多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法
【課題】高品質な生産水を得ることができる直列形式の多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法を提供する。
【解決手段】原水１１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、高圧とされた高圧供給水１２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜１３ａを備えた高圧逆浸透装置１３と、透過水１４を後流側に供給する透過水ラインＬ2に介装され、前記起動初期の透過水１４を一時的に排水水ラインＬ6から排水する第１の排水弁２１と、前記第１の排水弁２１の下流側の透過水ラインＬ3に介装され、透過水１４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜１６ａを備えた低圧逆浸透装置１６と、前記低圧逆浸透装置１６の濃縮水側の排出ラインＬ5に介装され、低圧逆浸透装置１６に供給する起動初期の低圧供給水１５を一時的に排出する第２の排水弁２２とを具備する。
【解決手段】原水１１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、高圧とされた高圧供給水１２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜１３ａを備えた高圧逆浸透装置１３と、透過水１４を後流側に供給する透過水ラインＬ2に介装され、前記起動初期の透過水１４を一時的に排水水ラインＬ6から排水する第１の排水弁２１と、前記第１の排水弁２１の下流側の透過水ラインＬ3に介装され、透過水１４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜１６ａを備えた低圧逆浸透装置１６と、前記低圧逆浸透装置１６の濃縮水側の排出ラインＬ5に介装され、低圧逆浸透装置１６に供給する起動初期の低圧供給水１５を一時的に排出する第２の排水弁２２とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水から逆浸透法により高品質の生産水を得ることができる多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より海水から真水を得る方法として、海水を蒸発させる蒸発法と、海水に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す逆浸透法とがある。
後者の逆浸透法は、蒸発法よりエネルギー効率に優れている反面、ＲＯ膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理（原水である海水中の濁質分を除去する「ＵＦ膜（限外濾過膜）」又は「ＭＦ膜（精密濾過膜）」で処理）する必要があること等、メンテナンス等にコストがかかることが問題とされている。
【０００３】
また、逆浸透法は、蒸発法並みの水質を得ることは困難であるので、高純度の水質を得るためには、複数段の逆浸透を組み合わせる必要がある。
ここで、従来の逆浸透法の多段海水淡水化装置の一例を図１０に示す。
図１０に示すように、従来の多段海水淡水化装置１００は、前処理により濁質分を除去した原水（海水）１０１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、前記高圧ポンプＰ1により高圧とされた高圧供給水１０２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜１０３ａを備えた高圧逆浸透装置１０３と、前記高圧逆浸透装置１０３を透過した透過水１０４を一時的に貯蔵する中間タンク１１０と、前記中間タンク１１０から供給された透過水１０４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１０５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜１０６ａを備え、生産水（淡水）１０７を得る低圧逆浸透装置１０６とを具備するものである。ここで、中間タンク１１０では、常圧に戻しているので、大気開放となり、システム停止時においては、ｐＨ調整剤を添加して透過水１０４のｐＨを調整し、微生物汚染の防止をしている（非特許文献１：「福岡県地区水道企業団：海水淡水化の仕組み」参照）。
ここで、図１０中、符号１０３ｂは高圧逆浸透装置１０３からの濃縮水、１０６ｂは低圧逆浸透装置１０６からの濃縮水を図示する。
【０００４】
【非特許文献１】「福岡県地区水道企業団：海水淡水化の仕組み」〈ＵＲＬ： http://www.f-suiki.or.jp/seawater/facilities/mechanism.php〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来では、複数段の逆浸透装置を組み合わせる場合、図１０に示すように、通常間に中間タンク１１０をおいて運転するが、中間タンク１１０は微生物汚染の原因になる可能性があるので、常にｐＨ調整剤１１１の添加が必要となる。
また、このｐＨ調整剤１１１を添加した透過水は起動に際して、廃棄する必要があるので、廃棄した分、生産水１０７の転換率の低下となり、問題である。
さらに、この廃棄に伴い、システム起動時にタイムリーに生産水１０７を供給することができない、という問題もある。
【０００６】
そこで、中間タンク１１０を排除することも考えられるが、複数段組み合わせる場合には、後段側（低圧逆浸透装置１０６）の濃縮水１０６ｂは塩濃度が前段側の高圧供給水１０２の塩濃度より小さいため、後段側の濃縮水１０６ｂを前段側の供給水側に戻すようにして循環運転する場合には、高圧供給水１０２側の塩濃度が小さくなり、浸透圧が小さくなるため、運転圧力が小さくなることとなり、この結果中間タンク１１０なしで直結することは、起動時の圧力変動が大きく、安定した起動運転が困難である、という問題がある。
【０００７】
さらに、前段側に塩素耐性を持つ高圧ＲＯ膜を設け、後段側に塩素耐性を持たないＲＯ膜を設けるような組合せのシステムの場合には、後段側の濃縮水１０６ｂを前段側の高圧供給水１０２側に戻す場合、前段の塩素殺菌が困難となるという問題がある。
【０００８】
また、海水淡水化装置を設置するような離島や砂漠地帯においては、大量（２０００〜５０００ｔ／日）にしかも安定して生産水を供給できる淡水化の技術が必要となる。
さらに、砂漠地帯に設置されるような化学プラント等に用いる水質は、飲料水（塩分濃度が２５０ｐｐｍ以下）よりも更なる高品質な塩分含有量（例えば５ｐｐｍ以下の純水）とすることが求められている場合がある。
【０００９】
よって、複数段のＲＯ膜を有する逆浸透法において、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除して微生物汚染を回避すると共に、直列での起動及び運転が可能となる多段海水淡水化装置の出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、海水から逆浸透法により高品質な生産水を得ることができる直列形式の多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水を供給する原水ラインに介装され、原水を所定の高圧力とする高圧ポンプと、前記高圧ポンプにより高圧とされた高圧供給水中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜を備えた高圧逆浸透装置と、前記高圧逆浸透装置を透過した透過水を後流側に供給する透過水ラインに介装され、前記起動初期の透過水を一時的に排水する第１の排水弁と、前記第１の排水弁の下流側の透過水ラインに介装され、透過水を所定の低圧力とする低圧ポンプと、前記低圧ポンプにより低圧とされた低圧供給水中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜を備えた低圧逆浸透装置と、前記低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁とを具備することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記低圧逆浸透装置が複数台設置され、各々の低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁を具備することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記低圧逆浸透装置からの濃縮水を上流側に返送する返送ラインを有することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記高圧逆浸透装置が塩素耐性を有する膜であることを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１又は２の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の起動初期の際に、原水を高圧逆浸透装置に供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した透過水を一時的に第１の排水弁により排水する工程と、透過水が低圧ポンプの入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁を閉じつつ、透過水を低圧逆浸透装置側に全量供給する工程と、前記低圧逆浸透装置に供給された起動初期の低圧供給水を一時的に第２の排水弁により排水する工程と、第２の排水弁を閉めつつ、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１６】
