JP7787384B2 - Seawater desalination system - Google Patents
Seawater desalination systemInfo
- Publication number
- JP7787384B2 JP7787384B2 JP2022550604A JP2022550604A JP7787384B2 JP 7787384 B2 JP7787384 B2 JP 7787384B2 JP 2022550604 A JP2022550604 A JP 2022550604A JP 2022550604 A JP2022550604 A JP 2022550604A JP 7787384 B2 JP7787384 B2 JP 7787384B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seawater
- module
- chamber
- concentrated
- supplied
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/06—Energy recovery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/58—Multistep processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
本発明は、海水淡水化システムに関する。 The present invention relates to a seawater desalination system.
海水から逆浸透(RO)法を用いて淡水を得る海水淡水化は、蒸発法に比較して消費エネルギーが少ないため、現在広く普及している。 Seawater desalination, which uses reverse osmosis (RO) to obtain freshwater from seawater, is now widely used because it consumes less energy than evaporation methods.
ここで、RO法を用いた海水淡水化は、蒸発法に比べて消費エネルギーが少ないものの、造水(海水淡水化)に必要なコストに占めるエネルギーコストの割合が高いため、このエネルギーコストの低減が課題となっている。また、RO法を用いた海水淡水化により発生する濃縮海水をそのまま海洋に排出すると、海水の塩分濃度が上昇するといった環境問題も指摘されている。While RO seawater desalination consumes less energy than evaporation, the energy cost accounts for a large proportion of the total cost of producing water (seawater desalination), making reducing this energy cost a challenge. Furthermore, discharging the concentrated seawater produced by RO seawater desalination directly into the ocean raises environmental concerns, as it increases the salinity of the seawater.
近年、海水淡水化の際にROモジュールの半透膜を透過せずに濃縮される海水(濃縮海水)は高い浸透圧と高い静水圧を有しているため、この濃縮海水のエネルギーを回収して、海水淡水化システムの消費電力量を低減させる技術が注目されている。 In recent years, attention has been focused on technologies that recover the energy of concentrated seawater during seawater desalination to reduce the power consumption of seawater desalination systems, as the seawater that is concentrated without passing through the semipermeable membrane of the RO module (concentrated seawater) has high osmotic pressure and high hydrostatic pressure.
濃縮海水の浸透圧エネルギーを回収する方法の一つとしては、濃縮海水と、それよりも十分に塩濃度の低い液体(低浸透圧液)と、の濃度差(浸透圧差)による正浸透現象を利用する方法が知られている。 One known method of recovering the osmotic energy of concentrated seawater is to utilize the forward osmosis phenomenon caused by the difference in concentration (osmotic pressure difference) between concentrated seawater and a liquid with a significantly lower salt concentration (low osmotic pressure liquid).
例えば、半透膜と半透膜で仕切られた第1室および第2室とを備える正浸透(FO)モジュールの第1室に低浸透圧液を供給し、第2室に濃縮海水を供給する。このようにして、濃縮海水と低浸透圧液とを半透膜(FO膜)を介して接触させると、正浸透現象により、両液体の浸透圧差に比例して、低浸透圧液(第1室)から濃縮海水(第2室)へ半透膜を透過する水の流れが発生する。その結果、濃縮海水が希釈され濃縮海水の流量が増加する。この正浸透現象による流量増加のエネルギーをエネルギー回収装置(発電機や機械式のエネルギー回収装置等)により回収することで、濃縮海水の浸透圧エネルギーを動力や電気エネルギーに変換して海水淡水化システムで使用することができる。For example, a forward osmosis (FO) module includes a first and second compartments separated by a semipermeable membrane. A low-osmotic pressure liquid is supplied to the first compartment, and concentrated seawater is supplied to the second compartment. When the concentrated seawater and the low-osmotic pressure liquid are brought into contact with each other through the semipermeable membrane (FO membrane), forward osmosis generates a flow of water that permeates the semipermeable membrane from the low-osmotic pressure liquid (first compartment) to the concentrated seawater (second compartment) in proportion to the osmotic pressure difference between the two liquids. As a result, the concentrated seawater is diluted, increasing its flow rate. The energy generated by this increased flow rate due to forward osmosis can be recovered using an energy recovery device (such as a generator or mechanical energy recovery device) to convert the osmotic energy of the concentrated seawater into power or electrical energy for use in the seawater desalination system.
