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技術 逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法

出願人 株式会社日立製作所
発明者 宮川浩樹吉川慎一福崎康司北村光太郎
出願日 2015年5月26日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-106724
公開日 2016年12月22日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2016-215179
状態 特許登録済
技術分野 半透膜を用いた分離
主要キーワード 圧力交換 pH計 低圧バルブ 酸化傾向 脱塩システム 高圧バルブ ROユニット 高圧弁
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

前段後段にそれぞれ適合した薬注を行うとともに、前段と後段での透過水量平準化が可能な逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法を提供する。

解決手段

本発明の脱塩システムSは、逆浸透膜101aを用いる前段ROユニット101と、逆浸透膜102aを用いる後段ROユニット102と、前段ROユニット101へ供給される被処理液w0から分岐された一部の被処理液w2の圧力を、後段ROユニット102から供給される濃縮液102nのエネルギ回収して高めるエネルギ回収装置106とを備え、一部の被処理液w4は、前段ROユニット101と後段ROユニット102とを接続する配管122に供給されている。

概要

背景

従来、逆浸透処理装置の一例として、図5に示すように、前段ROユニット901と後段ROユニット902とを備えるものがある。なお、図5は、従来の逆浸透処理装置の構成を示す模式図である。なお、図5中、破線ライン高圧のラインを示し、実線のラインは低圧のラインを示す。

前段ROユニット901の前には、前段ROユニット901と後段ROユニット902とに被処理水w0を送る供給ポンプ903が設けられている。供給ポンプ903と前段ROユニット901との間には、高圧ポンプ904が配置されている。
被処理水w0は、被処理水w1と被処理水w2とに分流される。
被処理水w1は、高圧ポンプ904により高圧とされた被処理水w3とされ、前段ROユニット901に供給される。

後段ROユニット902の濃縮水側下流には、ERD(Energy Recovery Dvice)が配置されている。ERDは後段ROユニット902からの濃縮水902nの圧力を回収し、被処理水w2に高圧を付与して被処理水w4とする。
被処理水w4が流れるラインには、ERDで失われた若干の圧力を補うブースターポンプ905が設けられている。被処理水w4は、ブースターポンプ905により圧力を補われ、被処理水w3に合流し、前段ROユニット901に供給される。

前段ROユニット901によって、供給される被処理水w3が透過した透過水901tと濃縮水901nとが作製される。淡水となった透過水901tは回収される。

後段ROユニット902によって、供給される濃縮水901nが透過した透過水902tと濃縮水902nとが作製される。淡水となった透過水902tは回収され、濃縮水902nはERDで圧力が回収されて、排出される。
前段ROユニット901の上流では、前段ROユニット901と後段ROユニット902との運転/性能保持のための薬注(薬液注入)が遂行されている。

なお、本願に係る文献公知発明として、下記の特許文献1、2がある。
特許文献1には、高回収RO、ベッセル分割、背圧等について記載されている。
特許文献2には、RO膜洗浄方法が記載されており、前段RO膜または後段RO膜が洗浄されることが記載されている。

概要

前段と後段にそれぞれ適合した薬注を行うとともに、前段と後段での透過水量平準化が可能な逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法を提供する。本発明の脱塩システムSは、逆浸透膜101aを用いる前段ROユニット101と、逆浸透膜102aを用いる後段ROユニット102と、前段ROユニット101へ供給される被処理液w0から分岐された一部の被処理液w2の圧力を、後段ROユニット102から供給される濃縮液102nのエネルギを回収して高めるエネルギ回収装置106とを備え、一部の被処理液w4は、前段ROユニット101と後段ROユニット102とを接続する配管122に供給されている。

目的

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、前段と後段にそれぞれ適合した薬注を行うとともに、前段と後段での透過水量の平準化が可能な逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

逆浸透膜を用いる前段ROユニットと、逆浸透膜を用いる後段ROユニットと、前記前段ROユニットへ供給される被処理液から分岐された一部の被処理液の圧力を、前記後段ROユニットから供給される濃縮液エネルギ回収して高めるエネルギ回収装置とを備え、前記一部の被処理液は、前記前段ROユニットと前記後段ROユニットとを接続する配管に供給されることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム

請求項2

請求項1に記載の脱塩システムにおいて、前記被処理液が分岐される配管に、薬剤注入する第2の薬注手段が設けられることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム。

請求項3

請求項1に記載の脱塩システムにおいて、前記前段ROユニットへ供給される分岐後の前記被処理液に薬剤を注入する第1の薬注手段と、前記被処理液が分岐される配管に、薬剤を注入する第2の薬注手段とを備え、前記第1の薬注手段によって、前記分岐後の被処理液に酸化剤を注入して、前記前段ROユニットの膜表面に前記酸化剤を供給し、前記第2の薬注手段によって、前記一部の被処理液に還元剤を注入して、前記酸化剤を中和して前記後段ROユニットに酸化剤が供給されないようにすることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム。

