WO2011070894A1 - 淡水化装置及び淡水化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図13に示すように、非特許文献1で提案したプラントにおいては、複数の逆浸透膜装置を直列に設置する場合には、高圧(6~8MPa)用の第1の逆浸透膜装置103Aを設け、第2段、第3段には低圧(1~2MPa)用の第2及び第3の逆浸透膜装置103B、103Cを設け、直列で順次脱塩して透過水105A、105Bを得た後、高純度の生産水105Cとしている。なお、図13中、符号107A~107Cは濃縮水、L11~L13は濃縮水ライン、P1~P3は送液ポンプを各々図示する。
また、プラント全体での省エネ化が要求されているので、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化方法が要望されている。
なお、第1の逆浸透膜装置13は、高圧用の逆浸透膜装置であり、例えばパスタ程度の太さで中が空胴の糸状に成型し、外側から内側へ濾過する「中空糸膜」型の逆浸透膜装置や、1枚の濾過膜を、強度を保つため丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧する「スパイラル膜」型の逆浸透膜装置等のいずれでも良い。
図1-2に示すように、夏場(原水11の温度32℃)は、第1の逆浸透膜装置13に供給される原水11の量を供給量100部(原水:95部+戻り水:5部)部に対して、第1段目の第1の逆浸透膜装置13の回収率を50%とすると、RO膜13aが通過する第1の透過水12の通過量は50部となり、第1の濃縮水18は50部となる。
また、第2の逆浸透膜装置15に供給される第1の透過水12の量を供給量50部に対して、第2段目の第2の逆浸透膜装置15の回収率を90%とすると、RO膜15aが通過する第2の透過水14の通過量は45部となり、第2の濃縮水16は5部となる。
この夏場のポンプの性能量は夏場では水が透過し易いので、通常冬場で用いる7.0MPaの高性能のポンプを用いる必要がなく、6.6MPa程度のポンプを用いることが可能となる。
また、第2の逆浸透膜装置15に供給される第1の透過水12の量を供給量48部に対して、第2の逆浸透膜装置15の回収量を夏と同じ45部を維持するように、第2の流量調整弁19を少し閉めると、RO膜15aが通過する第2の透過水14の通過量は45部となり、第2の濃縮水18は3部となる。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプP1のヘッド圧が上昇する。
図7に高圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係を示す。
この夏場よりも冬場の圧力が上昇することで、図7に示す高圧用ポンプ性能曲線に合致するので、効率的なポンプ動作を行うことができる。
また、冬場においては、処理量が低下するので、高圧用ポンプ性能曲線においては圧力が上昇することとなり、夏場の条件で設計したポンプ(ポンプ性能例えば6.6MPa)を用いることで、夏冬年間を通じての使用が可能となる。
その後、所定の運転条件となるように図示しない制御装置で制御して、第1の逆浸透膜装置13及び第2の逆浸透膜装置15へ供給する通水量を設定値となるように、ラインL1及びラインL2に介装された第1及び第2の流量調節弁17、19で調整する制御を図示しない制御装置により行う。この調整の際、夏冬のいずれかのモードに応じた調整を行い、安定した高品質の生産水を製造する。
なお、本発明では、仮に1℃の温度差であっても、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
図9は、本発明に対する参考例を示す淡水化装置の概略図である。
図9に示すように、参考例に係る淡水化装置200は、実施例1に係る淡水化装置に較べて、第1の逆浸透膜装置13の入口側に圧力調整用の圧力調整弁(PCV)201を設置している点が異なる。
参考例では、第1の逆浸透膜装置13のRO膜13aの膜性能は温度によって変化し、同じ供給圧力で温度が高くなると生産水量が大きくなるので、温度変化に関わらず常に一定の回収率(90%)で運転させるために、圧力制御弁を設置したものである。なお、図9中、符号F11~F13は流量計を図示する。
図10は高圧用ポンプ性能曲線上の夏冬の運転ポイントを示す図である。この参考例では、図10に示すように、ポンプを通過する流量を一定とする場合は、冬場と夏場との運転の調整は、圧力を制御することで行い、夏場は冬場より低い圧力で運転することとなる。
また、夏場の高温時にはさらに圧力調整弁(PCV)201を閉めるため、その圧力損失はより大きくなる。
また、第1の逆浸透膜装置13での入口側の圧力を調整して小さくすると、第1の濃縮水16の圧力も小さくなり、この濃縮水ラインに圧力回収するために例えばエネルギー回収装置を設置するような場合には、そのエネルギー回収量も小さくなる、という問題がある。
この結果、本発明では、参考例に係る淡水化装置200のように、圧力調整弁(PCV)201を設置する際に、定格以上の性能(7MPaのときに、7.3MPa)のポンプを設けることが無いので、設置時におけるポンプも安価なものとなり、イニシャルコストの低減も図ることができる。
また、本発明によれば、圧力調節弁(PCV)が不要となると共に、圧力調整弁(PCV)を設置する場合のように、流量を固定して制御する必要がなくなる。
