淡水化装置及び淡水化方法
【課題】システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化装置及び淡水化方法を提供する。
【解決手段】所定の圧力で供給された原水１１から塩分を除去する第１の逆浸透膜装置１３と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の透過水１２中の塩分を除去する第２の逆浸透膜装置１５と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の濃縮水１６の流量を調整する第１の流量調整弁１７と、第２の逆浸透膜装置１５からの第２の濃縮水１８の流量を調整する第１の流量調整弁１９と、前記原水１１の供給温度を温度計２０で計測し、原水１１の温度が低い冬場の場合においては、第１の流量調節弁１７で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁１９での取り水を低減させる調節とを行い、温度が高い夏場の場合に較べて、第１の逆浸透膜装置１３への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を所定量に維持した運転を行う。
【解決手段】所定の圧力で供給された原水１１から塩分を除去する第１の逆浸透膜装置１３と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の透過水１２中の塩分を除去する第２の逆浸透膜装置１５と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の濃縮水１６の流量を調整する第１の流量調整弁１７と、第２の逆浸透膜装置１５からの第２の濃縮水１８の流量を調整する第１の流量調整弁１９と、前記原水１１の供給温度を温度計２０で計測し、原水１１の温度が低い冬場の場合においては、第１の流量調節弁１７で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁１９での取り水を低減させる調節とを行い、温度が高い夏場の場合に較べて、第１の逆浸透膜装置１３への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を所定量に維持した運転を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数直列の設けた逆浸透膜装置を円滑且つ効率的に行うことができる淡水化装置及び淡水化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化設備においては、脱塩処理することにより原水（海水）を淡水化させて上水として使用するための海水淡水化装置（以下、淡水化装置という）が用いられている。
【０００３】
このような淡水化装置は、原水である海水中の濁質分を除去するために、砂とアンスラサイトを濾材とする二層濾過を用いた前処理装置が用いられている。また、原水に対しては、一般に殺菌、殺藻や有機物、鉄、マンガン、アンモニアなどを除去する目的で、塩素剤（塩素含有水）を原水に加える塩素処理を行っている。この塩素処理は、例えば液化塩素、次亜塩素酸ソーダ、塩水の電解によって生成する塩素などを用いるようにしている。
【０００４】
この塩素処理及び濾過処理したものを、ＲＯ膜を備えた逆浸透膜装置で脱塩処理している。この従来の塩素処理及び中和処理を行う淡水化装置の一例を図１２に示す。
【０００５】
図１２に示すように、従来の淡水化装置１００は、原水１０１中の濁質分を濾過する前処理膜１０３ａを有する前処理装置１０３と、前記前処理装置１０３からの濾過水１０４から塩分を除去して透過水１０５を生産する逆浸透膜（ＲＯ膜）１０６ａを有する逆浸透膜装置１０６とを具備してなり、濁質分の除去と脱塩処理とを行っている。なお、図１２中、符号１０７は濃縮水、Ｐは送液ポンプを各々図示する。
【０００６】
前記淡水化装置１００で得られた透過水である生産水１０５は飲料用、工場プラント用等の各種商業水として、利用されているが、近年、処理水である透過水の水質向上が求められており、本出願人はこのような逆浸透膜装置１０６を複数直列に連結して、高純度の透過水を得ることを先に提案した（非特許文献１）。
【０００７】
図１３は、この逆浸透膜装置を複数段設置したプラントの一例を示す図である。
図１３に示すように、非特許文献１で提案したプラントにおいては、複数の逆浸透膜装置を直列に設置する場合には、高圧（６〜８ＭＰａ）用の第１の逆浸透膜装置１０３Ａを設け、第２段、第３段には低圧（１〜２ＭＰａ）用の第２及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｂ、１０３Ｃを設け、直列で順次脱塩して透過水１０５Ａ、１０５Ｂを得た後、高純度の生産水１０５Ｃとしている。なお、図１３中、符号１０７Ａ〜Ｃは濃縮水、Ｌ11〜L13は濃縮水ライン、Ｐ1〜Ｐ3は送液ポンプを各々図示する。
【０００８】
また、第１の逆浸透膜装置１０３Ａと第２の逆浸透膜装置１０３Ｂ及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｃとが配設された直列の３段プロセス方式においては、第２の逆浸透膜装置１０３Ｂ及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｃからの濃縮水１０７Ｂ及び１０７Ｃは上流側にリサイクルされ、ラインＬ12、Ｌ13により第１の逆浸透膜装置１０３Ａ及び第２の逆浸透膜装置１０３Ｂの入口側に各々戻しており、一度脱塩した透過水を有効利用している。このようなプロセスでは第１段目と第２段目及び第３段目の逆浸透膜装置は別々に制御し、それぞれの回収率は常に一定（第１段回収率：例えば４５％、第２段及び第３段回収率：例えば９０％）で運転されている（ポンプＰ1〜Ｐ3の下の数値は圧力を示す。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】三菱重工技法Ｖｏｌ．４６ Ｎｏ１（２００９）「世界初大型３段直列逆浸透（ＲＯ）法海水淡水化設備」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、逆浸透膜装置のＲＯ膜の膜性能は温度によって変化し、同じ供給圧力で温度が高くなると生産水量が大きくなるので、温度変化に関わらず常に一定の回収率で運転させるための効率的な運転制御が求められている。
また、プラント全体での省エネ化が要求されているので、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化方法が要望されている。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化装置及び淡水化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】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、所定の圧力で供給された原水から塩分を除去して第１の透過水を生産する第１の逆浸透膜を有する高圧用の第１の逆浸透膜装置と、第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水中の塩分を除去して第２の透過水を生産する第２の逆浸透膜を有する低圧用の第２の逆浸透膜装置と、第１の逆浸透膜装置からの第１濃縮水の排出ラインに介装され、第１の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、第２の逆浸透膜装置からの第２濃縮水を第１の逆浸透膜装置の前段側に戻す第１の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、前記原水の供給温度を温度計で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁と第２の流量調整弁とを制御する制御装置とを具備し、計測した原水の温度が設定温度より低い場合には、第１の流量調節弁で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁での戻りの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化装置にある。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第２の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第３の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置と、第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第３の戻しラインに介装され、第３の透過水の流量を調整する第４の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側にバイパスさせる第１のバイパスに介装され、第１の透過水の流量を調整する第５の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１６】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、第１の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁と、第２の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁と、第１の逆浸透膜装置と第２の手動弁との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁とを有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１７】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、第１の濃縮水を排出するラインに圧力を回収するエネルギー回収装置を設けてなることを特徴とする淡水化装置にある。
