JPWO2010004819A1 - 逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置、および、この淡水化装置を用いた淡水の製造方法 - Google Patents

Abstract

逆浸透膜モジュール、高圧ポンプ、および、エネルギー回収昇圧装置とこれらの装置要素を結合する管路からなる塩水の淡水化装置において、前記高圧ポンプへと向かう塩水の供給管路が分岐部を有し、該分岐部から前記エネルギー回収昇圧装置に向かう塩水の供給管路に、あるいは、前記分岐部から前記高圧ポンプに向かう塩水の供給管路に、前記逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜に接触する際の前記塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とする薬剤を注入してなる逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置。

Description

本発明は、逆浸透膜を用いた塩水から淡水を製造する淡水化装置に関する。詳しくは、本発明は、薬剤で逆浸透膜の膜表面を殺菌する方法を用いる淡水化装置において、当該薬剤による装置内の部材の損傷を極力減少させた淡水化装置、および、この淡水化装置を用いた淡水の製造方法に関する。

逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置によれば、相変化無しに、塩水から塩分や有害物質を分離除去することができる。その装置の運転、管理は、他の淡水化装置に比べ、容易である。装置の運転に要するエネルギーも、他の淡水化装置に比べ、少なくて済む。そのため、逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置は、飲料用あるいは工業用の淡水の製造に、広く用いられている。

逆浸透膜の継続使用において、逆浸透膜の透過性能あるいは分離性能の低下を防ぐために、通常、塩水は、逆浸透膜に供給される前に、砂ろ過、凝集沈殿、加圧浮上、精密ろ過膜と限外ろ過膜のろ過などの手法により、前処理される。更に、逆浸透膜の表面自体が、定期的、あるいは、必要に応じて、薬剤により洗浄される。

逆浸透膜の表面の洗浄方法としては、例えば、亜硫酸水素ナトリウム、あるいは、特殊な殺菌剤を用いた間欠的な殺菌洗浄がある。亜硫酸水素ナトリウムによる殺菌洗浄は、従来から用いられているが、状況によっては、微生物の繁殖を促進する場合がある。また、これらの殺菌洗浄は、逆浸透膜への供給水側で実施されるため、殺菌剤が逆浸透膜を透過することは、原則的にはあり得ない。

しかし、逆浸透膜が損傷した場合は、殺菌剤が透過水側に漏れてくる危険性がある。そのため、殺菌剤が透過水側に漏れても安全であるとの観点から、また、殺菌剤のコストが安価であるとの観点から、硫酸などの酸性液を、殺菌剤として、逆浸透膜の表面に間欠的に供給する殺菌方法が開発されている（特許文献１）。しかしながら、この酸性液による逆浸透膜の表面の殺菌方法は、安全安価でかつ殺菌効果も優れているものの、場合によっては、淡水化装置内の高圧配管や高圧ポンプの腐食をもたらす恐れがある。

逆浸透膜の透過原理から、海水またはかん水など、ある程度の塩分を含んだ供給水が逆浸透膜を透過するには、高圧ポンプなどを用いて供給水の圧力を浸透圧以上にする必要がある。浸透圧は、供給水の塩分濃度と関係するが、例えば、海水を逆浸透膜で淡水化する場合、原理的には３０ａｔｍ程度以上、実用的には５０ａｔｍ程度以上の圧力が必要である。かん水の場合でも、１ａｔｍ程度以上の圧力が必要である。

従って、淡水化装置において、圧力の高い液体が通る部分、すなわち、高圧ポンプと、高圧ポンプから逆浸透膜モジュールに至る配管と、その間に存在するバルブ、ならびに、逆浸透膜モジュールから導出される濃縮水の配管と、その間に存在するバルブには、耐圧性のステンレス鋼が使用されている。

しかし、ステンレス鋼の耐腐食性には限界がある。金属の腐食に影響する因子は様々であるが、根本的には金属が持つ電位と関係する。環境によって金属表面には異なる皮膜が生成されるが、その皮膜の性質によって電位は影響を受ける。ステンレス鋼は、濃硫酸、濃硝酸、あるいは、塩素イオンを含まない淡水、中性溶液、あるいは、アルカリ性溶液に対しては、その表面に不動態皮膜が形成され、性質が安定となり、腐食し難くなる。

