JP2010149100A - 海水淡水化方法および海水淡水化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理工程とを実施して海水を淡水化することを特徴とする海水淡水化方法を提供することにある。
【選択図】 図1
Description
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理工程とを実施して海水を淡水化することを特徴とする海水淡水化方法にある。
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合し、該混合により得られた混合水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理部を備えてなることを特徴とする海水淡水化装置にある。
本実施形態の海水淡水化装置1は、図1に示すように、有機性廃水Bを生物種により生物処理する生物処理部3と、該生物処理部3より得られる生物処理水を希釈水として海水Aに混合し該混合により得られた混合水を第1逆浸透膜装置23に供給してろ過処理し透過水たる淡水Cと濃縮水Dとを得る混合水処理部2と、前記生物処理部3で生物処理により増殖した生物種を発酵させてメタンを得るメタン発酵部4とを備えてなる。
また、本実施形態の海水淡水化装置1は、海水Aを混合水処理部2に、有機性廃水Bを生物処理部3に、生物処理水を混合水処理部2に、増殖した生物種をメタン発酵部4に、前記濃縮水Dを濃縮水貯留槽(図示せず)に移送するように構成されてなる。
さらに、本実施形態の海水淡水化装置1は、前記透過水たる淡水Cを回収するように構成されてなる。
本明細書において、海水Aは、海に存在する水に限定されず、塩濃度が1.0質量%以上の水であれば、湖(塩湖、汽水湖)の水、沼水、池水等の陸に存在する水も含む。
有機性廃水Bとしては、下水(生活廃水や雨水が下水道に流れた水等)や、工業廃水(食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場から排出される廃水)等が挙げられる。
また、混合水処理部2は、該混合により得られた混合水を生物処理する第1生物処理槽21と、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有し且つ第1生物処理槽21で生物処理された混合水をろ過処理により除濁して第1透過水及び第1濃縮水を得る第1除濁装置22と、第1透過水たる混合水をろ過処理して第2透過水たる淡水C及び第2濃縮水を得る第1逆浸透膜装置23とを備えてなる。
また、混合水処理部2は、生物処理部3より得られる生物処理水を希釈水として海水に混合し該混合により得られた混合水を第1生物処理槽21に移送して第1生物処理槽21により生物処理し、該生物処理された混合水を第1除濁装置22に移送して第1除濁装置22によりろ過処理し第1透過水及び第1濃縮水を得、第1濃縮水を濃縮水貯留槽(図示せず)に移送し、第1透過水たる混合水を第1逆浸透膜装置23に移送して第1逆浸透膜装置23によりろ過処理し第2透過水たる淡水C及び第2濃縮水を得るように構成されてなる。
尚、本明細書に於いて、除濁とは逆浸透膜ろ過よりも粗いろ過、即ち、逆浸透膜装置でろ過処理する前に実施され、逆浸透膜で分離するよりも粗い不純物(例えば、固形物質等)を除去することを意味する。
前記スケール防止剤としては、例えば、カルボン酸重合物、カルボン酸重合物配合品、ホスホン酸塩等が挙げられる。
前記膜洗浄剤は、特に限定されるものではないが、該膜洗浄剤としては、例えば、酸、アルカリ、酸化剤、キレート剤、界面活性剤等の薬品が挙げられる。酸としては、例えば、有機酸(クエン酸、シュウ酸等)、無機酸(塩酸、硫酸、硝酸等)が挙げられる。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム等が挙げられる。酸化剤としては、例えば、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム等が挙げられる。
また、該膜洗浄薬液としては、2種以上の膜洗浄剤が混合された混合液(例えば、水酸化ナトリウムと界面活性剤とが混合されたもの)も用いることができる。
尚、本実施形態の該第2逆浸透膜装置33のRO膜には、ナノろ過膜(NF膜)も含まれる。
