WO2014203924A1 - 発電設備および発電方法 - Google Patents

発電設備および発電方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2014203924A1
WO2014203924A1 PCT/JP2014/066131 JP2014066131W WO2014203924A1 WO 2014203924 A1 WO2014203924 A1 WO 2014203924A1 JP 2014066131 W JP2014066131 W JP 2014066131W WO 2014203924 A1 WO2014203924 A1 WO 2014203924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
osmotic pressure
seawater
pressure generating
power generation
generating agent
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/066131
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
長谷川　進
島田　光重
草介 小野田
秀人 松山
太郎 三好
政宏 安川
智輝 高橋
Original Assignee
株式会社神鋼環境ソリューション
国立大学法人神戸大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神鋼環境ソリューション, 国立大学法人神戸大学 filed Critical 株式会社神鋼環境ソリューション
Priority to SG11201509071TA priority Critical patent/SG11201509071TA/en
Publication of WO2014203924A1 publication Critical patent/WO2014203924A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/0023—Accessories; Auxiliary operations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/12—Addition of chemical agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
    • C02F3/1268—Membrane bioreactor systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a power generation facility and a power generation method that generate power using osmotic pressure generated between two liquids, and in particular, uses osmotic pressure generated between treated water and seawater treated by a membrane separation activated sludge method. About.
  • a high-concentration liquid with a relatively high concentration of dissolved components and a low-concentration liquid with a relatively low concentration of dissolved components are arranged through a semipermeable membrane
  • An osmotic pressure generator configured to generate an osmotic pressure from the low-concentration liquid side to the high-concentration liquid side, and a power generation unit that generates electricity by increasing the amount of water on the high-concentration liquid side in the osmotic pressure generation unit
  • seawater and river water fresh water
  • a membrane separation activated sludge method (hereinafter also referred to as MBR method) that combines an activated sludge method and a membrane separation method is known.
  • the MBR method is configured such that organic matter is decomposed aerobically or anaerobically by aeration or circulation of mixed water in which treated water containing organic matter and activated sludge are mixed. (Purification process) Then, the treated water from which the activated sludge has been separated is obtained by filtering the mixed water after the purification step through a separation membrane (such as a microfiltration membrane (MF membrane) or an ultrafiltration membrane (UF membrane)) (membrane separation step). And the separated activated sludge is returned to the purification process.
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • the turbine of the generator is rotated using the water flow generated by the increase in the amount of water on the high-concentration liquid side due to osmotic pressure.
  • the amount of water on the high-concentration liquid side does not increase sufficiently, making it difficult to rotate the turbine at a sufficient speed.
  • Efficient power generation becomes difficult.
  • the quality of the treated water is also affected, so depending on the quality of the treated water, an even more sufficient osmotic pressure. Cannot be obtained, and it becomes more difficult to perform efficient power generation.
  • the present invention can perform efficient power generation even in the case of using treated water and seawater obtained by the MBR method as liquids that generate osmotic pressure in power generation using osmotic pressure. It is an object to provide a power generation facility and a power generation method.
  • the power generation facility is:
  • the treated water is provided with a treated water supply unit to which treated water treated by the membrane separation activated sludge method is supplied and a seawater supply unit to which seawater is supplied, and the treated water and seawater come into contact with each other through the semipermeable membrane.
  • An osmotic pressure generator configured to generate an osmotic pressure from the side to the seawater side;
  • a high osmotic pressure generating agent adding part for adding a high osmotic pressure generating agent for increasing the osmotic pressure in the osmotic pressure generating part to seawater;
  • a power generation unit that operates by increasing the amount of water in the seawater supply unit by osmotic pressure.
  • the power generation method includes: An osmotic pressure generating step of causing the osmotic pressure from the treated water side to the seawater side by bringing the treated water and seawater treated by the membrane separation activated sludge method into contact with each other through a semipermeable membrane; A high osmotic pressure generating agent adding step of adding to the seawater a high osmotic pressure generating agent that increases the osmotic pressure in the osmotic pressure generating step; A power generation step of generating power using a power generator that operates by increasing the amount of water on the seawater side due to osmotic pressure.
  • the power generation facility 1 is configured to generate power using osmotic pressure generated between two liquids.
  • the two liquids that generate osmotic pressure are treated water (hereinafter also referred to as MBR treated water) obtained by treating the water to be treated containing organic matter by the membrane separation activated sludge method (hereinafter also referred to as MBR method).
  • MBR treated water treated water obtained by treating the water to be treated containing organic matter by the membrane separation activated sludge method (hereinafter also referred to as MBR method).
  • seawater is used.
  • it does not specifically limit as to-be-processed water For example, sewage, such as domestic waste water and factory waste water, can be used.
  • the power generation facility 1 includes an osmotic pressure generating unit 2 that generates osmotic pressure, and a power generation unit (generator) 3 that operates by a water flow generated by the osmotic pressure.
  • the power generation facility 1 also includes a high osmotic pressure generating agent adding unit 4 that adds a high osmotic pressure generating agent that increases the osmotic pressure between two liquids in the osmotic pressure generating unit 2 to seawater, and a high osmotic pressure generating agent.
