海水淡水化システムおよび海水淡水化方法
【課題】エネルギを有効に活用でき、エネルギコストが低廉な海水淡水化システムおよび海水淡水化方法を提供する。
【解決手段】第１の本発明の海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムＳであって、下水またはその処理水と海水とで熱交換する熱交換器６を具備する。
第２の本発明の海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムＳであって、下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲ１と、ＭＢＲ１を透過した透過水ｓ５ａから塩分を第１の濃縮水ｓ６に含んで除去し、工業用水ｓ１を生成する第１のＲＯ膜２と、海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜３と、ＵＦ膜３を透過した処理水ｓ５ｂが送られ、処理水ｓ５ｂの塩分が第２の濃縮水ｓ７に含まれ除去されるとともに飲料水ｓ２を生成する第２のＲＯ膜５と、下水またはその処理水ｓ５ａ、ｓ６、ｓ１と海水とで熱交換する熱交換器６とを具備する。
【解決手段】第１の本発明の海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムＳであって、下水またはその処理水と海水とで熱交換する熱交換器６を具備する。
第２の本発明の海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムＳであって、下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲ１と、ＭＢＲ１を透過した透過水ｓ５ａから塩分を第１の濃縮水ｓ６に含んで除去し、工業用水ｓ１を生成する第１のＲＯ膜２と、海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜３と、ＵＦ膜３を透過した処理水ｓ５ｂが送られ、処理水ｓ５ｂの塩分が第２の濃縮水ｓ７に含まれ除去されるとともに飲料水ｓ２を生成する第２のＲＯ膜５と、下水またはその処理水ｓ５ａ、ｓ６、ｓ１と海水とで熱交換する熱交換器６とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムおよび海水淡水化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な人口増や新興国を含む広域な産業の進展から、砂漠地域などでの飲料水や工業用水の造水需要が顕在化している。
従来、海水、下水を淡水化するシステムとして、図６に示す海水淡水化システムＳ１００がある。
海水淡水化システムＳ１００における下水を用いた生産水ｓ１０１(工業用水)の生産は、以下のように遂行される。なお、下水の塩分濃度は、０．１％程度である。
【０００３】
下水は、ポンプｐ１０１により、膜分離活性汚泥法が適用されるＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１０１に送水され、ＭＢＲ１０１で活性汚泥などが除去され、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水が、ポンプｐ１０２により低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane：逆浸透膜)１０２に送水される。
なお、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水は、塩分濃度０．１％程度で低いので、低圧ＲＯ膜１０２は、低圧の約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)のＲＯ膜が使用される。
【０００４】
ポンプｐ１０２により送水されたＭＢＲ透過水は、低圧ＲＯ膜１０２を透過することで淡水化され、ほぼ半分が生産水ｓ１０１(工業用水)として生産され、残り半分が塩分などの不純物を含む濃縮水ｓ１０４として分離、除去される。
【０００５】
低圧ＲＯ膜１０２で除去された塩分などの不純物を含む塩分濃度０．２％程度に濃縮された下水の約１／２の容量の濃縮水ｓ１０４は低圧ＲＯ膜１０２から攪拌槽１０４に送水される。
【０００６】
海水淡水化システムＳ１００における海水からの生産水ｓ１０２である工業用水の生産は以下のように遂行される。なお、海水の塩分濃度は、３〜４％程度である。
海水は、ポンプｐ１０３により、ＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)１０３に送水され、ＵＦ膜１０３で粒子が除去され攪拌槽１０４に送水される。攪拌槽１０４では、このＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水と、前記した低圧ＲＯ膜１０２で下水から濃縮された下水の１／２程度の容量の濃縮水ｓ１０４とが攪拌された後、ポンプｐ１０４により、中圧ＲＯ膜１０５に送水される。
【０００７】
ＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水は、３〜４％の塩分濃度であるが、塩分濃度０．２％程度の濃縮水ｓ１０４で希釈されるため、中圧ＲＯ膜１０５は、中圧の約３〜５ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)が使用される。
攪拌槽１０４からポンプｐ１０４により中圧ＲＯ膜１０５に送水された混合水ｓ１０３は、中圧ＲＯ膜１０５を透過することで淡水化され、１／２程度が淡水化された生産水ｓ１０２(工業用水)として生産され、残り１／２程度が塩分などの不純物を含むブラインｓ１０５として分離、除去される。つまり、生産水ｓ１０２(工業用水)は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって生産される。
【０００８】
つまり、ブラインｓ１０５は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって除去され排水される。
なお、ブラインｓ１０５の圧力エネルギは、動力回収装置１０６で回転エネルギとして回収され、ポンプｐ１０４を迂回した一部の混合水ｓ１０３の中圧ＲＯ膜１０５への送圧の動力源(エネルギ源)として用いられる。
【０００９】
従来のその他の例として、図７に示す海水淡水化システムＳ２００がある。
海水淡水化システムＳ２００は、図６の海水淡水化システムＳ１００における下水の濃縮水ｓ１０４を、攪拌槽２０４に送水せず、下水の淡水化と海水の淡水化とを独立して構成したものである。
【００１０】
海水淡水化システムＳ２００においては、海水は、ＵＦ膜２０３で粒子が除去されるが、攪拌槽２０４で下水からの送水(図６の下水の濃縮水ｓ１０４)で希釈されないため、塩分濃度が約３〜４％と高い。そのため、高圧の約６〜８ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)である高圧ＲＯ膜２０５を用いている。
海水淡水化システムＳ２００は、下水が低圧ＲＯ膜２０２を透過して淡水化され、下水の約半分の生産水ｓ２０１(工業用水)が得られる。一方、海水はＵＦ膜２０３で粒子が除去され、高圧ＲＯ膜２０５を透過して淡水化され、海水の１／２の量の生産水ｓ２０３(飲料水)が得られる。
その他の構成は、図６の海水淡水化システムＳ１００と同様であるから、海水淡水化システムＳ１００の構成要素に２００番台の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００１１】
