WO2017170014A1 - 造水システム - Google Patents

造水システム Download PDF

Info

Publication number
WO2017170014A1
WO2017170014A1 PCT/JP2017/011341 JP2017011341W WO2017170014A1 WO 2017170014 A1 WO2017170014 A1 WO 2017170014A1 JP 2017011341 W JP2017011341 W JP 2017011341W WO 2017170014 A1 WO2017170014 A1 WO 2017170014A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
osmosis membrane
osmotic pressure
membrane module
concentrated
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/011341
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
熊野　淳夫
Original Assignee
東洋紡株式会社
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 東洋紡株式会社 filed Critical 東洋紡株式会社
Publication of WO2017170014A1 publication Critical patent/WO2017170014A1/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
    • 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
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • 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
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/06—Energy recovery
    • 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
    • B01D61/58—Multistep processes
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a fresh water generation system. More specifically, the present invention relates to a fresh water generation system that produces fresh water using a reverse osmosis membrane module.
  • a freshwater production system that produces fresh water from seawater supplies saltwater in seawater by supplying seawater that has been pressurized to a predetermined pressure by a high-pressure pump to a reverse osmosis (RO) membrane module and passing through the RO membrane.
  • RO reverse osmosis
  • This is a system for removing fresh water by removing water.
  • the remaining salt water is discharged from the RO membrane module as concentrated salt water (brine).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-176775 discloses the use of an osmotic pressure power generation system that utilizes osmotic pressure energy of concentrated salt water in such a water production system (seawater desalination apparatus).
  • concentrated salt water DS: draw solution
  • FO Forward Osmosis
  • membrane module semi-permeable membrane generator for power generation
  • FS feed solution
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2014-200708 discloses a similar system in which not only an electric energy recovery device (ERD) such as a water current generator, but also a machine such as a pressure conversion means and a rotation imparting function.
  • ERD electric energy recovery device
  • the use of the formula ERD is also disclosed. It should be noted that the energy consumed by the seawater supply means can be reduced by supplying the energy recovered by such ERD to the seawater supply means such as a pump.
  • low osmotic pressure water supplied to the FO membrane module
  • low-concentration salt water for example, brine, brackish water
  • untreated water containing impurities for example, sewage treated water, River water, industrial wastewater
  • the low osmotic pressure water is also supplied to the FO membrane module of the osmotic pressure power generation system and concentrated in the FO membrane module, it is drained to the river etc., so the production efficiency of fresh water with respect to the total amount of low osmotic pressure water intake Is lower by that amount.
  • providing a system that supplies low osmotic pressure water to the FO membrane module for the osmotic pressure power generation system and a system that supplies low osmotic pressure water to the RO membrane module for desalination increase capital investment. From the viewpoint of etc., it is not desirable.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in a fresh water generation system using an RO membrane module, while increasing the amount of fresh water and suppressing an increase in capital investment, etc., an increase in energy consumption is achieved.
  • the purpose is to suppress.
  • the present invention is a desalination system for producing fresh water from seawater and low osmotic pressure water having a lower osmotic pressure than seawater,
  • a first reverse osmosis membrane module having a first reverse osmosis membrane, separating the fresh water from the seawater via the first reverse osmosis membrane, and discharging concentrated salt water that is the concentrated seawater;
  • a first high pressure pump for supplying the seawater to the first reverse osmosis membrane module; Having a second reverse osmosis membrane, separating the fresh water from the low osmotic pressure water through the second reverse osmosis membrane, and discharging the concentrated low osmotic pressure water which is the concentrated low osmotic pressure water, 2 reverse osmosis membrane module;
  • a second high pressure pump for supplying the low osmotic pressure water to the second reverse osmosis membrane module;
  • a forward osmosis membrane having a forward osmosis membrane, diluti
  • the fresh water generation system further includes an additional energy recovery device that recovers the energy of the concentrated salt water.
  • the present invention in the fresh water generation system using the RO membrane module, it is possible to increase the amount of fresh water and to suppress an increase in energy consumption while suppressing an increase in capital investment.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of the fresh water generation system which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the fresh water generation system which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of the fresh water generation system which concerns on Embodiment 2.
  • the fresh water generation system basically includes a first reverse osmosis (RO) membrane module 11, a first high-pressure pump 31 (HP1), a second reverse osmosis ( RO) membrane module 12, second high-pressure pump 32 (HP2), forward osmosis (FO) membrane module 2, and energy recovery device 5 (ERD).
  • RO reverse osmosis
  • HP1 first high-pressure pump 31
  • HP2 second reverse osmosis
  • HP2 forward osmosis
  • FAD energy recovery device 5
  • seawater that has been pressurized to a predetermined pressure higher than the osmotic pressure of seawater by the first high-pressure pump 31 is supplied to the first RO membrane module 11 and passed through the first RO membrane 11a.
  • Salt and the like in the seawater are removed, and fresh water is taken out.
  • the second high pressure pump 32 supplies the second RO membrane module 12 with low osmotic pressure water that has been boosted to a predetermined pressure higher than the osmotic pressure of the low osmotic pressure water (liquid having a lower osmotic pressure than seawater).
  • salt, impurities and the like of low osmotic pressure water are removed, and fresh water is taken out.
  • fresh water (product water) is produced from both seawater and low osmotic pressure water in this way, so the amount of fresh water can be increased.
