JPH11253761A

JPH11253761A - 溶液分離装置

Info

Publication number: JPH11253761A
Application number: JP18269998A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kawada; 一郎河田; Masaaki Ando; 雅明安藤; Masahiko Hirose; 雅彦廣瀬
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低圧力で操作することにより、低エネルギ
ー、低コストで、効率良く溶液を分離することが可能
な、溶液分離装置を提供する。【解決手段】供給液０．０５重量％食塩水、温度２５
℃、ｐＨ６．５の条件での透過流束が０．５ｍ³／ｍ²／
ＭＰａ／日以上かつ供給液０．０５重量％食塩水、０．
５ＭＰａ、温度２５℃、ｐＨ６．５で３０分運転した後
の塩阻止率９９％以上の逆浸透膜モジュール４、８、１
２を多段に配置する。第一の逆浸透膜モジュール４には
原溶液を供給し、第二の逆浸透膜モジュール８には、前
記第一の逆浸透膜モジュール４から排出される濃縮液を
供給し、第三の逆浸透膜モジュール１２には、前記第一
および第二の逆浸透膜モジュール４、８から排出される
透過液を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶液分離装置に関
するものであり、さらに詳しくは、海水等の高濃度溶液
の分離に適した溶液分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透膜を用いた高濃度溶液の分離法が
実施されている分野の一つとして、海水の淡水化があげ
られる。

【０００３】近年の降雨量の低下、生活レベルの向上、
産業の多様化等による水需要の増加に伴う水不足の被害
は全国的に波及し、水資源の安定供給方法の確立が急務
となってきている。その中でも逆浸透膜による海水の淡
水化は、省エネルギー、省スペース、低コスト等の有利
性から最も有望視されている。

【０００４】逆浸透膜を用いた海水淡水化法は、海水の
浸透圧以上の圧力を逆浸透膜に付与する方法である。現
在、実用化されている逆浸透膜を用いた海水淡水化プラ
ントでは５〜６ＭＰａ以上の圧力を付与することで、供
給された海水量に対して４０体積％程度の透過水を得る
ことができる。

【０００５】この逆浸透膜を用いた海水淡水化について
は、他の海水淡水化方法に比べ、低コストであるとはい
え、さらなるコスト低減が求められている。具体的に
は、逆浸透膜を用いた海水淡水化における造水コストを
下げるためには、高圧ポンプ等で消費される電力費を低
減することである。

【０００６】しかしながら、現在実用化されている海水
淡水化プラントでは、供給された海水量に対して４０体
積％程度の透過水を得るために６ＭＰａ程度の圧力を逆
浸透膜に付与する必要があり、それに必要な高圧ポンプ
が大型化し、そこで消費される電力は莫大な量に昇る。
他方、海水から高い回収率で淡水を得る方法として、特
開平８−１０８０４８号公報や特開平８−２０６４６０
号公報等で提案されている方法があるが、これらの方法
では、淡水を得るために９ＭＰａというさらに高圧を必
要としており、回収率の向上が達成されても、コスト低
減や省エネルギーについては解決されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、低圧力で操作することにより、省エネルギーかつ低
コストで効率良く溶液を分離することが可能な、溶液分
離装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の溶液分離装置は、逆浸透膜モジュールが多
段に配置され、前記逆浸透膜モジュールが、下記の透過
流束および塩阻止率を有する。透過流束：供給液０．０
５重量％食塩水、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件での透
過流束が、０．５ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日以上。塩阻止
率：供給液０．０５重量％食塩水、０．５ＭＰａ、温度
２５℃、ｐＨ６．５の条件で３０分運転した後の塩阻止
率が９９％以上。

【０００９】このように低い操作圧力で大きい透過流束
および高い塩阻止率を有する逆浸透膜モジュールを多段
に配置した装置によれば、低圧力であっても、高い透過
流量を得ることが可能となり、消費電力の低減を図るこ
とが可能となる。

【００１０】なお、前記食塩阻止率は、下記の式により
求められる。下記式において、Ｃｐは、供給溶液の溶質
濃度であり、Ｃｆは、透過液の溶質濃度である。

【００１１】塩阻止率（％）＝（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００

【００１２】本発明の装置において、第一段目の逆浸透
膜モジュールには、原溶液が供給され、二段目以降の各
段の逆浸透膜モジュールには、それより前段の逆浸透膜
モジュールから排出される濃縮液が供給されることが好
ましい。このように、一度排出された濃縮液をさらに他
の逆浸透膜モジュールに供給して溶液分離を行うことに
より、低圧力で操作しても、原溶液に対する透過液の回
収率を向上させることが可能となる。また、逆浸透膜モ
ジュールから排出される濃縮液は、圧力を有しており、
これを利用して再度逆浸透膜モジュールで溶液分離を行
うことができるため、この点においても省エネルギーお
よび低コスト化を図ることができる。