しかし、塩酸、希硫酸、あるいは、海水に対しては、不動態皮膜が形成されない、あるいは、その形成が不安定となるため、腐食が発生する。塩素イオンを含む海水が酸性である環境では、ステンレス鋼の腐食は、更に促進する。実際の海水淡水化プラントで、高圧配管に一番多く使われるステンレス鋼３１６Ｌと３１７Ｌが使用開始から数ヶ月で腐食し始めたという実例が、多数報告されている（例えば、非特許文献１）。希硫酸に耐えることを意図して開発された、耐腐食性のより強いステンレス鋼９０４Ｌの場合でも、隙間腐食が起きることが報告されている（非特許文献２）。電位の異なる金属同士の接触も腐食に大きく影響する。淡水化装置には、配管と配管、配管とポンプの接続部分や溶接部分が多く存在するが、これらの部位で隙間腐食や孔食がよく発生する。

配管やポンプが腐食すると、前処理後の逆浸透膜への供給水の水質に悪影響を与えるだけでなく、場合によっては、プラントを停止して、プラントの補修を行う必要が生じる。プラントの補修作業を減少させるため、あるいは、不要にするために、耐腐食性の極めて高い、ＡＳＴＭ−Ａ３１２５４あるいはＵＮＳ−Ｓ３１２５４の規格に相当する２５４ＳＭＯのようなスーパー・オーステナイト・ステンレス鋼や二相ステンレス鋼などの高価なステンレス鋼を採用するプラントが、１９９０年代中半から建設されている。

しかし、これらの耐腐食性の高いステンレス鋼の価格は、通常、ステンレス鋼３１６Ｌや３１７Ｌの価格の２乃至３倍であるため、これらの耐腐食性の高いステンレス鋼を採用した淡水化装置の設備費は高くなり、従って、それによる造水コストも高くなる。通常、淡水化装置の設備費の内訳は、高圧ポンプが全体の設備費の約１０乃至２０％、高圧配管が１０％以上を占めることから、スーパー・オーステナイト・ステンレス鋼や二相ステンレス鋼を採用すると、設備費は、通常の淡水化装置のそれの約１．５倍になる。一般的に、逆浸透膜を用いた淡水化装置により製造される淡水の価格が、従来法で処理された水道水の価格の２倍以上である現状において、造水の更なるコストアップは好ましくない。

このような現状において、造水コストの低減が可能な淡水化装置の新たな運転方法や設計が求められている。また、ステンレス鋼３１６Ｌや３１７Ｌが用いられている多くの既設の淡水化プラントでは、装置における腐食し易い部分に対する対策が求められている。

淡水化装置において、ステンレス鋼からなる配管の腐食を抑制しようとする試みは、いくつか行われている。例えば、スーパー・オーステナイト・ステンレス鋼またはチタンなどの耐食性材料からなる内側管と、この内側管を覆って設けられた耐圧性を有する金属製の外側管と、この外側管の内周と前記内側管の外周との間の間隙に充填されたプラスチック・セメント材などからなるシーリング材とからなるコンポジット構造の管を用いた配管が提案されている（特許文献２）。この配管は、安価で堅牢と言えるが、管の製造工程が複雑であり、かつ、配管性能の安定性を評価する必要があるなど、実用化までに解決すべき課題は多い。

もう一つ配管の腐食を抑制しようとする試みとして、ポリカルボン酸などの有機酸を被処理水（供給水）に添加することが提案されている（特許文献３）。しかし、有機酸を被処理水に添加することにより配管の腐食はある程度抑制されるとしても、薬品使用費がかかり、造水のコストアップになること、また、淡水化装置からの廃水中の有機物濃度が上昇するため、環境への影響を考慮して、廃水の再処理が必要となる場合があり、これも造水のコストアップの要因となる。