例えば、特許文献1(特開2014-200708号公報)には、海水淡水化で生じる濃縮海水と、塩濃度の低い下水処理水と、をFOモジュールに供給し、正浸透現象で流量が増加した濃縮海水から(浸透圧の)エネルギーを回収して、海水淡水化ROプラントの消費電力を削減する手法が開示されている。 For example, Patent Document 1 (JP 2014-200708 A) discloses a method of reducing the power consumption of a seawater desalination RO plant by supplying concentrated seawater produced during seawater desalination and treated sewage water with a low salt concentration to an FO module, and recovering energy (from osmotic pressure) from the concentrated seawater whose flow rate has increased due to forward osmosis.
また、特許文献2(米国特許出願公開第2013/0160435号明細書)には、特許文献1と同様に濃縮海水からエネルギーを回収し、さらに、それによって希釈された濃縮海水を海水淡水化用のROモジュールに供給することで、得られる透過水(生産水)の量を増加させる手法が開示されている。 Furthermore, Patent Document 2 (US Patent Application Publication No. 2013/0160435) discloses a method for recovering energy from concentrated seawater, similar to Patent Document 1, and then supplying the diluted concentrated seawater to an RO module for seawater desalination, thereby increasing the amount of permeate (product water) obtained.
なお、特許文献1および特許文献2に記載されるようにして濃縮海水の浸透圧エネルギーを回収する方法によれば、濃縮海水が希釈されるため、濃縮海水がそのまま海洋に排出されることが抑制される。 In addition, according to the method of recovering the osmotic energy of concentrated seawater as described in Patent Documents 1 and 2, the concentrated seawater is diluted, thereby preventing the concentrated seawater from being discharged directly into the ocean.
一方、海水淡水化用のRO法に用いられる半透膜(RO膜)は、塩化ナトリウム除去率が通常99%以上であるが、ホウ素除去率が低い。このため、特に得られる淡水を飲料水(水道水)として使用する場合は、図2に示されるように、第1ROモジュール1の半透膜10を透過したホウ素を含有する水(第1透過水)を、さらに別のROモジュール3,4(第2ROモジュール2)に供給して再度、半透膜30,40を透過させることで、ホウ素を含む溶質の除去率が高められた淡水(第2透過水)を得る場合が多い。このような二段式のROモジュールを用いて、海水がRO膜を2回以上透過することにより、飲料水としての水質基準を満たす淡水(生産水)を得ることができる。On the other hand, the semipermeable membranes (RO membranes) used in the RO process for seawater desalination typically have a sodium chloride rejection rate of 99% or more, but a low boron rejection rate. For this reason, particularly when the resulting freshwater is to be used as drinking water (tap water), as shown in Figure 2, boron-containing water (first permeate) that has permeated the semipermeable membrane 10 of the first RO module 1 is often supplied to another RO module 3, 4 (second RO module 2) and permeated again through semipermeable membranes 30, 40 to obtain freshwater (second permeate) with an increased rejection rate of boron-containing solutes. By using such a two-stage RO module and passing seawater through the RO membrane two or more times, freshwater (product water) that meets drinking water quality standards can be obtained.