【００１３】本発明の装置において、最終段の逆浸透膜
モジュールに、これより前段の逆浸透膜モジュールから
排出される透過液が供給されることが好ましい。このよ
うに、２回以上の溶液分離工程を行えば、精製度が高い
透過液を得ることができる。

【００１４】本発明の装置において、第一の逆浸透膜モ
ジュール、第二の逆浸透膜モジュールおよび第三の逆浸
透膜モジュールを有し、前記第一の逆浸透膜モジュール
には、原溶液が供給され、前記第二の逆浸透膜モジュー
ルには、前記第一の逆浸透膜モジュールから排出される
濃縮液が供給され、前記第三の逆浸透膜モジュールに
は、前記第一および第二の逆浸透膜モジュールから排出
される透過液が供給されることが好ましい。この装置に
よれば、低圧力で操作しても、回収率の向上と、溶液分
離能の向上とが同時に図れる。

【００１５】本発明の装置において、最終段の逆浸透膜
モジュールから排出される濃縮液が、これより前段に位
置する逆浸透膜モジュールに供給されることが好まし
い。前記最終段の逆浸透膜モジュールから排出される濃
縮液は、前記最終段より前段の逆浸透膜モジュールへの
供給溶液よりも、その溶質濃度は低い。したがって、前
記最終段の逆浸透膜モジュールから排出される濃縮液
を、前記最終段より前段に位置する逆浸透膜モジュール
に供給することにより、前記供給溶液が希釈される。こ
の希釈効果により、供給溶液の浸透圧が低下するため、
さらに低圧力で運転することができ、またより多量の透
過液を得ることが可能となり、透過液の回収率が向上す
る。ここで、最適には、最終段の逆浸透膜モジュールの
濃縮液を、原溶液とともに第一段の逆浸透膜モジュール
に供給することである。

【００１６】本発明の装置において、逆浸透膜モジュー
ルから排出される濃縮液を、これより後段の逆浸透膜モ
ジュールに送液する際の前記濃縮液の圧力を上げるため
の昇圧手段を備えることが好ましい。先に述べたよう
に、逆浸透膜モジュールから排出される濃縮液は、圧力
を有するが、つぎの逆浸透膜モジュールで効率良く分離
を行うためには、ある程度昇圧して移送した方がよいか
らである。前記昇圧手段は、前記濃縮液をつぎの段の逆
浸透膜モジュールに供給し、これを分離するために必要
な操作圧力を与えることができるものであれば特に制限
されず、例えば、ブースターポンプ、ターボチャージャ
ー等の昇圧機等が使用できる。

【００１７】本発明の装置において、逆浸透膜モジュー
ルから排出され、かつその他の逆浸透膜モジュールに供
給されない濃縮液の圧力エネルギーを回収し、これを逆
浸透膜モジュールへの供給液に供給する手段を備えるこ
とが好ましい。このように、前記濃縮液の圧力エネルギ
ーを回収し、再利用することにより、省エネルギーおよ
び低コスト化を図ることができる。前記圧力エネルギー
の供給先は、本発明の装置の規模やモジュールの配置等
によって適宜決定されるが、特に制限されず、例えば、
前記濃縮液を排出するモジュールへの供給液でもよい
し、前記その他のモジュールへの供給液でもよい。

【００１８】前記圧力エネルギーを回収する手段として
は、特に制限されず、例えば、動力回収タービン、水車
等を用いた方法が採用できる。また、前記タービンとし
ては、通常、ペルトン形、逆転ポンプ形（フランシス
形）、ターボチャージャー形等が使用でき、特に逆転ポ
ンプ形が好ましい。

【００１９】本発明の装置において、前記回収された圧
力エネルギーは、前記昇圧手段を介して、もしくは逆浸
透膜モジュールへの供給液に圧力を加えるための加圧手
段を備える場合、前記加圧手段を介して前記供給液に供
給することが好ましい。例えば、前記昇圧機や加圧ポン
プ等に前記回収した圧力エネルギーを供給することによ
り、それらの軸動力が低減され、省エネルギーおよび低
コスト化を図ることができる。また、前記加圧手段を介
して供給される前記供給液としては、例えば、第一段目
のモジュールに送液される原溶液や最終段のモジュール
に送液される透過液等があげられるが、特に大きなエネ
ルギーが必要とされる原溶液が好ましい。

【００２０】本発明の装置において、最終段の逆浸透膜
モジュールに送液される透過液に対するｐＨ調整手段お
よびスケール防止剤添加手段の少なくとも一つの手段を
備えることが好ましい。前記透過液のｐＨの範囲は、処
理対象となる溶液によって適宜決定されるが、例えば、
海水の淡水化の場合、前記ｐＨの範囲は、通常、ｐＨ
４．５〜６であり、好ましくはｐＨ５〜６である。この
ように、透過液のｐＨを調整することで、この中に存在
する溶解性物質を解離状態にし、逆浸透膜モジュールに
おける前記溶解性物質の阻止率を向上させることができ
る。なお、ホウ素は、ｐＨの範囲が酸性から中性域で
は、非解離状態で溶液中に存在するが、アルカリ性域で
は解離状態となるため、この場合は、アルカリ性に調整
することが好ましい。また、炭酸カルシウムの沈殿等
も、ｐＨ調整により防止できる。

