正浸透膜を用いた海水淡水化システム
【課題】海水を原水とし、正浸透膜を使って海水よりも高い浸透圧の溶液に水を回収した後に淡水を精製する正浸透膜を用いた海水淡水化システムにおいて、正浸透膜のファウリングを抑制し、膜の寿命を延長させる。
【解決手段】正浸透膜に接して原水（海水）が供給される正浸透膜処理手段の第一の部屋と、正浸透膜に接して海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される正浸透膜処理手段の第二の部屋と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られた、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管とを有する構成とし、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去する。
【解決手段】正浸透膜に接して原水（海水）が供給される正浸透膜処理手段の第一の部屋と、正浸透膜に接して海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される正浸透膜処理手段の第二の部屋と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られた、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管とを有する構成とし、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透膜を用いて海水から淡水を得るための正浸透膜を用いた海水淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膜を用いた海水淡水化技術の適用が増加している。逆浸透膜法は、セルロースやポリアミド等の素材で作られた逆浸透膜に、海水の浸透圧（約２.５ＭＰａ）の二倍以上の圧力を加え、塩分は膜を透過させないで水は膜を透過させることにより淡水を得る方法である。
【０００３】
一方、正浸透膜法は、セルロース等の素材で作られた浸透膜を介して海水中の水を一旦高濃度（高浸透圧）の溶液に回収し、その後、高浸透圧の溶液から塩を除去する方法である。高浸透圧溶液に添加する塩として、正方向への駆動力、すなわち海水中の水を一旦高濃度の溶液に回収するだけでなく、溶液からの分離が容易なものを選択することで、淡水製造に係るエネルギーを逆浸透膜法よりも低減できる可能性がある。
【０００４】
逆浸透膜や正浸透膜に用いられる半透膜は、原水中のイオンを除去する膜である。運転に伴って、原水や添加薬品中の無機・有機成分、また、生物由来の有機成分によって膜の孔が目詰まりする現象、いわゆるファウリングが生じやすい。既に実用化している逆浸透膜法のプラントでは、海水淡水化のための設備コストを低減する目的で、スケール防止剤の注入，膜の定期的な洗浄・交換がなされている。
【０００５】
〔特許文献１〕には、直列に２段に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。海水中の成分の一つであるホウ素は、逆浸透膜による阻止率が比較的小さく、水質基準を満足するのが難しい。〔特許文献１〕では、ホウ素を効率よく除去するため、２段目の逆浸透膜の表面に定期的に洗浄液（有機酸、または有機酸にアンモニアを添加した成分）を供給し、膜の劣化を事前に防止する構成としている。しかし、近年、装置のより一層の長寿命化の観点から、１段目の逆浸透膜で生じるファウリングが問題となっており、〔特許文献１〕の構成ではこの課題を満足することができない。
【０００６】
〔特許文献２〕には、〔特許文献１〕と同様に、ホウ素の除去性能を向上させるために、直列に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。各逆浸透膜エレメントの原水流通方向と逆方向に、逆浸透膜処理によって得られた濃縮海水を流通させる逆洗手段を備える構成としている。これにより、逆浸透膜モジュールを長期にわたって使用することができるとしている。
【０００７】
しかし、濃縮水を逆洗のための洗浄液とすることから、水を逆浸透膜を透過させ海水原水側に流出させるには、高圧ポンプによる加圧が必要である。濃縮水の塩濃度は、逆浸透処理における淡水の回収率にも依存するが、一般には海水の２倍以上となるため、逆洗によるエネルギーが大きいという問題がある。
【０００８】
また、正浸透膜処理のシステムに関しては、膜の長期使用を目的とした逆洗について記載された文献は見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２２７８７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、少ないエネルギー使用量で膜の寿命を延長させるための逆洗機能を有した、正浸透膜を用いた海水淡水化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の正浸透膜を用いた海水淡水化システムは、海水淡水化処理の際に正浸透膜に接して原水となる海水が供給される第一の部屋と、海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られる浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管とを有し、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去させる構造とした。
【００１２】
又、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される、海水よりも浸透圧の高い溶液を前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去する構成とした。
【００１３】
又、第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有する構成とした。
【００１４】
又、洗浄薬品として、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかを用いるものとした。
【００１５】
又、第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各流量を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。
【００１６】
又、第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における水処理の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図５】計測結果に基づく逆洗の実施を判断するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【００２１】