第６の発明は、第４の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を添加した後、一時的に第２の排水弁により還元剤を含む低圧供給水を排水する工程と、所定の殺菌運転が終了した後に、原水に第１の還元剤供給部から還元剤を添加し、第２の還元剤供給部からの還元剤の添加を停止し、通常運転に切り換える切替工程と、第２の排水弁を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１７】
第７の発明は、第６の発明において、前記殺菌運転が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１８】
第８の発明は、第４の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位計で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤を低圧供給水に供給する中和工程と、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、生産水を生産する工程と、殺菌運転終了後、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１９】
第９の発明は、第８の発明において、前記殺菌運転時及び定格運転時に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数段のＲＯ膜を有する逆浸透法において、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除して、停止時の微生物汚染を回避すると共に、直列での起動及び運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２２】
本発明による実施例１に係る多段海水淡水化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ａは、原水（例えば海水）１１を供給する原水ラインＬ1に介装され、原水１１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、前記高圧ポンプＰ1により高圧とされた高圧供給水１２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜（高圧ＲＯ膜）１３ａを備えた高圧逆浸透装置１３と、前記高圧逆浸透装置１３を透過した透過水１４を後流側に供給する透過水ラインＬ2に介装され、前記起動初期の透過水１４を一時的に排出ラインＬ6から排水する第１の排水弁２１と、前記第１の排水弁２１の下流側の透過水ラインＬ3に介装され、透過水１４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜（低圧ＲＯ膜）１６ａを備えた低圧逆浸透装置１６と、前記低圧逆浸透装置１６の濃縮水側の排出ラインＬ5に介装され、低圧逆浸透装置１６に供給する起動初期の低圧供給水１５を一時的に排出する第２の排水弁２２とを具備するものである。
なお、原水を濾過する場合には、従来と同様に、海水中の濁質分を除去するＵＦ膜（限外濾過膜）又はＭＦ膜（精密濾過膜）等を用いて前処理するようにすればよい。
ここで、図１中、符号１３ｂは高圧逆浸透装置１３からの濃縮水、１６ｂは低圧逆浸透装置１６からの濃縮水、１８は生産水ラインＬ7に介装され、規定値以下の生産水１７ａの場合に流路を切換える切替弁を図示する。
また、本実施例では、第１及び第２の排水弁２１、２２として三方弁を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
そして、多段海水淡水化装置１０Ａを用いて、システムの起動を行う場合には以下の手順により起動するようにしている。
図２はその工程チャートである。
〈工程１〉 第１の工程では、システムの起動初期において、原水１１を高圧逆浸透装置１３に高圧ポンプＰ1を介して供給する（Ｓ−１）。この際、濃縮水１３ｂは濃縮水ラインＬ4から外部に排水される。
〈工程２〉 第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した透過水１４を、一時的に第１の排水弁２１を介して排出ラインＬ6により排水する（Ｓ−２：図３−１参照）。
〈工程３〉 第３の工程では、第１の排水弁２１を通過する透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁２１を閉じつつ、所定圧力の透過水１４を低圧逆浸透装置１６側に低圧ポンプＰ2を介して全量供給する（Ｓ−３：図３−２参照）。
〈工程４〉 第４の工程では、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を、一時的に第２の排水弁２２により排水する（Ｓ−４：図３−２参照）。
〈工程５〉 第５の工程では、低圧供給水１５の圧力が、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力に達した後に、第２の排水弁２２を閉めつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する（Ｓ−５：図３−３参照）。
【００２４】
このように、複数段（本実施例では２段）のＲＯ装置を直結して組合せた場合、先ず第１の排水弁２１で透過水１４を排水して、低圧ポンプＰ2の所定の入口圧力となるまで待機し、その後透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達したことを確認してから、第１の排水弁２１を閉じつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透装置１６側に全量供給するようにしている。
次に、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を一時的に第２の排水弁２２により排水して、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力となるまで待機する。
そして、低圧逆浸透装置１６のＲＯ膜１６ａの透過圧力近傍に達したことを確認してから、第２の排水弁２２を閉めつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産するようにしている。
【００２５】
これにより、従来のような中間タンクを設置せずとも安定して、起動初期の圧力変動を回避し、常に安定した立ち上げ運転とすることが可能となる。
【実施例２】
【００２６】
図４は、実施例２に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｂは、実施例１の多段海水淡水化装置１０Ａにおいて、低圧逆浸透装置１６で濃縮された濃縮水１６ｂを循環ラインＬ8により、原水ラインＬ1に戻すものである。
これにより、濃縮水として廃棄していたものからも再度濃縮して生産水を得ることにより、濃縮水の廃棄量の低減と、生産水の生産量の増大を図るようにしている。
【００２７】
そして、多段海水淡水化装置１０Ｂを用いて、システムの起動を行う場合には以下の手順により起動するようにしている。
〈工程１〉 第１の工程では、システムの起動初期において、先ず原水１１を高圧逆浸透装置１３に高圧ポンプＰ1を介して供給する。この際、濃縮水１３ｂは濃縮水ラインＬ4から外部に排水される。この濃縮水１３ｂは高圧であるので、タービンＴを駆動してエネルギーを回収するようにしている。