【００１８】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、低圧用の第２の逆浸透膜装置の後段側に低圧用の逆浸透膜装置を更に直列に有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１９】
第８の発明は、複数の逆浸透膜装置を直列に設置して、原水から脱塩処理する淡水化方法において、前記原水の供給温度を計測し、計測した原水の温度が、設定値よりも低い場合には、第１の逆浸透膜装置からの濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化方法にある。
【００２０】
第９の発明は、第８の発明において、第２の逆浸透膜装置からの第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第２の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【００２１】
第１０の発明は、第８の発明において、第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置を有し、第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第３の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【００２２】
第１１の発明は、第８の発明において、第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側に送り、この第１の透過水の送りの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１−１】図１−１は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。
【図１−２】図１−２は、実施例１に係る淡水化装置の夏場と冬場における概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係る淡水化装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例５に係る淡水化装置の概略図である。
【図６】図６は、実施例６に係る淡水化装置の概略図である。
【図７】図７は、高圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。
【図８】図８は、低圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。
【図９】図９は、本発明に対する参考例を示す淡水化装置の概略図である。
【図１０】図１０は、参考例の高圧用ポンプ性能曲線上の夏冬の運転ポイントを示す図である。
【図１１】図１１は、実施例７に係る淡水化装置の概略図である。
【図１２】図１２は、従来例に係る淡水化装置の概略図である。
【図１３】図１３は、従来例に係る他の淡水化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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】
【００２６】
本発明に係る実施例１に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図１−１及び１−２は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。図１−１に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ａは、所定の圧力で供給された原水１１から塩分を除去して第１の透過水１２を生産する第１の逆浸透膜（ＲＯ膜）１３ａを有する第１の逆浸透膜装置１３と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の透過水１２中の塩分を除去して第２の透過水１４を生産する第２の逆浸透膜（ＲＯ膜）１５ａを有する第２の逆浸透膜装置１５と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の濃縮水１６の排出ラインＬ1に介装され、第１の濃縮水１６の流量を調整する第１の流量調整弁１７と、第２の逆浸透膜装置１５からの第２の濃縮水１８を第１の逆浸透膜装置１３の前段側に戻す第１の戻しラインＬ2に介装され、第２の濃縮水１８の流量を調整する第２の流量調整弁１９と、前記原水１１の供給温度（Ｔ）を温度計２０で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁１７と第２の流量調整弁１９とを制御する制御装置（図示せず）とを具備し、温度計２０での計測結果、原水１１の温度が低い（例えば２６℃）冬場の場合においては、第１の流量調節弁１７で第１の濃縮水１６の排出量を一定に維持する調整と、第２の流量調節弁１９で第２の濃縮水１８の戻り量を低減させる調節とを行い、温度が高い（例えば３２℃）夏場の場合に較べて、第１の逆浸透膜装置１３への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を所定量に維持した運転を行うものである。前記第２の流量調整弁１９は、生産水量を定格流量に合わせるために用いている。なお、図１−１中、符号Ｆ1〜Ｆ2は流量計、Ｐ1〜Ｐ2は送液ポンプ、Ｍ1〜Ｐ2は送液ポンプ用モータを各々図示する。
なお、第１の逆浸透膜装置１３は、高圧用の逆浸透膜装置であり、例えばパスタ程度の太さで中が空胴の糸状に成型し、外側から内側へ濾過する「中空糸膜」型の逆浸透膜装置や、１枚の濾過膜を、強度を保つため丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧する「スパイラル膜」型の逆浸透膜装置等のいずれでも良い。
【００２７】
図１−２は、実施例１に係る淡水化装置の夏場と冬場における流量（部で示す）の相違を記載した一例を示す概略図である。
図１−２に示すように、夏場（原水１１の温度３２℃）は、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量１００部（原水：９５部＋戻り水：５部）部に対して、第１段目の第１の逆浸透膜装置１３の回収率を５０％とすると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は５０部となり、第１の濃縮水１６は５０部となる。
また、第２の逆浸透膜装置１５に供給される第１の透過水１２の量を供給量５０部に対して、第２段目の第２の逆浸透膜装置１５の回収率を９０％とすると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４の通過量は４５部となり、第２の濃縮水１６は５部となる。
この夏場のポンプの性能量は夏場では水が透過し易いので、通常冬場で用いる７．０ＭＰａの高性能のポンプを用いる必要がなく、６．６ＭＰａ程度のポンプを用いることが可能となる。
【００２８】
そして、原水１１温度が低下したことを温度計２０で計測し（夏場よりも５℃以下低下している）、冬場の状態であると確認した際には、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量９８部（９５＋３）部となるように、第１段目の逆浸透膜装置１３の回収率を下げるように、第１の流量調整弁１７を調整して、第１の濃縮水１６を一定に保つように制御すると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は４８部と低くなり、第１の濃縮水１６は５０部となる。
また、第２の逆浸透膜装置１５に供給される第１の透過水１２の量を供給量４８部に対して、第２段目の逆浸透膜装置１５の回収量を夏と同じ４５部を維持するように、第２の流量調整弁１９を少し閉めると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４の通過量は４５部となり、第２の濃縮水１６は３部となる。
【００２９】
このように、夏場（３２℃）と冬場（２６℃）との運転条件を比較すると、冬場での第２の濃縮水１８の戻り量を減らす（５部⇒３部）と、夏場の処理量（９５部＋５部＝１００部）に較べて、冬場（９５部＋３部＝９８部）の処理量が低下することとなる。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプＰ1のヘッド圧が上昇する。
図７に高圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係を示す。
この夏場よりも冬場の圧力が上昇することで、図７に示す高圧用ポンプ性能曲線に合致するので、効率的なポンプ動作を行うことができる。
【００３０】
よって、冬場は、ＲＯ膜１３ａを透過する水の透過割合が低下するが、その低下する分は供給量を低減（１００部から９８部）させることでこれを補うことができる。
また、冬場においては、処理量が低下するので、高圧用ポンプ性能曲線においては圧力が上昇することとなり、夏場の条件で設計したポンプ（ポンプ性能例えば６．６ＭＰａ）を用いることで、夏冬年間を通じての使用が可能となる。
【００３１】
