JP6231806B2 - 淡水化装置及び淡水化方法、並びに淡水、塩及び有価物の併産方法 - Google Patents
淡水化装置及び淡水化方法、並びに淡水、塩及び有価物の併産方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、電気透析部を用いて淡水及び塩を一つの設備で製造する淡水化装置及び淡水化方法、並びに淡水、塩及び有価物の併産方法に関する。
従来、逆浸透膜装置と電気透析部とを備えた飲料水及び塩の製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる製造装置においては、海水などの塩分を含む原水を逆浸透膜装置に供給して脱塩して飲料水を製造する一方、逆浸透膜装置で濃縮された塩分濃縮水を電気透析部に供給して更に濃縮して濃縮かん水とする。そして、得られた濃縮かん水を蒸発器で蒸発晶析することにより塩を製造する。
また、この濃縮された塩分濃縮水を原水供給ライン側に返送して、生産水の製造量の増大を図るようにすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
ところで、上述した特許文献２の提案において、塩分濃縮水を原水側に戻すようにする場合、電気透析部で１価の塩（Ｎａ塩）を除去した後に、原水側にそのまま戻すようにしているので、逆浸透膜装置への１価の塩（Ｎａ）の塩分濃度が低減し、逆浸透膜装置での低動力化が可能になる。しかしながら、電気透析部からの脱塩液には、２価イオン等の多価イオンが蓄積するため、逆浸透膜装置での膜へ例えば硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）等のスケール析出が発生する、という問題がある。
電気透析部での脱塩水を、逆浸透膜装置の入口側に戻すことで、その後、さらに蒸発晶析、冷却晶析、反応晶析等の各種晶析手段で回収される有価物（例えば塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）等の純度が、循環された２価イオン由来の析出物により低下する、という問題がある。
また、１価イオンが除去された脱塩水中にはホウ素が含まれているので、これを循環再利用する場合、生産水のホウ素濃度の増加が生じるという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、電気透析部からの脱塩水中に含まれる多価イオンを除去すると共にホウ素を除去し、回収する有価物の純度を向上することができる淡水化装置及び淡水化方法、並びに淡水、塩及び有価物の併産方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決する第１の発明は、原水中の塩分が除去された淡水と原水中の塩分が濃縮された塩分濃縮水とを得る淡水化部と、前記塩分濃縮水を電気透析し、濃縮かん水と希釈かん水とを得る電気透析部と、前記希釈かん水中の残存イオンを有価物として回収し、塩分除去水とする反応晶析部と、前記塩分除去水中のホウ素を除去するホウ素除去部と、前記ホウ素が除去されたホウ素除去液を、前記淡水化部の入り口側の原水に循環水として循環する循環ラインと、前記濃縮かん水を蒸発晶析する蒸発晶析部と、前記蒸発晶析部からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーから固体の塩化ナトリウムと脱塩化物スラリーとに固液分離する固液分離部と、前記脱塩化物スラリーからカリウム塩を有価物として回収する冷却晶析部と、を備えることを特徴とする淡水化装置にある。
本発明によれば、希釈かん水中に残存する多価のイオンを反応晶析部で除去した塩分除去水中に含まれるホウ素を、ホウ素除去部で除去するので、淡水化部に戻す循環水中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
第２の発明は、第１の発明において、前記ホウ素除去部でのホウ素除去において、アルカリ条件で行う際、前記ホウ素除去後の循環水に酸を供給する酸供給部を備えることを特徴とする淡水化装置にある。
本発明によれば、アルカリ条件でホウ素を除去した後、淡水化部での淡水化に好適なｐＨに調整することができる。
第３の発明は、第１の発明において、前記固液分離部で分離された前記塩化ナトリウムを用い、水酸化ナトリウム水溶液及び塩酸を得る電気化学処理部と、前記塩酸を前記淡水化部の入り口側に供給する塩酸供給ラインとを備えることを特徴とする淡水化装置にある。
本発明によれば、アルカリ条件でホウ素を除去した後、淡水化部での淡水化に好適なｐＨに塩酸により調整することができる。この際、淡水化装置内で塩酸を製造できるので、オンサイトで塩酸を供給することができる。これにより、外部からの薬剤の購入が不要となると共に、保管設備等も不要となり、淡水製造の生産効率の向上を図ることができる。
第４の発明は、第３の発明において、前記水酸化ナトリウム水溶液を前記反応晶析部に供給する水酸化ナトリウム水溶液供給ラインを備えることを特徴とする淡水化装置にある。
本発明によれば、反応晶析部でアルカリ条件での薬剤として、水酸化ナトリウム水溶液をオンサイトで供給することができ、アルカリ条件の晶析反応によりマグネシウム塩を回収することができる。
また、多価のイオンを反応晶析部で分離するので、再循環される循環中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
また、多価のイオンを反応晶析部で分離するので、再循環される循環中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
第５の発明は、第３又は４の発明において、前記塩酸を前記反応晶析部に供給する塩酸供給ラインを備えることを特徴とする淡水化装置にある。
本発明によれば、反応晶析部で酸性条件での薬剤として、塩酸をオンサイトで供給することができ、酸性条件で炭酸成分を除去することで、炭酸カルシウムの析出を抑制し、水酸化マグネシウムを高純度で回収することができる。
