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JP5923294B2 - 逆浸透処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、逆浸透処理装置に係り、特に、圧力調整を行なった際に発生する背圧を回収する逆浸透処理装置に関する。
逆浸透膜（以下、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）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１２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Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘ（相対的流束）の関係を図１３に示す。図１３中のエレメント位置は、供給水側からの本数である。図１３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１３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、このプラグにより閉塞された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。また、プラグにより分離された圧力容器内の前方側透過水の量を調節し、この背圧を回収するエネルギー回収装置を備えることが記載されている。
特開２０１０−１７９２６４号公報
しかしながら、特許文献１に記載されている海水淡水化装置は、流量調節弁が、エネルギー回収装置と逆浸透膜を有する圧力容器との間に設けられているため、圧力容器内の前方側透過水の背圧を充分に利用することができていなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、背圧を効果的に回収し、装置内の他のシステムに使用する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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、前記第１の排出管に接続され、前記第１の圧力容器内の圧力を調整する透過水流量調整バルブと、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２〜３個であり、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数より少なく、前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管と前記透過水流量調整バルブとの間に、エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置を提供する。
本発明によれば、第１の排出管と透過水流量調整バルブとの間に、エネルギー回収装置を設けており、透過水流量調整バルブで第１の圧力容器内に背圧をかけて調整するとともに、この背圧を、エネルギー回収装置を用いて回収している。そして、このエネルギーを装置の運転動力に使用することで、装置の省動力化を可能とすることができる。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置は、前記エネルギー回収装置が、ＰＸ型エネルギー回収装置、または、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置であることが好ましい。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置によれば、ＰＸ型エネルギー回収装置、または、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置を用いることにより、装置内の液体を供給する際の圧力としてエネルギーを利用することができる。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置は、前記エネルギー回収装置が、ターボチャージャー型エネルギー回収装置であることが好ましい。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置によれば、ターボチャージャー型エネルギー回収装置を用いているので、装置内の液体を供給する際の圧力としてエネルギーを利用することができる。また、圧力を伝達する際に、液体同士が接触する必要が無いので、幅広い液体同士に利用することができる。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置は、前記エネルギー回収装置が、タービン発電機であることが好ましい。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置によれば、第１の圧力容器の背圧をタービン発動機に利用することで装置に使用される電力として使用することができる。
本発明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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮水を二次処理する第２の圧力容器と、低い圧力で逆浸透膜処理が可能な逆浸透膜エレメントを有する第３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、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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、前記第１の排出管に接続され、前記第１の圧力容器内の圧力を調整する透過水流量調整バルブと、を有し、前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管と前記透過水流量調整バルブとの間に、エネルギー回収装置を有し、前記エネルギー回収装置により、前記第１の圧力容器から排出される透過水の背圧を、前記第２の圧力容器から排出される透過水に転換させ、圧力が高くなった前記第２の圧力容器からの透過水を前記第３の圧力容器で処理する逆浸透処理装置を提供する。