〈工程２〉 第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した透過水１４を一時的に第１の排水弁２１を介して排出ラインＬ6により排水する。
〈工程３〉 第３の工程では、透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁２１を閉じつつ、透過水１４を低圧逆浸透装置１６側に低圧ポンプＰ2を介して全量供給する。
〈工程４〉 第４の工程では、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を一時的に第２の排水弁２２により排水する。
〈工程５〉 第５の工程では、低圧供給水１５の圧力が、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力に達した後に、第２の排水弁２２を閉めつつ、透過水を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する。
〈工程６〉 第６の工程では、低圧逆浸透装置１６において、所定の定格の濃縮運転がなされた後に、濃縮された濃縮水１６ｂを返送濃縮水２６として、流量計ＦＣ及び切替弁２５を調節しつつ、排出ラインＬ8により原水ラインＬ1に返送する。
【００２８】
これにより、単に返送濃縮水として、戻すものではないので、後段側の低圧逆浸透装置１６からの濃縮水１６ｂを原水側に戻すことができ、浸透圧が小さくなることによる運転圧力の低下を防止できる。
【００２９】
実施例１及び２によれば、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除しているので、微生物汚染を大幅に低減することができる。
【実施例３】
【００３０】
図５は、実施例３に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１及び図４の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｃは、実施例２の多段海水淡水化装置１０Ｂにおいて、高圧逆浸透装置１３には塩素耐性を有する高圧ＲＯ膜１３ａを配置すると共に、低圧逆浸透装置１６には塩素耐性を有しない低圧ＲＯ膜１６ａを配置し、所定期間の運転の後に、原水１１中に添加した塩素を中和する還元剤３２の添加を停止して、原水中の塩素を用いて殺菌処理を所定時間行うようにして、高品質な生産水を安定して得るものである。
本実施例では、塩素耐性を有する高圧ＲＯ膜１３ａとしては、酢酸セルロース膜を用いている。塩素耐性を有しない膜としては、ポリアミド膜を用いている。
【００３１】
図５に示すように、通常運転時においては、第１の還元剤供給部３１−１から原水ラインＬ1に還元剤３２を供給して、塩素を中和するようにしている。
この場合には、透過水ラインＬ2には、第２の還元剤供給部３１−２から原水ラインＬ1への還元剤３２の供給は停止している。
ここで、前記還元剤としてはＳＢＳを挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
そして、運転初期においては、実施例１のようにして運転を開始し、定格運転を係属している。
【００３２】
そして、殺菌処理運転を行う場合の第１の殺菌運転モードについて説明する。
図６−１及び図６−２は殺菌運転モード（その１）である。
図６−１に示すように、第１の工程では、塩素（Ｃｌ）を添加した原水１１Clに対し、第１の還元剤供給部３１−１から還元剤３２を供給せずに高圧逆浸透装置１３へ供給する（工程１）。
第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した塩素を含む透過水１４Clに第２の還元剤供給部３１−２から還元剤（ＳＢＳ）３２を添加して中和した後、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａを通過させると共に、一時的に第２の排水弁２２により還元剤（ＳＢＳ）を含む低圧供給水１５SBSを排水する（工程２）。ここで、この第２の工程においては、還元剤が含まれた低圧供給水１５SBSとなっているので、返送ラインＬ8で原水１１側に返送することを、切替弁２５の切替操作により停止するようにしている。これは、原水中に還元剤が供給され、殺菌運転を阻害するのを防止するためである。
図６−２に示すように、第３の工程では、所定の殺菌運転が終了した後に、原水１１に第１の還元剤供給得３１−１から還元剤３２を添加し、３１−２からの還元剤３２の添加を停止し、通常運転に切り換える（工程３）。
第４の工程では、第２の排水弁２２を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する。
なお、低圧逆浸透装置１６の前後には、酸化還元電位（ＯＲＰ）計４１−１、４１−２が介装され、低圧供給水１５中の酸化還元電位を計測するようにしている。
殺菌運転処理の時間は、設備及び運転負荷に応じて、適宜変更すれば良いが、一例としては、６〜１０時間程度運転した後、１時間程度塩素殺菌をするようにしている。
前記殺菌が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインＬ8により返送濃縮水２６として上流側に戻すようにしている。
これにより、所定期間の運転毎に塩素殺菌をすることで、膜の殺菌処理を行い、常に一定品質以上の清浄な生産水を連続して生産することができる。
【実施例４】
【００３３】
図７は、実施例４に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図５の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
本実施例は、殺菌処理運転を行う場合の第２の殺菌運転モードである。
図７は殺菌運転モード（その２）である。図７に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｄは、実施例３の多段海水淡水化装置１０Ｃにおいて、酸化還元電位計（ＯＲＰ）を操作して、殺菌運転処理においても、生産水を生産することができるようにしている。
図７に示すように、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、以下の工程を実施する。
第１の工程は、塩素（Ｃｌ）を添加した原水１１Clに対し、第１の還元剤供給部３１−１から還元剤３２を供給せずに高圧逆浸透装置１３へ供給する（工程１）。
第２の工程は、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した塩素を含む透過水１４Clに第２の還元剤供給部３１−２から還元剤（ＳＢＳ）３２を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位（ＯＲＰ）計４１−１で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤３２を第３の還元剤供給部３１−３から低圧供給水に供給する（工程２）。
このような対策を行う理由は以下の通りである。
高圧逆浸透装置１３の透過水１４Clからくる塩素を消すため、還元剤３２を安全側の見地から第１の還元剤供給部３１−１で過剰に供給するようにしている。
ここで、ＯＲＰ計４１−１では、塩素が存在する時はその値が大きいが、塩素が消去されてからは、どの程度還元剤が供給されたか否かを判断するのは困難である。
図８は出口の水において塩素濃度が０．３ｐｐｍ入っている状態で、還元剤（ＳＢＳ）を添加したときのＯＲＰの変化を示している。
図８に示すように、塩素が多量に存在する時はＯＲＰ値が高く、塩素が存在しない場合には、ＯＲＰ値は低くなっている（マイナス）。
このため、塩素が消費された以降は還元剤が過剰に入っても、還元剤の濃度の測定が困難となる。これは、還元剤３２が多量に入るので生産水１７を生産する場合には、通常の運転の場合の生産水よりも還元剤が多量に含有する生産水１７となる。これを防止するために、実施例３では、第２の排水弁２２から還元剤を含む低圧供給水１５SBSを排水している（実施例３の工程２：図６−１参照）。
【００３５】
これに対して、本実施例では、酸化還元電位計４１−１で還元剤の供給量をモニタリングし、その値として感度が高い領域（今回の場合２００〜４００ｍＶ）の間で制御し、その後定量ポンプを有する第３の還元剤供給部３１−３にて還元剤３２を一定量（今回は１ｐｐｍ程度）入れることにより、塩素を完全に消去すると共に過剰な還元剤の供給を抑制するようにしている。
