JP2012130840A

JP2012130840A - 逆浸透処理装置

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Publication number: JP2012130840A
Application number: JP2010283593A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Kitamura; 光太郎北村; Masato Onishi; 真人大西; Kazutaka Suzuki; 一隆鈴木
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN104492270B; CN104492270A; WO2012086479A1; JP5597122B2; CN103313775B; CN103313775A

Abstract

【課題】逆浸透膜エレメントの交換を容易に行なうことができる逆浸透処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被処理水を一次処理する第１の圧力容器８０と、一次処理によって処理された被処理水を二次処理する第２の圧力容器８２と、を備え、第１の圧力容器８０内および第２の圧力容器内に、逆浸透膜２８を備える逆浸透膜エレメント２２を１個、あるいは、透過水が流れる集水配管３４により直列に複数接続して配置されており、第１の圧力容器８０内の逆浸透膜エレメント２２の数が、第２の圧力容器８２内の逆浸透膜エレメント２２の数と同じまたは少ないことを特徴とする逆浸透処理装置１０である。
【選択図】図５

Description

本発明は、逆浸透処理装置に係り、特に、エレメントの交換を容易に行なうことができる逆浸透処理装置に関する。

逆浸透膜（以下、ＲＯ（ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓ）膜）を使用した脱塩処理装置では、逆浸透圧を利用するため、図８に示すように、円筒状に構成された加圧容器２２４内に複数のＲＯ膜エレメント２２２を直列で配置し、ＲＯ膜エレメント２２２の中央にある集水配管２３４で各ＲＯ膜エレメント２２２が接続されている。供給水は、脱塩処理装置の一方から高圧ポンプにより供給され、濃縮水側に設置されたバルブの開度によって、加圧容器２２４内を加圧にする。加圧された圧力が、供給水の浸透圧を越えた場合に、ＲＯ膜を透過し、中央の集水配管２３４に脱塩水（透過水）が流れ込む。

加圧容器２２４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、加圧容器２２４内の圧力は最終的には最終段の塩濃度と透過水量、膜面の供給水流速によって加圧される圧力が決定される。したがって、加圧容器２２４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。例えばＲＯ膜エレメント２２２を７本直列で配置した場合のＲＯ膜エレメントの位置とＲｅｌａｔｉｖｅＦｌｕｘ（相対的流束）の関係を図９に示す。図９中のエレメント位置は、供給水側からの本数である。図９に示すように、供給水側の透過水量が多く、濃縮水側にいくにつれ、透過水量が下がることがわかる。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、供給水側において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、図９に示すように、加圧容器２２４内における透過水量が不均一であることにより、必要動力の増加、供給水側のＲＯ膜エレメントの汚染が進行する。

このような問題を解決するため、例えば、下記の特許文献１には、加圧容器内の中央部でＲＯ膜エレメントの接続部分に集水配管を閉塞するプラグと、この集水配管から前後に分かれた透過水を各々外部に排出する透過水ラインを設けた海水淡水化装置が記載されている。

特開２０１０−１７９２６４号公報

ＲＯ膜エレメントの交換を行なう場合、通常、最も汚れ易い供給水側のＲＯ膜エレメントを取り除き、濃縮水側に新たにＲＯ膜エレメントを追加することで交換を行なっている。しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、集水配管を閉塞するプラグを、ＲＯ膜エレメントの接続部に設けているため、このような方法で交換を行なうと、プラグの位置が変わってしまうため、行なうことができなかった。したがって、ＲＯ膜エレメントを、一度分解をしてプラグを付け直す必要があり、手間がかかっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＲＯ膜エレメントの交換を容易に行なうことができる逆浸透処理装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、被処理水を一次処理する第１の圧力容器と、前記一次処理によって処理された前記被処理水を二次処理する第２の圧力容器と、を備え、前記第１の圧力容器内および前記第２の圧力容器内に、逆浸透膜を備える逆浸透膜エレメントを１個、あるいは、透過水が流れる集水配管により直列に複数接続して配置されており、前記第１の圧力容器は、一方の端部に、被処理水を供給する導入管を、他方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、を備え、前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を導入する導入管と、他方の端部に、前記二次処理された前記被処理水を排出する第２の濃縮水排出管と、透過水を排出する第２の排出管と、を有し、前記第１の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数が、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数と同じまたは少ないことを特徴とする逆浸透処理装置を提供する。