なお、図2に示されるような二段式のROモジュール(従来の海水淡水化システム)において、第2ROモジュール2の半透膜30,40を透過しなかった水(濃縮水)は、通常、海水よりも塩分濃度が低い。このため、この濃縮水は、例えば、海水の塩分濃度を下げて淡水の回収効率(エネルギー効率)を上げるために、第1ROモジュール1に供給される海水に混合されていた。In a two-stage RO module (conventional seawater desalination system) such as that shown in Figure 2, the water (concentrated water) that does not pass through the semipermeable membranes 30, 40 of the second RO module 2 typically has a lower salinity than seawater. For this reason, this concentrated water is mixed with the seawater supplied to the first RO module 1, for example, to reduce the salinity of the seawater and increase the efficiency (energy efficiency) of freshwater recovery.
近年、この第2ROモジュール2から排出される濃縮水を、単に第1ROモジュール1に供給される海水に混合するだけでなく、(上記の特許文献1および2で用いられる下水処理水に代えて、)濃縮海水の浸透圧エネルギーを回収するための正浸透モジュール(浸透圧発電:PRO)用の低浸透圧液として利用することが検討されている。In recent years, it has been considered to use the concentrated water discharged from the second RO module 2 not simply as a mixture with the seawater supplied to the first RO module 1, but also as a low osmotic pressure liquid for a forward osmosis module (osmotic power generation: PRO) to recover the osmotic energy of the concentrated seawater (in place of the treated sewage water used in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2).
例えば、特許文献3(特開2019-72660号公報)には、二段式ROモジュール(第1ROモジュールおよび第2ROモジュール)を用いた海水淡水化システムにおいて、第1ROモジュールから排出される濃縮海水をFOモジュールの第2室に供給し、第2ROモジュールから排出される(海水よりも塩分濃度が低い)濃縮水をFOモジュールの第1室に供給して、特許文献1および2と同様に正浸透現象を利用して濃縮海水の浸透圧エネルギーを回収し、海水淡水化システムの消費電力を削減する手法が開示されている。 For example, Patent Document 3 (JP 2019-72660 A) discloses a method for reducing the power consumption of a seawater desalination system using two-stage RO modules (a first RO module and a second RO module), in which concentrated seawater discharged from the first RO module is supplied to the second chamber of the FO module, and concentrated water (having a lower salinity than seawater) discharged from the second RO module is supplied to the first chamber of the FO module, and the osmotic energy of the concentrated seawater is recovered using forward osmosis, as in Patent Documents 1 and 2.
なお、この方法では、特許文献1および2のように、低浸透圧液として下水処理水を海水淡水化システムとは別の供給源から供給する必要がないという利点もある。また、特許文献2に開示される下水処理水で希釈した海水から生産された透過水は、飲料水などとしての利用が制限されるが、この方法には、そのような問題がない。 Another advantage of this method is that it does not require the supply of treated sewage water as a low osmotic pressure liquid from a source separate from the seawater desalination system, as in Patent Documents 1 and 2. Furthermore, while the permeate produced from seawater diluted with treated sewage water, as disclosed in Patent Document 2, has limitations on its use as drinking water, this method does not have such problems.
一方で、濃縮海水の静水圧エネルギーを回収する方法も検討されており、例えば、図3に示されるように、濃縮海水を機械式のエネルギー回収装置5に供給して、濃縮海水の静水圧エネルギーを(第1ROモジュール1に供給される)海水の圧力に変換して有効利用することで、海水淡水化システムの消費エネルギーを低減させることも検討されている。 Meanwhile, methods for recovering the hydrostatic energy of concentrated seawater are also being considered. For example, as shown in Figure 3, it is being considered to reduce the energy consumption of the seawater desalination system by supplying the concentrated seawater to a mechanical energy recovery device 5 and converting the hydrostatic energy of the concentrated seawater into the pressure of seawater (supplied to the first RO module 1) for effective use.
本発明は、RO法を用いる海水淡水化システムにおいて、濃縮海水の排出量を低減し、且つ、海水からの淡水の生産効率を向上させつつ、従来よりもさらに消費エネルギーを低減することを目的とする。 The present invention aims to reduce the amount of concentrated seawater discharged and improve the efficiency of producing freshwater from seawater in a seawater desalination system using the RO method, while further reducing energy consumption compared to conventional systems.