このような淡水化装置を用いて、淡水化の運転を行うには、先ず、原水１１の温度を温度計で計測し、夏場モードか冬場モードかの確認を行う。その後、モードを維持又は変更の制御を行う。
その後、所定の運転条件となるように図示しない制御装置で制御して、第１の逆浸透膜装置１３及び第２の逆浸透膜装置１５へ供給する通水量を設定値となるように、ラインＬ1及びラインＬ2に介装された第１及び第２の流量調節弁１７、１９で調整する制御を図示しない制御装置により行う。この調整の際、夏冬のいずれかのモードに応じた調整を行い、安定した高品質の生産水を製造する。
【００３２】
本実施例では、夏を３２℃、冬を２６℃として、温度差を６℃として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の温度差（例えば３〜５℃以上）において、運転モードを変化する制御を制御装置で行うようにしてもよい。
なお、本発明では、仮に１℃の温度差であっても、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【００３３】
［参考例］
図９は、本発明に対する参考例を示す淡水化装置の概略図である。
図９に示すように、参考例に係る淡水化装置２００は、実施例１に係る淡水化装置に較べて、第１の逆浸透膜装置１３の入口側に圧力調整用の圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置している点が異なる。
参考例では、第１の逆浸透膜装置１３のＲＯ膜１３ａの膜性能は温度によって変化し、同じ供給圧力で温度が高くなると生産水量が大きくなるので、温度変化に関わらず常に一定の回収率（９０％）で運転させるために、圧力制御弁を設置したものである。なお、図９中、符号Ｆ11〜Ｆ12は流量計を図示する。
【００３４】
この際、一般的に最も温度が低い冬場の場合に、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１が全開で要求水量が達成できるような高性能な昇圧ポンプを用意し、温度が高い夏場の場合には圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１をやや閉めて圧力を低下させる調整し、一定回収率運転を実現する。
図１０は高圧用ポンプ性能曲線上の夏冬の運転ポイントを示す図である。この参考例では、図１０に示すように、ポンプを通過する流量を一定とする場合は、冬場と夏場との運転の調整は、圧力を制御することで行い、夏場は冬場より低い圧力で運転することとなる。
【００３５】
しかしながら、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置すると、低温温度時では全開時の圧力損失（約０．３ＭＰａ）は免れず、例えば設計値が７．０ＭＰａの圧力が必要である場合には、昇圧ポンプとして７．３ＭＰａの高性能ポンプが必要となる。
また、夏場の高温時にはさらに圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を閉めるため、その圧力損失はより大きくなる。
【００３６】
このような圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１の開閉動作による圧力損失は脱塩に寄与することのないエネルギーとなり無駄になり、脱塩プラントのシステム効率の低下になるという、問題が発生する。
また、第１の逆浸透膜装置１３での入口側の圧力を調整して小さくすると、濃縮水１６の圧力も小さくなり、この濃縮水ラインに圧力回収するために例えばエネルギー回収装置を設置するような場合には、そのエネルギー回収量も小さくなる、という問題がある。
【００３７】
このように、参考例に係る淡水化装置２００では、先ず条件が悪い冬場における流量を決定して、その流量に応じたポンプ性能（７ＭＰａ）を固定しているが、本発明においては、夏場におけるポンプ性能（例えば６．６ＭＰａ）において、冬場における運転が可能となる。
この結果、本発明では、参考例に係る淡水化装置２００のように、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置する際に、定格以上の性能（７ＭＰａのときに、７．３ＭＰａ）のポンプを設けることが無いので、設置時におけるポンプも安価なものとなり、イニシャルコストの低減も図ることができる。
【００３８】
（参考図との比較）
また、本発明によれば、圧力調節弁（ＰＣＶ）が不要となると共に、圧力調整弁（ＰＣＶ）を設置する場合のように、流量を固定して制御するする必要がなくなる。
この結果、圧力調整弁（ＰＣＶ）を用いる提案のような圧力損失のためのエネルギー損失が無くなり、エネルギー効率の良好な淡水化プラント運転が可能となる。
【００３９】
また、本発明では、第１の濃縮水１６を一定に維持するように調整しているので、圧力変動もほとんど少なく、圧力回収するために例えばエネルギー回収装置（図示せず）を設置しても安定したエネルギー回収が可能となる。
エネルギー回収装置としては、例えばＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ型エネルギー回収装置、Ｔｕｒｂｏｃｈａｇｅｒ型エネルギー回収装置、ＰＸ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ（Ｄｕａｌ Ｗｏｒｋ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置等の公知のものを用いることができる。
【実施例２】
【００４０】
本発明に係る実施例２に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｂは、実施例１の装置において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の透過水１４の一部を上流側へ戻す戻しラインＬ3を設けており、この戻しラインＬ3に第３の流量調節弁２１を設けたものである。
この戻しラインＬ3を設置し、第２の透過水１４を夏場は冬場よりも１５％程度上流側に戻すようにしている。
【００４１】
これは、低圧の昇圧ポンプＰ2の低圧ポンプ特性は差がないので、夏場例えば３０％（１５％）、冬場例えば１５％（０％）とすることで、冬場は夏場よりも流量が少ないものとなり、低圧の昇圧ポンプＰ2のヘッド圧が上昇する。
図８は低圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。図８に示すように、冬場においては圧力が上昇するので、低圧用ポンプ性能曲線に合致した運転が可能となり、確実な安定した海水淡水化処理を行うことができる。
【００４２】
また、第２の透過水１４を再度第２の逆浸透膜装置１５で脱塩処理するので、生産水の水質の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００４３】
本発明に係る実施例３に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｃは、実施例１の装置において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の濃縮水１８中の塩分を除去して第３の透過水２２を生産する第３の逆浸透膜（ＲＯ膜）２３ａを有する第３の逆浸透膜装置２３を設け、この第３の透過水２２を上流側へ戻す戻しラインＬ4を設けており、この戻しラインＬ4に第４の流量調節弁２４を設けたものである。
この戻しラインＬ4を設置することで、第３の透過水２２を夏場は冬場よりも１５％程度上流側に戻すようにしている。
これにより、実施例２と同様に確実で安定した海水淡水化処理を行うことができる。
【実施例４】
【００４４】
本発明に係る実施例４に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図４は、実施例４に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｄは、実施例１の装置において、第１の逆浸透膜装置１３の第１の透過水１２の一部を第２の逆浸透膜装置１５を迂回するバイパスラインＬ5を設け、このバイパスラインＬ5に第５の流量調整弁２５を介装している。
そして、冬場においては、このバイパスラインＬ5を用いて、第１の透過水１２の一部をバイパスさせている。
ここで、第２の逆浸透膜装置１５をバイパスさせる際の分岐のさせ方は、配管で分けても良いし、ベッセルの２つの透過水の出口（上流側と下流側）を使って分けるようにしても良い。
流量の制御は、原水の温度を温度計２０で計測し、夏冬を切り替える。そして、バイパスさせる際には、バイパスラインＬ5に設置した第５の流量調節弁２５でそのバイパス流量を制御するようにしている。
【実施例５】
【００４５】
本発明に係る実施例５に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図５は、実施例５に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｅは、実施例１において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の濃縮水１８の流量を測定する流量計Ｆ3を設け、この流量計Ｆ3の測定結果を、流量制御部２６により、第２の流量調整弁１９の制御を行うようにしている。
【００４６】
実施例１においては、第２の濃縮水１８の流量は制御しないため、成り行きの運転となっており、流量がプラントの設計範囲を逸脱するような場合がある。特に第２の濃縮水１８の流量が小さくなると、第２の逆浸透膜装置１５での回収率が大きくなり、スケール析出のおそれがある。このような場合に、第２の濃縮水１８の流量を流量計Ｆ3により測定し、設計の範囲外とならないように第２の濃縮水１８の流量を調整することでスケールの析出のない、安定した脱塩処理を行うようにしている。