これより、還元剤の供給を適切に管理できると共に、殺菌運転時においても還元剤の含有が極めて少ない生産水を生産することができることとなる。
【実施例５】
【００３６】
図９は、実施例５に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。図９に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｅは、実施例１の多段海水淡水化装置１０Ａにおいて、低圧逆浸透装置１６を２段（低圧逆浸透装置１６−１、低圧逆浸透装置１６−２）としている。
さらに、第１の低圧逆浸透装置１６−１で濃縮された濃縮水を循環ラインＬ8により、返送濃縮水２６−１として原水ラインＬ1に戻すと共に、第２の低圧逆浸透装置１６−２で濃縮された濃縮水を循環ラインＬ12により、返送濃縮水２６−２として透過水ラインＬ3に戻すようにしている。
なお、図９中、符号１５−１、１５−２は低圧供給水、２２−１，２２−２は第２の排出弁、２５−１、２５−２は切替弁、Ｌ9は低圧水透過ライン、Ｌ10は排水ライン、Ｌ11は排出ラインを各々図示する。
【００３７】
システムの起動初期には、第１の低圧逆浸透装置１６−１から起動し、第１の排水弁２１−１で排水をしつつ、所定圧力となったところで、第２の低圧逆浸透装置１６−２に低圧供給水１５−２を供給し、第１の排水弁２１−２で所定圧力となったところで、第２の低圧逆浸透装置１６−２で生産水１７を生産するようにしている。
【００３８】
さらに、本実施例では、原水１１の流量を「１００」とした場合、返送濃縮水２６−１の戻りにより流量「１０４」の原水が高圧逆浸透装置１３に供給される。
この高圧逆浸透装置１３の高圧ＲＯ膜１３ａを通過するのは流量「４４」、高圧の排水として流量「６０」の濃縮水１３ｂがタービンＴ側に供給され、ここでエネルギー回収を行っている。
次に、第１の低圧逆浸透装置１６−１の低圧ＲＯ膜１６ａを通過するのは流量「４０」の透過水１９であり、排水として流量「４」の濃縮水が返送濃縮水２６−１として、原水１１に戻され再利用している。
最後に、第２の低圧逆浸透装置１６−２の低圧ＲＯ膜１６ａを通過するのは流量「３６」の生産水１７であり、排水として流量「４」の濃縮水が返送濃縮水２６−２として、透過水１４に戻され再利用している。
【００３９】
殺菌処理の場合には、実施例３及び４のいずれかを実施することで常に品位の高い生産水を製造することができるようにしている。
【００４０】
このように、実施例５によれば、低圧逆浸透装置を複数段とすることで、原水中の塩分濃度が２２０，０００ｐｐｍの場合、高圧逆浸透装置１３で塩分濃度を５００ｐｐｍとし、第１の低圧逆浸透装置１６−１で塩分濃度を１００ｐｐｍ程度とし、第２の低圧逆浸透装置１６−２で塩分濃度を５ｐｐｍ以下とすることができ、飲料水（２５０ｐｐｍ程度）以上の純水を安定して製造することができるようにしている。
また、濃縮水の一部も再利用するので、濃縮水の廃棄量の低減と、生産水の生産量の増大を図るようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明に係る多段海水淡水化装置の運転制御方法によれば、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除することで微生物汚染を大幅に低減することができ、海水淡水化設備に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図３−１】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程２における作動概略図である。
【図３−２】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程３及び４における作動概略図である。
【図３−３】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程５における作動概略図である。
【図４】実施例２に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【図５】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図６−１】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程１及び２における作動概略図である。
【図６−２】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程３における作動概略図である。
【図７】実施例４に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図８】還元剤（ＳＢＳ）を添加したときのＯＲＰの変化図である。
【図９】実施例５に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図１０】従来例に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ及び１０Ｅ 多段海水淡水化装置
１１ 原水（例えば海水）
１２ 高圧供給水
１３ａ 高圧逆浸透膜
１３ 高圧逆浸透装置
１４ 透過水
１５ 低圧供給水
１６ａ 低圧逆浸透膜
１６ 低圧逆浸透装置
１７ 生産水
２１ 第１の排水弁
２２ 第２の排水弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水から逆浸透法により高品質の生産水を得ることができる多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より海水から真水を得る方法として、海水を蒸発させる蒸発法と、海水に圧力をかけて逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す逆浸透法とがある。
後者の逆浸透法は、蒸発法よりエネルギー効率に優れている反面、ＲＯ膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理（原水である海水中の濁質分を除去する「ＵＦ膜（限外濾過膜）」又は「ＭＦ膜（精密濾過膜）」で処理）する必要があること等、メンテナンス等にコストがかかることが問題とされている。
【０００３】
また、逆浸透法は、蒸発法並みの水質を得ることは困難であるので、高純度の水質を得るためには、複数段の逆浸透を組み合わせる必要がある。
ここで、従来の逆浸透法の多段海水淡水化装置の一例を図１０に示す。
図１０に示すように、従来の多段海水淡水化装置１００は、前処理により濁質分を除去した原水（海水）１０１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、前記高圧ポンプＰ1により高圧とされた高圧供給水１０２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜１０３ａを備えた高圧逆浸透装置１０３と、前記高圧逆浸透装置１０３を透過した透過水１０４を一時的に貯蔵する中間タンク１１０と、前記中間タンク１１０から供給された透過水１０４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１０５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜１０６ａを備え、生産水（淡水）１０７を得る低圧逆浸透装置１０６とを具備するものである。ここで、中間タンク１１０では、常圧に戻しているので、大気開放となり、システム停止時においては、ｐＨ調整剤を添加して透過水１０４のｐＨを調整し、微生物汚染の防止をしている（非特許文献１：「福岡県地区水道企業団：海水淡水化の仕組み」参照）。
ここで、図１０中、符号１０３ｂは高圧逆浸透装置１０３からの濃縮水、１０６ｂは低圧逆浸透装置１０６からの濃縮水を図示する。
【０００４】
【非特許文献１】「福岡県地区水道企業団：海水淡水化の仕組み」〈ＵＲＬ： http://www.f-suiki.or.jp/seawater/facilities/mechanism.php〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来では、複数段の逆浸透装置を組み合わせる場合、図１０に示すように、通常間に中間タンク１１０をおいて運転するが、中間タンク１１０は微生物汚染の原因になる可能性があるので、常にｐＨ調整剤１１１の添加が必要となる。
また、このｐＨ調整剤１１１を添加した透過水は起動に際して、廃棄する必要があるので、廃棄した分、生産水１０７の転換率の低下となり、問題である。
