WO2010137185A1 - 塩及び淡水の併産装置及び方法 - Google Patents

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竹内　和久
嘉晃 伊藤
英正 垣上
英夫 岩橋
克憲 松井
賢次 田中
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a salt and fresh water co-production apparatus and method capable of producing salt and fresh water with a single facility.
  • Patent Document 2 proposes a method of re-supplying the diluted brine discharged from the electrodialyzer to the reverse osmosis device, which solves the problem of discharging concentrated seawater, but almost the total amount in seawater. There is a problem that the amount of water produced and the ratio of salt production cannot be adjusted. Furthermore, there is a problem that it is difficult to respond when there is a difference between the supply and demand of water and salt.
  • the present invention stably co-produces salt and water without discharging concentrated water having a higher concentration than seawater so as not to affect the environment while suppressing scale trouble in the reverse osmosis process. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for jointly producing salt and fresh water.
  • the first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems includes a pretreatment device for filtering turbid components in raw water, an electrodialysis device for electrodialyzing pretreatment water from the pretreatment device, An evaporator for evaporating the concentrated brine that has been dialyzed by the electrodialyzer, a dryer for drying the condensed water from the evaporator to form a salt, and an acid addition unit for adding acid to the diluted brine from the electrodialyzer
  • a reverse osmosis membrane device having a reverse osmosis membrane that obtains fresh water as permeate by removing salt from the diluted brine containing the acid, and membrane separation concentrated water in which the salt from the reverse osmosis membrane device is concentrated Recycle line that returns a part of the wastewater to the downstream side of the pretreatment device, drainage line that drains the remaining branched concentrated water to the sea, and divalent ions and SO 4 2- ion in the recycled membrane separation concentrated water to be recycled
  • the second invention is a pretreatment device for filtering turbid components in raw water, an electrodialysis device for electrodialyzing pretreatment water from the pretreatment device, and evaporating concentrated brine water dialyzed by the electrodialysis device.
  • An evaporator that dries the condensed water from the evaporator to form a salt, an acid addition unit that adds acid to the diluted brine from the electrodialyzer, and a divalent solution from the diluted brine to which the acid has been added.
  • a nanofiltration membrane separation device that removes ions from the membrane, a reverse osmosis membrane device having a reverse osmosis membrane that obtains fresh water as permeated water by removing salt from the treated water from the nanofiltration membrane separation device, and the reverse osmosis membrane
  • a recycle line for returning the total amount of the membrane separation concentrated water concentrated in the apparatus to the downstream side of the pretreatment device, and a drainage line for draining the total amount of the membrane separation concentrated water from the nanofiltration membrane separation device to the sea area.
  • Recycled membrane separation for recycling in concentrated water Detecting the ion concentration of the valence of the ions and SO 4 2-ions, as these ions concentration is less than the saturation concentration of the gypsum, and emissions of exhaust membrane separation concentrated water discharged to sea, and the supply amount of the raw water
  • a salt and fresh water co-production device characterized in that the produced water is obtained by combining the evaporated water from the evaporator and the permeated water from the reverse osmosis membrane device.
  • a bypass line according to the second invention, wherein an acid is added to the diluted brine from the electrodialyzer, and a part of the bypass line bypasses the nanofiltration membrane separator and is supplied to the reverse osmosis membrane device. It is in the joint production apparatus of the salt and fresh water characterized by having.
  • a fourth invention is the salt and fresh water co-production apparatus according to the first or second invention, wherein the ion concentration is measured by an ion concentration meter.
  • turbid components in raw water are filtered with a pretreatment device, the pretreatment water is electrodialyzed, and the resulting concentrated brine is evaporated to produce a salt.
  • acid is added to brine and salt is removed from the acid-added dilute brine using a reverse osmosis membrane device to obtain fresh water as permeate, and the salt from the reverse osmosis membrane device is concentrated.
  • a part of the membrane separation concentrated water is returned to the downstream side of the pretreatment device, and when the remaining branched concentrated water is drained to the sea, the acid-added dilute brine is set to pH 7.3 or less to prevent scale generation.
  • turbid components in raw water are filtered with a pretreatment device, the pretreatment water is electrodialyzed, and the resulting concentrated brine is evaporated to produce a salt.
  • acid is added to the brine and the salt is removed from the acid-added diluted brine with a reverse osmosis membrane device to obtain permeated fresh water.
  • Membrane separation in which the pH of the brine is set to 7.3 or less to prevent the occurrence of scale, and divalent ions in dilute brine are removed using a nanofiltration membrane separator, and the salt content from the reverse osmosis membrane device is concentrated.
  • the total amount of the concentrated water is returned to the downstream side of the pretreatment device, and the total amount of the membrane separation concentrated water from the nanofiltration membrane separation device is drained to the sea area, and the divalent ions in the recycled membrane separation concentrated water are recycled.
  • ion concentration and SO 4 2-ions Salt and fresh water characterized by adjusting the ratio of the discharge amount of the membrane separation concentrated water discharged to the sea area and the supply amount of raw water so that the concentration of these ions is below the saturation concentration of gypsum It is in the method of concurrent birth.
  • the discharge amount of the membrane separation concentrated water discharged to the sea area and the supply amount of raw water so that the ion concentration in the membrane separation concentrated water to be recycled is equal to or lower than the saturated concentration of gypsum by the ion concentration meter.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a salt and fresh water co-production apparatus according to Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of the salt and fresh water co-production apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of another salt and fresh water co-production apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the discharge amount of membrane separation concentrated water / the amount of supplied seawater and the gypsum saturation.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between pH in dilute brackish water and Stiff and. Davis Stability Index.
