WO2013140848A1 - 海水淡水化装置 - Google Patents
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Definitions
- Embodiment of this invention is related with the seawater desalination apparatus which desalinates seawater.
- a seawater desalination apparatus using a reverse osmosis membrane is known.
- seawater is conveyed by a seawater pump and flows into a pretreatment membrane.
- the pretreatment membrane is, for example, a hollow fiber membrane, and is converted into seawater after pretreatment from which solid matter is removed by filtering the seawater.
- the pre-treated seawater is pressurized by, for example, an osmotic pressure pump exceeding 6 MPa to become high-pressure seawater, and is given to the reverse osmosis membrane.
- the high-pressure seawater is separated by the reverse osmosis membrane into fresh water that passes through the membrane and concentrated seawater that does not pass through the membrane.
- fresh water for use in drinking water is obtained in this way.
- an object is to provide a seawater desalination apparatus capable of recovering more energy and reducing the amount of energy consumed in the entire system.
- a seawater desalination apparatus that separates seawater into fresh water and concentrated seawater includes a power recovery device.
- the power recovery device includes an osmosis membrane, and contacts the concentrated seawater with one surface of the osmosis membrane, contacts the seawater with the other surface, and energy from a water flow generated when the seawater permeates to the concentrated seawater side. Are collected and used.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to the second embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a third embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to the fourth embodiment.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a fifth embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a sixth embodiment.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a seventh embodiment.
- FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the seawater desalination apparatus according to the eighth embodiment.
- FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a first embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 1 includes a seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first osmotic pressure pump 17, a reverse osmosis membrane 18, a power recovery device 23, and a power recovery device 1.
- the seawater pump 14 conveys the seawater 13 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 is, for example, a hollow fiber membrane.
- the pretreatment membrane 15 removes solid matter by filtering the seawater 13 to obtain first filtered water 16.
- the first filtered water 16 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first osmotic pressure pump 17 boosts the second filtered water 21 to a high pressure of, for example, more than 6 MPa.
- the second filtered water 21 whose pressure has been increased is third filtered by the second osmotic pressure pump 231 provided in the power recovery device 23 and the third osmotic pressure pump 104 provided in the power recovery device 1. It merges with water 25 and becomes high-pressure seawater 22.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 that passes through the membrane and concentrated seawater 24 that does not pass through the membrane.
- the concentrated seawater 24 flows into the power recovery device 23.
- the power recovery device 23 is a device that recovers pressure energy from the high-pressure concentrated seawater 24 and includes, for example, a second osmotic pressure pump 231 and a first impeller 232.
- the rotation shaft of the second osmotic pressure pump 231 and the rotation shaft of the first impeller 232 are connected directly or indirectly. For this reason, if the 1st impeller 232 rotates, the 2nd osmotic pressure pump 231 will be rotationally driven.
- the configuration of the power recovery device 23 is not limited to the configuration including the second osmotic pressure pump 231 and the first impeller 232.
- the concentrated seawater 24 that has flowed into the power recovery device 23 has a high pressure.
- the concentrated seawater 24 flows into the power recovery device 1 as low-pressure concentrated seawater.
- the second osmotic pressure pump 231 is driven by the rotation of the first impeller 232, and further boosts the third filtered water 25 that has been boosted by the third osmotic pressure pump 104 provided in the power recovery device 1. .
- the third filtrate 25 whose pressure has been increased is joined to the second filtrate 21 whose pressure has been increased by the first osmotic pressure pump 17.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a osmotic membrane 101, a third osmotic pressure pump 104, and a second impeller 105.
- the rotation shaft of the second impeller 105 and the rotation shaft of the third osmotic pressure pump 104 are connected directly or indirectly. For this reason, when the 2nd impeller 105 rotates, the 3rd osmotic pressure pump 104 will be rotationally driven.
- the concentrated seawater 24 that has passed through the first impeller 232 has a sufficiently reduced pressure and flows into the osmotic membrane 101 in the power recovery apparatus 1.
- Concentrated seawater 24 flowing out from the power recovery device 23 is in contact with one surface of the osmosis membrane 101, and seawater 102 is in contact with the other surface. Then, the seawater 102 having a lower salinity concentration flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the third osmotic pressure pump 104 is driven by the rotation of the second impeller 105 to increase the pressure of the third filtrate 25.
- the pressurized third filtered water 25 flows into the second osmotic pressure pump 231 provided in the power recovery device 23.
- released seawater 103 which passed the 2nd impeller 105 is discharge
- the power recovery apparatus 1 boosts the third filtered water 25 with the energy included in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery device 23 obtains pump power for boosting the third filtrate 25 from the high pressure of the concentrated seawater 24.
- the seawater desalination apparatus can reduce the required power of the osmotic pressure pump 17, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the first embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the case where the third osmotic pump 104 is arranged upstream of the second osmotic pump 231 has been described as an example. However, it is not limited to this.
- the third osmotic pump 104 may be disposed downstream of the second osmotic pump 231 or may be disposed in parallel with the second osmotic pump 231.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a seawater desalination apparatus according to the second embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 2 includes a second seawater pump 40, a first on-off valve 53, a second on-off valve 54, a regulating water tank 42, a first seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first The osmotic pressure pump 17, the reverse osmosis membrane 18, the power recovery device 23, and the power recovery device 1 are provided.
- the first on-off valve 53 is in an open state.
- the second on-off valve 54 is in a closed state when the seawater desalination apparatus is activated, and is in an open state after a predetermined time has elapsed from the activation or after the power recovery apparatus 1 is driven. Note that after the power recovery apparatus 1 is driven, for example, the second impeller 105 provided in the power recovery apparatus 1 is sufficiently rotated.
- the second seawater pump 40 takes in the seawater 13 and conveys the taken seawater 13 as seawater 41 to the adjusted water tank 42. Further, the second seawater pump 40 takes in the seawater 13 when the second on-off valve 54 is open, and merges it with the seawater 55 conveyed by the third seawater pump 106 provided in the power recovery apparatus 1. Then, it is conveyed to the adjustment water tank 42 as seawater 41.
- the first seawater pump 14 conveys the seawater stored in the adjustment water tank 42 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 filters the seawater transported by the first seawater pump 14 to obtain first filtered water 16.
- the first filtered water 16 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first osmotic pressure pump 17 boosts the second filtered water 21.
- the second filtered water 21 whose pressure has been increased joins with the third filtered water 25 whose pressure has been increased by the second osmotic pressure pump 231 provided in the power recovery device 23, thereby becoming high-pressure seawater 22.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 and concentrated seawater 24.
- the concentrated seawater 24 flows into the power recovery device 23.
