JP4518435B1 - 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、
無機性廃水を沈殿分離して得られる上澄水たる沈殿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
無機性廃水を沈殿分離して得られる上澄水たる沈殿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。
無機性廃水を沈殿分離して沈殿処理水を得、更に、砂ろ過手段、精密ろ過膜及び限外ろ過膜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沈殿処理部と、該濃縮水たる沈殿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、無機性廃水Bを沈殿分離(「沈殿処理」ともいう。)して上澄水たる沈殿処理水と固形物質を多く含む濃縮水Dとを得る沈殿処理部3と、該沈殿処理部3より得られる上澄水たる沈殿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、無機性廃水Bを沈殿処理部3に、沈殿処理水を混合水処理部2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。
また、無機性廃水Bは、海水よりも塩濃度が低い水である。無機性廃水Bは、例えば、海水Aの塩濃度に対する無機性廃水Bの塩濃度の比が0.1以下のもの、より具体的には、海水Aの塩濃度に対する無機性廃水Bの塩濃度の比が0.01以下のものである。
無機性廃水Bとしては、工業廃水(鉄鋼工場、化学工場、電子産業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、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前記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、沈殿処理部3より得られる沈殿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、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、無機性廃水を沈殿分離して得られる上澄水たる沈殿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。
本実施形態の海水淡水化装置は、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は、該スケール防止薬液が、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2に示すように、海水と希釈水としての第4濃縮水たる沈殿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。
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3に示すように、海水と希釈水としての第3透過水たる沈殿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透過水たる沈殿処理水とを混合して混合水を生成する。また、図4に示すように、沈殿処理水を第2除濁装置32でろ過処理せずに希釈水とし、海水と希釈水としての沈殿処理水とを混合して混合水を生成し、混合水を第3除濁装置10を用いてろ過処理してもよい。
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沈殿処理水が、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。
尚、第2除濁装置23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は、混合水が第1ポンプ24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24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は、このように構成されてなることにより、第1ポンプ24の動力を抑制することができるという利点がある。
図5に示すように、無機性廃水としての鉄鋼廃水たる希釈水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(MPa)、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6に示す。
尚、表1における単位動力比とは、無機性廃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7に示す海水淡水化装置を用い以下のようにして鉄鋼廃水を凝集沈殿して得られた上澄水たる沈殿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で無機性廃水Bとしての鉄鋼廃水を沈殿処理部3に移送し、該鉄鋼廃水を沈殿処理部3の沈殿分離槽31内で沈殿分離して上澄水たる沈殿処理水を生成し、該沈殿処理水を精密ろ過膜を有する第2除濁装置32に移送し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及び濃縮水たる沈殿処理水を得た。浄化水Eは、70,000トン/dで得られ、該濃縮水たる沈殿処理水は、30,000トン/dで得られた。
次ぎに、該浄化水Eを回収し、該濃縮水たる沈殿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、前記濃縮水たる沈殿処理水を希釈水として海水Aに混合して混合水(塩濃度:1.93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、34,800トン/dで得られ、該濃縮水Dは、25,200トン/dで得られた。
従って、浄化水(淡水Cも含む)は、104,800トン/dで得られた。
比較例2では、図8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で無機性廃水Bとしての鉄鋼廃水を沈殿分離槽7に移送し、該下水を沈殿分離槽7内で沈殿分離して上澄水たる沈殿処理水Hを生成した。この沈殿処理水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 (5)
- 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、
無機性廃水を沈殿分離して沈殿処理水を得、更に、砂ろ過手段、精密ろ過膜及び限外ろ過膜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と、該濃縮水たる沈殿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。 - 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、砂ろ過手段、精密ろ過膜及び限外ろ過膜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又は2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、
無機性廃水を沈殿分離して沈殿処理水を得、更に、砂ろ過手段、精密ろ過膜及び限外ろ過膜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沈殿処理部と、該濃縮水たる沈殿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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