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明の淡水化装置を用い、原水中の塩分を除去して淡水を得ると共に、淡水化処理後の塩分濃縮水から塩化ナトリウム及び有価物を得ることを特徴とする淡水、塩及び有価物の併産方法にある。
本発明によれば、ホウ酸が除去された淡水を製造すると共に、淡水化装置内で発生した塩化ナトリウムの一部を用いて、塩酸と水酸化ナトリウムとの有価物を回収し、この得られた塩酸と水酸化ナトリウムとを用いて、淡水化処理をするので、外部からの薬剤の購入が不要となると共に、保管設備等も不要となり、淡水と塩化ナトリウムと有価物との製造の生産効率の向上を図ることができる。
第７の発明は、原水中の塩分が除去された淡水と原水中の塩分が濃縮された塩分濃縮水とを得る淡水化工程と、前記塩分濃縮水を電気透析し、濃縮かん水と希釈かん水とを得る電気透析工程と、前記希釈かん水中の残存イオンを有価物として回収し、塩分除去水とする反応晶析工程と、前記塩分除去水中のホウ素を除去するホウ素除去工程と、前記ホウ素が除去されたホウ素除去液を、前記淡水化工程の入り口側の原水に循環水として循環する循環工程と、前記濃縮かん水を蒸発晶析する蒸発晶析工程と、前記蒸発晶析部からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーから固体の塩化ナトリウムと脱塩化物スラリーとに固液分離する固液分離工程と、前記脱塩化物スラリーからカリウム塩を有価物として回収する冷却晶析工程と、を有することを特徴とする淡水化方法にある。
本発明によれば、希釈かん水中に残存する多価のイオンを反応晶析工程で除去した塩分除去水中に含まれるホウ素を、ホウ素除去部で除去するので、淡水化工程に戻す循環水Ｗ21中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化工程の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
第８の発明は、第７の発明において、ホウ素除去工程でのホウ素除去において、アルカリ条件で行う際、前記ホウ素除去後の循環水に酸を供給する酸供給工程を有することを特徴とする淡水化方法にある。
本発明によれば、アルカリ条件でホウ素を除去した後、淡水化工程での淡水化に好適なｐＨに調整することができる。
第９の発明は、第７の発明において、前記固液分離された前記塩化ナトリウムを用い、水酸化ナトリウム水溶液及び塩酸を得る電気化学処理工程と、前記塩酸を前記淡水化工程の入り口側に供給する塩酸供給工程とを有することを特徴とする淡水化方法にある。
本発明によれば、アルカリ条件でホウ素を除去した後、淡水化工程での淡水化に好適なｐＨに塩酸により調整することができる。この際、淡水化装置内で塩酸を製造できるので、オンサイトで塩酸を供給することができる。これにより、外部からの薬剤の購入が不要となると共に、保管設備等も不要となり、淡水製造の生産効率の向上を図ることができる。
第１０の発明は、第９の発明において、前記水酸化ナトリウム水溶液を前記反応晶析工程に供給することを特徴とする淡水化方法にある。
本発明によれば、反応晶析工程でアルカリ条件での薬剤として、水酸化ナトリウム水溶液をオンサイトで供給することができ、アルカリ条件の晶析反応によりマグネシウム塩を回収することができる。
また、多価のイオンを反応晶析工程で分離するので、再循環される循環中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化工程の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
また、多価のイオンを反応晶析工程で分離するので、再循環される循環中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化工程の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
第１１の発明は、第９又は１０の発明において、前記塩酸を前記反応晶析工程に前記塩酸を供給することを特徴とする淡水化方法にある。
本発明によれば、反応晶析工程で酸性条件での薬剤として、塩酸をオンサイトで供給することができ、酸性条件で炭酸成分を除去することで、炭酸カルシウムの析出を抑制し、水酸化マグネシウムを高純度で回収することができる。
本発明によれば、電気透析による希釈かん水中に残存する多価のイオンを反応晶析部で除去した塩分除去水中に含まれるホウ素を、ホウ素除去部で除去するので、淡水化部に戻す循環水中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、各実施の形態に係る淡水化装置の構成は、適宜組み合わせて実施可能である。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る海水の淡水化装置の概略図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る他の海水の淡水化装置の概略図である。
図１に示すように、海水の淡水化装置１０Ａは、海水ラインＬ11により供給される供給海水（原水）Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11と供給海水（原水）Ｗ中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12とを得る淡水化部１２と、塩分濃縮水Ｗ12を電気透析し、濃縮かん水Ｗ13と希釈かん水Ｗ14とを得る電気透析部１３と、希釈かん水Ｗ14中の残存イオンを有価物６１として回収し、脱塩水Ｗ20とする反応晶析部２３と、脱塩水Ｗ20中のホウ素を除去するホウ素除去部５１と、ホウ素が除去されたホウ素除去液を、淡水化部１２の入り口側の供給海水（原水）Ｗに循環水Ｗ21として循環する循環ラインＬ21とを備える。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る海水の淡水化装置の概略図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る他の海水の淡水化装置の概略図である。