【００２１】また、スケール防止剤を添加することによ
って、塩の溶解性が高められ、シリカや金属塩類などの
スケール物質が逆浸透膜表面に析出することを抑制でき
る。このため、逆浸透膜モジュールの透過流束の低下が
抑制され、透過液の回収率を向上させることができる。
前記スケール防止剤としては、特に限定されず、例え
ば、溶液中の金属および多価金属イオン等のスケール物
質と錯体を形成して、これらを可溶化させるものがあげ
られ、このような性質を持つ有機もしくは無機のイオン
性ポリマーまたはイオン性モノマー等が使用できる。前
記スケール剤の添加量は、溶液分離操作に支障をきたさ
ない範囲であれば、特に制限されない。

【００２２】本発明の装置において、原溶液に対するろ
過手段を備え、第一段目の逆浸透膜モジュールには、前
記ろ過手段によりろ過された原溶液が供給されることが
好ましい。前記ろ過手段としては、例えば、砂ろ過、活
性炭ろ過、限外濾過、膜ろ過、精密ろ過等が採用でき、
特に好ましくは、膜ろ過である。ろ過により、例えば、
原溶液に含まれる懸濁質物質等が除去され、前記逆浸透
膜モジュールの目詰まり等を防止できるため、モジュー
ルの透過流束の低下が抑制され、より効率良く溶液分離
を行うことができる。

【００２３】本発明の装置において、原溶液に対する最
終段の逆浸透膜モジュールから排出される透過液の割合
（回収率）が４０体積％以上であることが好ましい。４
０体積％以上の回収率は、例えば、海水の淡水化におい
て、充分に実用的なレベルで運転できる回収率だからで
ある。

【００２４】本発明の装置において、前記逆浸透膜モジ
ュールを構成する逆浸透膜は、多孔質支持層の上に架橋
芳香族ポリアミドスキン層が形成されている複合膜であ
ることが好ましい。このような逆浸透膜は、性能および
強度等に優れるからである。

【００２５】本発明の装置において、前記架橋芳香族ポ
リアミドスキン層の前記式（数１）により定義される平
均表面粗さは、５５ｎｍ以上が好ましく、特に好ましく
は６０ｎｍ以上である。このような範囲の表面平均粗さ
を有する前記架橋芳香族ポリアミドスキン層の表面は、
粗面で表面積が大きい。このような逆浸透膜から構成さ
れたモジュールを用いることにより、透過流束がさらに
高められ、本発明の装置をさらに低圧力で運転すること
が可能となる。

【００２６】なお、前記平均表面粗さは、例えば、一般
的な測定装置である、原子間力顕微鏡、摩擦力顕微鏡、
トンネル顕微鏡、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡等を
用いて測定することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を詳しく説明す
る。

【００２８】本発明の溶液分離装置は、前記特定の透過
流束および塩阻止率を有する逆浸透膜モジュールを多段
に配置したものである。

【００２９】前記透過流束は、好ましくは、０．５〜２
ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日であり、特に好ましくは、０．５
〜１．５ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日である。また、前記塩阻
止率は、好ましくは、９９．０％以上であり、特に好ま
しくは、９９．５％以上である。

【００３０】前記逆浸透膜モジュールの形態としては、
特に限定されず、例えば、スパイラル型、中空糸型、チ
ューブラー型、プレートアンドフレーム型等があげら
れ、これらの中でスパイラル型が好ましい。

【００３１】前記逆浸透膜モジュールを構成する逆浸透
膜の材質としては、例えば、アセチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、ポリアミド等が使用できる。これら
の中でも、トリハロメタンやトリブロモメタン等の有機
物に対する阻止性能が高いことから、ポリアミドを用い
ることが好ましい。より好ましくは、逆浸透膜であるス
キン層が多孔質支持層の上に形成された複合膜であり、
特に好ましくは、先に述べたように、多孔質支持層の上
に、架橋芳香族ポリアミドスキン層が形成された複合膜
である。前記架橋芳香族ポリアミドスキン層は、架橋芳
香族ポリアミドを主成分とする薄膜である。

【００３２】前記スキン層の厚みは、通常、０．０８〜
１．５μｍであり、好ましくは０．１〜１．０μｍであ
る。

【００３３】前記多孔質支持層としては、前記スキン層
を支持できるものであれば特に制限されず、例えば、ポ
リスルホン多孔質層、ポリエーテルスルホン多孔質層、
ポリイミド多孔質層、ポリフッ化ビニリデン多孔質層等
が使用できる。これらの中でも、化学的、機械的、熱安
定性等の理由から、ポリスルホン多孔質層が好ましい。