従来の海水淡水化システムＳ１００(図６参照)は、海水淡水化システムＳ２００(図７参照)に比較し、次のメリットがある。
【００１２】
第１に、図６の海水淡水化システムＳ１００では、下水から生産水ｓ１０１を造水する過程で分離し除去された排水(濃縮水ｓ１０４)を、海水から生産水ｓ１０２を造水する過程に用いるため、海水からの生産水の生産量が高められるメリットがある。
具体的には、下水からの排水(濃縮水ｓ１０４)を用いない場合には、海水からの生産水は海水の１／２程度の容量であったものが、下水の１／２程度の容量増水した分、生産水ｓ１０２の工業用水を多く取水できる。
【００１３】
第２に、海水(塩分濃度３〜４％程度)が、下水の低圧ＲＯ膜１０２で分離された濃縮水ｓ１０４(塩分濃度０．２％程度)が加えられるため、海水が希釈され塩分濃度が低下する。そのため、下水からの排水(濃縮水ｓ１０４)を用いない場合には、海水は塩分濃度が高いため、高圧ＲＯ膜２０５が必要であったのが、濃縮水ｓ１０４で希釈されるため、中圧ＲＯ膜１０５で済み、ポンプｐ１０４の動力を高圧ＲＯ膜２０５の場合に比較し低下させることができる。
【００１４】
何故なら、中圧ＲＯ膜の透過圧力は、約３〜５ＭＰａであるのに対し、高圧ＲＯ膜の透過圧力は約６〜８ＭＰａであり、高圧ＲＯ膜を透過させるためには、中圧ＲＯ膜より大きな動力(エネルギ)を必要とする。
なお、本願に係る先行技術文献として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４４８１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来の海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００においては、以下の問題がある。
第１に、ＵＦ膜やＲＯ膜の透過度は透過液体の温度依存性が高い。
海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００は海水を淡水化するが、国や地域によっては海水が低温である場合がある。この場合、海水淡水化システムＳ１００において、低温の海水により、ＵＦ膜１０３や中圧ＲＯ膜１０５の海水の透過度が粘度の上昇などにより低下する。そのため、低温の海水をＵＦ膜１０３や中圧ＲＯ膜１０５に透過させるのに、ポンプｐ１０３、ｐ１０４の動力が余計に必要になり、動力が大きくなるという問題がある。
【００１７】
同様に、海水淡水化システムＳ２００において、低温の海水により、ＵＦ膜２０３や高圧ＲＯ膜２０５の海水の透過度が低下する。そのため、低温の海水をＵＦ膜２０３や高圧ＲＯ膜２０５に透過させるのに、ポンプｐ２０３、ｐ２０４の動力が余計に必要になり、動力が大きくなるという問題がある。
【００１８】
第２に、海水淡水化システムＳ１００の低圧ＲＯ膜１０２で分離される濃縮水ｓ１０４は、ポンプｐ１０２により圧送されるが、濃縮水ｓ１０４の圧力エネルギは利用されていない。同様に、海水淡水化システムＳ２００の低圧ＲＯ膜２０２で分離されるブラインｓ２０２はポンプｐ２０２で加圧されるが、ブラインｓ２０２の圧力エネルギは利用されていない。
従って、エネルギが有効に利用されているとは言い難い。
【００１９】
第３に、海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００とも、ポンプを４つ設けており、ポンプの製造コスト、設置コスト、維持管理コストなどが必要で、コスト増を招来する怖れがある。
【００２０】
本発明は上記実状に鑑み、エネルギを有効に活用でき、エネルギコストが低廉な海水淡水化システムおよび海水淡水化方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器を具備している。
第３の本発明に関わる海水淡水化方法は、第１の本発明の海水淡水化システムを実現する方法である。
【００２２】
第２の本発明に関わる海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、前記下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲと、前記ＭＢＲを透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、前記海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜と、前記ＵＦ膜を透過した処理水を透過させ、当該処理水の塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに飲料水を生成する第２のＲＯ膜と、前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器とを具備している。
第４の本発明に関わる海水淡水化方法は、第２の本発明の海水淡水化システムを実現する方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の海水淡水化システムおよび海水淡水化方法によれば、エネルギを有効に活用でき、エネルギコストが低廉な海水淡水化システムおよび海水淡水化方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施形態１の海水淡水化システムの概念的構成図である。
【図２】実施形態１の海水淡水化システムにおける熱交換器のバリエーションを示す概念図であり、(ａ)は下水の流路に海水を送流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、(ｂ)は海水の流路に下水を送流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、(ｃ)は下水の流路と海水の流路とに熱媒体を送流して熱交換する熱交換器を示す概念図である。
【図３】実施形態１の海水淡水化システムにおいて下水を熱交換する位置を示す図である。
【図４】実施形態２の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図５】実施形態３の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図６】従来の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図７】従来のその他の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明に係る実施形態１の海水淡水化システムの概念的構成図である。
実施形態１の海水淡水化システムＳは、下水から工業用水ｓ１を造水するために、下水を膜分離活性汚泥法で処理するＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１と、下水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane)２とを具備している。
【００２６】
ＭＢＲ１は、固液分離を行い、下水から活性汚泥を分離し除去する。
ＲＯ膜(逆浸透膜)は、水は通すが塩分などの低分子物質やイオンを通しにくい半透膜である。低圧ＲＯ膜２は、下水の塩分濃度が０．１％程度と低いので、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。
【００２７】