本システムは、海水１を取り入れ、前処理を行う前処理手段２、前処理手段２に接続され前処理手段２から排出される汚泥が送られる前処理排液タンク８、前処理手段２にポンプＰ１を介して接続され前処理された海水が供給される正浸透膜処理手段３、正浸透膜処理手段３に接続されファウリング物質を含む海水を回収する濃縮海水タンク９、正浸透膜処理手段３にバルブＶ１を介して接続され高浸透圧溶液が送液される一次精製処理手段４、一次精製処理手段４に接続されるとともに、正浸透膜処理手段３にバルブＶ２を介して接続される調整タンク５、一次精製処理手段４に接続され浸透圧が下げられた液が送液される一次精製水貯留タンク６で構成され、調整タンク５はポンプＰ２及びバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３に、一次精製水貯留タンク６はポンプＰ３及びバルブＶ４を介して正浸透膜処理手段３にそれぞれ接続されている。
【００２２】
前処理手段２は、図示しないポンプで取水した海水１をＭＦ膜ろ過処理するもので、これにより濁質を除去し、正浸透膜処理手段３に適合する水質の海水を得る。前処理手段２は、ＭＦ膜（Microfiltlation、精密ろ過膜）の差圧とろ過継続時間の計測を行い、差圧とろ過継続時間の計測値が予め設定したろ過継続時間または差圧の値のいずれかを超えた時点で、ＭＦ膜の逆洗を設定された時間実行する。逆洗で排出される汚泥は、前処理排液タンク８に送られる。これらは、濃縮，脱水の処理を実施した後に廃棄される。
【００２３】
正浸透膜処理手段３は、正浸透膜を挟んだ両側にそれぞれ部屋を備え、一方の部屋（第一の部屋）に前処理手段２で得た海水を供給し、他方の部屋（第二の部屋）に高浸透圧溶液を供給する。このとき、各液の浸透圧は数１から算出することができる。
【００２４】
〔数１〕
Π＝ｉＲＴＣ …（１）
ここで、Πは浸透圧、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｃは溶液のモル濃度、ｉはファント・ホッフの係数である。
【００２５】
ファント・ホッフの係数ｉは、溶質が電解質の場合で電離が生じる影響を表す係数である。正浸透膜間には、２種の溶液の浸透圧の差および膜圧に応じた駆動力が生じる。高浸透圧溶液の浸透圧を海水の浸透圧より大きくし、海水から高浸透圧溶液に水を回収する。このとき、海水中のイオンの一部は除去されず、高浸透溶液側に漏えいする。
【００２６】
図２に液の種類と浸透圧の関係の説明図を示す。
【００２７】
図２において、（１）高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）は、調整タンク５から正浸透膜処理手段３に供給される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（２）高浸透圧溶液（正浸透膜処理出口）は、正浸透膜処理手段３から一次精製処理手段４へ送液される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（３）海水（正浸透膜処理入口）は、前処理手段２から正浸透膜処理手段３に送液される海水の浸透圧を示しており、（４）高浸透圧溶液（一次精製処理出口）は、一次精製水貯留タンク６での浸透圧を示している。
【００２８】
そして、高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）の浸透圧と海水（正浸透膜処理入口）との浸透圧の差を利用して、正浸透膜処理が行われ、海水（正浸透膜処理入口）の浸透圧と高浸透圧溶液（一次精製処理出口）との浸透圧の差を利用して、逆洗処理が行われることを示している。
【００２９】
高浸透圧溶液の溶質または粒子としては、海水よりも浸透圧が高くできる物質であればよく、例えば、無機塩（ＡｌＫ（ＳＯ4）2，Ｎａ2ＨＰＯ4，ＫＣｌ，ＣａＣｌ2など），糖溶液（グルコース，フルクトースなど），水に対する溶解度が高い気体（ＮＨ3，ＣＯ2，ＳＯ2など），有機物（アルコール，イミダゾール誘導体），低融点物質（炭酸エチレンなど），磁性体微粒子（２−Ｐｙｒｏｌ−ＭＮＰ，ＴＲＥＧ−ＭＮＰなど）が適用可能である。
【００３０】
正浸透膜は、酢酸セルロースやポリアミド等の材質を適用することができる。また、正浸透膜処理手段３内部の液温は、膜の透過抵抗を低減させるため２０〜５０℃の範囲に保持する。正浸透膜処理手段３から排出される濃縮海水は濃縮海水タンク９に送られ、排水処理操作後、海洋へ放流される。
【００３１】
本海水淡水化システムにおける淡水製造時の処理を以下に説明する。
【００３２】
正浸透膜処理手段３で得られた高浸透圧溶液は、バルブＶ１を経由して一次精製処理手段４に送られる。ここで、高浸透圧溶液から浸透圧を高めるために添加されている物質を分離する。一次精製処理手段４の単位処理方法としては、添加されている物質の種類によって適合するものが選択される。例えば無機塩や低融点物質等は晶析処理，水に対する溶解度が高い気体の場合はガス放散，磁性体微粒子の場合は磁気分離，糖溶液の場合はイオン交換等がある。また、共通の分離方法として、蒸留，逆浸透膜処理がある。
【００３３】
分離された物質を高濃度で含む液は調整タンク５に送られる。調整タンク５に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも一次精製処理手段４の入口での浸透圧より高くなる。
【００３４】
一方、浸透圧が下げられた液（淡水として一次精製された液）は、一次精製水貯留タンク６に送られる。一次精製水貯留タンク６に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも海水より低くする。得られた一次精製水７は次の工程に送られる。
【００３５】
調整タンク５で濃度および温度が調整された高浸透圧溶液はポンプＰ２によりバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に戻される。これらの操作において、バルブＶ２，Ｖ４は閉、ポンプＰ３は運転を停止する。
【００３６】
上記の処理により、正浸透膜処理と一次精製処理が行われ、連続的に一次精製水を製造することができる。
【００３７】
次に、本海水淡水化システムにおける正浸透膜逆洗時の処理を説明する。
【００３８】
逆洗操作は、図示しない制御手段によりポンプおよびバルブを定期的に操作して実施される。操作する時間間隔は、正浸透膜処理手段３に供給される原水の水質に依存するが、１日から２カ月の間で設定され、逆洗時間は、５から１５分間が望ましい。
【００３９】
逆洗時は、まずバルブＶ３を閉、ポンプＰ２を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。この操作により、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給される部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給される。
