JP6562107B1 - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して高い水質の純水を製造することができる純水製造装置を提供する。【解決手段】淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ装置６へ供給される。ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。予備系列２０は、淡水タンク１からの淡水を配管２１、バルブ２２及び給水ポンプ２４によってＭＦ膜装置２５に通水し、ＭＦ濾過水をイオン交換樹脂装置２６に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。被処理水、ＲＯ給水、ＲＯ濃縮水のいずれかに対し硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤が添加可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、純水製造装置に係り、特に船舶内の純水製造装置に好適な純水製造装置に関する。

海洋を航行する船舶では、飲料水や生活用水等の水を確保することが重要となる。そこで船舶には、海水から蒸留等により淡水を造水する造水装置が搭載されていることが多い。また、造水装置で製造した淡水は飲料水等のほかボイラ給水としても使用されることがある（特許文献１）。

ここで、船内におけるボイラは例えば以下のような用途で用いられている。
（１） タービン船では過熱蒸気をタービンに供給する蒸気発生装置として主ボイラを設置する。
（２） ディーゼル船では、燃料、潤滑油、冷却清水の加熱、調理、給湯、暖房などのために大量の蒸気が必要であり、ディーゼル機関を補うために飽和蒸気を供給する補助ボイラを設置する。
（３） タンカー船では、カーゴタンク内の揮発性ガスを押し出すためのイナートガスとして酸素濃度≦５％のボイラ排気（不燃性）を供給するためのボイラを設置する。

従来はいずれの用途においても船内ボイラとして低圧・中圧ボイラが主に用いられている。この場合は、ボイラ給水として淡水を用いたときに淡水の水質が運転不良につながるケースは顕在化しにくい。
ここで、特にタービン船は蒸気タービンを稼働するための蒸気を主にボイラで製造する必要があり燃費へのボイラ稼働台数の影響が大きい。そこで近年、ボイラとして高圧ボイラを使用して１台の高圧ボイラで複数の蒸気タービンを稼働することで、ボイラ稼働台数を削減して燃費の改善を図る取組みが検討されている。

しかし、船内ボイラとして高圧ボイラを使用する場合は、ボイラ給水が高温であるため水質の悪さ（例えば腐食性）がボイラの運転不良に繋がりやすい。ボイラが運転不良となったときの影響が甚大であることから、ボイラ給水の水質を淡水からさらに高度化して、脱塩していわゆる純水を製造して純水をボイラ給水として使用することが望ましいと考えられる。

ボイラ用純水製造装置として、ＵＦ膜装置とＲＯ装置と電気膜イオンとを直列に設置したものが知られている（特許文献２）。

特開２００７−１３２２２７号公報 特開２００３−１３６０６５号公報

ＲＯ装置への通水を継続すると、ＲＯ膜にスライムが付着し、濾過性能が低下する。通常の場合、船内にはＲＯ装置の薬品洗浄設備が設置されていないので、航行中にＲＯ装置がスライム付着によって性能が低下した場合でも、ＲＯ装置を薬品洗浄できず、ＲＯ装置の性能を回復させることができない。

本発明は、安定して高い水質の純水を製造することができる純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造装置は、被処理水を少なくともＲＯ装置によって処理して純水を製造する純水製造装置において、該被処理水、該ＲＯ装置への給水、該ＲＯ装置の濃縮水の少なくとも１つに、硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する添加手段を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様の純水製造装置は、被処理水を少なくとも前記ＲＯ装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有する。

本発明の一態様の純水製造装置は、船舶搭載用である。

本発明の一態様では、前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する。

本発明の一態様では、前記ＲＯ装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する。

本発明の純水製造装置は、被処理水、ＲＯ給水、ＲＯ濃縮水の少なくとも１つに、硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する手段を有する。

ＲＯ膜へのスライム付着によるバイオファウリングを防止するため、スライムコントロール剤として塩素系殺菌剤を用いると、電気式脱塩装置やイオン交換樹脂塔のイオン交換樹脂の劣化が発生しやすく、またＲＯ濃縮水からタンクに循環され混合された淡水が供給される低・中圧ボイラにおいて腐食が発生しやすい。またスライムコントロール剤として硬度成分が混入した剤を用いると、ボイラ系の熱交換器などにおいてスケールが発生しやすい。これに対して本発明のようにスライムコントロール剤として硬度成分とハロゲン物質とを実質的に含まないスライムコントロール剤を用いることにより、上記トラブルの発生を防止しつつＲＯ膜のスライム付着を防止（抑制を含む。）することができる。