  • a high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 for recovering the high osmotic pressure generating agent from the seawater is further provided.
  • the osmotic pressure generating unit 2 includes an internal space partitioned by a semipermeable membrane 2a.
  • the osmotic pressure generating unit 2 includes a treated water supply unit 2b having an internal space to which MBR treated water is supplied, and a seawater supply unit 2c having an internal space to which seawater is supplied.
  • the osmotic pressure generating part 2 is comprised so that the supplied MBR process water and seawater may contact via the semipermeable membrane 2a.
  • the osmotic pressure generation part 2 is comprised so that a water
  • the semipermeable membrane 2a is not particularly limited, and a general forward osmosis membrane or reverse osmosis membrane can be used.
  • the treated water supply unit 2b is fluidly connected to the biological treatment apparatus M that treats the treated water by the MBR method. Specifically, the treated water supply unit 2b and the biological treatment apparatus M are fluidly connected by the treated water flow path L1 through which the MBR treated water released from the biological treatment apparatus M flows toward the treated water supply unit 2b. At the same time, the treated water supply unit 2b and the biological treatment apparatus M are fluidly connected by the return water flow path L2 for returning the MBR treated water released from the treated water supply part 2b toward the biological treatment apparatus M.
  • the seawater supply unit 2c is fluidly connected to a seawater supply source (specifically, the ocean S) (specifically, by a seawater flow path L3 that circulates the seawater toward the seawater supply unit 2c).
  • the seawater channel L3 is provided with a pump (not shown) for sucking seawater.
  • the seawater supply unit 2c is fluidly connected to the power generation unit 3 (specifically, by a dilution water flow path L4 that distributes diluted seawater discharged from the seawater supply unit 2c toward the power generation unit 3).
  • the power generation unit 3 is fluidly connected to the osmotic pressure generation unit 2 (specifically, the seawater supply unit 2c) (specifically, by the dilution water flow path L4).
  • the power generation unit 3 is configured to operate by the flow of diluted seawater (hereinafter also referred to as dilution water) discharged from the osmotic pressure generation unit 2 (specifically, the seawater supply unit 2c) to generate power. Is done.
  • a power generation unit 3 for example, one that includes a turbine that rotates by the flow of dilution water can be used.
  • the power generation unit 3 fluidizes the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 described later (specifically, diluting water released from the power generation unit 3 flows toward the high osmotic pressure generation agent recovery unit 5). Connected by dilution water flow path L5).
  • the high osmotic pressure generating agent adding unit 4 is configured to be able to add a high osmotic pressure generating agent to the seawater before being supplied to the osmotic pressure generating unit 2.
  • the high osmotic pressure generating agent adding unit 4 is fluidly connected to a high osmotic pressure generating agent collecting unit 5 described later (specifically, a high osmotic pressure generating agent returning flow for returning the recovered high osmotic pressure generating agent). Connected by path L6).
  • the high osmotic pressure generating agent is not particularly limited as long as the osmotic pressure generated between the seawater and the MBR treated water can be increased by being added to seawater. Then, it is preferable that it is a thing of the property recoverable from seawater.
  • the high osmotic pressure generating agent may be soluble in seawater or dispersible in seawater.
  • the high osmotic pressure generator that is soluble in seawater include inorganic salts, saccharides, soluble gases (such as ammonia), and the like.
  • the high osmotic pressure generating agent that can be dispersed in seawater is not particularly limited as long as it can be uniformly dispersed in seawater, and examples thereof include organic solvents and nanoparticles.
  • seawater having a higher salt concentration than the target seawater to which the high osmotic pressure generating agent is added may be used as the high osmotic pressure generating agent.
  • the nanoparticles are preferably a magnetic material in terms of easy recovery from seawater (hereinafter, the magnetic nanoparticles are also referred to as “magnetic particles”).
  • the magnetic particles are preferably a metal compound or the like.
  • the magnetic particles include those obtained by coating the surface of carrier particles having magnetism with a hydrophilic polymer. Specific examples include acetylacetone iron (III) nanoparticles coated with polyacrylic acid.
  • the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 is fluidly connected to the power generation unit 3 (specifically, by the dilution water flow path L5) and fluidly (specifically, to the high osmotic pressure generating agent addition unit 4). Are connected by a hyperosmotic pressure agent return flow path L6).
  • the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 is configured to be able to recover the high osmotic pressure generating agent from the diluted water released from the power generation unit 3, and the recovered high osmotic pressure generating agent is added to the high osmotic pressure generating agent addition unit. 4 can be returned.
  • MBR treated water is obtained by treating the treated water with the biological treatment apparatus M. Then, the MBR treated water is supplied to the osmotic pressure generating unit 2 (specifically, the treated water supply unit 2b) via the treated water flow path L1. Accordingly, the seawater to which the high osmotic pressure generator is added by the high osmotic pressure generator addition unit 4 is supplied to the osmotic pressure generation unit 2 (specifically, the seawater supply unit 2c) via the seawater flow path L3.