【００４０】
逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。これは、一次精製処理手段４に供給される高浸透圧溶液の濃度が大きく変化することにより、精製処理の性能劣化、すなわち製品（淡水）の品質への影響を回避するためである。
【００４１】
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に海水、一方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は海水側の方が高くなるため、一次精製水側の水分子は正浸透膜を通過して海水側に流れる。この流れにより、正浸透膜表面または内部に付着したファウリング物質を物理的に剥離・洗浄することができる。ファウリング物質を含む海水は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、海洋へ放流される。
【００４２】
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、バルブＶ４を閉、ポンプＰ３を停止、ポンプＰ２を起動、バルブＶ３を開に制御する。そして、正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側の容量に相当する高浸透圧溶液を供給した後、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉とし、海水淡水化処理の状態とする。
【００４３】
このような構成とすると、正浸透膜を挟む溶液の浸透圧差を駆動力とした水流によって膜洗浄を実施でき、ファウリングを抑制できるため、膜の長寿命化を図ることができる。逆洗のためには、通常は圧損の大きな正浸透膜に水を通す必要があるが、本構成では高圧ポンプが不要であるため、逆洗に係る消費エネルギーが小さくて済むという効果もある。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、ポンプＰ１の後流側にバルブＶ２１が設けられ、バルブＶ２１に後流側で洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品が供給され、ポンプＰ２と正浸透膜処理手段３との間に三方バルブ２２が設けられ、三方バルブの１つが正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に接続されている。
【００４６】
本実施例における淡水製造時の処理においては、バルブＶ２１を開とし、洗浄薬品供給手段２１は停止とする。また、三方バルブＶ２２は、ポンプＰ２から供給される高浸透圧溶液を正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に供給するように切り替えられる。
【００４７】
逆洗時は、まずバルブＶ２１を閉に、ポンプＰ１を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。その後、三方バルブＶ２２を正浸透膜処理手段３の原水（海水）側に切り替え、洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品を供給する。これにより、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給されていた部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給され、高浸透圧溶液が原水側に供給される。逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。
【００４８】
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に高浸透圧溶液、他方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は高浸透圧溶液側の方が高くなり、この効果で膜の逆洗ができる。この他、洗浄薬剤により、化学的なファウリング物質の溶解も進行し、物理洗浄だけでは除去が困難な付着物を除去することができる。
【００４９】
ファウリング物質および洗浄薬剤を含む高浸透圧溶液は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、処分される。
【００５０】
洗浄薬品としては、スケールとして付着する硫酸カルシウム，硫酸マグネシウム，炭酸カルシウム，ケイ酸塩の除去、または、生物によって生成されバイオファウリングの原因となる有機物を除去できる薬品を使用する。例えば、界面活性剤，酸剤（塩酸等の無機酸，カルボン酸等の有機酸）、または、アルカリ剤（苛性ソーダ等）を使用することができる。
【００５１】
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、まず、洗浄薬品供給手段２１を停止し、バルブＶ１を開、ポンプＰ２，Ｐ３を停止、バルブＶ４を閉、三方バルブＶ２２を高浸透圧溶液供給側に切り替える。正浸透膜処理手段３の原水側の部屋への海水通水を設定された時間実施した時点で、制御手段は、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉、ポンプＰ２を起動し、海水淡水化処理の状態とする。
【００５２】
このような構成とすると、正浸透膜の両側の浸透圧差は第１実施形態の場合よりも大きくなるため、膜を透過する水の流束が増大し、物理的な逆洗効果が大きくなる。また、洗浄薬品によるファウリング物質除去の効果もあるため、膜の寿命を延長させることができる。
【００５３】
ここで、洗浄薬品によるファウリング物質除去が必要でない場合は、洗浄薬品供給手段２１は省略することができる。
【００５４】
また、海水淡水化処理の正浸透膜処理では、原水（海水）中のイオンの一部が膜を透過して高浸透圧溶液側に移行し、蓄積してしまう。必要な淡水の水質を確保する上では、定期的な高浸透圧溶液の更新が必要である。本実施形態の構成では、高浸透溶液の部分的な更新と膜の洗浄が同時にできる。そのため、これらを別々に実施する場合に比べて排水処理系にかかる負担を軽減できる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００５６】
また、物理的および化学的な洗浄を併用することで、洗浄効果を向上させることができ、膜の寿命をさらに伸ばすことができるという効果がある。
【００５７】
〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、例１の構成に計測器Ｓ１〜Ｓ４を加え、これらの計測結果に基づいて逆洗操作を実行するものである。
【００５８】