本発明の一態様の純水製造装置は、予備系列を備えるので、主系列の性能が低下したり、本系列が故障したときに直ちに予備系列を作動させることにより、良好な水質の純水製造を続行することができる。

本発明の純水製造装置を搭載した船舶は、主系列の性能が低下したり、純水製造装置の本系列が故障したときでも、本系列の故障を修理することなく、次の寄港地まで航行できる。

実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。 実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。

図１は実施の形態に係る純水製造装置を示すものである。海水を蒸留して得られた淡水が淡水タンク１内に導入される。この淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ（逆浸透）装置６へ供給される。ＲＯ装置６の濃縮水は、配管７を介して淡水タンク１に返送され、その一部は配管７から分岐したブロー配管８及びブロー弁９を介して系外に排出される。

ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。電気脱イオン装置１１は、特許文献２の通り、陰極及び陽極と、該陰極と陽極の間に配列された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらの膜同士の間に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該陽極と陰極との間に電圧を印加する電源装置とを有する。ＲＯ透過水は、該脱塩室を通過する間に脱イオン処理され、純水となる。この純水は、配管１２及びバルブ１３を介して一部が取り出され、高圧ボイラ等の給水として使用される。純水の残部は、配管１５を介して淡水タンク１へ返送される。

ＲＯ装置６から配管７を介して淡水タンク１に返送されるＲＯ濃縮水に対しスライムコントロール剤添加装置１８（薬液タンクと薬注ポンプとからなる。）によって、硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤が添加可能とされている。このスライムコントロール剤の添加により、ＲＯ濃縮水が返送される淡水タンク１のスライム障害が防止され、さらに淡水タンク１内で濃度拡散した淡水がＲＯ給水として供給されることにより、ＲＯ膜のスライム障害が防止される。また、前述の通り、電気脱イオン装置１１や、後述のイオン交換樹脂の劣化が防止される。また、スライムコントロール剤として硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤を用いることにより、ボイラ系の熱交換器などにおけるスケール生成も防止される。
本発明においては、ＲＯ給水とＲＯ濃縮水と淡水のいずれにスライムコントロール剤を添加してもよいが、ＲＯ給水に添加すると、ＲＯ給水は高圧ラインのため高圧用のポンプが必要であり、また高濃度に添加するとＲＯ膜や電気脱イオン装置１１のイオン交換樹脂の劣化が懸念される。また淡水タンク１に添加すると、タンク内での十分な均一混合に時間がかかると考えられる。よって、容易に薬剤添加でき、かつ淡水タンクで容易に混合できるようにＲＯ濃縮水にスライムコントロール剤を添加することが好ましい。ただし予備系列のみを運転する際は淡水タンクに添加するのが望ましい。

スライムコントロール剤としては塩素や臭素などハロゲン物質や硬度成分（Ｃａ，Ｍｇ）を実質的に含まない剤である必要がある。ただし塩素や臭素を含まない剤であっても硬度成分を微量に含むことが一般的であり、調製水として脱塩水を用いるだけでは不十分であることから、ヒドラジンを用いることがトラブルの発生を防止しつつＲＯ膜のスライムコントロールを行うためには好ましい。ヒドラジンを脱塩水で所定濃度に調整した薬液を調製して使用するのが好ましい。

図２を参照して別の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図１に示した純水製造装置を主系列１０として備えると共に、これとは別にさらに予備系列２０を備える。

予備系列２０は、淡水タンク１からの淡水を配管２１、バルブ２２、配管２３及び給水ポンプ２４によってＭＦ膜装置２５に通水し、ＭＦ濾過水をイオン交換樹脂装置２６に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。予備系列２０からの純水は配管２７から前記配管１２の順に流れ配管１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を介して一部が取り出される。

電気脱イオン装置１１からの純水の水質（比抵抗又は電気伝導度など）が比抵抗計、電気伝導度計などのセンサで計測されると共に、電気脱イオン装置１１からの純水流量が流量センサで計測され、これらのセンサの検出信号が制御器（図示略）に入力される。該制御器は、以上の主系列１０の運転の間中、純水の水質及び水量を監視しており、水質及び水量の少なくとも一方が所定期間以上、設定値を下回る（水質が悪い又は水量が少ない）場合には、主系列１０に何らかの異常が生じたものと判断し、純水製造装置の管理部門に衛星通信システム等を利用して異常を通知すると共に、予備系列２０による純水製造を開始させる。

予備系列２０を作動させる場合、主系列１０を停止し、純水製造装置で製造する純水の全量を予備系列２０で製造してもよく、主系列１０及び予備系列２０の双方を作動させ、主系列１０からの純水と予備系列２０からの純水とを合流させて取り出してもよい。