本発明によれば、第１の圧力容器からの背圧を第２の圧力容器からの透過水に転換させている。第２の圧力容器からの透過水は、第２の圧力容器に供給される被処理水が一次処理された濃縮水であるため、処理が十分に行われない場合がある。この場合、さらに処理を行うが、すでに処理された透過水であるため、低い圧力で逆浸透処理を行うことができる。したがって、第２の圧力容器からの透過水を第３の圧力容器に送る圧力として利用することができる。また、圧力を交換する液体同士が接触したとしても、水質の差が小さく、また、液体同士の接触も短時間であるので、特に品質の影響を受けない。
本発明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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第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２〜３個であり、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数より少なく、前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管に、エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置を提供する。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置は、前記第１の圧力容器に前記被処理水を供給する高圧ポンプを備え、前記ターボチャージャー型エネルギー回収装置で回収されたエネルギーを前記高圧ポンプに前記被処理水を供給する供給手段として使用することが好ましい。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置によれば、高圧ポンプに被処理水を供給する供給手段として、第１の圧力容器からの背圧を利用している。高圧ポンプへの供給は、低い圧力で行なうことができるので、第１の圧力容器からの背圧で被処理水を供給することができる。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置は、前記第１の圧力容器に供給する前記被処理水の前処理を行う前処理システムを備え、前記ターボチャージャー型エネルギー回収装置で回収されたエネルギーを前記前処理システムに前記被処理水を供給する供給手段として使用することが好ましい。
本発明の他の態様に係る逆浸透処理装置によれば、被処理水の前処理システムに被処理水を供給する供給手段として、第１の圧力容器からの背圧を利用している。前処理システムへの供給は低い圧力で行なうことができるので、第１の圧力容器からの背圧で被処理水を供給することができる。
本発明によれば、圧力容器を被処理水を一次処理する第１の圧力容器と２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の圧力容器からの透過水量を制御することで、逆浸透処理装置全体の透過水量を増やすことができる。また、第１の圧力容器の透過水量を下げることで生じた背圧をエネルギー回収装置で回収することで、効率良くエネルギーを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。 ＰＸ／ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置の概略図である。 ターボチャージャー型エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置の概略図である。 ターボチャージャー型エネルギー回収装置で使用するエネルギー交換先を説明する図である。 タービン発電機を有する逆浸透処理装置の概略図である。 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。従って、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、逆浸透処理装置１０内の圧力は、高圧ポンプ１４を用いて高圧に供給することで、逆浸透処理装置１０内の圧力を高圧することができる。また、逆浸透処理装置１０の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内の圧力を設定する。
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被処理水導入管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、エネルギー回収装置１５０、計測器６６および透過水流量調整バルブ６４を備えている。透過水流量調整バルブ６４を調節し背圧をかけることで、第１のベッセル８０内の圧力を調整し、第１のベッセル８０からの透過水量を調節している。そして、この背圧をエネルギー回収装置１５０で回収し、逆浸透処理装置１０のシステムに利用することで、運転動力を減少させることができる。
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一次処理水導入管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から被処理水導入管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段階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の一次処理水導入管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（図６横軸のElement position No.1及び2）、第２のベッセルに５個のエレメントを設置して（図６横軸のElement position No.3から7）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内を透過水流量調整バルブ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、Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｆｌｕｘ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透過水流量調整バルブ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。このように、第１のベッセル８０内の流量を透過水流量調整バルブ６４の開度で調節することにより、第１のベッセル８０内には、１〜２ＭＰａの圧力がかかる。