【００３４】前記多孔質支持層の厚みは、通常、５０〜
２５０μｍであり、好ましくは５０〜１００μｍであ
る。

【００３５】つぎに、逆浸透膜モジュールの多段配置に
ついて説明する。

【００３６】前述のように、本発明の装置において、第
一段目の逆浸透膜モジュールには、原溶液が供給され、
二段目以降の各段の逆浸透膜モジュールには、それより
前段の逆浸透膜モジュールから排出される濃縮液が供給
されることが好ましい。

【００３７】このような配置としては、例えば、第一段
目のモジュールに原溶液を供給し、これから排出された
濃縮液を二段目のモジュールに供給し、前記二段目のモ
ジュールから排出された濃縮液を三段目のモジュールに
供給し、これ以降の段のモジュールに対しても、順次濃
縮液を供給していくというような直列的な配置がある。
ただし、この場合、後段になるに従い濃縮液の濃度が高
くなり、得られる透過液の精製度も低下してくるため、
段数は、通常、２段〜３段である。この他に、第一段目
のモジュールに原溶液を供給し、これらから排出される
濃縮液を２つ以上のモジュールにそれぞれ供給し、これ
らから排出される濃縮液をさらに２つ以上のモジュール
に供給するような並列的な配置を組み合わせてもよい。
なお、本発明の装置において、逆浸透膜モジュールの段
数は、装置の規模、使用目的および処理対象溶液の種類
等により適宜決定される。

【００３８】これら直列的または並列的な配置におい
て、各モジュールから透過液を回収することができる
が、つぎに述べるように、最終段のモジュールに透過液
を供給し、この最終段のモジュールで溶液分離を再度行
って、その透過液を回収することもできる。

【００３９】つぎに、圧力エネルギー回収のために使用
されるタービンとしては、先に述べたように、通常、ペ
ルトン形、逆転ポンプ形（フランシス形）、ターボチャ
ージャー形等が使用できる。

【００４０】前記ペルトン形タービンは、通常、高圧、
小容量、低流量の場合でも効率が高く、そのタービン効
率は、８０％以上である。このタービンは、ブレーキ作
用がないためポンプ等と最初から直結したまま始動で
き、運転が容易である。

【００４１】つぎに、前記逆転ポンプ形タービンは、通
常、少容量ではペルトン形に比べ効率が低いが、容量が
大きくなるに従い効率が向上し、そのタービン効率は、
７５％前後である。このタービンは、流量が少ない場
合、ブレーキ作用があるため、ポンプ等の起動時におい
て、モーターまたはポンプと切り離しておき、前記ター
ビンが一定回転になったところでクラッチ等を介してモ
ーター等と連結する必要がある。規模が大きくない場合
は、運転操作を簡単にするために、タービンの容量を小
さくし、最初から前記タービンとモーター等とを直結で
きる。また、圧力エネルギー回収後の溶液の排水は、タ
ービン吐き出し圧力を維持できるので、そのまま放流水
槽への圧送が可能である。

【００４２】つぎに、前記ターボチャージャー形タービ
ンは、通常、濃縮液の圧力エネルギーをポンプ（ターボ
チャージャー）によって圧力に変換してから、ポンプの
吐出圧を上昇させるのに使用される。したがって、ポン
プと前記タービンの回転数が一致する必要がなく、ま
た、ブレーキ作用を生じることも少ない。

【００４３】なお、前記タービンの種類は、特に制限さ
れず、処理対象となる溶液の種類、溶液分離装置の規模
や配置等に応じ、適宜決定される。

【００４４】本発明の装置は、逆浸透膜モジュール等の
他に、他の装置を備えてもよい。このような装置として
は、前述のスケール防止剤添加装置およびｐＨ調整装置
の他に、前処理ユニットがある。これにより、例えば、
分離を行う原溶液から有機物、無機物、懸濁物質等を除
去したり殺菌等を行うことができる。前記前処理ユニッ
トにおける処理手段としては、例えば、凝集剤、ｐＨ調
整剤、還元剤、殺菌剤等の試薬の添加手段または先に述
べたろ過による除去手段等が採用できる。また、これら
の手段を組み合わせて処理してもよい。前記各種試薬の
添加量は、処理対象となる溶液の種類や用途に応じ適宜
決定され、溶液分離装置に支障をきたさない範囲であれ
ば、特に制限されない。前記前処理ユニットにおける原
溶液の前処理は、例えば、海水の淡水化の場合、以下に
示すように行うことができる。すなわち、まず、沈殿池
に海水を供給し、ごみや粒子等を沈殿分離する。そし
て、殺菌剤等の添加により殺菌を行った後、凝集剤を添
加して砂ろ過を行う。得られたろ液を貯槽に溜め、ｐＨ
の調整や還元剤添加による殺菌剤の消去等を行い、処理
後の溶液をフィルターろ過した後、このろ液をモジュー
ルに供給する。前記前処理の方法は、処理対象となる溶
液の種類や用途に応じ、適宜決定される。

