水処理装置
【課題】本発明は、装置設備のコンパクト化を図るとともに、設備費用を削減することができる水処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の水処理装置１０によれば、海水を一次処理する一次処理部５０と、一次処理部５０によって処理された海水を二次処理する二次処理部５２とを容器に並設収容することで、一次処理部５０と二次処理部５２とを連結する配管を無くしたので、装置設備のコンパクト化が図られ、また、設備費用も削減できる。
【解決手段】本発明の水処理装置１０によれば、海水を一次処理する一次処理部５０と、一次処理部５０によって処理された海水を二次処理する二次処理部５２とを容器に並設収容することで、一次処理部５０と二次処理部５２とを連結する配管を無くしたので、装置設備のコンパクト化が図られ、また、設備費用も削減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明装置は、水処理装置に関し、特に逆浸透膜（以下、ＲＯ(Reverse 0smosis)）膜を使用して海水を淡水に処理する淡水化装置等の水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＯ膜を使用した従来の淡水化装置では、逆浸透圧を利用するため、特許文献１の如く、円筒状に構成されたベッセル（圧力容器）内にＲＯ膜エレメントが充填されたモジュールが用いられている。脱塩される海水(被処理水)は、ＲＯ膜エレメントに導入されてＲＯ膜に浸透することにより脱塩される。脱塩された透過水(分離水)は、ＲＯ膜エレメントの中央部に配置されている芯管に浸透し、芯管からベッセルの外部に排出管を介して取り出される。
【０００３】
ＲＯ膜としては、特許文献２の如く、濾過膜とメッシュ状のサポートとを重ね合わせて袋状に閉じた濾過膜エレメントを、芯管を中心にロールケーキ状に巻いたスパイラル膜エレメントが知られている。また、多数本の中空糸膜を使用した膜も周知である。更に、ベッセル内において、海水に加える圧力は５ＭＰａ以上であり、この圧力に耐え得るようにベッセルや配管部材等は、ＦＲＰ製等の耐圧部材で構成されている。
【０００４】
ところで、淡水化装置等の水処理装置では、特許文献３の如く、被処理水を一次処理する一次処理部と、一次処理部によって処理された被処理水を二次処理する二次処理部とが送液管を介して直列に接続されて、被処理水を２段階に処理するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５３４２７１号公報
【特許文献２】特表２００８−５３４２７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１９９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一次処理部と二次処理部とを送液管を介して連結した淡水化装置では、一次処理部と二次処理部が多数のモジュールで構成されているため、それぞれを連接する送液管やバルブや配管接続部材の数が膨大になり、淡水化処理設備が大掛かりなものになるという欠点があった。また、この送液管、バルブ、配管接続部材は、防錆と耐久性とを考慮して非常に高価な材質(スーパーステンレス製等)なので、淡水化処理設備の設備費用が莫大になるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置設備のコンパクト化を図るとともに、設備費用も削減することができる水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記目的を達成するために、少なくとも被処理水を処理するための複数の水処理部からなる水処理装置であって、水処理部が複数段からなるとともに、前段の水処理部の処理水が次段の水処理部の被処理水となるように多段接続され、前記複数段の水処理部が容器に並設して収容されていることを特徴とする水処理装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、前段の水処理部と次段の水処理部とを容器内に並設して収容することで、前段の水処理部と次段の水処理部とを連結する送液管を無くしたので、装置設備のコンパクト化が図られ、また、設備費用も削減することができる。
【００１０】
本発明の前記容器には、該容器内に前記被処理水を導入する導入管と、該導入管から導入された前記被処理水を前記前段の水処理部に導入する導入流路と、前記前段の水処理部によって処理された前記被処理水を前記次段の水処理部に折り返して導入する後次処理部供給流路とが備えられ、前記前段の水処理部を通過した被処理水が、前記後次処理部供給流路を介して前記次段の水処理部に導入されることにより、前記前段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向と、前記次段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向とが逆方向に設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、被処理水は導入管を介して容器内部の導入流路に導入され、導入流路から一次処理部に導入される。そして、被処理水は前段の水処理部を通過して一次処理され、この後、後次処理部供給流路を通過することで折り返されて次段の水処理部に導入される。そして、被処理水は、次段の水処理部を通過して二次処理される。本発明では、前段の水処理部を通過する被処理水の流れ方向と、次段の水処理部を通過する被処理水の流れ方向とを逆方向に設定しているので、双方の流れ方向を同一とした場合の容器と比較して、径は若干大きくなるが、軸方向に無用に長<ならず、コンパクトになる。
【００１２】
前記流れ方向に特に制約はないが、流路を短くする、すなわち、前段の水処理部の被処理水出口が次段の水処理部の被処理水入口と短くするという観点から、前段の被処理水の流れ方向と次段の被処理水の流れ方向とを逆方向に設定することが好ましい。
【００１３】
本発明は、前記前段の水処理部によって前記被処理水から分離された分離水を前記容器から排出する排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部によって前記被処理水から分離された次分離水を前記容器から排出する後次分離水排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部を通過した前記被処理水を前記容器から排出する後次被処理水排出管が前記容器に貫通して配置されていることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、容器内で分離された一次分離水を排出管から容器の外部に排出することができ、また、分離された二次分離水を後次分離水排出管から容器の外部に排出することができ、更に、次段の水処理部を通過した被処理水を後次被処理水排出管から容器の外部に排出することができる。
【００１５】
本発明によれば、前記容器は円筒状に構成されるとともに、前記処理部は一次処理部と二次処理部とからなる二段で構成され、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の前記容器、及びその内部に構成される一次処理部、第二次処理部の形状に制約はないが、円筒状に構成されることが好ましい、また、一次処理部と二次処理部は、複数の円筒形のモジュールから構成されるとともに、その一部が前記一次処理部、残りが前記二次処理部として構成されることが好ましい。更に、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成することも好ましい実施態様である。
【００１７】
本発明によれば、二次処理部に導入される被処理水は、一次処理部において一次分離水が排出されているため、一次処理部に導入される初期の被処理水よりも少ない。つまり、二次処理部は一次処理部よりも被処理水量が少なくなる。また、各処理部の性能や運転条件設計によって、一次処理部と二次処理部の処理量比を適宜設定することができる。例えば、モジュールの設置台数の多い一次処理部を、スペースの広い容器の内周壁面に沿って配置し、モジュールの設置台数の少ない二次処理部では容器の中心軸に沿ってモジュールを１台、又は中心軸周りにモジュールを複数台配置する。これにより、容器内のスペースを有効利用して必要最小限の一次処理部と二次処理部を配置することができる。
【００１８】
本発明の前記容器の中心軸に沿って配置される前記二次処理部の１台のモジュールは、そのモジュールの径を、前記容器の内周壁面に沿って配置される前記一次処理部のモジュールの径よりも大径に構成されていることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、前記複数の処理部のそれぞれの次段に対する前段の膜面積の比率が１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、前記複数の処理部のそれぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量が１／５以上であり、かつ、前段処理部の分離水流量が次段処理部の分離水量の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００２１】