  • the amount of the high osmotic pressure generating agent added to the seawater is not particularly limited, but the high osmotic pressure generating agent is added to the seawater so that the osmotic pressure in the osmotic pressure generating unit 2 becomes a predetermined value or more. It is preferable. Specifically, the high osmotic pressure generating agent is preferably added to seawater so that the osmotic pressure is preferably 2.5 MPa to 5.0 MPa, more preferably 2.5 MPa to 7.5 MPa.
  • the MBR treated water is supplied to the treated water supply unit 2b and the seawater is supplied to the seawater supply unit 2c, whereby the MBR treated water and the seawater come into contact with each other through the semipermeable membrane 2a.
  • osmotic pressure is higher than the osmotic pressure when no high osmotic pressure generator is added to seawater. That is, the amount of moisture transferred from MBR treated water to seawater is greater than when no high osmotic pressure generating agent is added to seawater.
  • the MBR treated water is concentrated in the treated water supply unit 2b and the amount of water is reduced, so that the treated water supply unit 2b is in a suction state. Thereby, the force which draws MBR treated water from the biological treatment apparatus M into the treated water supply unit 2b is generated, and MBR treated water is efficiently supplied into the treated water supply unit 2b. Further, the concentrated MBR treated water is returned to the biological treatment apparatus M via the return water flow path L2.
  • the amount of water increases because the seawater is diluted by the penetration of moisture from the MBR treated water.
  • the seawater (namely, dilution water) of the increased water quantity is discharge
  • the electric power generation part 3 it generates electric power because a turbine rotates with the flow of the dilution water discharge
  • the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 recovers the high osmotic pressure generating agent.
  • the part (method) for collecting the high osmotic pressure generator is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the properties of the high osmotic pressure generator.
  • the high osmotic pressure generating agent is an inorganic salt, saccharide, or organic solvent
  • water is removed from the diluted water by the reverse osmosis method using a reverse osmosis membrane (that is, by concentrating the diluted water). ), A high osmotic pressure generator is recovered at a high concentration.
  • the high osmotic pressure generating agent is ammonia (soluble gas)
  • the ammonia gas is recovered from the diluted water by using the ammonia stripping method.
  • the high osmotic pressure generating agent is a magnetic particle
  • the magnetic particles remain in the magnetic field by passing the diluted water through the magnetic field, so that the magnetic particles are recovered from the diluted water.
  • an electromagnet can be used to form the magnetic field.
  • the diluted water containing magnetic particles is passed through a column filled with steel wool and the column is energized, the steel wool plays the role of an electromagnet. A difference in flow velocity from the body particles occurs. That is, since the magnetic particles are attracted to the electromagnet and hardly come out of the column, the magnetic particles can be separated.
  • the high osmotic pressure generator recovered by the high osmotic pressure generator recovery unit 5 is added again to seawater by the high osmotic pressure generator addition unit 4.
  • the high osmotic pressure generating agent recovered by the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 is insufficient, an insufficient amount of the high osmotic pressure generating agent is added from the outside.
  • the diluted water from which the high osmotic pressure generating agent is recovered by the high osmotic pressure generating agent recovery unit 5 can be discharged into the environment without being further treated as long as the water quality can be released into the environment such as rivers and oceans. Although it is released, it may be released into the environment after being treated with water to obtain a desired water quality.
  • the treated water and seawater obtained by the MBR method are used as the liquid that generates the osmotic pressure.
  • efficient power generation can be performed.
  • the power generation facility 1 includes the high osmotic pressure generator addition unit 4 so that the high osmotic pressure generator can be added to seawater. It is possible to increase the osmotic pressure (in other words, the amount of membrane permeated water moving from the treated water supply unit 2b side to the seawater supply unit 2c side) than before. For this reason, the osmotic pressure required for efficient power generation in the power generation unit 3 (in other words, an increase in the amount of membrane permeated water) cannot be obtained between the seawater and the treated water before the addition of the high osmotic pressure generating agent.
  • the osmotic pressure necessary for power generation (in other words, increase in the amount of permeated water in the membrane) can be obtained by adding the high osmotic pressure generating agent. Therefore, efficient power generation can be performed in the power generation unit 3 without being affected by the quality of the treated water.
  • the recovered high osmotic pressure generating agent can be used again to increase the osmotic pressure. For this reason, a high osmotic pressure generating agent can be circulated and used, and the addition amount of a new high osmotic pressure generating agent can be reduced.
  • the high osmotic pressure generating agent is recovered from seawater, the quality of the seawater can be returned to the quality before the high osmotic pressure generating agent was added, so the seawater used in the power generation facility is released to the ocean. It becomes easy to do.
  • the osmotic pressure in other words, the membrane
  • the osmotic pressure in other words, the membrane
  • the osmotic pressure in other words, increase in the amount of membrane permeated water
  • the addition of the high osmotic pressure generating agent can provide the osmotic pressure necessary for power generation (in other words, an increase in the amount of membrane permeated water). Therefore, efficient power generation can be performed in the power generation process without being affected by the quality of the treated water.