さらに、この廃棄に伴い、システム起動時にタイムリーに生産水１０７を供給することができない、という問題もある。
【０００６】
そこで、中間タンク１１０を排除することも考えられるが、複数段組み合わせる場合には、後段側（低圧逆浸透装置１０６）の濃縮水１０６ｂは塩濃度が前段側の高圧供給水１０２の塩濃度より小さいため、後段側の濃縮水１０６ｂを前段側の供給水側に戻すようにして循環運転する場合には、高圧供給水１０２側の塩濃度が小さくなり、浸透圧が小さくなるため、運転圧力が小さくなることとなり、この結果中間タンク１１０なしで直結することは、起動時の圧力変動が大きく、安定した起動運転が困難である、という問題がある。
【０００７】
さらに、前段側に塩素耐性を持つ高圧ＲＯ膜を設け、後段側に塩素耐性を持たないＲＯ膜を設けるような組合せのシステムの場合には、後段側の濃縮水１０６ｂを前段側の高圧供給水１０２側に戻す場合、前段の塩素殺菌が困難となるという問題がある。
【０００８】
また、海水淡水化装置を設置するような離島や砂漠地帯においては、大量（２０００〜５０００ｔ／日）にしかも安定して生産水を供給できる淡水化の技術が必要となる。
さらに、砂漠地帯に設置されるような化学プラント等に用いる水質は、飲料水（塩分濃度が２５０ｐｐｍ以下）よりも更なる高品質な塩分含有量（例えば５ｐｐｍ以下の純水）とすることが求められている場合がある。
【０００９】
よって、複数段のＲＯ膜を有する逆浸透法において、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除して微生物汚染を回避すると共に、直列での起動及び運転が可能となる多段海水淡水化装置の出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、海水から逆浸透法により高品質な生産水を得ることができる直列形式の多段海水淡水化装置及び多段海水淡水化装置の運転制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原水を供給する原水ラインに介装され、原水を所定の高圧力とする高圧ポンプと、前記高圧ポンプにより高圧とされた高圧供給水中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜を備えた高圧逆浸透装置と、前記高圧逆浸透装置を透過した透過水を後流側に供給する透過水ラインに介装され、前記起動初期の透過水を一時的に排水する第１の排水弁と、前記第１の排水弁の下流側の透過水ラインに介装され、透過水を所定の低圧力とする低圧ポンプと、前記低圧ポンプにより低圧とされた低圧供給水中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜を備えた低圧逆浸透装置と、前記低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁とを具備することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記低圧逆浸透装置が複数台設置され、各々の低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁を具備することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記低圧逆浸透装置からの濃縮水を上流側に返送する返送ラインを有することを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記高圧逆浸透装置が塩素耐性を有する膜であることを特徴とする多段海水淡水化装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１又は２の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の起動初期の際に、原水を高圧逆浸透装置に供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した透過水を一時的に第１の排水弁により排水する工程と、透過水が低圧ポンプの入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁を閉じつつ、透過水を低圧逆浸透装置側に全量供給する工程と、前記低圧逆浸透装置に供給された起動初期の低圧供給水を一時的に第２の排水弁により排水する工程と、第２の排水弁を閉めつつ、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１６】
第６の発明は、第４の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を添加した後、一時的に第２の排水弁により還元剤を含む低圧供給水を排水する工程と、所定の殺菌運転が終了した後に、原水に第１の還元剤供給部から還元剤を添加し、第２の還元剤供給部からの還元剤の添加を停止し、通常運転に切り換える切替工程と、第２の排水弁を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１７】
第７の発明は、第６の発明において、前記殺菌運転が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１８】
第８の発明は、第４の多段海水淡水化装置を用い、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位計で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤を低圧供給水に供給する中和工程と、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、生産水を生産する工程と、殺菌運転終了後、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【００１９】
第９の発明は、第８の発明において、前記殺菌運転時及び定格運転時に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法にある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数段のＲＯ膜を有する逆浸透法において、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除して、停止時の微生物汚染を回避すると共に、直列での起動及び運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２２】
本発明による実施例１に係る多段海水淡水化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ａは、原水（例えば海水）１１を供給する原水ラインＬ1に介装され、原水１１を所定の高圧力とする高圧ポンプＰ1と、前記高圧ポンプＰ1により高圧とされた高圧供給水１２中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜（高圧ＲＯ膜）１３ａを備えた高圧逆浸透装置１３と、前記高圧逆浸透装置１３を透過した透過水１４を後流側に供給する透過水ラインＬ2に介装され、前記起動初期の透過水１４を一時的に排出ラインＬ6から排水する第１の排水弁２１と、前記第１の排水弁２１の下流側の透過水ラインＬ3に介装され、透過水１４を所定の低圧力とする低圧ポンプＰ2と、前記低圧ポンプＰ2により低圧とされた低圧供給水１５中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜（低圧ＲＯ膜）１６ａを備えた低圧逆浸透装置１６と、前記低圧逆浸透装置１６の濃縮水側の排出ラインＬ5に介装され、低圧逆浸透装置１６に供給する起動初期の低圧供給水１５を一時的に排出する第２の排水弁２２とを具備するものである。
なお、原水を濾過する場合には、従来と同様に、海水中の濁質分を除去するＵＦ膜（限外濾過膜）又はＭＦ膜（精密濾過膜）等を用いて前処理するようにすればよい。
ここで、図１中、符号１３ｂは高圧逆浸透装置１３からの濃縮水、１６ｂは低圧逆浸透装置１６からの濃縮水、１８は生産水ラインＬ7に介装され、規定値以下の生産水１７ａの場合に流路を切換える切替弁を図示する。
また、本実施例では、第１及び第２の排水弁２１、２２として三方弁を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
そして、多段海水淡水化装置１０Ａを用いて、システムの起動を行う場合には以下の手順により起動するようにしている。
図２はその工程チャートである。
