逆浸透処理装置
【課題】加圧容器内の圧力を調節することで、透過水の量を調節し、透過水量の不均一さを解消することができる逆浸透処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被処理水を供給する導入管５６を備える圧力容器２４内に、逆浸透膜２８を備える複数の逆浸透膜エレメント２２が、被処理水が浸透膜２８を通過した透過水が流れる集水配管３４により直列に接続されており、集水配管３４中に、透過水を、被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体８０と、前段の透過水を排出する第１の排出管５８と、後段の透過水を排出する第２の排出管６０と、濃縮水を排出する第３の排出管６２と、を備え、第１の排出管６８に第１のバルブ６４を有することを特徴とする逆浸透処理装置１０である。
【解決手段】被処理水を供給する導入管５６を備える圧力容器２４内に、逆浸透膜２８を備える複数の逆浸透膜エレメント２２が、被処理水が浸透膜２８を通過した透過水が流れる集水配管３４により直列に接続されており、集水配管３４中に、透過水を、被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体８０と、前段の透過水を排出する第１の排出管５８と、後段の透過水を排出する第２の排出管６０と、濃縮水を排出する第３の排出管６２と、を備え、第１の排出管６８に第１のバルブ６４を有することを特徴とする逆浸透処理装置１０である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透処理装置に係り、特に、供給水側のエレメントと濃縮水側のエレメントの透過水量の不均一さを解消する逆浸透処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜（以下、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜）を使用した脱塩処理装置では、逆浸透圧を利用するため、図１１に示すように、円筒状に構成された加圧容器１２４内に複数のＲＯ膜エレメント１２２を直列で配置し、ＲＯ膜エレメント１２２の中央にある集水配管１３４で各ＲＯ膜エレメント１２２が接続されている。供給水は、脱塩処理装置の一方から高圧ポンプにより供給され、濃縮水側に設置されたバルブの開度によって、加圧容器１２４内を加圧にする。加圧された圧力が、供給水の浸透圧を越えた場合に、ＲＯ膜を透過し、中央の集水配管１３４に脱塩水（透過水）が流れ込む。
【０００３】
加圧容器１２４内に供給した供給水は、供給水側から濃縮水側に向って、塩濃度が高くなるため、加圧容器１２４内の圧力は最終的には最終段の塩濃度と透過水量、膜面の供給水流速によって加圧される圧力が決定される。したがって、加圧容器１２４内の供給水側は、必要以上に圧力がかかるため、透過水量が増加する。例えばＲＯ膜エレメント１２２を７本直列で配置した場合のＲＯ膜エレメントの位置とＲｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘ（相対的流束）の関係を図１２に示す。図１２中のエレメント位置は、供給水側からの本数である。図１２に示すように、供給水側の透過水量が多く、濃縮水側にいくにつれ、透過水量が下がることがわかる。これは、被処理水は濃縮水側にいくにつれ塩濃度が高くなるため、濃縮水側では、高い圧力が必要になる、しかし、供給水側においても同じ圧力がかかるため、供給水側でより多くの透過水が生成されるからである。このように、図１２に示すように、加圧容器１２４内における透過水量が不均一であることにより、必要動力の増加、供給水側のＲＯ膜エレメントの汚染が進行する。
【０００４】
このような問題を解決するため、例えば、下記の特許文献１には、加圧容器内の中央部でＲＯ膜エレメントの接続部分に集水配管を閉塞するプラグと、このプラグにより閉塞された集水配管から前後に分かれた透過水を各々外部に排出する透過水ラインを設けた海水淡水化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７９２６４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、特許文献１に記載されている装置では、集水配管を閉塞するプラグは、各ＲＯ膜エレメントの接続部に設けられているため、さらに細かい調節をすることができなかった。また、各ＲＯ膜エレメントの接続部に設けられているため、ＲＯ膜エレメントの交換を行なう際、通常であれば、最も汚れ易い供給水側のＲＯ膜エレメントを取り除き、濃縮水側に新たなＲＯ膜エレメントを追加することで、交換を行なうことができるが、特許文献１に記載の装置では、プラグの位置が変わってしまうため、一度分解をしてプラグを付け直す必要があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、加圧容器内の集水配管を任意の位置で容易に分離することができ、その分離前後の加圧容器内の圧力を調節することで透過水の量を調節する。これにより、ＲＯ膜エレメントの透過水量の不均一さを解消し、所望の透過水量を少ない動力で得ることができる逆浸透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】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、被処理水を供給する導入管を備える圧力容器内に、逆浸透膜を備える複数の逆浸透膜エレメントが、前記被処理水が前記浸透膜を通過した透過水が流れる集水配管により直列に接続されており、前記集水配管中に、前記透過水を、前記被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体と、前段の前記透過水を排出する第１の排出管と、後段の前記透過水を排出する第２の排出管と、濃縮水を排出する第３の排出管と、を備え、前記第１の排出管に第１のバルブを有することを特徴とする逆浸透処理装置を提供する。
【０００９】