  • the recovered high osmotic pressure generating agent can be used again for increasing the osmotic pressure. For this reason, a high osmotic pressure generating agent can be circulated and used, and the addition amount of a new high osmotic pressure generating agent can be reduced.
  • the high osmotic pressure generating agent is recovered from seawater, the quality of the seawater can be returned to the quality before the high osmotic pressure generating agent was added, so the seawater used in the power generation facility is released to the ocean. It becomes easy to do.
  • the power generation facility and the power generation method according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the configurations and methods of the plurality of embodiments described above may be arbitrarily adopted and combined (even if the configurations and methods according to one embodiment are applied to the configurations and methods according to other embodiments).
  • the high osmotic pressure generating agent is added to the seawater before being supplied to the seawater supply part 2c, it is not limited to this, if the desired osmotic pressure is obtained.
  • a high osmotic pressure generating agent may be added to seawater in the seawater supply unit 2c.
  • the high osmotic pressure generating agent is collect
  • the high osmotic pressure generating agent may be recovered from the water.
  • SYMBOLS 1 Power generation equipment, 2 ... Osmotic pressure generating part, 2a ... Semipermeable membrane, 2b ... Treated water supply part, 2c ... Seawater supply part, 3 ... Electric power generation part, 4 ... High osmotic pressure generating agent addition part, 5 ... High osmosis Pressure generating agent recovery section, L1 ... treated water flow path, L2 ... return water flow path, L3 ... seawater flow path, L4, L5 ... dilution water flow path, L6 ... high osmotic pressure generator return flow path, M ... biological treatment apparatus, S ... marine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

膜分離活性汚泥法で処理された処理水が供給される処理水供給部（２ｂ）と海水が供給される海水供給部（２ｃ）とを備えると共に処理水と海水とが半透膜（２ａ）を介して接触することで処理水側から海水側への浸透圧が生じるように構成される浸透圧発生部（２）と、該浸透圧発生部における浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加部（４）と、浸透圧による海水供給部の水量の増加によって作動する発電部（３）とを備える。

Description

発電設備および発電方法 関連出願の相互参照
　本願は、日本国特願２０１３－１２８９５５号に基づく優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
　本発明は、二液間に生じる浸透圧を利用して発電する発電設備および発電方法に関し、特に、膜分離活性汚泥法で処理された処理水と海水との間に生じる浸透圧を利用するものに関する。
　浸透圧を利用した発電設備としては、例えば、溶解成分の濃度が比較的高い高濃度液と、溶解成分の濃度が比較的低い低濃度液とが半透膜を介して配置されることで、低濃度液側から高濃度液側への浸透圧を生じるように構成された浸透圧発生部と、該浸透圧発生部での高濃度液側の水量の増加によって発電する発電部とを備えるものが知られている（特許文献１参照）。このような発電設備においては、継続的に発電を行うために、浸透圧を継続的に生じさせることが必要となる。このため、浸透圧発生部では、継続的に供給可能な海水と河川水（淡水）とが高濃度液と低濃度液として使用される場合がある（特許文献２参照）。