【００４５】本発明の溶液分離装置において、その対象
となる溶液は、とくに制限されないが、前述のように、
この装置は高濃度溶液の分離に最適である。高濃度溶液
としては、例えば、海水、かん水、工業排水、ゴミの浸
出液、果汁等があげられる。この中で、本発明の装置
は、省エネルギーかつ低コストであることから、海水の
淡水化に使用することが最も好ましい。

【００４６】つぎに、本発明の溶液分離装置の二つの例
を図１、図２および図３に基づきそれぞれ説明する。

【００４７】まず、図１に示す装置は、第一のモジュー
ル４、第二のモジュール８および第三のモジュール１２
の３個のモジュールを有し、さらに原溶液を前処理する
前処理ユニット２を備える。前処理ユニット２には、処
理対象となる原溶液を導入するためのパイプ１が接続さ
れている。前処理ユニット２からは、前処理済みの原溶
液を排出するためのパイプ１７が導出され、その先端は
第一のモジュール４に接続されて、パイプ１７の途中に
は加圧ポンプ３が配置されている。第一のモジュール４
からは、濃縮液を排出するためのパイプ５が導出され、
その先端は第二のモジュール８に接続され、パイプ５の
途中には昇圧ポンプ７が配置されている。また、第一の
モジュール４からは、透過液を排出するためのパイプ６
が導出され、その先端は第三のモジュール１２に接続さ
れ、パイプ６の途中には、スケール防止剤添加装置１
５、ｐＨ調整装置１６および加圧ポンプ１１がこの順序
で配置されている。第二のモジュール８からは、透過液
を排出するためのパイプ１０が導出され、その先端は、
パイプ６のスケール防止剤添加装置１５の配置箇所より
上流部分に接続されている。また、第二のモジュール８
からは、濃縮液を排出するためのパイプ９が導出されて
いる。第三のモジュール１２からは、透過液を排出する
ためのパイプ１４と、濃縮水を返送するためのパイプ１
３とが導出されている。パイプ１３の先端は、パイプ１
７の加圧ポンプ３の配置箇所より上流部分に接続されて
いる。パイプ１４の先端は、透過液回収ユニット（図示
せず）に接続されている。

【００４８】この装置を用いた溶液分離は、例えば、つ
ぎのようにして行われる。まず、パイプ１により処理対
象の原溶液を前処理ユニット２に導入し、前記ろ過等に
よる前処理を行う。そして、前処理済みの原溶液を加圧
ポンプ３で加圧してパイプ１７により第一のモジュール
４へ送る。この時の圧力は、通常、５〜７ＭＰａの範囲
であり、好ましくは５〜６ＭＰａの範囲である。この第
一のモジュール４内で溶液分離が行われ、濃縮液と透過
液とに分離される。前記濃縮液は、昇圧ポンプ７で昇圧
されパイプ５を通して第二のモジュール８に送られ、こ
こで再度溶液分離され、濃縮液と透過液に分離される。
この第一のモジュール４から第二のモジュール８への濃
縮液の移送において、前記濃縮液は、圧力を持っている
ため、昇圧装置で圧力を補ってやればよく、ここに加圧
ポンプを用いる必要はない。第二のモジュール８への濃
縮液の移送圧力は、前記圧力範囲と同様である。第二の
モジュール８の濃縮液は、パイプ９を通して装置外に排
出される。他方、第一のモジュール４の透過液は、パイ
プ６を通り、スケール防止剤添加装置１５およびｐＨ調
整装置１６によってスケール防止剤の添加およびｐＨの
調整を受け、さらに加圧ポンプ１１により加圧されて、
第三のモジュール１２に送られる。また、第二のモジュ
ール８の透過液は、パイプ１０およびパイプ６を通り、
第三のモジュール１２に送られる。この際、前記同様
に、スケール防止剤の添加およびｐＨの調整を受け、さ
らに加圧される。第三のモジュール１２へ透過液を移送
する際の圧力条件は、前記と同様である。そして、第三
のモジュール１２で溶液分離が行われ、濃縮液と透過液
とに分離され、透過液は、パイプ１４を通って透過液回
収ユニットにより回収される。また、前記第三のモジュ
ール１２の濃縮液は、パイプ１３を通り、パイプ１７の
加圧ポンプ３の上流に返送され、前記処理済みの原溶液
と混合された状態で再度加圧されて第一のモジュール４
に送られ溶液分離される。この第三のモジュール１２の
濃縮液を第一のモジュール４に返送することにより、先
に述べた希釈効果を得ることができ、これによっても省
エネルギーおよび低コスト化を図ることができる。な
お、第三のモジュール１２の濃縮液を、第二のモジュー
ル８に返送してもよいが、希釈効果の効率性から、第一
のモジュール４に返送することが好ましい。