また、海水淡水化システムＳは、海水から飲料水ｓ２を造水するために、海水に含有される粒子を除去するＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)３と、ＵＦ膜３を透過して粒子が除去された海水を撹拌して一様にする撹拌槽４と、粒子が除去され撹拌槽４で撹拌された海水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する高圧ＲＯ膜５とを具備している。なお、撹拌槽４は、ポンプｐ４に供給される海水を貯留して安定的なポンプｐ４の作動を可能とする役割も有する。
【００２８】
ＵＦ膜(限外ろ過膜)３は、海水を透過させることで膜の孔径と海水中の除去対象物質の分子の大きさによって分子レベルのふるい分けを行い、海水中の粒子を除去する。
高圧ＲＯ膜５は、海水の塩分濃度が３〜４％程度であるので、比較的高い透過圧、約６〜８ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する高圧なＲＯ膜である。
【００２９】
ところで、海水淡水化システムＳに用いる下水は地中を流れるために、例えば、温帯の地域の場合、比較的温かく約１５〜２０℃の温度を有している。一方、海水淡水化システムＳに用いる海水は大気に晒されているため、気候の変動の影響を受け易く、つまり気温の変動の影響を受け易く、秋口には１０℃前後の低温になる場合がある。
前記したように、海水を淡水化するために使用するＵＦ膜３、高圧ＲＯ膜５は、透過液体の温度依存性が高く、低温の場合には透過度が低い一方、高温の場合には透過度が高い傾向にある。
【００３０】
そこで、海水淡水化システムＳでは、下水のもつ熱を海水に与える熱交換を行う熱交換器６を備えている。具体的には、熱交換器６は下水を淡水化する経路のＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１を流れる下水と、海水を淡水化する経路のＵＦ膜３の上流の流路ｒ２を流れる海水とを熱交換させ、下水の熱を熱交換により海水に付与する。
【００３１】
熱交換器６は、次のように種々の実施態様で構成される。
図２は、海水淡水化システムにおける熱交換器のバリエーションを示す概念図である。図２(ａ)は下水の流路に海水を流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、図２(ｂ)は海水の流路に下水を流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、図２(ｃ)は下水の流路と海水の流路とに熱媒体を流して熱交換する熱交換器を示す概念図である。
図２(ａ)に示す熱交換器６Ａは、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１内に、ＵＦ膜３の上流の流路ｒ２内の海水を流すことで、下水の熱を熱交換で海水に与える構成としたものである。
【００３２】
図２(ｂ)に示す熱交換器６Ｂは、ＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１の下水を、ＵＦ膜３の上流の海水の流路ｒ２内に流すことで、下水の熱を熱交換で海水に与える構成としたものである。
図２(ｃ)に示す熱交換器６Ｃは、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１内とＵＦ膜３の上流の海水の流路ｒ２内とに、伝熱し易い液体の熱媒体ｎをポンプｐ９で循環させ、ＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１内の下水の熱を、熱媒体ｎで運んでＵＦ膜３の上流の流路ｒ２内の海水に与える構成としたものである。
これらは、シェル＆コイル式やシェル＆チューブ式と称される類の熱交換器６である。
【００３３】
なお、図１では、熱交換器６を下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の下流かつ海水の流路ｒ２のポンプｐ３の下流に配置した場合を例示しているが、熱交換器６は、下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の上下流に拘らず配置でき、また海水の流路ｒ２のポンプｐ３の上下流に拘らず配置できる。
また、図２(ａ)の熱交換器６Ａの場合、海水の流路ｒ２(図１参照)のポンプｐ３の下流の方が、海水の下水の流路ｒ１１への圧送力(流路ｒ１１中におかれたコイルなどへの圧送力)が得られるのでより好ましい。この場合、熱交換器６Ａは下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の上下流何れに配置してもよい。
【００３４】
同様に、図２(ｂ)の熱交換器６Ｂの場合、下水の流路ｒ１１(図１参照)のポンプｐ１の下流の方が、下水の海水の流路ｒ２への圧送力が得られるのでより好ましい。この場合、熱交換器６Ｂは、海水の流路ｒ２のポンプｐ３の上下流何れに配置してもよい。
なお、熱交換器６は、対向流熱交換器、並行流熱交換器、直交流熱交換器など何れのタイプの熱交換器を選択して用いてもよいのは勿論である。
【００３５】
図３は、海水淡水化システムにおいて下水を海水と熱交換する位置を示す図である。
海水淡水化システムＳにおいて、下水を海水と熱交換する位置としては、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１の位置Ａ、ＭＢＲ１を透過後の流路ｒ１２の位置Ｂ、低圧ＲＯ膜２で除去されるブラインｓ６の流路ｒ１３の位置Ｃ、低圧ＲＯ膜２を透過後の流路ｒ１４の位置Ｄの何れでもよい。
しかし、下水の流路の上流側の方が、下水が熱を多くもつので、熱的には、上流側の位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄの順に好ましい。
【００３６】
次に、図１に示す海水淡水化システムＳにおいて、下水から工業用水ｓ１を造水する過程について説明する。
下水は、ポンプｐ１により海水淡水化システムＳ内に圧送され、熱交換器６を経由して流路ｒ２を流れる海水と熱交換され熱を海水に与え、ＭＢＲ１に送水される。下水は、ＭＢＲ１を透過することで活性汚泥フロックや細菌などが除去される。
【００３７】
ＭＢＲ１を透過した下水のＭＢＲ透過水ｓ５ａは、ポンプｐ２により、低圧ＲＯ膜２に送水され、低圧ＲＯ膜２を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ６が除去され淡水化され、工業用水ｓ１が生産される。
工業用水ｓ１は、下水の１／２程度得られる一方、下水の残余の分、すなわち下水の１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ６として除去される。
【００３８】
次に、海水淡水化システムＳにおいて、海水から生産水である飲料水ｓ２を造水する過程について説明する。
海水は、ポンプｐ３により海水淡水化システムＳ内に圧送され、熱交換器６を経由して下水の熱で温められ、ＵＦ膜３に送水される。熱交換器６で温められた海水は、ＵＦ膜３を透過して海水中の粒子が除去される。ＵＦ膜３で粒子が除去された海水であるＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、撹拌槽４で攪拌され一様にされる。
【００３９】