計測項目として、例えば導電率と流量を用いる場合について説明する。導電率は、高浸透圧溶液中の溶質の濃度と相関を持った指標である。そのため、正浸透膜処理における水の流束の変化を判断する指標となり得る。計測器Ｓ１と計測器Ｓ２は導電率計で、計測器Ｓ１はバルブＶ３と正浸透膜処理手段３の間に設置し、計測器Ｓ２はバルブＶ１と一次精製処理手段４の間に設置する。計測器Ｓ３，Ｓ４は流量計であり、正浸透膜処理手段３への流入量をそれぞれ測定する。
【００５９】
導電率を用いた逆洗処理の運転制御フローを図５に示す。
Ｓ５０１で、前回の逆洗からの経過時間と設定値との比較をする。経過時間が設定値を超えていればＳ５０７で逆洗を実行する。
【００６０】
超えていなければ、Ｓ５０２−Ｓ５０６で、ファウリングの程度の判断を実施する。Ｓ５０２で、計測器Ｓ１，Ｓ２から正浸透膜処理手段３の前後での導電率を取得する。Ｓ５０３で、正浸透膜処理手段３の原水側と高浸透圧溶液側のそれぞれの流入流量を取得する。Ｓ５０４で、システムで稼働している使用モジュール数を取得する。これらを入力として、Ｓ５０５で、逆洗実行の判断基準とする導電率（σ１′）を算出する。得られたσ１′と導電率の実測値（σ１）とを比較し、σ１＞σ１′であれば、すなわち海水から高浸透圧溶液への水の流入が基準より少なければ、Ｓ５０７で逆洗を実行する。
【００６１】
Ｓ５０５におけるσ１′の算出方法としては、海水淡水化システムで適用する正浸透膜モジュールを用いて、事前に導電率と流量の関係を調査しておく方法がある。例えば、その関係を示す表や実験式を作成し、Ｓ５０５において用いる。流量が大きいほど、単位流量当たりの膜透過水水量が小さくなるため、導電率の変化（σ０−σ１）は小さくなる。
【００６２】
上記の制御方法では、流入する高浸透溶液の導電率，流量，モジュール数から、正浸透膜処理手段の出口で得られる高浸透圧溶液の導電率を計算し、実測値と比較することで逆洗の実施を判断した。より簡易な方法として、逆洗を実行するときの導電率の値（一定値）を設定し、実測値がこれを超えた場合に逆洗処理を実行することもできる。
【００６３】
また、計測項目の例として導電率を挙げて説明したが、高浸透圧溶液の溶質や粒子の濃度と相関がある計測であれば特に制限されるものではない。例えば、ｐＨ（酸・アルカリの場合），全有機炭素（有機物である場合），粒子数（粒子である場合）を適用することができる。
【００６４】
また、溶質の濃度のモニタリングという以外に、正浸透膜処理における流束を評価する手段として、計測器Ｓ１，Ｓ２に流量計を適用することも可能である。この場合、計測器Ｓ３，Ｓ４は不要である。正浸透膜処理手段への高浸透圧溶液の流入量に対して、出口の流量が減少していれば、濃度差による駆動力に対して流束が減少している、すなわち、膜の部分の圧損が増大している（ファウリングが進行している）と判断できる。
【００６５】
一般の浄水膜処理では膜間の差圧に基づいてファウリングが判断されているが、正浸透膜処理では溶液の浸透圧差によって差圧が決まってしまうため、差圧で膜のファウリング状況を判断することは困難となる。
【００６６】
本実施形態に示した構成にすると、第１実施形態で述べた効果に加え、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。
【００６７】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００６８】
また、流量や水質を指標として、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
２ 前処理手段
３ 正浸透膜処理手段
４ 一次精製処理手段
５ 調整タンク
６ 一次精製水貯留タンク
８ 前処理排液タンク
９ 濃縮海水タンク
２１ 洗浄薬品供給手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透膜を用いて海水から淡水を得るための正浸透膜を用いた海水淡水化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膜を用いた海水淡水化技術の適用が増加している。逆浸透膜法は、セルロースやポリアミド等の素材で作られた逆浸透膜に、海水の浸透圧（約２.５ＭＰａ）の二倍以上の圧力を加え、塩分は膜を透過させないで水は膜を透過させることにより淡水を得る方法である。
【０００３】
一方、正浸透膜法は、セルロース等の素材で作られた浸透膜を介して海水中の水を一旦高濃度（高浸透圧）の溶液に回収し、その後、高浸透圧の溶液から塩を除去する方法である。高浸透圧溶液に添加する塩として、正方向への駆動力、すなわち海水中の水を一旦高濃度の溶液に回収するだけでなく、溶液からの分離が容易なものを選択することで、淡水製造に係るエネルギーを逆浸透膜法よりも低減できる可能性がある。
【０００４】
逆浸透膜や正浸透膜に用いられる半透膜は、原水中のイオンを除去する膜である。運転に伴って、原水や添加薬品中の無機・有機成分、また、生物由来の有機成分によって膜の孔が目詰まりする現象、いわゆるファウリングが生じやすい。既に実用化している逆浸透膜法のプラントでは、海水淡水化のための設備コストを低減する目的で、スケール防止剤の注入，膜の定期的な洗浄・交換がなされている。
【０００５】
〔特許文献１〕には、直列に２段に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。海水中の成分の一つであるホウ素は、逆浸透膜による阻止率が比較的小さく、水質基準を満足するのが難しい。〔特許文献１〕では、ホウ素を効率よく除去するため、２段目の逆浸透膜の表面に定期的に洗浄液（有機酸、または有機酸にアンモニアを添加した成分）を供給し、膜の劣化を事前に防止する構成としている。しかし、近年、装置のより一層の長寿命化の観点から、１段目の逆浸透膜で生じるファウリングが問題となっており、〔特許文献１〕の構成ではこの課題を満足することができない。
【０００６】
〔特許文献２〕には、〔特許文献１〕と同様に、ホウ素の除去性能を向上させるために、直列に接続した逆浸透膜による海水淡水化方法が開示されている。各逆浸透膜エレメントの原水流通方向と逆方向に、逆浸透膜処理によって得られた濃縮海水を流通させる逆洗手段を備える構成としている。これにより、逆浸透膜モジュールを長期にわたって使用することができるとしている。
【０００７】
しかし、濃縮水を逆洗のための洗浄液とすることから、水を逆浸透膜を透過させ海水原水側に流出させるには、高圧ポンプによる加圧が必要である。濃縮水の塩濃度は、逆浸透処理における淡水の回収率にも依存するが、一般には海水の２倍以上となるため、逆洗によるエネルギーが大きいという問題がある。
【０００８】