  • FIG. 1 is a schematic view of a salt and fresh water co-production apparatus according to this embodiment.
  • the salt and freshwater co-production device 10 ⁇ / b> A includes a pretreatment device 12 that filters turbidity in supply seawater 11 that is raw water supplied through a line L 1, and the pretreatment device 12.
  • concentrated brine (concentrated salt water) 15 that is dialyzed by electrodialyzer 14 and supplied via line L 3.
  • an acid addition dilute brackish water 23 Remove the salt from the permeated water 24
  • a reverse osmosis membrane device 25 having a reverse osmosis membrane (RO membrane) 25a for obtaining fresh water and a part 26-1 of membrane separation concentrated water 26 in which the salt content from the reverse osmosis membrane device 25 is concentrated are pretreated.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • a controller 31 for controlling the ratio between the amount of the membrane separation concentrated water 26-2 discharged and the amount of the supplied seawater 11 supplied, and the addition of the acid 21 from the acid adding unit 22 Reduce the pH of the added diluted brine 23 to 7.3 or less to prevent the occurrence of scale in the reverse osmosis unit 25, wherein with obtaining salt 18 from dryer 19, and supplies the vaporized water 28 supplied via the line L 9 from the evaporator 16 to a line L 9
  • the water (fresh water) 29 is obtained in combination with the permeated water 24 from the reverse osmosis membrane device 25.
  • the salt and fresh water co-production apparatus uses the ion concentration meter 30 to discharge the membrane into the sea area so that the ion concentration in the membrane separation concentrated water 26-1 to be recycled is equal to or lower than the saturated concentration of gypsum.
  • the control device 31 By controlling the ratio of the discharge amount of the separation concentrated water 26-2 and the supply amount of the supplied seawater 11 by the control device 31, a part 26-2 of the membrane separation concentrated water 26 is discharged to the sea area. The remaining portion 26-1 is recycled to the rear stage side of the pretreatment device 12.
  • the ratio of drained membrane separation concentrated water (drained to the sea area) 26-2 (the amount discharged into the sea area) / (membrane separated concentrated water (recycled)) is 0.32 or more and less than 1. I try to adjust the range. This is because, as shown in FIG. 4, when it is 0.32 or less, the gypsum saturation exceeds 100%, which is not preferable.
  • the acid supply to the diluted brine 20 supplied to the reverse osmosis membrane device 25 is adjusted by the acid addition unit 22 so that the pH is 7.3 or less. This is because, as shown in FIG. 5 showing the relationship between the pH in the diluted brine 20 and the Stiff and Davis Stability Index, the pH exceeds 0 when it exceeds 7.3, which is not preferable.
  • a membrane-separated concentrated water having a concentration equal to or less than the supplied seawater salt concentration a high salt concentration water is not supplied. It is possible to prevent adverse effects on the biological environment due to the accumulation of lumps on the coastal seabed. Further, by supplying the diluted brine 20 from the electrodialyzer 14 to the reverse osmosis membrane device 25, the supply pressure of the reverse osmosis membrane device 25 can be reduced, and energy efficiency can be saved. Can be made compact.
  • the pretreatment device 12 can be made compact. Therefore, as compared with the case where the membrane separation concentrated water is not recycled, the pretreatment device can be reduced to a maximum of 50%.
  • the diluted brine 20 and the membrane separation condensed water 26 from the electrodialysis device 14 are discharged. Since the Ca 2+ and SO 4 2 ⁇ concentration of the selenium can be reduced to a saturation concentration or less, the CaSO 4 is prevented from being deposited on the ion exchange membrane of the electrodialyzer 14 and the RO membrane 25a of the reverse osmosis membrane device 25. In addition, stable operation is possible.
  • the ion concentration meter 30 is provided to measure the ion concentration.
  • the present invention is not limited to this, for example, the electric conductivity in the supplied seawater 11 which is raw water. May be obtained by a conductivity meter, the concentration of divalent ions (Ca 2+ , Mg 2+ ) may be obtained, and the SO 4 2 ⁇ concentration may be obtained from the amount of acid added.
  • scale generation on the RO membrane 25a of the reverse osmosis membrane device 25 due to CaSO 4 which is similarly concerned about generation can be prevented by lowering the pH.
  • the acid 21 added from the acid addition part 22 it is preferable to use sulfuric acid practically, and it is preferable to use hydrochloric acid from the point of scale removal.
  • the membrane permeation characteristics of the Ca 2+ and SO 4 2 ⁇ ion concentrations differ. Therefore, each concentration in the RO concentrate with the highest Ca 2+ and SO 4 2- ion concentration was detected during operation, and “exhaust membrane separation concentrated water (drained into the sea area) so that it would be less than the gypsum saturation concentration”.
  • the control device 31 finely adjusts the valves V 1 and V 2 so that the ratio of “26-2 discharge to sea area” / “supply quantity of supplied seawater 11” is within the range of 0.32 to less than 1. I have to.
  • an existing method such as a chelate method or a gravimetric method can be applied.
  • the saturated concentration of gypsum is obtained in advance or experimentally.
  • the existing liquid density meter or electrical conductivity meter can be applied to the device for detecting the electrical conductivity of the membrane separation concentrated water and the discharge sea area.
  • the permeate recovery rate may be adjusted by changing the pressure of the acid-added diluted brine 23 supplied to the reverse osmosis membrane device 25.