[1]
海水から淡水を製造する海水淡水化システムであって、
前記海水淡水化システムは、第1逆浸透モジュール、第2逆浸透モジュール、正浸透モジュール、機械式の第1エネルギー回収装置、および、機械式の第2エネルギー回収装置を備え、
前記第1逆浸透モジュール、前記第2逆浸透モジュールおよび前記正浸透モジュールの各々は、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第1室および第2室と、を有し、
前記第1逆浸透モジュールにおいて、予め昇圧された前記海水が前記第1室に供給され、前記半透膜を透過した第1透過水が前記第2室から排出され、前記半透膜を透過せずに濃縮された前記海水である濃縮海水が前記第1室から排出され、
前記第2逆浸透モジュールにおいて、予め昇圧された前記第1透過水が前記第1室に供給され、前記半透膜を透過した第2透過水が第2室から排出され、前記半透膜を透過せずに濃縮された前記第1透過水である濃縮水が前記第1室から排出され、
前記第1エネルギー回収装置において、前記濃縮海水の一部と前記海水の一部とが供給され、前記濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて前記海水が加圧され、
前記第1エネルギー回収装置で加圧された前記海水が前記第1逆浸透モジュールに供給され、
前記正浸透モジュールにおいて、前記濃縮水の少なくとも一部が前記第1室に供給され、前記濃縮海水の一部が前記第2室に供給され、前記第1室から前記第2室へ水が前記半透膜を透過して移動することで、前記第2室から希釈された前記濃縮海水である正浸透希釈海水が排出され、前記第1室から濃縮された前記濃縮水である正浸透濃縮水が排出され、
前記正浸透希釈海水と前記正浸透濃縮水とが前記第1逆浸透モジュールの前記第1室に供給され、
前記第2エネルギー回収装置において、前記濃縮海水の一部と、前記正浸透希釈海水の一部と、が供給され、前記濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて前記正浸透希釈海水が加圧され、
前記第2エネルギー回収装置で加圧された前記正浸透希釈海水が前記第1逆浸透モジュールに供給される、海水淡水化システム。
[1]
A seawater desalination system for producing fresh water from seawater,
the seawater desalination system includes a first reverse osmosis module, a second reverse osmosis module, a forward osmosis module, a first mechanical energy recovery device, and a second mechanical energy recovery device;
Each of the first reverse osmosis module, the second reverse osmosis module, and the forward osmosis module has a semipermeable membrane and a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane;
In the first reverse osmosis module, the seawater that has been pressurized in advance is supplied to the first chamber, a first permeate that has permeated the semipermeable membrane is discharged from the second chamber, and concentrated seawater, which is the seawater that has been concentrated without permeating the semipermeable membrane, is discharged from the first chamber.
In the second reverse osmosis module, the first permeated water, which has been pressurized in advance, is supplied to the first chamber, the second permeated water that has permeated the semipermeable membrane is discharged from the second chamber, and concentrated water, which is the first permeated water that has been concentrated without permeating the semipermeable membrane, is discharged from the first chamber.
In the first energy recovery device, a portion of the concentrated seawater and a portion of the seawater are supplied, and the seawater is pressurized using hydrostatic pressure energy of the concentrated seawater;
The seawater pressurized by the first energy recovery device is supplied to the first reverse osmosis module;
In the forward osmosis module, at least a portion of the concentrated seawater is supplied to the first chamber, a portion of the concentrated seawater is supplied to the second chamber, and water moves from the first chamber to the second chamber by permeating the semipermeable membrane, whereby forward osmosis diluted seawater, which is the diluted concentrated seawater, is discharged from the second chamber, and forward osmosis concentrated water, which is the concentrated water, is discharged from the first chamber,
The forward osmosis diluted seawater and the forward osmosis concentrated water are supplied to the first chamber of the first reverse osmosis module,
In the second energy recovery device, a portion of the concentrated seawater and a portion of the forward osmosis diluted seawater are supplied, and the forward osmosis diluted seawater is pressurized using hydrostatic pressure energy of the concentrated seawater;
The seawater desalination system, wherein the forward osmosis diluted seawater pressurized by the second energy recovery device is supplied to the first reverse osmosis module.