また、正浸透膜処理のシステムに関しては、膜の長期使用を目的とした逆洗について記載された文献は見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２２７８７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、少ないエネルギー使用量で膜の寿命を延長させるための逆洗機能を有した、正浸透膜を用いた海水淡水化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の正浸透膜を用いた海水淡水化システムは、海水淡水化処理の際に正浸透膜に接して原水となる海水が供給される第一の部屋と、海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、精製手段で得られる浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管とを有し、第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去させる構造とした。
【００１２】
又、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される、海水よりも浸透圧の高い溶液を前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去する構成とした。
【００１３】
又、第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有する構成とした。
【００１４】
又、洗浄薬品として、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかを用いるものとした。
【００１５】
又、第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各流量を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。
【００１６】
又、第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する制御手段を有する構成とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における水処理の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【図５】計測結果に基づく逆洗の実施を判断するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。
【００２１】
本システムは、海水１を取り入れ、前処理を行う前処理手段２、前処理手段２に接続され前処理手段２から排出される汚泥が送られる前処理排液タンク８、前処理手段２にポンプＰ１を介して接続され前処理された海水が供給される正浸透膜処理手段３、正浸透膜処理手段３に接続されファウリング物質を含む海水を回収する濃縮海水タンク９、正浸透膜処理手段３にバルブＶ１を介して接続され高浸透圧溶液が送液される一次精製処理手段４、一次精製処理手段４に接続されるとともに、正浸透膜処理手段３にバルブＶ２を介して接続される調整タンク５、一次精製処理手段４に接続され浸透圧が下げられた液が送液される一次精製水貯留タンク６で構成され、調整タンク５はポンプＰ２及びバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３に、一次精製水貯留タンク６はポンプＰ３及びバルブＶ４を介して正浸透膜処理手段３にそれぞれ接続されている。
【００２２】
前処理手段２は、図示しないポンプで取水した海水１をＭＦ膜ろ過処理するもので、これにより濁質を除去し、正浸透膜処理手段３に適合する水質の海水を得る。前処理手段２は、ＭＦ膜（Microfiltlation、精密ろ過膜）の差圧とろ過継続時間の計測を行い、差圧とろ過継続時間の計測値が予め設定したろ過継続時間または差圧の値のいずれかを超えた時点で、ＭＦ膜の逆洗を設定された時間実行する。逆洗で排出される汚泥は、前処理排液タンク８に送られる。これらは、濃縮，脱水の処理を実施した後に廃棄される。
【００２３】
正浸透膜処理手段３は、正浸透膜を挟んだ両側にそれぞれ部屋を備え、一方の部屋（第一の部屋）に前処理手段２で得た海水を供給し、他方の部屋（第二の部屋）に高浸透圧溶液を供給する。このとき、各液の浸透圧は数１から算出することができる。
【００２４】
〔数１〕
Π＝ｉＲＴＣ …（１）
ここで、Πは浸透圧、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｃは溶液のモル濃度、ｉはファント・ホッフの係数である。
【００２５】
ファント・ホッフの係数ｉは、溶質が電解質の場合で電離が生じる影響を表す係数である。正浸透膜間には、２種の溶液の浸透圧の差および膜圧に応じた駆動力が生じる。高浸透圧溶液の浸透圧を海水の浸透圧より大きくし、海水から高浸透圧溶液に水を回収する。このとき、海水中のイオンの一部は除去されず、高浸透溶液側に漏えいする。
【００２６】
図２に液の種類と浸透圧の関係の説明図を示す。
【００２７】
図２において、（１）高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）は、調整タンク５から正浸透膜処理手段３に供給される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（２）高浸透圧溶液（正浸透膜処理出口）は、正浸透膜処理手段３から一次精製処理手段４へ送液される高浸透圧溶液の浸透圧を示しており、（３）海水（正浸透膜処理入口）は、前処理手段２から正浸透膜処理手段３に送液される海水の浸透圧を示しており、（４）高浸透圧溶液（一次精製処理出口）は、一次精製水貯留タンク６での浸透圧を示している。
【００２８】
そして、高浸透圧溶液（正浸透膜処理入口）の浸透圧と海水（正浸透膜処理入口）との浸透圧の差を利用して、正浸透膜処理が行われ、海水（正浸透膜処理入口）の浸透圧と高浸透圧溶液（一次精製処理出口）との浸透圧の差を利用して、逆洗処理が行われることを示している。
【００２９】
高浸透圧溶液の溶質または粒子としては、海水よりも浸透圧が高くできる物質であればよく、例えば、無機塩（ＡｌＫ（ＳＯ4）2，Ｎａ2ＨＰＯ4，ＫＣｌ，ＣａＣｌ2など），糖溶液（グルコース，フルクトースなど），水に対する溶解度が高い気体（ＮＨ3，ＣＯ2，ＳＯ2など），有機物（アルコール，イミダゾール誘導体），低融点物質（炭酸エチレンなど），磁性体微粒子（２−Ｐｙｒｏｌ−ＭＮＰ，ＴＲＥＧ−ＭＮＰなど）が適用可能である。
【００３０】
正浸透膜は、酢酸セルロースやポリアミド等の材質を適用することができる。また、正浸透膜処理手段３内部の液温は、膜の透過抵抗を低減させるため２０〜５０℃の範囲に保持する。正浸透膜処理手段３から排出される濃縮海水は濃縮海水タンク９に送られ、排水処理操作後、海洋へ放流される。
【００３１】
本海水淡水化システムにおける淡水製造時の処理を以下に説明する。
【００３２】
