減できた。逆洗頻度が大幅に低下することによって、逆洗用水としての処理水の使用量も大幅に低下するため、海水淡水化処理で得られる処理水量、すなわち水回収率が大幅に向上する。また、UF膜分離装置の逆洗には、次亜塩素酸ナトリウムを使用するため、薬剤使用量も大幅に減少し、維持管理費用の削減にも資する。
図22に示す処理フローにて海水に酸を添加しpH調整を行って泡沫分離処理した場合の実施例を説明する。 尚、酸には硫酸を用いた。
取水した海水に硫酸を添加してpHを4.0〜7.0に調節し、泡沫分離装置で処理を行い、泡沫分離部の出口排水中TEP成分濃度を測定した。結果を表12に示す。
図23に示す処理フローにて海水に硫酸を添加しpHを6.0に調整した後に塩化第二鉄を取水海水に対して5mg/L(as FeCl3)として添加して泡沫分離処理した場合の実施例を説明する。泡沫分離部の出口排水中TEP成分濃度を測定した。結果を表13に示す。
本発明の実施態様は以下のとおりである。
[1]取水した海水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
凝集剤により海水中懸濁物が凝集して形成されたフロックを含む海水中に気泡を発生させ、当該気泡にTEP成分が吸着してなるTEP含有気泡を水面に集めてTEP含有泡沫として除去する泡沫除去部を具備するTEP成分除去槽と、
TEP成分が除去された海水を脱塩処理して淡水化する逆浸透膜処理装置と、
を具備することを特徴とする海水淡水化装置。
[2]前記泡沫除去部は、水面に浮上したTEP含有泡沫を高密度化して濃縮する泡沫濃縮部を具備することを特徴とする[1]に記載の海水淡水化装置。
[3]前記泡沫濃縮部は、前記TEP成分除去槽の対向壁間に架設されている1又は複数の仕切り壁であることを特徴とする[2]に記載の海水淡水化装置。
[4]前記泡沫除去部は、水面に浮上するTEP含有気泡を所定領域に集める気泡指向手段を具備することを特徴とする[1]又は[2]に記載の海水淡水化装置。
[5]前記気泡指向手段は、前記TEP成分除去槽に設けられている傾斜仕切であり、当該傾斜仕切によって区画された一の領域内の水断面積が上方に向かって縮減するように傾斜していることを特徴とする[4]に記載の海水淡水化装置。
[6]前記泡沫除去部は、パイプスキマー、又はスカムポンプの少なくとも1種を含むことを特徴とする[1]〜[5]の何れか1に記載の海水淡水化装置。
[7]前記TEP成分除去槽は、底面から水面レベルの下まで立設されている立設仕切、又は水面よりも下方に堰口を位置づけることができる可動堰を具備し、水面に浮上したTEP含有泡沫の流出を防止することを特徴とする[1]〜[6]の何れか1に記載の海水淡水化装置。
[8]前記泡沫除去部は、水面に対して平行となる底面と、当該底面から斜めに立ち上がり頂部に開口を形成する複数の逆漏斗形状の立ち上がり部とを具備することを特徴とする[1]に記載の海水淡水化装置。
[9]前記TEP成分除去槽は、TEP成分除去後の海水の排水量を制御して前記泡沫除去部における泡沫除去量を一定にする越流水位制御部をさらに具備することを特徴とする[1]〜[7]の何れか1に記載の海水淡水化装置。
[10]前記TEP成分除去槽は、散気装置、曝気装置、撹拌式エアレータ、エジェクタ、極微細気泡発生装置、又は取水した海水を衝突させる衝突部材の少なくとも1種を含むことを特徴とする[1]〜[9]の何れか1に記載の海水淡水化装置。
[11]前記TEP成分を除去した海水、又は前記取水した海水から濁質分を除去する除濁装置をさらに具備することを特徴とする[1]〜[10]の何れかに記載の海水淡水化装置。
[12]前記除濁装置は、MF膜、UF膜、砂、アンスラサイト、ガラス、ガーネット、活性炭、及び繊維部材から選択される少なくとも1種を濾材として充填してなる濾過装置であることを特徴とする[11]に記載の海水淡水化装置。