この結果、圧力調整弁(PCV)を用いる提案のような圧力損失のためのエネルギー損失が無くなり、エネルギー効率の良好な淡水化プラント運転が可能となる。
エネルギー回収装置としては、例えばPeltonWheel型エネルギー回収装置、Turbochager型エネルギー回収装置、PX(Pressure Exchanger)型エネルギー回収装置、DWEER(Dual Work Energy Exchanger)型エネルギー回収装置等の公知のものを用いることができる。
図2に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Bは、実施例1の装置において、第2の逆浸透膜装置15の第2の透過水14の一部を上流側へ戻す戻しラインL3を設けており、この戻しラインL3に第3の流量調節弁21を設けたものである。
この戻しラインL3を設置し、第2の透過水14を夏場は冬場よりも15%程度上流側に戻すようにしている。
図8は低圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。図8に示すように、冬場においては圧力が上昇するので、低圧用ポンプ性能曲線に合致した運転が可能となり、確実で安定した海水淡水化処理を行うことができる。
図3に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Cは、実施例1の装置において、第2の逆浸透膜装置15の第2の濃縮水18中の塩分を除去して第3の透過水22を生産する第3の逆浸透膜(RO膜)23aを有する第3の逆浸透膜装置23を設け、この第3の透過水22を上流側へ戻す戻しラインL4を設けており、この戻しラインL4に第4の流量調節弁24を設けたものである。
この戻しラインL4を設置することで、第3の透過水22を夏場は冬場よりも15%程度上流側に戻すようにしている。
これにより、実施例2と同様に確実で安定した海水淡水化処理を行うことができる。
図4に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Dは、実施例1の装置において、第1の逆浸透膜装置13の第1の透過水12の一部を第2の逆浸透膜装置15を迂回するバイパスラインL5を設け、このバイパスラインL5に第5の流量調整弁25を介装している。
そして、冬場においては、このバイパスラインL5を用いて、第1の透過水12の一部をバイパスさせている。
ここで、第2の逆浸透膜装置15をバイパスさせる際の分岐のさせ方は、配管で分けても良いし、ベッセルの2つの透過水の出口(上流側と下流側)を使って分けるようにしても良い。
流量の制御は、原水11の温度を温度計20で計測し、夏冬を切り替える。そして、バイパスさせる際には、バイパスラインL5に設置した第5の流量調節弁25でそのバイパス流量を制御するようにしている。
図5に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Eは、実施例1において、第2の逆浸透膜装置15の第2の濃縮水18の流量を測定する流量計F3を設け、この流量計F3の測定結果を、流量制御部26により、第2の流量調整弁19の制御を行うようにしている。
図6に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Fは、実施例1の装置において、第1の逆浸透膜装置13の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第1の手動弁31と、第2の逆浸透膜装置15の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第2の手動弁32と、第1の逆浸透膜装置13と第2の手動弁32との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁33とを有するものである。
また、三方弁33を用いて、第1の透過水12を排水して、低圧の昇圧ポンプP2の所定の入口圧力となるまで待機し、その後第1の透過水12が低圧の昇圧ポンプP2の入口圧近傍に達したことを確認してから、三方弁33を閉じつつ、第2の逆浸透膜装置15側に第1の透過水12を全量供給するようにしている。
これにより、中間タンクを設置せずとも安定して、起動初期の圧力変動を回避し、常に安定した立ち上げ運転とすることが可能となる。
図11に示すように、本実施例に係る淡水化装置10Gは、実施例1の装置において、2台の低圧用の第2の逆浸透膜装置15A、15Bを直列に設け、直列の3段の除塩処理システムとしたものである。なお、第2の濃縮水ラインL2A、L2Bにより直列に設けた第2の逆浸透膜装置15A、15Bからの第2の濃縮水18A、18Bを上流側に戻している。
具体的には、原水11の温度が低下したことを温度計(図示せず)で計測し(夏場よりも5℃以下に低下している)、冬場の状態であると確認した際には、第1の逆浸透膜装置13に供給される原水11の量を供給量98部(95+3)部となるように、第1の逆浸透膜装置13の回収率を下げるように、第1の流量調整弁17を調整して、第1の濃縮水16を一定に保つように制御すると、第1の逆浸透膜装置13のRO膜を通過する第1の透過水12の通過量は48部と低くなり、第1の濃縮水16は50部とする。
第2の逆浸透膜装置15Aに供給される第1の透過水12の量を供給量に対して、第2の逆浸透膜装置15Aの回収量を夏と同じ49部を維持するように、第2の流量調整弁19Aを少し閉めると、第2の逆浸透膜装置15AのRO膜を通過する第2の透過水14Aの通過量は各々49部となり、第2の濃縮水18Aは低減(5部⇒3部)する。