正浸透膜処理手段３で得られた高浸透圧溶液は、バルブＶ１を経由して一次精製処理手段４に送られる。ここで、高浸透圧溶液から浸透圧を高めるために添加されている物質を分離する。一次精製処理手段４の単位処理方法としては、添加されている物質の種類によって適合するものが選択される。例えば無機塩や低融点物質等は晶析処理，水に対する溶解度が高い気体の場合はガス放散，磁性体微粒子の場合は磁気分離，糖溶液の場合はイオン交換等がある。また、共通の分離方法として、蒸留，逆浸透膜処理がある。
【００３３】
分離された物質を高濃度で含む液は調整タンク５に送られる。調整タンク５に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも一次精製処理手段４の入口での浸透圧より高くなる。
【００３４】
一方、浸透圧が下げられた液（淡水として一次精製された液）は、一次精製水貯留タンク６に送られる。一次精製水貯留タンク６に送られた液の浸透圧は、一次精製処理手段４の仕様により異なるが、少なくとも海水より低くする。得られた一次精製水７は次の工程に送られる。
【００３５】
調整タンク５で濃度および温度が調整された高浸透圧溶液はポンプＰ２によりバルブＶ３を介して正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に戻される。これらの操作において、バルブＶ２，Ｖ４は閉、ポンプＰ３は運転を停止する。
【００３６】
上記の処理により、正浸透膜処理と一次精製処理が行われ、連続的に一次精製水を製造することができる。
【００３７】
次に、本海水淡水化システムにおける正浸透膜逆洗時の処理を説明する。
【００３８】
逆洗操作は、図示しない制御手段によりポンプおよびバルブを定期的に操作して実施される。操作する時間間隔は、正浸透膜処理手段３に供給される原水の水質に依存するが、１日から２カ月の間で設定され、逆洗時間は、５から１５分間が望ましい。
【００３９】
逆洗時は、まずバルブＶ３を閉、ポンプＰ２を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。この操作により、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給される部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給される。
【００４０】
逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。これは、一次精製処理手段４に供給される高浸透圧溶液の濃度が大きく変化することにより、精製処理の性能劣化、すなわち製品（淡水）の品質への影響を回避するためである。
【００４１】
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に海水、一方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は海水側の方が高くなるため、一次精製水側の水分子は正浸透膜を通過して海水側に流れる。この流れにより、正浸透膜表面または内部に付着したファウリング物質を物理的に剥離・洗浄することができる。ファウリング物質を含む海水は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、海洋へ放流される。
【００４２】
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、バルブＶ４を閉、ポンプＰ３を停止、ポンプＰ２を起動、バルブＶ３を開に制御する。そして、正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側の容量に相当する高浸透圧溶液を供給した後、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉とし、海水淡水化処理の状態とする。
【００４３】
このような構成とすると、正浸透膜を挟む溶液の浸透圧差を駆動力とした水流によって膜洗浄を実施でき、ファウリングを抑制できるため、膜の長寿命化を図ることができる。逆洗のためには、通常は圧損の大きな正浸透膜に水を通す必要があるが、本構成では高圧ポンプが不要であるため、逆洗に係る消費エネルギーが小さくて済むという効果もある。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、ポンプＰ１の後流側にバルブＶ２１が設けられ、バルブＶ２１に後流側で洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品が供給され、ポンプＰ２と正浸透膜処理手段３との間に三方バルブ２２が設けられ、三方バルブの１つが正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に接続されている。
【００４６】
本実施例における淡水製造時の処理においては、バルブＶ２１を開とし、洗浄薬品供給手段２１は停止とする。また、三方バルブＶ２２は、ポンプＰ２から供給される高浸透圧溶液を正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側に供給するように切り替えられる。
【００４７】
逆洗時は、まずバルブＶ２１を閉に、ポンプＰ１を停止、ポンプＰ３を起動、バルブＶ４を開に制御する。その後、三方バルブＶ２２を正浸透膜処理手段３の原水（海水）側に切り替え、洗浄薬品供給手段２１から洗浄薬品を供給する。これにより、一次精製水貯留タンク６に蓄えられた浸透圧の低い水が正浸透膜処理手段３の高浸透圧溶液側（海水が供給されていた部屋とは別の部屋）に逆洗水として供給され、高浸透圧溶液が原水側に供給される。逆洗の初期段階では、正浸透膜処理手段３から排出される高浸透圧溶液の濃度が高いため、この液はバルブＶ１を介して一次精製処理手段４に送る。その後、正浸透膜処理手段３の容量に相当する逆洗水が供給された時点で、バルブＶ２を開、バルブＶ１を閉とし、逆洗水を調整タンク５に送る。
【００４８】
正浸透膜処理手段３内部には、正浸透膜を挟んで一方に高浸透圧溶液、他方に一次精製水が供給されることになる。このとき、浸透圧は高浸透圧溶液側の方が高くなり、この効果で膜の逆洗ができる。この他、洗浄薬剤により、化学的なファウリング物質の溶解も進行し、物理洗浄だけでは除去が困難な付着物を除去することができる。
【００４９】
ファウリング物質および洗浄薬剤を含む高浸透圧溶液は濃縮海水タンク９に回収され、排水処理後、処分される。
【００５０】
洗浄薬品としては、スケールとして付着する硫酸カルシウム，硫酸マグネシウム，炭酸カルシウム，ケイ酸塩の除去、または、生物によって生成されバイオファウリングの原因となる有機物を除去できる薬品を使用する。例えば、界面活性剤，酸剤（塩酸等の無機酸，カルボン酸等の有機酸）、または、アルカリ剤（苛性ソーダ等）を使用することができる。
【００５１】
