特許 5988032 淡水製造装置およびその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5988032

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】淡水製造装置およびその運転方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20160825BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20160825BHJP

   C02F 1/04 20060101ALI20160825BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20160825BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 G

   B01D61/00 500

   C02F1/04 G

   B01D61/58

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-249270(P2012-249270)

(22)【出願日】2012年11月13日

(65)【公開番号】特開2014-97444(P2014-97444A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2015年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085109

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 政浩

(72)【発明者】

【氏名】植竹 規人

(72)【発明者】

【氏名】渕上 浩司

(72)【発明者】

【氏名】功刀 亮

(72)【発明者】

【氏名】水上 剛志

【審査官】 宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５３９５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２５１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３３６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００７／１２９５３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒が水である液体と、所定量の溶質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透手段と、前記手段により得られる、水で希釈された希釈誘導溶液から前記溶質を含む固体あるいは濃縮液体あるいは気体と淡水とを分離するとともに、前記溶質を含む固体あるいは濃縮液体あるいは気体を用いて前記誘導溶液を再生する再生手段と、前記再生手段から得られる淡水の回収手段とを有する淡水製造装置であって、前記順浸透手段が、並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列からなり、かつ、直列にした場合に前列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とを連結する配管および開閉弁を少なくとも１組有し、前記配管および開閉弁によって前記並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列を並列から直列に変えることを特徴とする淡水製造装置。

【請求項2】

前記溶質がアンモニアと二酸化炭素の塩であり、再生手段が希釈誘導溶液を蒸留する蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部から得られる二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを冷却し、前記誘導溶液を再生する冷却再生手段である請求項１に記載の淡水製造装置。

【請求項3】

前記並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列が、全て前記配管および開閉弁で連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の淡水製造装置。

【請求項4】

請求項１、請求項２又は３に記載の淡水製造装置において、前記順浸透手段から流出する希釈誘導溶液の溶質濃度測定手段を設け、該溶質濃度測定手段により測定された前記希釈誘導溶液の溶質濃度が所定値を超えた場合に、直列にした場合の前列の膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列の膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とが配管と開閉弁で連結された少なくとも１組の膜モジュールあるいは膜モジュール列における前記開閉弁を開放し、誘導溶液の流路を直列化することを特徴とする淡水製造装置の運転方法。

【請求項5】

溶質がアンモニアと二酸化炭素の塩である請求項４に記載の淡水製造装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば海水から半透膜を用いて淡水を製造する装置とその運転方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

海水を半透膜を用いて淡水化する方法は種々知られているが、海水に浸透圧以上の圧力を加えて水を強制的に透過させる逆浸透法が主に開発されてきた。この方法は高圧に加圧する必要があるため、設備費および運転費にコストがかかるという問題点がある。一方、半透膜を介して海水より高濃度の塩溶液を存在させれば、加圧せずとも浸透圧で水をこの塩溶液に移動させることができる。そして、この塩溶液として揮発性ガスを溶解させた溶液を用いれば、この塩溶液を蒸留することにより揮発性ガスを蒸発、分離させて浄水を得ることができる。この方法として、揮発性ガスとしてアンモニアと二酸化炭素の組合せを用いた方法が既に開発されている（特許文献１、２）。

【0003】

特許文献１の方法は、半透膜を介して海水と反対側にアンモニアと二酸化炭素を溶解して得られる塩溶液を流して、海水中の水を半透膜を通過させて該塩溶液に移動させ、得られた希釈塩溶液を蒸留塔に送って水を得るとともにアンモニアと二酸化炭素と水を含む混合ガスを分離し、この混合ガスを半透膜の元の部屋に返送する方法である。

【0004】

特許文献２の方法は、半透膜を介して海水と反対側にアンモニアと二酸化炭素を溶解して得られる塩溶液を流して、海水中の水を半透膜を通過させて該塩溶液に移動させ、得られた希釈塩溶液をイオン交換膜や蒸留塔等を用いてアンモニウムイオンと炭酸イオンを個別に分離して浄水を得、分離したアンモニウムイオンと炭酸イオンを溶解して半透膜の元の部屋に戻す方法である。