図１に示すように、海水の淡水化装置１０Ａは、海水ラインＬ11により供給される供給海水（原水）Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11と供給海水（原水）Ｗ中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12とを得る淡水化部１２と、塩分濃縮水Ｗ12を電気透析し、濃縮かん水Ｗ13と希釈かん水Ｗ14とを得る電気透析部１３と、希釈かん水Ｗ14中の残存イオンを有価物６１として回収し、脱塩水Ｗ20とする反応晶析部２３と、脱塩水Ｗ20中のホウ素を除去するホウ素除去部５１と、ホウ素が除去されたホウ素除去液を、淡水化部１２の入り口側の供給海水（原水）Ｗに循環水Ｗ21として循環する循環ラインＬ21とを備える。
本発明によれば、希釈かん水Ｗ14中に残存する多価のイオンを反応晶析部２３で除去した脱塩水Ｗ20中に含まれるホウ素６０を、ホウ素除去部５１で除去するので、淡水化部１２に戻す循環水Ｗ21中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部１２の膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物６１として回収することができる。
また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物６１として回収することができる。
淡水化部１２は、供給海水Ｗを蒸留し、供給海水Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11を得ると共に、供給海水Ｗ中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12を得る。淡水化部１２としては、特に限定されるものではないが、蒸発法以外に、逆浸透膜装置を用いた膜分離法等を適用することができる。
ここで、逆浸透膜装置としては、例えば、複数の逆浸透膜エレメント（逆浸透膜モジュール）を容器内に備えて構成され、各逆浸透膜エレメントで処理して得られた淡水Ｗ11と塩分濃縮水Ｗ12とをそれぞれ容器から導出（排出）させるための濃縮水管（濃縮水排出経路）と透過水管（淡水排出経路）を接続して配設されている。
逆浸透膜装置の逆浸透膜としては、一般的な逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜（以下「ＲＯ膜」ともいう）や、ＮＦ（Nanofiltration）膜（以下「ＮＦ膜」ともいう）などを用いることができる。
また、本実施の形態では、原水としての供給海水Ｗを淡水化部１２で処理して淡水Ｗ11と塩分濃縮水Ｗ12とを得ているが、塩分を含むものであれば海水以外の水を原水として用いてもよい。また供給海水Ｗとしては、例えば、くみ上げた海水や、一度冷媒としてプラント内で使用された後の海水等を用いることもできる。
電気透析部１３は、電気透析膜（ＥＤ：Elecrodialysis膜）１３ａを有する。電気透析部１３は、電気透析膜１３ａにより塩分濃縮水Ｗ12を電気透析して塩分濃縮水Ｗ12中の塩分が濃縮された濃縮かん水Ｗ13と塩分濃縮水Ｗ12中の塩分が除去された希釈かん水Ｗ14とを得る。
電気透析手法としては、例えば、陽イオンのみを透過する陽イオン交換膜と陰イオンのみを透過する陰イオン交換膜を交互に配列し、これら陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の両端から電圧を印加して直流電流を通電できるように構成されている。また、電気透析部１３においては、塩分濃縮水Ｗ12を処理して得られる濃縮かん水Ｗ13と希釈かん水Ｗ14は、それぞれ、排出ラインＬ14、Ｌ15により排出されている。
電気透析手法としては、例えば、陽イオンのみを透過する陽イオン交換膜と陰イオンのみを透過する陰イオン交換膜を交互に配列し、これら陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の両端から電圧を印加して直流電流を通電できるように構成されている。また、電気透析部１３においては、塩分濃縮水Ｗ12を処理して得られる濃縮かん水Ｗ13と希釈かん水Ｗ14は、それぞれ、排出ラインＬ14、Ｌ15により排出されている。
ここで、淡水化部１２からの塩分濃縮水Ｗ12を供給する供給ラインＬ13は、電気透析部１３側に一部が分岐され、分岐されない塩分濃縮水Ｗ12は、供給ラインＬ13を介して外部に排水１７として排出される。
反応晶析部２３は、反応晶析法により多価のイオンを晶析させる。
例えばカルシウム塩(Ｃａ塩)を晶析させる場合には、アルカリ条件、酸性条件により有価物（硫酸カルシウム、炭酸カルシウム等）６１として回収する。
例えばカルシウム塩(Ｃａ塩)を晶析させる場合には、アルカリ条件、酸性条件により有価物（硫酸カルシウム、炭酸カルシウム等）６１として回収する。
ここで、アルカリ条件での晶析反応は、水酸化カルシウムを用いる。酸性条件での晶析反応は、例えば硫酸、塩酸を用いる。
反応晶析部２３で、まずＣａ塩を反応晶析により、除去した後、アルカリ条件で有価物（Ｍｇ塩）６１として回収する。
ここで、硫酸、塩酸を用いて、水酸化マグネシウム回収前に供給するのは、希釈かん水Ｗ14のｐＨを下げ、下記反応式（１）、（２）により、同水中の炭酸成分を揮発・除去することで、炭酸カルシウムの析出を抑制するようにしている。これにより酸化マグネシウムを高純度で回収することができる。
Ｃａ(ＨＣＯ3)2＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ2＋２Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2↑・・・（１）