設定された時間の逆洗処理が終了した後、図示しない制御手段は、まず、洗浄薬品供給手段２１を停止し、バルブＶ１を開、ポンプＰ２，Ｐ３を停止、バルブＶ４を閉、三方バルブＶ２２を高浸透圧溶液供給側に切り替える。正浸透膜処理手段３の原水側の部屋への海水通水を設定された時間実施した時点で、制御手段は、バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉、ポンプＰ２を起動し、海水淡水化処理の状態とする。
【００５２】
このような構成とすると、正浸透膜の両側の浸透圧差は第１実施形態の場合よりも大きくなるため、膜を透過する水の流束が増大し、物理的な逆洗効果が大きくなる。また、洗浄薬品によるファウリング物質除去の効果もあるため、膜の寿命を延長させることができる。
【００５３】
ここで、洗浄薬品によるファウリング物質除去が必要でない場合は、洗浄薬品供給手段２１は省略することができる。
【００５４】
また、海水淡水化処理の正浸透膜処理では、原水（海水）中のイオンの一部が膜を透過して高浸透圧溶液側に移行し、蓄積してしまう。必要な淡水の水質を確保する上では、定期的な高浸透圧溶液の更新が必要である。本実施形態の構成では、高浸透溶液の部分的な更新と膜の洗浄が同時にできる。そのため、これらを別々に実施する場合に比べて排水処理系にかかる負担を軽減できる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００５６】
また、物理的および化学的な洗浄を併用することで、洗浄効果を向上させることができ、膜の寿命をさらに伸ばすことができるという効果がある。
【００５７】
〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３実施形態に係る海水淡水化システムのブロック図である。本システムは、第１実施形態と同様に構成されているが、本実施形態では、例１の構成に計測器Ｓ１〜Ｓ４を加え、これらの計測結果に基づいて逆洗操作を実行するものである。
【００５８】
計測項目として、例えば導電率と流量を用いる場合について説明する。導電率は、高浸透圧溶液中の溶質の濃度と相関を持った指標である。そのため、正浸透膜処理における水の流束の変化を判断する指標となり得る。計測器Ｓ１と計測器Ｓ２は導電率計で、計測器Ｓ１はバルブＶ３と正浸透膜処理手段３の間に設置し、計測器Ｓ２はバルブＶ１と一次精製処理手段４の間に設置する。計測器Ｓ３，Ｓ４は流量計であり、正浸透膜処理手段３への流入量をそれぞれ測定する。
【００５９】
導電率を用いた逆洗処理の運転制御フローを図５に示す。
Ｓ５０１で、前回の逆洗からの経過時間と設定値との比較をする。経過時間が設定値を超えていればＳ５０７で逆洗を実行する。
【００６０】
超えていなければ、Ｓ５０２−Ｓ５０６で、ファウリングの程度の判断を実施する。Ｓ５０２で、計測器Ｓ１，Ｓ２から正浸透膜処理手段３の前後での導電率を取得する。Ｓ５０３で、正浸透膜処理手段３の原水側と高浸透圧溶液側のそれぞれの流入流量を取得する。Ｓ５０４で、システムで稼働している使用モジュール数を取得する。これらを入力として、Ｓ５０５で、逆洗実行の判断基準とする導電率（σ１′）を算出する。得られたσ１′と導電率の実測値（σ１）とを比較し、σ１＞σ１′であれば、すなわち海水から高浸透圧溶液への水の流入が基準より少なければ、Ｓ５０７で逆洗を実行する。
【００６１】
Ｓ５０５におけるσ１′の算出方法としては、海水淡水化システムで適用する正浸透膜モジュールを用いて、事前に導電率と流量の関係を調査しておく方法がある。例えば、その関係を示す表や実験式を作成し、Ｓ５０５において用いる。流量が大きいほど、単位流量当たりの膜透過水水量が小さくなるため、導電率の変化（σ０−σ１）は小さくなる。
【００６２】
上記の制御方法では、流入する高浸透溶液の導電率，流量，モジュール数から、正浸透膜処理手段の出口で得られる高浸透圧溶液の導電率を計算し、実測値と比較することで逆洗の実施を判断した。より簡易な方法として、逆洗を実行するときの導電率の値（一定値）を設定し、実測値がこれを超えた場合に逆洗処理を実行することもできる。
【００６３】
また、計測項目の例として導電率を挙げて説明したが、高浸透圧溶液の溶質や粒子の濃度と相関がある計測であれば特に制限されるものではない。例えば、ｐＨ（酸・アルカリの場合），全有機炭素（有機物である場合），粒子数（粒子である場合）を適用することができる。
【００６４】
また、溶質の濃度のモニタリングという以外に、正浸透膜処理における流束を評価する手段として、計測器Ｓ１，Ｓ２に流量計を適用することも可能である。この場合、計測器Ｓ３，Ｓ４は不要である。正浸透膜処理手段への高浸透圧溶液の流入量に対して、出口の流量が減少していれば、濃度差による駆動力に対して流束が減少している、すなわち、膜の部分の圧損が増大している（ファウリングが進行している）と判断できる。
【００６５】
一般の浄水膜処理では膜間の差圧に基づいてファウリングが判断されているが、正浸透膜処理では溶液の浸透圧差によって差圧が決まってしまうため、差圧で膜のファウリング状況を判断することは困難となる。
【００６６】
本実施形態に示した構成にすると、第１実施形態で述べた効果に加え、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。
【００６７】
このように、本実施形態によれば、膜の両側に供給される水の濃度差を駆動力として正浸透膜の逆洗を実施することができるため、逆洗のためのポンプ動力を小さくすることができる。また、逆洗を実施することにより、膜の長寿命化を図ることが可能となる。
【００６８】
また、流量や水質を指標として、ファウリングの状態に応じた逆洗の実施が可能となるため、予防保全的に一定周期で逆洗を実施する場合に比べ、淡水の収率向上やエネルギー削減が可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
２ 前処理手段
３ 正浸透膜処理手段
４ 一次精製処理手段
５ 調整タンク
６ 一次精製水貯留タンク
８ 前処理排液タンク
９ 濃縮海水タンク
２１ 洗浄薬品供給手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正浸透膜によって仕切られる、海水が供給される第一の部屋と、該海水から前記正浸透膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋を具備した正浸透膜処理手段と、前記第二の部屋に接続され前記高浸透圧溶液中の溶質又は粒子を除去する一次精製処理手段と、該一次精製処理手段で得られる浸透圧が前記海水より低い溶液を貯留する一次精製水貯留手段とを備え、前記正浸透膜の逆洗時は、前記一次精製水貯留手段に貯留された溶液を前記第二の部屋に供給する配管，ポンプを設けたことを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項２】
前記一次精製処理手段で分離された溶質又は粒子を高濃度で含む液を前記第一の部屋に供給する配管及びポンプを設けたことを特徴とする請求項１に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項３】