特に、一次処理部、二次処理部がともに同等の性能を有する膜分離プロセスである場合、膜分離プロセスに応じて膜面積当たりの分離水量の最大値が決まっているため、一次処理部における分離量を被処理水量から減じた値が、二次処理部に供給され、更に分離水が得られることとなる。また、クロスフローで分離を行う場合は、分離水量に対する被処理水供給量の最大値と被処理水排出量の最小値を決定する必要がある。具体的には、ＲＯ膜で二段処理を行う場合は、一次処理水の被処理水供給量に対して二次処理水の被処理水排水量が１／５以上であることが必要である。
【００２２】
よって、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。更には、海水淡水化の場合は、一次処理の被処理水に比べて二次処理の被処理水は濃度上昇による浸透圧増加が生じるため、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積に対して１．５〜３倍程度であることが好ましい。これを実現する好適な手段としては、中心軸に沿ったモジュールを大径に構成することによって、中心軸周りに一次処理部、中心軸に沿って二次処理部をバランスよく配置し、更には、容器内のスペースも有効に活用することが可能となり、非常に好ましい実施態様である。
【００２３】
本発明によれば、前記複数の処理部における分離膜の阻止性能が前段よりも次段が高いことが好ましい。
【００２４】
一次処理部に比べて二次処理部の被処理水は濃縮されているため、一次処理部に比べて阻止性能が高い分離膜を二次処理部に適用すると、一次処理部と二次処理部の分離水質を均一化できるため好ましい。また、一次処理部の分離水と二次処理部の分離水を個別に利用又は処理する場合、一次処理部に比べて阻止性能が低い分離膜を二次処理部に適用すると、阻止性能が同一の分離膜を用いた場合と比べて、二次処理部の分離水を増加させることができる。
【００２５】
本発明によれば、二次処理部を複数のモジュールで構成する際のモジュール間のデッドスペースを省くことができ、装置全体の寸法をコンパクト化させることができる。
【００２６】
本発明の前記流路構造に特に制約はないが、前記導入管から導入された前記被処理水を、前記一次処理部を構成する複数のモジュールに向けて分散させる分散部材が設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、図６に例示されるように被処理水が第一処理部や第二処理部の被処理水流れ方向と平行でない場合や、モジュールの径が大きく被処理水が偏流し易い場合には、特に効果的である。分散部材の分散作用によって、導入管から導入された前記被処理水は容器の内周壁面に沿って配置された複数のモジュール、又は大径のモジュールに向けて均等に分散する。これにより、一次処理部による被処理水の処理効率が向上する。
【００２８】
本発明の前記一次処理部、及び前記二次処理部は特に制約はなく、分離膜以外にも吸着剤、充填塔、イオン交換、砂濾過なども併用することが可能であるが、特に、クロスフローの精密濾過膜や限外濾過膜をはじめとする種々の分離膜、中でもナノ濾過膜や逆浸透膜であることが好ましい。また、被処理水量に対する分離水量の割合である回収率が高い（５０％以上）場合に、本発明の適用効果が高い。
【００２９】
更に、本発明は、二段処理（一次処理部＋二次処理部）のみについて説明しているが、本発明は、更に三段処理以上にも適用することが可能である。
【００３０】
本発明によれば、分離膜として逆浸透膜を使用することにより、河川水、下廃水、海水等から淡水を製造する淡水化装置に本発明を適用することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の水処理装置によれば、被処理水を前段で処理する前段の水処理部と、前段の水処理部によって処理された被処理水を処理する次段の水処理部とを容器に並設して収容し、前段の水処理部と次段の水処理部とを連結する送液管を無くしたので、装置設備のコンパクト化を図るとともに、設備費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態の水処理装置が設置された海水淡水化処理システムのブロック図
【図２】実施の形態の水処理装置のエレメントの構成を示した斜視図
【図３】図２に示したエレメントがベッセルに組み込まれたモジュールの斜視図
【図４】図２に示したエレメントのＲＯ膜が巻回される前の状態を示したエレメントの正面図
【図５】図２に示したエレメントの正面図
【図６】実施の形態の水処理装置の縦断面図
【図７】（Ａ）は図６のＡ−Ａ′線に沿う断面図、（Ｂ）は図６のＢ−Ｂ′線に沿う断面図、（Ｃ）は図６のＣ−Ｃ′線に沿う断面図、（Ｄ）は図６のＤ−Ｄ′線に沿う断面図、（Ｅ）は図６のＥ−Ｅ′線に沿う断面図、（Ｆ）は図６のＦ−Ｆ′線に沿う断面図
【図８】容器の中心軸周りに二次処理部のモジュールを複数台配置したモジュール配置構成の例を示した説明図
【図９】図８に示した容器を容器の軸方向に沿って切断して見た断面図
【図１０】容器を８台設置した実施の形態の水処理装置の構造図
【図１１】一次処理部を構成する４０台のモジュールを備えた従来の水処理装置の構造図
【図１２】一次処理部と二次処理部の各モジュールが送液管を介して連結された説明図
【図１３】一次処理部と二次処理部の配置に関する変形例を示した説明図
【図１４】一次処理部と二次処理部の配置に関する変形例を示した説明図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に従って本発明に係る水処理装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００３４】
図1は、実施の形態の水処理装置１０が組み込まれた海水淡水化処理システム２０のブロック図である。
【００３５】
同図に示す海水淡水化処理システム２０は、海水(被処理水)が貯留されたタンク１２、高圧ポンプ１４、及び水処理装置１０から構成される。タンク１２の海水は、高圧ポンプ１４によって水処理装置１０に高圧で供給され、水処理装置１０の後述する一次処理部（前段の水処理部）５０及び二次処理部（次段の水処理部）５２の各ＲＯ膜(分離膜)によって逆浸透処理(脱塩処理)されることにより、脱塩された透過水(分離水)１６と、塩分が濃縮された濃縮水(海水:被処理水)１８とに分離される。このようにして得られた透過水１６は、後述する排出管(排出管６６、後次分離水排出管３１)を介して水処理装置１０の外部に排出され、濃縮水１８も同様に排出管(後次被処理水排出管６２)を介して水処理装置１０の外部に排出される。
【００３６】
なお、実施の形態の海水洪水化処理システム２０は、高圧ポンプ１４によって海水を水処理装置１０に高圧で供給しているが、水処理装置１０の透過水出口側に高圧の吸引ポンプを接続し、この吸引ポンプによってタンク１２から海水を水処理装置１０に導入させるようにしてもよい。また、高圧ポンプ１４及び吸引ポンプの双方を設けてもよい。
【００３７】
タンク１２内の海水としては、原海水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原海水に含まれる濁質成分等を除去した海水を使用することが好ましい。前処理としては、フィルタ利用、及び沈殿池に原海水を導入して沈降／浮上分離する方法、また必要に応じて塩素等の殺菌剤を添加し、原海水中の粒子を沈殿除去するとともに微生物を殺菌する等の処理がある。また、原海水に塩化鉄等の凝集剤を添加して濁質成分を凝集させ、これを濾過・沈殿・浮上させて除去した海水を使用してもよい。
【００３８】
水処理装置１０を構成する、後述の一次処理部５０及び二次処理部５２は、図２に示すエレメント２２を単数、又は複数個直列に接続し、これを図３に示す円筒状のベッセル２４に充填してモジュール２６、２６′とし、このモジュール２６、２６′を単独で、又は並列に接続することにより構成される。
【００３９】
ここで、一次処理部５０のモジュールを符号２６で示し、二次処理部５２のモジュールを符号２６′で示す。モジュール２６、２６′の基本的構造は同一である。
【００４０】
ベッセル２４の両端は、海水が導入、排出されるように開口されており、導入側の開口部に、高圧ポンプ１４によって所定の操作圧力が負荷されるようになっている。なお、図３には、３個のエレメント２２、２２…を直列に接続したモジュール２６、２６′が示されているが、エレメント２２の個数は３個に限定されるものではない。また、ベッセル２４は、高圧(５ＭＰａ以上)に耐え得るようにＦＲＰ等によって構成されているものもある。
【００４１】
図２に示すようにエレメント２２は、ＲＯ膜２８と排出管３０とを含む膜ユニット３２が集水管３４の周囲に配置されて構成されている。膜ユニット３２は図４の如く、４枚の袋体状のＲＯ膜２８、２８…が集水管３４の外周部に放射状に接続され、これらのＲＯ膜２８、２８…を、図５の如く集水管３４の周囲にスパイラル状に巻回することにより構成される。袋体状のＲＯ膜２８の一端は開口され、この開口部が図４に示す集水管３４の透孔３６と連通するようにＲＯ膜２８が集水管３４に接着されている。被処理水である海水は、ＲＯ膜２８の外表面を流れ、ＲＯ膜２８を透過することにより脱塩される。そして、ＲＯ膜２８を透過した脱塩後の透過水は、ＲＯ膜２８の内側からＲＯ膜２８の開口、及び集水管３４の透孔３６を介して集水管３４内に集水され、集水管３４から排出管３０、３１を介してエレメント２２から排出される。
【００４２】
なお、図４の符号３８は、ＲＯ膜２８の内部に配置されるメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー３８によって、ＲＯ膜２８がスパイラル状に巻かれてもＲＯ膜２８の内部空間が潰れないように保持される。また、符号４０は、隣接するＲＯ膜２８、２８の間に配置されたメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー４０もＲＯ膜２８と同様に集水管３４の外周部に放射状に接着されている。