また、第3の逆浸透膜装置15Bに供給される第2の透過水14Aの量を供給量49部に対して、第3の逆浸透膜装置15Bの回収量を夏と同じ45部を維持すると、第3の逆浸透膜装置15BのRO膜を通過する第2の透過水14Bの通過量は各々45部となり、第2の濃縮水18Bは同等(4部)となる。なお、図中符号19Bは第2の濃縮水18Bを上流側へ戻す際の第3の流量調整弁19Bである。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプP1のヘッド圧が上昇する。
11 原水
12 第1の透過水
13a、15a RO膜
13 第1の逆浸透膜装置
14 第2の透過水
15 第2の逆浸透膜装置
16 第1の濃縮水
17 第1の流量調整弁
18 第2の濃縮水
19 第2の流量調整弁
20 温度計
Claims (11)
- 所定の圧力で供給された原水から塩分を除去して第1の透過水を生産する第1の逆浸透膜を有する高圧用の第1の逆浸透膜装置と、
第1の逆浸透膜装置からの第1の透過水中の塩分を除去して第2の透過水を生産する第2の逆浸透膜を有する低圧用の第2の逆浸透膜装置と、
第1の逆浸透膜装置からの第1の濃縮水の排出ラインに介装され、第1の濃縮水の流量を調整する第1の流量調整弁と、
第2の逆浸透膜装置からの第2の濃縮水を第1の逆浸透膜装置の前段側に戻す第1の戻しラインに介装され、第2の濃縮水の流量を調整する第1の流量調整弁と、
前記原水の供給温度を温度計で計測し、その計測温度に対応して第1の流量調整弁と第2の流量調整弁とを制御する制御装置とを具備し、
計測した原水の温度が設定温度より低い場合には、
第1の流量調節弁で濃縮水の排出量を一定に保つ調整と、第2の流量調節弁での戻りの第2の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第1の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1において、
第2の透過水の一部を、第2の逆浸透膜装置の前段側に戻す第2の戻しラインに介装され、第2の濃縮水の流量を調整する第3の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1において、
第2の濃縮水中の塩分を除去して第3の透過水を生産する第3の逆浸透膜を有する第3の逆浸透膜装置と、
第3の透過水を、第2の逆浸透膜装置の前段側に戻す第3の戻しラインに介装され、第3の透過水の流量を調整する第4の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1において、
第1の透過水の一部を、第2の逆浸透膜装置の後段側にバイパスさせる第1のバイパスに介装され、第1の透過水の流量を調整する第5の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
第1の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第1の手動弁と、
第2の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第2の手動弁と、
第1の逆浸透膜装置と第2の手動弁との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁とを有することを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
第1の濃縮水を排出するラインに圧力を回収するエネルギー回収装置を設けてなることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
低圧用の第2の逆浸透膜装置の後段側に低圧用の逆浸透膜装置を直列に有することを特徴とする淡水化装置。 - 複数の逆浸透膜装置を直列に設置して、原水から脱塩処理する淡水化方法において、
前記原水の供給温度を計測し、
計測した原水の温度が、設定値よりも低い場合には、
第1の逆浸透膜装置からの濃縮水の排出量を一定に保つ調整と、
第2の逆浸透膜装置からの第2の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第1の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化方法。 - 請求項8において、
第2の逆浸透膜装置からの第2の透過水の一部を、第2の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第2の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項8において、
第2の濃縮水中の塩分を除去して第3の透過水を生産する第3の逆浸透膜を有する第3の逆浸透膜装置を有し、
第3の透過水を、第2の逆浸透膜装置の前段側に戻し、
この第3の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項8において、
第1の逆浸透膜装置からの第1の透過水の一部を、第2の逆浸透膜装置の後段側に送り、この第1の透過水の送りの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
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