[13]前記TEP成分除去槽の前段に、前記海水又は前記フロックを含む海水に酸を添加する酸添加手段と、前記海水又は前記フロックを含む海水のpHを測定して酸の添加量を制御する酸添加量制御手段と、をさらに具備することを特徴とする[1]〜[12]の何れか1に記載の海水淡水化装置。
[14]取水した海水に凝集剤を添加して、海水中懸濁物を凝集させてフロックを形成させる凝集剤添加工程と、
当該フロックを含む海水中に気泡を生成させ、当該気泡に海水中のTEP成分を付着させてTEP含有気泡を水面に浮上させ、浮上した気泡を集めてTEP含有泡沫とした後に当該TEP含有泡沫を除去するTEP成分除去工程と、
取水した海水、又はTEP含有気泡を除去した後の海水から濁質分を除去する除濁工程と、
前記TEP成分を除去した後の海水を脱塩処理する脱塩処理工程と、
を具備することを特徴とする海水淡水化方法。
[15]取水した海水に酸を添加する酸添加工程と、
酸添加後の海水のpHを測定し、該pHが5〜7の範囲となる様に前記酸添加量を制御する酸添加制御工程と、
前記海水中に気泡を生成させ、該気泡に海水中のTEP成分を付着させてTEP含有気泡を水面に浮上させ、浮上した気泡を集めてTEP含有泡沫とした後に該TEP含有泡沫を除去するTEP成分除去工程と、
前記TEP成分が除去された海水を脱塩処理する脱塩処理工程と、
を具備することを特徴とする海水淡水化方法。
[16]前記TEP成分除去工程は、前記TEP含有泡沫を高密度化して濃縮する濃縮工程を含むことを特徴とする[14]又は[15]に記載の海水淡水化方法。
[17]前記TEP成分除去工程は、前記TEP含有気泡を水面上の所定領域に集めるTEP含有気泡指向工程を含むことを特徴とする[14]又は[15]に記載の海水淡水化方法。
[18]前記気泡は、取水した海水を水槽に落下させること、又は取水した海水を衝突部材に衝突させること、あるいは散気装置、曝気装置、撹拌式エアレータ、エジェクタ、極微細気泡発生装置を用いて形成されることを特徴とする[14]又は[15]に記載の海水淡水化方法。
[19]前記TEP成分除去工程における水面に浮上したTEP含有泡沫の除去は、水面上方に設けた逆漏斗形状の泡沫分離部による分離除去、水面に浮かぶ可動堰による海水との分離除去、水面上でのスキマーによる掻き取り、ポンプによる吸引の少なくとも1種によりなされることを特徴とする[14]〜[18]の何れか1に記載の海水淡水化方法。
15:凝集剤添加手段
20:気泡発生及び泡沫除去部
21:TEP成分除去槽
22:気泡発生手段
23:泡沫除去手段
24:泡沫濃縮手段
25:気泡指向手段
26:泡沫流出防止手段
30:除濁装置(部)
31:濾過装置
40:逆浸透膜処理装置
200:泡沫分離部
210:越流水水位制御部(テレスコープ弁)
Claims (9)
- 取水した海水に無機凝集剤を添加して、海水中の懸濁物を凝集してフロックを形成させる凝集剤添加手段と、
前記フロック表面にTEP成分を吸着させてフロック表面を疎水化すると共に、前記凝集剤添加により海水中懸濁物が凝集して形成されたフロックを含む海水中に泡径が50μmより大きく2mm以下の気泡を発生させ、前記TEP成分と前記フロックとを前記気泡に吸着させることでTEP含有気泡を形成させ、前記TEP含有気泡を水面に浮上させて集めてTEP含有泡沫とする気泡発生部と、
断面積が上方に向かって縮減する壁面に沿って前記TEP含有泡沫を上昇させて水分を落下させ泡沫成分を高密度化して濃縮する泡沫濃縮部と、
前記濃縮されたTEP含有泡沫を除去し、前記TEP成分と前記懸濁物とが除去された海水を得る泡沫除去部と、
を具備する、泡沫分離によるTEP成分除去槽と、
TEP成分と前記懸濁物とが除去された海水を脱塩処理して淡水化する逆浸透膜処理装置と、
を具備することを特徴とする海水淡水化装置。 - 前記無機凝集剤は、鉄塩またはアルミニウム塩である、請求項1に記載の海水淡水化装置。