  • the detail of the fresh water generation system of this embodiment is demonstrated.
  • seawater is first supplied to the first high-pressure pump 31 by a low-pressure pump (not shown).
  • seawater is boosted to a predetermined pressure by the first high-pressure pump 31 and supplied to the first RO membrane module 11.
  • the predetermined pressure is higher than the osmotic pressure of seawater (about 2.5 to 3 MPa), for example, about 5 to 7 MPa.
  • the first RO membrane module 11 separates fresh water from the seawater pressurized to a predetermined pressure by the first high-pressure pump 31 through the first RO membrane 11a.
  • fresh water for example, a salt content of less than 350 mg / L
  • first RO membrane 11a of the first RO membrane module 11 can be obtained.
  • the separated fresh water is sent to the next purification step as necessary to become production water.
  • the remaining concentrated seawater is discharged from the first RO membrane module 11 as concentrated salt water (brine), and after reducing the pressure to an appropriate pressure supplied to the FO membrane module 2 by a valve (pressure reduction device) 4 or the like, the FO It is supplied to the second chamber 22 of the membrane module 2.
  • a valve pressure reduction device 4 or the like
  • the reduction to the appropriate pressure is performed by increasing the flow resistance by, for example, restricting the valve 4.
  • the low osmotic pressure water is supplied to the second high pressure pump 32 by a low pressure pump (not shown).
  • the “low osmotic pressure water” is a liquid having an osmotic pressure lower than that of seawater. Treated water, river water, industrial wastewater).
  • the low osmotic pressure water is increased to a predetermined pressure by the second high pressure pump 32 and supplied to the second RO membrane module 12.
  • the predetermined pressure is an osmotic pressure of low osmotic pressure water (for example, about 0.1 MPa when the low osmotic pressure water is brine, or 0.05 MPa or less when the low osmotic pressure water is sewage treated water).
  • the higher pressure is, for example, about 0.5 to 3 MPa.
  • the second RO membrane module 12 separates fresh water from the low osmotic pressure water that has been pressurized to a predetermined pressure by the second high-pressure pump 32 via the second RO membrane 12a. In this way, fresh water that has passed through the second RO membrane 12a of the second RO membrane module 12 and from which salt, impurities, and the like have been removed can be obtained.
  • the separated fresh water is sent to the next purification step as necessary to become production water.
  • the remaining concentrated low osmotic pressure water (concentrated low osmotic pressure water) is discharged from the second RO membrane module 12 and supplied to the first chamber 21 of the FO membrane module 2.
  • the shapes of the RO membrane (the first RO membrane 11a and the second RO membrane 12a) and the FO membrane 2a are not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a spiral membrane, and a hollow fiber membrane.
  • the flat film is illustrated as a simplified RO film and FO film, but is not particularly limited to such a shape.
  • hollow fiber membranes can increase the membrane area per module and improve the efficiency of reverse osmosis and forward osmosis compared to spiral type semipermeable membranes. Is advantageous.
  • the material of the RO membrane and the FO membrane is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acetate, polyamide, and polysulfone.
  • the form of the RO membrane module (the first RO membrane module 11, the second RO membrane module 12) and the FO membrane module 2 is not particularly limited.
  • a hollow fiber membrane a module in which the hollow fiber membranes are arranged straight or And a crosswind module in which a hollow fiber membrane is wound around a core tube.
  • a flat membrane a laminated module in which flat membranes are stacked, a spiral module in which flat membranes are enveloped and wound around a core tube, and the like can be mentioned.
  • the FO membrane module 2 includes a forward osmosis membrane (FO membrane) 2a that is a semipermeable membrane, and a first chamber 21 and a second chamber 22 that are partitioned by the FO membrane 2a.
  • FO membrane forward osmosis membrane
  • the concentrated salt water discharged from the first RO membrane module 11 is supplied to the second chamber 22 of the FO module 2.
  • the concentrated low osmotic pressure water discharged from the second RO membrane module 12 is supplied to the first chamber 21 of the FO membrane module 2.
  • the concentrated salt water in the second chamber 22 is diluted with water supplied from the concentrated low osmotic pressure water on the first chamber 21 side via the FO membrane 2a due to the forward osmosis phenomenon, and diluted salt water (diluted concentrated water). Salt water) is discharged from the outlet of the second chamber 22.
  • the concentrated low osmotic pressure water is further concentrated, discharged from the outlet of the first chamber 21, and discharged to the ocean or the like.
  • the flow rate is increased using the drainage of the fresh water treatment by the first RO membrane module 11 and the drainage of the fresh water treatment by the second RO membrane module 12. Dilute brine).
  • the diluted salt water discharged from the second chamber 22 of the forward osmosis membrane module 2 is supplied to the next energy recovery device (ERD) 5. Note that the diluted salt water after the energy is recovered by the ERD 5 is discharged to the ocean or the like after being subjected to drainage treatment.
  • ERD energy recovery device
  • the energy recovery device (ERD) 5 recovers the energy of the diluted salt water that has been increased (pressure increased) in the FO membrane module 2.
  • the energy recovered by the ERD 5 is supplied to at least one of the first high-pressure pump 31, the second high-pressure pump 32, and other facilities as indicated by the white arrow surrounded by a dotted line in FIG.
  • the method of transmitting energy such as motive power and electric power, directly to the 1st high pressure pump 31 or the 2nd high pressure pump 32 is mentioned, for example.
  • energy is transmitted to seawater on the downstream side of the first high-pressure pump 31 (upstream side of the first RO membrane module 11), thereby indirectly reducing the burden on the first high-pressure pump 31.
  • energy may be supplied to the first high-pressure pump 31.
  • the energy recovered by the ERD 5 is supplied to the first high-pressure pump 31 or the second high-pressure pump 32 in the water production system, so that the whole water production system Increase in energy consumption can be suppressed.
  • the energy recovered by the ERD 5 is mainly supplied to other facilities as electric power, it is possible to suppress an increase in energy consumption as a whole including not only the desalination system but also the power supply facilities.