請求項4

請求項1に記載の脱塩システムにおいて、前記前段ROユニットへ供給される分岐後の被処理液に薬剤を注入する第1の薬注手段と、前記被処理液が分岐される配管に設けられ、薬剤を注入する第2の薬注手段と、前記前段ROユニットで分離される濃縮液の水質監視する水質監視手段とを備え、前記水質に応じて、前記第2の薬注手段の薬剤または前記第1の薬注手段の薬剤のうちの少なくとも何れかが調整されることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム。

請求項5

請求項1に記載の脱塩システムにおいて、前記エネルギ回収装置で圧力を高められた前記一部の被処理液と前記前段ROユニットで分離される濃縮液との合流点より下流に設けられ、前記一部の被処理液が合流した当該濃縮液の圧力を高める昇圧手段を備えることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム。

請求項6

請求項1に記載の脱塩システムにおいて、前記エネルギ回収装置で圧力を高められた前記一部の被処理液が流れる配管に設けられる圧力調整弁と、前記一部の被処理液と前記前段ROユニットで分離される濃縮液との合流点より下流に設けられ、合流後の当該濃縮液の圧力を高める昇圧手段とを備えることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システム。

請求項7

前段ROユニットと後段ROユニットとエネルギ回収装置とを備える逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法であって、前記前段ROユニットは、被処理液をろ過して透過液と濃縮液とに分離し、前記後段ROユニットは、前記濃縮液をろ過して透過液と濃縮液とに分離し、前記エネルギ回収装置は、前記被処理液から分岐された一部の被処理液の圧力を、前記後段ROユニットから供給される前記濃縮液のエネルギを回収して高め、圧力を高められた前記一部の被処理液は、前記前段ROユニットと前記後段ROユニットとを接続する配管に供給されることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法。

請求項8

請求項7に記載の逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法において、前記脱塩システムは、第2の薬注手段を備え、前記一部の被処理液に前記第2の薬注手段から薬剤が注入され、前記エネルギ回収装置は、前記薬剤が注入された前記一部の被処理液の圧力を高めることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法。

請求項9

請求項7に記載の逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法において、前記脱塩システムは、第1の薬注手段と第2の薬注手段と水質監視手段とを備え、前記前段ROユニットへ供給される被処理液に前記第1の薬注手段から薬剤が注入され、前記前段ROユニットは、前記薬剤が注入された前記被処理液をろ過して透過液と濃縮液とに分離し、前記一部の被処理液に前記第2の薬注手段から薬剤が注入され、前記水質監視手段は、前記前段ROユニットで分離される濃縮液の水質を監視し、前記水質に応じて、前記第2の薬注手段の薬剤または前記第1の薬注手段の薬剤のうちの少なくとも何れかが調整されることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法。

請求項10

請求項7に記載の逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法において、前記脱塩システムは、前記圧力を高められた前記一部の被処理液と前記前段ROユニットで分離される濃縮液との合流点より下流に設けられる昇圧手段を備え、前記昇圧手段は、圧力が高められた前記一部の被処理液が加わった前記前段ROユニットで分離される前記濃縮液の圧力を高めることを特徴とする逆浸透を用いた脱塩システムの運転方法。

技術分野

0001

本発明は、逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法に関する。

背景技術

0002

従来、逆浸透処理装置の一例として、図5に示すように、前段ROユニット901と後段ROユニット902とを備えるものがある。なお、図5は、従来の逆浸透処理装置の構成を示す模式図である。なお、図5中、破線ライン高圧のラインを示し、実線のラインは低圧のラインを示す。

0003

前段ROユニット901の前には、前段ROユニット901と後段ROユニット902とに被処理水w0を送る供給ポンプ903が設けられている。供給ポンプ903と前段ROユニット901との間には、高圧ポンプ904が配置されている。
被処理水w0は、被処理水w1と被処理水w2とに分流される。
被処理水w1は、高圧ポンプ904により高圧とされた被処理水w3とされ、前段ROユニット901に供給される。

0004

後段ROユニット902の濃縮水側下流には、ERD(Energy Recovery Dvice)が配置されている。ERDは後段ROユニット902からの濃縮水902nの圧力を回収し、被処理水w2に高圧を付与して被処理水w4とする。
被処理水w4が流れるラインには、ERDで失われた若干の圧力を補うブースターポンプ905が設けられている。被処理水w4は、ブースターポンプ905により圧力を補われ、被処理水w3に合流し、前段ROユニット901に供給される。

0005

前段ROユニット901によって、供給される被処理水w3が透過した透過水901tと濃縮水901nとが作製される。淡水となった透過水901tは回収される。

0006

後段ROユニット902によって、供給される濃縮水901nが透過した透過水902tと濃縮水902nとが作製される。淡水となった透過水902tは回収され、濃縮水902nはERDで圧力が回収されて、排出される。
前段ROユニット901の上流では、前段ROユニット901と後段ROユニット902との運転/性能保持のための薬注(薬液注入)が遂行されている。