Ｃａ(ＨＣＯ3)2＋Ｈ2ＳＯ4→ＣａＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2↑・・・（２）
ここで、硫酸、塩酸を用いて、水酸化マグネシウム回収前に供給するのは、希釈かん水Ｗ14のｐＨを下げ、下記反応式（１）、（２）により、同水中の炭酸成分を揮発・除去することで、炭酸カルシウムの析出を抑制するようにしている。これにより酸化マグネシウムを高純度で回収することができる。
Ｃａ(ＨＣＯ3)2＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ2＋２Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2↑・・・（１）
Ｃａ(ＨＣＯ3)2＋Ｈ2ＳＯ4→ＣａＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2↑・・・（２）
ホウ素除去部５１は、反応晶析部２３で多価のイオンが除去され、循環ラインＬ21により供給される脱塩水Ｗ20から、ホウ素６０を除去する。ホウ素の除去には、イオン交換樹脂、ホウ素吸着樹脂等を用いて除去することができる。
ここで、イオン交換樹脂としては、例えばホウ素吸着樹脂としては、三菱化学社製の「ダイヤイオン（登録商標）ＣＲＢ（商品名）、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｍ社製の「Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＡ ７４３（商品名）」、Ｄｏｗ Ｄｅｗｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．、ＯＨＧ社製の「Ｄｏｗ ＸＵＳ４３５９４（商品名）」を用いることができる。なお、ホウ素（ホウ酸イオンなど）との間で選択的にイオン交換が生じ、ホウ素を回収可能なイオン交換樹脂を用いるようにしてもよい。
また、ホウ素を吸着法によって捕集・除去する場合には、例えば、セリウム系吸着剤、キレート系吸着剤等のホウ素を吸着回収可能な吸着剤を有するホウ素除去部としてもよい。
また、ホウ素を吸着及び／又はイオン交換によって捕集する以外としては、例えば電気透析法により除去するようにしてもよい。
ホウ素は、下記式（３）のように、ホウ酸としてイオン状態で解離している。脱塩水Ｗ20は、Ｍｇ塩を除去する反応晶析によりアルカリ側（ｐＨ９〜１１程度）になっているので、反応晶析前よりイオン状態のホウ酸濃度の割合が高く、アルカリ側でｐＨが高い方がイオン交換に有利となる。
Ｂ（ＯＨ） 3＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｂ（ＯＨ）4 -＋Ｈ+・・・（３）
Ｂ（ＯＨ） 3＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｂ（ＯＨ）4 -＋Ｈ+・・・（３）
循環ラインＬ21は、ホウ素を除去したホウ素除去水を淡水化部１２の入り口側の供給海水（原水）Ｗに循環水Ｗ21として循環する。
本実施形態によれば、希釈かん水Ｗ14中に残存する多価のイオンを反応晶析部２３で除去した脱塩水Ｗ20中に含まれるホウ素（Ｂ）を、ホウ素除去部５１で除去する。この結果、淡水化部１２に戻す循環水Ｗ21中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部１２の膜へのスケール析出が発生することが防止されると共に、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
ホウ素除去部５１の設置位置は、循環ラインＬ21の脱塩水Ｗ20を分岐ラインＬ21Aで分岐する分岐部５３の前後のいずれでも良い（図２参照）。
ここで、ホウ素を有価物として多く回収したい場合は、図１に示すように、分岐部５３と前流側である、反応晶析部２３と分岐部５３との間にホウ素除去部５１を配置される。
これに対し、図２に示す淡水化装置１０Ｂでは、分岐部５３の後流側にホウ素除去部５１が配置される。この配置とすることで、循環ラインＬ21で循環する循環水Ｗ21中のホウ素を除去するだけで良いので、ホウ素除去部５１の容量を最小限にすることができる。
このホウ素が除去された循環水Ｗ21の循環再利用により、供給海水Ｗの供給量を低減することができるので、例えば前処理装置を淡水化部１２の前流側に設置する場合には、その前処理装置の装置規模の小型化を図ることができる。
また、循環水Ｗ21中には、電気透析部１３で１価のイオンを除去し、さらに反応晶析部２３で多価イオンの塩分濃度を低下させているので、総塩分濃度が低減され、例えば淡水化部１２として逆浸透膜装置を用いた場合その原水を高圧にする際における動力の低減を図ることができる。
ここで、淡水化装置内で得られた塩化ナトリウムから得られた塩酸や水酸化ナトリウムは、ホウ素吸着樹脂の再生に使用することができる。
また、循環水Ｗ21中には、電気透析部１３で１価のイオンを除去し、さらに反応晶析部２３で多価イオンの塩分濃度を低下させているので、総塩分濃度が低減され、例えば淡水化部１２として逆浸透膜装置を用いた場合その原水を高圧にする際における動力の低減を図ることができる。
ここで、淡水化装置内で得られた塩化ナトリウムから得られた塩酸や水酸化ナトリウムは、ホウ素吸着樹脂の再生に使用することができる。
次に、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ａの全体動作について説明する。
淡水化部１２に供給された供給海水Ｗは、淡水化処理により供給海水Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11と供給海水Ｗ中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12とになる。淡水Ｗ11は、供給ラインＬ12を介して排出され、製造水１４として利用される。塩分濃縮水Ｗ12は、供給ラインＬ13を介して一部が電気透析部１３に供給されると共に、一部が排水１７として排出される。