【００４３】
図６は、水処理装置１０の縦断面図である。
【００４４】
なお、図６において、海水の流れ方向が矢印で示されている。また、図７（Ａ）は、図６のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。図７（Ｂ）は、図６のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。図７（Ｃ）は、図６のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。図７（Ｄ）は、図６のＤ−Ｄ′線に沿う断面図である。図７（Ｅ）は、図６のＥ−Ｅ′線に沿う断面図である。図７（Ｆ）は、図６のＦ−Ｆ′線に沿う断面図である。
【００４５】
図６、図７に示すように、実施の形態の水処理装置１０は、海水を一次処理する一次処理部５０と、一次処理部５０によって処理された海水を二次処理する二次処理部５２とが円筒状の容器５４に並設して収容されている。一次処理部５０は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って等間隔で配置された４台のモジュール２６、２６…によって構成され、これらの４台のモジュール２６、２６…は、各々の中心軸が容器５４の中心軸に対して平行に配置されている。また、二次処理部５２は、容器５４の中心軸に沿って配置された１本のモジュール２６′によって構成され、このモジュール２６′は、その中心軸が容器５４の中心軸に合致した位置に配置されている。
【００４６】
また、図７では、一次処理部５０のモジュール２６の径と二次処理部５２のモジュール２６′の径が略等しいように図示しているが、一次処理部５０の処理水量と二次処理部５２の処理水量の比に応じてモジュール２６、２６′の径を適宜選択し、二次処理部５２のモジュール２６′の径を一次処理部５０のモジュール２６の径より大きく選定してもよい。なお、一次処理部５０の、モジュール２６は、ベッセル２４に収納した形態であってもよく、ベッセル２４に収納せず、複数のエレメント２２、２２…を直列に接続した形態でもよい。図６、図７には後者のモジュール２６が示されている。
【００４７】
実施の形態の水処理装置１０によれば、一次処理部５０と二次処理部５２とを容器５４に並設して収容することで、一次処理部５０と二次処理部５２とを連結する送液管を無くしている。これにより、水処理装置１０によれば、送液管を有する水処理装置と比較して、装置設備のコンパクト化を図ることができるとともに、設備費用も削減することができる。なお、実施の形態では、二段処理（一次処理部５０＋二次処理部５２）のみについて説明したが、本発明は、更に三段処理以上にも適用することが可能である。
【００４８】
水処理装置１０では、送液管を無くすことで容器５４が必要となるが、この容器５４は耐久年数が送液管ほど長く要求されない。よって、容器５４の材質は高価なスーパーステンレスではなく、高水圧に耐え得る材質(ＦＲＰ等)でよい。
【００４９】
また、図６に示すように容器５４には、容器５４内に海水を導入する導入管５６と、導入管５６から導入された海水を一次処理部５０に導入する導入流路５８と、一次処理部５０によって処理された一次濃縮水(海水:被処理水)を二次処理部５２に折り返して導入する後次処理部供給流路６０とが備えられている。すなわち、この容器５４によれば、一次処理部５０を通過した一次濃縮水が、後次処理部供給流路６０を介して二次処理部５２に導入されることにより、一次処理部５０を通過する海水の流れ方向Ａと、二次処理部５２を通過する一次濃縮水の流れ方向Ｂとが逆方向に設定されている。
【００５０】
この容器５４によれば、図１のタンク１２から導入管５６を介して供給された海水は、導入流路５８を介して一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に導かれる。そして、海水は、４台のモジュール２６、２６…のＲＯ膜２８、２８…を順次透過したのち前述の如く各々の集水管３４、３４…に集水されて各々の排出管３０、３０…から容器５４の外部に一次透過水として排出される。また、一次処理部５０のＲＯ膜２８、２８…を透過しなかった一次濃縮水は、後次処理部供給流路６０に導入され、ここで折り返されて二次処理部５２のモジュール２６′に導入される。そして、二次処理部５２のＲＯ膜２８、２８…を通過することで、二次透過水と二次濃縮水(海水:被処理水)とに分離され、二次透過水が、二次処理部５２のモジュール２６′の排出管３１から容器５４の外部に排出されるまた、二次処理部５２のＲＯ膜２８、２８…を透過しなかった二次濃縮水は、後次被処理水排出管６２を介して容器５４の外部に排出される。
【００５１】
なお、図６に示す二次処理部５２の排出管３１は、一次処理部５０の排出管３０と反対方向に備えられているが、本発明の実施にあたって同じ方向に設けても、また両側に設けても特に差し支えなく、周辺の配管設計に応じて適宜選択することができる。ただし、例えば分離水の濃度が比較的高くなる二次処理部５２の排出管３１を後処理に連結する場合は、一次処理部５０の排出管３０と反対側に独立設置することが好ましい。
【００５２】
実施の形態の水処理装置１０は、一次処理部５０を通過する海水の流れ方向Ａと、二次処理部５２を通過する一次濃縮水の流れ方向Ｂとを、容器５４内で逆方向に設定しているので，双方の流れ方向を同一とした場合の容器と比較して、径は若干大きくなるが、軸方向に無用に長くならず、コンパクトになる。
【００５３】
なお、一次処理部５０のモジュール２６、２６…の各々の排出管３０、３０…から排出された一次濾過水は、容器５４の端部に設けられているタンク６４に貯留された後、排出管６６を介してタンク６４の外部に排出される。
【００５４】
ところで、前述の如く実施の形態の容器５４は円筒状に構成され、一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って４台配置され、二次処理部５２では、容器５４の中心軸に沿ってモジュール２６′が１台配置されている。
【００５５】
二次処理部５２に導入される一次濃縮水は、一次処理部５０において一次透過水が排出されているため、一次処理部５０に導入される初期の海水よりも量が少ない。つまり、二次処理部５２は一次処理部５０よりも少ない台数で対応できることになる。よって、設置台数の多い一次処理部５０のモジュール２６、２６…を、スペースの広い容器５４の内周壁面５４Ａに沿って配置し、設置台数の少ない二次処理部５２のモジュール２６′を容器５４の中心軸に沿って配置する。これにより、容器５４内のスペースを有効利用して必要最小限の一次処理部５０側のモジュール２６、２６…と二次処理部５２側のモジュール２６′を配置することができる。
【００５６】
なお、二次処理部５２のモジュール２６′の台数は１台に限定されるものではなく、図８及び図９の如く二次処理部５２の４台のモジュール２６′、２６′…を容器５４の中心軸の周りに４台配置してもよい。一次処理部５０のモジュール２６、２６…は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って８台配置されている。
【００５７】
また、図６に示すように容器５４の導入流路５８には、導入管５６から導入された海水を一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に向けて分散させる多孔板(分散部材)６８が設けられている。この多孔板６８に開口された多数の孔７０、７０…は図７（Ｂ）に示すように、多孔板６８の中心から外周に向うに従って、その径が大きくなるように構成されている。
【００５８】
孔７０の径が上述の如く異なる多孔板６８の海水分散作用によって、導入管５６から導入された海水は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って配置された一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に向けて均等に分散する。これにより、一次処理部５０による海水の処理効率が向上する。また、導入流路５８において均等に分散した前記海水は、図７（Ｃ）に示す隔壁板７２の孔７４、７４…を介して４台のモジュール２６、２６…に供給される。これらの孔７４、７４…は、モジュール２６の端部外形円内に多数開口されている。
【００５９】
導入管５６は、容器５４の外周面に接続される以外に、ＲＯ膜２８の軸方向と同じ向きに接続してもよい。また、排出管６６の向きも適宜変更可能である。更に、二次濃縮水の後次被処理水排出管６２を、二次透過水の後次分離水排出管３１と同軸上に真っ直ぐ配置してもよい。
【００６０】
図１０は、容器５４を８台設置した実施の形態の水処理装置１０の構造図である。これに対して、図１１は従来の水処理装置１００の構造図であり、一次処理部１０２を構成する４０台のモジュール１０４、１０４…が示されている。これらの各２台のモジュール１０４、１０４が、図１２に示す二次処理部１０６の１台のモジュール１０８に送液管１１０を介して連結されている。
【００６１】
図１１の水処理装置１００によれば、主管１１２に供給された海水は４本のヘッダ管１１４、１１４…に分配され、これらのヘッダ管１１４、１１４から各導入管１１６、１１６を介して一次処理部１０２の４０台のモジュール１０４、１０４…に供給される。そして、４０台のモジュール１０４、１０４…を通過した一次濃縮水は、図１２に示した送液管１１０を介して二次処理部１０６のモジュール１０８に供給される。したがって、図１１に示した水処理装置１００によれば、スーパーステンレス製の高価な送液管１１０が２０本必要となる。