[2]
前記濃縮水は、前記濃縮水が有する静水圧を利用して、前記正浸透モジュールの前記第1室に供給される、[1]に記載の海水淡水化システム。
[2]
The seawater desalination system according to [1], wherein the concentrated water is supplied to the first chamber of the forward osmosis module by utilizing the hydrostatic pressure of the concentrated water.
[3]
前記第1エネルギー回収装置で加圧された前記海水と、前記第2エネルギー回収装置で加圧された前記正浸透希釈海水と、が混合されて、前記第1逆浸透モジュールに供給される、[1]または[2]に記載の海水淡水化システム。
[3]
The seawater desalination system according to [1] or [2], wherein the seawater pressurized by the first energy recovery device and the forward osmosis diluted seawater pressurized by the second energy recovery device are mixed and supplied to the first reverse osmosis module.
本発明によれば、RO法を用いる海水淡水化システムにおいて、濃縮海水の排出量を低減し、且つ、海水からの淡水の生産効率を向上させつつ、従来よりもさらに消費エネルギーを低減することができる。 According to the present invention, in a seawater desalination system using the RO method, it is possible to reduce the amount of concentrated seawater discharged, improve the efficiency of producing freshwater from seawater, and further reduce energy consumption compared to conventional systems.
本実施形態の海水淡水化システムは、海水から逆浸透(RO)法を用いて淡水を得るための海水淡水化システムである。本実施形態の海水淡水化システムでは、2段階のROモジュールを用いて、海水をRO膜に対して少なくとも2回通過させて淡水(生産水)を得る。以下、本実施形態の海水淡水化システムの一例について、図1を参照して説明する。The seawater desalination system of this embodiment is a seawater desalination system that obtains fresh water from seawater using the reverse osmosis (RO) method. The seawater desalination system of this embodiment uses a two-stage RO module to pass seawater through an RO membrane at least twice to obtain fresh water (product water). An example of the seawater desalination system of this embodiment is described below with reference to Figure 1.
図1に示されるように、海水淡水化システムは、第1ROモジュール1、第2ROモジュール2、FOモジュール7、第1エネルギー回収装置5、および、第2エネルギー回収装置6を備える。第1ROモジュール1、第2ROモジュール2およびFOモジュール7の各々は、半透膜と、半透膜で仕切られた第1室および第2室と、を有する。As shown in Figure 1, the seawater desalination system comprises a first RO module 1, a second RO module 2, an FO module 7, a first energy recovery device 5, and a second energy recovery device 6. Each of the first RO module 1, the second RO module 2, and the FO module 7 has a semipermeable membrane and a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane.
(第1ROモジュール)
第1ROモジュール1は、半透膜10と、半透膜10で仕切られた第1室11および第2室12と、を有する。
(First RO module)
The first RO module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 separated by the semipermeable membrane 10 .
第1ROモジュール1において、予め昇圧された海水が第1室11に供給され、半透膜10を透過した第1透過水が第2室12から排出され、半透膜10を透過せずに濃縮された海水である濃縮海水が第1室11から排出される。 In the first RO module 1, pre-pressurized seawater is supplied to the first chamber 11, the first permeate that has permeated the semipermeable membrane 10 is discharged from the second chamber 12, and concentrated seawater, which is seawater that has been concentrated without permeating the semipermeable membrane 10, is discharged from the first chamber 11.
