JPH11207155A - 海水等の淡水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砂濾過装置の逆洗排水をスパイラル型膜モジ
ュールによって効率良く膜濾過処理し、透過水をＲＯ装
置で脱塩処理する。 【解決手段】 海水をスパイラル型膜モジュール５１に
よって膜濾過した後、ＲＯ装置５３で脱塩処理する淡水
化装置において、該スパイラル型膜モジュール５１は、
袋状分離膜１０をシャフト２０に巻回して巻回体とし、
該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水及び濃縮
水が巻回体の他端面から取り出されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海水等の全溶解固
形分（ＴＤＳ）の大部分を除去して淡水を得るための、
逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）を用いた淡水化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】海水の淡水化装置では、逆浸透膜分離装
置（ＲＯ装置）に海水中の濁質が蓄積して性能が低下す
るのを防止し、性能を維持するために前処理装置を設け
ることが必要であり、従来は、高圧ポンプの手前に砂に
よるポリッシング濾過器、その手前に砂の二層濾過器を
配置して前処理装置を構成していた。

【０００３】このような従来の前処理装置では、装置に
供給する海水に、海水中の濁質を凝集するため鉄塩等の
凝集剤と、二層濾過器の濾層中にバクテリアが繁殖する
のを防止するための殺菌剤を夫々薬注装置で添加する必
要があるので、薬注設備、薬品代によって運転コストが
嵩むと共に、薬品注入の維持、管理も行わねばならな
い。更に、二層濾過器、ポリッシング濾過器の濾過速度
は６〜１５ｍ／日と低いため装置は大形になるので広い
設置スペースが必要になる。また、海水はＳＳ（懸濁固
形物）を含んでいるので、前処理装置の前段の二層濾過
器や、後段のポリッシング濾過器の性能を維持するため
に、濾層が捕捉したＳＳを除去する洗浄を行わねばなら
ないが、１回の洗浄に約２０〜３０分を要し、ＳＳ濃度
が高い場合は洗浄頻度は二層濾過器が３時間毎に１回
（１日に８回）程度、ポリッシング濾過器が１日１回程
度であるため、そのトータル時間の間は淡水化運転を中
断せねばならず、淡水化装置の運転稼動率が低下する。

【０００４】本発明は、このような短所を無くするため
に、前処理装置として改良されたスパイラル型膜モジュ
ールを用いるものであるが、従来のスパイラル型膜モジ
ュールの構成について次に図６を参照して説明する。

【０００５】図６は従来のスパイラル型膜モジュールの
構造を示す一部分解斜視図であり、集水管１の外周に複
数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回
されている。

【０００６】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００７】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００８】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、従来の前
処理装置による海水淡水化にあっては、前処理装置のス
ペースが大きく、また稼動効率が低いという短所があっ
た。

【００１０】本発明は、このような短所を克服した前処
理装置を有する海水等の淡水化装置を提供することを第
１の目的とする。

【００１１】ところで、図６の従来のスパイラル型膜モ
ジュールには、次のような解決すべき課題があった。

【００１２】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【００１３】本発明は、上記従来の問題点を解決し、集
水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル
型膜モジュールにより海水等を効率良く前処理すること
ができる海水等の淡水化装置を提供することを第２の目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の海水等の淡水化
装置は、逆浸透膜分離装置に高圧ポンプで海水を供給し
て淡水を得る海水の淡水化装置において、高圧ポンプの
手前にスパイラル型膜モジュールを配置し、高圧ポンプ
に供給する海水を該スパイラル型膜モジュールで前処理
する海水の淡水化装置であって、該スパイラル型膜モジ
ュールは、膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回
体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端
面から取り出されるものであることを特徴とするもので
ある。

【００１５】かかる本発明装置においては、スパイラル
型膜モジュールによって海水等を効率良く前処理するこ
とができ、しかも膜モジュールの逆洗の時間がきわめて
短時間で済むため、淡水化装置の稼動効率が高いものと
なる。

【００１６】なお、本発明装置は海水の淡水化に好適で
あるが、海水以外の塩分含有湖水、地下水等から淡水を
製造する場合にも用いることができる。

【００１７】本発明で採用するスパイラル型膜モジュー
ルは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜
同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型
膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及
び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び
第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部と
なり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交
する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻
回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ま
せ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前
端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３
の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあって
は前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となってお
り、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部とな
っていることが好ましい。

【００１８】かかるスパイラル型膜モジュールにおいて
は、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。こ
の原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流
れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水と
して流出する。

【００１９】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００２０】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が
無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。

【００２１】なお、集水管を無くしているため、その分
だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回
方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００２２】また、巻回体の後端面の一部においてのみ
原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の
下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めること
ができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止でき
る。従って、逆洗も短時間で足りる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態に用いられるスパイラル型膜モジュールについて説
明する。図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュールの
袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図
である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ
−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフト
の周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は
巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はス
パイラル型膜モジュールの側面図である。

【００２４】図１に示すように、この袋状膜１０は塩分
排除能を全く又は殆ど有しない限外濾過膜又は精密濾過
膜にて構成されている。この袋状膜１０は、正方形又は
長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１
２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。
第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺部１３に
おいて分離膜フィルム同士が接着剤等によって接着さ
れ、第４の辺部１４については一部だけを接着してい
る。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを
第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺部１
１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着す
るようにしたものであっても良い。