【0005】

一方、逆浸透法で海水を淡水化する技術において、両端近傍の外周面に複数の流通口を有する筒状のベッセルであって、一端側の前記複数の流通口のうち少なくとも２個が他端の対応する流通口と筒外周方向の実質的に同一の位置に設けられているものが開示されている（特許文献３）。各筒状ベッセルは、半透膜の分離エレメントを内装しており、該筒状ベッセルの両端近傍の外周面にそれぞれ複数個の流通口を設け、この筒状ベッセルを複数設置して単位構造体としている。この発明は、筒状ベッセルを現地で枠組みする作業やマニホルドを連結する作業が煩雑でコストがかかっていたという問題を解決するべくなされたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００５／０１４５５６８Ａ１号明細書

【特許文献2】特開２０１１−８３６６３号公報

【特許文献3】特開平９−９９２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１にあるように、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の全量と、蒸留塔から分離して出てきた二酸化炭素、アンモニア、水からなるガスの全量とを混合することは、蒸留塔に入る水を取り出すための炭酸アンモニウムを含む水溶液中の、二酸化炭素とアンモニアの濃度が上昇することにつながり、これらの濃度が上昇すると水を取り出すためのエネルギーがより多く必要になる。

【0008】

また、特許文献２にあるように、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の一部を、ガス状に分離したものと混合する（図４）ことは、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の全量を蒸留することで多くの水を取り出せるのに対して水の取り出し量が減り、かつ、その水溶液の一部を循環させる動力が掛かり、またその水溶液の一部を循環させるための配管が必要となり、構造が複雑になる。

【0009】

そのため、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液を全量蒸留塔に送入し、蒸留に必要なエネルギーを削減し、また、より多くの水を取り出すとともに、動力や配管を削減して構造を簡易にすることが必要であった。

【0010】

本発明者は、これを解決する手段として下記の方法と装置を開発し、これを特願２０１１−２３８２８４号として特許出願した。
（１）溶媒が水である液体と、所定量のアンモニアと二酸化炭素を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して誘導溶液に移動させる浸透工程と、前記工程で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液を所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを得るとともに、塔底部から浄水を得る蒸留工程と、前記ガスを冷却し、前記誘導溶液を再生する冷却再生工程とを有する浄水製造方法。
（２）溶媒が水である液体と、所定量のアンモニアと二酸化炭素を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる浸透手段と、前記手段で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液全量を所定の温度に調整する希釈誘導溶液温度調整手段と、前記温度調整手段で所定の温度に調整された希釈誘導溶液を蒸留する蒸留塔と、前記蒸留等の塔頂部から得られる二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを冷却し、誘導溶液を再生する冷却再生手段と、前記蒸留塔の塔底部から得られる二酸化炭素とアンモニアをほとんど含まない浄水の回収手段とを有する浄水製造装置。

【0011】

上記発明は、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液から蒸留、分離された、二酸化炭素、アンモニア、水からなるガスをそのまま冷却することにより水溶液状態にし、再利用することを特徴としている。

【0012】

ところで、本発明者らが先に開発した上記の淡水化技術を、特許文献３と同様の膜モジュール装置に適用した場合、被処理液である淡水化対象液の流速と誘導溶液の流速には、その構造により定まる適正な範囲があり、それを超えて大きくしても、透過水量の増加、即ち誘導溶液の希釈率を増加させることはできず、却って低下してしまうことがわかった。誘導溶液の希釈率が下がると、蒸留塔に流入する希釈誘導溶液の溶質濃度が上昇するため、例えば、低濃度向けの蒸留塔と比較し、建設コストや加熱に使用する熱量が増大する。

【0013】

また、運転時間の経過とともにファウリング等により膜の性能が劣化し、透過水の水量が減ると、希釈誘導溶液の溶質濃度が上昇して前述と同じ問題が起こる。膜の透過水量を増やし、誘導溶液の希釈率を上げる方法としては、誘導溶液の流速を増大させる方法があるが、流速の増加率に対し、透過水の増加率が小さいため、単純に流速を増やすだけでは、却って溶質濃度を高めることになる。そして、最悪の場合には、淡水に残存する溶質の濃度が高くなって飲料水として使用できなくなる。