図1に示されるように、海水は、例えば、ブースターポンプ81および高圧ポンプ82をこの順で通過して昇圧された後に、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。これにより、第1ROモジュール1の半透膜10を透過した水(第1透過水)が得られる。 As shown in Figure 1, seawater is pressurized, for example, by passing through a booster pump 81 and a high-pressure pump 82 in that order, and then supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1. This results in water (first permeate) that has permeated the semipermeable membrane 10 of the first RO module 1.
第1ROモジュールの半透膜(RO膜)としては、特に限定されず、高耐圧かつ高塩除去率の海水淡水化用のRO膜などを使用することができる。半透膜の素材としては、例えば、ポリアミド、セルローストリアセテートなどが挙げられる。The semipermeable membrane (RO membrane) of the first RO module is not particularly limited, and can be, for example, an RO membrane used for seawater desalination, which has high pressure resistance and a high salt rejection rate. Examples of materials for the semipermeable membrane include polyamide and cellulose triacetate.
RO膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、中空糸膜(中空糸型半透膜)は、スパイラル型半透膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、膜分離効率を高めることができる点で有利である。 The shape of the RO membrane is not particularly limited, but examples include flat membranes, spiral membranes, and hollow fiber membranes. Hollow fiber membranes (hollow fiber semipermeable membranes) are advantageous in that they can increase the membrane area per module compared to spiral semipermeable membranes, thereby improving membrane separation efficiency.
第1ROモジュールに供給される海水の圧力は、特に限定されず、海水の塩分濃度や、目標とするRO膜の回収率によって設定することができるが、海水の塩分濃度が3.0~4.5質量%である場合、一般的に6~8MPaである。 The pressure of the seawater supplied to the first RO module is not particularly limited and can be set depending on the salinity of the seawater and the target recovery rate of the RO membrane, but is generally 6 to 8 MPa when the salinity of the seawater is 3.0 to 4.5% by mass.
なお、第1ROモジュール1の第1室11に供給される海水は、前処理が施されたものであってもよい。海水の前処理は、例えば、海水(海洋から取得した原海水)中に含まれる微粒子や有機物、バクテリアなどを除去する処理であり、前処理によって、ROモジュール等における半透膜の目詰まりや劣化を抑制し、システムを安定に運転することができる。海水の前処理方法としては、特に限定されないが、例えば、限界ろ過膜(UF膜)または精密ろ過膜(MF膜)等を用いたろ過、DAF(加圧浮上法)、塩化鉄による凝集沈殿、次亜塩素酸ナトリウム添加による殺菌などが挙げられる。The seawater supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1 may be pretreated. Pretreatment of seawater involves, for example, removing fine particles, organic matter, bacteria, and other contaminants contained in the seawater (raw seawater obtained from the ocean). This pretreatment prevents clogging and deterioration of the semipermeable membranes in the RO module, enabling stable operation of the system. Methods for pretreatment of seawater include, but are not limited to, filtration using an ultrafiltration membrane (UF membrane) or a microfiltration membrane (MF membrane), DAF (deaeration floatation), coagulation and sedimentation using iron chloride, and sterilization by adding sodium hypochlorite.
(第2ROモジュール)
第2ROモジュール2は、2つのROモジュール(ROモジュール3およびROモジュール4)より構成される。ROモジュール3およびROモジュール4の各々は、半透膜30,40と、半透膜30,40で仕切られた第1室31,41および第2室32,42と、を有する。
(Second RO module)
The second RO module 2 is composed of two RO modules (RO module 3 and RO module 4). The RO module 3 and RO module 4 each have a semipermeable membrane 30, 40, and a first chamber 31, 41 and a second chamber 32, 42 separated by the semipermeable membrane 30, 40.