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８０ａ、８０ｂ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。また、図７に示す逆浸透処理装置は、第１のベッセル８０ａ、８０ｂ、および、第２のベッセル８２の被処理水の流れ方向の端部に、濃縮水の排出口が設けられているエンドポートベッセルを用いた図であり、図５は、濃縮水の排出口がベッセルの側面に設けられたサイドポートベッセルを使用した図である。透過水の量は、第１のベッセル８０ａ、８０ｂ内で処理される量が多くなり、第１のベッセル８０ａ、８０ｂ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のベッセルからの第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においては、第１のベッセル８０ａ、８０ｂの第１の排出管５８ａ、５８ｂから排出された透過水を配管８８で合流し排出する。この配管８８に、エネルギー回収装置１５０、計測器６６、透過水流量調整バルブ６４を設け、透過水流量調整バルブ６４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。
次に図８〜１１を用いてエネルギー回収装置の具体的な利用方法について説明する。
図８はＰＸ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置、または、ＤＷＥＥＲ（ＤｕａｌＷｏｒｋＥｎｅｒｇｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）型エネルギー回収装置を用いた場合の逆浸透処理装置の概略図である。図８に示すように、第１の排出管５８と透過水流量調整バルブ６４との間に、エネルギー回収装置１５０が設けられている。第１の排出管５８と透過水流量調整バルブ６４の間にエネルギー回収装置１５０を設けることで、透過水流量調整バルブ６４で流量を調節することにより生じた背圧をエネルギー回収装置１５０で回収することができる。また、エネルギー回収装置１５０を透過水流量調整バルブ６４と第１のベッセル８０との間に設けることで、第１のベッセル８０にかかる圧力を効率良く回収することができる。エネルギー回収装置としては、ＰＸ型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置を使用することができる。また、ＰＸ型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置としては、公知のものを使用することができる。ＰＸ型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置を使用することで、９５％程度のエネルギーを回収することができる。
ＰＸ型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置は、第１のベッセル８０から排出された１〜２ＭＰａの高い圧力を有する透過水（「透過水１」とする）を、第２のベッセル８２から排出された透過水（「透過水２」とする）に伝達させる。そしてこの交換された高い圧力を有する透過水２を、低い圧力で逆浸透処理を行うことができる低圧ＲＯモジュール１５２で処理することにより、より塩濃度の低い透過水２とすることができる。第２のベッセル８２に供給される被処理水は、第１のベッセル８０で一次処理されているため、塩濃度の高い被処理水である。したがって、第２のベッセル８２から排出される透過水２は、塩濃度が第１のベッセル８０から排出される透過水より高くなる。したがって、第２のベッセル８２から排出された透過水２を低圧ＲＯモジュール１５２で処理することにより、より塩濃度の低い透過水２とすることができる。そして、この透過水２の低圧ＲＯモジュール１５２への圧送を第１のベッセル８０にかかる背圧を利用することで、エネルギーを効果的に利用することができる。なお、運転状況に応じて、第１のベッセル８０からの透過水の圧力が変動するため、十分に圧力を付与できない場合を考慮し、昇圧ポンプ１５４を設けることもできる。第１のベッセル８０からの背圧が不充分である場合は、昇圧ポンプ１５４を用いて、圧力を上げることもできる。
ＰＸ型エネルギー回収装置は、レボルバー状の複数円筒回転体の円筒中で、第１のベッセル８０からの透過水１のピストン流を方向切替し、第２のベッセル８２からの透過水２に伝達させる。
ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置は、円筒状圧力容器を複数本用いて、各円筒内で第１のベッセル８０からの透過水１と第２のベッセル８２からの透過水２を隔壁で仕切り、流れ方向を交互に切り替え、一方の圧力を他方に伝達する。
図８においては、透過水１と透過水２とで圧力の伝達を行なっているが、液体同士で圧力の伝達を行なうことができれば特に限定されない。しかしながら、ＰＸ型エネルギー回収装置、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置とも、それぞれのエネルギー回収装置内で、各液体が接触する。したがって、使用する液体の塩濃度に差がある（例えば、海水と透過水など）と、圧力を伝達する際に、濃度変化が生じてしまうため、圧力を交換する液体同士の塩濃度の差は小さいことが好ましく、図８に示すように、第１のベッセル８０からの透過水１と第２のベッセル８２からの透過水２とすることが好ましい。
また、ＰＸ型エネルギー回収装置およびＤＷＥＥＲ型回収装置は、エネルギーの交換先と交換元の体積がほぼ１：１であるため、第１のベッセル８０からの透過水１の量と第２のベッセルからの透過水２の流量比も１：１とすることが好ましい。しかしながら、運転状況によりどちらかが大きくなる場合があり、第２のベッセルからの透過水２が多い場合は、昇圧ポンプ１５４で昇圧すればよく、第１のベッセルからの透過水１の量が多くなれば、エネルギーを廃棄するのみであるので、特に影響されない。
図９は、エネルギー回収装置として、ターボチャージャー型回収装置を使用した場合の逆浸透処理装置の概略図である。ターボチャージャー型回収装置は、第１のベッセル８０からの背圧を、タービンの回転動力に変換し、この回転エネルギーを交換先の液体の昇圧に利用する。ターボチャージャー型回収装置を使用することにより９０％程度のエネルギーを回収することができる。
ターボチャージャー型回収装置として使用する場合は、エネルギーを交換する液体同士が接触することがないため、逆浸透処理装置内のあらゆる水を対象として、背圧を利用することができる。