ＪＰ２０００−２３７５５５Ａ ＪＰ２００１−１３７６７１Ａ ＷＯ２００２／０８０６７１Ａ１

Ｆａｙｙａｚ Ｍｕｄｄａｓｓｉｒ Ｍｕｂｅｅｎ、ＩＤＡ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ（２００５）：ＳＰ０５−００１ Ｊａｎ Ｏ．Ｏｌｓｓｏｎ、Ｍａｌｉｎ Ｍ．Ｓｎｉｓ、ＩＤＡ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ（２００５）：ＳＰ０５−０３６

本発明の目的は、逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置において、逆浸透膜の殺菌に用いられる薬剤により腐食を受ける管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブを極力少なくして、腐食を受けなくて済む管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブを、耐腐食性は高くないが比較的に廉価である材料、例えば、ステンレス鋼により形成することが可能となる淡水化装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置は、次の通りである。

逆浸透膜モジュール、高圧ポンプ、および、エネルギー回収昇圧装置を含み、かつ、
（ａ）一端が塩水供給ユニットに結合し、他端に管路分岐部を有する塩水供給管路、
（ｂ）一端が前記管路分岐部に結合し、他端が前記高圧ポンプに結合された第１の管路、
（ｃ）一端が前記高圧ポンプに結合され、他端が前記逆浸透膜モジュールの塩水供給部に結合された第２の管路、
（ｄ）一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合された第３の管路、
（ｅ）一端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合され、他端が前記第２の管路に結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置において、前記第３の管路に導通している第４の管路、
（ｆ）一端が前記逆浸透膜モジュールの濃縮水収容部に結合され、他端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合された第５の管路、
（ｇ）一端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合され、他端が濃縮水収集ユニットに結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置において、前記第５の管路に導通している濃縮水導出管路、および、
（ｈ）一端が前記逆浸透膜モジュールの透過水収容部に結合され、他端が透過水収集ユニットに結合された透過水導出管路を含み、更に、
（ｉ）一端が前記逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜に接触する際の前記塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とする薬剤の薬剤供給ユニットに結合され、他端が前記第３の管路、あるいは、前記第１の管路に結合された薬剤供給管路を含む逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置。

この淡水化装置において、前記第４の管路に、当該管路を流れる塩水を昇圧するためのブースターポンプが設けられていることが好ましい。

この淡水化装置において、前記薬剤供給管路の前記他端が、前記第３の管路に結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置が、圧力エネルギー交換型の装置であり、更に、前記エネルギー回収昇圧装置における前記第３の管路と前記第４の管路とを結合する塩水流路が、セラミックスもしくは高耐酸性材質で形成されていることが好ましい。

本発明の淡水の製造方法は、上記淡水化装置により塩水から淡水を製造することからなる。

本発明によれば、逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜に接触する際の塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とするために用いられる薬剤が、多くの管路、当該管路に介在するいくつかの高圧ポンプや高圧バルブを経て逆浸透膜モジュールに到達することが回避される。従って、薬剤が流通しない管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブは、前記薬剤に対する耐食性が良好な高価な材料をもって形成する必要がなくなり、淡水化装置の全体の製造コストの大幅な削減効果がもたらされる。前記薬剤は、必要最小限の管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブを経て逆浸透膜モジュールに到達するので、これらの管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブについてのみ、前記薬剤に対する耐食性が良好な高価な材料をもって形成すれば足りる。

図１は、本発明の淡水化装置の一つの実施例のフローチャートである。 図２は、本発明の淡水化装置の他の一つの実施例のフローチャートである。 図３は、本発明の淡水化装置の開発において、改良の対象とした淡水化装置（比較例）のフローチャートである。

先ず、本発明の淡水化装置の開発において、改良の対象とした淡水化装置を比較例１として説明し、次いで、本発明の淡水化装置の一実施例を実施例１として、更に、本発明の淡水化装置の他の一実施例を実施例２として説明する。

比較例１

図３に、本発明の比較例の逆浸透膜を用いた淡水化装置３００が示される。淡水化装置３００は、逆浸透膜モジュール２、高圧ポンプ１、および、エネルギー回収昇圧装置３を有する。