0007

なお、本願に係る文献公知発明として、下記の特許文献1、2がある。
特許文献1には、高回収RO、ベッセル分割、背圧等について記載されている。
特許文献2には、RO膜洗浄方法が記載されており、前段RO膜または後段RO膜が洗浄されることが記載されている。

先行技術

0008

特開2012-130840号公報
特開2013-126635号公報

発明が解決しようとする課題

0009

従来、ベッセル901v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、ベッセル901vの圧力は最終的には最終段RO膜エレメント901aの塩濃度と透過水量、RO膜面の供給水流量によって加圧される圧力が決定される。したがって、ベッセル901v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。

0010

例えば、RO膜エレメントを7本直列に配置した場合のRO膜エレメントの位置と透過水流量の関係は、供給水側では透過水量が多く、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が、供給水側でも同じ圧力がかかっているため、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、ベッセル901v内における透過水量が塩濃度の変化に起因して不均一である。これにより、必要動力の増加や、塩濃度が低く透過水量が多い供給水側のRO膜エレメント901aの汚染が進行する。

0011

一方、逆浸透処理装置およびその薬液注入に関して、膜モジュールが納められる前段ROユニット901と後段ROユニット902ではろ過環境(塩分濃度、Flux(流量)、浸透圧)が異なる。そのため、図5に示すような前段ROユニット901の供給部1箇所での薬液注入では、前段ROユニット901と後段ROユニット902とにおいて両者ともに最適である条件での薬液注入は困難である。そのため、膜の性能が十分に発揮できない運転となるおそれがある。

0012

つまり、従来は、前段・後段ROユニット901、902の膜モジュールのRO膜エレメント901a、902aへ被処理水w3を供給する供給ポンプ903と高圧ポンプ904の間で薬液注入を行い、注入された薬液は全ての膜モジュールのRO膜エレメント901a、902aに供給されていた。

0013

これは、従来、膜モジュールが納められているベッセルが1段であるために薬液はその前で注入するしかなかったためである。しかし、被処理水w3はベッセル901v中の膜モジュールのRO膜エレメント901でろ過がされていき徐々に濃縮されるため、前段ROユニット901の膜と後段ROユニット902の膜では要求される薬液は異なっている。そのため、1回の薬液注入では前段ROユニット901、後段ROユニット902どちらにも最適な薬注はない。

0014

前段ROユニット901ではバイオファウリングが発生し易く、これらを防止するような薬剤や薬注方法が必要である。例えばpHを間欠的に変化させて微生物の生育を阻害をしたり、殺菌剤を用いて殺菌したりすることが必要である。

0015

一方、後段ROユニット902では濃縮された被ろ過水(透過水902t)によるカルシウム塩などのスケールが膜面上で析出するスケーリングが発生する。そのため、後段ROユニット902には、スケール防止剤を注入したり、pHを酸側にしたりすることでスケーリングを防止する必要がある。

0016

ベッセル901v内における透過水量を均一化する手法として、特許文献1ではベッセルを直列に複数本接続させ、前段側ベッセルに接続される透過水配管内に流量調整弁を設け、これを以って透過水量を均一化させることを提案している。この方法によれば、RO膜エレメントが格納される膜ベッセルが前段部と後段部に分割されているため前段部と後段部の間で薬品を注入し、前段部で注入された薬品の中和や、後段部に必要となる薬品の添加が可能である。

0017

しかし、後段部向けの薬注場所である前段部と後段部の間は通常5〜8MPaと高圧であり、前段部と後段部の間の薬注部から薬液注入を行うには、高圧の薬液注入ポンプが必要である。また、間欠注入などで、薬液注入ポンプを稼動させないことがある時には、高圧の前段部の濃縮水(後段部への供給水)が薬注部から薬液タンクへ逆流しないように高価な高圧バルブを設置して閉止するか、または、高圧対応の逆支弁を設置する必要がある。そのため,前段部と後段部の間の高圧の箇所から、薬注が実際に行われることはなかった。

0018

加えて、前記したように、供給水側から濃縮水側に向って塩濃度が高くなる。そのため、前段の透過水量が多く、後段の透過水量が少なくなり、RO膜エレメント901a、902aの膜の作用にばらつきが生じている。

0019

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、前段と後段にそれぞれ適合した薬注を行うとともに、前段と後段での透過水量の平準化が可能な逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0020

前記課題を解決するため、第1の本発明の脱塩システムは、逆浸透膜を用いる前段ROユニットと、逆浸透膜を用いる後段ROユニットと、前記前段ROユニットへ供給される被処理液から分岐された一部の被処理液の圧力を、前記後段ROユニットから供給される濃縮液エネルギを回収して高めるエネルギ回収装置とを備え、前記一部の被処理液は、前記前段ROユニットと前記後段ROユニットとを接続する配管に供給されている。