- the power recovery device 23 includes, for example, a second osmotic pressure pump 231 and a first impeller 232.
- the concentrated seawater 24 that has flowed into the first impeller 232 provided in the power recovery device 23 is driven to rotate into the first impeller 232 and then flows into the power recovery device 1 as low-pressure concentrated seawater.
- the second osmotic pressure pump 231 is driven by the rotation of the first impeller 232 and pressurizes the third filtered water 25.
- the third filtrate 25 whose pressure has been increased is joined to the second filtrate 21 whose pressure has been increased by the first osmotic pressure pump 17.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a permeable membrane 101, a third seawater pump 106, and a second impeller 105.
- the rotation shaft of the second impeller 105 and the rotation shaft of the third seawater pump 106 are connected directly or indirectly. For this reason, if the 2nd impeller 105 rotates, the 3rd seawater pump 106 will be rotationally driven.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the third seawater pump 106 is driven by the rotation of the second impeller 105, takes in the seawater 55, and conveys the taken seawater 55 to the adjusted water tank 42.
- the second on-off valve 54 is opened when the second impeller 105 is sufficiently rotated.
- the power recovery apparatus 1 uses the energy included in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 to transport the seawater 55. I have to. Thereby, the seawater desalination apparatus can reduce the necessary power of the second seawater pump 40, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the second embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the first on-off valve 53 is always open.
- the present invention is not limited to this. If the capability of the third seawater pump 106 can be sufficiently ensured, the first on-off valve 53 is opened when the seawater desalination apparatus is activated, and after a predetermined time has elapsed from the activation, or the power recovery apparatus It may be in a closed state after 1 is driven. After closing the first on-off valve 53, the second seawater pump 40 is stopped. Thereby, after the power recovery apparatus 1 is driven, the seawater desalination apparatus does not require the necessary power of the second seawater pump 40, that is, power consumption.
- the method for obtaining the fresh water 19 and the concentrated seawater 24 using the reverse osmosis membrane 18 is shown, but the method is not limited to the method using the reverse osmosis membrane 18.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a seawater desalination apparatus according to the third embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 3 includes a seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first osmotic pressure pump 17, a reverse osmosis membrane 18, a power recovery device 23, and a power recovery device 1.
- the seawater pump 14 conveys the seawater 13 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 filters the seawater 13 into the first filtered water 16.
- the first filtered water 16 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first osmotic pressure pump 17 boosts the second filtered water 21.
- the second filtered water 21 whose pressure has been increased joins with the third filtered water 25 whose pressure has been increased by the second osmotic pressure pump 231 provided in the power recovery device 23, thereby becoming high-pressure seawater 22.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 and concentrated seawater 24.
- the concentrated seawater 24 flows into the power recovery device 23.
- the fresh water 19 flows into the power recovery apparatus 1.
- the power recovery device 23 includes, for example, a second osmotic pressure pump 231 and a first impeller 232.
- the concentrated seawater 24 that has flowed into the first impeller 232 provided in the power recovery device 23 is driven to rotate into the first impeller 232 and then flows into the power recovery device 1 as low-pressure concentrated seawater.
- the second osmotic pressure pump 231 is driven by the rotation of the first impeller 232 and pressurizes the third filtered water 25.
- the third filtrate 25 whose pressure has been increased is joined to the second filtrate 21 whose pressure has been increased by the first osmotic pressure pump 17.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a permeable membrane 101, a fresh water pump 109, and a second impeller 105.
- the rotation shaft of the second impeller 105 and the rotation shaft of the fresh water pump 109 are connected directly or indirectly. For this reason, when the 2nd impeller 105 rotates, the fresh water pump 109 will be rotationally driven.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the fresh water pump 109 is driven by the rotation of the second impeller 105 and conveys the fresh water 19.
- the power recovery apparatus 1 uses the energy included in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 to transport the freshwater 19. I have to.
- the fresh water 19 is stored in a fresh water tank (not shown) and then used for drinking water or the like. Since the power recovery apparatus 1 transports the fresh water 19 to the fresh water tank by the fresh water pump 109, the seawater desalination apparatus can reduce the power required to transport the fresh water 19, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the third embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the seawater desalination apparatus according to the fourth embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 4 includes a second seawater pump 40, a regulating water tank 42, a third on-off valve 61, a fourth on-off valve 62, a fifth on-off valve 51, a sixth on-off valve 52, a first 1 seawater pump 14, pretreatment membrane 15, first osmotic pressure pump 17, reverse osmosis membrane 18, power recovery device 23, and power recovery device 1.
- the second seawater pump 40 conveys the seawater 13 to the adjusted water tank 42.
- the third and fourth on-off valves 61 and 62 are closed when the seawater desalination apparatus is activated, and are opened after a predetermined time has elapsed from the activation or after the power recovery apparatus 1 is driven. It becomes a state. Note that after the power recovery apparatus 1 is driven, for example, the second impeller 105 provided in the power recovery apparatus 1 is sufficiently rotated.
- the fifth and sixth on-off valves 51 and 52 are in an open state.
- the seawater 56 stored in the adjustment water tank 42 is conveyed to the pretreatment membrane 15 by the first seawater pump 14.
- the seawater 56 flowing out from the adjusted water tank 42 is distributed to the second seawater 57 and the third seawater 58.
- the second seawater 57 is conveyed by the first seawater pump 14 and merged with the third seawater 58 conveyed by the third seawater pump 106 provided in the power recovery apparatus 1 to become seawater 68.
- the seawater 68 flows into the pretreatment membrane 15.
- the operations of the pretreatment membrane 15, the first osmotic pressure pump 17, the reverse osmosis membrane 18, and the power recovery device 23 are the same as the operations of these parts in the seawater desalination apparatus shown in the second embodiment. .
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a osmotic membrane 101, a third seawater pump 106, and a second impeller 105.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the third seawater pump 106 is driven by the rotation of the second impeller 105, and conveys the third seawater 58 to the pretreatment film 15. Note that when the second impeller 105 is sufficiently rotated, the third and fourth on-off valves 61 and 62 are opened.
- the power recovery apparatus 1 conveys the energy included in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 to the third seawater 58. I am trying to use it. Thereby, the seawater desalination apparatus can reduce the necessary power of the first seawater pump 14, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the fourth embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the fifth and sixth on-off valves 51 and 52 are always open.
- the present invention is not limited to this. If the capability of the third seawater pump 106 can be sufficiently secured, the fifth and sixth on-off valves 51 and 52 are opened at the start of the seawater desalination apparatus, and after a predetermined time has elapsed from the start, Alternatively, after the power recovery apparatus 1 is driven, it may be in a closed state. After the fifth and sixth on-off valves 51 and 52 are closed, the first seawater pump 14 is stopped. Thereby, after the power recovery apparatus 1 is driven, the seawater desalination apparatus does not require the necessary power of the first seawater pump 14, that is, power consumption.