そして、攪拌されたＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、ポンプｐ４により、高圧ＲＯ膜５に送水される。ＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、高圧ＲＯ膜５を透過することで、ほぼ半分が塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ７として除去され、残り半分が淡水化された飲料水ｓ２として生産される。
【００４０】
実施形態１の海水淡水化システムＳによれば、熱交換器６において、低温の海水が海水より高い温度の下水の熱を回収して温められるので、温められた海水は、ＵＦ膜３、高圧ＲＯ膜５をそれぞれ容易かつ良好に透過することができる。
これに伴い、海水を圧送させるためのポンプｐ３、ｐ４のそれぞれの動力を削減することができる。そのため、海水淡水化システムＳの省エネルギ化を実現できる。
【００４１】
＜＜実施形態２＞＞
図４は、実施形態２の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態２の海水淡水化システム２Ｓは、実施形態１の海水淡水化システムＳのブラインｓ６の圧力エネルギを回収するエネルギ回収装置２１を設けたものである。
その他の構成は、実施形態１の海水淡水化システムＳと同様であるから、同一の構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
海水淡水化システム２Ｓは、低圧ＲＯ膜２で除去されるブラインｓ６の圧力エネルギを電気エネルギまたは回転エネルギ(機械的エネルギ)として回収するエネルギ回収装置２１を設けている。
エネルギ回収装置２１は、例えば、ブラインｓ６の圧力エネルギを水車や歯車などで小水力発電して、機械的エネルギを電気的エネルギ(電力)として回収している。エネルギ回収装置２１で回収した電力は、海水をＵＦ膜３に圧送するポンプｐ３の電力として用いる (図４中、破線で示す)。なお、ポンプｐ３の電力として用いず、他の電力に流用してもよい。
【００４３】
或いは、エネルギ回収装置２１でブラインｓ６の圧力エネルギを回転エネルギ(機械的エネルギ)として回収してＵＦ膜３に流れる海水に与え、ポンプｐ３を設けない構成とする。
或いは、エネルギ回収装置２１で回収した回転エネルギ(機械的エネルギ)が大きくない場合には、ポンプｐ３を設けてポンプｐ３の動力を減らすように構成してもよい。
或いは、公知の圧力直接変換方式のエネルギ回収装置２１として、ブラインｓ６の圧力を直接、ＵＦ膜３に流れる海水に与える構成としてもよい。
なお、エネルギ回収装置２１で回収した回転エネルギ(機械的エネルギ)や圧力エネルギをＵＦ膜３に流れる海水に与えることなく、他の箇所に適用することとしてもよい。
【００４４】
実施形態２によれば、ブラインｓ６の圧力エネルギをエネルギ回収装置２１で回収するので、省エネルギ化を実現できる。そのため、エネルギコストを削減できる。
なお、実施形態２の海水淡水化システム２Ｓでは、熱交換器６を設ける場合を例示しているが、海水の温度が高い地域では熱交換器６を設けないで構成してもよい。
【００４５】
＜＜実施形態３＞＞
図５は、実施形態３の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態３の海水淡水化システム３Ｓは、実施形態１の海水淡水化システムＳの低圧ＲＯ膜２で分離されるブラインｓ６を、海水の流路ｒ２に合流させる構成したものである。
その他の構成は、実施形態１の海水淡水化システムＳと同様であるから、同一の構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００４６】
海水淡水化システム３Ｓは、低圧ＲＯ膜２で分離されるブラインｓ６を、海水の流路ｒ２に合流させ、ブラインｓ６の圧力エネルギを用いて、海水のＵＦ膜３への圧送力を得ている。そのため、ポンプｐ３を設けない構成としている。
この場合、海水から得られる生産水ｓ９は、工業用水となる。なお、生産水ｓ９を飲料水として用いてもよい。
【００４７】
実施形態３の海水淡水化システム３Ｓによれば、ポンプｐ３を設けがないので、ポンプｐ３の製造コスト、設置コスト、維持管理コストなどが解消し、低コスト化を図れる。
なお、ブラインｓ６の圧力エネルギが大きくなく海水のＵＦ膜３への圧送力が不足する場合には、ポンプｐ３を設ける構成としてもよい。この場合、ポンプｐ３の動力を削減できるため、省エネルギ化を図ることが可能である。そのため、エネルギコストを削減できる。
なお、実施形態３の海水淡水化システム３Ｓでは、熱交換器６を設ける場合を例示したが、海水の温度が高い地域では熱交換器６を設けないで構成してもよい。
【００４８】
＜＜その他の実施形態＞＞
なお、実施形態１〜３では、下水と海水をそれぞれ淡水化して、工業用水と飲料水とを造水する場合を例示したが、本発明は、下水と海水をそれぞれ淡水化して飲料水を造水することなく工業用水を造水する場合にも適用可能である。例えば、図７の下水の一部を、海水を淡水化する経路に流入させ、工業用水を造水する場合にも適用可能である。
このように、本発明は、下水と海水をそれぞれ淡水化するシステムであれば、幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＭＢＲ
２ 低圧ＲＯ膜(第１のＲＯ膜)
３ ＵＦ膜
５ 高圧ＲＯ膜(第２のＯ膜)
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 熱交換器
２１ エネルギ回収装置
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ 海水淡水化システム
ｓ１ 工業用水(下水の処理水)
ｓ２ 飲料水
ｓ５ａ ＭＢＲ透過水(透過水、下水の処理水)
ｓ５ｂ ＵＦ膜透過海水(処理水)
ｓ６ ブライン(第１の濃縮水、下水の処理水)
ｓ７ ブライン (第２の濃縮水)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムおよび海水淡水化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な人口増や新興国を含む広域な産業の進展から、砂漠地域などでの飲料水や工業用水の造水需要が顕在化している。
従来、海水、下水を淡水化するシステムとして、図６に示す海水淡水化システムＳ１００がある。
海水淡水化システムＳ１００における下水を用いた生産水ｓ１０１(工業用水)の生産は、以下のように遂行される。なお、下水の塩分濃度は、０．１％程度である。
【０００３】
下水は、ポンプｐ１０１により、膜分離活性汚泥法が適用されるＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１０１に送水され、ＭＢＲ１０１で活性汚泥などが除去され、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水が、ポンプｐ１０２により低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane：逆浸透膜)１０２に送水される。
なお、ＭＢＲ１０１を透過したＭＢＲ透過水は、塩分濃度０．１％程度で低いので、低圧ＲＯ膜１０２は、低圧の約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)のＲＯ膜が使用される。
【０００４】
ポンプｐ１０２により送水されたＭＢＲ透過水は、低圧ＲＯ膜１０２を透過することで淡水化され、ほぼ半分が生産水ｓ１０１(工業用水)として生産され、残り半分が塩分などの不純物を含む濃縮水ｓ１０４として分離、除去される。