【００４９】図１に示す装置において、原溶液が海水の
場合、得られる透過液（淡水）の塩濃度は、通常、１０
０〜２００ｐｐｍであり、また、透過水量は、４０体積
％の回収率で、通常、８０〜９０ｍ³／日である。ま
た、操作圧力は、前記の通りであり、この場合の消費電
力量は、通常、１１〜１４ｋＷであり、従来の海水淡水
化プラントの消費電力１８〜２２ｋＷと比較して充分に
低い。

【００５０】つぎに、図２に示す装置は、図１に示す装
置においてさらにエネルギー回収装置を備え、その他の
構成は、図１に示す装置と同じである。なお、図２にお
いて、図１と同一部分には同一の符号を付している。図
示のように、この装置では、第二のモジュール８から濃
縮液を排出するためのパイプ９の途中に、エネルギー回
収装置１８が配置されている。第二のモジュール８から
排出される濃縮液には、圧力エネルギーが多く残存して
おり、これをエネルギー回収装置１８で回収し、矢印１
９で示すように、パイプ５の途中に配置された昇圧ポン
プ７に供給される。このエネルギー回収装置１８として
エネルギー回収タービンを用い、これを前記昇圧ポンプ
７に連結した例を図３に示す。

【００５１】図示のように、パイプ９の途中に、エネル
ギー回収タービン１８ａが配置され、この軸が、ブース
タポンプ（昇圧ポンプ）７ａを駆動するためのブースタ
ポンプモーター７ｂのモーター軸とクラッチ２０を介し
て連結している。前記エネルギー回収タービン１８ａ
は、逆転ポンプ形である。なお、パイプ５は、第一のモ
ジュール４からの濃縮液を排出するためのパイプであ
る。

【００５２】つぎに、図２に示す装置を用いた溶液分離
は、基本的には、図１に示す装置と同様に行われるが、
第二のモジュール８から排出される濃縮液の圧力エネル
ギーが回収され、これが再利用される点が異なる。この
点について、図３に基づき説明する。図示のように、第
二のモジュール８から排出される濃縮液は、パイプ９を
通り、この途中に配置されているエネルギー回収タービ
ン１８ａを回転させる。この回転が一定以上になった段
階でクラッチ２０をつなぎ、タービン軸により、ブース
ターポンプ７ｂのモーター軸に回転を伝える。この結
果、モーター７ｂの軸動力が補われ、これにより、低軸
動力でブースターポンプ７ａを駆動でき、これに要する
エネルギーが節約される。クラッチにつなぐ際の回転数
は、ポンプの大きさ等により適宜決定される。なお、先
に述べた各種タービンを使用した場合も、ブースターポ
ンプの軸動力を補うことができ、同様の効果が得られ
る。

【００５３】図２および図３に示す装置において、原溶
液が海水の場合、得られる透過液（淡水）の塩濃度は、
通常、１００〜２００ｐｐｍであり、また、透過水量
は、４０体積％の回収率で、通常、８０〜９０ｍ³／日
である。また、操作圧力は、前記の通りである。この場
合の消費電力量は、通常、８．８〜１１．２ｋＷであ
り、図１に示す装置に要する消費電力量よりもさらに低
い。このように、この装置では、前記エネルギー回収装
置を有することにより、通常、図１に示す装置と比較し
消費電力量を約２０％節約することが可能である。した
がって、この装置を用いれば、さらに低いコストで効率
よく海水を淡水化することができる。

【００５４】

【実施例】つぎに、本発明の実施例について比較例と併
せて説明する。

【００５５】（実施例１）図１に示す構成の装置におい
て、第一および第二の逆浸透膜モジュールとして、製品
名：ＥＳ２０−Ｄ８（日東電工社製）を使用し、第三の
逆浸透膜モジュールとして製品名：ＥＳ２０−Ｄ４（日
東電工社製）を用いた。これらのモジュールは、供給液
０．０５重量％食塩水、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件
での透過流束が、０．５ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日以上であ
り、供給液０．０５重量％食塩水、０．５ＭＰａ、温度
２５℃、ｐＨ６．５の条件で３０分運転した後の塩阻止
率が９９．８％以上である。また、これらのモジュール
の逆浸透膜は、架橋芳香族ポリアミドスキン層を用い、
その平均表面粗さは８０ｎｍである。

【００５６】まず、この装置の前処理ユニット２で、海
水の前処理として海水に凝集剤を添加してから凝集砂ろ
過を行った。得られた前処理済みの海水を、４．５ＭＰ
ａに加圧して第一のモジュール４に送り、第一のモジュ
ール４から排出される濃縮液を５．１ＭＰａに昇圧し
て、第二のモジュール８に送った。そして、第一のモジ
ュール４の透過液および第二のモジュール８の透過液を
第三のモジュール１２に送り、このモジュール１２から
の透過液を回収した。なお、第二のモジュール８の濃縮
液は装置外に排出した。また、第三のモジュール１２の
濃縮液は、第一のモジュール２に返送した。