複数の逆浸透膜エレメントを直列に接続し逆浸透処理を行った場合、被処理水の供給水側の逆浸透膜が汚れ易くなるため、供給水側の逆浸透膜エレメントを交換する頻度が多くなる。請求項１によれば、第１の圧力容器と第２の圧力容器とに分割することで、汚れ易い第１の圧力容器の逆浸透膜エレメントを交換することで作業できる。さらに、第１の圧力容器内の逆浸透膜エレメントの数を第２の圧力容器内の逆浸透膜エレメントの数と同じ、あるいは、少なくしているので、交換を容易に行なうことができる。また、汚れ難い第２の圧力容器内の逆浸透膜エレメントは交換する必要がないので、長期にわたり使用することができる。

請求項２は請求項１において、前記第１の圧力容器を複数備えることを特徴とする。

透過水は、逆浸透膜エレメントの供給水側から多くの流量が透過される。したがって、第２の圧力容器内に供給される被処理水は、第１の圧力容器に導入される被処理水より少なくなるため、複数の第１の圧力容器から排出された被処理水を、単一の第２の圧力容器で処理することができ、効率良く処理を行なうことができる。

請求項３は請求項１または２において、前記第１の圧力容器の前記第１の排出管に第１のバルブを備え、第１のバルブを調節することで、前記第１の圧力容器で処理される前記透過水の流量を調節することを特徴とする。

請求項３によれば、第１の圧力容器内の圧力を第１のバルブを用いて調節することで、透過水の流量を調節することができる。第１の圧力容器での透過水量を減らすことで、一次処理された被処理水の塩濃度を低くすることができる。したがって、二次処理において、かける圧力が低くても透過水量を多くすることができるので、装置全体として透過水量を多くすることができる。

本発明によれば、圧力容器を一次処理する第１の圧力容器と二次処理する第２の圧力容器との２つに分けて配置しているので、第１の圧力容器のみを分解し、汚れ易い逆浸透膜エレメントを交換することで、容易に交換を行なうことができる。また、第２の加圧容器内の逆浸透膜エレメントは、汚れ難いので、交換を行なう回数を減らすことができ、長期にわたり使用することができる。

実施の形態の逆浸透処理装置が設置された脱塩処理システムのブロック図である。実施の形態の逆浸透処理装置のエレメントの構成を示した斜視図である。図２に示したエレメントのＲＯ膜が巻回される前の状態を示したエレメントの正面図である。図２に示したエレメントの正面図である。実施の形態の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示したグラフ図である。他の実施の形態の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。従来の逆浸透処理装置の概略構成を示す断面図である。従来の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示したグラフ図である。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。

図１は、実施の形態の逆浸透処理装置１０が組み込まれた脱塩処理システム２０のブロック図である。なお、本発明における脱塩処理システムは、例えば、排水再利用、純水製造、かん水淡水化、海水淡水化など、被処理水を逆浸透処理するシステムに用いることができる。

同図に示す脱塩処理システム２０は、被処理水が貯留されたタンク１２、高圧ポンプ１４、および逆浸透処理装置１０から構成される。タンク１２の被処理水は、高圧ポンプ１４によって逆浸透処理装置１０に高圧で供給され、逆浸透処理装置１０の各ＲＯ膜（処理膜）によって逆浸透処理（脱塩処理）されることにより、脱塩された透過水（分離水）１６と、塩分が濃縮された濃縮水（被処理水）１８とに分離される。このようにして得られた透過水１６は、排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出され、濃縮水１８も同様に、透過水を排出する排出管とは異なる排出管を介して逆浸透処理装置１０の外部に排出される。なお、実施の形態の脱塩処理システム２０は、高圧ポンプ１４によって被処理水を逆浸透処理装置１０に高圧で供給しているが、逆浸透処理装置１０の濃縮水出口側にバルブを設け、バルブの開度により逆浸透処理装置１０内の圧力を設定している。