また、本実施形態の海水淡水化装置1は、膜洗浄剤が酸化剤の場合には、必要に応じて、使用済み膜洗浄薬液と第3濃縮水とが混合され且つ脱水され、脱水により生成された固形物質が第3濃縮水としてメタン発酵部4に移送され、脱水により生成された水溶液(脱離液)が生物処理水として第2生物処理槽31に移送されるように構成されてなる。
本実施形態の海水淡水化装置1は、蒸気発電部で生成される蒸気等の廃熱により、生物処理槽内の生物処理水が昇温されるように構成されてなる。また、本実施形態の海水淡水化装置1は、該廃熱により、膜処理されるために膜装置に移送される被処理水が昇温されるように構成されてなる。
また、濃度差発電部5は、第3透過水を収容する第3透過水収容部52と第2濃縮水を収容する第2濃縮水収容部53とを備えてなる。
尚、濃度差発電部5は、第3透過水に代えて、浄化水Eあるいは淡水Cを用いて発電するように構成されてもよい。即ち、濃度差発電部5は、第3透過水収容部52の代わりに、浄化水Eを収容する浄化水収容部あるいは淡水Cを収容する淡水収容部を備えてもよい。この場合、本実施形態の海水淡水化装置1は、浄化水Eあるいは淡水Cを濃度差発電部5に移送するように構成されてなる。
本実施形態の海水淡水化方法は、有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合水を逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理工程とを実施して海水を淡水化する方法である。
また、本実施形態の海水淡水化装置1は、前記蒸気発電部を備え、該蒸気発電部で生成される蒸気等の廃熱により、生物処理槽内の生物処理水が昇温されるように構成されてなることにより、特に冬期のように気温が低く活性汚泥における生物種の活性が低下している場合に、生物種の活性が高い温度に生物処理槽内の生物処理水を昇温することができるため、得られたエネルギーを有効利用しつつ、より一層効率よく浄化水を回収し得るという利点もある。
さらに、本実施形態の海水淡水化装置1は、前記蒸気発電部を備え、該蒸気発電部で生成される蒸気等の廃熱により、該廃熱により、膜処理されるために膜装置に移送される被処理水が昇温されるように構成されてなることにより、該被処理水の粘度が低下されて該被処理水の透過流束が上がりやすくなるため、より一層効率よく浄化水を回収し得るという利点もある。
また、本実施形態の海水淡水化装置1は、膜洗浄剤が酸化剤の場合には、使用済み膜洗浄薬液と第3濃縮水とが混合され且つ脱水され、脱水により生成された固形物質が第3濃縮水としてメタン発酵部4に移送され、脱水により生成された水溶液(脱離液)が生物処理水として第2生物処理槽31に移送されるように構成されてなることにより、酸化剤によって生物種を死滅させてしまうことを抑制しつつ、使用済み膜洗浄薬液内に含まれる有機物を生物処理槽内で分解させることができ、該使用済み膜洗浄薬液の有機物を別途分解させる必要がなくなるという利点がある。
また、本実施形態の海水淡水化装置は、第1除濁装置22が第1生物処理槽21外に設置されるタイプのものであるが、第1除濁装置22が第1生物処理槽21の液面下に浸漬膜として設置されるタイプのものであってもよい。
本実施形態の海水淡水化装置1は、このように構成されてなることにより、前記スケール防止剤が逆浸透膜を透過し難いため、第2逆浸透膜装置33で使用されたスケール防止薬液を第1逆浸透膜装置23でも利用でき、また、スケール防止薬液を供給するための動力も抑制することができるため、より一層効率良く浄化水を回収し得るという利点がある。
また、この場合には、本発明の海水淡水化装置1は、第4濃縮水として第2逆浸透膜装置33から排出されたスケール防止薬液が、第1生物処理槽21や第1除濁装置22を介して第1逆浸透膜装置23に供給されるように構成されてもよく、該スケール防止薬液が、第1生物処理槽21や第1除濁装置22を介さずに直接第1逆浸透膜装置23に供給されるように構成されてもよい。特に、本発明の海水淡水化装置1は、該スケール防止薬液が、第1生物処理槽21や第1除濁装置22を介さずに直接第1逆浸透膜装置23に供給されるように構成されてなることにより、該スケール防止薬液が、第1生物処理槽21や第1除濁装置22で希釈されてしまうことが抑制され、第1逆浸透膜装置23にスケール防止薬液が効率良く供給されるため、より一層効率良く浄化水を回収し得るという利点がある。