  • Examples of the energy recovery device include a mechanical ERD and an electric ERD.
  • Mechanical ERD is a device that mechanically recovers saltwater energy.
  • Examples of the mechanical ERD include a power transmission type ERD and a pressure transmission type ERD.
  • the power transmission type ERD is a device that collects the flow rate (pressure) energy, etc. of diluted salt water as power.
  • Examples of the power transmission type ERD include a turbocharger or a water turbine that is coaxially coupled to a drive shaft of a high-pressure pump.
  • the pressure transmission type ERD Pressure Exchanger
  • ERD Pressure Exchanger
  • Electrical ERD is a device that collects energy as electricity.
  • Examples of the electric ERD include a water current generator using a turbine or the like.
  • Mechanical ERD has the advantages of less energy conversion loss and higher energy recovery efficiency than electrical ERD. Therefore, the power consumption of the high-pressure pump or the like can be further reduced by adopting the mechanical ERD as the ERD.
  • the electric ERD has an advantage that the degree of freedom of design is high because the generated electricity may be supplied to the high-pressure pump or the like via wiring, and the electricity can be supplied to other facilities.
  • the diluted salt water discharged from the second chamber 22 of the FO membrane module 2 has a high flow rate (pressure) energy.
  • a turbocharger used as the ERD
  • energy can be transmitted as power from the diluted salt water to the low osmotic pressure water on the other side of the turbocharger by sending the diluted salt water to one side of the turbocharger.
  • the low osmotic pressure water can be raised by the turbocharger, and the power consumption of the second high-pressure pump 32 can be reduced by using the flow rate (pressure) energy of the diluted salt water by the ERD.
  • a turbocharger has an advantage that it is suitable for mass processing because it has a wider flow rate range than water turbines that are coaxially coupled to the drive shaft of a high-pressure pump.
  • a buffer water wheel, a reaction water wheel, etc. can be used as a water wheel.
  • the buffer turbine include a Pelton turbine, a targo impulse turbine, and a cross flow turbine. Among these, it is preferable to use a Pelton turbine from the viewpoint of recovery efficiency and ease of maintenance.
  • a clutch may be provided between the high pressure pump (the first high pressure pump 31 or the second high pressure pump 32) and the water wheel (ERD5).
  • the clutch in the initial state from the start of the fresh water generation system to the steady state, the clutch can be disengaged so that the water turbine does not become a load of the high-pressure pump even in the initial state.
  • the pressure transmission ERD recovers the energy of the flow pressure of the diluted salt water discharged from the second chamber 22 of the FO membrane module 2, and uses the recovered energy as a high-pressure pump (the first high-pressure pump 31 or the second high-pressure pump 32). ). Specifically, for example, a part of the flow pressure of the diluted salt water is transmitted as pressure to low osmotic pressure water in a branch channel (not shown) connecting the upstream side and the downstream side of the high pressure pump. Can be reduced.
  • the pressure transmission type ERD generally has a smaller conversion loss and superior energy recovery efficiency than the power transmission type ERD.
  • voltage-risen by pressure transmission type ERD is pressure
  • the flow rate (pressure) energy (also referred to as osmotic pressure energy) of the concentrated salt water discharged from the first RO membrane module 11 can be recovered by the FO membrane module 2 and the energy recovery device 5 described above.
  • the numerical value enclosed with the dotted line has shown an example of the salt concentration in each site
  • the flow rate of the diluted salt water discharged from the FO membrane module 2 is significantly increased with respect to the flow rate of the concentrated salt water supplied to the FO membrane module 2.
  • ERD that can mainly recover flow energy
  • ERD preferable as ERD5 the above-described power transmission type ERD or electric type ERD can be suitably used.
  • the fresh water generation system according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that an additional energy recovery device (ERD) 51 is further provided.
  • the ERD 51 recovers the energy (pressure energy) of the concentrated salt water discharged from the first RO membrane module 11. Since the other points are the same as those in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
  • the energy recovered by the additional ERD 51 is supplied to the first high-pressure pump 31 as indicated by a dotted arrow in FIG.
  • energy may be supplied to the second high-pressure pump 32, other facilities, and the like.
  • the energy recovered by the ERD 5 is other than the first high-pressure pump 31. It is preferably supplied to (second high-pressure pump 32 or other facility).
  • the numerical value enclosed with the dotted line has shown an example of the salt concentration, the pressure, and the flow volume in each site
  • ERD51 when collect
  • ERD that can recover pressure energy from the concentrated seawater without reducing the flow rate
  • ERD the above-described pressure transmission type ERD can be suitably used.
  • the pressure energy can be recovered from the concentrated seawater in the ERD 51 without reducing the flow energy of the diluted brine recovered in the ERD 5. That is, in the first embodiment, an energy loss corresponding to the pressure that is reduced by the valve (pressure reduction device) 4 or the like occurs in the appropriate pressure supplied to the FO membrane module 2. In the present embodiment, such energy is lost. Loss can be recovered as pressure energy. For this reason, energy can be recovered more efficiently while maintaining the amount of water produced, and an increase in energy consumption can be further suppressed than in the first embodiment.
  • First reverse osmosis membrane module (first RO membrane module), 11a First RO membrane, 12 Second reverse osmosis membrane module (second RO membrane module), 12a Second RO membrane, 2 Forward osmosis membrane module (FO membrane module), 2a FO membrane, 21 first chamber, 22 second chamber, 31 first high pressure pump, 32 second high pressure pump, 4 valves (pressure reduction device), 5, 51 energy recovery device (ERD).
  • first RO membrane module First RO membrane module
  • second RO membrane module Second reverse osmosis membrane module
  • FO membrane module 2 Forward osmosis membrane module
  • FO membrane module 21 first chamber, 22 second chamber, 31 first high pressure pump, 32 second high pressure pump, 4 valves (pressure reduction device), 5, 51 energy recovery device (ERD).