淡水化部１２に供給された供給海水Ｗは、淡水化処理により供給海水Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11と供給海水Ｗ中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12とになる。淡水Ｗ11は、供給ラインＬ12を介して排出され、製造水１４として利用される。塩分濃縮水Ｗ12は、供給ラインＬ13を介して一部が電気透析部１３に供給されると共に、一部が排水１７として排出される。
電気透析部１３に供給された塩分濃縮水Ｗ12は、電気透析膜１３ａによって塩分濃縮水Ｗ12中の塩分が更に濃縮され濃縮かん水Ｗ13と塩分濃縮水Ｗ12中の塩分が除去された希釈かん水Ｗ14となる。ここで、濃縮かん水Ｗ13は、塩分濃縮水Ｗ12に含まれる１価の塩（Ｎａ（ナトリウム）塩、Ｋ（カリウム）塩等）が多く含まれる。希釈かん水Ｗ14は、塩分濃縮水Ｗ12に含まれる多価の塩（Ｍｇ（マグネシウム）塩、Ｃａ（カルシウム）塩等）が多く含まれる。
電気透析部１３からの希釈かん水Ｗ14は、反応晶析部２３に送られ、反応晶析法により多価のイオンを晶析させる。
この反応晶析により、多価のイオンである例えばカルシウム塩(Ｃａ塩)と、マグネシウム塩が有価物６１として回収される。
この反応晶析により、多価のイオンである例えばカルシウム塩(Ｃａ塩)と、マグネシウム塩が有価物６１として回収される。
反応晶析部２３で多価のイオンが除去された脱塩水Ｗ20は、ホウ素除去部５１に送られ、ここでホウ素が、例えばイオン交換膜法、ホウ素吸着樹脂法等により除去される。
酸供給部５２は、循環水Ｗ21のｐＨを淡水化部１２の淡水化条件とするものであり、例えば硫酸、塩酸等の酸５２ａにより、ｐＨが調整される。これにより、アルカリ条件でホウ素を除去した場合、淡水化部１２での淡水化に好適なｐＨに調整することができる。
ホウ素が除去されたホウ素除去水は、淡水化部１２の入り口側の供給海水（原水）Ｗに循環水Ｗ21として循環する。
ここで、本実施形態に係る淡水化装置１０Ａにおいては、従来技術のように、電気透析部１３からの希釈かん水Ｗ14をそのまま循環ラインで、供給海水側へ循環せず、一度反応晶析部２３で多価のイオンを有価物６１として回収し、さらに脱塩水Ｗ20のホウ素をホウ素除去部５１で除去した後に、循環水Ｗ21として再循環するようにしている。この結果、循環水として淡水化部１２に戻す循環水Ｗ21中の多価のイオンの塩分濃度が低下し、淡水化部１２での動力の低減を図ることができると共に、ホウ素が除去されるので、ホウ素蓄積が防止される。
また、多価のイオンを反応晶析部２３で分離するので、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオンの蓄積がなく、例えば淡水化部１２として逆浸透膜装置を用いる場合には、逆浸透膜膜へのスケール析出が発生することが防止される。
また、循環水として多価イオン及びホウ素の蓄積がないので、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
また、循環水として多価イオン及びホウ素の蓄積がないので、有価物として塩を回収する場合、純度の高い塩を回収することができる。この結果、有価物の回収効率の向上を図ることができる。
また、本実施形態の淡水化方法においては、原水（供給海水）Ｗ中の塩分が除去された淡水Ｗ11と原水中の塩分が濃縮された塩分濃縮水Ｗ12とを得る淡水化工程と、前記塩分濃縮水Ｗ12を電気透析し、濃縮かん水Ｗ13と希釈かん水Ｗ14とを得る電気透析工程と、前記希釈かん水Ｗ14中の残存イオンを有価物６１として回収し、脱塩水Ｗ20とする反応晶析工程と、前記脱塩水Ｗ20中のホウ素を除去するホウ素除去工程と、ホウ素が除去されたホウ素除去液を、前記淡水化部１２の入り口側の原水に循環水Ｗ21として循環する循環工程と、を有する。
したがって、本実施形態の淡水化装置及び方法によれば、希釈かん水Ｗ14中に残存する多価のイオンを反応晶析部２３で除去した脱塩水Ｗ20中に含まれるホウ素（Ｂ）を、ホウ素除去部５１で除去するので、淡水化部１２に戻す循環水Ｗ21中のホウ素濃度を低下させ、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオンの蓄積がなく、淡水化部１２の膜へのスケール析出が発生することが防止される。また、ホウ素が除去されるので、淡水及び塩分濃縮水中へのホウ素の蓄積が防止される。また、除去されたホウ素を有価物として回収することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る淡水化装置について説明する。以下においては、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置との相違点を中心に説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置と同一の構成要素については、同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る淡水化装置について説明する。以下においては、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置との相違点を中心に説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置と同一の構成要素については、同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る淡水化装置の概略図である。
図３に示すように、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｃは、第１の実施形態の淡水化装置１０Ａにおいて、さらに濃縮かん水Ｗ13を蒸発晶析する蒸発晶析部２１と、蒸発晶析部２１からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーを固液分離する固液分離部２２と、固液分離された前記塩化ナトリウムを用い、塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を得る電気化学処理部３０と、得られた塩酸３２を淡水化部の入り口側に供給する塩酸供給ラインＬ25とを備える。なお、本実施形態では、前処理装置１１を設置すると共に、淡水化部１２として逆浸透膜装置１２Ａを用いる。