淡水化装置３００は、逆浸透膜モジュール２、高圧ポンプ１、あるいは、エネルギー回収昇圧装置３に結合された次の管路（ａ）−（ｈ）を有する。

（ａ）一端が塩水供給ユニットＳＷに結合し、他端に管路分岐部ＢＰを有する塩水供給管路５、
（ｂ）一端が管路分岐部ＢＰに結合し、他端が高圧ポンプ１に結合された第１の管路６、
（ｃ）一端が高圧ポンプ１に結合され、他端が逆浸透膜モジュール２の塩水供給部２ｓに結合された第２の管路９、
（ｄ）一端が管路分岐部ＢＰに結合され、他端がエネルギー回収昇圧装置３に結合された第３の管路７、
（ｅ）一端がエネルギー回収昇圧装置３に結合され、他端が第２の管路９に結合され、かつ、エネルギー回収昇圧装置３において、第３の管路７に導通している第４の管路１０、
（ｆ）一端が逆浸透膜モジュール２の濃縮水収容部２ｃに結合され、他端がエネルギー回収昇圧装置３に結合された第５の管路８、
（ｇ）一端がエネルギー回収昇圧装置３に結合され、他端が濃縮水収集ユニットＣＷに結合され、かつ、エネルギー回収昇圧装置３において、第５の管路８に導通している濃縮水導出管路１４、および、
（ｈ）一端が逆浸透膜モジュール２の透過水収容部２ｐに結合され、他端が透過水収集ユニットＰＷに結合された透過水導出管路１３。

淡水化装置３００は、塩水供給管路５に設けられた塩水を前処理する前処理ユニットＰＴを有する。第４の管路１０には、塩水を更に昇圧するためのブースターポンプ４が設けられている。第２の管路９に第４の管路１０が結合する結合部９ａから逆浸透膜モジュール２に至る部分の管路を、第６の管路１１と呼称する。また、第４の管路１０において、エネルギー回収昇圧装置３からブースターポンプ４に至る部分の管路を、第７の管路１２と呼称する。図３において、各管路に必要に応じて設けられているバルブや管継ぎ手の図示は、省略されている。

淡水化装置３００において、塩水供給ユニットＳＷから前処理ユニットＰＴに供給された塩水は、当該ユニットにおいて前処理される。前処理された塩水は、塩水供給管路５を通り、管路分岐部ＢＰに至る。管路分岐部ＢＰにおいて、塩水の一部は、第１の管路６へと流れ、塩水の残りの部分は、第３の管路７へと流れる。第１の管路６を流れる塩水は、高圧ポンプ１により加圧され、第２の管路９を経て、逆浸透膜モジュール２の塩水供給部２ｓに流入する。

逆浸透膜モジュール２において、塩水の一部は、逆浸透膜モジュール２の逆浸透膜２ｍを透過し、透過水（淡水）となり、逆浸透膜モジュール２の透過水収容部２ｃに至る。透過水収容部２ｃの透過水（淡水）は、透過水導出管路１３を経て、透過水収集ユニットＰＷへと導出される。

逆浸透膜モジュール２において、逆浸透膜２ｍを透過しなかった塩水は、逆浸透膜モジュール２の濃縮水収容部２ｃから、濃縮水として、第５の管路８を経て、エネルギー回収昇圧装置３に至る。エネルギー回収昇圧装置３において、濃縮水が有している圧力エネルギーが回収される。圧力エネルギーの回収を受けた濃縮水は、濃縮水導出管路１４を経て、濃縮水収集ユニットＣＷへと流出する。

管路分岐部ＢＰにおいて、第１の管路６へ流入しなかった塩水（残りの塩水）は、第３の管路７を経て、エネルギー回収昇圧装置３に至る。エネルギー回収昇圧装置３に至った塩水は、エネルギー回収昇圧装置３において濃縮水から回収された圧力エネルギーにより加圧された後、第４の管路１０を経て、第２の管路９に流入する。塩水は、第４の管路１０に設けられたブースターポンプ４により、更に昇圧される。

淡水化装置３００は、更に、一端が逆浸透膜モジュール２における逆浸透膜２ｍに接触する際の塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とする薬剤の薬剤供給ユニットＣＴに結合され、他端が前処理ユニットＰＴと管路分岐部ＢＰとの間において塩水供給管路５に結合された薬剤供給管路１６を有する。薬剤供給管路１６には、薬剤供給ポンプ１５が設けられている。