0021

第2の本発明の脱塩システムの運転方法は、第1の本発明の脱塩システムを実現する運転方法である。

発明の効果

0022

本発明によれば、前段と後段にそれぞれ適合した薬注を行うとともに、前段と後段での透過水量の平準化が可能な逆浸透膜を用いた脱塩システムおよびその運転方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の実施形態1に係る脱塩システムの構成の模式図。
本発明の実施形態2に係る脱塩システムの構成の模式図。
本発明の実施形態3に係る脱塩システムの構成の模式図。
本発明の実施形態4に係る脱塩システムの構成の模式図。
従来の脱塩システムの構成を示す模式図。

実施例

0024

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、前段と後段とで膜の性能が十分に発揮できる薬液注入を行えるとともに、前段と後段とで透過液量の平準化を行える脱塩システムを提供する。
本発明は、被処理液として、海水のみならず、下水地下水等、海水以外の被処理液にも幅広く適用できる。例えば、海水、地下水、下水等から飲料水工業用水を作ることに利用できる。また、純水から超純水を取り出すことにも適用できる。
上述の如く、本発明では様々な液体を被処理液に適用できるが、以下の実施形態では、本発明を海水に適用した例について説明する。

0025

<<実施形態1>>
図1に、本発明の実施形態1に係る脱塩システムの構成の模式図を示す。なお、図1において、実線のラインは相対的に低圧の配管tを示し、破線のラインは相対的に高圧の配管kを示す。
実施形態1の脱塩システムSは、被処理液の海水から淡水を作る脱塩システムである。
脱塩システムSは、膜ユニットとして、前段ROユニット101と後段ROユニット102とを具備している。

0026

前段ROユニット101には、例えば2つのRO(ReverseOsmosis)膜エレメント101aが直列に接続されるベッセル101vが並列に配設されている。前段ROユニット101に用いられているRO膜エレメント101aは、三酢酸セルロース製の中空糸膜である。三酢酸セルロース製の中空糸膜は、塩素系の酸化剤に耐性がある。なお、例には挙げないが、前段RO膜エレメント101aにポリアミド製スパイラルRO膜を用いても良い。
前段ROユニット101に供給される被処理液w3は、RO膜エレメント101aを透過し脱塩される透過液101tと塩分が濃縮される濃縮液101nとに分離される。

0027

前段ROユニット101と後段ROユニット102とは、前段RO分離濃縮液配管122で接続されている。前段RO分離濃縮液配管122には、前段ROユニット101で分離された濃縮液101nが流れる。濃縮液101nは、前段RO分離濃縮液配管122を通じて後段ROユニット102に供給される。

0028

後段ROユニット102には、例えば4つのRO(ReverseOsmosis)膜エレメント102aが直列に接続されるベッセル102vが並列に配設されている。後段ROユニット102に用いられているRO膜エレメント102aはポリアミド製のスパイラル膜であり、酸化剤によって劣化する性質をもつ。
後段ROユニット102に供給される濃縮液101nは、RO膜エレメント102aを透過し脱塩される透過液102tと塩分が濃縮される濃縮液102nとに分離される。

0029

前段ROユニット101の前(上流)には、処理対象である被処理液w0を、前段ROユニット101と後段ROユニット102とに供給する供給ポンプ100が設けられている。供給ポンプ100は、被処理液汲み上げ配管111を通じて、例えば海から被処理液w0の海水を汲み上げる。供給ポンプ100には、被処理液供給配管112が接続されている。被処理液供給配管112は、途中から被処理液w0を分岐するための低圧配管113が分岐されている。

0030

供給ポンプ100で汲み上げられた被処理液w0は、被処理液供給配管112を流れ、分岐した後の被処理液供給配管112を流れる被処理液w1と、分岐される低圧配管113を流れる被処理液w2とに分流される。つまり、被処理液w0は、供給ポンプ100の下流で、被処理液w1と被処理液w2とに分岐される。
供給ポンプ100と前段ROユニット101との間には、高圧ポンプ104が配置されている。

0031

被処理液w1は、高圧ポンプ104により高圧とされた被処理液w3とされ、前段ROユニット101に供給される。高圧ポンプ104により加えられる被処理液w3の圧力は、前段ROユニット101と後段ROユニット102とで逆浸透できる圧力である。
前段ROユニット101に供給される被処理液w3は、前段ROユニット101の各ベッセル101vのRO膜エレメント101aを透過し脱塩された透過液101tと、塩分が濃縮された濃縮液101nとに分離される。