請求項１によれば、逆浸透膜を備える逆浸透膜エレメントの集水配管内に抵抗体を設け、その抵抗体の両側から透過水を排出する第１の排出管と第２の排出管を備えている。したがって、第１のバルブで前段の透過水量を抑えることができるので、相対的に後段の透過水量を増やすことができ、逆浸透膜エレメントの透過水量の不均一さを従来と比較し、解消することができる。したがって、同じ圧力で、透過水量を増やすことができるので、省動力化を図るとともに、極端に汚れやすい逆浸透膜エレメントの発生を防ぐことができ、長期の使用を可能とすることができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記抵抗体は前記集水配管内の任意の位置に設置可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によれば、抵抗体を各逆浸透膜エレメントの接続部ではなく、集水配管内の任意の位置に設けることで、より細かい流量制御を可能とすることができる。したがって、より最適な条件で処理を行なうことができる。
【００１２】
請求項３は請求項１又は２において、前記抵抗体は、非透水性であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、抵抗体により集水配管を分断させることができるので、抵抗体を境にして集水配管内の圧力を制御することができる。したがって、透過水量の調節を容易に行なうことができる。
【００１４】
請求項４は請求項１又は２において、前記抵抗体は、透水性であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５は請求項４において、前記抵抗体は、多孔性材料で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６は請求項１から５のいずれか１項において、前記抵抗体に、透過水が通過するスリットが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４から６によれば、抵抗体を透水性、あるいは、スリットを設けて透過水を通過可能とすることで、集水配管内に抵抗を持たせることができるので、透過水量を等しくすることができる。
【００１８】
請求項７は請求項４から６のいずれか１項において、前記抵抗体が、前記集水配管中に複数設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７によれば、抵抗体を集水配管中に複数設けることで、より細かく集水配管中の圧力を調節することができるので、透過水量の不均一さを解消することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力容器の両側から透過水を抜き取る構成とし、集水配管中に抵抗体を有し、この抵抗体の位置を集水配管中の任意の箇所に移動できるようにしたので、バルブにより圧力容器内の圧力を調節し、両側からの透過水量を調節することができる。したがって、ＲＯ膜エレメントに効果的に圧力を付与して透過水を生成することができるので、コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態の逆浸透処理装置が設置された脱塩処理システムのブロック図である。
【図２】実施の形態の逆浸透処理装置のエレメントの構成を示した斜視図である。
【図３】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である。
【図４】図２に示したエレメントの正面図である。
【図５】実施の形態の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態の逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図７】抵抗体を他の位置に配置した逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図８】抵抗体をさらに他の位置に配置した逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図９】集水配管中の抵抗体を示す断面図である。
【図１０】集水配管中の抵抗体を示す正面図である。
【図１１】従来の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】従来の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００２３】
図１は、実施の形態の逆浸透処理装置１０が組み込まれた脱塩処理システム２０のブロック図である。なお、本発明における脱塩処理システムは、例えば、排水再利用、純水製造、かん水淡水化、海水淡水化など、被処理水を逆浸透処理するシステムに用いることができる。
【００２４】
同図に示す脱塩処理システム２０は、被処理水が貯留されたタンク１２、高圧ポンプ１４、および逆浸透処理装置１０から構成される。タンク１２の被処理水は、高圧ポンプ１４によって逆浸透処理装置１０に高圧で供給され、逆浸透処理装置１０の各ＲＯ膜（処理膜）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（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、排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出され、濃縮水１８も同様に、透過水を排出する排出管とは異なる排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出される。なお、実施の形態の脱塩処理システム２０は、高圧ポンプ１４によって被処理水を逆浸透処理装置１０に高圧で供給しているが、逆浸透処理装置１０の濃縮水出口側にバルブを設け、バルブの開度により逆浸透処理装置１０内の圧力を設定している。
【００２５】