- 前記泡沫除去部は、水面に対して平行となる底面と、
当該底面から斜めに立ち上がり頂部に開口を形成する複数の逆漏斗形状の立ち上がり部と、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の海水淡水化装置。 - 前記TEP成分除去槽は、TEP成分除去後の海水の排水量を制御して前記泡沫除去部における泡沫除去量を一定にする越流水位制御部をさらに具備することを特徴とする請求項1〜3の何れか1に記載の海水淡水化装置。
- 前記気泡発生部は、散気装置、曝気装置、撹拌式エアレータ、エジェクタ、極微細気泡発生装置、又は取水した海水を衝突させる衝突部材の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れか1に記載の海水淡水化装置。
- 前記TEP成分と前記濁質物とが除去された海水から、濁質分を除去する除濁装置をさらに具備し、
前記除濁装置は、前記TEP成分除去槽と、前記逆浸透膜処理装置との間に設けられ、
前記除濁装置は、MF膜、UF膜、砂、アンスラサイト、ガラス、ガーネット、活性炭、及び繊維部材から選択される少なくとも1種を濾材として充填してなる濾過装置であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1に記載の海水淡水化装置。 - 取水した海水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
凝集剤により海水中懸濁物が凝集して形成されたフロックを含む海水中に気泡を発生させ、当該気泡にTEP成分が吸着してなるTEP含有気泡を水面に集めてTEP含有泡沫として除去する泡沫除去部を具備するTEP成分除去槽と、
TEP成分が除去された海水を脱塩処理して淡水化する逆浸透膜処理装置と、を具備し、
前記TEP成分除去槽の前段に、前記海水又は前記フロックを含む海水に酸を添加する酸添加手段と、前記海水又は前記フロックを含む海水のpHを測定して酸の添加量を制御する酸添加量制御手段と、をさらに具備することを特徴とする海水淡水化装置。 - 取水した海水に無機凝集剤を添加して、海水中の懸濁物を凝集させてフロックを形成させる凝集剤添加工程と、
前記フロック表面にTEP成分を吸着させてフロック表面を疎水化すると共に、前記凝集剤添加により海水中懸濁物が凝集して形成されたフロックを含む海水中に泡径が50μmより大きく2mm以下の気泡を生成させ、前記TEP成分と前記フロックとを前記気泡に吸着させることでTEP含有気泡を形成させ、前記TEP含有気泡を水面に浮上させ、浮上した前記TEP含有気泡を集めてTEP含有泡沫とし、断面積が上方に向かって縮減する壁面に沿って前記TEP含有泡沫を上昇させて水分を落下させ泡沫成分を高密度化して濃縮した後に除去する、泡沫分離によるTEP成分除去工程と、
前記取水した海水、又は前記TEP含有泡沫を除去した後の海水から濁質分を除去する除濁工程と、
前記凝集剤添加工程、前記TEP成分除去工程、及び前記除濁工程を経た後の海水を逆浸透膜により脱塩処理して淡水化する脱塩処理工程と、
を具備することを特徴とする海水淡水化方法。 - 取水した海水に酸を添加する酸添加工程と、
酸添加後の海水のpHを測定し、該pHが5〜7の範囲となる様に前記酸添加量を制御する酸添加制御工程と、
前記海水中に気泡を生成させ、該気泡に海水中のTEP成分を付着させてTEP含有気泡を水面に浮上させ、浮上した気泡を集めてTEP含有泡沫とし、該TEP含有泡沫を高密度化して濃縮した後に除去する泡沫分離によるTEP成分除去工程と、
前記TEP成分が除去された海水を逆浸透膜により脱塩処理して淡水化する脱塩処理工程と、
を具備することを特徴とする海水淡水化方法。
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