【００６２】
これに対して図１０に示した実施の形態の水処理装置１０によれば、主管７６に供給された海水は２本の枝管７８、７８に分配され、これらの枝管７８、７８から各導入管５６、５６…を介して容器５４、５４…に供給される。海水は各容器５４、５４…内で一次処理及び二次処理される。
【００６３】
このように図１０に示した実施の形態の水処理装置１０は、図１１、図１２に示した従来の水処理装置１００と比較して、装置設備のコンパクト化を図ることができるとともに、多数本の送液管１１０が不要になるので、設備資用も削減できることが分かる。
【００６４】
なお、一次処理部のモジュール２６と二次処理部のモジュール２６′の配置、及びサイズは、上述した形態に限定されるものではない。例えば図１３に示すように、容器５４の内周面に沿って一次処理部のモジュール２６を複数配置し、その内側に、モジュール２６よりも大径なモジュール２６′を配置した形態でもよい。この形態によれば、二次処理部を複数のモジュールで構成する際のモジュール間のデッドスペースを省くことができ、装置全体の寸法をコンパクト化させることができる。
【００６５】
また、モジュール２６、２６′の導入管５６及び排出管３０、３１の配置上の制約がある場合には、図１４に示すように、上下方向に複数のモジュール２６を配置し、その両側にモジュール２６′を配置してもよい。
【００６６】
一方、一次処理部のモジュール２６、２６…の膜面積は、二次処理部のモジュール２６′の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００６７】
また、一次処理部のモジュール２６、２６…、及び二次処理部のモジュール２６′において、それぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量は、１／５以上であり、かつ、一次処理部のモジュール２６、２６…の分離水流量が二次処理部のモジュール２６′の分離水量の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００６８】
一次処理部、二次処理部がともに同等の性能を有する膜分離プロセスである場合、膜分離プロセスに応じて膜面積あたりの分離水量の最大値が決まっているため、一次処理部における分離量を被処理水量から減じた値が、二次処理部に供給され、更に分離水が得られることとなる。また、クロスフローで分離を行う場合は、分離水量に対する被処理水供給量の最大値と被処理水排出量の最小値を決定する必要がある。具体的には、ＲＯ膜２８で二段処理を行う場合は、一次処理水の被処理水供給量に対して二次処理水の被処理水排水量が１／５以上であることが必要である。
【００６９】
よって、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。また、海水淡水化の場合は、一次処理部の被処理水に比べて二次処理部の被処理水は濃度上昇による浸透圧増加が生じるので、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積に対して１．５〜３倍程度であることが好ましい。これを実現する好適な手段としては、中心軸に沿ったモジュールを大径に構成することによって、中心軸周りに一次処理部、中心軸に沿って二次処理部をバランスよく配置し、更には、容器内のスペースも有効に活用することが可能となり、非常に好ましい実施態様である。
【００７０】
また、一次処理部、及び二次処理部における分離膜の阻止性能が、一次処理部よりも二次処理部が高いことが好ましい。
【００７１】
一次処理部に比べて二次処理部の被処理水は濃縮されているため、一次処理部よりも阻止性能が高い分離膜を二次処理部に適用すると、一次処理部と二次処理部の分離水質を均一化できるため好ましい。また、一時処理部の分離水と二次処理部の分離水を個別に利用又は処理する場合、一次処理部よりも阻止性能が低い分離膜を二次処理部に適用すると、阻止性能が同一の分離膜を用いた場合と比較して、二次処理部の分離水を増加させることができるので好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
実施の形態では、ＲＯ膜を使用して海水を淡水化処理する水処理装置について説明したが、分離膜はＲＯ膜に限定されるものではない。すなわち、分離膜を使用して被処理水を水処理する装置であれば、本発明の構成を適用できる。また、被処理水は海水に限定されるものではなく、ＲＯ膜等の分離膜もしくはその他の分離プロセスを使用して、水道水や下水を処理した再生水等の水中の溶存物質、濁質、微生物等を除去する水処理装置であっても、本発明の構成を適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…装置、１２…タンク、１４…高圧ポンプ、１６…透過水、１８…濃縮水、２０…淡水化処理システム、２２…エレメント、２４…ベッセル、２６…一次処理部のモジュール、２６′…二次処理部のモジュール、２８…ＲＯ膜、３０…排出管、３１…後次分離水排出管、３２…膜ユニット、３４…集水管、３６…透孔、３８…スペーサー、４０…スペーサー、５０…一次処理部、５２…二次処理部、５４…容器、５４Ａ…内周壁面、５６…導入管、５８…導入流路、６０…後次処理部供給流路、６２…後次被処理水排出管、６４…タンク、６６…排出管、６８…多孔板、７０…孔、７２…隔壁板、７４…孔、７６…主管、７８…枝管、１００…水処理装置、１０２…一次処理部、１０４…モジュール、１０６…二次処理部、１０８…モジュール、１１０…送液管、１１２…技管、１１４…ヘッダ管、Ａ…海水流れ方向、Ｂ…一次処理水の流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明装置は、水処理装置に関し、特に逆浸透膜（以下、ＲＯ(Reverse 0smosis)）膜を使用して海水を淡水に処理する淡水化装置等の水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＯ膜を使用した従来の淡水化装置では、逆浸透圧を利用するため、特許文献１の如く、円筒状に構成されたベッセル（圧力容器）内にＲＯ膜エレメントが充填されたモジュールが用いられている。脱塩される海水(被処理水)は、ＲＯ膜エレメントに導入されてＲＯ膜に浸透することにより脱塩される。脱塩された透過水(分離水)は、ＲＯ膜エレメントの中央部に配置されている芯管に浸透し、芯管からベッセルの外部に排出管を介して取り出される。
【０００３】
ＲＯ膜としては、特許文献２の如く、濾過膜とメッシュ状のサポートとを重ね合わせて袋状に閉じた濾過膜エレメントを、芯管を中心にロールケーキ状に巻いたスパイラル膜エレメントが知られている。また、多数本の中空糸膜を使用した膜も周知である。更に、ベッセル内において、海水に加える圧力は５ＭＰａ以上であり、この圧力に耐え得るようにベッセルや配管部材等は、ＦＲＰ製等の耐圧部材で構成されている。
【０００４】
ところで、淡水化装置等の水処理装置では、特許文献３の如く、被処理水を一次処理する一次処理部と、一次処理部によって処理された被処理水を二次処理する二次処理部とが送液管を介して直列に接続されて、被処理水を２段階に処理するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５３４２７１号公報
【特許文献２】特表２００８−５３４２７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１９９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一次処理部と二次処理部とを送液管を介して連結した淡水化装置では、一次処理部と二次処理部が多数のモジュールで構成されているため、それぞれを連接する送液管やバルブや配管接続部材の数が膨大になり、淡水化処理設備が大掛かりなものになるという欠点があった。また、この送液管、バルブ、配管接続部材は、防錆と耐久性とを考慮して非常に高価な材質(スーパーステンレス製等)なので、淡水化処理設備の設備費用が莫大になるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置設備のコンパクト化を図るとともに、設備費用も削減することができる水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記目的を達成するために、少なくとも被処理水を処理するための複数の水処理部からなる水処理装置であって、水処理部が複数段からなるとともに、前段の水処理部の処理水が次段の水処理部の被処理水となるように多段接続され、前記複数段の水処理部が容器に並設して収容されていることを特徴とする水処理装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、前段の水処理部と次段の水処理部とを容器内に並設して収容することで、前段の水処理部と次段の水処理部とを連結する送液管を無くしたので、装置設備のコンパクト化が図られ、また、設備費用も削減することができる。
【００１０】