【００５７】前記回収した透過液（淡水）の塩濃度は１
５０ｐｐｍであり、飲料水および産業用水として充分に
使用できるものであった。また、透過水量は、９０ｍ³
／日であり、海水に対する透過液（淡水）の回収率は４
０体積％で、運転開始２０００時間経過後でも透過水量
の低下は見られなかった。また、この時の消費電力は、
１３ｋＷであり、省エネルギーかつ低コストで多量の海
水の淡水化を行うことができたといえる。

【００５８】（実施例２）図２および図３に示す構成の
溶液分離装置を用いて海水の淡水化を行った。なお、第
一、第二および第三の逆浸透膜モジュールは、実施例１
と同じモジュールを使用した。

【００５９】まず、この装置の前処理ユニット２で、海
水の前処理として海水に凝集剤を添加してから凝集砂ろ
過を行った。得られた前処理済みの海水を、４．５ＭＰ
ａに加圧して第一のモジュール４に送り、第一のモジュ
ール４から排出される濃縮液を５．１ＭＰａに昇圧し
て、第二のモジュール８に送った。そして、第一のモジ
ュール４の透過液および第二のモジュール８の透過液を
第三のモジュール１２に送り、このモジュール１２から
の透過液を回収した。第三のモジュール１２の濃縮液
は、第一のモジュール４に返送した。また、この装置に
おいて、圧力エネルギーの回収は、つぎのようにして行
った。まず、この装置の起動時（加圧ポンプ３、１１お
よびブースターポンプモーター７ｂの起動時）におい
て、クラッチ２０は、離した状態とした。この状態で、
第二のモジュール８から排出される濃縮液を、パイプ９
を通してエネルギー回収タービン１８ａに送液し、これ
を回転させた。そして、所要の回転数となった段階でク
ラッチ２０をつなぎ、タービン軸により、ブースターポ
ンプモーター７ｂのモーター軸にその回転を伝えた。こ
れにより、前記モーター７ｂの軸動力を補い、ブースタ
ーポンプ７ａを駆動させた。なお、前記タービン１８ａ
を回転させた後の濃縮液は、装置外に排出した。

【００６０】この装置により得られた透過液の塩濃度は
１５０ｐｐｍであり、飲料水および産業用水として充分
に使用できるものであった。また、透過水量は、９０ｍ
³／日であり、海水に対する透過液（淡水）の回収率は
４０体積％で、運転開始２０００時間経過後でも透過水
量の低下は見られなかった。また、この時の消費電力
は、１１ｋＷであり、実施例１の装置に比べ、より省エ
ネルギーかつ低コストで多量の海水の淡水化を行うこと
ができたといえる。

【００６１】（比較例１）一段の逆浸透膜モジュールの
みで海水の淡水化を行った。用いた逆浸透膜モジュール
は、製品名：ＮＴＲ−７０ＳＷＣ−Ｓ８（日東電工社
製）であり、このモジュールは、供給液０．０５重量％
食塩水、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件での透過流束
が、０．４ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日以上であり、供給液
０．０５重量％食塩水、０．５ＭＰａ、温度２５℃、ｐ
Ｈ６．５で３０分間運転した後の塩阻止率が９９％以上
である。

【００６２】そして、実施例１と同様に前処理を行った
海水を、６．０ＭＰａに加圧して前記逆浸透膜モジュー
ルに供給し、回収率４０％で溶液分離を行い、透過液を
回収した。その結果、前記透過液の塩濃度は１５０ｐｐ
ｍであり、透過液量は９０ｍ ³／日であった。

【００６３】このように、一段の逆浸透膜モジュールで
海水の淡水化を行った場合、回収率４０％で運転するた
めには、６ＭＰａの高圧を必要とし、消費電力も、２２
ｋＷと大きかった。なお、このモジュールにおいて、運
転開始２０００時間経過後において、透過水量の低下は
見られなかった。

【００６４】（比較例２）実施例１と同じ逆浸透膜モジ
ュール（ＥＳ２０−Ｄ８）を一つ用いて、海水の淡水化
を行った。すなわち、実施例１と同じ前処理を行った海
水を、４．５ＭＰａに加圧して前記モジュールに送って
回収率４０％で溶液分離を行い、透過液を回収した。

【００６５】その結果、前記記透過液の塩濃度は４００
ｐｐｍであり、透過液量は９０ｍ³／日であり、消費電
力は１３ｋＷであった。

【００６６】（比較例３）ＥＳ２０−Ｄ８およびＥＳ２
０−Ｄ４に代えて、本発明の所定の条件外の逆浸透膜モ
ジュールを、第一、第二および第三のモジュールとして
用いた以外は、実施例１と同様にして海水の淡水化を行
った。前記逆浸透膜モジュールは、供給液０．０５重量
％食塩水、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件での透過流束
が０．４ｍ ³／ｍ²／ＭＰａ／日であり、供給液０．０５
重量％食塩水、０．５ＭＰａ、温度２５℃、ｐＨ６．５
の条件で３０分間運転した後の塩阻止率が、９９．７％
のものである。