　ところで、水処理の分野においては、活性汚泥法と膜分離法とを合わせた膜分離活性汚泥法（以下、ＭＢＲ法とも記す）が知られている。斯かるＭＢＲ法では、有機物を含有する被処理水と活性汚泥とが混合された混合水が曝気されたり、循環されたりすることで、有機物が好気的又は嫌気的に分解されるように構成されている（浄化工程）。そして、浄化工程後の混合水が分離膜（精密濾過膜（ＭＦ膜）や限外濾過膜（ＵＦ膜）等）で濾過されることで（膜分離工程）、活性汚泥が分離された処理水が得られると共に、分離された活性汚泥が浄化工程へ返送されるように構成されている。
　このようなＭＢＲ法では、浄化工程における曝気や循環、膜分離工程における曝気等を行う必要があるため、他の水処理方法よりも電力の消費量が多くなる。このため、消費電力を回収するべく、ＭＢＲ法で得られる処理水を発電設備で使用することが提案されている。具体的には、上述の発電設備における浸透圧発生部において、低濃度液としてＭＢＲ法による処理水を使用し、斯かる処理水と海水との間で生じる浸透圧を利用して発電する方法が提案されている。
　しかしながら、浸透圧を利用した発電設備では、浸透圧による高濃度液側の水量の増加によって生じる水流を利用して発電機のタービンを回転させるため、例えば、高濃度液の塩濃度が意図する濃度よりも低い場合（高濃度液と低濃度液との濃度差が小さい場合）、高濃度液側の水量が十分に増加しないため、タービンを十分な速度で回転させることが困難となることから、効率的な発電を行うことが困難となる。特に、ＭＢＲ法で得られる処理水と海水との間で生じる浸透圧を利用して発電する場合、処理水の水質にも影響されるため、処理水の水質によっては、よりいっそう十分な浸透圧を得ることができず、効率的な発電を行うことが更に困難となる。
日本国特開２０１３－１３８８８号公報 日本国特開２００９－４７０１２号公報
　そこで、本発明は、浸透圧を利用した発電において、浸透圧を生じさせる液体として、ＭＢＲ法で得られる処理水と海水とを使用した場合であっても、効率的な発電を行うことができる発電設備および発電方法を提供することを課題とする。
　本発明に係る発電設備は、
　膜分離活性汚泥法で処理された処理水が供給される処理水供給部と海水が供給される海水供給部とを備えると共に処理水と海水とが半透膜を介して接触することで処理水側から海水側への浸透圧が生じるように構成される浸透圧発生部と、
　該浸透圧発生部における浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加部と、
　浸透圧による海水供給部の水量の増加によって作動する発電部と
を備える。
　浸透圧発生部から排出される海水から高浸透圧発生剤を回収する高浸透圧発生剤回収部を更に備えることが好ましい。
　本発明に係る発電方法は、
　膜分離活性汚泥法で処理された処理水と海水とを半透膜を介して接触させて処理水側から海水側への浸透圧を生じさせる浸透圧発生工程と、
　該浸透圧発生工程における浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加工程と、
　浸透圧による海水側の水量の増加によって作動する発電機を用いて発電する発電工程と
を備える。
　浸透圧発生工程後の海水から高浸透圧発生剤を回収する高浸透圧発生剤回収工程を更に備えることが好ましい。
本実施形態に係る水処理装置を示した概略図。
　以下、本発明の実施形態について図１を参照しながら説明する。なお、以下の図面において同一又は相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
　本実施形態に係る発電設備１は、二液間に生じる浸透圧を利用して発電するように構成される。浸透圧を生じさせる二液としては、有機物を含有する被処理水が膜分離活性汚泥法（以下、ＭＢＲ法とも記す）で処理されることで得られる処理水（以下、ＭＢＲ処理水とも記す）と、海水とが使用される。なお、被処理水としては、特に限定されるものではなく、例えば、生活排水や工場排水等の下水を用いることができる。
　発電設備１は、浸透圧を生じさせる浸透圧発生部２と、浸透圧によって生じる水流で作動する発電部（発電機）３とを備える。また、発電設備１は、浸透圧発生部２における二液間の浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加部４と、高浸透圧発生剤を含有する海水から高浸透圧発生剤を回収する高浸透圧発生剤回収部５とを更に備える。
　浸透圧発生部２は、半透膜２ａで仕切られた内部空間を備える。これにより、浸透圧発生部２は、ＭＢＲ処理水が供給される内部空間を有する処理水供給部２ｂと、海水が供給される内部空間を有する海水供給部２ｃとを備える。そして、浸透圧発生部２は、供給されるＭＢＲ処理水と海水とが半透膜２ａを介して接触するように構成される。これにより、浸透圧発生部２は、半透膜２ａを介してＭＢＲ処理水側から海水側へ水分が浸透して浸透圧を生じるように構成される。半透膜２ａとしては、特に限定されるものではなく、一般的な正浸透膜や逆浸透膜を用いることができる。
　処理水供給部２ｂは、ＭＢＲ法によって被処理水を処理する生物処理装置Ｍと流体的に連結される。具体的には、生物処理装置Ｍから放出されるＭＢＲ処理水を処理水供給部２ｂへ向かって流通させる処理水流路Ｌ１によって処理水供給部２ｂと生物処理装置Ｍとが流体的に連結されると共に、処理水供給部２ｂから放出されるＭＢＲ処理水を生物処理装置Ｍへ向かって返送させる返送水流路Ｌ２によって処理水供給部２ｂと生物処理装置Ｍとが流体的に連結される。
　海水供給部２ｃは、海水の供給源（具体的には、海洋Ｓ）と流体的に（具体的には、海水を海水供給部２ｃへ向かって流通させる海水流路Ｌ３によって）連結される。海水流路Ｌ３には、海水を吸引するためのポンプ（図示せず）が設けられている。また、海水供給部２ｃは、発電部３と流体的に（具体的には、海水供給部２ｃから放出される希釈された海水を発電部３へ向かって流通させる希釈水流路Ｌ４によって）連結される。
　前記発電部３は、浸透圧発生部２（具体的には、海水供給部２ｃ）と流体的に（具体的には、希釈水流路Ｌ４によって）連結される。そして、発電部３は、浸透圧発生部２（具体的には、海水供給部２ｃ）から放出される希釈された海水（以下、希釈水とも記す）の流れによって作動し、発電するように構成される。斯かる発電部３としては、例えば、希釈水の流れによって回転するタービンを備えるもの等を用いることができる。また、発電部３は、後述する高浸透圧発生剤回収部５と流体的に（具体的には、発電部３から放出される希釈水を高浸透圧発生剤回収部５へ向かって流通させる希釈水流路Ｌ５によって）連結される。