薬剤供給ユニットＣＴに用意された前記薬剤が、薬剤供給ポンプ１５により、薬剤供給管路１６を経て、塩水供給管路５を流れる塩水に、連続的に、あるいは、間欠的に、注入される。薬剤供給管路１６から塩水供給管路５に注入された薬剤を含む塩水は、第１の管路６、第２の管路９、第３の管路７、第４の管路４を流れる。また、これらの管路に介在する部材、すなわち、高圧ポンプ１、エネルギー回収昇圧装置３、バルブ（図示は、省略されている）も、当該薬剤を含む塩水に接触する。

その結果、第１の管路６、第２の管路９、第３の管路７、第４の管路４、ならびに、これらの管路に介在する部材、すなわち、高圧ポンプ１、エネルギー回収昇圧装置３、バルブは、高耐酸性の材料により形成されている必要がある。

淡水化装置３００において、高圧の塩水が流れる管路（高圧管路）は、第２の管路９、第５の管路８、および、第４の管路１０である。また、高圧の塩水の流れに接触する部材は、第１の管路６と第２の管路９との間に設けられた高圧ポンプ１、第４の管路１０に設けられたブースターポンプ４、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手、ならびに、エネルギー回収昇圧装置３である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、高圧に耐え得る材料（高圧材料）で形成されている必要がある。

一方、淡水化装置３００において、低圧の塩水あるいは透過水が流れる管路（低圧管路）は、塩水供給管路５、第１の管路６、透過し導出管路１３、および、濃縮水導出管路１４である。また、低圧の塩水の流れに接触する部材は、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、低圧に耐え得る材料（低圧材料）で形成されていれば十分である。

図１に、本発明の逆浸透膜を用いた淡水化装置の一実施例である淡水化装置１００が示される。図１に示される淡水化装置１００と図３に示される淡水化装置３００とは、大多数の装置構成部材において、互いに共通している。従って、淡水化装置１００の構成部材で、淡水化装置３００の構成部材と同じ部材には、図１において、図３に用いられている部材符号と同じ部材符号が付与されている。

淡水化装置１００と淡水化装置３００との相違は、淡水化装置３００においては、薬剤供給管路１６が、塩水供給管路５に結合されているが、淡水化装置１００においては、薬剤供給管路１６に相当する薬剤供給管路１１６が、第３の管路７に結合されている点である。

薬剤供給ユニットＣＴに用意された前記薬剤が、薬剤供給ポンプ１５により、薬剤供給管路１１６を経て、第３の管路７を流れる塩水に、連続的に、あるいは、間欠的に、注入される。薬剤供給管路１１６から第３の管路７に注入された薬剤を含む塩水は、第３の管路７、第４の管路１０、第６の管路１１を流れる。また、これらの管路に介在する部材、すなわち、エネルギー回収昇圧装置３、バルブ（図示は、省略されている）も、当該薬剤を含む塩水に接触する。

その結果、第３の管路７、第４の管路１０、第６の管路１１、ならびに、これらの管路に介在する部材、すなわち、エネルギー回収昇圧装置３、バルブは、高耐酸性の材料により形成されている必要がある。

図２に、本発明の逆浸透膜を用いた淡水化装置の他の一実施例である淡水化装置２００が示される。図２に示される淡水化装置２００と図３に示される淡水化装置３００とは、大多数の装置構成部材において、互いに共通している。従って、淡水化装置２００の構成部材で、淡水化装置３００の構成部材と同じ部材には、図２において、図３に用いられている部材符号と同じ部材符号が付与されている。

淡水化装置２００と淡水化装置３００との相違は、淡水化装置３００においては、薬剤供給管路１６が、塩水供給管路５に結合されているが、淡水化装置２００においては、薬剤供給管路１６に相当する薬剤供給管路２１６が、第１の管路６に結合されている点である。