本発明の前記容器には、該容器内に前記被処理水を導入する導入管と、該導入管から導入された前記被処理水を前記前段の水処理部に導入する導入流路と、前記前段の水処理部によって処理された前記被処理水を前記次段の水処理部に折り返して導入する後次処理部供給流路とが備えられ、前記前段の水処理部を通過した被処理水が、前記後次処理部供給流路を介して前記次段の水処理部に導入されることにより、前記前段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向と、前記次段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向とが逆方向に設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、被処理水は導入管を介して容器内部の導入流路に導入され、導入流路から一次処理部に導入される。そして、被処理水は前段の水処理部を通過して一次処理され、この後、後次処理部供給流路を通過することで折り返されて次段の水処理部に導入される。そして、被処理水は、次段の水処理部を通過して二次処理される。本発明では、前段の水処理部を通過する被処理水の流れ方向と、次段の水処理部を通過する被処理水の流れ方向とを逆方向に設定しているので、双方の流れ方向を同一とした場合の容器と比較して、径は若干大きくなるが、軸方向に無用に長<ならず、コンパクトになる。
【００１２】
前記流れ方向に特に制約はないが、流路を短くする、すなわち、前段の水処理部の被処理水出口が次段の水処理部の被処理水入口と短くするという観点から、前段の被処理水の流れ方向と次段の被処理水の流れ方向とを逆方向に設定することが好ましい。
【００１３】
本発明は、前記前段の水処理部によって前記被処理水から分離された分離水を前記容器から排出する排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部によって前記被処理水から分離された次分離水を前記容器から排出する後次分離水排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部を通過した前記被処理水を前記容器から排出する後次被処理水排出管が前記容器に貫通して配置されていることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、容器内で分離された一次分離水を排出管から容器の外部に排出することができ、また、分離された二次分離水を後次分離水排出管から容器の外部に排出することができ、更に、次段の水処理部を通過した被処理水を後次被処理水排出管から容器の外部に排出することができる。
【００１５】
本発明によれば、前記容器は円筒状に構成されるとともに、前記処理部は一次処理部と二次処理部とからなる二段で構成され、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の前記容器、及びその内部に構成される一次処理部、第二次処理部の形状に制約はないが、円筒状に構成されることが好ましい、また、一次処理部と二次処理部は、複数の円筒形のモジュールから構成されるとともに、その一部が前記一次処理部、残りが前記二次処理部として構成されることが好ましい。更に、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成することも好ましい実施態様である。
【００１７】
本発明によれば、二次処理部に導入される被処理水は、一次処理部において一次分離水が排出されているため、一次処理部に導入される初期の被処理水よりも少ない。つまり、二次処理部は一次処理部よりも被処理水量が少なくなる。また、各処理部の性能や運転条件設計によって、一次処理部と二次処理部の処理量比を適宜設定することができる。例えば、モジュールの設置台数の多い一次処理部を、スペースの広い容器の内周壁面に沿って配置し、モジュールの設置台数の少ない二次処理部では容器の中心軸に沿ってモジュールを１台、又は中心軸周りにモジュールを複数台配置する。これにより、容器内のスペースを有効利用して必要最小限の一次処理部と二次処理部を配置することができる。
【００１８】
本発明の前記容器の中心軸に沿って配置される前記二次処理部の１台のモジュールは、そのモジュールの径を、前記容器の内周壁面に沿って配置される前記一次処理部のモジュールの径よりも大径に構成されていることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、前記複数の処理部のそれぞれの次段に対する前段の膜面積の比率が１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、前記複数の処理部のそれぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量が１／５以上であり、かつ、前段処理部の分離水流量が次段処理部の分離水量の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００２１】
特に、一次処理部、二次処理部がともに同等の性能を有する膜分離プロセスである場合、膜分離プロセスに応じて膜面積当たりの分離水量の最大値が決まっているため、一次処理部における分離量を被処理水量から減じた値が、二次処理部に供給され、更に分離水が得られることとなる。また、クロスフローで分離を行う場合は、分離水量に対する被処理水供給量の最大値と被処理水排出量の最小値を決定する必要がある。具体的には、ＲＯ膜で二段処理を行う場合は、一次処理水の被処理水供給量に対して二次処理水の被処理水排水量が１／５以上であることが必要である。
【００２２】
よって、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。更には、海水淡水化の場合は、一次処理の被処理水に比べて二次処理の被処理水は濃度上昇による浸透圧増加が生じるため、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積に対して１．５〜３倍程度であることが好ましい。これを実現する好適な手段としては、中心軸に沿ったモジュールを大径に構成することによって、中心軸周りに一次処理部、中心軸に沿って二次処理部をバランスよく配置し、更には、容器内のスペースも有効に活用することが可能となり、非常に好ましい実施態様である。
【００２３】
本発明によれば、前記複数の処理部における分離膜の阻止性能が前段よりも次段が高いことが好ましい。
【００２４】
一次処理部に比べて二次処理部の被処理水は濃縮されているため、一次処理部に比べて阻止性能が高い分離膜を二次処理部に適用すると、一次処理部と二次処理部の分離水質を均一化できるため好ましい。また、一次処理部の分離水と二次処理部の分離水を個別に利用又は処理する場合、一次処理部に比べて阻止性能が低い分離膜を二次処理部に適用すると、阻止性能が同一の分離膜を用いた場合と比べて、二次処理部の分離水を増加させることができる。
【００２５】
本発明によれば、二次処理部を複数のモジュールで構成する際のモジュール間のデッドスペースを省くことができ、装置全体の寸法をコンパクト化させることができる。
【００２６】
本発明の前記流路構造に特に制約はないが、前記導入管から導入された前記被処理水を、前記一次処理部を構成する複数のモジュールに向けて分散させる分散部材が設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、図６に例示されるように被処理水が第一処理部や第二処理部の被処理水流れ方向と平行でない場合や、モジュールの径が大きく被処理水が偏流し易い場合には、特に効果的である。分散部材の分散作用によって、導入管から導入された前記被処理水は容器の内周壁面に沿って配置された複数のモジュール、又は大径のモジュールに向けて均等に分散する。これにより、一次処理部による被処理水の処理効率が向上する。
【００２８】
本発明の前記一次処理部、及び前記二次処理部は特に制約はなく、分離膜以外にも吸着剤、充填塔、イオン交換、砂濾過なども併用することが可能であるが、特に、クロスフローの精密濾過膜や限外濾過膜をはじめとする種々の分離膜、中でもナノ濾過膜や逆浸透膜であることが好ましい。また、被処理水量に対する分離水量の割合である回収率が高い（５０％以上）場合に、本発明の適用効果が高い。
【００２９】
更に、本発明は、二段処理（一次処理部＋二次処理部）のみについて説明しているが、本発明は、更に三段処理以上にも適用することが可能である。
【００３０】
本発明によれば、分離膜として逆浸透膜を使用することにより、河川水、下廃水、海水等から淡水を製造する淡水化装置に本発明を適用することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の水処理装置によれば、被処理水を前段で処理する前段の水処理部と、前段の水処理部によって処理された被処理水を処理する次段の水処理部とを容器に並設して収容し、前段の水処理部と次段の水処理部とを連結する送液管を無くしたので、装置設備のコンパクト化を図るとともに、設備費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態の水処理装置が設置された海水淡水化処理システムのブロック図
【図２】実施の形態の水処理装置のエレメントの構成を示した斜視図
【図３】図２に示したエレメントがベッセルに組み込まれたモジュールの斜視図
【図４】図２に示したエレメントのＲＯ膜が巻回される前の状態を示したエレメントの正面図
【図５】図２に示したエレメントの正面図
【図６】実施の形態の水処理装置の縦断面図
【図７】（Ａ）は図６のＡ−Ａ′線に沿う断面図、（Ｂ）は図６のＢ−Ｂ′線に沿う断面図、（Ｃ）は図６のＣ−Ｃ′線に沿う断面図、（Ｄ）は図６のＤ−Ｄ′線に沿う断面図、（Ｅ）は図６のＥ−Ｅ′線に沿う断面図、（Ｆ）は図６のＦ−Ｆ′線に沿う断面図
【図８】容器の中心軸周りに二次処理部のモジュールを複数台配置したモジュール配置構成の例を示した説明図