Landscapes

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

Abstract

本発明は、海水、および、海水より浸透圧が低い低浸透圧水から、淡水を生産する造水システムであって、第１逆浸透膜を有し、海水から第１逆浸透膜を介して淡水を分離し、濃縮された海水である濃縮塩水を排出する、第１逆浸透膜モジュールと、海水を第１逆浸透膜モジュールに供給する第１高圧ポンプと、第２逆浸透膜を有し、低浸透圧水から第２逆浸透膜を介して淡水を分離し、濃縮された低浸透圧水である濃縮低浸透圧水を排出する、第２逆浸透膜モジュールと、低浸透圧水を第２逆浸透膜モジュールに供給する第２高圧ポンプと、正浸透膜を有し、濃縮塩水を正浸透膜を介して濃縮低浸透圧水から供給される水によって希釈し、希釈された濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、希釈塩水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置と、を備える。

Description

造水システム
　本発明は、造水システムに関する。より詳細には、逆浸透膜モジュールを用いて淡水を生産する造水システムに関する。
　海水から淡水を生産する造水システムは、高圧ポンプによって所定の圧力に昇圧された海水を逆浸透（ＲＯ：Reverse　Osmosis）膜モジュールに供給し、ＲＯ膜を通過させることで、海水中の塩分等を除去して淡水を取り出すシステムである。残りの塩水は、濃縮塩水（ブライン）としてＲＯ膜モジュールから排出される。
　特許文献１（特開２００３－１７６７７５号公報）には、このような造水システム（海水淡水化装置）において、濃縮塩水の浸透圧エネルギーを利用した浸透圧発電システムを用いることが開示されている。この海水淡水化装置では、正浸透（ＦＯ：Forward　Osmosis）膜モジュール（発電用半透膜透過器）の半透膜の一方側に、淡水を取り出した後の濃縮塩水（ＤＳ：ドロー溶液）を流し、半透膜の他方側に、海水よりも浸透圧が低い低浸透圧水（ＦＳ：フィード溶液）を流すことで、正浸透現象によって濃縮海水側の流量を増加させ、増加した流量で水流発電機を駆動させて発電を行う。
　また、特許文献２（特開２０１４－２００７０８号公報）には、同様のシステムにおいて、水流発電機などの電気式のエネルギー回収装置（ＥＲＤ）だけでなく、圧力変換手段、回転付与機能などの機械式のＥＲＤを用いることも開示されている。なお、このようなＥＲＤによって回収されたエネルギーを、ポンプなどの海水供給手段に供給することで、海水供給手段の消費エネルギーを低減させることができる。
　なお、上記ＦＯ膜モジュールに供給される低浸透圧水（ＦＳ）としては、海水よりも濃度の低い低濃度塩水（例えば、かん水、汽水）、不純物を含む未処理水（例えば、下水処理水、河川水、工業排水）などが用いられる。
特開２００３－１７６７７５号公報 特開２０１４－２００７０８号公報
　従来の浸透圧発電システムを備えた造水システムにおいて、造水量を増加させるためには、海水だけでなく低浸透圧水からも、別途、ＲＯ膜モジュールを用いて水を製造することが望ましい。
　しかし、低浸透圧水は、浸透圧発電システムのＦＯ膜モジュールにも供給され、ＦＯ膜モジュールで濃縮された後に河川等に排水されるため、低浸透圧水の取水量全体に対する淡水の生産効率はその分低くなる。また、低浸透圧水を浸透圧発電システム用のＦＯ膜モジュールに供給するシステムと、低浸透圧水を造水用のＲＯ膜モジュールに供給するシステムとを別々に設けることは、設備投資の増大等の面から望ましくない。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＲＯ膜モジュールを用いた造水システムにおいて、造水量を増加させると共に、設備投資の増大等を抑制しつつ、エネルギー消費量の増加を抑制することを目的とする。
　本発明は、海水、および、海水より浸透圧が低い低浸透圧水から、淡水を生産する造水システムであって、
　第１逆浸透膜を有し、前記海水から前記第１逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、第１逆浸透膜モジュールと、
　前記海水を前記第１逆浸透膜モジュールに供給する第１高圧ポンプと、
　第２逆浸透膜を有し、前記低浸透圧水から前記第２逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記低浸透圧水である濃縮低浸透圧水を排出する、第２逆浸透膜モジュールと、
　前記低浸透圧水を前記第２逆浸透膜モジュールに供給する第２高圧ポンプと、
　正浸透膜を有し、前記濃縮塩水を前記正浸透膜を介して前記濃縮低浸透圧水から供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、
　前記希釈塩水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置と、を備える、造水システムである。