図３に示すように、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｃは、第１の実施形態の淡水化装置１０Ａにおいて、さらに濃縮かん水Ｗ13を蒸発晶析する蒸発晶析部２１と、蒸発晶析部２１からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーを固液分離する固液分離部２２と、固液分離された前記塩化ナトリウムを用い、塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を得る電気化学処理部３０と、得られた塩酸３２を淡水化部の入り口側に供給する塩酸供給ラインＬ25とを備える。なお、本実施形態では、前処理装置１１を設置すると共に、淡水化部１２として逆浸透膜装置１２Ａを用いる。
本実施形態では、供給海水Ｗ中の不純物等を除去する前処理装置１１を備えている。この前処理装置１１は、海水中の微粒子やコロイドなどの懸濁物、藻類や貝類などの微生物を除去した前処理水Ｗ10とし、逆浸透膜装置１２Ａの逆浸透膜１２ａの透水性能が低下する現象（ファウリング現象）を抑えるためのものである。そして、この前処理装置１１は、例えば、供給海水Ｗ中に無機系や有機系の凝集剤、殺菌剤等の薬剤を添加し、濾過材としての砂を容器に充填してなる砂濾過器に通水して海水中の懸濁物や微生物を除去する。また、砂濾過器を逆洗して濾過性能を回復させるための逆洗ポンプ等を備えている。濾過器内の砂などの担体の表面に生物膜を形成し、濾過性能と生物膜によるＢＯＤ成分の分解性能を併用して海水の前処理を行うように構成してもよい。なお、例えば一度前処理された処理海水をプラント用の冷却水として用いた海水に対して淡水化するような場合には、この前処理装置は省略されるようにしてもよい。
蒸発晶析部２１は、電気透析部１３から供給される濃縮かん水Ｗ13を蒸発晶析させて塩（塩化ナトリウム（ＮａＣｌ））を得ると共に、蒸発水Ｗ15を得る。また、蒸発晶析部２１からの蒸発水Ｗ15は、供給ラインＬ16及び供給ラインＬ12を介して淡水Ｗ11と合流し、製造水１４として排出する。
ここで、蒸発晶析部２１は、例えば多重効用蒸発缶、薄膜蒸発乾燥器又はドラムドライヤー等を例示することができ、この蒸発処理によって得られた析出物の塩化ナトリウムスラリーＳ1を排出する排出ラインＬ17が、固液分離部２２に接続されている。
固液分離部２２は、蒸発晶析部２１からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーＳ1を固液分離するものであり、有価物としての塩化ナトリウム（固体）３４を得る。
また、塩化ナトリウムを分離した脱塩化ナトリウムスラリーＳ2は排出ラインＬ18を介して排出される。
また、分離された塩化ナトリウムは、排出ラインＬ21を介して排出され、その一部は溶解部２９に導入される。また、残りの塩化ナトリウム（固体）３４は、有価物として排出ラインＬ22を介して排出される。
また、塩化ナトリウムを分離した脱塩化ナトリウムスラリーＳ2は排出ラインＬ18を介して排出される。
また、分離された塩化ナトリウムは、排出ラインＬ21を介して排出され、その一部は溶解部２９に導入される。また、残りの塩化ナトリウム（固体）３４は、有価物として排出ラインＬ22を介して排出される。
溶解部２９は、分離された塩化ナトリウムの一部を用いて、淡水Ｗ11により溶解し、塩化ナトリウム水溶液を得る。この溶解には淡水化処理により得られた淡水Ｗ11と、蒸発水Ｗ15とが供給ラインＬ31、Ｌ32によりいずれか一方又は両方から供給されている。溶解された塩化ナトリウム水溶液は、供給ラインＬ23を介して電気化学処理部３０へ供給される。
電気化学処理部３０は、供給された塩化ナトリウム水溶液を用いて、例えば電気分解又は電気透析等の電気化学処理により、塩酸３２及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液３３を得る。
本実施形態では、塩酸（ＨＣｌ）３２を供給する塩酸供給ラインＬ25は、逆浸透膜装置１２Ａの入り口側に供給するように、海水ラインＬ11に接続されている。
なお、ｐＨを計測するｐＨ計５４が逆浸透膜装置１２Ａの入り口側に設置され、塩酸でのｐＨ調整をしている。
なお、ｐＨを計測するｐＨ計５４が逆浸透膜装置１２Ａの入り口側に設置され、塩酸でのｐＨ調整をしている。
また、本実施形態では、淡水Ｗ11を排出する供給ラインＬ12に、塩酸３２を供給する塩酸供給ラインＬ25と、水酸化ナトリウム水溶液３３を供給する水酸化ナトリウム水溶液供給ラインＬ26とが接続されている。
また、淡水化装置のプラント停止の際における逆浸透膜装置１２及びホウ素除去部５１の洗浄用として、塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を供給するために、塩酸３２を供給する塩酸供給ラインＬ25及び水酸化ナトリウム水溶液３３を供給する水酸化ナトリウム水溶液供給ラインＬ26とを所定の洗浄ラインに接続されるようにしても良い。
次に、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｃの全体動作について説明する。
電気透析部１３からの１価のイオンが濃縮された濃縮かん水Ｗ13から蒸発晶析部２１により蒸発水Ｗ15を得ることで、さらに製造水１４の製造量の増大を図ることができる。また、蒸発の結果、濃縮された塩化ナトリウムスラリーＳ1を固液分離装置２２で固液分離して、有価物の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）３４を得る。