薬剤供給ユニットＣＴに用意された前記薬剤が、薬剤供給ポンプ１５により、薬剤供給管路２１６を経て、第１の管路６を流れる塩水に、連続的に、あるいは、間欠的に、注入される。薬剤供給管路２１６から第１の管路６に注入された薬剤を含む塩水は、第１の管路６、第２の管路９を流れる。また、これらの管路に介在する部材、すなわち、高圧ポンプ１、バルブ（図示は、省略されている）も、当該薬剤を含む塩水に接触する。

その結果、第１の管路６、第２の管路９、ならびに、これらの管路に介在する部材、すなわち、高圧ポンプ１、バルブは、高耐酸性の材料により形成されている必要がある。

薬剤を含む塩水に接触するため、高耐酸性の材料により形成する必要がある管路および部材は、比較例１の淡水化装置３００の場合に比べ、実施例１の淡水化装置１００および実施例２の淡水化装置２００の場合の方が、少なくて済む。高耐酸性の材料の中でも特に、高価な高耐酸性の高圧材料を使用しなければならない装置の構成部材数が少なくて済み、淡水化装置の製造コストの低減が図られる。

この点が、比較例１の淡水化装置３００に対する、実施例１の淡水化装置１００および実施例２の淡水化装置２００の特徴であり、改良点である。更に、エネルギー回収昇圧装置３の塩水の接触部分の素材がセラミックスの場合は、薬剤を含む塩水が接触しても、当該部分における腐食の問題は発生しない。

実施例１の淡水化装置１００および実施例２の淡水化装置２００を、運転条件を種々変えて、実際に運転し、淡水の製造を行い、薬剤による逆浸透膜における殺菌効果を調べたが、比較例１の淡水化装置３００の場合と同様の逆浸透膜の薬剤による殺菌効果が得られていることが確認された。

高耐酸性とは、管路などを形成する素材が、塩素イオン濃度３００乃至４０，０００ｍｇ／ｌ程度の塩水と接触した状態で、少なくとも３年の間、腐食を含む外観上の変質を受けることなく、当初の形状、性状、強度が維持されている状態を云う。日本工業規格（ＪＩＳ）に定められたステンレス鋼の耐酸性の評価基準には、蓚酸エッチング試験方法（ＪＩＳ−Ｇ０５７１）、硫酸・硫酸第二鉄腐食試験方法（ＪＩＳ−Ｇ０５７２）、６５％硝酸腐食試験方法（ＪＩＳ−Ｇ０５７３）、硝酸・フッ化水素酸腐食試験方法（ＪＩＳ−Ｇ０５７４）、硫酸・硫酸銅腐食試験方法（ＪＩＳ−Ｇ０５７５）がある。

薬剤のステンレス鋼に対する腐食性は、薬剤の濃度と温度に関係する。腐食性は、温度０乃至５０℃において、任意濃度の薬剤のステンレス鋼に対する全面腐食、孔食あるいは隙間腐食の状態をもって判定される。

ステンレス鋼が腐食され易い薬剤としては、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウムなど、塩化物イオンなどのハロゲンイオンを含む金属塩類、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムなどの次亜塩素酸塩類、塩酸、硫酸、クロム酸など、濃硫酸、硝酸以外の無機酸、酢酸、蓚酸、酒石酸、乳酸などの有機酸、および、それらの水溶液が挙げられる。

この明細書において、薬剤とは、塩水に添加し逆浸透膜と接触する際の塩水の水素イオン濃度（ｐＨ）を４以下にすることができる薬剤を云う。このような薬剤として、例えば、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸や、蓚酸、クエン酸などの有機酸がある。この薬剤が添加された塩水を逆浸透膜と接触させることで、逆浸透膜の表面を殺菌洗浄することができる。逆浸透膜との接触時の塩水のｐＨを４以下とすることは、塩水の流速や塩水の塩濃度などを考慮し、前記薬剤の種類や添加量、濃度などを適宜変更、調節することで達成される。

図１乃至３に示す淡水化装置において、高圧の塩水が流れる管路（高圧管路）は、第２の管路９、第５の管路８、および、第４の管路１０である。また、高圧の塩水の流れに接触する部材は、第１の管路６と第２の管路９との間に設けられた高圧ポンプ１、第４の管路１０に設けられたブースターポンプ４、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手、ならびに、エネルギー回収昇圧装置３である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、高圧に耐え得る材料（高圧材料）で形成されている必要がある。