- the case where the third seawater pump 106 is provided in parallel with the first seawater pump 14 has been described as an example. However, it is not limited to this. For example, as long as the 3rd seawater pump 106 is a pump which conveys seawater or fresh water, you may make it parallel with any pump.
- the method for obtaining the fresh water 19 and the concentrated seawater 24 using the reverse osmosis membrane 18 is shown, but the method is not limited to the method using the reverse osmosis membrane 18.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the seawater desalination apparatus according to the fifth embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 5 includes a first seawater pump 14, a seventh on-off valve 27, an eighth on-off valve 28, a pretreatment membrane 15, a filtered water tank 75, a ninth on-off valve 78, a tenth
- the on-off valve 76, the eleventh on-off valve 34, the first osmotic pressure pump 17, the reverse osmosis membrane 18, the power recovery device 23, and the power recovery device 1 are provided.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 5 performs switching between a normal operation for converting seawater into fresh water and a backwash operation for removing solid matter deposited on the pretreatment film 15. Note that the switching from the normal operation to the backwash operation is performed when, for example, the film differential pressure of the pretreatment film 15 exceeds a preset value because of the solid matter deposited on the pretreatment film 15, or the normal operation is performed. This is performed when the operation is continuously performed for a preset time.
- the seventh and eighth on-off valves 27 and 28 are open during normal operation. When switching from normal operation to backwash operation, the seventh and eighth on-off valves 27 and 28 are in a closed state.
- the first seawater pump 14 conveys the seawater 13 to the pretreatment membrane 15 during normal operation. When switching from normal operation to backwash operation, the first seawater pump 14 stops.
- the filtered water tank 75 stores the first filtered water 16 that is generated by being filtered by the pretreatment membrane 15 during normal operation.
- the first filtered water 16 stored in the filtered water tank 75 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first filtrate 16 stored in the filtrate tank 75 is conveyed to the pretreatment film 15 as the wash water 79 by the backwash pump 107 provided in the power recovery device 1. Is done. Since the washing water 79 flows in the opposite direction to the seawater 13, the solid matter deposited on the pretreatment film 15 rides on the washing water 79 and is discharged to a washing drain tank (not shown). In this way, the pretreatment film 15 is backwashed with a water flow.
- the ninth to eleventh on-off valves 78, 76, 34 are closed during normal operation.
- the ninth to eleventh on-off valves 78, 76, and 34 are opened.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a permeable membrane 101, a backwash pump 107, and a second impeller 105.
- the rotation shaft of the second impeller 105 and the rotation shaft of the backwash pump 107 are connected directly or indirectly. For this reason, when the 2nd impeller 105 rotates, the backwash pump 107 will be rotationally driven.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the discharged seawater 103 is discharged into the sea during normal operation, and is given to the second impeller 105 when switching from normal operation to backwash operation.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the backwash pump 107 is driven by the rotation of the second impeller 105, and transports the first filtrate 16 stored in the filtrate tank 75 to the pretreatment film 15 as the wash water 79.
- the power recovery apparatus 1 conveys the energy contained in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 to the cleaning water 79 to the pretreatment membrane 15. I am trying to use it. Thereby, the seawater desalination apparatus does not require the necessary power of the pump that performs backwashing, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the fifth embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the differential pressure of the pretreatment film 15 increases at a certain rate. If the differential pressure sufficiently increases, cleaning with chemicals is also performed.
- the first osmotic pressure pump 17 is operated and the first filtrate 16 stored in the filtrate tank 75 is conveyed to the reverse osmosis membrane 18 while being pressurized. That is, even during the backwash operation, the desalination process is continued.
- the method for obtaining the fresh water 19 and the concentrated seawater 24 using the reverse osmosis membrane 18 is shown, but the method is not limited to the method using the reverse osmosis membrane 18.
- FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a sixth embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 6 includes a seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first osmotic pressure pump 17, a reverse osmosis membrane 18, a concentrated seawater pipe 6, and a power recovery device 1.
- the seawater pump 14 conveys the seawater 13 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 filters the seawater 13 conveyed by the seawater pump 14 to obtain first filtered water 16.
- the first filtered water 16 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first osmotic pressure pump 17 boosts the second filtered water 21.
- the second filtered water 21 whose pressure has been increased is combined with the third filtered water 25 whose pressure has been increased by the third osmotic pressure pump 104 provided in the power recovery device 1, thereby becoming high-pressure seawater 22.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 and concentrated seawater 24.
- the concentrated seawater 24 flows through the concentrated seawater piping 6 and into the osmotic membrane 101 provided in the power recovery apparatus 1. Since the concentrated seawater pipe 6 is sufficiently long or bent, the pressure of the concentrated seawater 24 at the time of flowing into the osmosis membrane 101 is sufficient when the pressure loss of the circulating concentrated seawater 24 is sufficiently large. It is getting smaller. Therefore, the permeable membrane 101 in the sixth embodiment is in the same situation as the permeable membrane 101 in the first to fifth embodiments.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a osmotic membrane 101, a third osmotic pressure pump 104, and a second impeller 105.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the third osmotic pressure pump 104 is driven by the rotation of the second impeller 105 to increase the pressure of the third filtrate 25.
- the power recovery apparatus 1 boosts the third filtered water 25 by the energy included in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102. I am trying to use it. Thereby, the seawater desalination apparatus can reduce the required power of the first osmotic pressure pump 17, that is, power consumption.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the sixth embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the rotation shaft of the third osmotic pump 104 and the rotation shaft of the second impeller 105 are connected directly or indirectly, but the second impeller 105 and the rotation shaft are rotated.
- the pump sharing the shaft may be any pump such as the third seawater pump 106, the fresh water pump 109, or the backwash pump 107 described in the second to fifth embodiments.
- the power recovery apparatus 1 includes a pump such as the third seawater pump 106, the freshwater pump 109, or the backwash pump 107 instead of the third osmotic pressure pump 104
- a method for obtaining the freshwater 19 and the concentrated seawater 24 is as follows.
- the method using the reverse osmosis membrane 18 is not necessarily required.
- FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a seawater desalination apparatus according to a seventh embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 7 includes a seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first osmotic pressure pump 17, a reverse osmosis membrane 18, a power recovery device 23, and a power recovery device 1.
- the seawater pump 14 conveys the seawater 13 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 filters the seawater transported by the first seawater pump 14 to obtain first filtered water 16.
- the first filtered water 16 is distributed to the second filtered water 21 and the third filtered water 25.