【実施例６】
【００４７】
本発明に係る実施例６に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図６は、実施例６に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｆは、実施例１の装置において、第１の逆浸透膜装置１３の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁３１と、第２の逆浸透膜装置１５の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁３２と、第１の逆浸透膜装置１３と第２の手動弁３２との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁３３とを有するものである。
【００４８】
第１の手動弁３１及び第２の手動弁３２の設置により、徐々にバルブを開放して、全開とするので、プラントの起動停止がしやすくなる。
また、三方弁３３を用いて、第１の透過水１２を排水して、低圧の昇圧ポンプＰ2の所定の入口圧力となるまで待機し、その後第２の透過水１２が低圧の昇圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達したことを確認してから、三方弁３３を閉じつつ、第２の逆浸透膜装置１５側に第１の透過水１２を全量供給するようにしている。
これにより、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７】
【００４９】
本発明に係る実施例７に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図１１は、実施例７に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１１に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｇは、実施例１の装置において、２台の低圧用の第２の逆浸透膜装置１５Ａ、１５Ａを直列に設け、直列の３段の除塩処理システムとしたものである。なお、第２の濃縮水ラインＬ2A、Ｌ2Bにより直列に設けた第２の逆浸透膜装置１５Ａ、１５Ａからの第２の濃縮水１８Ａ、１８Ｂを上流側に戻している。
【００５０】
第１の逆浸透膜装置１３は高圧用であるので、実施例１と同様に、夏場のモードと冬場のモードの切り替えは同様に行う。
具体的には、原水１１の温度が低下したことを温度計で計測し（夏場よりも５℃以下低下している）、冬場の状態であると確認した際には、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量９８部（９５＋３）部となるように、第１段目の逆浸透膜装置１３の回収率を下げるように、第１の流量調整弁１７を調整して、第１の濃縮水１６を一定に保つように制御すると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は４８部と低くなり、第１の濃縮水１６は５０部とする。
【００５１】
また、２台の第２段目の逆浸透膜装置１５Ａ、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂは低圧用であるので、実施例１と同様に、夏場のモードと冬場のモードの切り替えは同様に行う。
第２の逆浸透膜装置１５Ａに供給される第１の透過水１２の量を供給量に対して、第２段目の逆浸透膜装置１５Ａの回収量を夏と同じ４９部を維持するように、第２の流量調整弁１９Ａを少し閉めると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４Ａの通過量は各々４９部となり、第２の濃縮水１８Ａは低減（５部⇒３部）する。
また、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂに供給される第２の透過水１４Ａの量を供給量４９部に対して、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂの回収量を夏と同じ４５部を維持すると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４Ｂの通過量は各々４５部となり、第２の濃縮水１８Ｂは同等（４部）となる。
【００５２】
このように、夏場（例えば３２℃）と冬場（例えば２６℃）との運転条件を比較すると、冬場での第２の濃縮水１８Ａの戻り量を減らす（５部⇒３部）と、夏場の処理量に較べて、冬場の処理量が低下することとなる。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプＰ1のヘッド圧が上昇する。
【００５３】
また、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂの前流側に、例えば圧力調整弁を設置して、この第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂへ供給する第２の透過水１４Ａの供給量を調整するようにして、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る淡水化装置によれば、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０Ａ〜１０Ｇ 淡水化装置
１１ 原水
１２ 第１の透過水
１３ａ、１５ａ ＲＯ膜
１３ 第１の逆浸透膜装置
１４ 第２の透過水
１５ 第２の逆浸透膜装置
１６ 第１の濃縮水
１７ 第１の流量調整弁
１８ 第２の濃縮水
１９ 第２の流量調整弁
２０ 温度計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数直列の設けた逆浸透膜装置を円滑且つ効率的に行うことができる淡水化装置及び淡水化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化設備においては、脱塩処理することにより原水（海水）を淡水化させて上水として使用するための海水淡水化装置（以下、淡水化装置という）が用いられている。
【０００３】
このような淡水化装置は、原水である海水中の濁質分を除去するために、砂とアンスラサイトを濾材とする二層濾過を用いた前処理装置が用いられている。また、原水に対しては、一般に殺菌、殺藻や有機物、鉄、マンガン、アンモニアなどを除去する目的で、塩素剤（塩素含有水）を原水に加える塩素処理を行っている。この塩素処理は、例えば液化塩素、次亜塩素酸ソーダ、塩水の電解によって生成する塩素などを用いるようにしている。
【０００４】
この塩素処理及び濾過処理したものを、ＲＯ膜を備えた逆浸透膜装置で脱塩処理している。この従来の塩素処理及び中和処理を行う淡水化装置の一例を図１２に示す。
【０００５】
図１２に示すように、従来の淡水化装置１００は、原水１０１中の濁質分を濾過する前処理膜１０３ａを有する前処理装置１０３と、前記前処理装置１０３からの濾過水１０４から塩分を除去して透過水１０５を生産する逆浸透膜（ＲＯ膜）１０６ａを有する逆浸透膜装置１０６とを具備してなり、濁質分の除去と脱塩処理とを行っている。なお、図１２中、符号１０７は濃縮水、Ｐは送液ポンプを各々図示する。
【０００６】
前記淡水化装置１００で得られた透過水である生産水１０５は飲料用、工場プラント用等の各種商業水として、利用されているが、近年、処理水である透過水の水質向上が求められており、本出願人はこのような逆浸透膜装置１０６を複数直列に連結して、高純度の透過水を得ることを先に提案した（非特許文献１）。
【０００７】
図１３は、この逆浸透膜装置を複数段設置したプラントの一例を示す図である。
図１３に示すように、非特許文献１で提案したプラントにおいては、複数の逆浸透膜装置を直列に設置する場合には、高圧（６〜８ＭＰａ）用の第１の逆浸透膜装置１０３Ａを設け、第２段、第３段には低圧（１〜２ＭＰａ）用の第２及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｂ、１０３Ｃを設け、直列で順次脱塩して透過水１０５Ａ、１０５Ｂを得た後、高純度の生産水１０５Ｃとしている。なお、図１３中、符号１０７Ａ〜Ｃは濃縮水、Ｌ11〜L13は濃縮水ライン、Ｐ1〜Ｐ3は送液ポンプを各々図示する。
【０００８】
また、第１の逆浸透膜装置１０３Ａと第２の逆浸透膜装置１０３Ｂ及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｃとが配設された直列の３段プロセス方式においては、第２の逆浸透膜装置１０３Ｂ及び第３の逆浸透膜装置１０３Ｃからの濃縮水１０７Ｂ及び１０７Ｃは上流側にリサイクルされ、ラインＬ12、Ｌ13により第１の逆浸透膜装置１０３Ａ及び第２の逆浸透膜装置１０３Ｂの入口側に各々戻しており、一度脱塩した透過水を有効利用している。このようなプロセスでは第１段目と第２段目及び第３段目の逆浸透膜装置は別々に制御し、それぞれの回収率は常に一定（第１段回収率：例えば４５％、第２段及び第３段回収率：例えば９０％）で運転されている（ポンプＰ1〜Ｐ3の下の数値は圧力を示す。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】三菱重工技法Ｖｏｌ．４６ Ｎｏ１（２００９）「世界初大型３段直列逆浸透（ＲＯ）法海水淡水化設備」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、逆浸透膜装置のＲＯ膜の膜性能は温度によって変化し、同じ供給圧力で温度が高くなると生産水量が大きくなるので、温度変化に関わらず常に一定の回収率で運転させるための効率的な運転制御が求められている。