  • the turbidity in the supplied seawater 11 as raw water is filtered by the pretreatment device 12, and the pretreatment water 13 is electrolyzed by the electrodialysis device 14.
  • the resulting concentrated brine 15 is evaporated to produce a salt 18, and an acid 21 is added to the diluted brine 20 after electrodialysis, and the salt content is removed from the acid-added diluted brine 23 by the reverse osmosis membrane device 25.
  • production water (fresh water) 29 as permeated water 24
  • a portion 26-1 of the membrane separation concentrated water 26 in which the salt content from the reverse osmosis membrane device 25 is concentrated is introduced.
  • the pH of the acid-added diluted brine 23 is set to 7.3 or less to prevent generation of scale and to recycle Recycled membrane separation concentrated water 26- Detecting the ion concentration of divalent ions and SO 4 2-ions in, so that these ions concentration is less than the saturation concentration of the gypsum, and emissions of exhaust membrane separation concentrated water 26-2 to discharge to waters Since the ratio with the supply amount of the raw water is adjusted, concentrated water having a higher concentration than seawater is discharged so as not to affect the environment while suppressing the scale trouble of the RO membrane 25a in the reverse osmosis membrane device 25. Without any problem, salt and water can be stably produced.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a salt and fresh water co-production apparatus according to the present embodiment.
  • the salt and fresh water co-production device 10 ⁇ / b> B is an acid obtained by adding an acid 21 to the diluted brine 20 from the electrodialysis device 14 in the salt and fresh water co-production device 10 ⁇ / b> A shown in FIG. 1.
  • a nanofiltration membrane separation device 41 for removing divalent ions from the added diluted brine 23 is provided.
  • the reverse osmosis membrane apparatus 25 which has the reverse osmosis membrane (RO membrane) 25a which removes the salt in the 1st permeated water 24A from this nanofiltration membrane separation apparatus 41, and obtains the fresh water which is the 2nd permeated water 24B Is provided on the rear side.
  • L 10 is a line for supplying the first permeated water 24A from the nanofiltration membrane separation device 41.
  • the entire amount of the second membrane separation concentrated water 26B enriched with the salt from the reverse osmosis membrane device 25 is returned to the line L 2 on the downstream side of the pretreatment device 12 by the recycle line L 6 , and the nanofiltration so that drained into the sea by the first film drainage the total amount of the separation concentrated water 26A line L 7 from the membrane separator 41.
  • the dilute brine 20 from the electrodialyzer 14 is all passed through the nanofiltration membrane separation device 41 to remove divalent ions, and as the first membrane separation concentrated water 26A, 2
  • the concentrated ion-concentrated water is drained to the sea area.
  • the treated water as the first permeated water 24A is supplied to the reverse osmosis device 25, and the total amount of the second membrane separation concentrated water 26B is recycled to the electrodialysis device 14 side, thereby reducing the amount of supplied seawater. I can do it.
  • the reverse osmosis membrane device 25 since the reverse osmosis membrane device 25 does not drain into the sea, the recovery rate of the production water 29 and the production amount of chlorine (salt 18) can be improved.
  • the turbidity in the supplied seawater 11 as raw water is filtered by the pretreatment device 12, and the pretreatment water 13 is filtered by the electrodialysis device 14.
  • Electrodialysis is performed to produce the salt 18 by evaporating the concentrated brine 15 obtained, and an acid 21 is added to the diluted brine 20 after the electrodialysis, and the salt content is reduced by the reverse osmosis membrane device 25 from the acid-added diluted brine 23.
  • the pH of the acid-added diluted brine 23 is set to 7.3 or less to prevent the occurrence of scale, and on the upstream side of the reverse osmosis membrane device 25 Then, divalent ions in the acid-added diluted brine 23 are removed using the nanofiltration membrane separator 41, and the total amount of the second membrane separation concentrated water 26B in which the salt content from the reverse osmosis membrane device 25 is concentrated is pretreated.
  • the total amount of the first membrane separation concentrated water 26A from the nanofiltration membrane separation device 41 is drained to the sea, and divalent ions and SO 4 2-ions in the second membrane separation concentrated water 26B to be recycled Since the concentration of the first membrane separation concentrated water discharged to the sea area and the supply amount of the raw water are adjusted so that these ion concentrations are below the saturated concentration of gypsum, While suppressing the scale trouble of the RO membrane 25a in the reverse osmosis membrane device 25, the salt and water can be stably co-produced without discharging concentrated water having a higher concentration than seawater so as not to affect the environment. It will be a thing.
  • FIG. 3 shows a modification of this embodiment.
  • co-producing apparatus 10C of salt and fresh water in co-producing apparatus 10B of salt and fresh water is shown in FIG. 2, further supplies the line L 5 for supplying dilute brine 20 from the electrodialysis device 14
  • a bypass line L 11 for bypassing the nanofiltration membrane separation device 41 to the line L 10 is provided to supply the acid-added diluted brine 23 directly to the reverse osmosis membrane device 25.
  • the bypass amount may be about 2/3 of the acid-added diluted brine 23. Therefore, about 1/3 of the acid-added diluted brine 23 is supplied to the nanofiltration membrane separator 41. Thereby, the equipment of the nanofiltration membrane separation apparatus 41 can be made compact.
  • Test Example 1 Fresh water of Test Example 1 using the apparatus of Example 1 that produces salt and fresh water, Test Example 2 using the apparatus of Example 2, Comparative Example 1 that does not recycle at all, and Comparative Example 2 that produces only salt
  • Table 1 shows the test results for the production ratio (vs. supply seawater), the wastewater ratio (vs supply seawater), and the chlorine recovery rate (concentrated brine / supply seawater).