タンク１２内の被処理水としては、原水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原水に含まれる濁質成分等を除去した被処理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、および沈殿池に原被処理水を導入して塩素等の殺菌剤を添加し、原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、これを濾過して除去した被処理水を使用してもよい。
【００２６】
逆浸透処理装置１０は、図２に示すエレメント２２を複数個直列に接続し、これを図５に示す円筒状のベッセル２４に充填してモジュール２６とし、このモジュール２６を単独で、又は並列に接続することにより構成される。
【００２７】
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が集水配管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３の如く、４枚の袋体状のＲＯ膜２８、２８…が集水配管３４の外周部に放射状に接続され、これらのＲＯ膜２８、２８…を、図４の如く集水配管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３に示す集水配管３４の透孔３６と連通するようにＲＯ膜２８が集水配管３４に接着されている。被処理水は、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、および集水配管３４の透孔３６を介して集水配管３４内に集水され、集水配管３４から排出管３０を介してエレメント２２から排出される。なお、図３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と同様に集水配管３４の外周部に放射状に接着されている。
【００２８】
図５は、実施の形態の逆浸透処理装置１０の断面図である。ベッセル２４の両端は、被処理水が導入、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５には、５個にエレメント２２、２２…を直列に接続したモジュール２６が示されているが、エレメント２２の個数は５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等によって構成することもできる。
【００２９】
図５に示すように、ベッセル２４には、ベッセル２４内に被処理液を導入する導入管５６と、被処理水が集水配管３４へ透過せず残った濃縮水を排出する第３の排出管６２を備えている。第３の排出管６２の出口には、ベッセル２４内の圧力を調節する濃縮水排出バルブ６６を備えている。また、集水配管３４中に抵抗体８０を備え、ベッセル２４の両側に第１の排出管５８、第２の排出管６０を設け、ＲＯ膜２８を透過した透過水は、第１の排出管５８、第２の排出管６０を介してエレメント２２から排出される。また、第１の排出管５８の出口には、計測器６８、第１のバルブ６４を備え、第２の排出管６０の出口には、計測器７０を備えている。
【００３０】
このベッセル２４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被処理水は、流路５７を介してエレメント２２に導かれ、被処理水はエレメント２２のＲＯ膜２８を順次通過したのち、集水配管３４に集水される。本実施形態においては、集水配管３４中に抵抗体８０を備え、抵抗体８０を境にして、供給水側に集水された透過水は、第１の排出管５８からベッセル２４の外部に排出される。また、濃縮水側に集水された透過水は、第２の排出管６０からベッセル２４の外部に排出される。ＲＯ膜２８を通過しなかった濃縮水は、第３の排出管６２を介してベッセル２４の外部に排出される。
【００３１】
本発明のように、抵抗体８０を集水配管３４中に設けることで、透過水を供給水側と濃縮水側に分割し、第１の排出管５８および第２の排出管６０から排出することができる。
【００３２】
エレメント位置における透過水量の不均一さは、（１）水温、（２）供給水塩濃度、（３）ＲＯ膜自体の透水性および塩阻止率、（４）ベッセル内の全膜に平均化した膜面積辺りの透過水量、（５）回収率、（６）圧力、により決定される。この中で、（３）および（４）、（５）は設計時に決定するものである。（１）、（２）は環境の変化により、（６）は運転により膜が汚染した場合に変化する。（１）、（２）および（６）の変化に応じて、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度、および、抵抗体８０の位置を調節することで、全体的に安定下透過水量を確保することができる。特に、（１）水温は、季節によって異なるため、水温の変化により適宜調整を行なう必要がある。
【００３３】
抵抗体８０の位置は、エレメント単位、すなわち、エレメントの接続部に設けるのではなく、ベッセル内の各エレメントを１本の長いエレメントと考え、その集配管の抵抗体８０の位置を任意に決定することができる。抵抗体８０の位置の調整には、エレメント２２のいずれか一方から、長い棒のようなもので押し出すことで調整することができる。
【００３４】
また、第１の排出管５８および第２の排出管６０に設けられた計測器６８、７０により第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度を決定することで、透過水量の調整を行なうこともできる。計測器６８、７０としては、流量計、圧力計を用いることができる。
【００３５】