【０００５】
低圧ＲＯ膜１０２で除去された塩分などの不純物を含む塩分濃度０．２％程度に濃縮された下水の約１／２の容量の濃縮水ｓ１０４は低圧ＲＯ膜１０２から攪拌槽１０４に送水される。
【０００６】
海水淡水化システムＳ１００における海水からの生産水ｓ１０２である工業用水の生産は以下のように遂行される。なお、海水の塩分濃度は、３〜４％程度である。
海水は、ポンプｐ１０３により、ＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)１０３に送水され、ＵＦ膜１０３で粒子が除去され攪拌槽１０４に送水される。攪拌槽１０４では、このＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水と、前記した低圧ＲＯ膜１０２で下水から濃縮された下水の１／２程度の容量の濃縮水ｓ１０４とが攪拌された後、ポンプｐ１０４により、中圧ＲＯ膜１０５に送水される。
【０００７】
ＵＦ膜１０３を透過したＵＦ膜透過海水は、３〜４％の塩分濃度であるが、塩分濃度０．２％程度の濃縮水ｓ１０４で希釈されるため、中圧ＲＯ膜１０５は、中圧の約３〜５ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)が使用される。
攪拌槽１０４からポンプｐ１０４により中圧ＲＯ膜１０５に送水された混合水ｓ１０３は、中圧ＲＯ膜１０５を透過することで淡水化され、１／２程度が淡水化された生産水ｓ１０２(工業用水)として生産され、残り１／２程度が塩分などの不純物を含むブラインｓ１０５として分離、除去される。つまり、生産水ｓ１０２(工業用水)は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって生産される。
【０００８】
つまり、ブラインｓ１０５は、海水の１／２プラス下水の１／４程度の容量をもって除去され排水される。
なお、ブラインｓ１０５の圧力エネルギは、動力回収装置１０６で回転エネルギとして回収され、ポンプｐ１０４を迂回した一部の混合水ｓ１０３の中圧ＲＯ膜１０５への送圧の動力源(エネルギ源)として用いられる。
【０００９】
従来のその他の例として、図７に示す海水淡水化システムＳ２００がある。
海水淡水化システムＳ２００は、図６の海水淡水化システムＳ１００における下水の濃縮水ｓ１０４を、攪拌槽２０４に送水せず、下水の淡水化と海水の淡水化とを独立して構成したものである。
【００１０】
海水淡水化システムＳ２００においては、海水は、ＵＦ膜２０３で粒子が除去されるが、攪拌槽２０４で下水からの送水(図６の下水の濃縮水ｓ１０４)で希釈されないため、塩分濃度が約３〜４％と高い。そのため、高圧の約６〜８ＭＰａのＲＯ膜(逆浸透膜)である高圧ＲＯ膜２０５を用いている。
海水淡水化システムＳ２００は、下水が低圧ＲＯ膜２０２を透過して淡水化され、下水の約半分の生産水ｓ２０１(工業用水)が得られる。一方、海水はＵＦ膜２０３で粒子が除去され、高圧ＲＯ膜２０５を透過して淡水化され、海水の１／２の量の生産水ｓ２０３(飲料水)が得られる。
その他の構成は、図６の海水淡水化システムＳ１００と同様であるから、海水淡水化システムＳ１００の構成要素に２００番台の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００１１】
従来の海水淡水化システムＳ１００(図６参照)は、海水淡水化システムＳ２００(図７参照)に比較し、次のメリットがある。
【００１２】
第１に、図６の海水淡水化システムＳ１００では、下水から生産水ｓ１０１を造水する過程で分離し除去された排水(濃縮水ｓ１０４)を、海水から生産水ｓ１０２を造水する過程に用いるため、海水からの生産水の生産量が高められるメリットがある。
具体的には、下水からの排水(濃縮水ｓ１０４)を用いない場合には、海水からの生産水は海水の１／２程度の容量であったものが、下水の１／２程度の容量増水した分、生産水ｓ１０２の工業用水を多く取水できる。
【００１３】
第２に、海水(塩分濃度３〜４％程度)が、下水の低圧ＲＯ膜１０２で分離された濃縮水ｓ１０４(塩分濃度０．２％程度)が加えられるため、海水が希釈され塩分濃度が低下する。そのため、下水からの排水(濃縮水ｓ１０４)を用いない場合には、海水は塩分濃度が高いため、高圧ＲＯ膜２０５が必要であったのが、濃縮水ｓ１０４で希釈されるため、中圧ＲＯ膜１０５で済み、ポンプｐ１０４の動力を高圧ＲＯ膜２０５の場合に比較し低下させることができる。
【００１４】
何故なら、中圧ＲＯ膜の透過圧力は、約３〜５ＭＰａであるのに対し、高圧ＲＯ膜の透過圧力は約６〜８ＭＰａであり、高圧ＲＯ膜を透過させるためには、中圧ＲＯ膜より大きな動力(エネルギ)を必要とする。
なお、本願に係る先行技術文献として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４４８１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来の海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００においては、以下の問題がある。
第１に、ＵＦ膜やＲＯ膜の透過度は透過液体の温度依存性が高い。
海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００は海水を淡水化するが、国や地域によっては海水が低温である場合がある。この場合、海水淡水化システムＳ１００において、低温の海水により、ＵＦ膜１０３や中圧ＲＯ膜１０５の海水の透過度が粘度の上昇などにより低下する。そのため、低温の海水をＵＦ膜１０３や中圧ＲＯ膜１０５に透過させるのに、ポンプｐ１０３、ｐ１０４の動力が余計に必要になり、動力が大きくなるという問題がある。
【００１７】
同様に、海水淡水化システムＳ２００において、低温の海水により、ＵＦ膜２０３や高圧ＲＯ膜２０５の海水の透過度が低下する。そのため、低温の海水をＵＦ膜２０３や高圧ＲＯ膜２０５に透過させるのに、ポンプｐ２０３、ｐ２０４の動力が余計に必要になり、動力が大きくなるという問題がある。
【００１８】
第２に、海水淡水化システムＳ１００の低圧ＲＯ膜１０２で分離される濃縮水ｓ１０４は、ポンプｐ１０２により圧送されるが、濃縮水ｓ１０４の圧力エネルギは利用されていない。同様に、海水淡水化システムＳ２００の低圧ＲＯ膜２０２で分離されるブラインｓ２０２はポンプｐ２０２で加圧されるが、ブラインｓ２０２の圧力エネルギは利用されていない。
従って、エネルギが有効に利用されているとは言い難い。
【００１９】
第３に、海水淡水化システムＳ１００、Ｓ２００とも、ポンプを４つ設けており、ポンプの製造コスト、設置コスト、維持管理コストなどが必要で、コスト増を招来する怖れがある。
【００２０】
本発明は上記実状に鑑み、エネルギを有効に活用でき、エネルギコストが低廉な海水淡水化システムおよび海水淡水化方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器を具備している。
第３の本発明に関わる海水淡水化方法は、第１の本発明の海水淡水化システムを実現する方法である。
【００２２】