  • the apparatus of Test Example 1 improved both the ratio of the amount of fresh water produced and the chlorine recovery rate. Also, the wastewater ratio was reduced.
  • the fresh water production ratio (vs. seawater supplied) was improved from 55.1 to 63.4% compared to Test Example 1 in which the nanofiltration membrane separation device 41 was not used.
  • Chlorine (proportional to salt recovery) improved from 72.9 to 85.8%.
  • the salt and freshwater co-production apparatus As described above, according to the salt and freshwater co-production apparatus according to the present invention, by draining water at a level equal to or less than the supply seawater salt concentration, It is possible to prevent adverse effects on the biological environment due to staying in the water.

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Abstract

　前処理水１３を電気透析する電気透析装置１４と、電気透析装置１４で透析された濃縮かん水１５を蒸発する蒸発器１６と、蒸発器１６から供給される凝縮水１７を乾燥して塩１８とする乾燥器１９と、酸が添加された希薄かん水から塩分を除去して透過水２４である淡水を得るＲＯ膜２５ａを有する逆浸透膜装置２５と、塩分が濃縮された膜分離濃縮水２６の一部を前処理装置１２の後流側に戻すリサイクルラインと、残りの濃縮水を海域へ排水する排水ラインと、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、供給海水の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置３１とを具備してなり、酸２１の添加によりｐＨを７．３以下とし、乾燥器１９から塩１８を得ると共に、蒸発器１６からの蒸発水２８と逆浸透膜装置２５からの透過水２４とを併合して製造水（淡水）２９を得る。

Description

塩及び淡水の併産装置及び方法
　本発明は、塩及び淡水を一つの設備で製造することができる塩及び淡水の併産装置及び方法に関する。
　海水を最初に逆浸透装置に供給後脱塩し、透過水（造水）を得る一方、濃縮水を電気透析装置に供給し、濃縮水を蒸発器にてさらに濃縮し塩を得る（製塩）方法が提案されている（特許文献１及び２）。
　また、海水を最初に電気透析装置に供給後、濃縮かん水は蒸発装置でさらに濃縮後塩を得る一方、希薄かん水は、逆浸透装置に供給し透過水を得る方法が提案されている（特許文献３及び４）。
特開平９－２７６８６４号公報 特開２００４－３３８４８号公報 特開平８－３１８１３６号公報 特開平８－８９９５８号公報
　しかしながら、従来の逆浸透法の場合、透過水（造水）が得られる一方、濃縮海水が生じるが、塩分が高いため、そのまま環境に排出すると生態系に影響を与えるのでその処理が近年課題になっている。
　特に、特許文献２の提案では、電気透析装置から排出される希薄かん水を逆浸透装置に再供給する方法が提案されており、濃縮海水の排出問題は解決されているが、海水中のほぼ全量の塩分を回収せざるを得ず、造水量と製塩量比の調整ができない、という問題がある。さらに、水と塩の供給量と需要量に差がある場合には、対応しにくい、という問題がある。
　一方、特許文献３及び４の提案では、電気透析装置から排出される希薄かん水は逆浸透装置に供給され、透過水が得られる。また同時に濃縮海水が生じるが、透過水の回収率を調整することで、濃縮海水濃度が電気透析装置に供給される原海水濃度以下とできる。
　その点においては、塩分の高い海水を環境中に排出する課題は解決されるが、以下の新たな課題が生じている。
１）　電気透析装置に使われているイオン交換膜はその一般的特性として、海水中の１価イオンに比較し２価イオンを通過させにくい性質をもつ。その結果海水の主成分である１価イオンのＮａ＋、Ｃｌ－は濃縮される一方、副成分のうち、２価のイオンとして溶解しているＣａ2+、Ｍｇ2+、ＣＯ3 2－、ＳＯ4 2－等は１価イオンに比較して濃縮されにくく、そのため希薄かん水中の上記イオン種の組成比は海水より高くなることとなる。
２）　また、希薄かん水は後段の逆浸透膜に供給されて透過水を得るが、この際、濃縮側では上記２価イオンも濃縮され、これらは溶解度が小さいスケール成分として析出しやすく、逆浸透膜の表面に付着し、透過水量を減少させるいわゆるスケール付着が生じるという、問題がある。
　本発明は、前記問題に鑑み、逆浸透工程におけるスケールトラブルを抑制しつつ、環境に影響を与えないよう海水より濃度の高い濃縮水を排出することなく、塩と水を安定して併産する塩及び淡水の併産装置及び方法を提供することを課題とする。
　上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水中の濁質分を濾過する前処理装置と、前記前処理装置からの前処理水を電気透析する電気透析装置と、前記電気透析装置で透析された濃縮かん水を蒸発する蒸発器と、該蒸発器からの凝縮水を乾燥して塩とする乾燥器と、前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加する酸添加部と、前記酸が添加された希薄かん水から塩分を除去して透過水である淡水を得る逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の一部を前処理装置の後流側に戻すリサイクルラインと、分岐した残りの濃縮水を海域へ排水する排水ラインと、リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置とを具備してなり、前記酸添加部からの酸の添加により酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止し、前記乾燥器から塩を得ると共に、前記蒸発器からの蒸発水と逆浸透膜装置からの透過水とを併合して製造水を得る、ことを特徴とする塩及び淡水の併産装置にある。