　上記の造水システムは、さらに、前記濃縮塩水のエネルギーを回収する追加のエネルギー回収装置を備えることが好ましい。
　本発明によれば、ＲＯ膜モジュールを用いた造水システムにおいて、造水量を増加させると共に、設備投資の増大等を抑制しつつ、エネルギー消費量の増加を抑制することができる。
実施形態１に係る造水システムの構成を示す模式図である。 実施形態２に係る造水システムの構成を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。
　（実施形態１）
　図１に示されるように、本発明の実施形態１に係る造水システムは、基本的に、第１逆浸透（ＲＯ）膜モジュール１１、第１高圧ポンプ３１（ＨＰ１）、第２逆浸透（ＲＯ）膜モジュール１２、第２高圧ポンプ３２（ＨＰ２）、正浸透（ＦＯ）膜モジュール２、および、エネルギー回収装置５（ＥＲＤ）を備えている。
　本実施形態の造水システムにおいては、第１高圧ポンプ３１によって、海水の浸透圧より高い所定の圧力に昇圧された海水を第１ＲＯ膜モジュール１１に供給し、第１ＲＯ膜１１ａを通過させることで、海水中の塩分等が除去され、淡水が取り出される。また、第２高圧ポンプ３２によって、低浸透圧水（海水より浸透圧が低い液）の浸透圧より高い所定の圧力に昇圧された低浸透圧水を第２ＲＯ膜モジュール１２に供給し、第２ＲＯ膜１２ａを通過させることで、低浸透圧水の塩分、不純物等が除去され、淡水が取り出される。
　本実施形態の造水システムでは、このようにして、海水および低浸透圧水の両方から、淡水（生産水）が生産されるため、造水量を増加させることができる。以下、本実施形態の造水システムの詳細について説明する。
　（第１ＲＯ膜モジュール）
　本実施形態の造水システムにおいて、海水は、まず、低圧ポンプ（図示せず）により第１高圧ポンプ３１に供給される。
　次に、第１高圧ポンプ３１により海水が所定の圧力に昇圧され、第１ＲＯ膜モジュール１１へ供給される。ここで、所定の圧力は、海水の浸透圧（約２．５～３ＭＰａ）より高い圧力であり、例えば、５～７ＭＰａ程度である。
　第１ＲＯ膜モジュール１１は、第１高圧ポンプ３１によって所定の圧力に昇圧された海水から第１ＲＯ膜１１ａを介して淡水を分離する。こうして第１ＲＯ膜モジュール１１の第１ＲＯ膜１１ａを透過した淡水（例えば、塩分含量３５０ｍｇ／Ｌ未満）を得ることができる。
　分離された淡水は、必要により次の精製工程等に送られて生産水となる。残りの濃縮された海水は、濃縮塩水（ブライン）として第１ＲＯ膜モジュール１１から排出され、バルブ（圧力低下装置）４等によりＦＯ膜モジュール２に供給される適正圧力に圧力を低下させ後に、ＦＯ膜モジュール２の第２室２２に供給される。なお、適正圧力への低下は、バルブ４を絞る等により、流動抵抗を増加することで実施される。
　（第２ＲＯ膜モジュール）
　一方、低浸透圧水は、低圧ポンプ（図示せず）によって、第２高圧ポンプ３２に供給される。なお、「低浸透圧水」とは、海水より浸透圧が低い液であり、例えば、海水よりも濃度の低い低濃度塩水（例えば、かん水、汽水）、不純物を含む未処理水（例えば、下水処理水、河川水、工業排水）などが挙げられる。
　次に、第２高圧ポンプ３２により低浸透圧水が所定の圧力に昇圧され、第２ＲＯ膜モジュール１２へ供給される。ここで、所定の圧力は、低浸透圧水の浸透圧（例えば、低浸透圧水がかん水である場合は約０．１ＭＰａ、低浸透圧水が下水処理水である場合は０．０５ＭＰａ以下）より高い圧力であり、例えば、０．５～３ＭＰａ程度である。
　第２ＲＯ膜モジュール１２は、第２高圧ポンプ３２によって所定の圧力に昇圧された低浸透圧水から第２ＲＯ膜１２ａを介して淡水を分離する。こうして第２ＲＯ膜モジュール１２の第２ＲＯ膜１２ａを透過し、塩分、不純物等が除去された淡水を得ることができる。
　分離された淡水は、必要により次の精製工程等に送られて生産水となる。残りの濃縮された低浸透圧水（濃縮低浸透圧水）は、第２ＲＯ膜モジュール１２から排出され、ＦＯ膜モジュール２の第１室２１に供給される。
　なお、ＲＯ膜（第１ＲＯ膜１１ａ，第２ＲＯ膜１２ａ）およびＦＯ膜２ａの形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図１では、ＲＯ膜およびＦＯ膜として平膜を簡略化して描いているが、特にこのような形状に限定されるものではない。なお、中空糸膜（中空糸型半透膜）は、スパイラル型半透膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、逆浸透および正浸透の効率を高めることができる点で有利である。
　ＲＯ膜およびＦＯ膜の材質としては、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース、ポリアミドまたはポリスルホンが挙げられる。