図６は、実施の形態の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示した図である。なお、本発明のデータは、エレメント７個のうち非透水性の抵抗体８０を供給側から２個目のエレメントの末端部に設置し、計測器６８の流量を第１のバルブ６４で調節し、前段のＲｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘを１．０以下になるようにして実験を行なったデータである。図６に示すように、従来では、供給水側から多くの透過水が生成され、濃縮水側にいくにつれ、透過水の量が下がっていた。これに対し、本発明では、抵抗体８０を設けて、供給水側に第１の排出管５８を設けて透過水を排出しているので、第１の排出管５８に接続して設けられた第１のバルブ６４を調節することにより供給水側の集水配管３４内の圧力の調整を行なう。第１のバルブ６４の開度の調節は、計測器６８により測定した数値により行なうことができる。従来は、供給水側からの透過水の流量が多かったが、本発明においては、供給水側の圧力を調整することができるので、供給水側の透過水の流量を従来より下げることができる。そのため、濃縮水側の塩濃度を従来に比べ低くすることができるので、各ＲＯ膜エレメントの透過水量の不均一さを解消することができる。このように、透過水をベッセル２４の第１の排出管５８、第２の排出管６０の両側から排出する構成とし、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度により、集水配管３４内の圧力を調節することで、各ＲＯ膜の透過水量の不均一さを解消することができる。したがって、省動力化を図ることができるとともに、供給水側のＲＯ膜の汚れを抑制することができる。
【００３６】
本発明においては、第１のバルブ６４として、開度の調整が可能な調整弁の代わりに定流量弁を用いることもできる。定流量弁を用いた場合は、抵抗体８０の位置を調整することのみで集水配管３４の透過水量の調整を行なう。
【００３７】
非透水性の抵抗体８０の位置を供給側から４個目のエレメントの末端部に設置した場合のデータを図７に示す。図７によれば、ベッセル２４への供給圧力、すなわち、エレメント２２の最終段にかける圧力が最も低くなるように調整することができる。ベッセル２４内への供給圧力が最も低くなるように調整することで省動力化を図ることができるとともに、前段は塩濃度が低いので、所定の透過水の流量を保持することができ、安定して透過水の生成も行なうことができる。
【００３８】
さらに、ＲＯ膜の透過水量が変わると、塩濃度の阻止率も変化する。そのた、阻止率をモニタリングして、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度、抵抗体８０の位置を調整することも可能である。塩濃度の阻止率としては、第１の排出管５８および第２の排出管６０の電気伝導度を測定することで簡易に測定することができる。
【００３９】
次に抵抗体８０について説明する。抵抗体８０としては、図９（ａ）に示すように、抵抗体８０全体が弾性体８２である、あるいは、図９（ｂ）に示すように、非弾性体８４にＯリング状に弾性体８２を設置して、集水配管３４の内壁に弾性体８２を密着させることにより設置する。抵抗体８０の位置調整は上述したように、集水配管３４の端部から押し出すことにより調整するため、内壁との接触部分は弾性体８２で構成されていることが好ましい。しかしながら、透過水の水流により位置が変わらないような、集水配管３４の内壁と抵抗を有するものが好ましい。このような弾性体としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコンなどを使用することができる。
【００４０】
抵抗体８０は図１０（ａ）に示すように非透水性とし、抵抗体８０で集水配管３４中を透過水が移動できないように完全に閉止することもできる。また、図１０（ｂ）に示すように、多孔性材料を用いて透水性とすることも可能である。また、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、抵抗体８０と集水配管３４の内壁との間にスリットを設けて、透過水の移動を可能にすることもできる。図１０（ｃ）の抵抗体を、供給側から２個目のエレメントの中央部および供給側から５個目のエレメントの中央部に設置した場合のデータを図８に示す。図８によれば、ほぼ均等なＦｌｕｘとすることができる。透過水を抵抗体８０間で移動可能とすることで、抵抗体８０を挟んだ集水配管３４内の両側で抵抗を持たせることができるので、透過水量を等しくすることができる。また、抵抗体８０に透水性を持たせる場合は、抵抗体８０の数は限定されず、複数設置することも可能である。複数設置することで、集水配管３４内の圧力をより細かく調節することができるので、各ＲＯ膜の透過水量の不均一さを解消させることができる。同様に、主となる抵抗体８０として透水性を有さない抵抗体８０を用い、さらに、透過水量の調整を行なうために、透水性を有する抵抗体を併せて設置することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…逆浸透処理装置、１２…タンク、１４…高圧ポンプ、１６…透過水、１８…濃縮水、２０…脱塩処理システム、２２…エレメント、２４…ベッセル、２６…モジュール、２８…ＲＯ膜、３０…排出管、３２…膜ユニット、３４…集水配管、３６…透孔、３８、４０…スペーサー、５６…導入管、５７…流路、５８…第１の排出管、６０…第２の排出管、６２…第３の排出管、６４…第１のバルブ、６６…濃縮水排出バルブ、６８、７０…計測器、８０…抵抗体、８２…弾性体、８４…非弾性体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透処理装置に係り、特に、供給水側のエレメントと濃縮水側のエレメントの透過水量の不均一さを解消する逆浸透処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透膜（以下、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜）を使用した脱塩処理装置では、逆浸透圧を利用するため、図１１に示すように、円筒状に構成された加圧容器１２４内に複数のＲＯ膜エレメント１２２を直列で配置し、ＲＯ膜エレメント１２２の中央にある集水配管１３４で各ＲＯ膜エレメント１２２が接続されている。供給水は、脱塩処理装置の一方から高圧ポンプにより供給され、濃縮水側に設置されたバルブの開度によって、加圧容器１２４内を加圧にする。加圧された圧力が、供給水の浸透圧を越えた場合に、ＲＯ膜を透過し、中央の集水配管１３４に脱塩水（透過水）が流れ込む。
【０００３】