〈工程１〉 第１の工程では、システムの起動初期において、原水１１を高圧逆浸透装置１３に高圧ポンプＰ1を介して供給する（Ｓ−１）。この際、濃縮水１３ｂは濃縮水ラインＬ4から外部に排水される。
〈工程２〉 第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した透過水１４を、一時的に第１の排水弁２１を介して排出ラインＬ6により排水する（Ｓ−２：図３−１参照）。
〈工程３〉 第３の工程では、第１の排水弁２１を通過する透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁２１を閉じつつ、所定圧力の透過水１４を低圧逆浸透装置１６側に低圧ポンプＰ2を介して全量供給する（Ｓ−３：図３−２参照）。
〈工程４〉 第４の工程では、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を、一時的に第２の排水弁２２により排水する（Ｓ−４：図３−２参照）。
〈工程５〉 第５の工程では、低圧供給水１５の圧力が、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力に達した後に、第２の排水弁２２を閉めつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する（Ｓ−５：図３−３参照）。
【００２４】
このように、複数段（本実施例では２段）のＲＯ装置を直結して組合せた場合、先ず第１の排水弁２１で透過水１４を排水して、低圧ポンプＰ2の所定の入口圧力となるまで待機し、その後透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達したことを確認してから、第１の排水弁２１を閉じつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透装置１６側に全量供給するようにしている。
次に、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を一時的に第２の排水弁２２により排水して、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力となるまで待機する。
そして、低圧逆浸透装置１６のＲＯ膜１６ａの透過圧力近傍に達したことを確認してから、第２の排水弁２２を閉めつつ、低圧供給水１５を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産するようにしている。
【００２５】
これにより、従来のような中間タンクを設置せずとも安定して、起動初期の圧力変動を回避し、常に安定した立ち上げ運転とすることが可能となる。
【実施例２】
【００２６】
図４は、実施例２に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｂは、実施例１の多段海水淡水化装置１０Ａにおいて、低圧逆浸透装置１６で濃縮された濃縮水１６ｂを循環ラインＬ8により、原水ラインＬ1に戻すものである。
これにより、濃縮水として廃棄していたものからも再度濃縮して生産水を得ることにより、濃縮水の廃棄量の低減と、生産水の生産量の増大を図るようにしている。
【００２７】
そして、多段海水淡水化装置１０Ｂを用いて、システムの起動を行う場合には以下の手順により起動するようにしている。
〈工程１〉 第１の工程では、システムの起動初期において、先ず原水１１を高圧逆浸透装置１３に高圧ポンプＰ1を介して供給する。この際、濃縮水１３ｂは濃縮水ラインＬ4から外部に排水される。この濃縮水１３ｂは高圧であるので、タービンＴを駆動してエネルギーを回収するようにしている。
〈工程２〉 第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した透過水１４を一時的に第１の排水弁２１を介して排出ラインＬ6により排水する。
〈工程３〉 第３の工程では、透過水１４が低圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁２１を閉じつつ、透過水１４を低圧逆浸透装置１６側に低圧ポンプＰ2を介して全量供給する。
〈工程４〉 第４の工程では、前記低圧逆浸透装置１６に供給された起動初期の低圧供給水１５を一時的に第２の排水弁２２により排水する。
〈工程５〉 第５の工程では、低圧供給水１５の圧力が、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａの透過圧力に達した後に、第２の排水弁２２を閉めつつ、透過水を低圧逆浸透膜１６ａに透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する。
〈工程６〉 第６の工程では、低圧逆浸透装置１６において、所定の定格の濃縮運転がなされた後に、濃縮された濃縮水１６ｂを返送濃縮水２６として、流量計ＦＣ及び切替弁２５を調節しつつ、排出ラインＬ8により原水ラインＬ1に返送する。
【００２８】
これにより、単に返送濃縮水として、戻すものではないので、後段側の低圧逆浸透装置１６からの濃縮水１６ｂを原水側に戻すことができ、浸透圧が小さくなることによる運転圧力の低下を防止できる。
【００２９】
実施例１及び２によれば、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除しているので、微生物汚染を大幅に低減することができる。
【実施例３】
【００３０】
図５は、実施例３に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１及び図４の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｃは、実施例２の多段海水淡水化装置１０Ｂにおいて、高圧逆浸透装置１３には塩素耐性を有する高圧ＲＯ膜１３ａを配置すると共に、低圧逆浸透装置１６には塩素耐性を有しない低圧ＲＯ膜１６ａを配置し、所定期間の運転の後に、原水１１中に添加した塩素を中和する還元剤３２の添加を停止して、原水中の塩素を用いて殺菌処理を所定時間行うようにして、高品質な生産水を安定して得るものである。
本実施例では、塩素耐性を有する高圧ＲＯ膜１３ａとしては、酢酸セルロース膜を用いている。塩素耐性を有しない膜としては、ポリアミド膜を用いている。
【００３１】
図５に示すように、通常運転時においては、第１の還元剤供給部３１−１から原水ラインＬ1に還元剤３２を供給して、塩素を中和するようにしている。
この場合には、透過水ラインＬ2には、第２の還元剤供給部３１−２から原水ラインＬ1への還元剤３２の供給は停止している。
ここで、前記還元剤としてはＳＢＳを挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
そして、運転初期においては、実施例１のようにして運転を開始し、定格運転を係属している。
【００３２】
そして、殺菌処理運転を行う場合の第１の殺菌運転モードについて説明する。
図６−１及び図６−２は殺菌運転モード（その１）である。
図６−１に示すように、第１の工程では、塩素（Ｃｌ）を添加した原水１１Clに対し、第１の還元剤供給部３１−１から還元剤３２を供給せずに高圧逆浸透装置１３へ供給する（工程１）。
第２の工程では、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した塩素を含む透過水１４Clに第２の還元剤供給部３１−２から還元剤（ＳＢＳ）３２を添加して中和した後、低圧逆浸透装置１６の低圧ＲＯ膜１６ａを通過させると共に、一時的に第２の排水弁２２により還元剤（ＳＢＳ）を含む低圧供給水１５SBSを排水する（工程２）。ここで、この第２の工程においては、還元剤が含まれた低圧供給水１５SBSとなっているので、返送ラインＬ8で原水１１側に返送することを、切替弁２５の切替操作により停止するようにしている。これは、原水中に還元剤が供給され、殺菌運転を阻害するのを防止するためである。
図６−２に示すように、第３の工程では、所定の殺菌運転が終了した後に、原水１１に第１の還元剤供給得３１−１から還元剤３２を添加し、３１−２からの還元剤３２の添加を停止し、通常運転に切り換える（工程３）。
第４の工程では、第２の排水弁２２を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水１７を生産する。
なお、低圧逆浸透装置１６の前後には、酸化還元電位（ＯＲＰ）計４１−１、４１−２が介装され、低圧供給水１５中の酸化還元電位を計測するようにしている。
殺菌運転処理の時間は、設備及び運転負荷に応じて、適宜変更すれば良いが、一例としては、６〜１０時間程度運転した後、１時間程度塩素殺菌をするようにしている。