　また、ＲＯ膜モジュール（第１ＲＯ膜モジュール１１，第２ＲＯ膜モジュール１２）およびＦＯ膜モジュール２の形態としては、特に限定されないが、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置したモジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。
　（ＦＯ膜モジュール）
　ＦＯ膜モジュール２は、半透膜である正浸透膜（ＦＯ膜）２ａと、ＦＯ膜２ａで仕切られた第１室２１および第２室２２を有している。
　上述のとおり、ＦＯモジュール２の第２室２２には、第１ＲＯ膜モジュール１１から排出された濃縮塩水が供給される。一方、ＦＯ膜モジュール２の第１室２１には、第２ＲＯ膜モジュール１２から排出された濃縮低浸透圧水が供給される。
　これにより、第２室２２内の濃縮塩水は、正浸透現象によりＦＯ膜２ａを介して第１室２１側の濃縮低浸透圧水から供給される水によって希釈され、希釈塩水（希釈された濃縮塩水）が第２室２２の流出口から排出される。なお、濃縮低浸透圧水はさらに濃縮されて、第１室２１の流出口から排出され、海洋等へ排出される。
　このように、ＦＯ膜モジュール２では、第１ＲＯ膜モジュール１１による造水処理の排液と、第２ＲＯ膜モジュール１２による造水処理の排液を利用して、流量が増加した（流量エネルギーが高められた）希釈塩水を得ることができる。
　正浸透膜モジュール２の第２室２２から排出される希釈塩水は、次のエネルギー回収装置（ＥＲＤ）５に供給される。なお、ＥＲＤ５でエネルギーが回収された後の希釈塩水は、排水処理が施された後、海洋等へ排出される。
　（エネルギー回収装置）
　エネルギー回収装置（ＥＲＤ）５は、ＦＯ膜モジュール２において増量された（圧力が高められた）希釈塩水のエネルギーを回収する。
　ＥＲＤ５によって回収されたエネルギーは、図１に点線で囲まれた白矢印で示されるように、第１高圧ポンプ３１、第２高圧ポンプ３２、および、他の施設の少なくともいずれかに供給される。
　なお、エネルギーを供給する方法の具体例としては、例えば、第１高圧ポンプ３１または第２高圧ポンプ３２に直接、動力、電力等のエネルギーを伝達する方法が挙げられる。ただし、これに限られず、例えば、第１高圧ポンプ３１の下流側（第１ＲＯ膜モジュール１１の上流側）の海水にエネルギーを伝達し、第１高圧ポンプ３１の負担を軽減することで、間接的にエネルギーを第１高圧ポンプ３１に供給してもよい。
　本実施形態においては、システム全体の造水量を増加させると共に、ＥＲＤ５によって回収されたエネルギーを、造水システム内の第１高圧ポンプ３１または第２高圧ポンプ３２に供給することで、造水システム全体のエネルギー消費量の増加を抑制することができる。
　また、ＥＲＤ５によって回収されたエネルギーを主に電力として他の施設に供給する場合も、造水システムだけでなく電力供給施設等も含めた全体として、エネルギー消費量の増加を抑制することができる。
　エネルギー回収装置（ＥＲＤ）としては、例えば、機械式のＥＲＤ、または、電気式のＥＲＤが挙げられる。
　機械式のＥＲＤは、塩水のエネルギーを機械的に回収する装置である。機械式のＥＲＤとしては、例えば、動力伝達式ＥＲＤまたは圧力伝達式ＥＲＤが挙げられる。
　動力伝達式ＥＲＤは、希釈塩水の流量（圧力）エネルギー等を動力として回収する装置である。動力伝達式ＥＲＤとしては、例えば、ターボチャージャー、または、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車が挙げられる。
　圧力伝達式ＥＲＤ（Pressure　Exchanger）は、希釈塩水の圧力を低浸透圧水の圧力に変換する装置である。
　電気式のＥＲＤは、電気としてエネルギーを回収する装置である。電気式のＥＲＤとしては、タービン等を用いた水流発電機などが挙げられる。
　機械式のＥＲＤは、電気式のＥＲＤよりもエネルギー変換ロスが少なく、エネルギー回収効率が高いという利点がある。したがって、ＥＲＤとして機械式のＥＲＤを採用することにより、高圧ポンプ等の消費動力をより削減することができる。
　一方、電気式のＥＲＤは、発電した電気を高圧ポンプ等へ配線を介して供給すればよく、電気を他の施設へ供給することもできるため、設計の自由度が高いという利点がある。
　ＦＯ膜モジュール２の第２室２２から排出される希釈塩水は、高い流量（圧力）エネルギーを有している。このため、例えば、ＥＲＤとしてターボチャージャーを用いる場合、希釈塩水をターボチャージャーの一方側へ送ることで、希釈塩水からターボチャージャーの他方側の低浸透圧水へ動力としてエネルギーを伝達することができる。これにより、ターボチャージャーによって低浸透圧水を昇圧させることができ、ＥＲＤによって、希釈塩水の流量（圧力）エネルギーを利用して、第２高圧ポンプ３２の消費動力を低減させることができる。
　なお、一般に、ターボチャージャーは、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車などに比べて、処理可能な流量範囲が広いため、大量処理に適しているという利点がある。