　第２の発明は、原水中の濁質分を濾過する前処理装置と、前記前処理装置からの前処理水を電気透析する電気透析装置と、前記電気透析装置で透析された濃縮かん水を蒸発する蒸発器と、蒸発器からの凝縮水を乾燥して塩とする乾燥器と、前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加する酸添加部と、酸が添加された希薄かん水から２価のイオンを除去するナノ濾過膜分離装置と、該ナノ濾過膜分離装置からの処理水中の塩分を除去して透過水である淡水を得る逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の全量を前処理装置の後流側に戻すリサイクルラインと、前記ナノ濾過膜分離装置からの膜分離濃縮水の全量を海域へ排水する排水ラインと、リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置とを具備すると共に、酸添加部からの酸の添加により酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止し、前記乾燥器から塩を得ると共に、前記蒸発器からの蒸発水と逆浸透膜装置からの透過水とを併合して製造水を得る、ことを特徴とする塩及び淡水の併産装置にある。
　第３の発明は、第２の発明において、前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加した後、その一部がナノ濾過膜分離装置を迂回して逆浸透膜装置へ供給するバイパスラインを有することを特徴とする塩及び淡水の併産装置にある。
　第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記イオン濃度をイオン濃度計で計測することを特徴とする塩及び淡水の併産装置にある。
　第５の発明は、原水中の濁質分を前処理装置で濾過し、その前処理水を電気透析し、得られた濃縮かん水を蒸発して塩を製造すると共に、前記電気透析後の希薄かん水に酸を添加し、酸添加希薄かん水から逆浸透膜装置で塩分を除去して透過水である淡水を得る塩及び淡水の併産方法において、前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の一部を前処理装置の後流側に戻すと共に、分岐した残りの濃縮水を海域へ排水する際、前記酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整することを特徴とする塩及び淡水の併産方法にある。
　第６の発明は、原水中の濁質分を前処理装置で濾過し、その前処理水を電気透析し、得られた濃縮かん水を蒸発して塩を製造すると共に、前記電気透析後の希薄かん水に酸をし、酸添加希薄かん水から逆浸透膜装置で塩分を除去して透過水である淡水を得る塩及び淡水の併産方法において、逆浸透膜装置の前段側において、前記酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、ナノ濾過膜分離装置を用いて希薄かん水中の２価イオンを除去し、前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の全量を前処理装置の後流側に戻すと共に、前記ナノ濾過膜分離装置からの膜分離濃縮水の全量を海域へ排水し、且つ、リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整することを特徴とする塩及び淡水の併産方法にある。
　本発明によれば、イオン濃度計により、リサイクルする膜分離濃縮水中のイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整する制御を制御装置で行うことにより、膜分離濃縮水の一部を海域に排出し、残部を前処理装置の後段側にリサイクルさせている。これによって、逆浸透膜装置におけるＲＯ膜のスケールトラブルを抑制しつつ、環境に影響を与えないよう海水より濃度の高い濃縮水を排出することなく、塩と水を安定して併産することができるものとなる。
図１は、実施例１に係る塩及び淡水の併産装置の概略図である。 図２は、実施例２に係る塩及び淡水の併産装置の概略図である。 図３は、実施例２に係る他の塩及び淡水の併産装置の概略図である。 図４は、膜分離濃縮水の排出量／供給海水量と、石膏飽和度との関係を示す図である。 図５は、希薄かん水中のｐＨとStiff　and.　Davis　Stability　Indexとの関係を示す図である。
　以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
　本発明による実施例１に係る塩及び淡水の併産装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係る塩及び淡水の併産装置の概略図である。