この得られた塩酸３２は、淡水供給ラインＬ33により供給される淡水Ｗ11により適宜濃度調整される。
本実施形態では、ホウ素除去後の循環水Ｗ21のｐＨ調整と、逆浸透膜装置１２Ａの濾過に好適なｐＨの調整のために、塩酸３２によりオンサイトで行うことができる。従来においては、ｐＨの調整のために、別途酸（硫酸、塩酸）を購入し、購入した薬剤を淡水化プラント内で保管していたが、これをオンサイトで塩酸３２を供給することができ、外部からの薬剤の購入が不要となると共に、保管設備等も不要となり、淡水製造の生産効率の向上を図ることができる。
また塩酸３２と水酸化ナトリウム水溶液３３を、逆浸透膜装置１２Ａの出口側の淡水Ｗ11中に供給する塩酸供給ラインＬ25と水酸化ナトリウム供給ラインＬ26とを備えるので、得られた淡水Ｗ11のｐＨを塩酸３２又は水酸化ナトリウム水溶液３３のいずれか一方又は両方により任意のｐＨの値に調整することができる。
特に、淡水化処理の条件により、得られる淡水Ｗ11のｐＨが所望のｐＨではない場合に、この調整が容易にできる。
また、得られた塩酸３２又は水酸化ナトリウム水溶液３３のいずれか一方又は両方を用いて淡水Ｗ11のｐＨを調整し、例えば飲料に適したｐＨに調整することができる。
さらに本実施形態では、逆浸透膜装置１２Ａの入り口側の海水供給ラインＬ11に前処理水Ｗ10の温度を計測する温度計（図示せず）を備えるようにしても良い。
特に、供給海水Ｗの温度が高い場合には、塩酸３２を用いてｐＨを下げる調整を行うことが好ましい。
特に、供給海水Ｗの温度が高い場合には、塩酸３２を用いてｐＨを下げる調整を行うことが好ましい。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る淡水化装置について説明する。以下においては、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置との相違点を中心に説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置と同一の構成要素については、同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る淡水化装置について説明する。以下においては、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置との相違点を中心に説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る淡水化装置と同一の構成要素については、同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
図４は、第３の実施の形態に係る他の淡水化装置の概略図である。
図４に示すように、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｄは、得られた塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を、塩酸供給ラインＬ25及び水酸化ナトリウム水溶液供給ラインＬ26を介して、反応晶析部２３に供給している。
図４に示すように、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｄは、得られた塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を、塩酸供給ラインＬ25及び水酸化ナトリウム水溶液供給ラインＬ26を介して、反応晶析部２３に供給している。
これにより、得られた塩酸３２を反応晶析部２３に供給して、酸性条件で炭酸成分を除去することで、炭酸カルシウムの析出を抑制し、水酸化マグネシウムを高純度で回収することができる。
また、電気化学処理部３０で得られた水酸化ナトリウム水溶液３３を反応晶析部２３に供給して、アルカリ条件でのＭｇ塩の反応晶析を行うことができる。
これにより、反応晶析部２３での晶析の際、先ず、塩酸３２を供給して、脱炭酸を行い、その後、水酸化ナトリウムを添加してアルカリ側の反応晶析を行うことができ、有価物６１としてＭｇ塩（Ｍｇ（ＯＨ）2）を反応晶析させることができる。
この結果、従来のように、別途酸やアルカリ剤を購入し、淡水化システム内で保管することが解消される。この結果、オンサイトで塩酸３２及び水酸化ナトリウム水溶液３３を供給することができ、外部からの薬剤の購入が不要となると共に、保管設備等も不要となり、淡水製造の生産効率の向上を図ることができる。
このように、本実施の形態に係る淡水化装置１０Ｄによれば、淡水の製造と共に、有価物を高純度で製造でき、その際、回収された塩化ナトリウムを用いて電気化学処理部３０により水酸化ナトリウムを製造し、この製造された水酸化ナトリウムを用いて反応晶析部２３としてアルカリ状態で反応晶析させることで、純度の高い水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）を得ることができる。
さらに、本実施形態では、塩化ナトリウムが除去された脱塩化ナトリウムスラリーＳ2から、冷却晶析部２４での晶析により有価物（Ｋ塩等）６２を得ることができる。
なお、蒸発晶析部２１での有価物（Ｋ塩等）を含む上澄水Ｗ17が排出ラインＬ19を介して、冷却晶析部２４に導入され、ここで晶析されている。
なお、蒸発晶析部２１での有価物（Ｋ塩等）を含む上澄水Ｗ17が排出ラインＬ19を介して、冷却晶析部２４に導入され、ここで晶析されている。
したがって、本実施形態の淡水化装置及び方法によれば、ホウ素が除去された淡水を製造すると共に、電気透析部１３からの希釈かん水Ｗ14中に含まれる多価イオンを反応晶析により有価物（Ｍｇ塩、Ｃａ塩等）６１として反応晶析部２３により回収することができる。また、塩化ナトリウムが除去された脱塩化ナトリウムスラリーＳ2に含まれる有価物（Ｋ塩等）６２を冷却晶析部２４により回収することができる。なお、本実施形態では有価物の回収に晶析法を用いたが、本発明はこれに限定されず、吸着法により有価物を回収するようにしてもよい。