【0014】

本発明の目的は、これらの問題点を解決して、淡水の製造を効率よく続けられる淡水製造装置とその運転方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、並列に接続された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列のうちの任意の膜モジュール間あるいは膜モジュール列間に、一方の希釈誘導溶液流出口と他方の誘導溶液流入口を結ぶ配管と開閉弁を配設して当該膜モジュールあるいは膜モジュール列間の誘導溶液の流れを直列化して、一列当りの誘導溶液の接する膜面積を増加できるようにし、それによって、透過水量を増し誘導溶液の溶質濃度を高めないようにしたのである。このような装置においては、例えば、順浸透手段の半透膜装置から流出する希釈誘導溶液の溶質濃度測定手段を設け、測定された溶質濃度が所定値を超えた場合に、膜モジュール間あるいは膜モジュール列間の誘導溶液の流れを直列化して膜面積を増すことによって目的を達成することができる。

【0016】

すなわち、本発明は、溶媒が水である液体と、所定量の溶質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透手段と、前記手段により得られる、水で希釈された希釈誘導溶液から前記溶質を含む固体あるいは濃縮液体あるいは気体と淡水とを分離するとともに、前記溶質を含む固体あるいは濃縮液体あるいは気体を用いて前記誘導溶液を再生する再生手段と、前記再生手段から得られる淡水の回収手段とを有する淡水製造装置であって、前記順浸透手段が、並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列からなり、かつ、直列にした場合に前列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とを連結する配管および開閉弁を少なくとも１組有し、前記配管および開閉弁によって前記並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列を並列から直列に変えることを特徴とする淡水製造装置と、
前記溶質がアンモニアと二酸化炭素の塩であり、再生手段が希釈誘導溶液を蒸留する蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部から得られる二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを冷却し、前記誘導溶液を再生する冷却再生手段である上記に記載の淡水製造装置と、
前記並列に連結された複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列が、全て前記配管および開閉弁で連結されていることを特徴とする上記に記載の淡水製造装置と、
上記に記載の淡水製造装置において、前記順浸透手段から流出する希釈誘導溶液の溶質濃度測定手段を設け、該溶質濃度測定手段により測定された前記希釈誘導溶液の溶質濃度が所定値を超えた場合に、直列にした場合の前列の膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列の膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とが配管と開閉弁で連結された少なくとも１組の膜モジュールあるいは膜モジュール列における前記開閉弁を開放し、誘導溶液の流路を直列化することを特徴とする淡水製造装置の運転方法と、
溶質がアンモニアと二酸化炭素の塩である上記に記載の淡水製造装置の運転方法に関するものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明により、誘導溶液の接する膜面積を増加させた列においては、淡水化対象液の流量あるいは、誘導溶液の流量を大きくせずに高い希釈率の希釈誘導溶液を得ることができ、また、希釈率を変えずに淡水化対象液流量あるいは誘導溶液量を増加させることができる。これにより、蒸留の負荷を高めることなく、所望の淡水化対象液流速、誘導溶液流速で運転でき、流速により増大する膜を透過する水量を増やすことが可能となるため、低コストな正浸透水処理システムが提供可能となる。また、モジュール群に設置した開閉弁を操作することで、モジュールに流入する流量の増加と誘導溶液が流れるモジュールの直列数の増加、すなわち透過膜面積の増加を同時に行うことで、例えば、蒸留塔流入液の塩濃度を高めることなく透過水量を増やすことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の装置の構成の一例を示す図である。

【図2】その順浸透手段で使用される半透膜に２基の膜モジュールを用い、開閉弁に２つの２方弁を使用した例を示す図である。

【図3】図２において２つの２方弁の代わりに１つの３方弁を用いた例を示す図である。

【図4】その順浸透手段で使用される半透膜に３基の膜モジュールを直列に接続した膜モジュール列を３列組合せて構成し、これを並列運転している状態を示す図である。

【図5】上記の３列の膜モジュール列の誘導溶液の流れを直列運転に切換えた状態を示す図である。

【図6】順浸透手段で使用される半透膜に４基の膜モジュールを並列に接続して運転させる初期状態を示す図である。

【図7】その膜透過水量の低下した状態を示す図である。

【図8】その誘導溶液の流れを直列運転に切換えた状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明で淡水を得るのに使用される液体（淡水化対象液）は溶媒が水であればよいが、例示すれば、海水、湖沼水、河川水、工場廃水などである。

【0020】

順浸透手段
順浸透手段は、淡水化対象液と誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、浸透圧の差によって淡水化対象液中の水をこの半透膜を通して誘導溶液に移動させる手段であり、半透膜装置を用いる。