　図１に示すように、塩及び淡水の併産装置１０Ａは、ラインＬ1により供給される原水である供給海水１１中の濁質分を濾過する前処理装置１２と、前記前処理装置１２からラインＬ2を介して供給される前処理水１３を電気透析する電気透析装置１４と、前記電気透析装置１４で透析され、ラインＬ3を介して供給される濃縮かん水（濃縮塩水）１５を蒸発する蒸発器１６と、該蒸発器１６からラインＬ4を介して供給される凝縮水１７を乾燥して塩１８とする乾燥器１９と、前記電気透析装置１４からラインＬ5を介して供給される希薄かん水（Ｃａ塩とＭｇ塩が多くて、Ｎａ塩が少ない）２０に酸（例えば硫酸又は塩酸等）２１を添加する酸添加部２２と、前記酸２１が添加された酸添加希薄かん水２３から塩分を除去して透過水２４である淡水を得る逆浸透膜（ＲＯ膜）２５ａを有する逆浸透膜装置２５と、前記逆浸透膜装置２５からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水２６の一部２６－１を前処理装置１２の後流側のラインＬ2に戻すリサイクルラインＬ6と、分岐した残りの濃縮水２６－２を海域へ排水する排水ラインＬ7と、前記リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水２６－１中の２価のイオン（Ｃａ2+、Ｍｇ2+）及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度をイオン濃度計３０で検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水２６－２の排出量と、供給海水１１の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置３１とを具備してなり、前記酸添加部２２からの酸２１の添加により酸添加希薄かん水２３のｐＨを７．３以下として前記逆浸透膜装置２５でのスケールの発生を防止し、前記乾燥器１９から塩１８を得ると共に、前記蒸発器１６からラインＬ9を介して供給される蒸発水２８をラインＬ9に供給し、逆浸透膜装置２５からの透過水２４と併合して製造水（淡水）２９を得るものである。
　本実施例に係る塩及び淡水の併産装置は、イオン濃度計３０により、リサイクルする膜分離濃縮水２６－１中のイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水２６－２の排出量と、供給海水１１の供給量との割合を調整する制御を制御装置３１で行うことにより、膜分離濃縮水２６の一部２６－２を海域に排出し、残部２６－１を前処理装置１２の後段側にリサイクルさせている。これによって、逆浸透膜装置２５におけるＲＯ膜２５ａのスケールトラブルを抑制しつつ、環境に影響を与えないよう海水より濃度の高い濃縮水を排出することなく、塩と水を安定して併産することができるものとなる。
　また、スケールトラブルを解消するには、排水膜分離濃縮水（海域へ排水）２６－２の（海域への排出量）／（膜分離濃縮水（リサイクル））比を０．３２以上１未満の範囲に調整するようにしている。
　これは、図４に示すように、０．３２以下であると、石膏飽和度が１００％を超えることとなり、好ましくないからである。
　また、逆浸透膜装置２５に供給する希薄かん水２０への酸の供給は、ｐＨは７．３以下となるよう酸添加部２２により調整するようにしている。
　これは、希薄かん水２０中のｐＨとStiff　and.　Davis　Stability　Indexとの関係を示す図５に示すように、ｐＨが７．３を超えると０を超えることとなり、好ましくないからである。
　よって、本発明によれば、供給海水塩濃度と同程度かそれ以下の膜分離濃縮水とすることで、高塩濃度のものを供給することがないので、海底に高塩濃度高密度の水塊が沿岸海底に滞留することによる生物環境への悪影響を防止することができる。
　また、電気透析装置１４からの希薄かん水２０を逆浸透膜装置２５に供給することで、逆浸透膜装置２５の供給圧力を下げられることとなり、エネルギー効率の省力化を図ることができ、また装置のコンパクト化が図れる。
　また、膜分離濃縮水２６の一部２６－１を前処理装置１２と電気透析装置１４との間のラインＬ2にリサイクルすることで、原水である海水の供給量を減らせることとなるので、前処理装置１２のコンパクト化を図ることができる。
　よって、膜分離濃縮水をリサイクルしない場合に比較して、前処理装置は最大５０％にまでコンパクト化が可能となる。
　逆浸透膜装置２５からの膜分離濃縮水２６の一部２６－１をリサイクルして、残り２６－２を海域へ排出することで、電気透析装置１４からの希薄かん水２０及び膜分離縮水２６中のＣａ2+及びＳＯ4 2-濃度が飽和濃度以下とすることができるので、ＣａＳＯ4が電気透析装置１４のイオン交換膜及び逆浸透膜装置２５のＲＯ膜２５ａ上に析出付着することを防止し、安定運転が可能となる。
　ここで、本実施例においては前記イオン濃度を計測するためにイオン濃度計３０を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば原水である供給海水１１中の電気伝導度を伝導度計で求め、２価イオン（Ｃａ2+、Ｍｇ2+）の濃度を求め、また添加する酸の添加量からＳＯ4 2-濃度を求めるようにしてもよい。
　また、ｐＨを下げることで同様に発生が懸念されるＣａＳＯ4による逆浸透膜装置２５のＲＯ膜２５ａ上のスケール発生を防止することができる。
　ここで、酸添加部２２から添加する酸２１としては、実用的には硫酸とするのが好ましく、スケール除去の点からは塩酸とするのが好ましい。
　これに対し、先願のＲＯ濃縮水の海域への排出量をゼロとし、全量リサイクルする方法では、上記のスケール発生による不都合が起きるため、実用化できないものとなる。
　電気透析装置１４と逆浸透膜装置２５の運転条件、イオン交換膜、逆浸透膜の特性や経年変化によっては、Ｃａ2+及びＳＯ4 2-イオン濃度の膜透過特性が異なる。
　そこで、Ｃａ2+及びＳＯ4 2-イオン濃度が最も高くなるＲＯ濃縮液中のそれぞれの濃度を運転中に検出し、石膏飽和濃度以下となるよう、「排出膜分離濃縮水（海域へ排水）２６－２の海域への排出量」／「供給海水１１の供給量」比を０．３２以上１未満の範囲で、できるだけ小さくなるよう制御装置３１でバルブＶ1、Ｖ2を微調整するようにしている。
　これにより、石膏の膜への析出付着を防止し、安定運転を確保しながら、供給海水量を最小とできるので、前処理の負荷が減少し、前処理装置の省エネ運転が可能となる。
　前記イオン濃度計３０により、Ｃａ2+及びＳＯ4 2-イオン濃度の検出には、例えばキレート法、重量法等の既存の方法が適用可能である。石膏の飽和濃度はあらかじめ計算あるいは実験的に求めている。
　膜分離濃縮水と排出海域の電気伝導度を検出する装置も、既存の液密度計あるいは電気伝導度計が適用可能である。
　また、逆浸透膜装置２５に供給する酸添加希薄かん水２３の圧力を変化させることで透過水回収率を調整するようにしてもよい。