0032

後段ROユニット102で分離される濃縮液102nの下流には、ERD(Energy Recovery Dvice)のエネルギ回収装置106が配置されている。ERD106は後段ROユニット102の濃縮液102nの圧力を回収し、被処理液w2に回収した圧力を加えて被処理液w4とする。つまり、前段ROユニット101への被処理液供給配管112から分岐された低圧配管113と、後段ROユニット102から排出される濃縮液102nが流れる濃縮液配管123とはエネルギ回収装置106に接続される。そして、エネルギ回収装置106で被処理液w2と濃縮液102nとの圧力交換が行われる。

0033

被処理液w4が流れる分岐被処理液配管124には、エネルギ回収装置106で濃縮液102nから失われた若干の圧力を補うブースターポンプ105が設けられている。被処理液w4は、ブースターポンプ105により圧力を補われ、前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nと合流し、後段ROユニット102に濃縮液101n1として供給される。

0034

後段ROユニット102に供給される濃縮液101n1は、後段ROユニット102の各ベッセル102vのRO膜エレメント102aを透過し脱塩された透過液102tと、塩分が濃縮された濃縮液102nとに分離される。
供給ポンプ100と高圧ポンプ104との間の分岐後の被処理液供給配管112には、第1薬注部110Aが設けられる。第1薬注部110Aからは、前段ROユニット101の膜性能を保持するための薬注(薬液の注入)が行われる。

0035

分岐された低圧配管113には、後段ROユニット102のための第2薬注部110Bが設けられている。つまり、第2薬注部110Bから低圧配管113を流れる被処理液w2に、後段ROユニット102のための(向けの)薬注が行われる。第2薬注部110Bからの薬注は1箇所または1種類だけに限らず、目的に応じて、複数の薬剤を複数の第2薬注部110Bから注入してもよい。薬注部110Bからの薬注は、後段ROユニット102の運転/性能保持に適した薬注が行われる。

0036

上記構成によれば、以下の効果を奏する。
1.第1薬注部110Aからは前段ROユニット101の運転/性能を保持する薬注が行われ、第2薬注部110Bからは後段ROユニット102の運転/性能を保持する薬注を行うことができる。そのため、前段・後段ROユニット101、102のそれぞれの膜機能が充分に発揮される。従って、脱塩システムSの性能および信頼性が高い。

0037

2.前段ROユニット101と後段ROユニット102との運転/性能を保持するための薬注が適切に行えるので、メンテナンス回数が削減できる。

0038

3.従って、前段ROユニット101または/および後段ROユニット102のメンテナンスを行うために、脱塩システムSを停止する回数が減る。そのため、脱塩システムSの長時間の連続運転が可能である。また、脱塩システムSのランニングコストが安く済む。

0039

4.後段ROユニット102のRO膜エレメント102aに対する薬注も低圧で行うことができ、高価な高圧薬注ポンプ高圧弁などが不要となる。
つまり、低圧である低圧配管113で第2薬注部110Bから薬注が行われるので、低圧の薬液注入ポンプで済む。また、間欠注入などで、薬液注入ポンプを稼動させないことがある時には、低圧配管113の被処理水w2が第2薬注部110Bから薬液タンクへ逆流しないように廉価な低圧バルブを設置して閉止するか、または、低圧対応の逆支弁を設置することで済む。そのため、コスト削減が図れる。

0040

5.従来、図5に示すように、後段ROユニット902に必要な水量の確保のため、前段ROユニット901に後段ROユニット902より多くのベッセル901vが配置されていた。例えば、図5では、後段ROユニット902のベッセル902vが5つに対して、前段ROユニット901のベッセル901vが8つであった。そのため、前段ROユニット901への高圧配管が多く必要になっていた。

0041

これに対して、脱塩システムSでは、分岐されエネルギ回収装置106にて高圧の濃縮水102nで圧力変換された未濃縮の被処理液w2が、濃縮された濃縮液101nと合流する。また、ブースターポンプ105により後段ROユニット102に供給される濃縮液101n1に適した圧力にすることができる。

0042

これにより、濃縮液101nの濃縮が緩和され、透過水量の平準化が行える。また、後段ROユニット102へ流入する前に水量が加算されるため、従来のように前段ROのベッセル数を増やすことなく後段ROの水量確保が可能なため、前段ROユニット101、後段ROユニット102のそれぞれのベッセル101v、102vの数が同程度にできる。例えば、図1に示すように、前段ROユニット101のベッセル101vが4つで、後段ROユニット102のベッセル102vが4つにできる。

0043

6.そのため、前段ROユニット101と後段ROユニット102との透過液量の平準化が達成され、特許文献1の方法と比較してベッセル101vの本数が少なくなり、それに伴い高圧配管数が減少する。よって、配管コストの削減が図れる。

0044

7.前段ROユニット101、後段ROユニット102の寿命が延び、脱塩システムSの長寿命化が図れる。

0045

8.以上のことから、前段ROユニット101、後段ROユニット102のそれぞれに適した薬注が行われ、膜性能が向上して信頼性が高い低コストの脱塩システムSが得られる。