第２の本発明に関わる海水淡水化システムは、海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、前記下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲと、前記ＭＢＲを透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、前記海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜と、前記ＵＦ膜を透過した処理水を透過させ、当該処理水の塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに飲料水を生成する第２のＲＯ膜と、前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器とを具備している。
第４の本発明に関わる海水淡水化方法は、第２の本発明の海水淡水化システムを実現する方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の海水淡水化システムおよび海水淡水化方法によれば、エネルギを有効に活用でき、エネルギコストが低廉な海水淡水化システムおよび海水淡水化方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施形態１の海水淡水化システムの概念的構成図である。
【図２】実施形態１の海水淡水化システムにおける熱交換器のバリエーションを示す概念図であり、(ａ)は下水の流路に海水を送流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、(ｂ)は海水の流路に下水を送流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、(ｃ)は下水の流路と海水の流路とに熱媒体を送流して熱交換する熱交換器を示す概念図である。
【図３】実施形態１の海水淡水化システムにおいて下水を熱交換する位置を示す図である。
【図４】実施形態２の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図５】実施形態３の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図６】従来の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【図７】従来のその他の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明に係る実施形態１の海水淡水化システムの概念的構成図である。
実施形態１の海水淡水化システムＳは、下水から工業用水ｓ１を造水するために、下水を膜分離活性汚泥法で処理するＭＢＲ(Membrane Bioreactor)１と、下水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する低圧ＲＯ膜(Reverse Osmosis Membrane)２とを具備している。
【００２６】
ＭＢＲ１は、固液分離を行い、下水から活性汚泥を分離し除去する。
ＲＯ膜(逆浸透膜)は、水は通すが塩分などの低分子物質やイオンを通しにくい半透膜である。低圧ＲＯ膜２は、下水の塩分濃度が０．１％程度と低いので、比較的低い透過圧約１〜２ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する低圧のＲＯ膜である。
【００２７】
また、海水淡水化システムＳは、海水から飲料水ｓ２を造水するために、海水に含有される粒子を除去するＵＦ膜(Ultrafiltration Membrane)３と、ＵＦ膜３を透過して粒子が除去された海水を撹拌して一様にする撹拌槽４と、粒子が除去され撹拌槽４で撹拌された海水に含有される塩分やイオンなどの不純物を除去し淡水化する高圧ＲＯ膜５とを具備している。なお、撹拌槽４は、ポンプｐ４に供給される海水を貯留して安定的なポンプｐ４の作動を可能とする役割も有する。
【００２８】
ＵＦ膜(限外ろ過膜)３は、海水を透過させることで膜の孔径と海水中の除去対象物質の分子の大きさによって分子レベルのふるい分けを行い、海水中の粒子を除去する。
高圧ＲＯ膜５は、海水の塩分濃度が３〜４％程度であるので、比較的高い透過圧、約６〜８ＭＰａ(メガパスカル)で塩分などを除去する高圧なＲＯ膜である。
【００２９】
ところで、海水淡水化システムＳに用いる下水は地中を流れるために、例えば、温帯の地域の場合、比較的温かく約１５〜２０℃の温度を有している。一方、海水淡水化システムＳに用いる海水は大気に晒されているため、気候の変動の影響を受け易く、つまり気温の変動の影響を受け易く、秋口には１０℃前後の低温になる場合がある。
前記したように、海水を淡水化するために使用するＵＦ膜３、高圧ＲＯ膜５は、透過液体の温度依存性が高く、低温の場合には透過度が低い一方、高温の場合には透過度が高い傾向にある。
【００３０】
そこで、海水淡水化システムＳでは、下水のもつ熱を海水に与える熱交換を行う熱交換器６を備えている。具体的には、熱交換器６は下水を淡水化する経路のＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１を流れる下水と、海水を淡水化する経路のＵＦ膜３の上流の流路ｒ２を流れる海水とを熱交換させ、下水の熱を熱交換により海水に付与する。
【００３１】
熱交換器６は、次のように種々の実施態様で構成される。
図２は、海水淡水化システムにおける熱交換器のバリエーションを示す概念図である。図２(ａ)は下水の流路に海水を流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、図２(ｂ)は海水の流路に下水を流し熱交換する熱交換器を示す概念図であり、図２(ｃ)は下水の流路と海水の流路とに熱媒体を流して熱交換する熱交換器を示す概念図である。
図２(ａ)に示す熱交換器６Ａは、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１内に、ＵＦ膜３の上流の流路ｒ２内の海水を流すことで、下水の熱を熱交換で海水に与える構成としたものである。
【００３２】
図２(ｂ)に示す熱交換器６Ｂは、ＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１の下水を、ＵＦ膜３の上流の海水の流路ｒ２内に流すことで、下水の熱を熱交換で海水に与える構成としたものである。
図２(ｃ)に示す熱交換器６Ｃは、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１内とＵＦ膜３の上流の海水の流路ｒ２内とに、伝熱し易い液体の熱媒体ｎをポンプｐ９で循環させ、ＭＢＲ１の上流の流路ｒ１１内の下水の熱を、熱媒体ｎで運んでＵＦ膜３の上流の流路ｒ２内の海水に与える構成としたものである。
これらは、シェル＆コイル式やシェル＆チューブ式と称される類の熱交換器６である。
【００３３】
なお、図１では、熱交換器６を下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の下流かつ海水の流路ｒ２のポンプｐ３の下流に配置した場合を例示しているが、熱交換器６は、下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の上下流に拘らず配置でき、また海水の流路ｒ２のポンプｐ３の上下流に拘らず配置できる。
また、図２(ａ)の熱交換器６Ａの場合、海水の流路ｒ２(図１参照)のポンプｐ３の下流の方が、海水の下水の流路ｒ１１への圧送力(流路ｒ１１中におかれたコイルなどへの圧送力)が得られるのでより好ましい。この場合、熱交換器６Ａは下水の流路ｒ１１のポンプｐ１の上下流何れに配置してもよい。
【００３４】