【図９】図８に示した容器を容器の軸方向に沿って切断して見た断面図
【図１０】容器を８台設置した実施の形態の水処理装置の構造図
【図１１】一次処理部を構成する４０台のモジュールを備えた従来の水処理装置の構造図
【図１２】一次処理部と二次処理部の各モジュールが送液管を介して連結された説明図
【図１３】一次処理部と二次処理部の配置に関する変形例を示した説明図
【図１４】一次処理部と二次処理部の配置に関する変形例を示した説明図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に従って本発明に係る水処理装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００３４】
図1は、実施の形態の水処理装置１０が組み込まれた海水淡水化処理システム２０のブロック図である。
【００３５】
同図に示す海水淡水化処理システム２０は、海水(被処理水)が貯留されたタンク１２、高圧ポンプ１４、及び水処理装置１０から構成される。タンク１２の海水は、高圧ポンプ１４によって水処理装置１０に高圧で供給され、水処理装置１０の後述する一次処理部（前段の水処理部）５０及び二次処理部（次段の水処理部）５２の各ＲＯ膜(分離膜)によって逆浸透処理(脱塩処理)されることにより、脱塩された透過水(分離水)１６と、塩分が濃縮された濃縮水(海水:被処理水)１８とに分離される。このようにして得られた透過水１６は、後述する排出管(排出管６６、後次分離水排出管３１)を介して水処理装置１０の外部に排出され、濃縮水１８も同様に排出管(後次被処理水排出管６２)を介して水処理装置１０の外部に排出される。
【００３６】
なお、実施の形態の海水洪水化処理システム２０は、高圧ポンプ１４によって海水を水処理装置１０に高圧で供給しているが、水処理装置１０の透過水出口側に高圧の吸引ポンプを接続し、この吸引ポンプによってタンク１２から海水を水処理装置１０に導入させるようにしてもよい。また、高圧ポンプ１４及び吸引ポンプの双方を設けてもよい。
【００３７】
タンク１２内の海水としては、原海水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原海水に含まれる濁質成分等を除去した海水を使用することが好ましい。前処理としては、フィルタ利用、及び沈殿池に原海水を導入して沈降／浮上分離する方法、また必要に応じて塩素等の殺菌剤を添加し、原海水中の粒子を沈殿除去するとともに微生物を殺菌する等の処理がある。また、原海水に塩化鉄等の凝集剤を添加して濁質成分を凝集させ、これを濾過・沈殿・浮上させて除去した海水を使用してもよい。
【００３８】
水処理装置１０を構成する、後述の一次処理部５０及び二次処理部５２は、図２に示すエレメント２２を単数、又は複数個直列に接続し、これを図３に示す円筒状のベッセル２４に充填してモジュール２６、２６′とし、このモジュール２６、２６′を単独で、又は並列に接続することにより構成される。
【００３９】
ここで、一次処理部５０のモジュールを符号２６で示し、二次処理部５２のモジュールを符号２６′で示す。モジュール２６、２６′の基本的構造は同一である。
【００４０】
ベッセル２４の両端は、海水が導入、排出されるように開口されており、導入側の開口部に、高圧ポンプ１４によって所定の操作圧力が負荷されるようになっている。なお、図３には、３個のエレメント２２、２２…を直列に接続したモジュール２６、２６′が示されているが、エレメント２２の個数は３個に限定されるものではない。また、ベッセル２４は、高圧(５ＭＰａ以上)に耐え得るようにＦＲＰ等によって構成されているものもある。
【００４１】
図２に示すようにエレメント２２は、ＲＯ膜２８と排出管３０とを含む膜ユニット３２が集水管３４の周囲に配置されて構成されている。膜ユニット３２は図４の如く、４枚の袋体状のＲＯ膜２８、２８…が集水管３４の外周部に放射状に接続され、これらのＲＯ膜２８、２８…を、図５の如く集水管３４の周囲にスパイラル状に巻回することにより構成される。袋体状のＲＯ膜２８の一端は開口され、この開口部が図４に示す集水管３４の透孔３６と連通するようにＲＯ膜２８が集水管３４に接着されている。被処理水である海水は、ＲＯ膜２８の外表面を流れ、ＲＯ膜２８を透過することにより脱塩される。そして、ＲＯ膜２８を透過した脱塩後の透過水は、ＲＯ膜２８の内側からＲＯ膜２８の開口、及び集水管３４の透孔３６を介して集水管３４内に集水され、集水管３４から排出管３０、３１を介してエレメント２２から排出される。
【００４２】
なお、図４の符号３８は、ＲＯ膜２８の内部に配置されるメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー３８によって、ＲＯ膜２８がスパイラル状に巻かれてもＲＯ膜２８の内部空間が潰れないように保持される。また、符号４０は、隣接するＲＯ膜２８、２８の間に配置されたメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー４０もＲＯ膜２８と同様に集水管３４の外周部に放射状に接着されている。
【００４３】
図６は、水処理装置１０の縦断面図である。
【００４４】
なお、図６において、海水の流れ方向が矢印で示されている。また、図７（Ａ）は、図６のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。図７（Ｂ）は、図６のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。図７（Ｃ）は、図６のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。図７（Ｄ）は、図６のＤ−Ｄ′線に沿う断面図である。図７（Ｅ）は、図６のＥ−Ｅ′線に沿う断面図である。図７（Ｆ）は、図６のＦ−Ｆ′線に沿う断面図である。
【００４５】
図６、図７に示すように、実施の形態の水処理装置１０は、海水を一次処理する一次処理部５０と、一次処理部５０によって処理された海水を二次処理する二次処理部５２とが円筒状の容器５４に並設して収容されている。一次処理部５０は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って等間隔で配置された４台のモジュール２６、２６…によって構成され、これらの４台のモジュール２６、２６…は、各々の中心軸が容器５４の中心軸に対して平行に配置されている。また、二次処理部５２は、容器５４の中心軸に沿って配置された１本のモジュール２６′によって構成され、このモジュール２６′は、その中心軸が容器５４の中心軸に合致した位置に配置されている。
【００４６】
また、図７では、一次処理部５０のモジュール２６の径と二次処理部５２のモジュール２６′の径が略等しいように図示しているが、一次処理部５０の処理水量と二次処理部５２の処理水量の比に応じてモジュール２６、２６′の径を適宜選択し、二次処理部５２のモジュール２６′の径を一次処理部５０のモジュール２６の径より大きく選定してもよい。なお、一次処理部５０の、モジュール２６は、ベッセル２４に収納した形態であってもよく、ベッセル２４に収納せず、複数のエレメント２２、２２…を直列に接続した形態でもよい。図６、図７には後者のモジュール２６が示されている。
【００４７】
実施の形態の水処理装置１０によれば、一次処理部５０と二次処理部５２とを容器５４に並設して収容することで、一次処理部５０と二次処理部５２とを連結する送液管を無くしている。これにより、水処理装置１０によれば、送液管を有する水処理装置と比較して、装置設備のコンパクト化を図ることができるとともに、設備費用も削減することができる。なお、実施の形態では、二段処理（一次処理部５０＋二次処理部５２）のみについて説明したが、本発明は、更に三段処理以上にも適用することが可能である。
【００４８】
水処理装置１０では、送液管を無くすことで容器５４が必要となるが、この容器５４は耐久年数が送液管ほど長く要求されない。よって、容器５４の材質は高価なスーパーステンレスではなく、高水圧に耐え得る材質(ＦＲＰ等)でよい。
【００４９】
また、図６に示すように容器５４には、容器５４内に海水を導入する導入管５６と、導入管５６から導入された海水を一次処理部５０に導入する導入流路５８と、一次処理部５０によって処理された一次濃縮水(海水:被処理水)を二次処理部５２に折り返して導入する後次処理部供給流路６０とが備えられている。すなわち、この容器５４によれば、一次処理部５０を通過した一次濃縮水が、後次処理部供給流路６０を介して二次処理部５２に導入されることにより、一次処理部５０を通過する海水の流れ方向Ａと、二次処理部５２を通過する一次濃縮水の流れ方向Ｂとが逆方向に設定されている。
【００５０】
この容器５４によれば、図１のタンク１２から導入管５６を介して供給された海水は、導入流路５８を介して一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に導かれる。そして、海水は、４台のモジュール２６、２６…のＲＯ膜２８、２８…を順次透過したのち前述の如く各々の集水管３４、３４…に集水されて各々の排出管３０、３０…から容器５４の外部に一次透過水として排出される。また、一次処理部５０のＲＯ膜２８、２８…を透過しなかった一次濃縮水は、後次処理部供給流路６０に導入され、ここで折り返されて二次処理部５２のモジュール２６′に導入される。そして、二次処理部５２のＲＯ膜２８、２８…を通過することで、二次透過水と二次濃縮水(海水:被処理水)とに分離され、二次透過水が、二次処理部５２のモジュール２６′の排出管３１から容器５４の外部に排出されるまた、二次処理部５２のＲＯ膜２８、２８…を透過しなかった二次濃縮水は、後次被処理水排出管６２を介して容器５４の外部に排出される。