　高浸透圧発生剤添加部４は、浸透圧発生部２に供給される前の海水に高浸透圧発生剤を添加可能に構成される。また、高浸透圧発生剤添加部４は、後述する高浸透圧発生剤回収部５と流体的に（具体的には、回収された高浸透圧発生剤を返送する高浸透圧発生剤返送流路Ｌ６によって）連結される。高浸透圧発生剤としては、海水に添加されることによって、海水とＭＢＲ処理水との間に生じる浸透圧を増加させることが可能であれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では、海水から回収可能な性質のものであることが好ましい。
　また、高浸透圧発生剤としては、海水に対して可溶性を有するものであってもよく、海水中に分散可能なものであってもよい。海水に対して可溶性を有する高浸透圧発生剤としては、例えば、無機塩、糖類、可溶性の気体（アンモニア等）等が挙げられる。一方、海水中に分散可能な高浸透圧発生剤としては、海水中に均一に分散可能であればよく、例えば、有機溶媒や、ナノ粒子等が挙げられる。また、高浸透圧発生剤が添加される対象の海水よりも塩類濃度の高い海水を高浸透圧発生剤として使用してもよい。
　特に、海水からの回収が容易である点で、ナノ粒子は、磁性を有する素材であることが好ましい（以下、磁性を有するナノ粒子を「磁性体粒子」とも記す）。磁性体粒子としては、金属化合物等であることが好ましい。また、磁性体粒子としては、磁性を有する担体粒子の表面を親水性高分子で被覆したものが挙げられる。具体的には、アセチルアセトン鉄（III）のナノ粒子をポリアクリル酸で被覆したもの等が挙げられる。
　高浸透圧発生剤回収部５は、発電部３と流体的に（具体的には、希釈水流路Ｌ５によって）連結されると共に、高浸透圧発生剤添加部４と流体的に（具体的には、高浸透圧発生剤返送流路Ｌ６によって）連結される。高浸透圧発生剤回収部５は、発電部３から放出される希釈水から高浸透圧発生剤を回収可能に構成されると共に、回収された高浸透圧発生剤を高浸透圧発生剤添加部４へ返送可能に構成される。
　次に、上記のように構成される発電設備１を用いて発電する方法について説明する。
　生物処理装置Ｍで被処理水が処理されることで、ＭＢＲ処理水が得られる。そして、該ＭＢＲ処理水は、処理水流路Ｌ１を介して浸透圧発生部２（具体的には、処理水供給部２ｂ）へ供給される。これに伴い、高浸透圧発生剤添加部４によって高浸透圧発生剤が添加された海水が海水流路Ｌ３を介して浸透圧発生部２（具体的には、海水供給部２ｃ）に供給される。海水に対する高浸透圧発生剤の添加量としては、特に限定されるものではないが、浸透圧発生部２における浸透圧が所定値以上となるように、高浸透圧発生剤が海水に添加されることが好ましい。具体的には、浸透圧が好ましくは２．５ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下、より好ましくは２．５ＭＰａ以上７．５ＭＰａ以下となるように高浸透圧発生剤が海水に添加されることが好ましい。
　このように、処理水供給部２ｂにＭＢＲ処理水が供給され、海水供給部２ｃに海水が供給されることで、ＭＢＲ処理水と海水とが半透膜２ａを介して接触した状態になる。これにより、浸透圧によってＭＢＲ処理水の水分が半透膜２ａを透過して海水側に浸透（正浸透）する。なお、斯かる浸透圧は、海水に高浸透圧発生剤が添加されていない場合の浸透圧よりも高いものとなる。つまり、ＭＢＲ処理水から海水への水分の移動量は、海水に高浸透圧発生剤が添加されていない場合より多くなる。
　そして、上記のように浸透圧が生じることで、処理水供給部２ｂ内では、ＭＢＲ処理水が濃縮されて水量が減少するため、処理水供給部２ｂ内が引圧状態になる。これにより、生物処理装置ＭからＭＢＲ処理水を処理水供給部２ｂ内に引き込む力が発生し、処理水供給部２ｂ内へのＭＢＲ処理水の供給が効率的に行われる。また、濃縮されたＭＢＲ処理水は、返送水流路Ｌ２を介して生物処理装置Ｍへ返送される。
　一方、海水供給部２ｃ内では、ＭＢＲ処理水からの水分の浸透を受けて海水が希釈されるため、水量が増加する。そして、増加した水量の海水（即ち、希釈水）が海水供給部２ｃから放出され、希釈水流路Ｌ４を介して発電部３へ供給される。つまり、海水供給部２ｃ内での水量の増加によって、発電部３へ向かっての希釈水の流れが発生する。そして、発電部３では、海水供給部２ｃから放出される希釈水の流れによって、タービンが回転することで発電される。
　発電部３で使用された希釈水は、高浸透圧発生剤を含有するため、高浸透圧発生剤回収部５によって高浸透圧発生剤が回収される。高浸透圧発生剤を回収する部（方法）としては、特に限定されるものではなく、高浸透圧発生剤の性状に応じて適宜選択することができる。例えば、高浸透圧発生剤が無機塩、糖類、有機溶媒である場合には、逆浸透膜を用いた逆浸透法によって希釈水から水分を除去することにより（即ち、希釈水を濃縮することにより）、高浸透圧発生剤が高濃度で回収される。また、高浸透圧発生剤がアンモニア（可溶性の気体）である場合には、アンモニアストリッピング法を用いることで、希釈水からアンモニアガスが回収される。更に、高浸透圧発生剤が磁性体粒子である場合には、希釈水を磁場内に通過させることで、磁性体粒子が磁場内に留まるため、希釈水から磁性体粒子が回収される。なお、磁場の形成には、例えば、電磁石を用いることができる。具体的には、スチールウールを充填したカラムに磁性体粒子を含有した希釈水を通水させると共に、該カラムに通電することで、スチールウールが電磁石の役割を担うため、カラム内で液体と磁性体粒子との流速差が生じる。つまり、磁性体粒子は、電磁石に引き付けられてカラムを抜け難くなるため、磁性体粒子を分離することができる。
　高浸透圧発生剤回収部５で回収された高浸透圧発生剤は、高浸透圧発生剤添加部４によって、再度、海水に添加される。高浸透圧発生剤回収部５で回収された高浸透圧発生剤で足りないときは不足分の高浸透圧発生剤を外部から添加する。一方、高浸透圧発生剤回収部５で高浸透圧発生剤が回収された希釈水は、河川や海洋等の環境中に放出可能な水質であれば、更に水処理されることなく環境中に放出されるが、更に所望の水質となるように水処理された後、環境中へ放出されてもよい。
　以上のように、本発明に係る発電設備および発電方法によれば、浸透圧を利用した発電において、浸透圧を生じさせる液体として、ＭＢＲ法で得られる処理水と海水とを使用した場合であっても、効率的な発電を行うことができる。