0046

<<実施形態2>>
図2に、本発明の実施形態2に係る脱塩システムの構成の模式図を示す。なお、図2において、実線のラインは相対的に低圧の配管tを示し、破線のラインは相対的に高圧の配管kを示す。
実施形態2の脱塩システム2Sは、実施形態1の脱塩システムSの前段ROユニット101で分離される濃縮液101nの水質監視する水質監視装置108を設けたものである。
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

0047

脱塩システム2Sでは、前段ROユニット101で分離される濃縮液101nが流れる前段RO分離濃縮液配管122の途中と、被処理液w0が分岐され後段ROユニット102で逆浸透する被処理液w2が流れる低圧配管113との間に、水質監視装置108と圧力調整弁107とを設けている。なお、この水質監視装置108は、状況に応じて合流点124g前後に複数設置しても良い。

0048

水質監視装置108は、前段ROユニット101で分離される濃縮液101nの水質を監視する。
圧力調整弁107は、水質監視装置108で監視する濃縮液101nの圧力を水質監視装置108に適合する圧力に減圧する。

0049

前段ROユニット101で分離され前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nの一部が圧力調整弁107で減圧される。そして、減圧された濃縮液101nの水質が水質監視装置108で監視される。
水質監視装置108としては、例えば水素イオン濃度を測るpH計酸化傾向および還元傾向を測るORP(Oxidation-Reduction Potential)計、残留塩素遊離塩素を測定する残留塩素計等が使用される。

0050

水質監視装置108の信号を図示しない制御装置で取得し、第1薬注部110Aおよび/または第2薬注部110Bからの薬注を行うシステムフィードバック制御をかける。つまり、第1薬注部110Aおよび/または第2薬注部110Bからの薬注の薬剤の種類、量、濃度等をフィードバック制御により調整する。これにより、第2薬注部110Bまたは/および第1薬注部110Aからの薬注が適切にかつタイムリーに行われる。

0051

例えば、pH計、ORP計等のデータを用いて、前段ROユニット101で分離され後段ROユニット102で逆浸透される濃縮液101nの酸化、還元状態を監視する。そして、第2薬注部110Bから薬注される酸化を中和する還元剤を調整する。ポリアミド膜のスパイラル膜は酸化力(酸化剤、酸化反応)に弱くダメージとなる。一方で昨今、弱い酸化力をもつ薬が出現しており、バイオファウリング対策としてポリアミド膜への適用も検討されているが、バイオファウリングは前段ROユニット101で発生する場合が多く、後段ROユニット102への酸化剤の流入は不必要である。
そこで、第2薬注部110Bからの薬注での還元剤を調整して濃縮液101nを中和して酸化剤が後段ROユニット102に供給されないようにする。酸化剤が後段ROユニット102に供給されないので、ポリアミド膜のスパイラルを使用した後段ROユニット102が酸化剤で傷むことが抑制される。

0052

前段ROユニット101と後段ROユニット102とには、微生物の繁茂によるバイオフィルム目詰まりであるバイオファウリングが発生するおそれがある。
そこで、バイオファウリングを抑制する目的で酸化力を有したハロゲン系の薬剤が用いられる場合がある。例えば、ハロゲン系の薬剤として、クロラミン(NH2Cl)、次亜塩素酸(NaClO)がある。その他のハロゲン系の薬剤のうちの塩素系酸化剤としては、亜塩素酸ナトリウム(NaClO2)、塩素酸(HClO3)、過塩素酸(HClO4)、二酸化塩素(ClO2)、さらし粉(Ca(ClO)2)等がある。ハロゲン系の薬剤として、その他のものを用いてもよい。

0053

前記したように、バイオファウリングは前段ROユニット101で発生する場合が多く、後段ROユニット102ではバイオファウリングを抑制する目的でハロゲン系薬剤を用いるメリットは少ない。後段ROユニット102はポリアミド製のスパイラル膜が使用されており、ハロゲン系薬剤はその酸化力の大きさに比例したポリアミド製RO膜の酸化劣化リスクが、酸化力の微弱な薬剤においても存在する。
そこで、後段ROユニット102においては、SBSSMBS亜硫酸水素ナトリウムピロ亜硫酸ナトリウム)などの還元剤を注入することで、前段ROユニット101に供給される酸化剤が中和されることが望ましい。

0054

前段の薬注部110Aで注入されたハロゲン系の薬剤を中和するために、後段ROユニット102への第2薬注部110Bからの薬注でSBS(NaHSO3:亜硫酸水素ナトリウム)、SMBS(Na2S2O5:ピロ亜硫酸ナトリウム)などの還元剤を注入するようにしてもよい。

0055

SBSは、下記の化学反応により次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)を還元する。
NaHSO3+NaClO → NaCl + NaHSO4
SMBSは、下記の化学反応により次亜塩素酸ナトリウムを還元する。
Na2S2O5+NaClO → NaCl + Na2SO4+SO2