加圧容器１２４内に供給した供給水は、供給水側から濃縮水側に向って、塩濃度が高くなるため、加圧容器１２４内の圧力は最終的には最終段の塩濃度と透過水量、膜面の供給水流速によって加圧される圧力が決定される。したがって、加圧容器１２４内の供給水側は、必要以上に圧力がかかるため、透過水量が増加する。例えばＲＯ膜エレメント１２２を７本直列で配置した場合のＲＯ膜エレメントの位置とＲｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘ（相対的流束）の関係を図１２に示す。図１２中のエレメント位置は、供給水側からの本数である。図１２に示すように、供給水側の透過水量が多く、濃縮水側にいくにつれ、透過水量が下がることがわかる。これは、被処理水は濃縮水側にいくにつれ塩濃度が高くなるため、濃縮水側では、高い圧力が必要になる、しかし、供給水側においても同じ圧力がかかるため、供給水側でより多くの透過水が生成されるからである。このように、図１２に示すように、加圧容器１２４内における透過水量が不均一であることにより、必要動力の増加、供給水側のＲＯ膜エレメントの汚染が進行する。
【０００４】
このような問題を解決するため、例えば、下記の特許文献１には、加圧容器内の中央部でＲＯ膜エレメントの接続部分に集水配管を閉塞するプラグと、このプラグにより閉塞された集水配管から前後に分かれた透過水を各々外部に排出する透過水ラインを設けた海水淡水化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７９２６４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、特許文献１に記載されている装置では、集水配管を閉塞するプラグは、各ＲＯ膜エレメントの接続部に設けられているため、さらに細かい調節をすることができなかった。また、各ＲＯ膜エレメントの接続部に設けられているため、ＲＯ膜エレメントの交換を行なう際、通常であれば、最も汚れ易い供給水側のＲＯ膜エレメントを取り除き、濃縮水側に新たなＲＯ膜エレメントを追加することで、交換を行なうことができるが、特許文献１に記載の装置では、プラグの位置が変わってしまうため、一度分解をしてプラグを付け直す必要があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、加圧容器内の集水配管を任意の位置で容易に分離することができ、その分離前後の加圧容器内の圧力を調節することで透過水の量を調節する。これにより、ＲＯ膜エレメントの透過水量の不均一さを解消し、所望の透過水量を少ない動力で得ることができる逆浸透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】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、被処理水を供給する導入管を備える圧力容器内に、逆浸透膜を備える複数の逆浸透膜エレメントが、前記被処理水が前記浸透膜を通過した透過水が流れる集水配管により直列に接続されており、前記集水配管中に、前記透過水を、前記被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体と、前段の前記透過水を排出する第１の排出管と、後段の前記透過水を排出する第２の排出管と、濃縮水を排出する第３の排出管と、を備え、前記第１の排出管に第１のバルブを有することを特徴とする逆浸透処理装置を提供する。
【０００９】
請求項１によれば、逆浸透膜を備える逆浸透膜エレメントの集水配管内に抵抗体を設け、その抵抗体の両側から透過水を排出する第１の排出管と第２の排出管を備えている。したがって、第１のバルブで前段の透過水量を抑えることができるので、相対的に後段の透過水量を増やすことができ、逆浸透膜エレメントの透過水量の不均一さを従来と比較し、解消することができる。したがって、同じ圧力で、透過水量を増やすことができるので、省動力化を図るとともに、極端に汚れやすい逆浸透膜エレメントの発生を防ぐことができ、長期の使用を可能とすることができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記抵抗体は前記集水配管内の任意の位置に設置可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によれば、抵抗体を各逆浸透膜エレメントの接続部ではなく、集水配管内の任意の位置に設けることで、より細かい流量制御を可能とすることができる。したがって、より最適な条件で処理を行なうことができる。
【００１２】
請求項３は請求項１又は２において、前記抵抗体は、非透水性であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、抵抗体により集水配管を分断させることができるので、抵抗体を境にして集水配管内の圧力を制御することができる。したがって、透過水量の調節を容易に行なうことができる。
【００１４】
請求項４は請求項１又は２において、前記抵抗体は、透水性であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５は請求項４において、前記抵抗体は、多孔性材料で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６は請求項１から５のいずれか１項において、前記抵抗体に、透過水が通過するスリットが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４から６によれば、抵抗体を透水性、あるいは、スリットを設けて透過水を通過可能とすることで、集水配管内に抵抗を持たせることができるので、透過水量を等しくすることができる。
【００１８】
請求項７は請求項４から６のいずれか１項において、前記抵抗体が、前記集水配管中に複数設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７によれば、抵抗体を集水配管中に複数設けることで、より細かく集水配管中の圧力を調節することができるので、透過水量の不均一さを解消することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力容器の両側から透過水を抜き取る構成とし、集水配管中に抵抗体を有し、この抵抗体の位置を集水配管中の任意の箇所に移動できるようにしたので、バルブにより圧力容器内の圧力を調節し、両側からの透過水量を調節することができる。したがって、ＲＯ膜エレメントに効果的に圧力を付与して透過水を生成することができるので、コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態の逆浸透処理装置が設置された脱塩処理システムのブロック図である。