また、プラント全体での省エネ化が要求されているので、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化方法が要望されている。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化装置及び淡水化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】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、所定の圧力で供給された原水から塩分を除去して第１の透過水を生産する第１の逆浸透膜を有する高圧用の第１の逆浸透膜装置と、第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水中の塩分を除去して第２の透過水を生産する第２の逆浸透膜を有する低圧用の第２の逆浸透膜装置と、第１の逆浸透膜装置からの第１濃縮水の排出ラインに介装され、第１の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、第２の逆浸透膜装置からの第２濃縮水を第１の逆浸透膜装置の前段側に戻す第１の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、前記原水の供給温度を温度計で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁と第２の流量調整弁とを制御する制御装置とを具備し、計測した原水の温度が設定温度より低い場合には、第１の流量調節弁で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁での戻りの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化装置にある。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第２の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第３の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置と、第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第３の戻しラインに介装され、第３の透過水の流量を調整する第４の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側にバイパスさせる第１のバイパスに介装され、第１の透過水の流量を調整する第５の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１６】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、第１の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁と、第２の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁と、第１の逆浸透膜装置と第２の手動弁との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁とを有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１７】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、第１の濃縮水を排出するラインに圧力を回収するエネルギー回収装置を設けてなることを特徴とする淡水化装置にある。
【００１８】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、低圧用の第２の逆浸透膜装置の後段側に低圧用の逆浸透膜装置を更に直列に有することを特徴とする淡水化装置にある。
【００１９】
第８の発明は、複数の逆浸透膜装置を直列に設置して、原水から脱塩処理する淡水化方法において、前記原水の供給温度を計測し、計測した原水の温度が、設定値よりも低い場合には、第１の逆浸透膜装置からの濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化方法にある。
【００２０】
第９の発明は、第８の発明において、第２の逆浸透膜装置からの第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第２の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【００２１】
第１０の発明は、第８の発明において、第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置を有し、第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第３の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【００２２】
第１１の発明は、第８の発明において、第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側に送り、この第１の透過水の送りの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法にある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１−１】図１−１は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。
【図１−２】図１−２は、実施例１に係る淡水化装置の夏場と冬場における概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係る淡水化装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例５に係る淡水化装置の概略図である。
【図６】図６は、実施例６に係る淡水化装置の概略図である。
【図７】図７は、高圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。
【図８】図８は、低圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。
【図９】図９は、本発明に対する参考例を示す淡水化装置の概略図である。
【図１０】図１０は、参考例の高圧用ポンプ性能曲線上の夏冬の運転ポイントを示す図である。
【図１１】図１１は、実施例７に係る淡水化装置の概略図である。
【図１２】図１２は、従来例に係る淡水化装置の概略図である。
【図１３】図１３は、従来例に係る他の淡水化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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】
【００２６】
本発明に係る実施例１に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図１−１及び１−２は、実施例１に係る淡水化装置の概略図である。図１−１に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ａは、所定の圧力で供給された原水１１から塩分を除去して第１の透過水１２を生産する第１の逆浸透膜（ＲＯ膜）１３ａを有する第１の逆浸透膜装置１３と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の透過水１２中の塩分を除去して第２の透過水１４を生産する第２の逆浸透膜（ＲＯ膜）１５ａを有する第２の逆浸透膜装置１５と、第１の逆浸透膜装置１３からの第１の濃縮水１６の排出ラインＬ1に介装され、第１の濃縮水１６の流量を調整する第１の流量調整弁１７と、第２の逆浸透膜装置１５からの第２の濃縮水１８を第１の逆浸透膜装置１３の前段側に戻す第１の戻しラインＬ2に介装され、第２の濃縮水１８の流量を調整する第２の流量調整弁１９と、前記原水１１の供給温度（Ｔ）を温度計２０で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁１７と第２の流量調整弁１９とを制御する制御装置（図示せず）とを具備し、温度計２０での計測結果、原水１１の温度が低い（例えば２６℃）冬場の場合においては、第１の流量調節弁１７で第１の濃縮水１６の排出量を一定に維持する調整と、第２の流量調節弁１９で第２の濃縮水１８の戻り量を低減させる調節とを行い、温度が高い（例えば３２℃）夏場の場合に較べて、第１の逆浸透膜装置１３への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を所定量に維持した運転を行うものである。前記第２の流量調整弁１９は、生産水量を定格流量に合わせるために用いている。なお、図１−１中、符号Ｆ1〜Ｆ2は流量計、Ｐ1〜Ｐ2は送液ポンプ、Ｍ1〜Ｐ2は送液ポンプ用モータを各々図示する。
なお、第１の逆浸透膜装置１３は、高圧用の逆浸透膜装置であり、例えばパスタ程度の太さで中が空胴の糸状に成型し、外側から内側へ濾過する「中空糸膜」型の逆浸透膜装置や、１枚の濾過膜を、強度を保つため丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧する「スパイラル膜」型の逆浸透膜装置等のいずれでも良い。
【００２７】