　また、ＥＲＤとして、第１高圧ポンプ３１または第２高圧ポンプ３２の駆動軸（モータ軸）と同軸上に結合された水車を用いる場合、水車としては、緩衝水車、反動水車などを用いることができる。緩衝水車としては、例えば、ペルトン水車、ターゴインパルス水車、クロスフロー水車などが挙げられる。これらの中でも、回収効率やメンテナンスの容易性の観点から、ペルトン水車を用いることが好ましい。
　なお、高圧ポンプ（第１高圧ポンプ３１または第２高圧ポンプ３２）と水車（ＥＲＤ５）との間にクラッチを設けてもよい。これにより、造水システムを始動してから定常状態に至る初期状態において、クラッチを切ることで、初期状態においても水車が高圧ポンプの負荷とならないようにすることができる。
　また、圧力伝達式ＥＲＤは、ＦＯ膜モジュール２の第２室２２から排出された希釈塩水の流れ圧力のエネルギーを回収し、回収したエネルギーを高圧ポンプ（第１高圧ポンプ３１または第２高圧ポンプ３２）に供給する。具体的には、例えば、希釈塩水の流れ圧力の一部が、高圧ポンプの上流側と下流側を接続する分岐流路（図示せず）内の低浸透圧水に圧力として伝達され、高圧ポンプの負荷を低減することができる。
　圧力伝達式ＥＲＤは、一般に動力伝達式ＥＲＤよりも変換ロスが小さくエネルギー回収効率に優れている。なお、圧力伝達式ＥＲＤで昇圧された低浸透圧水は、必要に応じて、ブースターポンプを用いて高圧ポンプによって昇圧された低浸透圧水と同じ圧力まで昇圧される。
　上述のＦＯ膜モジュール２およびエネルギー回収装置５により、第１ＲＯ膜モジュール１１から排出された濃縮塩水の流量（圧力）エネルギー（浸透圧エネルギーともいえる）を回収することができる。
　なお、図１において、点線で囲まれた数値は、本実施形態の造水システムの運転状態における、造水システムの各部位における塩濃度、圧力および流量の一例を示している。このように、本実施形態においては、ＦＯ膜モジュール２に供給される濃縮塩水の流量に対して、ＦＯ膜モジュール２から排出される希釈塩水の流量が大幅に増加している。主として、この希釈塩水の増大した流量エネルギーを回収することで、エネルギー消費量の増加を抑制することができる。
　なお、主に流量エネルギーを回収できるＥＲＤ（ＥＲＤ５として好ましいＥＲＤ）としては、例えば、上述の動力伝達式のＥＲＤ、または、電気式のＥＲＤを好適に用いることができる。
　（実施形態２）
　図２に示されるように、本発明の実施形態２に係る造水システムは、さらに、追加のエネルギー回収装置（ＥＲＤ）５１を備える点で実施形態１とは異なる。このＥＲＤ５１は、第１ＲＯ膜モジュール１１から排出された濃縮塩水のエネルギー（圧力エネルギー）を回収する。それ以外の点は、実施形態１と同様であるため重複する説明については省略する。
　本実施形態において、追加のＥＲＤ５１で回収されたエネルギーは、図２に点線矢印で示されるように、第１高圧ポンプ３１に供給される。ただし、ＥＲＤ５と同様に、第２高圧ポンプ３２、他の施設などにエネルギーが供給されてもよい。
　回収されたエネルギーを効率的に分配するためには、例えば、追加のＥＲＤ５１で回収されたエネルギーが第１高圧ポンプ３１に供給される場合は、ＥＲＤ５で回収されたエネルギーは第１高圧ポンプ３１以外（第２高圧ポンプ３２または他の施設）に供給されることが好ましい。
　なお、図２において、点線で囲まれた数値は、本実施形態の造水システムの運転状態における、造水システムの各部位における塩濃度、圧力および流量の一例を示している。このように、ＥＲＤ５１において、第１ＲＯ膜モジュール１１から排出された後も高い圧力を維持している濃縮海水から圧力エネルギーを回収する場合、ＦＯ膜モジュール２から排出される希釈塩水の流量は低下しない。また、第１ＲＯ膜モジュール１１および第２ＲＯ膜モジュール１２の造水量も低下しない。
　なお、流量を低下させずに濃縮海水から圧力エネルギーを回収できるＥＲＤ（ＥＲＤ５１として好ましいＥＲＤ）としては、例えば、上述の圧力伝達式のＥＲＤを好適に用いることができる。
　したがって、本実施形態においては、ＥＲＤ５で回収される希釈塩水の流量エネルギーを低下させることなく、ＥＲＤ５１において濃縮海水から圧力エネルギーを回収できる。すなわち、実施形態１では、ＦＯ膜モジュール２に供給される適正圧力にバルブ（圧力低下装置）４等により低下させる圧力分のエネルギーロスが生じるのに対して、本実施形態では、このようなエネルギーロスを圧力エネルギーとして回収することができる。このため、造水量を維持しつつ、より効率的にエネルギーを回収し、実施形態１よりもさらにエネルギー消費量の増加を抑制することができる。
　１１　第１逆浸透膜モジュール（第１ＲＯ膜モジュール）、１１ａ　第１ＲＯ膜、１２　第２逆浸透膜モジュール（第２ＲＯ膜モジュール）、１２ａ　第２ＲＯ膜、２　正浸透膜モジュール（ＦＯ膜モジュール）、２ａ　ＦＯ膜、２１　第１室、２２　第２室、３１　第１高圧ポンプ、３２　第２高圧ポンプ、４　バルブ（圧力低下装置）、５，５１　エネルギー回収装置（ＥＲＤ）。