0056

後段ROユニット102に対してのみハロゲン系薬剤の中和を行う場合、従来では高圧配管内に薬注を行う必要があり実施困難であったが、実施形態1、2の脱塩システムS、2Sでは、低圧である低圧配管113で第2薬注部110Bからの薬注が行われるので、実施が容易となる。

0057

<第1薬注部110A、第2薬注部110Bからの薬注に用いられる薬剤>
表1は、前段ROユニット101で使用される酢酸セルロース製のRO膜等の耐塩素性のRO膜と、後段ROユニット101で使用されるポリアミド製のRO膜等の耐塩素性がない(非耐塩素性の)RO膜とに用いられる薬剤をまとめた表である。

0058

0059

前段ROユニット101で使用される耐塩素性の酢酸セルロース製のRO膜等に対する第1薬注部110Aからの薬注には、下記の薬剤が用いられる。
ファウリング抑制の酸化剤系の薬剤としては、例えば、前記したように、遊離塩素系酸化剤では、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)が用いられる。また、結合塩素系酸化剤では、例えば、モノクロラミン(NH2Cl)が用いられる。

0060

一方、後段ROユニット102で使用される耐塩素性がない(非耐塩素性の)ポリアミド製のRO膜等に対する第2薬注部110Bの薬注には、下記の薬剤が用いられる。
ファウリング抑制の酸化剤系の薬剤としては、例えば、前記したように、結合塩素系酸化剤では、モノクロラミン(NH2Cl)が用いられる。殺菌剤系としては、例えば、DBNPA(2,2-ジブロモ-3-ニトリロプロピオンアミド)含有殺菌剤、イソチゾリン含有殺菌剤等が用いられる。その他のファウリングの阻害剤としては、例えば硫酸(H2SO4)等が用いられる。

0061

第1薬注部110Aで用いられる酸化剤を中和するために第2薬注部110Bから薬注される還元剤として、例えば、前記したように、重亜硫酸ナトリウム(NaHSO3)、メタ重亜硫酸ナトリウム(Na2S2O5)、チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)等が用いられる。
第2薬注部110Bから薬注される後段ROユニット102でのスケーリング抑制の薬剤では、pH調整剤として、硫酸(H2SO4)、水酸化ナトリウム(NaOH)等が用いられる。また、その他の各種スケール防止剤が用いられる。

0062

上記構成によれば、前段ROユニット101から分離される濃縮液101nの水質を水質監視装置108で監視するので、濃縮液101nの水質情報を用いて、後段ROユニット102への第2薬注部110Bからの薬注および/または前段ROユニット101への第1薬注部110Aからの薬注(薬剤の種類、薬剤の量、薬剤の濃度等)をタイムリーに調整することができる。

0063

そのため、後段ROユニット102への第2薬注部110Bからの薬注および/または前段ROユニット101への第1薬注部110Aからの薬注の最適化を図れる。
従って、前段ROユニット101の膜性能、後段ROユニット102の膜性能が良好に維持できる。

0064

前段ROユニット101、後段ROユニット102の各メンテナンス回数が削減され、長時間の連続運転が可能になる。そのため、脱塩システム2Sのランニングコストが削減される。また、前段ROユニット101、後段ROユニット102の長寿命化が図れる。

0065

<<実施形態3>>
図3に、本発明の実施形態3に係る脱塩システムの構成の模式図を示す。なお、図3において、実線のラインは相対的に低圧の配管tを示し、破線のラインは相対的に高圧の配管kを示す。
実施形態3の脱塩システム3Sは、実施形態2の脱塩システム2Sにおいて、前段ROユニット101と後段ROユニット102との透過液量の平準化を図る構成としたものである。
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

0066

前段ROユニット101と後段ROユニット102との透過液量の平準化を図るためには、それぞれで処理する被処理液の塩分濃度に応じて被処理液の圧力を変える必要がある。前段ROユニット101の被処理液は、被処理液w3であり、後段ROユニット102の被処理液は、前段ROユニット101で分離される濃縮液101nと被処理液w4である。

0067

具体的には、前段ROユニット101で処理する被処理液w3は、海水の塩分濃度で例えば、約3%であり、後段ROユニット102で処理する前段ROユニット101で分離される濃縮液101nは、前段ROユニット101で海水が濃縮されたものであり、塩分濃度は被処理液w3より高く、約5〜6%である。そのため、後段ROユニット102で処理する濃縮液101n1(濃縮液101nと被処理液w4)の圧力は、前段ROユニット101で処理する被処理液w3の圧力よりも高くする必要がある。

0068

そこで、脱塩システム3Sでは、昇圧を目的としたブースターポンプ105を、エネルギ回収装置106で圧力変換された被処理液w4が流れる分岐被処理液配管124と前段RO分離濃縮液配管122の合流点124gより後段(下流)に配置する。そして、分岐被処理液配管124には圧力調整弁109が設けられる。