【００５１】
なお、図６に示す二次処理部５２の排出管３１は、一次処理部５０の排出管３０と反対方向に備えられているが、本発明の実施にあたって同じ方向に設けても、また両側に設けても特に差し支えなく、周辺の配管設計に応じて適宜選択することができる。ただし、例えば分離水の濃度が比較的高くなる二次処理部５２の排出管３１を後処理に連結する場合は、一次処理部５０の排出管３０と反対側に独立設置することが好ましい。
【００５２】
実施の形態の水処理装置１０は、一次処理部５０を通過する海水の流れ方向Ａと、二次処理部５２を通過する一次濃縮水の流れ方向Ｂとを、容器５４内で逆方向に設定しているので，双方の流れ方向を同一とした場合の容器と比較して、径は若干大きくなるが、軸方向に無用に長くならず、コンパクトになる。
【００５３】
なお、一次処理部５０のモジュール２６、２６…の各々の排出管３０、３０…から排出された一次濾過水は、容器５４の端部に設けられているタンク６４に貯留された後、排出管６６を介してタンク６４の外部に排出される。
【００５４】
ところで、前述の如く実施の形態の容器５４は円筒状に構成され、一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って４台配置され、二次処理部５２では、容器５４の中心軸に沿ってモジュール２６′が１台配置されている。
【００５５】
二次処理部５２に導入される一次濃縮水は、一次処理部５０において一次透過水が排出されているため、一次処理部５０に導入される初期の海水よりも量が少ない。つまり、二次処理部５２は一次処理部５０よりも少ない台数で対応できることになる。よって、設置台数の多い一次処理部５０のモジュール２６、２６…を、スペースの広い容器５４の内周壁面５４Ａに沿って配置し、設置台数の少ない二次処理部５２のモジュール２６′を容器５４の中心軸に沿って配置する。これにより、容器５４内のスペースを有効利用して必要最小限の一次処理部５０側のモジュール２６、２６…と二次処理部５２側のモジュール２６′を配置することができる。
【００５６】
なお、二次処理部５２のモジュール２６′の台数は１台に限定されるものではなく、図８及び図９の如く二次処理部５２の４台のモジュール２６′、２６′…を容器５４の中心軸の周りに４台配置してもよい。一次処理部５０のモジュール２６、２６…は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って８台配置されている。
【００５７】
また、図６に示すように容器５４の導入流路５８には、導入管５６から導入された海水を一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に向けて分散させる多孔板(分散部材)６８が設けられている。この多孔板６８に開口された多数の孔７０、７０…は図７（Ｂ）に示すように、多孔板６８の中心から外周に向うに従って、その径が大きくなるように構成されている。
【００５８】
孔７０の径が上述の如く異なる多孔板６８の海水分散作用によって、導入管５６から導入された海水は、容器５４の内周壁面５４Ａに沿って配置された一次処理部５０の４台のモジュール２６、２６…に向けて均等に分散する。これにより、一次処理部５０による海水の処理効率が向上する。また、導入流路５８において均等に分散した前記海水は、図７（Ｃ）に示す隔壁板７２の孔７４、７４…を介して４台のモジュール２６、２６…に供給される。これらの孔７４、７４…は、モジュール２６の端部外形円内に多数開口されている。
【００５９】
導入管５６は、容器５４の外周面に接続される以外に、ＲＯ膜２８の軸方向と同じ向きに接続してもよい。また、排出管６６の向きも適宜変更可能である。更に、二次濃縮水の後次被処理水排出管６２を、二次透過水の後次分離水排出管３１と同軸上に真っ直ぐ配置してもよい。
【００６０】
図１０は、容器５４を８台設置した実施の形態の水処理装置１０の構造図である。これに対して、図１１は従来の水処理装置１００の構造図であり、一次処理部１０２を構成する４０台のモジュール１０４、１０４…が示されている。これらの各２台のモジュール１０４、１０４が、図１２に示す二次処理部１０６の１台のモジュール１０８に送液管１１０を介して連結されている。
【００６１】
図１１の水処理装置１００によれば、主管１１２に供給された海水は４本のヘッダ管１１４、１１４…に分配され、これらのヘッダ管１１４、１１４から各導入管１１６、１１６を介して一次処理部１０２の４０台のモジュール１０４、１０４…に供給される。そして、４０台のモジュール１０４、１０４…を通過した一次濃縮水は、図１２に示した送液管１１０を介して二次処理部１０６のモジュール１０８に供給される。したがって、図１１に示した水処理装置１００によれば、スーパーステンレス製の高価な送液管１１０が２０本必要となる。
【００６２】
これに対して図１０に示した実施の形態の水処理装置１０によれば、主管７６に供給された海水は２本の枝管７８、７８に分配され、これらの枝管７８、７８から各導入管５６、５６…を介して容器５４、５４…に供給される。海水は各容器５４、５４…内で一次処理及び二次処理される。
【００６３】
このように図１０に示した実施の形態の水処理装置１０は、図１１、図１２に示した従来の水処理装置１００と比較して、装置設備のコンパクト化を図ることができるとともに、多数本の送液管１１０が不要になるので、設備資用も削減できることが分かる。
【００６４】
なお、一次処理部のモジュール２６と二次処理部のモジュール２６′の配置、及びサイズは、上述した形態に限定されるものではない。例えば図１３に示すように、容器５４の内周面に沿って一次処理部のモジュール２６を複数配置し、その内側に、モジュール２６よりも大径なモジュール２６′を配置した形態でもよい。この形態によれば、二次処理部を複数のモジュールで構成する際のモジュール間のデッドスペースを省くことができ、装置全体の寸法をコンパクト化させることができる。
【００６５】
また、モジュール２６、２６′の導入管５６及び排出管３０、３１の配置上の制約がある場合には、図１４に示すように、上下方向に複数のモジュール２６を配置し、その両側にモジュール２６′を配置してもよい。
【００６６】
一方、一次処理部のモジュール２６、２６…の膜面積は、二次処理部のモジュール２６′の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００６７】
また、一次処理部のモジュール２６、２６…、及び二次処理部のモジュール２６′において、それぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量は、１／５以上であり、かつ、一次処理部のモジュール２６、２６…の分離水流量が二次処理部のモジュール２６′の分離水量の１倍以上５倍以下であることが好ましい。
【００６８】
一次処理部、二次処理部がともに同等の性能を有する膜分離プロセスである場合、膜分離プロセスに応じて膜面積あたりの分離水量の最大値が決まっているため、一次処理部における分離量を被処理水量から減じた値が、二次処理部に供給され、更に分離水が得られることとなる。また、クロスフローで分離を行う場合は、分離水量に対する被処理水供給量の最大値と被処理水排出量の最小値を決定する必要がある。具体的には、ＲＯ膜２８で二段処理を行う場合は、一次処理水の被処理水供給量に対して二次処理水の被処理水排水量が１／５以上であることが必要である。
【００６９】
よって、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積の１倍以上５倍以下であることが好ましい。また、海水淡水化の場合は、一次処理部の被処理水に比べて二次処理部の被処理水は濃度上昇による浸透圧増加が生じるので、一次処理部の膜面積が二次処理部の膜面積に対して１．５〜３倍程度であることが好ましい。これを実現する好適な手段としては、中心軸に沿ったモジュールを大径に構成することによって、中心軸周りに一次処理部、中心軸に沿って二次処理部をバランスよく配置し、更には、容器内のスペースも有効に活用することが可能となり、非常に好ましい実施態様である。
【００７０】
また、一次処理部、及び二次処理部における分離膜の阻止性能が、一次処理部よりも二次処理部が高いことが好ましい。
【００７１】
一次処理部に比べて二次処理部の被処理水は濃縮されているため、一次処理部よりも阻止性能が高い分離膜を二次処理部に適用すると、一次処理部と二次処理部の分離水質を均一化できるため好ましい。また、一時処理部の分離水と二次処理部の分離水を個別に利用又は処理する場合、一次処理部よりも阻止性能が低い分離膜を二次処理部に適用すると、阻止性能が同一の分離膜を用いた場合と比較して、二次処理部の分離水を増加させることができるので好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