【図２】実施の形態の逆浸透処理装置のエレメントの構成を示した斜視図である。
【図３】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である。
【図４】図２に示したエレメントの正面図である。
【図５】実施の形態の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態の逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図７】抵抗体を他の位置に配置した逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図８】抵抗体をさらに他の位置に配置した逆浸透処理装置の透過水の相対的流束を示したグラフ図である。
【図９】集水配管中の抵抗体を示す断面図である。
【図１０】集水配管中の抵抗体を示す正面図である。
【図１１】従来の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】従来の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００２３】
図１は、実施の形態の逆浸透処理装置１０が組み込まれた脱塩処理システム２０のブロック図である。なお、本発明における脱塩処理システムは、例えば、排水再利用、純水製造、かん水淡水化、海水淡水化など、被処理水を逆浸透処理するシステムに用いることができる。
【００２４】
同図に示す脱塩処理システム２０は、被処理水が貯留されたタンク１２、高圧ポンプ１４、および逆浸透処理装置１０から構成される。タンク１２の被処理水は、高圧ポンプ１４によって逆浸透処理装置１０に高圧で供給され、逆浸透処理装置１０の各ＲＯ膜（処理膜）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（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、排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出され、濃縮水１８も同様に、透過水を排出する排出管とは異なる排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出される。なお、実施の形態の脱塩処理システム２０は、高圧ポンプ１４によって被処理水を逆浸透処理装置１０に高圧で供給しているが、逆浸透処理装置１０の濃縮水出口側にバルブを設け、バルブの開度により逆浸透処理装置１０内の圧力を設定している。
【００２５】
タンク１２内の被処理水としては、原水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原水に含まれる濁質成分等を除去した被処理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、および沈殿池に原被処理水を導入して塩素等の殺菌剤を添加し、原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、これを濾過して除去した被処理水を使用してもよい。
【００２６】
逆浸透処理装置１０は、図２に示すエレメント２２を複数個直列に接続し、これを図５に示す円筒状のベッセル２４に充填してモジュール２６とし、このモジュール２６を単独で、又は並列に接続することにより構成される。
【００２７】
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が集水配管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３の如く、４枚の袋体状のＲＯ膜２８、２８…が集水配管３４の外周部に放射状に接続され、これらのＲＯ膜２８、２８…を、図４の如く集水配管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３に示す集水配管３４の透孔３６と連通するようにＲＯ膜２８が集水配管３４に接着されている。被処理水は、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、および集水配管３４の透孔３６を介して集水配管３４内に集水され、集水配管３４から排出管３０を介してエレメント２２から排出される。なお、図３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と同様に集水配管３４の外周部に放射状に接着されている。
【００２８】
図５は、実施の形態の逆浸透処理装置１０の断面図である。ベッセル２４の両端は、被処理水が導入、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５には、５個にエレメント２２、２２…を直列に接続したモジュール２６が示されているが、エレメント２２の個数は５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等によって構成することもできる。
【００２９】
図５に示すように、ベッセル２４には、ベッセル２４内に被処理液を導入する導入管５６と、被処理水が集水配管３４へ透過せず残った濃縮水を排出する第３の排出管６２を備えている。第３の排出管６２の出口には、ベッセル２４内の圧力を調節する濃縮水排出バルブ６６を備えている。また、集水配管３４中に抵抗体８０を備え、ベッセル２４の両側に第１の排出管５８、第２の排出管６０を設け、ＲＯ膜２８を透過した透過水は、第１の排出管５８、第２の排出管６０を介してエレメント２２から排出される。また、第１の排出管５８の出口には、計測器６８、第１のバルブ６４を備え、第２の排出管６０の出口には、計測器７０を備えている。
【００３０】