【0021】

誘導溶液は、溶質が炭酸アンモニウムに限らず硫酸マグネシウムやミョウバン等の塩類、アルコール、グルコースや界面活性剤などの有機物でも良い。

【0022】

例として、炭酸アンモニウムの場合を説明する。所定量のアンモニアと二酸化炭素を水に溶解して生成する炭酸アンモニウム水溶液である。所定量とは、淡水化対象液中の水を半透膜を通過させて誘導溶液まで移動させることができる濃度にする量であり、淡水化対象液の塩濃度である。濃度の上限は、アンモニアと二酸化炭素の塩、すなわち、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、アンモニウムカルバメート等が半透膜面や、蒸留塔内で析出しないように定められ、これは実験で求めることができる。半透膜面や蒸留塔内に析出物が生じたか否かの確認方法の一つとして長時間運転をして安定稼動可能かどうかで判断する方法がある。アンモニアと二酸化炭素のモル比は１．５〜３程度である。このモル比も半透膜面や蒸留塔内でアンモニアと二酸化炭素の塩が析出しないよう配慮する。

【0023】

誘導溶液の再生手段は溶質に応じて適切にすれば良く、揮発性物質なら蒸留、塩類や有機物ならROや低圧RO膜、または温度変化による不溶化とろ過の組み合わせでも良い。

【0024】

例として、炭酸アンモニウムの場合の蒸留再生を説明する。

【0025】

半透膜は水を選択的に透過できるものがよく、市販のもの、特に順浸透膜を好ましく使用できる。材質は特に制限されないが、例示すれば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、ポリベンゾイミダゾール系のものなどを挙げることができる。半透膜の形態も特に制限されず、平膜、管状膜、中空糸などいずれであってもよい。

【0026】

この半透膜を装着する装置は通常は円筒形あるいは箱形の容器内に半透膜を設置して、この半透膜で仕切られた一方の室に淡水化対象液を流し、他方の室に誘導溶液を流せるものであり、公知の膜モジュールを用いることができ、市販品を用いることができる。膜モジュールは、容器内に半透膜を収容し、半透膜で仕切られたいずれの室も流体の入口と出口を有するものであり、本発明では、一方の室には淡水化対象液流入口と濃縮淡水化対象液流出口が、他方の室には誘導溶液流入口と希釈誘導溶液流出口が設けられる。膜モジュールは１基を容器内に収容したもののほか、複数（例えば２〜８基程度、多くは２〜４基程度）を直列に接続した膜モジュール列からなるものもある。

【0027】

本発明の順浸透手段には、複数の膜モジュールあるいは膜モジュール列を並列に連結したものを用い、直列にした場合に前列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列となるの膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とを連結する配管および開閉弁を少なくとも１組有することを特徴としている。この配管および開閉弁は膜モジュールあるいは膜モジュール列間の接続を誘導溶液の流れに関して並列から直列に変えるものである。

【0028】

並列に連結される膜モジュールあるいは膜モジュール列の数は２以上であるが、通常２〜６４基程度、一般に２〜３６基程度のモジュール群を構成し、淡水を製造する規模に応じてそれらモジュール群を複数群、並列に並べてある。配管はこれらを並列から直列に変えるものであり、少なくとも２基を直列にできればよいが、任意のモジュールあるいはモジュール列を直列に変えられるよう、全てに配管および開閉弁を設けることが好ましい。開閉弁は２方弁の外、３方弁等であってもよい。並列から直列に変える目的は膜面積の増加であり、膜の透過水量が減少した場合の外、希釈率を高める場合にも利用できる。

【0029】

本発明の順浸透手段の最も簡単な構成を図２と図３に示す。

【0030】

図２の順浸透手段は２つの膜モジュール１ａ、１ｂからなり、淡水化対象液供給管は途中で分岐してそれぞれの膜モジュール１ａ、１ｂの淡水化対象液流入口２に接続されている。各膜モジュール１ａ、１ｂの濃縮淡水化対象液流出口３には濃縮淡水化対象液排出管が接続され、この管は途中で連結されて１つになっている。誘導溶液供給管は途中で分岐してそれぞれの膜モジュール１ａ、１ｂの誘導溶液流入口６に接続されている。膜モジュール１ｂへの誘導溶液供給管には開閉弁ｖ_３が取付けられている。各膜モジュール１ａ、１ｂの希釈誘導溶液流出口７には希釈誘導溶液排出管が接続され、この管は途中で連結されて１つになっている。そして、膜モジュール１ａの希釈誘導溶液流出口７に接続された配管に途中で分岐され、分岐した配管のいずれも開閉弁ｖ_１、ｖ_２が取付けられている。分岐した配管の一方はもう１つの膜モジュール１ｂの誘導溶液流入口６と開閉弁ｖ_３の間に接続されている。