Claims (2)

  1. 　海水、および、海水より浸透圧が低い低浸透圧水から、淡水を生産する造水システムであって、
    　第１逆浸透膜を有し、前記海水から前記第１逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記海水である濃縮塩水を排出する、第１逆浸透膜モジュールと、
    　前記海水を前記第１逆浸透膜モジュールに供給する第１高圧ポンプと、
    　第２逆浸透膜を有し、前記低浸透圧水から前記第２逆浸透膜を介して前記淡水を分離し、濃縮された前記低浸透圧水である濃縮低浸透圧水を排出する、第２逆浸透膜モジュールと、
    　前記低浸透圧水を前記第２逆浸透膜モジュールに供給する第２高圧ポンプと、
    　正浸透膜を有し、前記濃縮塩水を前記正浸透膜を介して前記濃縮低浸透圧水から供給される水によって希釈し、希釈された前記濃縮塩水である希釈塩水を排出する、正浸透膜モジュールと、
    　前記希釈塩水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置と、を備える、造水システム。
  2. 　さらに、前記濃縮塩水のエネルギーを回収する追加のエネルギー回収装置を備える、請求項１に記載の造水システム。
PCT/JP2017/011341 2016-03-28 2017-03-22 造水システム WO2017170014A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016064202A JP6658199B2 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 造水システム
JP2016-064202 2016-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017170014A1 true WO2017170014A1 (ja) 2017-10-05

Family

ID=59964409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/011341 WO2017170014A1 (ja) 2016-03-28 2017-03-22 造水システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6658199B2 (ja)
WO (1) WO2017170014A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024095041A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 Blue Planet Technologies WLL Minimal liquid discharge desalination systems using integrated membrane processes

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6965680B2 (ja) * 2017-10-13 2021-11-10 東洋紡株式会社 海水淡水化方法および海水淡水化システム
JP7106125B2 (ja) * 2019-04-16 2022-07-26 株式会社ササクラ 濃縮システム及び濃縮方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012170880A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Hitachi Plant Technologies Ltd 海水淡水化システム及び海水淡水化方法
US20130160435A1 (en) * 2010-05-20 2013-06-27 Ohl Medio Ambiente, Inima, S.A.U. Process for the production of hydraulic energy and production of potable water by direct osmosis
JP2014200708A (ja) * 2013-04-02 2014-10-27 協和機電工業株式会社 塩水淡水装置
JP2016040030A (ja) * 2014-08-12 2016-03-24 株式会社クラレ 水処理システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130160435A1 (en) * 2010-05-20 2013-06-27 Ohl Medio Ambiente, Inima, S.A.U. Process for the production of hydraulic energy and production of potable water by direct osmosis
JP2012170880A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Hitachi Plant Technologies Ltd 海水淡水化システム及び海水淡水化方法
JP2014200708A (ja) * 2013-04-02 2014-10-27 協和機電工業株式会社 塩水淡水装置
JP2016040030A (ja) * 2014-08-12 2016-03-24 株式会社クラレ 水処理システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024095041A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 Blue Planet Technologies WLL Minimal liquid discharge desalination systems using integrated membrane processes

Also Published As

Publication number Publication date
JP6658199B2 (ja) 2020-03-04
JP2017176929A (ja) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6965680B2 (ja) 海水淡水化方法および海水淡水化システム
JP7428127B2 (ja) 膜分離装置、造水システム、膜分離方法および造水方法
EP2693050B1 (en) Concentration difference power generation device and method for operating same
AU2010325544B2 (en) Reciprocal enhancement of reverse osmosis and forward osmosis
WO2018084246A1 (ja) 濃縮方法および濃縮装置
WO2017170014A1 (ja) 造水システム
JP2005279540A (ja) 淡水化装置
WO2019208645A1 (ja) 水処理装置
KR101817685B1 (ko) 압력지연삼투 기술을 이용한 해수담수화 시스템
JP6690547B2 (ja) 造水システムおよび造水方法
WO2017170013A1 (ja) 造水システム
JP2002085941A (ja) 造水方法および造水装置
JP2016097331A (ja) 造水システムおよび造水方法
WO2014133101A1 (ja) 脱塩水の製造方法
JP3375070B2 (ja) 膜処理装置および造水方法
JP2018012069A (ja) 水処理システム
WO2022059737A1 (ja) 海水淡水化システム
WO2016006344A1 (ja) 淡水化システム
JP7564531B2 (ja) 被処理液の膜処理方法および装置
WO2023017778A1 (ja) 膜分離システム
JP2002336855A (ja) 造水装置および造水方法
WO2024052721A1 (en) Saline water treatment pre-treatment or treatment system
WO2024095041A1 (en) Minimal liquid discharge desalination systems using integrated membrane processes
WO2022178217A1 (en) Systems and methods providing for reducing energy and equipment required in progressive nanofiltration concentration
CN117185552A (zh) 一种反渗透海水淡化与能量回收系统及其海水淡化方法

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

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

Ref document number: 17774555

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17774555

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1