前記殺菌が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインＬ8により返送濃縮水２６として上流側に戻すようにしている。
これにより、所定期間の運転毎に塩素殺菌をすることで、膜の殺菌処理を行い、常に一定品質以上の清浄な生産水を連続して生産することができる。
【実施例４】
【００３３】
図７は、実施例４に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図５の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
本実施例は、殺菌処理運転を行う場合の第２の殺菌運転モードである。
図７は殺菌運転モード（その２）である。図７に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｄは、実施例３の多段海水淡水化装置１０Ｃにおいて、酸化還元電位計（ＯＲＰ）を操作して、殺菌運転処理においても、生産水を生産することができるようにしている。
図７に示すように、多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、以下の工程を実施する。
第１の工程は、塩素（Ｃｌ）を添加した原水１１Clに対し、第１の還元剤供給部３１−１から還元剤３２を供給せずに高圧逆浸透装置１３へ供給する（工程１）。
第２の工程は、前記高圧逆浸透装置１３の高圧逆浸透膜１３ａを透過した塩素を含む透過水１４Clに第２の還元剤供給部３１−２から還元剤（ＳＢＳ）３２を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位（ＯＲＰ）計４１−１で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤３２を第３の還元剤供給部３１−３から低圧供給水に供給する（工程２）。
このような対策を行う理由は以下の通りである。
高圧逆浸透装置１３の透過水１４Clからくる塩素を消すため、還元剤３２を安全側の見地から第１の還元剤供給部３１−１で過剰に供給するようにしている。
ここで、ＯＲＰ計４１−１では、塩素が存在する時はその値が大きいが、塩素が消去されてからは、どの程度還元剤が供給されたか否かを判断するのは困難である。
図８は出口の水において塩素濃度が０．３ｐｐｍ入っている状態で、還元剤（ＳＢＳ）を添加したときのＯＲＰの変化を示している。
図８に示すように、塩素が多量に存在する時はＯＲＰ値が高く、塩素が存在しない場合には、ＯＲＰ値は低くなっている（マイナス）。
このため、塩素が消費された以降は還元剤が過剰に入っても、還元剤の濃度の測定が困難となる。これは、還元剤３２が多量に入るので生産水１７を生産する場合には、通常の運転の場合の生産水よりも還元剤が多量に含有する生産水１７となる。これを防止するために、実施例３では、第２の排水弁２２から還元剤を含む低圧供給水１５SBSを排水している（実施例３の工程２：図６−１参照）。
【００３５】
これに対して、本実施例では、酸化還元電位計４１−１で還元剤の供給量をモニタリングし、その値として感度が高い領域（今回の場合２００〜４００ｍＶ）の間で制御し、その後定量ポンプを有する第３の還元剤供給部３１−３にて還元剤３２を一定量（今回は１ｐｐｍ程度）入れることにより、塩素を完全に消去すると共に過剰な還元剤の供給を抑制するようにしている。
これより、還元剤の供給を適切に管理できると共に、殺菌運転時においても還元剤の含有が極めて少ない生産水を生産することができることとなる。
【実施例５】
【００３６】
図９は、実施例５に係る多段海水淡水化装置の概略図である。図１の多段海水淡水化装置の構成と重複する構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。図９に示すように、本実施例に係る多段海水淡水化装置１０Ｅは、実施例１の多段海水淡水化装置１０Ａにおいて、低圧逆浸透装置１６を２段（低圧逆浸透装置１６−１、低圧逆浸透装置１６−２）としている。
さらに、第１の低圧逆浸透装置１６−１で濃縮された濃縮水を循環ラインＬ8により、返送濃縮水２６−１として原水ラインＬ1に戻すと共に、第２の低圧逆浸透装置１６−２で濃縮された濃縮水を循環ラインＬ12により、返送濃縮水２６−２として透過水ラインＬ3に戻すようにしている。
なお、図９中、符号１５−１、１５−２は低圧供給水、２２−１，２２−２は第２の排出弁、２５−１、２５−２は切替弁、Ｌ9は低圧水透過ライン、Ｌ10は排水ライン、Ｌ11は排出ラインを各々図示する。
【００３７】
システムの起動初期には、第１の低圧逆浸透装置１６−１から起動し、第１の排水弁２１−１で排水をしつつ、所定圧力となったところで、第２の低圧逆浸透装置１６−２に低圧供給水１５−２を供給し、第１の排水弁２１−２で所定圧力となったところで、第２の低圧逆浸透装置１６−２で生産水１７を生産するようにしている。
【００３８】
さらに、本実施例では、原水１１の流量を「１００」とした場合、返送濃縮水２６−１の戻りにより流量「１０４」の原水が高圧逆浸透装置１３に供給される。
この高圧逆浸透装置１３の高圧ＲＯ膜１３ａを通過するのは流量「４４」、高圧の排水として流量「６０」の濃縮水１３ｂがタービンＴ側に供給され、ここでエネルギー回収を行っている。
次に、第１の低圧逆浸透装置１６−１の低圧ＲＯ膜１６ａを通過するのは流量「４０」の透過水１９であり、排水として流量「４」の濃縮水が返送濃縮水２６−１として、原水１１に戻され再利用している。
最後に、第２の低圧逆浸透装置１６−２の低圧ＲＯ膜１６ａを通過するのは流量「３６」の生産水１７であり、排水として流量「４」の濃縮水が返送濃縮水２６−２として、透過水１４に戻され再利用している。
【００３９】
殺菌処理の場合には、実施例３及び４のいずれかを実施することで常に品位の高い生産水を製造することができるようにしている。
【００４０】
このように、実施例５によれば、低圧逆浸透装置を複数段とすることで、原水中の塩分濃度が２２０，０００ｐｐｍの場合、高圧逆浸透装置１３で塩分濃度を５００ｐｐｍとし、第１の低圧逆浸透装置１６−１で塩分濃度を１００ｐｐｍ程度とし、第２の低圧逆浸透装置１６−２で塩分濃度を５ｐｐｍ以下とすることができ、飲料水（２５０ｐｐｍ程度）以上の純水を安定して製造することができるようにしている。
また、濃縮水の一部も再利用するので、濃縮水の廃棄量の低減と、生産水の生産量の増大を図るようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明に係る多段海水淡水化装置の運転制御方法によれば、蒸発法並みの水質を確保できると共に、中間タンクを排除することで微生物汚染を大幅に低減することができ、海水淡水化設備に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図３−１】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程２における作動概略図である。
【図３−２】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程３及び４における作動概略図である。
【図３−３】実施例１に係る多段海水淡水化装置の工程５における作動概略図である。
【図４】実施例２に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【図５】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図６−１】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程１及び２における作動概略図である。
【図６−２】実施例３に係る多段海水淡水化装置の工程３における作動概略図である。
【図７】実施例４に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図８】還元剤（ＳＢＳ）を添加したときのＯＲＰの変化図である。
【図９】実施例５に係る多段海水淡水化装置の工程概略図である。
【図１０】従来例に係る多段海水淡水化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ及び１０Ｅ 多段海水淡水化装置
１１ 原水（例えば海水）
１２ 高圧供給水
１３ａ 高圧逆浸透膜
１３ 高圧逆浸透装置
１４ 透過水
１５ 低圧供給水
１６ａ 低圧逆浸透膜
１６ 低圧逆浸透装置
１７ 生産水
２１ 第１の排水弁
２２ 第２の排水弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する原水ラインに介装され、原水を所定の高圧力とする高圧ポンプと、