【0031】

この順浸透手段において、淡水化対象液はその供給管で分流されてそれぞれの膜モジュール１ａ、１ｂに入る。そこで、淡水化対象液中の水が半透膜４を通って反対側の室に入り、その結果濃縮された濃縮淡水化対象液は、それぞれの膜モジュール１ａ、１ｂの濃縮淡水化対象液流出口３を出て、濃縮淡水化対象液排出管から排出される。

【0032】

一方、誘導溶液については、まず弁ｖ_１、ｖ_３を開に弁ｖ_２を閉にしておくと、２つの膜モジュール１ａ、１ｂは並列運転され、誘導溶液は誘導溶液供給管から誘導溶液流入口６を通ってそれぞれの膜モジュール１ａ、１ｂに入る。そこで、半透膜４を通過した水で希釈されて希釈誘導溶液流出口７を通って希釈誘導溶液排出管から排出される。

【0033】

次に、弁ｖ_１、ｖ_３を閉に、弁ｖ_２を開にすると、２つの膜モジュール１ａ、１ｂは直列運転され、膜モジュール１ａの希釈誘導溶液流出口７を出た希釈誘導溶液は希釈誘導溶液排出管が弁ｖ_１で閉になっているので、弁ｖ_２が開になっている配管ｐ_１を通って膜モジュール１ｂの誘導溶液流入口６から膜モジュール１ｂに入る。そして、膜モジュール１ｂの希釈誘導溶液流出口７を通って希釈誘導溶液排出管から排出される。

【0034】

本発明において、直列にした場合に前列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流出口とを連結する配管および開閉弁とは、一の膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と他の一の膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口を連結する配管と、該配管に設けられた開閉弁と、当該一の膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と他の一の膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口を連結する配管に設けられた開閉弁と、当該他の一の膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口へ連結された配管に設けられた開閉弁である。

【0035】

この順浸透手段においては、配管ｐ_１と開閉弁ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３が、直列にした場合に前列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の希釈誘導溶液流出口と、後列となる膜モジュールあるいは膜モジュール列の誘導溶液流入口とを連結する配管および開閉弁となる。

【0036】

図３の順浸透手段は開閉弁ｖ_１、ｖ_２の代わりに３方開閉弁ｖ₄を用いた外は図２と同じである。

【0037】

淡水化対象液を流す室の入口は淡水化対象液溜（これは海や河川そのものであってもよく、タンク等であってもよい。）に配管接続される。出口側は通常は淡水化対象液溜に配管接続される。両配管を結ぶ循環ラインを設けて、淡水化対象液を循環させることもできる。

【0038】

誘導溶液を流す室の入口は冷却再生手段に配管接続され、出口は必要により設けられる希釈誘導溶液温度調節手段に配管接続され、これによって誘導溶液の循環ラインが形成される。

【0039】

なお、本発明においては、高濃度の誘導溶液を使用するので、塩の析出による配管の詰まりが生ずる可能性があり、これを防止するために、冷却再生手段の出口配管に希釈誘導溶液を通水するための希釈誘導溶液通水手段を設けることが好ましい。

【0040】

希釈誘導溶液温度調節手段
希釈誘導溶液温度調節手段は、半透膜装置で淡水化対象液から水を抽出して希釈された誘導溶液を所定の温度に調整する手段であり、これは加熱によって行われる。加熱手段は問わないが、系内で発生する熱を有効利用する点で熱交換器を用いるのがよい。熱源としては蒸留塔の塔頂部から得られるガスや塔底部から得られる淡水などの熱を利用することができる。

【0041】

希釈誘導溶液に対して調整を行う所定の温度とはアンモニアと二酸化炭素の塩が析出しない温度であり、これは実験によって求めることができる。この温度調整は、通常は加熱によって行われる。この加温は、蒸留塔の塔頂から排出される前記ガスと熱交換してその温度を利用して行うことができ、あるいは、蒸留塔の塔底から排出される淡水と熱交換してその温度を利用することもできる。その両者を併用することもでき、あるいは別の熱源を利用することもできる。