このような態様の場合、本発明の海水淡水化方法は、好ましくは、図3、4に示すように、海水と希釈水としての第4濃縮水たる生物処理水とを混合する前に、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有する第3除濁装置10を用いて海水をろ過処理して第5透過水と第5濃縮水を得、第5透過水たる海水と希釈水とを混合して混合水を生成する。
斯かる海水淡水化方法によれば、より一層純度の高い淡水を得ることができるという利点がある。また、希釈水としての生物処理水がろ過処理された場合には該希釈水に含まれる固形物質濃度が小さくなり、また、希釈水に混合される海水に含まれる固形物質濃度が抑制されているので、より一層効率良く淡水を得ることができるという利点がある。
また、本発明の海水淡水化方法は、第1濃縮水と同様な濃縮水として第5濃縮水を扱うことができる。
このような態様の場合、本発明の海水淡水化方法は、好ましくは、図5、6に示すように、海水と希釈水としての第3透過水たる生物処理水とを混合する前に、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れかを有する第3除濁装置10を用いて海水をろ過処理し、該第3除濁装置10を用いてろ過処理された海水と希釈水としての第3透過水たる生物処理水を混合して混合水を生成する。
また、第1除濁装置22は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過が1段で行われるように構成されてもよく、砂ろ過が2段以上で行われるように構成されてもよい。
尚、砂ろ過の段とは、砂ろ過器が直列に接続された台数を意味する。
また、第1除濁装置22は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過されたろ過処理された混合水が、更に、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れか一方によりろ過処理されるように構成されてもよい。
尚、第1除濁装置22が砂ろ過である場合は、砂ろ過層を洗浄するための洗浄手段(図示せず)が備えられてなる。
また、第2除濁装置32は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過が1段で行われるように構成されてもよく、砂ろ過が2段以上で行われるように構成されてもよい。
また、第2除濁装置32は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過されたろ過処理された生物処理水が、更に、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れか一方によりろ過処理されるように構成されてもよい。
また、本実施形態では、第2除濁装置32は、生物処理水が沈殿池で固液分離され該固液分離された生物処理水が精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れか一方によりろ過処理されるように構成されてもよい。
尚、第2除濁装置32が砂ろ過である場合は、砂ろ過層を洗浄するための洗浄手段(図示せず)が備えられてなる。
また、第3除濁装置10は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過が1段で行われるように構成されてもよく、砂ろ過が2段以上で行われるように構成されてもよい。
また、第3除濁装置10は、砂ろ過が行われる態様の場合、砂ろ過されたろ過処理された海水が、更に、精密ろ過膜(MF膜)及び限外ろ過膜(UF膜)の少なくとも何れか一方によりろ過処理されるように構成されてもよい。
尚、第3除濁装置10が砂ろ過である場合は、砂ろ過層を洗浄するための洗浄手段(図示せず)が備えられてなる。
本実施形態の海水淡水化装置は、前記圧力変換装置を備える場合、第1逆浸透膜装置23から圧送された第2濃縮水が前記圧力変換装置に移送され、該圧力変換装置で用いられた第2濃縮水が濃縮水貯留槽に移送されるように構成されてなる。また、本実施形態の海水淡水化装置1は、混合水が第1ポンプを介する前に前記圧力変換装置に移送され、該圧力変換装置で圧力が得られた混合水が第1ポンプを介して第1逆浸透膜装置23に移送されるように構成されてなる。