前記高圧ポンプにより高圧とされた高圧供給水中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜を備えた高圧逆浸透装置と、
前記高圧逆浸透装置を透過した透過水を後流側に供給する透過水ラインに介装され、前記起動初期の透過水を一時的に排水する第１の排水弁と、
前記第１の排水弁の下流側の透過水ラインに介装され、透過水を所定の低圧力とする低圧ポンプと、
前記低圧ポンプにより低圧とされた低圧供給水中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜を備えた低圧逆浸透装置と、
前記低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁とを具備することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記低圧逆浸透装置が複数台設置され、
各々の低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁を具備することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記低圧逆浸透装置からの濃縮水を上流側に返送する返送ラインを有することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記高圧逆浸透装置が塩素耐性を有する膜であることを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項５】
請求項１又は２の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の起動初期の際に、
原水を高圧逆浸透装置に供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した透過水を一時的に第１の排水弁により排水する工程と、
透過水が低圧ポンプの入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁を閉じつつ、透過水を低圧逆浸透装置側に全量供給する工程と、
前記低圧逆浸透装置に供給された起動初期の低圧供給水を一時的に第２の排水弁により排水する工程と、
第２の排水弁を閉めつつ、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項６】
請求項４の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、
塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を添加した後、一時的に第２の排水弁により還元剤を含む低圧供給水を排水する工程と、
所定の殺菌運転が終了した後に、原水に第１の還元剤供給部から還元剤を添加し、第２の還元剤供給部からの還元剤の添加を停止し、通常運転に切り換える切替工程と、
第２の排水弁を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記殺菌運転が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項８】
請求項４の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、
塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位計で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤を低圧供給水に供給する中和工程と、
低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、生産水を生産する工程と、
殺菌運転終了後、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記殺菌運転時及び定格運転時に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項１】
原水を供給する原水ラインに介装され、原水を所定の高圧力とする高圧ポンプと、
前記高圧ポンプにより高圧とされた高圧供給水中の塩分を濃縮する高圧逆浸透膜を備えた高圧逆浸透装置と、
前記高圧逆浸透装置を透過した透過水を後流側に供給する透過水ラインに介装され、前記起動初期の透過水を一時的に排水する第１の排水弁と、
前記第１の排水弁の下流側の透過水ラインに介装され、透過水を所定の低圧力とする低圧ポンプと、
前記低圧ポンプにより低圧とされた低圧供給水中の塩分を濃縮する低圧逆浸透膜を備えた低圧逆浸透装置と、
前記低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁とを具備することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記低圧逆浸透装置が複数台設置され、
各々の低圧逆浸透装置の濃縮水側の排出ラインに介装され、低圧逆浸透装置に供給する起動初期の低圧供給水を一時的に排出する第２の排水弁を具備することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記低圧逆浸透装置からの濃縮水を上流側に返送する返送ラインを有することを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記高圧逆浸透装置が塩素耐性を有する膜であることを特徴とする多段海水淡水化装置。
【請求項５】
請求項１又は２の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の起動初期の際に、
原水を高圧逆浸透装置に供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した透過水を一時的に第１の排水弁により排水する工程と、
透過水が低圧ポンプの入口圧近傍に達した後に、第１の排水弁を閉じつつ、透過水を低圧逆浸透装置側に全量供給する工程と、
前記低圧逆浸透装置に供給された起動初期の低圧供給水を一時的に第２の排水弁により排水する工程と、
第２の排水弁を閉めつつ、低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項６】
請求項４の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、
塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を添加した後、一時的に第２の排水弁により還元剤を含む低圧供給水を排水する工程と、
所定の殺菌運転が終了した後に、原水に第１の還元剤供給部から還元剤を添加し、第２の還元剤供給部からの還元剤の添加を停止し、通常運転に切り換える切替工程と、
第２の排水弁を閉めつつ、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記殺菌運転が終了した後に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項８】
請求項４の多段海水淡水化装置を用い、
多段海水淡水化装置の高圧逆浸透装置の殺菌運転の際に、
塩素（Ｃｌ）を添加した原水に対し、第１の還元剤供給部から還元剤を供給せずに高圧逆浸透装置へ供給する工程と、
前記高圧逆浸透装置の高圧逆浸透膜を透過した塩素を含む透過水に第２の還元剤供給部から還元剤を中和当量よりも少なく添加した後、酸化還元電位計で酸化還元電位を計測しつつ、中和量の残りの還元剤を低圧供給水に供給する中和工程と、
低圧供給水を低圧逆浸透膜に透過させ、生産水を生産する工程と、
殺菌運転終了後、定格の海水淡水化運転に切り換え、生産水を生産する工程と、
を有することを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記殺菌運転時及び定格運転時に、低圧側の濃縮水を返送濃縮水ラインにより上流側に戻すことを特徴とする多段海水淡水化装置の運転制御方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２５３９５（Ｐ２０１０−１２５３９５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３２１８（Ｐ２００８−３０３２１８）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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