このベッセル２４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被処理水は、流路５７を介してエレメント２２に導かれ、被処理水はエレメント２２のＲＯ膜２８を順次通過したのち、集水配管３４に集水される。本実施形態においては、集水配管３４中に抵抗体８０を備え、抵抗体８０を境にして、供給水側に集水された透過水は、第１の排出管５８からベッセル２４の外部に排出される。また、濃縮水側に集水された透過水は、第２の排出管６０からベッセル２４の外部に排出される。ＲＯ膜２８を通過しなかった濃縮水は、第３の排出管６２を介してベッセル２４の外部に排出される。
【００３１】
本発明のように、抵抗体８０を集水配管３４中に設けることで、透過水を供給水側と濃縮水側に分割し、第１の排出管５８および第２の排出管６０から排出することができる。
【００３２】
エレメント位置における透過水量の不均一さは、（１）水温、（２）供給水塩濃度、（３）ＲＯ膜自体の透水性および塩阻止率、（４）ベッセル内の全膜に平均化した膜面積辺りの透過水量、（５）回収率、（６）圧力、により決定される。この中で、（３）および（４）、（５）は設計時に決定するものである。（１）、（２）は環境の変化により、（６）は運転により膜が汚染した場合に変化する。（１）、（２）および（６）の変化に応じて、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度、および、抵抗体８０の位置を調節することで、全体的に安定下透過水量を確保することができる。特に、（１）水温は、季節によって異なるため、水温の変化により適宜調整を行なう必要がある。
【００３３】
抵抗体８０の位置は、エレメント単位、すなわち、エレメントの接続部に設けるのではなく、ベッセル内の各エレメントを１本の長いエレメントと考え、その集配管の抵抗体８０の位置を任意に決定することができる。抵抗体８０の位置の調整には、エレメント２２のいずれか一方から、長い棒のようなもので押し出すことで調整することができる。
【００３４】
また、第１の排出管５８および第２の排出管６０に設けられた計測器６８、７０により第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度を決定することで、透過水量の調整を行なうこともできる。計測器６８、７０としては、流量計、圧力計を用いることができる。
【００３５】
図６は、実施の形態の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示した図である。なお、本発明のデータは、エレメント７個のうち非透水性の抵抗体８０を供給側から２個目のエレメントの末端部に設置し、計測器６８の流量を第１のバルブ６４で調節し、前段のＲｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘを１．０以下になるようにして実験を行なったデータである。図６に示すように、従来では、供給水側から多くの透過水が生成され、濃縮水側にいくにつれ、透過水の量が下がっていた。これに対し、本発明では、抵抗体８０を設けて、供給水側に第１の排出管５８を設けて透過水を排出しているので、第１の排出管５８に接続して設けられた第１のバルブ６４を調節することにより供給水側の集水配管３４内の圧力の調整を行なう。第１のバルブ６４の開度の調節は、計測器６８により測定した数値により行なうことができる。従来は、供給水側からの透過水の流量が多かったが、本発明においては、供給水側の圧力を調整することができるので、供給水側の透過水の流量を従来より下げることができる。そのため、濃縮水側の塩濃度を従来に比べ低くすることができるので、各ＲＯ膜エレメントの透過水量の不均一さを解消することができる。このように、透過水をベッセル２４の第１の排出管５８、第２の排出管６０の両側から排出する構成とし、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度により、集水配管３４内の圧力を調節することで、各ＲＯ膜の透過水量の不均一さを解消することができる。したがって、省動力化を図ることができるとともに、供給水側のＲＯ膜の汚れを抑制することができる。
【００３６】
本発明においては、第１のバルブ６４として、開度の調整が可能な調整弁の代わりに定流量弁を用いることもできる。定流量弁を用いた場合は、抵抗体８０の位置を調整することのみで集水配管３４の透過水量の調整を行なう。
【００３７】
非透水性の抵抗体８０の位置を供給側から４個目のエレメントの末端部に設置した場合のデータを図７に示す。図７によれば、ベッセル２４への供給圧力、すなわち、エレメント２２の最終段にかける圧力が最も低くなるように調整することができる。ベッセル２４内への供給圧力が最も低くなるように調整することで省動力化を図ることができるとともに、前段は塩濃度が低いので、所定の透過水の流量を保持することができ、安定して透過水の生成も行なうことができる。
【００３８】
さらに、ＲＯ膜の透過水量が変わると、塩濃度の阻止率も変化する。そのた、阻止率をモニタリングして、第１のバルブ６４、濃縮水排出バルブ６６の開度、抵抗体８０の位置を調整することも可能である。塩濃度の阻止率としては、第１の排出管５８および第２の排出管６０の電気伝導度を測定することで簡易に測定することができる。
【００３９】
次に抵抗体８０について説明する。抵抗体８０としては、図９（ａ）に示すように、抵抗体８０全体が弾性体８２である、あるいは、図９（ｂ）に示すように、非弾性体８４にＯリング状に弾性体８２を設置して、集水配管３４の内壁に弾性体８２を密着させることにより設置する。抵抗体８０の位置調整は上述したように、集水配管３４の端部から押し出すことにより調整するため、内壁との接触部分は弾性体８２で構成されていることが好ましい。しかしながら、透過水の水流により位置が変わらないような、集水配管３４の内壁と抵抗を有するものが好ましい。このような弾性体としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコンなどを使用することができる。
【００４０】