- the first osmotic pressure pump 17 boosts the second filtered water 21.
- the second filtered water 21 whose pressure has been increased joins with the third filtered water 25 whose pressure has been increased by the second osmotic pressure pump 231 provided in the power recovery device 23, thereby becoming high-pressure seawater 22.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 and concentrated seawater 24.
- the concentrated seawater 24 flows into the power recovery device 23.
- the power recovery device 23 includes, for example, a second osmotic pressure pump 231 and a first impeller 232.
- the concentrated seawater 24 that has flowed into the power recovery device 23 rotates the first impeller 232 and then flows into the power recovery device 1 as low-pressure concentrated seawater.
- the second osmotic pressure pump 231 is driven by the rotation of the first impeller 232 and pressurizes the third filtered water 25.
- the third filtrate 25 whose pressure has been increased is joined to the second filtrate 21 whose pressure has been increased by the first osmotic pressure pump 17.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a permeable membrane 101, a second impeller 105, and a generator 108.
- the rotating shaft of the second impeller 105 and the rotating shaft of the generator 108 are connected directly or indirectly. For this reason, when the 2nd impeller 105 rotates, the generator 108 will drive.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the generator 108 is driven to generate power.
- the generated electric power is used, for example, as pump power for a seawater desalination apparatus.
- the power recovery apparatus 1 converts the energy contained in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 into electric power. Thereby, as for the seawater desalination apparatus, required power, ie, power consumption, is reduced.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the seventh embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the generated power is used for the power of a pump that is not the first osmotic pressure pump 17 such as the third seawater pump 106, the freshwater pump 109, or the backwash pump 107, or the system power used by the seawater desalination apparatus.
- the method for obtaining the fresh water 19 and the concentrated seawater 24 need not be a method using the reverse osmosis membrane 18.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the seawater desalination apparatus according to the eighth embodiment.
- the seawater desalination apparatus shown in FIG. 8 includes a seawater pump 14, a pretreatment membrane 15, a first osmotic pressure pump 17, a reverse osmosis membrane 18, a concentrated seawater pipe 6, and a power recovery device 1.
- the seawater pump 14 conveys the seawater 13 and flows it into the pretreatment membrane 15.
- the pretreatment membrane 15 filters the seawater transported by the first seawater pump 14 to obtain first filtered water 16.
- the first osmotic pressure pump 17 pressurizes the first filtered water 16 to obtain high-pressure seawater 22.
- the first osmotic pressure pump 17 causes the high-pressure seawater 22 to flow into the reverse osmosis membrane 18.
- the reverse osmosis membrane 18 separates the incoming high-pressure seawater 22 into fresh water 19 and concentrated seawater 24.
- the concentrated seawater 24 is given to the power recovery apparatus 1 through the concentrated seawater pipe 6. Since the concentrated seawater pipe 6 is sufficiently long or bent, when the pressure loss of the circulating concentrated seawater 24 is sufficiently large, the concentration of the concentrated seawater 24 at the time when it flows into the osmotic membrane 101 provided in the power recovery device 1. The pressure is small enough. Therefore, the permeable membrane 101 in the eighth embodiment is in the same situation as the permeable membrane 101 in the first to fifth and seventh embodiments.
- the power recovery device 1 is a device that recovers energy by using the concentration difference between the high concentration concentrated seawater 24 and the seawater 102.
- the power recovery apparatus 1 includes, for example, a permeable membrane 101, a second impeller 105, and a generator 108.
- the rotating shaft of the second impeller 105 and the rotating shaft of the generator 108 are connected directly or indirectly.
- the seawater 102 flows through the osmotic membrane 101 and mixes with the concentrated seawater 24 due to the difference in salt concentration.
- the discharged seawater 103 in which the seawater 102 and the concentrated seawater 24 are mixed is stronger than the concentrated seawater 24 that has flowed into the osmotic membrane 101.
- the second impeller 105 is rotated by the water flow of the discharged seawater 103.
- the generator 108 is driven to generate power.
- the generated electric power is used, for example, as pump power for a seawater desalination apparatus.
- the power recovery apparatus 1 converts the energy contained in the concentration difference between the concentrated seawater 24 and the seawater 102 into electric power. Thereby, as for the seawater desalination apparatus, required power, ie, power consumption, is reduced.
- seawater desalination apparatus According to the seawater desalination apparatus according to the eighth embodiment, more energy can be recovered and the amount of energy consumed can be reduced in the entire system.
- the generated power is used for the power of a pump that is not the first osmotic pressure pump 17 such as the third seawater pump 106, the freshwater pump 109, or the backwash pump 107, or the system power used by the seawater desalination apparatus.
- the method for obtaining the fresh water 19 and the concentrated seawater 24 need not be a method using the reverse osmosis membrane 18.
- the osmotic membrane 101, the pretreatment membrane 15 and the reverse osmosis membrane 18 are provided. This refers to a device that utilizes the filtration performance and osmotic pressure of these membranes.
- the seawater desalination apparatus according to the first to eighth embodiments may include a control device and operate according to an instruction from the control device.