同様に、図２(ｂ)の熱交換器６Ｂの場合、下水の流路ｒ１１(図１参照)のポンプｐ１の下流の方が、下水の海水の流路ｒ２への圧送力が得られるのでより好ましい。この場合、熱交換器６Ｂは、海水の流路ｒ２のポンプｐ３の上下流何れに配置してもよい。
なお、熱交換器６は、対向流熱交換器、並行流熱交換器、直交流熱交換器など何れのタイプの熱交換器を選択して用いてもよいのは勿論である。
【００３５】
図３は、海水淡水化システムにおいて下水を海水と熱交換する位置を示す図である。
海水淡水化システムＳにおいて、下水を海水と熱交換する位置としては、ＭＢＲ１の上流の下水の流路ｒ１１の位置Ａ、ＭＢＲ１を透過後の流路ｒ１２の位置Ｂ、低圧ＲＯ膜２で除去されるブラインｓ６の流路ｒ１３の位置Ｃ、低圧ＲＯ膜２を透過後の流路ｒ１４の位置Ｄの何れでもよい。
しかし、下水の流路の上流側の方が、下水が熱を多くもつので、熱的には、上流側の位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄの順に好ましい。
【００３６】
次に、図１に示す海水淡水化システムＳにおいて、下水から工業用水ｓ１を造水する過程について説明する。
下水は、ポンプｐ１により海水淡水化システムＳ内に圧送され、熱交換器６を経由して流路ｒ２を流れる海水と熱交換され熱を海水に与え、ＭＢＲ１に送水される。下水は、ＭＢＲ１を透過することで活性汚泥フロックや細菌などが除去される。
【００３７】
ＭＢＲ１を透過した下水のＭＢＲ透過水ｓ５ａは、ポンプｐ２により、低圧ＲＯ膜２に送水され、低圧ＲＯ膜２を透過することで、塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ６が除去され淡水化され、工業用水ｓ１が生産される。
工業用水ｓ１は、下水の１／２程度得られる一方、下水の残余の分、すなわち下水の１／２程度が塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ６として除去される。
【００３８】
次に、海水淡水化システムＳにおいて、海水から生産水である飲料水ｓ２を造水する過程について説明する。
海水は、ポンプｐ３により海水淡水化システムＳ内に圧送され、熱交換器６を経由して下水の熱で温められ、ＵＦ膜３に送水される。熱交換器６で温められた海水は、ＵＦ膜３を透過して海水中の粒子が除去される。ＵＦ膜３で粒子が除去された海水であるＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、撹拌槽４で攪拌され一様にされる。
【００３９】
そして、攪拌されたＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、ポンプｐ４により、高圧ＲＯ膜５に送水される。ＵＦ膜透過海水ｓ５ｂは、高圧ＲＯ膜５を透過することで、ほぼ半分が塩分やイオンなどの不純物を含むブラインｓ７として除去され、残り半分が淡水化された飲料水ｓ２として生産される。
【００４０】
実施形態１の海水淡水化システムＳによれば、熱交換器６において、低温の海水が海水より高い温度の下水の熱を回収して温められるので、温められた海水は、ＵＦ膜３、高圧ＲＯ膜５をそれぞれ容易かつ良好に透過することができる。
これに伴い、海水を圧送させるためのポンプｐ３、ｐ４のそれぞれの動力を削減することができる。そのため、海水淡水化システムＳの省エネルギ化を実現できる。
【００４１】
＜＜実施形態２＞＞
図４は、実施形態２の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態２の海水淡水化システム２Ｓは、実施形態１の海水淡水化システムＳのブラインｓ６の圧力エネルギを回収するエネルギ回収装置２１を設けたものである。
その他の構成は、実施形態１の海水淡水化システムＳと同様であるから、同一の構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
海水淡水化システム２Ｓは、低圧ＲＯ膜２で除去されるブラインｓ６の圧力エネルギを電気エネルギまたは回転エネルギ(機械的エネルギ)として回収するエネルギ回収装置２１を設けている。
エネルギ回収装置２１は、例えば、ブラインｓ６の圧力エネルギを水車や歯車などで小水力発電して、機械的エネルギを電気的エネルギ(電力)として回収している。エネルギ回収装置２１で回収した電力は、海水をＵＦ膜３に圧送するポンプｐ３の電力として用いる (図４中、破線で示す)。なお、ポンプｐ３の電力として用いず、他の電力に流用してもよい。
【００４３】
或いは、エネルギ回収装置２１でブラインｓ６の圧力エネルギを回転エネルギ(機械的エネルギ)として回収してＵＦ膜３に流れる海水に与え、ポンプｐ３を設けない構成とする。
或いは、エネルギ回収装置２１で回収した回転エネルギ(機械的エネルギ)が大きくない場合には、ポンプｐ３を設けてポンプｐ３の動力を減らすように構成してもよい。
或いは、公知の圧力直接変換方式のエネルギ回収装置２１として、ブラインｓ６の圧力を直接、ＵＦ膜３に流れる海水に与える構成としてもよい。
なお、エネルギ回収装置２１で回収した回転エネルギ(機械的エネルギ)や圧力エネルギをＵＦ膜３に流れる海水に与えることなく、他の箇所に適用することとしてもよい。
【００４４】
実施形態２によれば、ブラインｓ６の圧力エネルギをエネルギ回収装置２１で回収するので、省エネルギ化を実現できる。そのため、エネルギコストを削減できる。
なお、実施形態２の海水淡水化システム２Ｓでは、熱交換器６を設ける場合を例示しているが、海水の温度が高い地域では熱交換器６を設けないで構成してもよい。
【００４５】
＜＜実施形態３＞＞
図５は、実施形態３の海水淡水化システムを示す概念的構成図である。
実施形態３の海水淡水化システム３Ｓは、実施形態１の海水淡水化システムＳの低圧ＲＯ膜２で分離されるブラインｓ６を、海水の流路ｒ２に合流させる構成したものである。
その他の構成は、実施形態１の海水淡水化システムＳと同様であるから、同一の構成要素には実施形態１と同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００４６】
海水淡水化システム３Ｓは、低圧ＲＯ膜２で分離されるブラインｓ６を、海水の流路ｒ２に合流させ、ブラインｓ６の圧力エネルギを用いて、海水のＵＦ膜３への圧送力を得ている。そのため、ポンプｐ３を設けない構成としている。
この場合、海水から得られる生産水ｓ９は、工業用水となる。なお、生産水ｓ９を飲料水として用いてもよい。
【００４７】
実施形態３の海水淡水化システム３Ｓによれば、ポンプｐ３を設けがないので、ポンプｐ３の製造コスト、設置コスト、維持管理コストなどが解消し、低コスト化を図れる。
なお、ブラインｓ６の圧力エネルギが大きくなく海水のＵＦ膜３への圧送力が不足する場合には、ポンプｐ３を設ける構成としてもよい。この場合、ポンプｐ３の動力を削減できるため、省エネルギ化を図ることが可能である。そのため、エネルギコストを削減できる。
なお、実施形態３の海水淡水化システム３Ｓでは、熱交換器６を設ける場合を例示したが、海水の温度が高い地域では熱交換器６を設けないで構成してもよい。
【００４８】
＜＜その他の実施形態＞＞
なお、実施形態１〜３では、下水と海水をそれぞれ淡水化して、工業用水と飲料水とを造水する場合を例示したが、本発明は、下水と海水をそれぞれ淡水化して飲料水を造水することなく工業用水を造水する場合にも適用可能である。例えば、図７の下水の一部を、海水を淡水化する経路に流入させ、工業用水を造水する場合にも適用可能である。
このように、本発明は、下水と海水をそれぞれ淡水化するシステムであれば、幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＭＢＲ
２ 低圧ＲＯ膜(第１のＲＯ膜)
３ ＵＦ膜
５ 高圧ＲＯ膜(第２のＯ膜)
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 熱交換器
２１ エネルギ回収装置
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ 海水淡水化システム
ｓ１ 工業用水(下水の処理水)
ｓ２ 飲料水
ｓ５ａ ＭＢＲ透過水(透過水、下水の処理水)
ｓ５ｂ ＵＦ膜透過海水(処理水)
ｓ６ ブライン(第１の濃縮水、下水の処理水)
ｓ７ ブライン (第２の濃縮水)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、
前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器を
具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項２】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、
前記下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲと、
前記ＭＢＲを透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、
前記海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜と、
前記ＵＦ膜を透過した処理水を透過させ、当該処理水の塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに飲料水を生成する第２のＲＯ膜と、
前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器とを
具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、
前記ＵＦ膜より上流の前記海水と、前記ＭＢＲの上流の下水または前記ＭＢＲを透過した透過水または前記第１の濃縮水または前記生成された工業用水のうちの何れかとで、熱交換する
ことを特徴とする請求項２に記載の海水淡水化システム。
【請求項４】
前記第１の濃縮水の圧力エネルギを回収するエネルギ回収装置を
具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の海水淡水化システム。
【請求項５】
前記第１の濃縮水を、前記ＵＦ膜の上流の前記海水に合流させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の海水淡水化システム。
【請求項６】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化方法であって、
前記下水またはそれを淡水化する過程での処理水と前記海水とで熱交換する
ことを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項７】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化方法であって、
前記下水またはそれを淡水化する過程での処理水と、前記海水とで熱交換し、
前記下水を、ＭＢＲと第１のＲＯ膜とを透過させて工業用水を生成し、
前記海水を、ＵＦ膜と第２のＲＯ膜とを透過させて飲料水を生成する
ことを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項８】
前記第１のＲＯ膜で除去された第１の濃縮水の圧力エネルギを回収する
ことを特徴とする請求項７に記載の海水淡水化方法。
【請求項９】
前記第１のＲＯ膜で除去された第１の濃縮水を、前記ＵＦ膜の上流の前記海水に合流させる
ことを特徴とする請求項７に記載の海水淡水化方法。
【請求項１】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、
前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器を
具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項２】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化システムであって、
前記下水を膜分離活性汚泥法により処理するＭＢＲと、
前記ＭＢＲを透過した透過水を透過させ、その塩分が第１の濃縮水に含まれ除去されるとともに工業用水を生成する第１のＲＯ膜と、
前記海水を透過させて当該海水中の粒子を除去するＵＦ膜と、
前記ＵＦ膜を透過した処理水を透過させ、当該処理水の塩分が第２の濃縮水に含まれ除去されるとともに飲料水を生成する第２のＲＯ膜と、
前記下水またはその処理水と前記海水とで熱交換する熱交換器とを
具備することを特徴とする海水淡水化システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、
前記ＵＦ膜より上流の前記海水と、前記ＭＢＲの上流の下水または前記ＭＢＲを透過した透過水または前記第１の濃縮水または前記生成された工業用水のうちの何れかとで、熱交換する
ことを特徴とする請求項２に記載の海水淡水化システム。
【請求項４】
前記第１の濃縮水の圧力エネルギを回収するエネルギ回収装置を
具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の海水淡水化システム。
【請求項５】
前記第１の濃縮水を、前記ＵＦ膜の上流の前記海水に合流させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の海水淡水化システム。
【請求項６】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化方法であって、
前記下水またはそれを淡水化する過程での処理水と前記海水とで熱交換する
ことを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項７】
海水と下水とを淡水化する海水淡水化方法であって、
前記下水またはそれを淡水化する過程での処理水と、前記海水とで熱交換し、
前記下水を、ＭＢＲと第１のＲＯ膜とを透過させて工業用水を生成し、
前記海水を、ＵＦ膜と第２のＲＯ膜とを透過させて飲料水を生成する
ことを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項８】
前記第１のＲＯ膜で除去された第１の濃縮水の圧力エネルギを回収する
ことを特徴とする請求項７に記載の海水淡水化方法。
【請求項９】
前記第１のＲＯ膜で除去された第１の濃縮水を、前記ＵＦ膜の上流の前記海水に合流させる
ことを特徴とする請求項７に記載の海水淡水化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４３１５３（Ｐ２０１３−４３１５３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４５６２（Ｐ２０１１−１８４５６２）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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