【0042】

希釈誘導溶液温度調節手段は、蒸留塔に配管接続される。

【0043】

蒸留塔
蒸留塔は公知のものを用いればよく、棚段方式、充填方式等いずれのものであってもよい。蒸留塔下部には加熱器を設け、下部の淡水を熱することにより発生する蒸気を上部から落下してくる希釈誘導溶液と接触させて熱交換させる。加熱器にはリボイラーや熱交換等を用いることができる。加熱器の熱源は問わないが、発電所のタービンから出てくる復水前の蒸気や、排熱から回収される熱水などを用いることができる。熱源の温度が１００℃以上の場合には常圧で蒸留を行えるが、それより低い場合は減圧する必要がある。

【0044】

冷却再生手段
蒸留塔の塔頂から、希釈誘導溶液温度調節手段を経由して塔頂ガス冷却再生手段に配管接続し、塔頂部から得られる二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを冷却して水溶液状態にする。冷却手段は問わないが、熱交換器を用いることができる。冷却する熱源としては、特に限定されないが、河川水、海水、空気などを用いることができる。

【0045】

誘導溶液の貯留タンク
誘導溶液の貯留タンクは、冷却再生手段で再生された誘導溶液の受槽であり、かつ予め作製しておいた誘導溶液の貯槽を兼ねることができる。

【0046】

淡水の回収手段
淡水の回収手段は、蒸留塔の塔底部に溜った二酸化炭素とアンモニアをほとんど含まない淡水を塔底部から引き抜く手段であり、通常はポンプが用いられる。蒸留塔と淡水の貯留タンクに高低差がかなりあり、蒸留塔内が減圧にされていない場合は自然流出を利用することもできる。また、塔底部から抜き出された淡水が若干のアンモニアや二酸化炭素を含んでいる場合には、用途に応じて適宜水処理を実施する。

【0047】

淡水の貯留タンク
淡水の貯留タンクは、蒸留塔の塔底部から抜き出された淡水の貯槽である。

【実施例】

【0048】

（実施例１）
本発明を適用した淡水製造装置の一例の構成を図１に示す。

【0049】

図１において、１は膜モジュールであり、その容器内部には半透膜４が収容されている。溶媒が水である液体の例である海水は淡水化対象液流入口（Ｆｅｅｄ入口）２から容器左側の室に入り、そこで、誘導溶液との浸透圧差で水５は半透膜を通って右側の室に移動し、それによって濃縮された海水は左側の室の濃縮淡水化対象液流出口（Ｆｅｅｄ出口）３から排出される。誘導溶液は誘導溶液流入口（Ｄｒａｗ入口）６右側の室に入り、半透膜４を通ってきた水で希釈された希釈誘導溶液は希釈誘導溶液流出口（Ｄｒａｗ出口）７から右側の室を出る。

【0050】

室から出た希釈誘導溶液は、熱交換器１６で熱交換して昇熱され、蒸留塔１１に入る。

【0051】

蒸留塔１１内では、この希釈誘導溶液が蒸留されて、二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスが塔頂部から排出される。このガスは前記熱交換器１３で熱交換して冷却され、次の熱交換器１４でさらに冷却媒体と熱交換されて誘導溶液に戻り、ポンプ１５を通って右側の室にリサイクルされる。