- second osmotic pump 232 ... first impeller, 24 ... concentrated seawater, 25 ... first 3, filtered water 27, seventh open / close valve 28, eighth open / close valve 34, eleventh open / close valve 40, second seawater pump 41, seawater 42, adjusted water tank 51, fifth On-off valve, 52 ... sixth on-off valve, 53 ... first on-off valve, 54 ... second on-off valve, 5 , 56 ... seawater, 57 ... second seawater, 58 ... second seawater, 61 ... third on-off valve, 62 ... fourth on-off valve, 68 ... seawater, 75 ... filtered water tank, 76 ... tenth on-off Valve, 78 ... ninth on-off valve, 79 ... Washing water
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Abstract
海水を淡水と濃縮海水とに分離する海水淡水化装置は、パワー回収装置を具備する。パワー回収装置は、浸透膜を備え、浸透膜の一方の面に濃縮海水を接触させ、他方の面に海水を接触させ、海水が濃縮海水側へ透過することで生じる水流からエネルギを回収して利用する。
Description
本発明の実施形態は、海水を淡水化する海水淡水化装置に関する。
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置が知られている。この海水淡水化装置は、まず海水を海水ポンプにて搬送し、前処理膜に流入させる。前処理膜は、例えば中空糸膜であり、海水を濾過することで固体物を取り除いた前処理後海水にする。前処理後海水は、例えば6MPa超の浸透圧ポンプにより昇圧されて高圧海水になり、逆浸透膜へ与えられる。高圧海水は、逆浸透膜により、膜を通過する淡水と、膜を通過しない濃縮海水とに分離される。逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、このようにして飲料水に利用するための淡水を得ている。
また、海水淡水化装置においては、前処理膜に詰りが生じた場合、濾過の方向とは逆の方向から洗浄水をポンプで送り、前処理膜に捕集された固体物を除去(以下、「逆洗」という)することがある。
逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、淡水化及び、逆洗のため、各種のポンプが用いられている。これらのポンプを作動させるために多くのエネルギが消費されている。特に、浸透圧ポンプは、海水に高い圧力をかけるためエネルギの消費量が大きい。そのため、逆浸透膜から排出される高圧の濃縮海水に含まれるエネルギを動力回収装置により回収することも知られている。しかしながら、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させたいという要望がある。
そこで目的は、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることが可能な海水淡水化装置を提供することにある。
実施形態によれば、海水を淡水と濃縮海水とに分離する海水淡水化装置は、パワー回収装置を具備する。パワー回収装置は、浸透膜を備え、前記浸透膜の一方の面に前記濃縮海水を接触させ、他方の面に海水を接触させ、前記海水が前記濃縮海水側へ透過することで生じる水流からエネルギを回収して利用する。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図1に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図1は、第1の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図1に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
海水ポンプ14は、海水13を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、例えば中空糸膜である。前処理膜15は、海水13を濾過することにより固体物を取り除き、第1の濾過水16とする。第1の濾過水16は、第2の濾過水21と第3の濾過水25とに分配される。
第1の浸透圧ポンプ17は、第2の濾過水21を、例えば6MPa超の高圧力に昇圧する。昇圧された第2の濾過水21は、動力回収装置23に備えられる第2の浸透圧ポンプ231と、パワー回収装置1に備えられる第3の浸透圧ポンプ104とにより昇圧された第3の濾過水25と合流し、高圧海水22となる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、膜を通過する淡水19と、膜を通過しない濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、動力回収装置23へ流入される。
動力回収装置23は、高圧の濃縮海水24から圧力エネルギを回収する装置であり、例えば、第2の浸透圧ポンプ231及び第1の羽根車232を備える。第2の浸透圧ポンプ231の回転軸と、第1の羽根車232との回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第1の羽根車232が回転すると、第2の浸透圧ポンプ231は回転駆動することとなる。なお、動力回収装置23の構成は、第2の浸透圧ポンプ231と第1の羽根車232とを備える構成に限定される訳ではない。
動力回収装置23に流入された濃縮海水24は高圧であり、第1の羽根車232を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってパワー回収装置1へ流入される。第2の浸透圧ポンプ231は、第1の羽根車232の回転により駆動され、パワー回収装置1に備えられた第3の浸透圧ポンプ104により昇圧された第3の濾過水25をさらに昇圧する。昇圧された第3の濾過水25は、第1の浸透圧ポンプ17で昇圧された第2の濾過水21に合流される。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第3の浸透圧ポンプ104及び第2の羽根車105を備える。第2の羽根車105の回転軸と、第3の浸透圧ポンプ104の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第2の羽根車105が回転すると、第3の浸透圧ポンプ104は回転駆動することとなる。
第1の羽根車232を通過した濃縮海水24は、圧力が充分に低下しており、パワー回収装置1の中の浸透膜101に流入する。浸透膜101の一方の面には、動力回収装置23から流出された濃縮海水24が接触し、他方の面には、海水102が接触する。すると塩分濃度のより低い海水102は、浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。第3の浸透圧ポンプ104は、第2の羽根車105の回転により駆動され、第3の濾過水25を昇圧する。昇圧された第3の濾過水25は、動力回収装置23に備えられる第2の浸透圧ポンプ231へ流入される。また、第2の羽根車105を通過した放流海水103は、海に放出される。
以上のように、第1の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、第3の濾過水25を昇圧するために利用する。また、動力回収装置23は、濃縮海水24が持つ高い圧力から、第3の濾過水25を昇圧するポンプ動力を得るようにしている。これにより、海水淡水化装置は、浸透圧ポンプ17の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
したがって、第1の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、第1の実施形態では、第2の浸透圧ポンプ231の上流に第3の浸透圧ポンプ104が配置される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。第3の浸透圧ポンプ104は、第2の浸透圧ポンプ231の下流に配置されていても良いし、第2の浸透圧ポンプ231と並列して配置されていても良い。
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図2に示す海水淡水化装置は、第2の海水ポンプ40、第1の開閉弁53、第2の開閉弁54、調整水槽42、第1の海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図2は、第2の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図2に示す海水淡水化装置は、第2の海水ポンプ40、第1の開閉弁53、第2の開閉弁54、調整水槽42、第1の海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
第1の開閉弁53は、開いた状態となっている。
第2の開閉弁54は、海水淡水化装置の起動時には閉じた状態となっており、起動から所定の時間がたった後、又は、パワー回収装置1が駆動した後には開いた状態となる。なお、パワー回収装置1が駆動した後とは、例えば、パワー回収装置1に備えられる第2の羽根車105が充分に回転するようになることを示す。