　具体的には、上記実施形態の発電設備１は、高浸透圧発生剤添加部４を備えることで、海水に高浸透圧発生剤を添加することができるため、高浸透圧発生剤を添加する前よりも浸透圧（換言すれば、処理水供給部２ｂ側から海水供給部２ｃ側へ移動する膜透過水量）を増加させることができる。このため、高浸透圧発生剤を添加する前の海水と処理水との間では発電部３における効率的な発電に必要な浸透圧（換言すれば、膜透過水量の増加）を得ることができない場合であっても、高浸透圧発生剤の添加によって発電に必要な浸透圧（換言すれば、膜透過水量の増加）を得ることができる。このため、処理水の水質に影響されることなく、発電部３において効率的な発電を行うことができる。
　また、高浸透圧発生剤回収部５を更に備えることで、回収した高浸透圧発生剤を再度浸透圧の増加に使用することが可能となる。このため、高浸透圧発生剤を循環して使用することができ、新たな高浸透圧発生剤の添加量を低減することができる。また、海水から高浸透圧発生剤が回収されることで、海水の水質を高浸透圧発生剤が添加される前の水質に戻すことができるため、発電設備で使用された海水を海洋へ放流し易くなる。
　また、上記実施形態の発電方法では、高浸透圧発生剤添加工程で海水に高浸透圧発生剤を添加することで、高浸透圧発生剤を添加する前よりも浸透圧（換言すれば、膜透過水量）を増加させることができる。このため、高浸透圧発生剤を添加する前の海水と処理水との間では発電工程における効率的な発電に必要な浸透圧（換言すれば、膜透過水量の増加）を得ることができない場合であっても、高浸透圧発生剤の添加によって発電に必要な浸透圧（換言すれば、膜透過水量の増加）を得ることができる。このため、処理水の水質に影響されることなく、発電工程において効率的な発電を行うことができる。
　また、高浸透圧発生剤回収工程で海水から高浸透圧発生剤を回収することで、回収した高浸透圧発生剤を再度浸透圧の増加に使用することが可能となる。このため、高浸透圧発生剤を循環して使用することができ、新たな高浸透圧発生剤の添加量を低減することができる。また、海水から高浸透圧発生剤が回収されることで、海水の水質を高浸透圧発生剤が添加される前の水質に戻すことができるため、発電設備で使用された海水を海洋へ放流し易くなる。
　なお、本発明に係る発電設備および発電方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
　例えば、上記実施形態では、海水供給部２ｃに供給される前の海水に高浸透圧発生剤が添加されているが、これに限定されるものではなく、所望する浸透圧が得られるのであれば、例えば、海水供給部２ｃ内で海水に高浸透圧発生剤が添加されてもよい。
　また、上記実施形態では、発電部３で使用された希釈水から高浸透圧発生剤が回収されているが、これに限定されるものではなく、例えば、発電部３に供給される前の希釈水から高浸透圧発生剤が回収されてもよい。
　１…発電設備、２…浸透圧発生部、２ａ…半透膜、２ｂ…処理水供給部、２ｃ…海水供給部、３…発電部、４…高浸透圧発生剤添加部、５…高浸透圧発生剤回収部、Ｌ１…処理水流路、Ｌ２…返送水流路、Ｌ３…海水流路、Ｌ４，Ｌ５…希釈水流路、Ｌ６…高浸透圧発生剤返送流路、Ｍ…生物処理装置、Ｓ…海洋

Claims (4)

  1. 　膜分離活性汚泥法で処理された処理水が供給される処理水供給部と海水が供給される海水供給部とを備えると共に処理水と海水とが半透膜を介して接触することで処理水側から海水側への浸透圧が生じるように構成される浸透圧発生部と、
    　該浸透圧発生部における浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加部と、
    　浸透圧による海水供給部の水量の増加によって作動する発電部と
    を備える発電設備。
  2. 　浸透圧発生部から排出される海水から高浸透圧発生剤を回収する高浸透圧発生剤回収部を更に備える請求項１に記載の発電設備。
  3. 　膜分離活性汚泥法で処理された処理水と海水とを半透膜を介して接触させて処理水側から海水側への浸透圧を生じさせる浸透圧発生工程と、
    　該浸透圧発生工程における浸透圧を増加させる高浸透圧発生剤を海水に添加する高浸透圧発生剤添加工程と、
    　浸透圧による海水側の水量の増加によって作動する発電機を用いて発電する発電工程と
    を備える発電方法。
  4. 　浸透圧発生工程後の海水から高浸透圧発生剤を回収する高浸透圧発生剤回収工程を更に備える請求項３に記載の発電方法。
PCT/JP2014/066131 2013-06-19 2014-06-18 発電設備および発電方法 WO2014203924A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG11201509071TA SG11201509071TA (en) 2013-06-19 2014-06-18 Power Generating Facility and Power Generating Method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-128955 2013-06-19
JP2013128955A JP5572740B1 (ja) 2013-06-19 2013-06-19 発電設備および発電方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014203924A1 true WO2014203924A1 (ja) 2014-12-24

Family

ID=51427313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/066131 WO2014203924A1 (ja) 2013-06-19 2014-06-18 発電設備および発電方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5572740B1 (ja)
SG (1) SG11201509071TA (ja)
WO (1) WO2014203924A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6526440B2 (ja) * 2015-02-24 2019-06-05 旭化成株式会社 正浸透処理システム
JP2017051926A (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 東洋紡株式会社 濃度差エネルギー回収方法、および、それに用いる濃度差エネルギー回収システム