正浸透膜によって仕切られる、海水が供給される第一の部屋と、該海水から前記正浸透膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋を具備した正浸透膜処理手段と、前記正浸透膜の逆洗時は、前記第一の部屋の溶液の浸透圧が前記第二の部屋の溶液の浸透圧より大きくなるように、少なくとも前記第二の部屋に溶液を供給する配管，ポンプを設けたことを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項４】
正浸透膜に接して、原水となる海水が供給される第一の部屋と、海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、前記高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、該精製手段で得られる、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管と、を有し、逆洗時は、前記第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去することを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項５】
浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される海水よりも浸透圧の高い溶液を、前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去することを特徴とする請求項４に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項６】
前記第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項７】
前記洗浄薬品が、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項８】
前記第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する複数個の流量計測手段を有し、前記複数個の流量計測手段により各流量を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項９】
前記第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項１】
正浸透膜によって仕切られる、海水が供給される第一の部屋と、該海水から前記正浸透膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋を具備した正浸透膜処理手段と、前記第二の部屋に接続され前記高浸透圧溶液中の溶質又は粒子を除去する一次精製処理手段と、該一次精製処理手段で得られる浸透圧が前記海水より低い溶液を貯留する一次精製水貯留手段とを備え、前記正浸透膜の逆洗時は、前記一次精製水貯留手段に貯留された溶液を前記第二の部屋に供給する配管，ポンプを設けたことを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項２】
前記一次精製処理手段で分離された溶質又は粒子を高濃度で含む液を前記第一の部屋に供給する配管及びポンプを設けたことを特徴とする請求項１に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項３】
正浸透膜によって仕切られる、海水が供給される第一の部屋と、該海水から前記正浸透膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋を具備した正浸透膜処理手段と、前記正浸透膜の逆洗時は、前記第一の部屋の溶液の浸透圧が前記第二の部屋の溶液の浸透圧より大きくなるように、少なくとも前記第二の部屋に溶液を供給する配管，ポンプを設けたことを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項４】
正浸透膜に接して、原水となる海水が供給される第一の部屋と、海水から膜を透過させて水を回収する高浸透圧溶液が供給される第二の部屋とを具備した正浸透膜処理手段と、前記高浸透圧溶液中の溶質または粒子を除去する精製手段と、該精製手段で得られる、浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する配管と、を有し、逆洗時は、前記第一の部屋と第二の部屋との浸透圧差を駆動力として、前記第二の部屋に含まれる水を正浸透膜を介して透過させ、第一の部屋に接する正浸透膜に付着した物質を除去することを特徴とする正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項５】
浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給する際に、精製手段で回収される海水よりも浸透圧の高い溶液を、前記第一の部屋に供給し、正浸透膜に付着した物質を除去することを特徴とする請求項４に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項６】
前記第一の部屋へ供給される液に洗浄薬品を添加する手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項７】
前記洗浄薬品が、界面活性剤，無機酸，有機酸，アルカリ剤のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項８】
前記第一の部屋および第二の部屋へ供給される水の流量を計測する複数個の流量計測手段を有し、前記複数個の流量計測手段により各流量を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【請求項９】
前記第二の部屋へ供給される水および排出される水の導電率を計測する手段を有し、海水淡水化処理の際の各導電率を計測し、制御手段は、この計測結果に基づいて浸透圧が海水よりも低い溶液を前記第二の部屋に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の正浸透膜を用いた海水淡水化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５０２００（Ｐ２０１２−２５０２００Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５９３２（Ｐ２０１１−１２５９３２）
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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