【００２５】第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３
にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されて
おらず、透過水流出用の開放部３０となっている。ま
た、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１に
かけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着され
ており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となってい
る。

【００２６】この袋状膜１０内に透過水流路材（例えば
メッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されて
いる。

【００２７】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００２８】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合され
る。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃
縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬
化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水
（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水
流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００２９】第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放
部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分か
ら、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されてい
る。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシ
ートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合され
るのが好ましい。

【００３０】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き
付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成
される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が
延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一
箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９
は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１
９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出
部を形成することになる。このリング状の突出部内に円
筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５と
フィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット
２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１
９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付
け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても
良い。

【００３１】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００３２】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在
させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させ
ることにより、原水流路が構成される。

【００３３】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００３４】本発明の海水等の淡水化装置は、このよう
に構成されたスパイラル型膜モジュールによって海水等
を前処理した後、ＲＯ装置に供給して淡水を得るように
したものである。図５はこの淡水化装置の一例を示す系
統図であり、海水がポンプ５０によってスパイラル型膜
モジュール５１に供給される。この海水は、図４に示す
ように、巻回体２４の前端面から原水として袋状膜１０
同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２
４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４
の後端のソケット２５の内側の端面から取り出される。
そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が
袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面の
うちソケット２５の外周側から流出する。

【００３５】この透過水が高圧ポンプ５２によって例え
ば５０〜７０ｋｇ／ｃｍ²の高圧にてＲＯ装置５３に供
給され、脱塩処理される。ＲＯ装置５３は、１段脱塩式
でも、２段脱塩式等、任意のものでよい。このＲＯ装置
５３の型式は、目詰まりを起しにくい型式としてスパイ
ラル型モジュールが好ましいが他のものであっても良
い。このＲＯ装置の膜透過水が淡水として取り出され
る。

【００３６】このスパイラル型膜モジュール５１にあっ
ては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平
行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のス
パイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要
である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の
流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくな
る。

【００３７】なお、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００３８】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設
けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成と
しているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮
水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域
における汚れの付着を防止することができる。なお、ソ
ケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺
部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュール
の水回収率に応じて決めるのが好ましい。

【００３９】このスパイラル型膜モジュールは、このよ
うにきわめて効率良く海水を膜分離処理することがで
き、海水中の微細な濁質を十分に分離除去することがで
きる。この結果、ＲＯ装置におけるバクテリアの繁殖が
著しく低減し、殺菌剤の添加も不要となる。

【００４０】なお、上記実施の形態においては、ソケッ
ト２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５
の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット
２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側
を濃縮水流出部とするように構成しても良い。

【００４１】このスパイラル型膜モジュール逆洗を行う
ときには、例えばスパイラル型膜モジュールの袋状膜１
０内の透過水流路に気体圧をかける。そうすると、袋状
膜１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流路
に流れ込み、まず水逆洗が行われる。気体供給を継続す
る（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存透
過水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気体
が逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実質
的に無くなると、気体のみが逆流し、気体逆洗が行われ
る。この逆洗はきわめて短時間で済む。このため、淡水
化装置の稼動効率はきわめて高いものとなる。

【００４２】

【発明の効果】以上の通り、本発明の海水等の淡水化装
置は、海水を改良されたスパイラル型膜モジュールで前
処理した後、ＲＯ装置で淡水化処理するものであり、こ
のスパイラル型膜モジュールによって海水中の微細な濁
質をきわめて効率良く分離でき、従来の二層濾過器の場
合に使用が必要であった微細な濁質を凝集するため凝集
剤の添加は必要ない。また、従来の二層濾過器のような
粒状の濾層を使用しないので、濾層中に堆積した濁質に
よるマッドボールは生成しない。従ってバクテリアの繁
殖が低減するため、殺菌剤の添加も必要なくなる。この
ため、薬品代、薬注設備、薬注の維持管理はすべて不要
になり、設備コスト、運転コストが著しく低減する。

【００４３】このスパイラル型膜モジュールは透過水量
が多く、コンパクトである。また、逆洗時間も短くて済
むので、淡水化装置の稼動効率が著しく高いものとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る海水等の淡水化装
置に用いられるスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜
視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、
（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻
き付け方法を示す断面図である。

【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係
合関係を示す斜視図である。

【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】本発明の淡水化装置の系統図である。

【図６】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 流路材 １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部 ５０ ポンプ ５１ スパイラル型膜モジュール ５２ 高圧ポンプ ５３ ＲＯ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆浸透膜分離装置に高圧ポンプで海水を
   供給して淡水を得る海水の淡水化装置において、 高圧ポンプの手前にスパイラル型膜モジュールを配置
   し、高圧ポンプに供給する海水を該スパイラル型膜モジ
   ュールで前処理する海水の淡水化装置であって、該スパ
   イラル型膜モジュールは、膜をシャフトに巻回して巻回
   体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水
   が巻回体の他端面から取り出されるものであることを特
   徴とする海水等の淡水化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記膜は内部に透過
   水流路材が配置された袋状膜であり、該袋状膜は第１、
   第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第
   １、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一
   部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、 前記スパイラル型膜モジュールは、前記第４の辺部と直
   交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して
   巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ま
   せ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前
   端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイ
   ラル型膜モジュールであることを特徴とする海水等の淡
   水化装置。