タンク１２内の被処理水としては、原水をそのまま使用してもよいが、前処理を施して原水に含まれる濁質成分等を除去した被処理水を使用することが好ましい。前処理としては、フィルタ利用、および沈殿池に原水を導入して塩素等の殺菌剤を添加し、原水中の粒子を沈殿除去するとともに微生物を殺菌する等の処理がある。また、原水に塩化鉄等の凝集剤を添加して濁質成分を凝集させ、これを濾過して除去した被処理水を使用してもよい。

逆浸透処理装置１０は、図２に示すエレメント２２を１個、あるいは、複数個直列に接続し、これを図５に示す円筒状の第１のベッセル８０、第２のベッセル８２に充填して第１のモジュール８４、第２のモジュール８６とし、この第１のモジュール８４および第２のモジュール８６を１つの単位として、単独、あるいは、並列に接続することにより構成される。

図２に示すようにエレメント２２は、ＲＯ膜２８と排出管３０とを含む膜ユニット３２が集水配管３４の周囲に配置されて構成されている。膜ユニット３２は図３の如く、４枚の袋体状のＲＯ膜２８、２８…が集水配管３４の外周部に放射状に接続され、これらのＲＯ膜２８、２８…を、図４の如く集水配管３４の周囲にスパイラル状に巻回することにより構成される。袋体状のＲＯ膜２８の一端は開口され、この開口部が図３に示す集水配管３４の透孔３６と連通するようにＲＯ膜２８が集水配管３４に接着されている。被処理水は、ＲＯ膜２８の外表面を流れ、ＲＯ膜２８を透過することにより脱塩される。そして、ＲＯ膜２８を透過した脱塩後の透過水は、ＲＯ膜２８の内側からＲＯ膜２８の開口、および集水配管３４の透孔３６を介して集水配管３４内に集水され、集水配管３４から排出管３０を介してエレメント２２から排出される。なお、図３の符号３８は、ＲＯ膜２８の内部に配置されるメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー３８によって、ＲＯ膜２８がスパイラル状に巻かれてもＲＯ膜２８の内部空間が潰れないように保持される。また、符号４０は、隣接するＲＯ膜２８、２８の間に配置されたメッシュ状のスペーサーである。このスペーサー４０もＲＯ膜２８と同様に集水配管３４の外周部に放射状に接着されている。

図５は、実施の形態の逆浸透処理装置１０の断面図である。本実施形態においては、第１のベッセル８０には、２個のエレメント２２を直列に接続した一次処理を行なう第１のモジュール８４が示されており、第２のベッセル８２には、５個のエレメント２２を直列に接続した二次処理を行なう第２のモジュール８６が示されている。第１のベッセル８０の端部には、被処理水が導入、第１のベッセル８０で処理されず残った第１の濃縮水（一次処理された被処理水）が排出されるように開口されており、第２のベッセル８２の端部にも、第１のベッセル８０から排出された濃縮水（一次処理された被処理水）が導入、第２のベッセル８２で処理されず残った第２の濃縮水（二次処理された被処理水）が排出されるように開口されている。第１のベッセル８０の導入側の開口部には、高圧ポンプ１４によって所定の操作圧力が負荷されるようになっている。また、第１のベッセル８０、第２のベッセル８２は、高圧（５ＭＰａ以上）に耐え得るようにＦＲＰ等によって構成することもできる。また、第１のベッセル８０と第２のベッセル８２も高圧に耐え得る材料により構成された管により接続されていることが好ましい。