実施の形態では、ＲＯ膜を使用して海水を淡水化処理する水処理装置について説明したが、分離膜はＲＯ膜に限定されるものではない。すなわち、分離膜を使用して被処理水を水処理する装置であれば、本発明の構成を適用できる。また、被処理水は海水に限定されるものではなく、ＲＯ膜等の分離膜もしくはその他の分離プロセスを使用して、水道水や下水を処理した再生水等の水中の溶存物質、濁質、微生物等を除去する水処理装置であっても、本発明の構成を適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…装置、１２…タンク、１４…高圧ポンプ、１６…透過水、１８…濃縮水、２０…淡水化処理システム、２２…エレメント、２４…ベッセル、２６…一次処理部のモジュール、２６′…二次処理部のモジュール、２８…ＲＯ膜、３０…排出管、３１…後次分離水排出管、３２…膜ユニット、３４…集水管、３６…透孔、３８…スペーサー、４０…スペーサー、５０…一次処理部、５２…二次処理部、５４…容器、５４Ａ…内周壁面、５６…導入管、５８…導入流路、６０…後次処理部供給流路、６２…後次被処理水排出管、６４…タンク、６６…排出管、６８…多孔板、７０…孔、７２…隔壁板、７４…孔、７６…主管、７８…枝管、１００…水処理装置、１０２…一次処理部、１０４…モジュール、１０６…二次処理部、１０８…モジュール、１１０…送液管、１１２…技管、１１４…ヘッダ管、Ａ…海水流れ方向、Ｂ…一次処理水の流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも被処理水を処理するための複数の水処理部からなる水処理装置であって、水処理部が複数段からなるとともに、前段の水処理部の処理水が次段の水処理部の被処理水となるように多段接続され、前記複数段の水処理部が容器に並設して収容されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記容器には、該容器内に前記被処理水を導入する導入管と、該導入管から導入された前記被処理水を前記前段の水処理部に導入する導入流路と、前記前段の水処理部によって処理された前記被処理水を前記次段の水処理部に折り返して導入する後次処理部供給流路とが備えられ、前記前段の水処理部を通過した被処理水が、前記後次処理部供給流路を介して前記次段の水処理部に導入されることにより、前記前段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向と、前記次段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向とが逆方向に設定されている請求項1に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記前段の水処理部によって前記被処理水から分離された分離水を前記容器から排出する排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部によって前記被処理水から分離された次分離水を前記容器から排出する後次分離水排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部を通過した前記被処理水を前記容器から排出する後次被処理水排出管が前記容器に貫通して配置されている請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記容器は円筒状に構成されるとともに、前記処理部は一次処理部と二次処理部とからなる二段で構成され、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成されている請求項１、２又は３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記容器の中心軸に沿って配置される前記二次処理部の１台のモジュールは、そのモジュールの径を、前記容器の内周壁面に沿って配置される前記一次処理部のモジュールの径よりも大径に構成されている請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記導入流路には、前記導入管から導入された前記被処理水を前記一次処理部の複数のモジュールに向けて分散させる分散部材が設けられている請求項４、又は５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記複数の処理部はナノ濾過膜もしくは逆浸透膜からなる請求項１〜６のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項８】
前記複数の処理部のそれぞれの次段に対する前段の膜面積の比率が１倍以上５倍以下である請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記複数の処理部における分離膜の阻止性能が前段よりも次段が高い請求項７、又は８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記複数の処理部のそれぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量が１／５以上であり、かつ、前段処理部の分離水流量が次段処理部の分離水量の１倍以上５倍以下である請求項７、８又は９に記載の水処理装置。
【請求項１】
少なくとも被処理水を処理するための複数の水処理部からなる水処理装置であって、水処理部が複数段からなるとともに、前段の水処理部の処理水が次段の水処理部の被処理水となるように多段接続され、前記複数段の水処理部が容器に並設して収容されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記容器には、該容器内に前記被処理水を導入する導入管と、該導入管から導入された前記被処理水を前記前段の水処理部に導入する導入流路と、前記前段の水処理部によって処理された前記被処理水を前記次段の水処理部に折り返して導入する後次処理部供給流路とが備えられ、前記前段の水処理部を通過した被処理水が、前記後次処理部供給流路を介して前記次段の水処理部に導入されることにより、前記前段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向と、前記次段の水処理部を通過する前記被処理水の流れ方向とが逆方向に設定されている請求項1に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記前段の水処理部によって前記被処理水から分離された分離水を前記容器から排出する排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部によって前記被処理水から分離された次分離水を前記容器から排出する後次分離水排出管が前記容器に貫通して配置され、前記次段の水処理部を通過した前記被処理水を前記容器から排出する後次被処理水排出管が前記容器に貫通して配置されている請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記容器は円筒状に構成されるとともに、前記処理部は一次処理部と二次処理部とからなる二段で構成され、前記一次処理部は、前記容器の内周壁面に沿って複数のモジュールを配置して構成され、前記二次処理部は、前記容器の中心軸に沿って、又は該中心軸周りにモジュールを配置して構成されている請求項１、２又は３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記容器の中心軸に沿って配置される前記二次処理部の１台のモジュールは、そのモジュールの径を、前記容器の内周壁面に沿って配置される前記一次処理部のモジュールの径よりも大径に構成されている請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記導入流路には、前記導入管から導入された前記被処理水を前記一次処理部の複数のモジュールに向けて分散させる分散部材が設けられている請求項４、又は５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記複数の処理部はナノ濾過膜もしくは逆浸透膜からなる請求項１〜６のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項８】
前記複数の処理部のそれぞれの次段に対する前段の膜面積の比率が１倍以上５倍以下である請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記複数の処理部における分離膜の阻止性能が前段よりも次段が高い請求項７、又は８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記複数の処理部のそれぞれの被処理水入口流量に対する被処理水出口流量が１／５以上であり、かつ、前段処理部の分離水流量が次段処理部の分離水量の１倍以上５倍以下である請求項７、８又は９に記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−７６０７３（Ｐ２０１２−７６０７３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３７９０（Ｐ２０１１−１１３７９０）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、最先端研究開発支援プログラム（最先端ＰＧ（Ｍｅｇａ−ｔｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）１００万ｍ３／日規模大型プラント構成最適化 インテリジェントメガトンモジュールシステム）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、最先端研究開発支援プログラム（最先端ＰＧ（Ｍｅｇａ−ｔｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）１００万ｍ３／日規模大型プラント構成最適化 インテリジェントメガトンモジュールシステム）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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