背圧を利用して圧力を昇圧する液体としては、図１０に示す位置で供給する液体の昇圧に使用することができる。図１０においては、エネルギー回収装置１５０として記載しているが、このエネルギー回収装置１５０を図１０中で示す各位置１６０−１〜１６０−６に設け、エネルギー交換することで、液体の供給をすることができる。具体的には、［１６０−１］第１のベッセル８０に供給する高圧ポンプ１４に供給する供給ポンプの代替または補助、［１６０−２］被処理液を低圧処理可能な前処理システム１６２、例えば、砂ろ過、ＭＦ、ＵＦ膜など、に供給する供給ポンプ、［１６０−３］前処理システム１６２よりもさらに低圧で使用できるタンク１６４からの取排水、送水ポンプの供給ポンプ、［１６０−４］第２ベッセル８２からの透過水を、低圧ＲＯモジュール１５２に供給する際の供給ポンプ、［１６０−５］高圧ポンプ１４の補助昇圧、［１６０−６］第１のベッセル８０から排出された一次濃縮水を昇圧し、第２のベッセル８２での回収率、造水量の増加、に使用することができる。背圧を利用して、エネルギーを上昇させる液体としては、第１のベッセル８０からの背圧を利用しているので、低圧部で利用することが好ましく、上記の順番で利用されることが好ましい。
図１１は、エネルギー回収装置として、タービンを使用した場合の逆浸透処理装置の概略図である。図１１においては、タービンを設けて、第１のベッセル８０からの背圧を利用し、タービンを回転させて、発電させることができる。発生させた電力としては、逆浸透処理装置内の電力として利用することで、逆浸透処理装置の運転動力を減少させることができる。
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、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…被処理水導入管、５７…流路、５８…第１の排出管、６２…第１の濃縮水排出管、６４…透過水流量調整バルブ、６６、７６…計測器、６８…一次処理水導入管、６９…流路、７０…第２の濃縮水排出管、７２…第２の排出管、７４…濃縮水排出バルブ、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、８８…配管、１５０…エネルギー回収装置、１５２…低圧ＲＯモジュール、１５４…昇圧ポンプ、１６２…前処理システム、１６４…タンク

Claims (8)

  1. 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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、前記第１の排出管に接続され、前記第１の圧力容器内の圧力を調整する透過水流量調整バルブと、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２〜３個であり、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数より少なく、
    前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管と前記透過水流量調整バルブとの間に、エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置。
  2. 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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮水を二次処理する第２の圧力容器と、低い圧力で逆浸透膜処理が可能な逆浸透膜エレメントを有する第３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、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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第１の濃縮水排出管と、透過水を排出する第１の排出管と、前記第１の排出管に接続され、前記第１の圧力容器内の圧力を調整する透過水流量調整バルブと、を有し、
    前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管と前記透過水流量調整バルブとの間に、エネルギー回収装置を有し、
    前記エネルギー回収装置により、前記第１の圧力容器から排出される透過水の背圧を、前記第２の圧力容器から排出される透過水に転換させ、
    圧力が高くなった前記第２の圧力容器からの透過水を前記第３の圧力容器で処理する逆浸透処理装置。
  3. 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前記被処理水が濃縮された第１の濃縮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被処理水導入管を、他方の端部に、前記第１の濃縮水を排出する第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２〜３個であり、前記第２の圧力容器内の前記逆浸透膜エレメントの数より少なく、
    前記第２の圧力容器は、一方の端部に、前記第１の濃縮水を導入する一次処理水導入管と、他方の端部に、前記二次処理によって前記第１の濃縮水が濃縮された第２の濃縮水を排出する第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の排出管に、エネルギー回収装置を有する逆浸透処理装置。
  4. 前記エネルギー回収装置が、ＰＸ型エネルギー回収装置、または、ＤＷＥＥＲ型エネルギー回収装置である請求項１から３のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
  5. 前記エネルギー回収装置が、ターボチャージャー型エネルギー回収装置である請求項１から３のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
  6. 前記エネルギー回収装置が、タービン発電機である請求項１から３のいずれか１項に記載の逆浸透処理装置。
  7. 前記第１の圧力容器に前記被処理水を供給する高圧ポンプを備え、
    前記ターボチャージャー型エネルギー回収装置で回収されたエネルギーを前記高圧ポンプに前記被処理水を供給する供給手段として使用する請求項５に記載の逆浸透処理装置。
  8. 前記第１の圧力容器に供給する前記被処理水の前処理を行う前処理システムを備え、
    前記ターボチャージャー型エネルギー回収装置で回収されたエネルギーを前記前処理システムに前記被処理水を供給する供給手段として使用する請求項５に記載の逆浸透処理装置。
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