図５に示すように、第１のベッセル８０には、第１のベッセル８０内に被処理水を導入する導入管５６と、被処理水が集水配管３４へ透過せず残った第１の濃縮水を排出する第１の濃縮水排出管６２を備えている。ＲＯ膜２８を通り、集水配管３４内に集水された透過水は、第１の濃縮水排出管６２側に設けられた第１の排出管５８を介して第１のベッセル８０から排出される。第１の排出管５８の出口には、計測器６６および第１のバルブ６４を備えている。

第２のベッセル８２には、第２のベッセル８２内に、第１のベッセル８０から排出された第１の濃縮水を導入する導入管６８と、集水配管３４へ透過せず残った第２の濃縮水を排出する第２の濃縮水排出管７０を備えている。第２の濃縮水排出管７０の出口には、第２のベッセル８２内の圧力を調節する濃縮水排出バルブ７４を備えている。ＲＯ膜２８を通り、集水配管３４内に集水された透過水は、第２の濃縮水排出管７０側に設けられた第２の排出管７２を介して第２のベッセル８２から排出される。第２の排出管７２の出口には、計測器７６を備えている。

この逆浸透処理装置１０によれば、図１のタンク１２から導入管５６を介して供給された被処理水は、流路５７を介してエレメント２２に導かれ、被処理水はエレメント２２のＲＯ膜２８を順次通過したのち、集水配管３４に集水される。本実施形態においては、第１のベッセル８０、第２のベッセル８２と、２段回で逆浸透処理を行っており、第１のベッセル８０内で処理された透過水は、第１の排出管５８を介して第１のベッセル８０から排出される。集水配管３４へ透過せず残った第１の濃縮水は、第１の濃縮水排出管６２から排出され、第２のベッセル８２の導入管６８を介して供給され、流路６９を介してエレメント２２に導かれ、ＲＯ膜２８を順次通過したのち、集水配管３４に集水される。第２のベッセル８２内で処理された透過水は、第２の排出管７２を介して第２のベッセル８２から排出される。集水配管３４へ透過せず残った第２の濃縮水は、第２の濃縮水排出管７０から排出される。

図６は、実施の形態の逆浸透処理装置のＲＯ膜エレメントの位置と透過水の相対的流束の関係を示した図である。なお、本発明のデータは、第１のベッセル内に２個のエレメントを設置し、第２のベッセルに５個のエレメントを設置して実験を行なったデータである。従来では、供給水側から多くの透過水が生成され、濃縮水側にいくにつれ、透過水の量が下がっていた。これは、ベッセル内にかける圧力が最終段のエレメントにかける圧力により決定されるからである。これに対し、本発明では、第１のベッセル８０内を第１のバルブ６４により圧力を調整することができるので、図６に示すように、ＲｅｌａｔｉｖｅＦｌｕｘを所望の値に設定することができ、透過水量を減らすことができる。第１のベッセル８０内での透過水量を減らすことにより、第１の濃縮水の塩濃度を低くすることができるので、図６のエレメント位置３〜７に示すように、第２のベッセル８２内においても透過水量を増やすことができる。したがって、各ＲＯ膜エレメントの透過水量の不均一さを解消することができ、これにより、装置全体として透過水量を上げることができる。

なお、第１のベッセル８０内の流量は、計測器６６により測定した数値により第１のバルブ６４の開度を調節することで行なうことができ、第２のベッセル８２内の流量についても、計測器７６により測定した数値により濃縮水排出バルブ７４の開度を調節することで行なうことができる。また、高圧ポンプ１４と逆浸透処理装置１０の間に圧力計を設け、圧力計の数値により、高圧ポンプ１４を調節することで、透過水の流量を制御することも可能である。計測器６６、７６としては、流量計、圧力計、電気伝導度計を用いることができる。電気伝導度を測定することで、塩濃度の阻止率が変化するため、塩濃度の阻止率をモニタリングすることで、透過水の量を確認することができる。