本実施形態の海水淡水化装置1は、このように構成されてなることにより、第1ポンプの動力を抑制することができるという利点がある。
本実施形態の海水淡水化装置1は、前記可溶化手段を備えてなる場合、第3濃縮水が可溶化手段に移送され、該可溶化手段により可溶化された可溶化処理液たる第3濃縮水がメタン発酵部4に移送されるように構成されてなる。また、本実施形態の海水淡水化装置1は、薬剤により可溶化する場合、必要に応じて、可溶化処理液が中性付近にpH調整され(例えば、pH6〜8)、該pH調整された可溶化処理液たる第3濃縮水がメタン発酵部4に移送されるように構成されてなる。
本実施形態は、このように構成されてなることにより、前記可溶化手段によって生物種が分解されるため、該生物種が嫌気性微生物(メタン菌等)にとって分解されやすいものとなるという利点がある。
前記可溶化手段で用いられる薬剤としては、逆浸透膜等の膜の洗浄に使用された薬剤(アルカリ、酸、酸化剤)が好ましい。本実施形態に於いて、前記可溶化手段で用いられる薬剤が該洗浄に使用された薬剤であることにより、該使用された薬剤が別途無害化処理される必要性が抑制されるという利点がある。
本実施形態の海水淡水化装置1は、前記脱水機と前記焼却施設が備えられてなる場合、前記メタン発酵消化液が前記脱水機に移送され、前記脱水ケーキが前記焼却施設に移送され、前記脱離液が生物処理水として第2生物処理槽31に移送されるように構成されてなる。また、本実施形態の海水淡水化装置1は、前記可溶化手段を備え、前記可溶化手段で可溶化処理液たる第3濃縮水がメタン発酵部4に移送されるように構成されてなることが好ましい。本実施形態の海水淡水化装置1は、このように構成されてなることにより、生物種が前記可溶化手段により分解されて嫌気性微生物(メタン菌等)により分解されやすいものとなるため、嫌気性微生物による生物種の分解効率が向上する。従って、本実施形態の海水淡水化装置1は、前記メタン発酵消化液に含まれる固形分の量が抑制され、その結果、焼却施設で焼却すべき脱水ケーキの量が抑制されるため、焼却施設における焼却コストが抑制されるという利点がある。
本実施形態の海水淡水化装置1は、第2生物処理槽31内に前記担体35が配されてなる場合、担体35によって凝集され担体35から分離された活性汚泥たる凝集汚泥体が形成され、更に、該凝集汚泥体と有機性廃水とが混合されて生物処理水が生成されるように構成されてなる。また、本実施形態の海水淡水化装置1は、該第2生物処理槽31内を曝気する曝気手段36が備えられてなる。
本実施形態の海水淡水化装置1は、該担体35を備えてなることにより、活性汚泥が凝集されて沈降速度が高まる。従って、活性汚泥の沈降分離性が高まるため、生物処理水の膜分離性が向上するという利点がある。
前記支持部35bを構成する材料は、該付着体35aを支持するものであれば特に限定されるものではないが、該材料としては、例えば、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、炭素繊維等が挙げられる。
前記付着体35aを構成する材料は、前記活性汚泥が付着しやすいものであれば特に限定されるものではないが、該材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、炭素繊維等が挙げられる。
図8に示すように、有機性廃水Bとしての下水を生物処理した生物処理水たる希釈水Gと海水Aとを表1の量で混合し、該混合により得られた混合水を第1逆浸透膜装置23にポンプ24を介して供給してろ過処理し透過水たる淡水Cと濃縮水Dとを得た。ろ過処理時における第1ポンプ24から第1逆浸透膜装置23への混合水の供給圧力(ata)、第1ポンプ24の消費電力(W)、透過水たる淡水C及び濃縮水Dの量(L)を試算した。これらの試算結果を表1、図9に示す。
尚、表1における単位動力比とは、生物処理水で希釈していない海水Aをろ過処理するのに消費した透過水量当たりの電力を100とした時における各混合水の透過水量当たりの電力の比を示す。また、混合水の塩濃度の単位である%は、質量%を意味する。
実施例1
実施例1では、図10に示す海水淡水化装置を用い以下のようにして下水を生物処理した生物処理水を用いて海水A(塩濃度:3.5質量%)を淡水化した。