第2の海水ポンプ40は、第2の開閉弁54が閉じている場合、海水13を取水し、取水した海水13を海水41として調整水槽42へ搬送する。また、第2の海水ポンプ40は、第2の開閉弁54が開いている場合、海水13を取水し、パワー回収装置1に備えられる第3の海水ポンプ106により搬送される海水55と合流させて海水41として調整水槽42へ搬送する。
第1の海水ポンプ14は、調整水槽42に蓄えられた海水を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、第1の海水ポンプ14により搬送される海水を濾過し、第1の濾過水16とする。第1の濾過水16は、第2の濾過水21と第3の濾過水25とに分配される。
第1の浸透圧ポンプ17は、第2の濾過水21を昇圧する。昇圧された第2の濾過水21は、動力回収装置23に備えられる第2の浸透圧ポンプ231により昇圧された第3の濾過水25と合流することで、高圧海水22となる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、淡水19と濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、動力回収装置23へ流入される。
動力回収装置23は、例えば、第2の浸透圧ポンプ231及び第1の羽根車232を備える。動力回収装置23に備えられる第1の羽根車232に流入された濃縮海水24は、第1の羽根車232を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってパワー回収装置1へ流入される。第2の浸透圧ポンプ231は、第1の羽根車232の回転により駆動され、第3の濾過水25を昇圧する。昇圧された第3の濾過水25は、第1の浸透圧ポンプ17で昇圧された第2の濾過水21に合流される。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第3の海水ポンプ106及び第2の羽根車105を備える。第2の羽根車105の回転軸と、第3の海水ポンプ106の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第2の羽根車105が回転すると、第3の海水ポンプ106は回転駆動することとなる。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。第3の海水ポンプ106は、第2の羽根車105の回転により駆動され、海水55を取水し、取水した海水55を調整水槽42へ搬送する。なお、第2の開閉弁54は、第2の羽根車105が充分に回転するようになると開かれる。
以上のように、第2の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、海水55を搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第2の海水ポンプ40の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
したがって、第2の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、第2の実施形態では、第1の開閉弁53は常に開いている場合を説明したが、これに限定されない。第3の海水ポンプ106の能力が充分に確保できるならば、第1の開閉弁53は、海水淡水化装置の起動時には開いた状態とし、起動から所定の時間がたった後、又は、パワー回収装置1が駆動した後には閉じた状態となるようにしても構わない。第1の開閉弁53を閉じた後、第2の海水ポンプ40は停止される。これにより、海水淡水化装置は、パワー回収装置1が駆動された後は、第2の海水ポンプ40の必要動力、即ち消費電力が不要となる。
また、第2の実施形態では、逆浸透膜18を用いて淡水19と、濃縮海水24とを取得する方法を示したが、逆浸透膜18を用いる方法に限定されない。
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図3に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図3は、第3の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図3に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
海水ポンプ14は、海水13を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、海水13を濾過し、第1の濾過水16とする。第1の濾過水16は、第2の濾過水21と第3の濾過水25とに分配される。
第1の浸透圧ポンプ17は、第2の濾過水21を昇圧する。昇圧された第2の濾過水21は、動力回収装置23に備えられる第2の浸透圧ポンプ231により昇圧された第3の濾過水25と合流することで、高圧海水22となる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、淡水19と濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、動力回収装置23へ流入される。また、淡水19は、パワー回収装置1へ流入される。
動力回収装置23は、例えば、第2の浸透圧ポンプ231及び第1の羽根車232を備える。動力回収装置23に備えられる第1の羽根車232に流入された濃縮海水24は、第1の羽根車232を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってパワー回収装置1へ流入される。第2の浸透圧ポンプ231は、第1の羽根車232の回転により駆動され、第3の濾過水25を昇圧する。昇圧された第3の濾過水25は、第1の浸透圧ポンプ17で昇圧された第2の濾過水21に合流される。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、淡水ポンプ109及び第2の羽根車105を備える。第2の羽根車105の回転軸と、淡水ポンプ109の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第2の羽根車105が回転すると、淡水ポンプ109は回転駆動することとなる。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。淡水ポンプ109は、第2の羽根車105の回転により駆動され、淡水19を搬送する。
以上のように、第3の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、淡水19を搬送するために利用するようにしている。淡水19は、図示していない淡水槽に貯蔵され、その後、飲料水等に利用される。パワー回収装置1は淡水19を淡水ポンプ109により淡水槽へ搬送するため、海水淡水化装置は、淡水19を搬送するのに必要な動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
したがって、第3の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
(第4の実施形態)
図4は、第4の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図4に示す海水淡水化装置は、第2の海水ポンプ40、調整水槽42、第3の開閉弁61、第4の開閉弁62、第5の開閉弁51、第6の開閉弁52、第1の海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図4は、第4の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図4に示す海水淡水化装置は、第2の海水ポンプ40、調整水槽42、第3の開閉弁61、第4の開閉弁62、第5の開閉弁51、第6の開閉弁52、第1の海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
第2の海水ポンプ40は、海水13を調整水槽42へ搬送する。
第3及び第4の開閉弁61,62は、海水淡水化装置の起動時には閉じた状態となっており、起動から所定の時間がたった後、又は、パワー回収装置1が駆動した後には開いた状態となる。なお、パワー回収装置1が駆動した後とは、例えば、パワー回収装置1に備えられる第2の羽根車105が充分に回転するようになることを示す。
第5及び第6の開閉弁51,52は、開いた状態である。
第3及び第4の開閉弁61,62が閉じている場合、調整水槽42に蓄えられた海水56は、第1の海水ポンプ14により、前処理膜15へ搬送される。
第3及び第4の開閉弁61,62が開いている場合、調整水槽42から流出される海水56は、第2の海水57と第3の海水58とに分配される。第2の海水57は、第1の海水ポンプ14により搬送され、パワー回収装置1に備えられる第3の海水ポンプ106により搬送される第3の海水58と合流されて海水68となる。海水68は、前処理膜15へ流入される。
なお、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18及び動力回収装置23の動作は、第2の実施形態で示す海水淡水化装置でのこれらの部位の動作と同様である。
パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第3の海水ポンプ106及び第2の羽根車105を備える。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。第3の海水ポンプ106は、第2の羽根車105の回転により駆動され、第3の海水58を前処理膜15へ搬送する。なお、第2の羽根車105が充分に回転するようになると、第3及び第4の開閉弁61,62は開かれる。