　このように、本発明の塩及び淡水の併産方法によれば、原水である供給海水１１中の濁質分を前処理装置１２で濾過し、その前処理水１３を電気透析装置１４で電気透析し、得られた濃縮かん水１５を蒸発して塩１８を製造すると共に、前記電気透析後の希薄かん水２０に酸２１を添加し、酸添加希薄かん水２３から逆浸透膜装置２５で塩分を除去して透過水２４である製造水（淡水）２９を得る塩及び淡水の併産方法において、前記逆浸透膜装置２５からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水２６の一部２６－１を前処理装置１２の後流側に戻すと共に、分岐した残りの濃縮水２６－２を海域へ排水する際、前記酸添加希薄かん水２３のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水２６－１中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水２６－２の排出量と、原水の供給量との割合を調整するようにするので、逆浸透膜装置２５におけるＲＯ膜２５ａのスケールトラブルを抑制しつつ、環境に影響を与えないよう海水より濃度の高い濃縮水を排出することなく、塩と水を安定して併産することができるものとなる。
　本発明による実施例２に係る塩及び淡水の併産装置について、図面を参照して説明する。図２は、本実施例に係る塩及び淡水の併産装置の概略図である。
　図２に示すように、塩及び淡水の併産装置１０Ｂは、図１に示す塩及び淡水の併産装置１０Ａにおいて、さらに、電気透析装置１４からの希薄かん水２０に酸２１が添加された酸添加希薄かん水２３から２価のイオンを除去するナノ濾過膜分離装置４１を設けたものである。そして、該ナノ濾過膜分離装置４１からの第１の透過水２４Ａ中の塩分を除去して第２の透過水２４Ｂである淡水を得る逆浸透膜（ＲＯ膜）２５ａを有する逆浸透膜装置２５をその後段側に設けている。なお、図２中、Ｌ10はナノ濾過膜分離装置４１からの第１の透過水２４Ａを供給するラインである。
　そして、前記逆浸透膜装置２５からの塩分が濃縮された第２の膜分離濃縮水２６Ｂの全量をリサイクルラインＬ6により前処理装置１２の後流側のラインＬ2に戻すと共に、前記ナノ濾過膜分離装置４１からの第１の膜分離濃縮水２６Ａの全量を排水ラインＬ7により海域へ排水するようにしている。
　本実施例によれば、電気透析装置１４からの希薄かん水２０の全部をナノ濾過膜分離装置４１に通過させることで、２価イオンを除去処理し、第１の膜分離濃縮水２６Ａとして、２価イオン濃縮水を海域へ排水するようにしている。これと共に、第１の透過水２４Ａである処理水を該逆浸透装置２５に供給し、第２の膜分離濃縮水２６Ｂの全量を電気透析装置１４側にリサイクルすることで、供給海水量を減すことができる。
　また、逆浸透膜装置２５からは海域に排水をしないので、製造水２９の回収率及び塩素（塩１８）の製造量を向上できる。
　また、逆浸透膜装置２５からの第２の膜分離濃縮水２６Ｂの全部をリサイクルすることで、系内にＣａ2+及びＳＯ4 2-イオン濃度が蓄積し、石膏スケール生成の懸念が生じるが、ナノ濾過膜分離装置４１により、２価イオンのＣａ2+及びＳＯ4 2-イオンを除去し、系外に排出するので飽和濃度以下とすることができ、その不都合が解消できる。
　このように、本発明に係る塩及び淡水の併産方法によれば、原水である供給海水１１中の濁質分を前処理装置１２で濾過し、その前処理水１３を電気透析装置１４で電気透析し、得られた濃縮かん水１５を蒸発して塩１８を製造すると共に、前記電気透析後の希薄かん水２０に酸２１を添加し、酸添加希薄かん水２３から逆浸透膜装置２５で塩分を除去して透過水である淡水を得る塩及び淡水の併産方法において、前記酸添加希薄かん水２３のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、逆浸透膜装置２５の前段側において、ナノ濾過膜分離装置４１を用いて酸添加希薄かん水２３中の２価イオンを除去し、前記逆浸透膜装置２５からの塩分が濃縮された第２の膜分離濃縮水２６Ｂの全量を前処理装置１２の後流側に戻すと共に、前記ナノ濾過膜分離装置４１からの第１の膜分離濃縮水２６Ａの全量を海域へ排水し、且つ、リサイクルする第２の膜分離濃縮水２６Ｂ中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する第１の膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整するので、逆浸透膜装置２５におけるＲＯ膜２５ａのスケールトラブルを抑制しつつ、環境に影響を与えないよう海水より濃度の高い濃縮水を排出することなく、塩と水を安定して併産することができるものとなる。
　また、図３に本実施例の変形例を示す。
　図３に示すように、塩及び淡水の併産装置１０Ｃは、図２に示す塩及び淡水の併産装置１０Ｂにおいて、さらに、電気透析装置１４からの希薄かん水２０を供給する供給するラインＬ5から分岐して、ナノ濾過膜分離装置４１をラインＬ10にバイパスするバイパスラインＬ11を設け、酸添加希薄かん水２３を直接逆浸透膜装置２５に供給するようにしている。
　これは、海域へ排出するための第１の膜分離濃縮水２６Ａの処理量以上をナノ濾過膜分離装置４１に送ることなく、リサイクルするためである。
　バイパスするバイパス量は、酸添加希薄かん水２３の２／３程度とすればよい。
　よって、ナノ濾過膜分離装置４１へは酸添加希薄かん水２３を１／３程度供給するようにしている。
　これにより、ナノ濾過膜分離装置４１の設備のコンパクト化を図ることができる。
　［試験例］
　塩と淡水を併産する実施例１の装置を用いた試験例１、実施例２の装置を用いた試験例２、リサイクルを全くしない比較例１、及び塩のみを製造する比較例２の淡水製造量比（対供給海水）、排水量比（対供給海水）及び塩素回収率（濃縮かん水／供給海水）について、試験した結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このように、試験例１の装置は、比較例１及び比較例２に較べて、淡水の製造量の比率及び塩素回収率が共に向上した。また排水量比は低減した。
　また、試験例２においては、ナノ濾過膜分離装置４１を用いない試験例１に較べて、淡水製造量比（対供給海水）は５５．１から６３．４％に向上した。また、塩素（塩の回収率に比例）は７２．９から８５．８％に向上した。