抵抗体８０は図１０（ａ）に示すように非透水性とし、抵抗体８０で集水配管３４中を透過水が移動できないように完全に閉止することもできる。また、図１０（ｂ）に示すように、多孔性材料を用いて透水性とすることも可能である。また、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、抵抗体８０と集水配管３４の内壁との間にスリットを設けて、透過水の移動を可能にすることもできる。図１０（ｃ）の抵抗体を、供給側から２個目のエレメントの中央部および供給側から５個目のエレメントの中央部に設置した場合のデータを図８に示す。図８によれば、ほぼ均等なＦｌｕｘとすることができる。透過水を抵抗体８０間で移動可能とすることで、抵抗体８０を挟んだ集水配管３４内の両側で抵抗を持たせることができるので、透過水量を等しくすることができる。また、抵抗体８０に透水性を持たせる場合は、抵抗体８０の数は限定されず、複数設置することも可能である。複数設置することで、集水配管３４内の圧力をより細かく調節することができるので、各ＲＯ膜の透過水量の不均一さを解消させることができる。同様に、主となる抵抗体８０として透水性を有さない抵抗体８０を用い、さらに、透過水量の調整を行なうために、透水性を有する抵抗体を併せて設置することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…逆浸透処理装置、１２…タンク、１４…高圧ポンプ、１６…透過水、１８…濃縮水、２０…脱塩処理システム、２２…エレメント、２４…ベッセル、２６…モジュール、２８…ＲＯ膜、３０…排出管、３２…膜ユニット、３４…集水配管、３６…透孔、３８、４０…スペーサー、５６…導入管、５７…流路、５８…第１の排出管、６０…第２の排出管、６２…第３の排出管、６４…第１のバルブ、６６…濃縮水排出バルブ、６８、７０…計測器、８０…抵抗体、８２…弾性体、８４…非弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を供給する導入管を備える圧力容器内に、逆浸透膜を備える複数の逆浸透膜エレメントが、前記被処理水が前記浸透膜を通過した透過水が流れる集水配管により直列に接続されており、
前記集水配管中に、前記透過水を、前記被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体と、
前段の前記透過水を排出する第１の排出管と、後段の前記透過水を排出する第２の排出管と、濃縮水を排出する第３の排出管と、を備え、
前記第１の排出管に第１のバルブを有することを特徴とする逆浸透処理装置。
【請求項２】
前記抵抗体は前記集水配管内の任意の位置に設置可能であることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透処理装置。
【請求項３】
前記抵抗体は、非透水性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透処理装置。
【請求項４】
前記抵抗体は、透水性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透処理装置。
【請求項５】
前記抵抗体は、多孔性材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の逆浸透処理装置。
【請求項６】
前記抵抗体に、透過水が通過するスリットが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
【請求項７】
前記抵抗体が、前記集水配管中に複数設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
【請求項１】
被処理水を供給する導入管を備える圧力容器内に、逆浸透膜を備える複数の逆浸透膜エレメントが、前記被処理水が前記浸透膜を通過した透過水が流れる集水配管により直列に接続されており、
前記集水配管中に、前記透過水を、前記被処理水の供給側である前段と、濃縮水の排出側である後段と、に分離する抵抗体と、
前段の前記透過水を排出する第１の排出管と、後段の前記透過水を排出する第２の排出管と、濃縮水を排出する第３の排出管と、を備え、
前記第１の排出管に第１のバルブを有することを特徴とする逆浸透処理装置。
【請求項２】
前記抵抗体は前記集水配管内の任意の位置に設置可能であることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透処理装置。
【請求項３】
前記抵抗体は、非透水性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透処理装置。
【請求項４】
前記抵抗体は、透水性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透処理装置。
【請求項５】
前記抵抗体は、多孔性材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の逆浸透処理装置。
【請求項６】
前記抵抗体に、透過水が通過するスリットが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
【請求項７】
前記抵抗体が、前記集水配管中に複数設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３０８３８（Ｐ２０１２−１３０８３８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３５９１（Ｐ２０１０−２８３５９１）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【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２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【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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