以上のように、第4の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、第3の海水58を搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第1の海水ポンプ14の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
したがって、第4の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、第4の実施形態では、第5及び第6の開閉弁51,52は常に開いている場合を説明したが、これに限定されない。第3の海水ポンプ106の能力が充分に確保できるならば、第5及び第6の開閉弁51,52は、海水淡水化装置の起動時には開いた状態とし、起動から所定の時間がたった後、又は、パワー回収装置1が駆動した後には閉じた状態となるようにしても構わない。第5及び第6の開閉弁51,52を閉じた後、第1の海水ポンプ14は停止される。これにより、海水淡水化装置は、パワー回収装置1が駆動された後は、第1の海水ポンプ14の必要動力、即ち消費電力が不要となる。
また、第4の実施形態では、第3の海水ポンプ106は、第1の海水ポンプ14と並列に備えられる場合を例に説明した。しかし、これに限定されない。例えば、第3の海水ポンプ106は、海水又は淡水を搬送するポンプであれば、どのポンプと並列させてもよい。
また、第4の実施形態では、逆浸透膜18を用いて淡水19と、濃縮海水24とを取得する方法を示したが、逆浸透膜18を用いる方法に限定されない。
(第5の実施形態)
図5は、第5の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図5に示す海水淡水化装置は、第1の海水ポンプ14、第7の開閉弁27、第8の開閉弁28、前処理膜15、濾過水槽75、第9の開閉弁78、第10の開閉弁76、第11の開閉弁34、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図5は、第5の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図5に示す海水淡水化装置は、第1の海水ポンプ14、第7の開閉弁27、第8の開閉弁28、前処理膜15、濾過水槽75、第9の開閉弁78、第10の開閉弁76、第11の開閉弁34、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図5に示す海水淡水化装置は、海水を淡水へ変換する通常運転と、前処理膜15に堆積した固体物を除去する逆洗運転とを切り換えて実施する。なお、通常運転から逆洗運転への切り替えは、例えば、前処理膜15に堆積する固体物のため、前処理膜15の膜差圧が予め設定される値を越える場合、又は、通常運転を予め設定した時間だけ連続的に実施した場合に行われる。
第7及び第8の開閉弁27,28は、通常運転の際は開いた状態となっている。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第7及び第8の開閉弁27,28は、閉じた状態となる。
第1の海水ポンプ14は、通常運転の際は海水13を前処理膜15へ搬送する。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第1の海水ポンプ14は、停止する。
濾過水槽75は、通常運転の際は、前処理膜15により濾過されて生成される第1の濾過水16を蓄える。濾過水槽75に蓄えられる第1の濾過水16は、第2の濾過水21と、第3の濾過水25とに分配される。
また、通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、濾過水槽75に蓄えられた第1の濾過水16は、パワー回収装置1に備えられる逆洗ポンプ107により、洗浄水79として前処理膜15へ搬送される。洗浄水79は海水13と逆方向に流れるため、前処理膜15に堆積した固体物は、洗浄水79に乗って、図示していない洗浄排水槽に排出される。このようにして、前処理膜15を水流によって逆洗する。
第9乃至第11の開閉弁78,76,34は、通常運転の際は閉じた状態となっている。通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合、第9乃至第11の開閉弁78,76,34は、開いた状態となる。
なお、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18及び動力回収装置23の動作は、第2及び第3の実施形態で示す海水淡水化装置でのこれらの部位の動作と同様である。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、逆洗ポンプ107及び第2の羽根車105を備える。第2の羽根車105の回転軸と、逆洗ポンプ107の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第2の羽根車105が回転すると、逆洗ポンプ107は回転駆動することとなる。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。放流海水103は、図示していないが通常運転の際には海に放出され、通常運転から逆洗運転へ切り替わる場合には第2の羽根車105へ与えられる。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。逆洗ポンプ107は、第2の羽根車105の回転により駆動され、濾過水槽75に蓄えられる第1の濾過水16を、洗浄水79として前処理膜15へ搬送する。
以上のように、第5の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、洗浄水79を前処理膜15へ搬送するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、逆洗を実施するポンプの必要動力、即ち消費電力が不要となる。
したがって、第5の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、逆洗を繰り返しても前処理膜15の差圧はある程度の割合で上昇していくので、充分に差圧が上昇したら、薬品を用いた洗浄も実施する。なお、逆洗運転中も第1の浸透圧ポンプ17は運転し、濾過水槽75に貯蔵されている第1の濾過水16を昇圧しながら逆浸透膜18へ搬送する。すなわち、逆洗運転中であっても、淡水化処理は継続される。
また、第5の実施形態では、逆浸透膜18を用いて淡水19と、濃縮海水24とを取得する方法を示したが、逆浸透膜18を用いた方法に限定されない。
(第6の実施形態)
図6は、第6の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図6に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、濃縮海水配管6及びパワー回収装置1を具備する。
図6は、第6の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図6に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、濃縮海水配管6及びパワー回収装置1を具備する。
海水ポンプ14は、海水13を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、海水ポンプ14により搬送される海水13を濾過し、第1の濾過水16とする。第1の濾過水16は、第2の濾過水21と第3の濾過水25とに分配される。
第1の浸透圧ポンプ17は、第2の濾過水21を昇圧する。昇圧された第2の濾過水21は、パワー回収装置1に備えられる第3の浸透圧ポンプ104により昇圧された第3の濾過水25と合流することで、高圧海水22となる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、淡水19と濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、濃縮海水配管6を通り、パワー回収装置1に備えられる浸透膜101へ流入する。この濃縮海水配管6が、充分に長かったり屈曲が多かったりするために、流通する濃縮海水24の圧力損失が充分大きい場合には、浸透膜101に流入する時点での濃縮海水24の圧力は充分に小さくなっている。よって、第6の実施形態における浸透膜101は、第1乃至第5の実施形態における浸透膜101と同じ状況になっている。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第3の浸透圧ポンプ104及び第2の羽根車105を備える。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。第3の浸透圧ポンプ104は、第2の羽根車105の回転により駆動され、第3の濾過水25を昇圧する。
以上のように、第6の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、第3の濾過水25を昇圧するために利用するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、第1の浸透圧ポンプ17の必要動力、即ち消費電力を低減することが可能となる。
したがって、第6の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、図6では、第3の浸透圧ポンプ104の回転軸と第2の羽根車105の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されているが、第2の羽根車105と回転軸を共有するポンプは、第2~5の実施形態で述べた第3の海水ポンプ106、淡水ポンプ109又は逆洗ポンプ107といった如何なるポンプであっても構わない。