まず、100,000トン/dで有機性廃水Bとしての下水を生物処理部3に移送し、該下水を生物処理部3の第2生物処理槽31内で生物処理して生物処理水を生成し、該生物処理水を精密ろ過膜を有し且つ浸漬膜である第2除濁装置32を用いてろ過処理して透過水を得、該透過水を第2ポンプ34を介して第2逆浸透膜装置33に移送して第2逆浸透膜装置33を用いて透過水たる浄化水E及び濃縮水たる生物処理水を得た。浄化水Eは、70,000トン/dで得られ、該濃縮水たる生物処理水は、30,000トン/dで得られた。
次ぎに、該浄化水Eを回収し、該濃縮水たる生物処理水を希釈水として混合水処理部2に移送した。
そして、30,000トン/dで海水Aを混合水処理部2に移送し、前記濃縮水たる生物処理水を希釈水として海水Aに混合して混合水(塩濃度:1.8質量%)を得、該混合水を第1ポンプ24を介してを第1逆浸透膜装置23に移送して第1逆浸透膜装置23を用いて透過水たる淡水C及び濃縮水Dを得た。該淡水Cたる浄化水は、36,000トン/dで得られ、該濃縮水Dは、24,000トン/dで得られた。
従って、浄化水(淡水Cも含む)は、106,000トン/dで得られた。
比較例2では、図11に示す海水淡水化装置を用い以下のようにして海水A(塩濃度:3.5質量%)を淡水化した。
まず、100,000トン/dで有機性廃水Bとしての下水を生物処理槽7に移送し、該下水を生物処理槽7内で生物処理して生物処理水Hを生成した。この生物処理水Hは放流した。
そして、250,000トン/dで海水Aを第1ポンプ8を介してを逆浸透膜装置9に移送して逆浸透膜装置9を用いて透過水たる淡水I及び濃縮水Jを得た。該淡水Iたる浄化水は、100,000トン/dで得られ、該濃縮水は、150,000トン/dで得られた。
尚、得られた浄化水の量は、淡水の量も含めた量である。合計消費電力は、第1ポンプ及び第2ポンプを駆動するのに消費された電力とした(比較例1では、第2ポンプを使用していないため第1ポンプを駆動するのに消費された電力のみとした)。年間消費電力量は、年間の稼働時間を330×24時間として算出した。年間CO2排出量は、CO2排出原単位量を0.41kg−CO2/kWhとして算出した。
Claims (8)
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化する海水淡水化方法であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理工程とを実施して海水を淡水化することを特徴とする海水淡水化方法。 - 有機性廃水を生物処理して生物処理水を得、更に、精密ろ過膜、限外ろ過膜、及び砂ろ過手段の少なくとも何れかを有する除濁装置を用いてろ過処理し透過水を得、該透過水を逆浸透膜装置を用いたろ過処理により透過水たる浄化水と濃縮水とを得る廃水処理工程を実施し、前記混合工程では、前記濃縮水を前記希釈水として用いる請求項1記載の海水淡水化方法。
- 前記廃水処理工程では、生物処理するための生物処理槽内の液面下に前記除濁装置を浸漬膜として設置してろ過処理する請求項2記載の海水淡水化方法。
- 前記混合水処理工程では、逆浸透膜装置を用いてろ過処理する前に、精密ろ過膜、限外ろ過膜、及び砂ろ過手段の少なくとも何れかを有する除濁装置を用いて混合水をろ過処理する請求項1〜3の何れかに記載の海水淡水化方法。
- 前記混合水処理工程では、除濁装置を用いて混合水をろ過処理する前に、混合水を生物処理する請求項4記載の海水淡水化方法。
- 前記混合工程では、海水と希釈水との混合体積比を海水1に対して希釈水0.1以上とする請求項1〜5の何れかに記載の海水淡水化方法。
- 除濁装置を用いて海水をろ過処理し、前記混合工程では、該ろ過処理された海水と希釈水と混合する請求項1〜3の何れかに記載の海水淡水化方法。
- 逆浸透膜装置を用いたろ過処理によって海水を淡水化するように構成されてなる海水淡水化装置であって、
有機性廃水を生物処理して得られる生物処理水を希釈水として海水に混合し、該混合により得られた混合水を前記逆浸透膜装置に供給してろ過処理する混合水処理部を備えてなることを特徴とする海水淡水化装置。
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