一方、図１乃至３に示す淡水化装置において、低圧の塩水あるいは透過水が流れる管路（低圧管路）は、塩水供給管路５、第１の管路６、透過水導出管路１３、および、濃縮水導出管路１４である。また、低圧の塩水の流れに接触する部材は、これらの管路に取り付けられたバルブや管継ぎ手である。従って、これらの管路、ならびに、これらの部材は、低圧に耐え得る材料（低圧材料）で形成されていれば十分である。

高圧材料としては、各種のステンレス鋼がある。ステンレス鋼は、耐圧性に加えて耐酸性を向上させるために、鉄に、クロム、ニッケル、モリブデン、窒素、銅などを含ませた合金鋼である。ステンレス鋼は、その金属組織により、オーステナイト系（例えば、３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌ、３１７、３１７Ｌ、９０４Ｌ）とオーステナイト・フェライト系（例えば、２５４ＳＭＯ、２２０５、２５０７、Ｚｅｒｏｎ１００、３２９）に区分されている。本発明に係る淡水化装置においては、前記合金鋼のいずれを使用しても良い。

高圧ポンプ１は、前記高圧材料を用いて作られたポンプで、様々な形式がある。本発明に係る淡水化装置における高圧ポンプ１は、所望とする圧力と流量が得られるものであれば、特にその形式に限定されない。例えば、プランジャーポンプのような往復動形式のポンプ、渦巻ポンプ、遠心ポンプ、多段遠心ポンプのような回動形式のポンプなどを、適宜目的に応じて、用いることができる。

塩水は、塩分を含む水の総称である。塩素イオン濃度が３００乃至１５，０００ｍｇ／ｌ程度の塩水は、比較的低濃度の塩水であり、一般的に、かん水と呼称されている。塩素イオン濃度が１５，０００乃至４０，０００ｍｇ／ｌ程度の塩水は、比較的高濃度の塩水であり、一般的に、海水と呼称されている。

逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置における逆浸透膜モジュールには、加圧された塩水が供給される。逆浸透膜モジュールは、一つあるいは複数の逆浸透膜エレメントとこれらが収納された耐圧容器からなる。逆浸透膜モジュールは、一つで、あるいは、複数を並列あるいは直列に配列されて、用いられる。

逆浸透膜エレメントは、逆浸透膜を、逆浸透膜を支持するエレメントに収納したものである。例えば、逆浸透膜が平膜の場合は、平膜をスパイラル、チューブラー、あるいは、プレート・アンド・フレーム状のエレメントに組み込んだ形態のものがある。逆浸透膜が中空糸の場合は、多数本の中空糸からなる中空糸の束をエレメントに組み込んだ形態のものがある。本発明に係る淡水化装置においては、これらの逆浸透膜エレメントのいずれも使用することができる。

逆浸透膜は、例えば、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子材料により形成されている。膜形態には、例えば、平膜、中空糸膜がある。本発明に係る淡水化装置においては、いずれの材料からなる逆浸透膜、いずれの膜形態をも使用することができる。特にポリアミドなど耐塩素性の弱い材料からなる逆浸透膜を用いることにより、前述の本発明の効果が好ましく発揮される。

前処理ユニットにおいて、通常、塩水に対し、殺菌剤、凝集剤が添加される。必要に応じて、還元剤、ｐＨ調整剤、スケール防止剤などが、添加される場合がある。また、前処理ユニットにおいて、塩水の濁質成分の除去のために、砂ろ過、精密膜ろ過、限外膜ろ過、活性炭ろ過、あるいは、保安フィルターによるろ過などによる塩水のろ過が行われる。

エネルギー回収昇圧装置は、逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮水が有している圧力を、例えば、機械的なエネルギーに変換し、この機械的なエネルギーを、逆浸透膜モジュールに供給される塩水の昇圧に利用するための装置である。このようなエネルギー回収昇圧装置は、種々知られており、それらのいくつかは、淡水化装置において、実際に使用されている。