また、パワー回収装置1が第3の浸透圧ポンプ104に代えて第3の海水ポンプ106、淡水ポンプ109又は逆洗ポンプ107といったポンプを備える場合、淡水19と濃縮海水24とを取得する方法は、逆浸透膜18を用いる方法である必要はない。
(第7の実施形態)
図7は、第7の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図7に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
図7は、第7の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図7に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、動力回収装置23及びパワー回収装置1を具備する。
海水ポンプ14は、海水13を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、第1の海水ポンプ14により搬送される海水を濾過し、第1の濾過水16とする。第1の濾過水16は、第2の濾過水21と第3の濾過水25とに分配される。
第1の浸透圧ポンプ17は、第2の濾過水21を昇圧する。昇圧された第2の濾過水21は、動力回収装置23に備えられる第2の浸透圧ポンプ231により昇圧された第3の濾過水25と合流することで、高圧海水22となる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、淡水19と濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、動力回収装置23へ流入される。
動力回収装置23は、例えば、第2の浸透圧ポンプ231及び第1の羽根車232を備える。動力回収装置23に流入された濃縮海水24は、第1の羽根車232を回転駆動させた後、低圧の濃縮海水となってパワー回収装置1へ流入される。第2の浸透圧ポンプ231は、第1の羽根車232の回転により駆動され、第3の濾過水25を昇圧する。昇圧された第3の濾過水25は、第1の浸透圧ポンプ17で昇圧された第2の濾過水21に合流される。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第2の羽根車105及び発電機108を備える。第2の羽根車105の回転軸と、発電機108の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。このため、第2の羽根車105が回転すると、発電機108は駆動することとなる。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。発電機108は、第2の羽根車105が回転すると、駆動し、発電する。発電された電力は、例えば海水淡水化装置のポンプ動力に使用される。
以上のように、第7の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、電力へ変換するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、必要動力、即ち消費電力が低減される。
したがって、第7の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、発電した電力を、第3の海水ポンプ106、淡水ポンプ109又は逆洗ポンプ107といった第1の浸透圧ポンプ17ではないポンプの動力、又は、海水淡水化装置のシステム使用電力に活用する場合は、淡水19と濃縮海水24とを取得する方法は、逆浸透膜18を用いる方法である必要はない。
(第8の実施形態)
図8は、第8の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図8に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、濃縮海水配管6及びパワー回収装置1を具備する。
図8は、第8の実施形態に係る海水淡水化装置の構成を示す模式図である。図8に示す海水淡水化装置は、海水ポンプ14、前処理膜15、第1の浸透圧ポンプ17、逆浸透膜18、濃縮海水配管6及びパワー回収装置1を具備する。
海水ポンプ14は、海水13を搬送し、前処理膜15に流入させる。
前処理膜15は、第1の海水ポンプ14により搬送される海水を濾過し、第1の濾過水16とする。
第1の浸透圧ポンプ17は、第1の濾過水16を昇圧し、高圧海水22とする。第1の浸透圧ポンプ17は、高圧海水22を逆浸透膜18へ流入させる。
逆浸透膜18は、流入される高圧海水22を、淡水19と濃縮海水24とに分離する。濃縮海水24は、濃縮海水配管6を通り、パワー回収装置1へ与えられる。濃縮海水配管6が、充分に長かったり屈曲が多かったりするため、流通する濃縮海水24の圧力損失が充分大きい場合、パワー回収装置1に備えられる浸透膜101に流入する時点での濃縮海水24の圧力は充分に小さくなっている。よって、第8の実施形態における浸透膜101は、第1乃至第5、第7の実施形態における浸透膜101と同じ状況になっている。
パワー回収装置1は、高濃度の濃縮海水24と、海水102との濃度差を利用してエネルギを回収する装置である。パワー回収装置1は、例えば、浸透膜101、第2の羽根車105及び発電機108を備える。第2の羽根車105の回転軸と、発電機108の回転軸とは、直接的、あるいは間接的に接続されている。
浸透膜101に濃縮海水24と、海水102とが接触すると、塩分濃度の差から、海水102は浸透膜101を透過して流れていき、濃縮海水24と混合する。海水102と濃縮海水24とが混合した放流海水103は、浸透膜101に流入した濃縮海水24よりも強い水流になっている。
第2の羽根車105は、放流海水103の水流により回転させられる。発電機108は、第2の羽根車105が回転すると、駆動し、発電する。発電された電力は、例えば海水淡水化装置のポンプ動力に使用される。
以上のように、第8の実施形態に係る海水淡水化装置では、パワー回収装置1は、濃縮海水24と、海水102との濃度差が含むエネルギを、電力へ変換するようにしている。これにより、海水淡水化装置は、必要動力、即ち消費電力が低減される。
したがって、第8の実施形態に係る海水淡水化装置によれば、より多くのエネルギを回収し、消費されるエネルギ量をシステム全体で低減させることができる。
なお、発電した電力を、第3の海水ポンプ106、淡水ポンプ109又は逆洗ポンプ107といった第1の浸透圧ポンプ17ではないポンプの動力、又は、海水淡水化装置のシステム使用電力に活用する場合は、淡水19と濃縮海水24とを取得する方法は、逆浸透膜18を用いる方法である必要はない。
なお、第1乃至第8の実施形態では、浸透膜101、前処理膜15及び逆浸透膜18としたが、これらは、内部に浸透膜、前処理膜又は逆浸透膜を備え、これらで内部を区画し、これら膜による濾過性能や浸透圧の作用を利用した機器を指している。また、第1乃至第8の実施形態に係る海水淡水化装置は、制御装置を備え、制御装置からの指示で作動するものとしてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…パワー回収装置、101…浸透膜、102…海水、103…放流海水、104…第3の浸透圧ポンプ、105…第2の羽根車、106…第3の海水ポンプ、107…逆洗ポンプ、108…発電機、109…淡水ポンプ、13…海水、14…第1の海水ポンプ、15…前処理膜、16…第1の濾過水、17…第1の浸透圧ポンプ、18…逆浸透膜、19…淡水、21…第2の濾過水、22…高圧海水、23…動力回収装置、231…第2の浸透圧ポンプ、232…第1の羽根車、24…濃縮海水、25…第3の濾過水、27…第7の開閉弁、28…第8の開閉弁、34…第11の開閉弁、40…第2の海水ポンプ、41…海水、42…調整水槽、51…第5の開閉弁、52…第6の開閉弁、53…第1の開閉弁、54…第2の開閉弁、55,56…海水、57…第2の海水、58…第2の海水、61…第3の開閉弁、62…第4の開閉弁、68…海水、75…濾過水槽、76…第10の開閉弁、78…第9の開閉弁、79…洗浄水
Claims (10)
- 海水を淡水と濃縮海水とに分離する海水淡水化装置において、
浸透膜を備え、前記浸透膜の一方の面に前記濃縮海水を接触させ、他方の面に海水を接触させ、前記海水が前記濃縮海水側へ透過することで生じる水流からエネルギを回収して利用するパワー回収装置と
を具備する海水淡水化装置。 - 前記パワー回収装置は、羽根車を有し、前記水流により前記羽根車を回転させることで、前記エネルギを回収する請求項1記載の海水淡水化装置。
- 前記パワー回収装置は、前記回収したエネルギを利用して海水を昇圧する浸透圧ポンプを備え、
前記昇圧された海水を、前記淡水と前記濃縮海水とに分離する逆浸透膜をさらに具備する請求項1記載の海水淡水化装置。 - 前記濃縮海水の水流から回収したエネルギを利用して海水を昇圧し、前記昇圧した海水を前記逆浸透膜へ与える動力回収装置をさらに具備する請求項3記載の海水淡水化装置。
- 前記パワー回収装置は、前記回収したエネルギを利用して、前記淡水化される海水を搬送する海水ポンプを備える請求項1記載の海水淡水化装置。
- 前記海水ポンプは、海水を取水して搬送する請求項5記載の海水淡水化装置。
- 前記淡水化する海水から固体物を取り除く前処理膜をさらに具備し、
前記海水ポンプは、前記前処理膜へ海水を搬送する請求項5記載の海水淡水化装置。 - 前記パワー回収装置は、前記回収したエネルギを利用して、前記淡水を搬送する淡水ポンプを備える請求項1記載の海水淡水化装置。
- 前記淡水化する海水から固体物を取り除く前処理膜をさらに具備し、
前記パワー回収装置は、前記前処理膜の逆洗に使用する洗浄水を、前記前処理膜へ搬送する逆洗ポンプを備える請求項1記載の海水淡水化装置。 - 前記パワー回収装置は、前記回収したエネルギを利用して発電する発電機を備える請求項1記載の海水淡水化装置。
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