0069

圧力調整弁109は、前段ROユニット101で分離され前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nの圧力が、エネルギ回収装置106で昇圧され分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4の圧力より低い場合、被処理液w4の圧力を、合流する濃縮液101nの圧力に近付ける働きをする。濃縮液101nの圧力と、被処理水w4の圧力とによっては、圧力調整弁109を設けない構成としてもよい。

0070

本脱塩システム3Sの逆浸透処理の一例を説明する。
例えば、高圧ポンプ104で被処理液w3の圧力を、前段ROユニット101に適した65に昇圧し、ブースターポンプ105で濃縮液101n1の圧力を、後段ROユニット102に適した70にすると仮定する。なお、圧力の次元は省略する。
後段ROユニット102で分離され濃縮液配管123を流れる濃縮液102nの圧力は69となる。

0071

低圧配管113を流れる被処理液w2は、エネルギ回収装置106で濃縮液配管123を流れる濃縮液102nの圧力により、圧力が68に高められ分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4となる。
一方、圧力65の被処理液w3は前段ROユニット101で分離され、前段RO分離濃縮液配管122を流れる圧力64の濃縮液101nとなる。

0072

前段RO分離濃縮液配管122を流れる圧力64の濃縮液101nと、分岐被処理液配管124を流れる圧力68の被処理液w4とが、合流点124gで合流すると、圧力差により円滑な流れが阻害される。そこで、分岐被処理液配管124に設けられる圧力調整弁109により、分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4の圧力68を、合流する前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nの圧力64に近付ける。これにより、前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nと、分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4とが円滑に合流することができる。

0073

分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4が合流した濃縮液101n1は、下流のブースターポンプ105で圧力が、後段ROユニット102に適した70に高められる。
なお、高圧ポンプ104で前段ROユニット101に送る被処理液w3の圧力と、ブースターポンプ105で後段ROユニット102に送る濃縮液101n1の圧力は、様々な環境、条件等に応じて適宜任意に定めることができる。

0074

この構成により、前段ROユニット101で処理する被処理液w3の圧力を適切に調整できるとともに、後段ROユニット102で処理する濃縮液101n1の圧力を適切になるように調整できる。
従って、前段ROユニット101と後段ROユニット102との透過液量平準化の自由度を高くすることが可能となる。

0075

<<実施形態4>>
図4に、本発明の実施形態4に係る脱塩システムの構成の模式図を示す。なお、図4において、実線のラインは相対的に低圧の配管tを示し、破線のラインは相対的に高圧の配管kを示す。
実施形態4の脱塩システム4Sは、ROユニットを実施形態3の前段ROユニット101と後段ROユニット102に最終段ROユニット103を加えて3段構成としたものである。
その他の構成は、実施形態3と同様であるから、実施形態3と同様な構成は同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

0076

脱塩システム4Sは、後段ROユニット102の後段に最終段ROユニット103を備えている。
最終段ROユニット103は、2つのベッセル103vを備えている。ベッセル103vは、3つのRO膜エレメント103aを有している。
脱塩システム4Sでは、後段ROユニット102で分離される濃縮液102nがエネルギ回収装置106に供給されることなく、最終段ROユニット103に供給される。

0077

最終段ROユニット103には、後段ROユニット102で分離される濃縮液102nが供給され、脱塩される透過水103tと塩が濃縮される濃縮液103nとに分離される。
透過水103tは、回収される。濃縮液103nは、エネルギ回収装置106に供給されてエネルギが回収され、低圧配管113を流れる被処理液w2が昇圧され、分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4とされる。

0078

分岐被処理液配管124を流れる被処理液w4は、圧力調整弁109で前段ROユニット101で分離される濃縮液101nの圧力近くに調整される。圧力調整された被処理液w4は、前段RO分離濃縮液配管122を流れる濃縮液101nと合流され、濃縮液101n1とされ、後段ROユニット102に供給される。

0079

脱塩システム4Sは、実施形態3と同様な効果を奏する。

0080

なお、前記実施形態1〜4は、本発明の例を示したものであり、本発明は特許請求の範囲内で様々な具体的形態が可能である。

0081

101前段ROユニット
101aRO膜エレメント(逆浸透膜)
101n濃縮液(前段ROユニットから供給される濃縮液)
101n1 濃縮液(合流した濃縮液)
102後段ROユニット
102a RO膜エレメント(逆浸透膜)
102n 濃縮液(後段ROユニットから供給される濃縮液)
103最終段ROユニット(後段ROユニット)
105ブースターポンプ(昇圧手段)
106エネルギ回収装置
108水質監視装置(水質監視手段)
109圧力調整弁
110A 第1の薬注手段
110B 第2の薬注手段
113低圧配管(配管)
122 前段RO分離濃縮液配管(配管)
124g合流点
S、2S、3S、4S脱塩システム
w0被処理液
w2 被処理液(一部の被処理液)
w3 被処理液(分岐後の被処理液)

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