図１−２は、実施例１に係る淡水化装置の夏場と冬場における流量（部で示す）の相違を記載した一例を示す概略図である。
図１−２に示すように、夏場（原水１１の温度３２℃）は、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量１００部（原水：９５部＋戻り水：５部）部に対して、第１段目の第１の逆浸透膜装置１３の回収率を５０％とすると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は５０部となり、第１の濃縮水１６は５０部となる。
また、第２の逆浸透膜装置１５に供給される第１の透過水１２の量を供給量５０部に対して、第２段目の第２の逆浸透膜装置１５の回収率を９０％とすると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４の通過量は４５部となり、第２の濃縮水１６は５部となる。
この夏場のポンプの性能量は夏場では水が透過し易いので、通常冬場で用いる７．０ＭＰａの高性能のポンプを用いる必要がなく、６．６ＭＰａ程度のポンプを用いることが可能となる。
【００２８】
そして、原水１１温度が低下したことを温度計２０で計測し（夏場よりも５℃以下低下している）、冬場の状態であると確認した際には、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量９８部（９５＋３）部となるように、第１段目の逆浸透膜装置１３の回収率を下げるように、第１の流量調整弁１７を調整して、第１の濃縮水１６を一定に保つように制御すると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は４８部と低くなり、第１の濃縮水１６は５０部となる。
また、第２の逆浸透膜装置１５に供給される第１の透過水１２の量を供給量４８部に対して、第２段目の逆浸透膜装置１５の回収量を夏と同じ４５部を維持するように、第２の流量調整弁１９を少し閉めると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４の通過量は４５部となり、第２の濃縮水１６は３部となる。
【００２９】
このように、夏場（３２℃）と冬場（２６℃）との運転条件を比較すると、冬場での第２の濃縮水１８の戻り量を減らす（５部⇒３部）と、夏場の処理量（９５部＋５部＝１００部）に較べて、冬場（９５部＋３部＝９８部）の処理量が低下することとなる。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプＰ1のヘッド圧が上昇する。
図７に高圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係を示す。
この夏場よりも冬場の圧力が上昇することで、図７に示す高圧用ポンプ性能曲線に合致するので、効率的なポンプ動作を行うことができる。
【００３０】
よって、冬場は、ＲＯ膜１３ａを透過する水の透過割合が低下するが、その低下する分は供給量を低減（１００部から９８部）させることでこれを補うことができる。
また、冬場においては、処理量が低下するので、高圧用ポンプ性能曲線においては圧力が上昇することとなり、夏場の条件で設計したポンプ（ポンプ性能例えば６．６ＭＰａ）を用いることで、夏冬年間を通じての使用が可能となる。
【００３１】
このような淡水化装置を用いて、淡水化の運転を行うには、先ず、原水１１の温度を温度計で計測し、夏場モードか冬場モードかの確認を行う。その後、モードを維持又は変更の制御を行う。
その後、所定の運転条件となるように図示しない制御装置で制御して、第１の逆浸透膜装置１３及び第２の逆浸透膜装置１５へ供給する通水量を設定値となるように、ラインＬ1及びラインＬ2に介装された第１及び第２の流量調節弁１７、１９で調整する制御を図示しない制御装置により行う。この調整の際、夏冬のいずれかのモードに応じた調整を行い、安定した高品質の生産水を製造する。
【００３２】
本実施例では、夏を３２℃、冬を２６℃として、温度差を６℃として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の温度差（例えば３〜５℃以上）において、運転モードを変化する制御を制御装置で行うようにしてもよい。
なお、本発明では、仮に１℃の温度差であっても、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【００３３】
［参考例］
図９は、本発明に対する参考例を示す淡水化装置の概略図である。
図９に示すように、参考例に係る淡水化装置２００は、実施例１に係る淡水化装置に較べて、第１の逆浸透膜装置１３の入口側に圧力調整用の圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置している点が異なる。
参考例では、第１の逆浸透膜装置１３のＲＯ膜１３ａの膜性能は温度によって変化し、同じ供給圧力で温度が高くなると生産水量が大きくなるので、温度変化に関わらず常に一定の回収率（９０％）で運転させるために、圧力制御弁を設置したものである。なお、図９中、符号Ｆ11〜Ｆ12は流量計を図示する。
【００３４】
この際、一般的に最も温度が低い冬場の場合に、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１が全開で要求水量が達成できるような高性能な昇圧ポンプを用意し、温度が高い夏場の場合には圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１をやや閉めて圧力を低下させる調整し、一定回収率運転を実現する。
図１０は高圧用ポンプ性能曲線上の夏冬の運転ポイントを示す図である。この参考例では、図１０に示すように、ポンプを通過する流量を一定とする場合は、冬場と夏場との運転の調整は、圧力を制御することで行い、夏場は冬場より低い圧力で運転することとなる。
【００３５】
しかしながら、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置すると、低温温度時では全開時の圧力損失（約０．３ＭＰａ）は免れず、例えば設計値が７．０ＭＰａの圧力が必要である場合には、昇圧ポンプとして７．３ＭＰａの高性能ポンプが必要となる。
また、夏場の高温時にはさらに圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を閉めるため、その圧力損失はより大きくなる。
【００３６】
このような圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１の開閉動作による圧力損失は脱塩に寄与することのないエネルギーとなり無駄になり、脱塩プラントのシステム効率の低下になるという、問題が発生する。
また、第１の逆浸透膜装置１３での入口側の圧力を調整して小さくすると、濃縮水１６の圧力も小さくなり、この濃縮水ラインに圧力回収するために例えばエネルギー回収装置を設置するような場合には、そのエネルギー回収量も小さくなる、という問題がある。
【００３７】
このように、参考例に係る淡水化装置２００では、先ず条件が悪い冬場における流量を決定して、その流量に応じたポンプ性能（７ＭＰａ）を固定しているが、本発明においては、夏場におけるポンプ性能（例えば６．６ＭＰａ）において、冬場における運転が可能となる。
この結果、本発明では、参考例に係る淡水化装置２００のように、圧力調整弁（ＰＣＶ）２０１を設置する際に、定格以上の性能（７ＭＰａのときに、７．３ＭＰａ）のポンプを設けることが無いので、設置時におけるポンプも安価なものとなり、イニシャルコストの低減も図ることができる。
【００３８】
（参考図との比較）
また、本発明によれば、圧力調節弁（ＰＣＶ）が不要となると共に、圧力調整弁（ＰＣＶ）を設置する場合のように、流量を固定して制御するする必要がなくなる。
この結果、圧力調整弁（ＰＣＶ）を用いる提案のような圧力損失のためのエネルギー損失が無くなり、エネルギー効率の良好な淡水化プラント運転が可能となる。
【００３９】
また、本発明では、第１の濃縮水１６を一定に維持するように調整しているので、圧力変動もほとんど少なく、圧力回収するために例えばエネルギー回収装置（図示せず）を設置しても安定したエネルギー回収が可能となる。
エネルギー回収装置としては、例えばＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ型エネルギー回収装置、Ｔｕｒｂｏｃｈａｇｅｒ型エネルギー回収装置、ＰＸ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ（Ｄｕａｌ Ｗｏｒｋ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置等の公知のものを用いることができる。
【実施例２】
【００４０】
本発明に係る実施例２に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｂは、実施例１の装置において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の透過水１４の一部を上流側へ戻す戻しラインＬ3を設けており、この戻しラインＬ3に第３の流量調節弁２１を設けたものである。
この戻しラインＬ3を設置し、第２の透過水１４を夏場は冬場よりも１５％程度上流側に戻すようにしている。
【００４１】
これは、低圧の昇圧ポンプＰ2の低圧ポンプ特性は差がないので、夏場例えば３０％（１５％）、冬場例えば１５％（０％）とすることで、冬場は夏場よりも流量が少ないものとなり、低圧の昇圧ポンプＰ2のヘッド圧が上昇する。
図８は低圧用ポンプ性能曲線の流量と圧力との関係図である。図８に示すように、冬場においては圧力が上昇するので、低圧用ポンプ性能曲線に合致した運転が可能となり、確実な安定した海水淡水化処理を行うことができる。