上記説明の図２では、主系列１０と予備系列２０とを並列に設置しているが、図２中に二点鎖線で示される直列接続用配管３０を設けてもよい。電気脱イオン装置１１からの純水の水量は十分であるが、水質が不良の場合には、バルブ２２は閉じたまま電気脱イオン装置１１からの純水を予備系列２０に通水して仕上げ処理し、良好な水質の純水を配管２７，１２の順に流し、配管１５を介して淡水タンク１へ返送し、使用時にバルブ１３を介して一部を取り出す。

このように、主系列１０と並列又は直列に通水可能な予備系列２０を設置しているので、主系列１０にトラブルが生じた場合でも純水を安定して製造することができる。また、高圧ボイラに純水が安定して供給されるので、船舶を次の寄港地まで航行させることができる。

上記実施の形態では、淡水タンク１内の淡水を予備系列２０へ供給する配管２１は淡水タンク１に直接に接続されているが、該配管２１は配管２から分岐されてもよい。

上記実施の形態ではＭＦ膜装置５が用いられているが、ＵＦ膜装置が用いられてもよい。また、これらの膜装置は省略されてもよい。図１，２では、ＲＯ装置６は１段だけ図示されているが、２段以上に設置されてもよい。

なお、イオン交換樹脂装置２６は、省スペースである；立ち上がりが早い；原水水質の変動に耐えられる；メンテナンス作業が簡易または不要である等の特徴を有している。イオン交換樹脂装置は、電気脱イオン装置等に比べて、破過までの寿命が短いが、次の寄港地まで短期間だけ安定して脱塩処理できればよいので、予備系列２０にイオン交換樹脂装置を用いることができる。特に装置の単純化による省スペース化を図るため非再生型のイオン交換樹脂装置とすることが好ましい。

イオン交換樹脂装置としては１塔のみ、または２塔直列で配置すればよい。２塔の場合、カチオン交換→アニオン交換、アニオン交換→カチオン交換、アニオン・カチオン混合→アニオン・カチオン混合など各種の組み合わせを採用することができる。また、塔内に層状態でカチオン樹脂とアニオン樹脂を充填する方式や、塔内に水平遮水板で上室・下室に区分すると共に上室から排水して下室に導入する配管を設ける方式など１塔でカチオン交換・アニオン交換の２段処理を行うようにしてもよい。

さらに、より安定処理が求められる場合には、図２の通り予備系列においてＭＦ膜やＵＦ膜などにより膜濾過処理を行うことが好ましい。

このように主系列１０とは異なる除去メカニズムの予備系列２０を設置することにより、主系列と同じ原因でのトラブルを回避できるというメリットもある。

図２の場合、主系列１０が正常運転している間は、予備系列は基本的に脱塩には使用せず、浸漬状態で通水停止してもよいが、菌の発生を抑制して、切替え後にすぐに採水できるように、配管２８を用いて予備系列内で水を循環させてスタンバイしておくことが好ましい。ただしこの場合、予備系列内の水温の上昇（５０℃超）やイオン交換樹脂からの溶出有機物の蓄積が懸念されるため、定期的に系外にブローするなどして水温や水質が所定範囲内になるよう制御するのが好ましい。また、配管２８からの戻り水を淡水タンク１に戻すと、大気中のＣＯ_２が溶解した水を取込むことになりイオン交換樹脂に負荷がかかるので、配管２３に返送するのが好ましい。

１ 淡水タンク
６ ＲＯ装置
１０ 主系列
１１ 電気脱イオン装置
１８ スライムコントロール剤添加装置
２０ 予備系列
２６ イオン交換樹脂装置

Claims (6)

1. 淡水を少なくともＲＯ装置によって処理して純水を製造する純水製造装置において、
   該ＲＯ装置の濃縮水が混合された淡水が低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる純水製造装置であって、
   該淡水、該ＲＯ装置への給水、該ＲＯ装置の濃縮水の少なくとも１つに硬度成分とハロゲン物質を実質的に含まないスライムコントロール剤を添加する添加手段を備えたことを特徴とする純水製造装置。
2. 淡水を少なくとも前記ＲＯ装置で処理して純水を製造する主系列と、該主系列に対し直列又は並列に通水可能な、純水製造用の予備系列とを有することを特徴とする請求項１の純水製造装置。
3. 船舶搭載用である請求項１又は２の純水製造装置。
4. 前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する請求項２又は３の純水製造装置。
5. 前記主系列は、前記ＲＯ装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する請求項２〜４のいずれかの純水製造装置。
6. 前記スライムコントロール剤は、ヒドラジンである請求項１〜５のいずれかの純水製造装置。

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