【００６７】その結果、前記透過液の塩濃度は，１７０
ｐｐｍであり、透過液量は，９０ｍ ³／日であり、消費
電力は、１８ｋＷであった。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明の溶液分離装置
は、低圧力で操作しても透過液量の多い逆浸透膜モジュ
ールを多段に配置することにより、溶液の分離を、低エ
ネルギーかつ低コストで効率良く行うことができる。ま
た、エネルギー回収装置を使用して圧力エネルギーを再
利用すれば、さらに低エネルギー、低コスト化を図るこ
とができる。このため、例えば、本発明の装置を、海水
の淡水化に利用すれば、飲料水や産業用水等を低コスト
で多量に供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶液分離装置の一実施例の構成図であ
る。

【図２】本発明の溶液分離装置のその他の実施例の構成
図である。

【図３】前記実施例のエネルギー回収装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１、５、６、９、１０、１３、１４、１７パイプ２前処理ユニット３、１１加圧ポンプ４第一の逆浸透膜モジュール７昇圧ポンプ７ａブースターポンプ７ｂブースターポンプモーター８第二の逆浸透膜モジュール１２第三の逆浸透膜モジュール１５スケール防止剤添加装置１６ｐＨ調整装置１８圧力エネルギー回収装置１８ａエネルギー回収タービン１９回収した圧力エネルギーの流れを示す矢印２０クラッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】逆浸透膜モジュールが多段に配置され、
前記逆浸透膜モジュールが、下記の透過流束および塩阻
止率を有する溶液分離装置。透過流束：供給液０．０５
重量％食塩水、温度２５℃、ｐＨ６．５の条件での透過
流束が０．５ｍ³／ｍ²／ＭＰａ／日以上。塩阻止率：供
給液０．０５重量％食塩水、０．５ＭＰａ、温度２５
℃、ｐＨ６．５の条件で３０分運転した後の塩阻止率が
９９％以上。
【請求項２】第一段目の逆浸透膜モジュールには、原
溶液が供給され、二段目以降の各段の逆浸透膜モジュー
ルには、それより前段の逆浸透膜モジュールから排出さ
れる濃縮液が供給される請求項１記載の装置。
【請求項３】最終段の逆浸透膜モジュールに、これよ
り前段の逆浸透膜モジュールから排出される透過液が供
給される請求項１または２記載の装置。
【請求項４】第一の逆浸透膜モジュール、第二の逆浸
透膜モジュールおよび第三の逆浸透膜モジュールを有
し、前記第一の逆浸透膜モジュールには、原溶液が供給
され、前記第二の逆浸透膜モジュールには、前記第一の
逆浸透膜モジュールから排出される濃縮液が供給され、
前記第三の逆浸透膜モジュールには、前記第一および第
二の逆浸透膜モジュールから排出される透過液が供給さ
れる請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】最終段の逆浸透膜モジュールから排出さ
れる濃縮液が、これより前段に位置する逆浸透膜モジュ
ールに供給される請求項３または４記載の装置。
【請求項６】逆浸透膜モジュールから排出される濃縮
液を、これより後段の逆浸透膜モジュールに送液する際
の前記濃縮液の圧力を上げるための昇圧手段を備える請
求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】逆浸透膜モジュールから排出され、かつ
その他の逆浸透膜モジュールに供給されない濃縮液の圧
力エネルギーを回収し、これを逆浸透膜モジュールへの
供給液に供給する手段を備える請求項２〜６のいずれか
一項に記載の装置。
【請求項８】回収された圧力エネルギーを、昇圧手段
を介して供給液に供給する請求項７記載の装置。
【請求項９】逆浸透膜モジュールへの供給液に圧力を
加えるための加圧手段を備え、回収された圧力エネルギ
ーを、前記加圧手段を介して前記供給液に供給する請求
項７記載の装置。
【請求項１０】最終段の逆浸透膜モジュールに送液さ
れる透過液に対するｐＨ調整手段およびスケール防止剤
添加手段の少なくとも一つの手段を備える請求項３〜９
のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】原溶液に対するろ過手段を備え、第一
段目の逆浸透膜モジュールには、前記ろ過手段によりろ
過された原溶液が供給される請求項２〜１０のいずれか
一項に記載の装置。
【請求項１２】原溶液に対する最終段の逆浸透膜モジ
ュールから排出される透過液の割合が４０体積％以上で
ある請求項３〜１１のいずれか一項記載の装置。
【請求項１３】逆浸透膜モジュールを構成する逆浸透
膜が、多孔質支持層の上に架橋芳香族ポリアミドスキン
層が形成されている複合膜である請求項１〜１２のいず
れか一項記載の装置。
【請求項１４】架橋芳香族ポリアミドスキン層の下記
式（数１）により定義される平均表面粗さが、５５ｎｍ
以上である請求項１３記載の装置。【数１】