【００４２】
また、第２の透過水１４を再度第２の逆浸透膜装置１５で脱塩処理するので、生産水の水質の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００４３】
本発明に係る実施例３に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｃは、実施例１の装置において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の濃縮水１８中の塩分を除去して第３の透過水２２を生産する第３の逆浸透膜（ＲＯ膜）２３ａを有する第３の逆浸透膜装置２３を設け、この第３の透過水２２を上流側へ戻す戻しラインＬ4を設けており、この戻しラインＬ4に第４の流量調節弁２４を設けたものである。
この戻しラインＬ4を設置することで、第３の透過水２２を夏場は冬場よりも１５％程度上流側に戻すようにしている。
これにより、実施例２と同様に確実で安定した海水淡水化処理を行うことができる。
【実施例４】
【００４４】
本発明に係る実施例４に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図４は、実施例４に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｄは、実施例１の装置において、第１の逆浸透膜装置１３の第１の透過水１２の一部を第２の逆浸透膜装置１５を迂回するバイパスラインＬ5を設け、このバイパスラインＬ5に第５の流量調整弁２５を介装している。
そして、冬場においては、このバイパスラインＬ5を用いて、第１の透過水１２の一部をバイパスさせている。
ここで、第２の逆浸透膜装置１５をバイパスさせる際の分岐のさせ方は、配管で分けても良いし、ベッセルの２つの透過水の出口（上流側と下流側）を使って分けるようにしても良い。
流量の制御は、原水の温度を温度計２０で計測し、夏冬を切り替える。そして、バイパスさせる際には、バイパスラインＬ5に設置した第５の流量調節弁２５でそのバイパス流量を制御するようにしている。
【実施例５】
【００４５】
本発明に係る実施例５に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図５は、実施例５に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｅは、実施例１において、第２の逆浸透膜装置１５の第２の濃縮水１８の流量を測定する流量計Ｆ3を設け、この流量計Ｆ3の測定結果を、流量制御部２６により、第２の流量調整弁１９の制御を行うようにしている。
【００４６】
実施例１においては、第２の濃縮水１８の流量は制御しないため、成り行きの運転となっており、流量がプラントの設計範囲を逸脱するような場合がある。特に第２の濃縮水１８の流量が小さくなると、第２の逆浸透膜装置１５での回収率が大きくなり、スケール析出のおそれがある。このような場合に、第２の濃縮水１８の流量を流量計Ｆ3により測定し、設計の範囲外とならないように第２の濃縮水１８の流量を調整することでスケールの析出のない、安定した脱塩処理を行うようにしている。
【実施例６】
【００４７】
本発明に係る実施例６に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図６は、実施例６に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｆは、実施例１の装置において、第１の逆浸透膜装置１３の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁３１と、第２の逆浸透膜装置１５の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁３２と、第１の逆浸透膜装置１３と第２の手動弁３２との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁３３とを有するものである。
【００４８】
第１の手動弁３１及び第２の手動弁３２の設置により、徐々にバルブを開放して、全開とするので、プラントの起動停止がしやすくなる。
また、三方弁３３を用いて、第１の透過水１２を排水して、低圧の昇圧ポンプＰ2の所定の入口圧力となるまで待機し、その後第２の透過水１２が低圧の昇圧ポンプＰ2の入口圧近傍に達したことを確認してから、三方弁３３を閉じつつ、第２の逆浸透膜装置１５側に第１の透過水１２を全量供給するようにしている。
これにより、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７】
【００４９】
本発明に係る実施例７に係る淡水化装置について、図面を参照して説明する。図１１は、実施例７に係る淡水化装置の概略図である。なお、実施例１で説明した淡水化装置の構成部材と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１１に示すように、本実施例に係る淡水化装置１０Ｇは、実施例１の装置において、２台の低圧用の第２の逆浸透膜装置１５Ａ、１５Ａを直列に設け、直列の３段の除塩処理システムとしたものである。なお、第２の濃縮水ラインＬ2A、Ｌ2Bにより直列に設けた第２の逆浸透膜装置１５Ａ、１５Ａからの第２の濃縮水１８Ａ、１８Ｂを上流側に戻している。
【００５０】
第１の逆浸透膜装置１３は高圧用であるので、実施例１と同様に、夏場のモードと冬場のモードの切り替えは同様に行う。
具体的には、原水１１の温度が低下したことを温度計で計測し（夏場よりも５℃以下低下している）、冬場の状態であると確認した際には、第１の逆浸透膜装置１３に供給される原水１１の量を供給量９８部（９５＋３）部となるように、第１段目の逆浸透膜装置１３の回収率を下げるように、第１の流量調整弁１７を調整して、第１の濃縮水１６を一定に保つように制御すると、ＲＯ膜１３ａが通過する第１の透過水１２の通過量は４８部と低くなり、第１の濃縮水１６は５０部とする。
【００５１】
また、２台の第２段目の逆浸透膜装置１５Ａ、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂは低圧用であるので、実施例１と同様に、夏場のモードと冬場のモードの切り替えは同様に行う。
第２の逆浸透膜装置１５Ａに供給される第１の透過水１２の量を供給量に対して、第２段目の逆浸透膜装置１５Ａの回収量を夏と同じ４９部を維持するように、第２の流量調整弁１９Ａを少し閉めると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４Ａの通過量は各々４９部となり、第２の濃縮水１８Ａは低減（５部⇒３部）する。
また、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂに供給される第２の透過水１４Ａの量を供給量４９部に対して、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂの回収量を夏と同じ４５部を維持すると、ＲＯ膜１５ａが通過する第２の透過水１４Ｂの通過量は各々４５部となり、第２の濃縮水１８Ｂは同等（４部）となる。
【００５２】
このように、夏場（例えば３２℃）と冬場（例えば２６℃）との運転条件を比較すると、冬場での第２の濃縮水１８Ａの戻り量を減らす（５部⇒３部）と、夏場の処理量に較べて、冬場の処理量が低下することとなる。
この処理量の低下により、高圧の昇圧ポンプＰ1のヘッド圧が上昇する。
【００５３】
また、第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂの前流側に、例えば圧力調整弁を設置して、この第３段目の逆浸透膜装置１５Ｂへ供給する第２の透過水１４Ａの供給量を調整するようにして、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る淡水化装置によれば、システム効率及びエネルギー効率の向上化を図った淡水化処理を行うことができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０Ａ〜１０Ｇ 淡水化装置
１１ 原水
１２ 第１の透過水
１３ａ、１５ａ ＲＯ膜
１３ 第１の逆浸透膜装置
１４ 第２の透過水
１５ 第２の逆浸透膜装置
１６ 第１の濃縮水
１７ 第１の流量調整弁
１８ 第２の濃縮水
１９ 第２の流量調整弁
２０ 温度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の圧力で供給された原水から塩分を除去して第１の透過水を生産する第１の逆浸透膜を有する高圧用の第１の逆浸透膜装置と、
第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水中の塩分を除去して第２の透過水を生産する第２の逆浸透膜を有する低圧用の第２の逆浸透膜装置と、
第１の逆浸透膜装置からの第１の濃縮水の排出ラインに介装され、第１の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、
第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水を第１の逆浸透膜装置の前段側に戻す第１の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、
前記原水の供給温度を温度計で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁と第２の流量調整弁とを制御する制御装置とを具備し、
計測した原水の温度が設定温度より低い場合には、