　以上のように、本発明に係る塩及び淡水の併産装置によれば、供給海水塩濃度と同程度かそれ以下の排水をすることで、海底に高塩濃度高密度の水塊が沿岸海底に滞留することによる生物環境への悪影響を防止することができる。
　１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ　塩及び淡水の併産装置
　１１　供給海水
　１２　前処理装置
　１３　前処理水
　１４　電気透析装置
　１５　濃縮かん水（濃縮塩水）
　１６　蒸発器
　１７　凝縮水
　１８　塩
　１９　乾燥器
　２０　希薄かん水
　２１　酸
　２２　酸添加部
　２３　酸添加希薄かん水
　２４　透過水
　２５ａ　逆浸透膜（ＲＯ膜）
　２５　逆浸透膜装置
　２６、２６－１、２６－２　膜分離濃縮水
　２６Ａ　第１の膜分離濃縮水
　２６Ｂ　第２の膜分離濃縮水
　２８　蒸発水
　２９　製造水（淡水）

Claims (6)

  1. 　原水中の濁質分を濾過する前処理装置と、
    　前記前処理装置からの前処理水を電気透析する電気透析装置と、
    　前記電気透析装置で透析された濃縮かん水を蒸発する蒸発器と、
    　該蒸発器からの凝縮水を乾燥して塩とする乾燥器と、
    　前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加する酸添加部と、
    　前記酸が添加された希薄かん水から塩分を除去して透過水である淡水を得る逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、
    　前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の一部を前処理装置の後流側に戻すリサイクルラインと、
    　分岐した残りの濃縮水を海域へ排水する排水ラインと、
    　リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置とを具備してなり、
    　前記酸添加部からの酸の添加により酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止し、
    　前記乾燥器から塩を得ると共に、前記蒸発器からの蒸発水と逆浸透膜装置からの透過水とを併合して製造水を得る、ことを特徴とする塩及び淡水の併産装置。
  2. 　原水中の濁質分を濾過する前処理装置と、
    　前記前処理装置からの前処理水を電気透析する電気透析装置と、
    　前記電気透析装置で透析された濃縮かん水を蒸発する蒸発器と、
    　蒸発器からの凝縮水を乾燥して塩とする乾燥器と、
    　前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加する酸添加部と、
    　酸が添加された希薄かん水から２価のイオンを除去するナノ濾過膜分離装置と、該ナノ濾過膜分離装置からの処理水中の塩分を除去して透過水である淡水を得る逆浸透膜を有する逆浸透膜装置と、
    　前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の全量を前処理装置の後流側に戻すリサイクルラインと、
    　前記ナノ濾過膜分離装置からの膜分離濃縮水の全量を海域へ排水する排水ラインと、
    　リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整する制御を行う制御装置とを具備すると共に、
    　酸添加部からの酸の添加により酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止し、
    　前記乾燥器から塩を得ると共に、前記蒸発器からの蒸発水と逆浸透膜装置からの透過水とを併合して製造水を得る、ことを特徴とする塩及び淡水の併産装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記電気透析装置からの希薄かん水に酸を添加した後、その一部がナノ濾過膜分離装置を迂回して逆浸透膜装置へ供給するバイパスラインを有することを特徴とする塩及び淡水の併産装置。
  4. 　請求項１又は２において、
    　前記イオン濃度をイオン濃度計で計測することを特徴とする塩及び淡水の併産装置。
  5. 　原水中の濁質分を前処理装置で濾過し、その前処理水を電気透析し、得られた濃縮かん水を蒸発して塩を製造すると共に、
    　前記電気透析後の希薄かん水に酸を添加し、酸添加希薄かん水から逆浸透膜装置で塩分を除去して透過水である淡水を得る塩及び淡水の併産方法において、
    　前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の一部を前処理装置の後流側に戻すと共に、
    　分岐した残りの濃縮水を海域へ排水する際、
    　前記酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、
    　リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整することを特徴とする塩及び淡水の併産方法。
  6. 　原水中の濁質分を前処理装置で濾過し、その前処理水を電気透析し、得られた濃縮かん水を蒸発して塩を製造すると共に、
    　前記電気透析後の希薄かん水に酸をし、酸添加希薄かん水から逆浸透膜装置で塩分を除去して透過水である淡水を得る塩及び淡水の併産方法において、
    　前記酸添加希薄かん水のｐＨを７．３以下としてスケールの発生を防止すると共に、
    　逆浸透膜装置の前段側において、ナノ濾過膜分離装置を用いて希薄かん水中の２価イオンを除去し、
    　前記逆浸透膜装置からの塩分が濃縮された膜分離濃縮水の全量を前処理装置の後流側に戻すと共に、前記ナノ濾過膜分離装置からの膜分離濃縮水の全量を海域へ排水し、且つ、
    　リサイクルするリサイクル膜分離濃縮水中の２価のイオン及びＳＯ4 2-イオンのイオン濃度を検出し、これらのイオン濃度が石膏の飽和濃度以下となるように、海域へ排出する排出膜分離濃縮水の排出量と、原水の供給量との割合を調整することを特徴とする塩及び淡水の併産方法。
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