【0052】

一方、塔底部からは二酸化炭素とアンモニアを実質的に含まない淡水１２が排出され、冷却器１６を通って系外に出される。

【0053】

上記装置の膜モジュール１に、図４に示すように３期の膜モジュールを直列に接続した３列の膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いた。各列の３基の膜モジュールはそれぞれ最初の２基の膜モジュールのＦｅｅｄ出口がそれぞれ次の膜モジュールのＦｅｅｄ入口に、Ｄｒａｗ出口が次の膜モジュールのＤｒａｗ入口に接続され、全体として直列に接続されている。そして、Ｆｅｅｄ入口には各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃの図面左端の膜モジュールにそれぞれ、設けられ、各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃの図面右端の膜モジュールからのＦｅｅｄ出口３は一つにまとめられて全体のＦｅｅｄ出口に接続されている。全体のＤｒａｗ入口からは配管が３本に枝分れして、それぞれ各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１ＣのＤｒａｗ入口６（図面右端の膜モジュールのＤｒａｗ入口）に配管接続されている。そして、膜モジュール列１Ｂと１Ｃへの配管にはそれぞれ開閉弁ｖ_６、ｖ_７が設けられている。各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１ＣのＤｒａｗ出口７（図面左端の膜モジュールのＤｒａｗ出口）からの配管は一つにまとめられて全体のＤｒａｗ出口に接続されており、その膜モジュール列１Ａと１Ｂを結ぶ配管と膜モジュール列１Ｂと１Ｃを結ぶ配管にはそれぞれ開閉弁ｖ_８、ｖ_９が設けられている。そして、開閉弁ｖ_６と膜モジュール列１ＢのＤｒａｗ入口との間の配管は、途中で枝分れしてこの分岐配管ｐ_２は膜モジュール列１ＡのＤｒａｗ出口７と開閉弁ｖ_８の間の配管に開閉弁ｖ₁₀を介して接続され、開閉弁ｖ_７と膜モジュール列１ＡのＤｒａｗ入口６との間の配管も途中で枝分れしてその分岐配管ｐ_３は膜モジュール列１ｄのＤｒａｗ出口７と開閉弁ｖ₉の間の配管に開閉弁ｖ_１１を介して接続されている。

【0054】

まず、この淡水製造装置を、図４に示すように、各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並列で運転した。その際、開閉弁ｖ_６、ｖ_７、ｖ_８、ｖ_９は開、ｖ₁₀、ｖ₁₁は閉になっている。

【0055】

淡水化対象液には海水を用いた。誘導溶液には３ｍｏｌ／Ｌの炭酸アンモニウム水溶液を用いた。半透膜には酢酸セルロース系を用いた。

【0056】

各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃにｍ、いずれもＦｅｅｄ入口２から海水を１Ｌ／ｍｉｎで供給したところ、各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１ＣのＦｅｅｄ出口３からいずれも濃縮海水が０．５Ｌ／ｍｉｎで流出し、全体のＦｅｅｄ出口からの流出量は１．５Ｌ／ｍｉｎになった。一方、誘導溶液はＤｒａｗ入口から３Ｌ／ｍｉｎで供給すると、各膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃをそれぞれ１Ｌ／ｍｉｎで供給され、Ｄｒａｗ出口７から１．５Ｌ／ｍｉｎ、全体のＤｒａｗ出口から４．５Ｌ／ｍｉｎで流出した。

【0057】

次に、図５に示すように、開閉弁ｖ_６、ｖ_７、ｖ_８、ｖ_９を閉に、ｖ₁₀、ｖ₁₁を開にして膜モジュール列１Ａ、１Ｂ、１Ｃの誘導溶液側を直列に接続して運転を行った。その結果、海水の供給量と流出量は同じであったが、誘導溶液は全体で供給量１Ｌ／ｍｉｎに対し、全体のＤｒａｗ出口からの流出量は２．５Ｌ／ｍｉｎになった。従って、並列運転時の誘導溶液の希釈率が１．５倍であったのに対し、誘導溶液側を直列運転に変えることにより希釈率は２．５倍になった。

【0058】

（実施例２）
次に、図１の膜モジュール１として、図６に示すように、４基の膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを用いた。

【0059】

全体のＦｅｅｄ入口からは、それぞれの膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＦｅｅｄ入口２に配管接続され、各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＦｅｅｄ出口３からは配管が１つにまとめられて全体のＦｅｅｄ出口に接続されている。誘導溶液に関しても、全体のＤｒａｗ入口から配管が枝分れして、それぞれの膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＤｒａｗ入口６に接続されており、膜モジュール１ｄと１ｆのＤｒａｗ入口手前にはそれぞれ開閉弁ｖ₁₂、ｖ₁₃が設けられている。膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＤｒａｗ出口７側の配管は１つにまとめられて全体のＤｒａｗ出口に接続されており、膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＤｒａｗ出口７への接続配管にはそれぞれ開閉弁ｖ₁₄、ｖ₁₅、ｖ₁₆が設けられている。そして、膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅのＤｒａｗ出口７と開閉弁ｖ₁₄、ｖ₁₅、ｖ₁₆との間の配管ｐ_４、ｐ_５、ｐ_６はそれぞれ途中で枝分れして、それぞれの開閉弁ｖ₁₇、ｖ₁₈、ｖ₁₉を介して膜モジュール１ｄ、１ｅ、１ｆのＤｒａｗ入口６側の配管に接続されている。そのうち、膜モジュール１ｄ、１ｆについては開閉弁ｖ₁₂、ｖ₁₃と膜モジュール１ｄ、１ｆのＤｒａｗ入口６の間に接続されている。