なお、エレメント２２の個数は、図５においては、第１のベッセル８０内には２個、第２のベッセル８２内には、５個のベッセルが設けられているが、これに限定されるものではない。ただし、第１のベッセル８０内のエレメント２２の個数は、第２のベッセル８２内のエレメントの個数と同じ、あるいは少ないことが好ましい。エレメント２２の汚れは、供給水側のエレメント２２が汚れやすくなるため、第１のベッセル８０内のエレメント２２を交換することで、装置全体として効率良く、透過水の生成を行なうことができる。したがって、第１のベッセル８０内のエレメント２２の個数を減らすことで、第１のベッセル８０内のエレメント２２の交換を容易に行なうことができる。図６より、第１のベッセル８０から透過水を排出することを考慮すると、第１のベッセル８０内には、２個のエレメントを用いることが好ましいが、汚れの点からは１個のエレメントを配置することでも充分である。第１のベッセル８０内のエレメントの数は、１〜４個であることが好ましく、より好ましくは、２〜３個である。

図７は、他の実施の形態の逆浸透処理装置１１０の断面図である。図７に示す逆浸透処理装置１１０は、第１のベッセル８２ａ、８２ｂが２個設置されている点が、図５に示す逆浸透処理装置１０と異なっている。透過水の量は、第１のベッセル８２ａ、８２ｂ内で処理される量が多くなり、第１のベッセル８２ａ、８２ｂで処理されず残る第１の濃縮水の量は少なくなる。図７に示すように複数の第１にベッセルからの第１の濃縮水を、第２のベッセル８２に供給することで効率良く処理を行なうことができる。図７に示す逆浸透処理装置１１０においても、第１のベッセル８０ａ、８０ｂのそれぞれに、計測器６６ａ、６６ｂ、第１のバルブ６４ａ、６４ｂを設け、それぞれの第１のバルブ６４ａ、６４ｂで、第１のベッセル８０ａ、８０ｂ内の圧力を調節して透過水の量を調節することができる。

本発明によれば、各エレメント２２、２２…の透過水量の不均一さを解消し、低い圧力で多くの透過水量を得ることができる。また、圧力容器を２つに分割し、ＲＯ膜の汚れ易い前段の圧力容器内のＲＯ膜エレメントの個数を減らすことで、交換を容易にするとともに、ＲＯ膜の汚れ難い後段の圧力容器を長期にわたり使用することができる。

１０、１１０…逆浸透処理装置、１２…タンク、１４…高圧ポンプ、１６…透過水、１８…濃縮水、２０…脱塩処理システム、２２…エレメント、２４…ベッセル、２８…ＲＯ膜、３０…排出管、３２…膜ユニット、３４…集水配管、３６…透孔、３８、４０…スペーサー、５６…導入管、５７…流路、５８…第１の排出管、６２…第１の濃縮水排出管、６４…第１のバルブ、６６、７６…計測器、６８…導入管、６９…流路、７０…第２の濃縮水排出管、７２…第２の排出管、７４…第２のバルブ、８０…第１のベッセル、８２…第２のベッセル、８４…第１のモジュール、８６…第２のモジュール

Claims

被処理水を一次処理する第１の圧力容器と、前記一次処理によって処理された前記被処理水を二次処理する第２の圧力容器と、を備え、
前記第１の圧力容器内および前記第２の圧力容器内に、逆浸透膜を備える逆浸透膜エレメントを１個、あるいは、透過水が流れる集水配管により直列に複数接続して配置されており、
前記第１の圧力容器は、一方の端部に、被処理水を供給する導入管を、他方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、を備え、前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記一次処理された前記被処理水を導入する導入管と、他方の端部に、前記二次処理された前記被処理水を排出する第２の濃縮水排出管と、透過水を排出する第２の排出管と、を有し、
前記第１の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数が、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数と同じまたは少ないことを特徴とする逆浸透処理装置。
前記第１の圧力容器を複数備えることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透処理装置。
前記第１の圧力容器の前記第１の排出管に第１のバルブを備え、第１のバルブを調節することで、前記第１の圧力容器で処理される前記透過水の流量を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の逆浸透処理装置。