第１の流量調節弁で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁での戻りの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
請求項１において、
第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第２の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第３の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項３】
請求項１において、
第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置と、
第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第３の戻しラインに介装され、第３の透過水の流量を調整する第４の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項４】
請求項１において、
第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側にバイパスさせる第１のバイパスに介装され、第１の透過水の流量を調整する第５の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
第１の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁と、
第２の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁と、
第１の逆浸透膜装置と第２の手動弁との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁とを有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
第１の濃縮水を排出するラインに圧力を回収するエネルギー回収装置を設けてなることを特徴とする淡水化装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
低圧用の第２の逆浸透膜装置の後段側に低圧用の逆浸透膜装置を直列に有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項８】
複数の逆浸透膜装置を直列に設置して、原水から脱塩処理する淡水化方法において、
前記原水の供給温度を計測し、
計測した原水の温度が、設定値よりも低い場合には、
第１の逆浸透膜装置からの濃縮水排出量を一定に保つ調整と、
第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化方法。
【請求項９】
請求項８において、
第２の逆浸透膜装置からの第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第２の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１０】
請求項８において、
第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置を有し、
第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、
この第３の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１１】
請求項８において、
第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側に送り、この第１の透過水の送りの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１】
所定の圧力で供給された原水から塩分を除去して第１の透過水を生産する第１の逆浸透膜を有する高圧用の第１の逆浸透膜装置と、
第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水中の塩分を除去して第２の透過水を生産する第２の逆浸透膜を有する低圧用の第２の逆浸透膜装置と、
第１の逆浸透膜装置からの第１の濃縮水の排出ラインに介装され、第１の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、
第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水を第１の逆浸透膜装置の前段側に戻す第１の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第１の流量調整弁と、
前記原水の供給温度を温度計で計測し、その計測温度に対応して第１の流量調整弁と第２の流量調整弁とを制御する制御装置とを具備し、
計測した原水の温度が設定温度より低い場合には、
第１の流量調節弁で濃縮水排出量を一定に保つ調整と、第２の流量調節弁での戻りの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
請求項１において、
第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第２の戻しラインに介装され、第２の濃縮水の流量を調整する第３の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項３】
請求項１において、
第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置と、
第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻す第３の戻しラインに介装され、第３の透過水の流量を調整する第４の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項４】
請求項１において、
第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側にバイパスさせる第１のバイパスに介装され、第１の透過水の流量を調整する第５の流量調整弁を有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
第１の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第１の手動弁と、
第２の逆浸透膜装置の前段側に設けられ、始動開始初期に手動で流量調整する第２の手動弁と、
第１の逆浸透膜装置と第２の手動弁との間に設けられ、始動開始初期に所定の圧力となるまで排水処理を行う三方弁とを有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
第１の濃縮水を排出するラインに圧力を回収するエネルギー回収装置を設けてなることを特徴とする淡水化装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
低圧用の第２の逆浸透膜装置の後段側に低圧用の逆浸透膜装置を直列に有することを特徴とする淡水化装置。
【請求項８】
複数の逆浸透膜装置を直列に設置して、原水から脱塩処理する淡水化方法において、
前記原水の供給温度を計測し、
計測した原水の温度が、設定値よりも低い場合には、
第１の逆浸透膜装置からの濃縮水排出量を一定に保つ調整と、
第２の逆浸透膜装置からの第２の濃縮水の流量を低減させる調節とを行い、
温度が高い場合に較べて、第１の逆浸透膜装置への供給流量を低く調整しつつ、所定の生産水回収率を維持した運転を行うことを特徴とする淡水化方法。
【請求項９】
請求項８において、
第２の逆浸透膜装置からの第２の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、この第２の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１０】
請求項８において、
第２の濃縮水中の塩分を除去して第３の透過水を生産する第３の逆浸透膜を有する第３の逆浸透膜装置を有し、
第３の透過水を、第２の逆浸透膜装置の前段側に戻し、
この第３の濃縮水の戻しの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【請求項１１】
請求項８において、
第１の逆浸透膜装置からの第１の透過水の一部を、第２の逆浸透膜装置の後段側に送り、この第１の透過水の送りの流量を温度差に応じて調整することを特徴とする淡水化方法。
【図１−１】
【図１−２】
【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１−２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１２０９８８（Ｐ２０１１−１２０９８８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９６８５（Ｐ２００９−２７９６８５）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【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２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【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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