淡水化装置においては、管路分岐部ＢＰから第３の管路７に流入した塩水がエネルギー回収昇圧装置３に流入し、エネルギー回収昇圧装置３において加圧作用を受けた後、第４の管路１０を経て、第２の管路９に送給される。

エネルギー回収昇圧装置３の部材を形成する材料としては、各種のステンレス鋼および／またはセラミックスがある。ここに用いられるステンレス鋼としては、前述の高圧材料と同じものがある。ここに用いられるセラミックスとしては、アルミナ、酸化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、窒化アルミなどがある。

本発明によれば、逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜に接触する際の塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とするために用いられる薬剤が、多くの管路、当該管路に介在するいくつかの高圧ポンプや高圧バルブを経て逆浸透膜モジュールに到達することが回避される。従って、薬剤が流通しない管路、当該管路に介在する高圧ポンプや高圧バルブは、前記薬剤に対する耐食性が良好な高価な材料をもって形成する必要がなくなり、淡水化装置の全体の製造コストの大幅な低減が図られる。

１：高圧ポンプ
２：逆浸透膜モジュール
２ｃ：濃縮水収容部
２ｍ：逆浸透膜
２ｐ：透過水収容部
２ｓ：塩水供給部
３：エネルギー回収昇圧装置
４：ブースターポンプ
５：塩水供給管路
６：第１の管路
７：第３の管路
８：第５の管路
９：第２の管路
９ａ：結合部
１０：第４の管路
１１：第６の管路
１２：第７の管路
１３：透過水導出管路
１４：濃縮水導出管路
１５：薬剤供給ポンプ
１６：薬剤供給管路
１００：実施例１の淡水化装置
１１６：薬剤供給管路
２００：実施例２の淡水化装置
２１６：薬剤供給管路
３００：比較例１の淡水化装置
ＢＰ：管路分岐部
ＣＴ：薬剤供給ユニット
ＣＷ：濃縮水収集ユニット
ＰＴ：前処理ユニット
ＰＷ：透過水収集ユニット
ＳＷ：塩水供給ユニット

Claims (4)

1. 逆浸透膜モジュール、高圧ポンプ、および、エネルギー回収昇圧装置を含み、かつ、
   （ａ）一端が塩水供給ユニットに結合し、他端に管路分岐部を有する塩水供給管路、
   （ｂ）一端が前記管路分岐部に結合し、他端が前記高圧ポンプに結合された第１の管路、
   （ｃ）一端が前記高圧ポンプに結合され、他端が前記逆浸透膜モジュールの塩水供給部に結合された第２の管路、
   （ｄ）一端が前記管路分岐部に結合され、他端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合された第３の管路、
   （ｅ）一端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合され、他端が前記第２の管路に結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置において、前記第３の管路に導通している第４の管路、
   （ｆ）一端が前記逆浸透膜モジュールの濃縮水収容部に結合され、他端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合された第５の管路、
   （ｇ）一端が前記エネルギー回収昇圧装置に結合され、他端が濃縮水収集ユニットに結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置において、前記第５の管路に導通している濃縮水導出管路、および、
   （ｈ）一端が前記逆浸透膜モジュールの透過水収容部に結合され、他端が透過水収集ユニットに結合された透過水導出管路を含み、更に、
   （ｉ）一端が前記逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜に接触する際の前記塩水の水素イオン指数（ｐＨ）を４以下とする薬剤の薬剤供給ユニットに結合され、他端が前記第３の管路、あるいは、前記第１の管路に結合された薬剤供給管路を含む逆浸透膜を用いた塩水の淡水化装置。
2. 前記第４の管路に、当該管路を流れる塩水を昇圧するためのブースターポンプが設けられている請求項１に記載の淡水化装置。
3. 前記薬剤供給管路の前記他端が、前記第３の管路に結合され、かつ、前記エネルギー回収昇圧装置が、圧力エネルギー交換型の装置であり、更に、前記エネルギー回収昇圧装置における前記第３の管路と前記第４の管路とを結合する塩水流路が、セラミックスもしくは高耐酸性材料で形成されている請求項１に記載の淡水化装置。
4. 請求項１に記載の淡水化装置により塩水から淡水を製造する淡水の製造方法。

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