JP2021070008A (ja) * 2019-11-01 2021-05-06 アクアス株式会社 冷却塔設備、および、冷却塔設備への補給水の給水方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5434100B2 (ja) * 1977-03-25 1979-10-24
JP2010149123A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd 海水淡水化方法および海水淡水化装置
WO2012133661A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 東レ株式会社 濃度差発電装置とその運転方法
JP2013181501A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Hitachi Zosen Corp 浸透圧発電システム
JP2014034946A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Hitachi Zosen Corp 浸透圧発電システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5434100B2 (ja) * 1977-03-25 1979-10-24
JP2010149123A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Kobelco Eco-Solutions Co Ltd 海水淡水化方法および海水淡水化装置
WO2012133661A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 東レ株式会社 濃度差発電装置とその運転方法
JP2013181501A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Hitachi Zosen Corp 浸透圧発電システム
JP2014034946A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Hitachi Zosen Corp 浸透圧発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015004286A (ja) 2015-01-08
JP5572740B1 (ja) 2014-08-13
SG11201509071TA (en) 2016-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Han et al. Investigations of inorganic and organic fouling behaviors, antifouling and cleaning strategies for pressure retarded osmosis (PRO) membrane using seawater desalination brine and wastewater
JP5941629B2 (ja) 水浄化システム及び水浄化方法
JP5549591B2 (ja) 淡水製造方法及び淡水製造装置
US20100212319A1 (en) Method and apparatus for generating power utilizing forward osmosis
JP5691522B2 (ja) 造水システムおよびその運転方法
JP5933926B2 (ja) 海水淡水化システム及び海水淡水化方法
WO2011010500A1 (ja) 造水システム
WO2012102677A1 (en) Method and apparatus for recovering water from a source water
WO2015005186A1 (ja) 水処理方法、および、水処理装置
JP6965680B2 (ja) 海水淡水化方法および海水淡水化システム
JP5764224B2 (ja) 水処理方法、および、水処理装置
JP2014034946A (ja) 浸透圧発電システム
US20170066670A1 (en) Integrated reverse osmosis/pressure retarded osmosis system
US20130206697A1 (en) Fresh Water Generating Apparatus and Fresh Water Generating Method
WO2014203924A1 (ja) 発電設備および発電方法
CN108178253A (zh) 脱盐处理装置以及脱盐处理装置的运行方法
Ali et al. Pilot‐Scale Investigation of Forward/Reverse Osmosis Hybrid System for Seawater Desalination Using Impaired Water from Steel Industry
JP2015013238A (ja) 水処理システム及び水処理方法
JP2013202456A (ja) 淡水の製造方法及び淡水の製造装置
CN116829246A (zh) 渗透方法
JP2012236124A (ja) 被処理水の濃縮方法及び濃縮装置
Cath et al. Forward osmosis—reverse osmosis process offers a novel hybrid solution for water purification and reuse
Chang et al. Salt backwashing of organic-fouled ultrafiltration membranes: Effects of feed water properties and hydrodynamic conditions
JP5999087B2 (ja) 水処理装置および水処理方法
Jun et al. Conditions for ideal draw solutes and current research trends in the draw solutes for forward osmosis process

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14813114

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14813114

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1