【0060】

まず、この淡水製造装置を、図６に示すように、各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを並列で運転した。その際、開閉弁ｖ₁₂、ｖ₁₃、ｖ₁₄、ｖ₁₅、ｖ₁₆は開に、開閉弁ｖ₁₇、ｖ₁₈、ｖ₁₉は閉になっている。

【0061】

Ｆｅｅｄ入口からの海水供給量は４Ｌ／ｍｉｎであり、これを各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆにそれぞれ１Ｌ／ｍｉｎで供給され、各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＦｅｅｄ出口３からは濃縮海水がそれぞれ０．５Ｌ／ｍｉｎ、全体のＦｅｅｄ出口からは２Ｌ／ｍｉｎで流出した。一方、誘導溶液はＤｒａｗ入口から２ｍｏｌ／Ｌの濃度で２Ｌ／ｍｉｎで供給され、各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆにそれぞれ０．５Ｌ／ｍｉｎで供給されて、それぞれＤｒａｗ出口７から１Ｌ／ｍｉｎ、全体のＤｒａｗ出口から１ｍｏｌ／Ｌの濃度で４Ｌ／ｍｉｎで流出した。

【0062】

運転を続けたところ、図７に示すように、膜の透過水量が低下し、各膜モジュールのＦｅｅｄ入口の供給量が４Ｌ／ｍｉｎのままであったが、各膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＦｅｅｄ出口３からの濃縮海水はそれぞれ０．７５Ｌ／ｍｉｎ、全体のＦｅｅｄ出口からは３Ｌ／ｍｉｎになった。そして、誘導溶液は、相変らずＤｒａｗ入口から２ｍｏｌ／Ｌの濃度で２Ｌ／ｍｉｎで供給されたがそれぞれの膜モジュール１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆのＤｒａｗ出口７からは０．７５Ｌ／ｍｉｎ、全体のＤｒａｗ出口からは１．３ｍｏｌ／Ｌの濃度で、３Ｌ／ｍｉｎで流出した。

【0063】

そこで、図８に示すように、開閉弁ｖ₁₂、ｖ₁₃、ｖ₁₄、ｖ₁₆、ｖ₁₈を閉に、開閉弁ｖ₁₅、ｖ₁₇、ｖ₁₉を開にして、膜モジュール１ｃと１ｄ、１ｅと１ｆの誘導溶液側をそれぞれ直列に接続して運転を行った。その結果、海水供給量４Ｌ／ｍｉｎに対し濃縮海水の流出量は２．４Ｌ／ｍｉｎに減少し、誘導溶液は２ｍｏｌ／Ｌの濃度で２Ｌ／ｍｉｎの供給量で流出量が、１．１ｍｏｌ／Ｌの濃度で３．６Ｌ／ｍｉｎに改善された。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明により、海水等の淡水化対象液から安定して確実に淡水を得ることができるので、本発明は海水等から淡水を得る方法と装置に広く適用できる。

【符号の説明】

【0065】

１ 膜モジュール
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 膜モジュール列
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 膜モジュール
２ 淡水化対象液流入口（Ｆｅｅｄ入口）
３ 濃縮淡水化対象液流出口（Ｆｅｅｄ出口）
４ 半透膜
５ 半透膜を通過して移動する水
６ 誘導溶液流入口（Ｄｒａｗ入口）
７ 希釈誘導溶液流出口（Ｄｒａｗ出口）
１０ 蒸留塔の塔頂部から出てくる二酸化炭素、アンモニア、水からなるガス
１１ 蒸留塔
１２ 淡水
１３ 熱交換器
１４ 熱交換器
１５ ポンプ
１６ 冷却器
ｖ_１〜ｖ_１９ 開閉弁
ｃｖ_１〜ｃｖ_５ 逆流防止弁
ｐ_１〜ｐ_６ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】