また、この有価物を回収し、ホウ素除去部５１でホウ素を除去したホウ素除去水を循環水Ｗ21として循環する場合、多価イオンが除去されているので、ホウ素が除去された淡水を得ることができる。また、ホウ素を有価物として回収することができる。また、循環水Ｗ21は，多価のイオンが除去されているので、逆浸透膜装置１２Ａに供給する高圧ポンプの動力の大幅な低減を図ることができる。また、多価のイオンを反応晶析部２３で分離するので、再循環される循環水Ｗ21中には、多価のイオン（例えばＣａ2+）の蓄積がなく、逆浸透膜装置１２の逆浸透膜１２ａでのスケール（例えばＣａＳＯ4等）の析出が防止される。また、回収する有価物の純度を向上することができる。これにより、効率的な淡水、塩及び有価物の併産方法を実現できる。
１０Ａ〜１０Ｄ 淡水化装置
１１ 前処理装置
１２ 淡水化部
１２Ａ 逆浸透膜装置
１２ａ 逆浸透膜
１３ 電気透析部
１３ａ 電気透析膜
１４ 製造水
２１ 蒸発晶析部
２２ 固液分離部
２３ 反応晶析部
２４ 冷却晶析部
３０ 電気化学処理部
３１ 塩酸製造部
３２ 塩酸
３３ 水酸化ナトリウム水溶液
５１ ホウ素除去部
５２ 酸供給部
５２ａ 酸
Ｗ 供給海水
Ｗ10 前処理水
Ｗ11 淡水
Ｗ12 塩分濃縮水
Ｗ13 濃縮かん水
Ｗ14 希釈かん水
Ｌ11 海水ライン
Ｌ21 循環ライン
Ｌ25 塩酸供給ライン
Ｌ26 水酸化ナトリウム水溶液供給ライン
１１ 前処理装置
１２ 淡水化部
１２Ａ 逆浸透膜装置
１２ａ 逆浸透膜
１３ 電気透析部
１３ａ 電気透析膜
１４ 製造水
２１ 蒸発晶析部
２２ 固液分離部
２３ 反応晶析部
２４ 冷却晶析部
３０ 電気化学処理部
３１ 塩酸製造部
３２ 塩酸
３３ 水酸化ナトリウム水溶液
５１ ホウ素除去部
５２ 酸供給部
５２ａ 酸
Ｗ 供給海水
Ｗ10 前処理水
Ｗ11 淡水
Ｗ12 塩分濃縮水
Ｗ13 濃縮かん水
Ｗ14 希釈かん水
Ｌ11 海水ライン
Ｌ21 循環ライン
Ｌ25 塩酸供給ライン
Ｌ26 水酸化ナトリウム水溶液供給ライン
Claims (11)
- 原水中の塩分が除去された淡水と原水中の塩分が濃縮された塩分濃縮水とを得る淡水化部と、
前記塩分濃縮水を電気透析し、濃縮かん水と希釈かん水とを得る電気透析部と、
前記希釈かん水中の残存イオンを有価物として回収し、塩分除去水とする反応晶析部と、
前記塩分除去水中のホウ素を除去するホウ素除去部と、
前記ホウ素が除去されたホウ素除去液を、前記淡水化部の入り口側の原水に循環水として循環する循環ラインと、
前記濃縮かん水を蒸発晶析する蒸発晶析部と、
前記蒸発晶析部からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーから固体の塩化ナトリウムと脱塩化物スラリーとに固液分離する固液分離部と、
前記脱塩化物スラリーからカリウム塩を有価物として回収する冷却晶析部と、を備えることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項１において、
前記ホウ素除去部でのホウ素除去において、アルカリ条件で行う際、前記ホウ素除去後の循環水に酸を供給する酸供給部を備えることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項１において、
前記固液分離部で分離された前記塩化ナトリウムを用い、水酸化ナトリウム水溶液及び塩酸を得る電気化学処理部と、
前記塩酸を前記淡水化部の入り口側に供給する塩酸供給ラインとを備えることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項３において、
前記水酸化ナトリウム水溶液を前記反応晶析部に供給する水酸化ナトリウム水溶液供給ラインを備えることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項３又は４において、
前記塩酸を前記反応晶析部に供給する塩酸供給ラインを備えることを特徴とする淡水化装置。 - 請求項１乃至５のいずれか一つの淡水化装置を用い、原水中の塩分を除去して淡水を得ると共に、淡水化処理後の塩分濃縮水から塩化ナトリウム及び有価物を得ることを特徴とする淡水、塩及び有価物の併産方法。
- 原水中の塩分が除去された淡水と原水中の塩分が濃縮された塩分濃縮水とを得る淡水化工程と、
前記塩分濃縮水を電気透析し、濃縮かん水と希釈かん水とを得る電気透析工程と、
前記希釈かん水中の残存イオンを有価物として回収し、塩分除去水とする反応晶析工程と、
前記塩分除去水中のホウ素を除去するホウ素除去工程と、
前記ホウ素が除去されたホウ素除去液を、前記淡水化工程の入り口側の原水に循環水として循環する循環工程と、
前記濃縮かん水を蒸発晶析する蒸発晶析工程と、
前記蒸発晶析部からの濃縮された塩化ナトリウムスラリーから固体の塩化ナトリウムと脱塩化物スラリーとに固液分離する固液分離工程と、
前記脱塩化物スラリーからカリウム塩を有価物として回収する冷却晶析工程と、を有することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項７において、
ホウ素除去工程でのホウ素除去において、アルカリ条件で行う際、前記ホウ素除去後の循環水に酸を供給する酸供給工程を有することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項７において、
前記固液分離された前記塩化ナトリウムを用い、水酸化ナトリウム水溶液及び塩酸を得る電気化学処理工程と、
前記塩酸を前記淡水化工程の入り口側に供給する塩酸供給工程とを有することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項９において、
前記水酸化ナトリウム水溶液を前記反応晶析工程に供給することを特徴とする淡水化方法。 - 請求項９又は１０において、
前記塩酸を前記反応晶析工程に供給することを特徴とする淡水化方法。
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