なお、図1において、第2ROモジュール2は2つのROモジュール3,4から構成されているが、1つのROモジュールから構成されていてもよく、3つ以上のROモジュールから構成されていてもよい。なお、第1ROモジュール1も2つ以上のROモジュールから構成されてもよく、FOモジュール7も2つ以上のFOモジュールから構成されてもよい。 In Figure 1, the second RO module 2 is composed of two RO modules 3 and 4, but it may also be composed of one RO module, or three or more RO modules. The first RO module 1 may also be composed of two or more RO modules, and the FO module 7 may also be composed of two or more FO modules.
第1ROモジュール1の第2室12から排出される第1透過水は、飲料水としては不適なホウ素が残存している。このため、第1透過水は、ポンプ83により加圧されて、第2ROモジュール2(ROモジュール3の第1室31)に供給される。これにより、第2ROモジュール2(ROモジュール3,4)の半透膜30,40を透過した水(第2透過水:淡水)を得ることができる。この第2透過水は、ホウ素が十分に除去されているため、飲料水などとして使用が可能である。The first permeate discharged from the second chamber 12 of the first RO module 1 still contains boron, making it unsuitable for drinking water. Therefore, the first permeate is pressurized by the pump 83 and supplied to the second RO module 2 (the first chamber 31 of the RO module 3). This allows water (second permeate: freshwater) to be obtained that has permeated the semipermeable membranes 30, 40 of the second RO module 2 (RO modules 3, 4). Because boron has been sufficiently removed from this second permeate, it can be used as drinking water, etc.
より具体的には、第2ROモジュール2(ROモジュール3,4)において、予め昇圧された第1透過水が第1室31,41に順に供給され、半透膜30,40を透過した第2透過水が第2室32,42から排出され、半透膜30,40を透過せずに濃縮された第1透過水である濃縮水が第1室31,41から順に排出される。なお、濃縮水は最終的には、ROモジュール4の第1室41から排出される。More specifically, in the second RO module 2 (RO modules 3 and 4), the first permeate, which has been pressurized in advance, is supplied sequentially to the first chambers 31 and 41, the second permeate that has permeated the semipermeable membranes 30 and 40 is discharged from the second chambers 32 and 42, and the concentrated first permeate that has not permeated the semipermeable membranes 30 and 40 is discharged sequentially from the first chambers 31 and 41. The concentrated water is ultimately discharged from the first chamber 41 of the RO module 4.
第2ROモジュール2の第1室(ROモジュール3の第1室31)に供給される第1透過水の圧力(静水圧)は、通常、第1ROモジュールに供給される海水よりも低い。第2ROモジュール2では、第1ROモジュールの半透膜を透過した水(第1透過水)を処理するため、第1ROモジュールほどの高圧をかける必要がないためである。The pressure (hydrostatic pressure) of the first permeate supplied to the first chamber of the second RO module 2 (first chamber 31 of the RO module 3) is typically lower than that of the seawater supplied to the first RO module. This is because the second RO module 2 processes the water (first permeate) that has permeated the semipermeable membrane of the first RO module, so it does not need to apply as high a pressure as the first RO module.
第2ROモジュール2の第1室に供給される第1透過水の圧力(静水圧)は、特に限定されないが、回収率と水透過流束を高めるためには、0.5MPa~3.0MPa程度であることが好ましい。 The pressure (hydrostatic pressure) of the first permeate supplied to the first chamber of the second RO module 2 is not particularly limited, but in order to increase the recovery rate and water permeation flux, it is preferable that it be approximately 0.5 MPa to 3.0 MPa.
第2ROモジュール2(ROモジュール3,4)の半透膜30,40については、特に限定されないが、第1ROモジュールほどの高圧をかける必要がないため、高透水性の低圧用のRO膜を好適に使用することができる。なお、第1ROモジュールの半透膜(RO膜)と同様の材質、形状等を有する半透膜を用いることができる。The semipermeable membranes 30, 40 of the second RO module 2 (RO modules 3, 4) are not particularly limited, but because there is no need to apply as high a pressure as in the first RO module, a highly permeable, low-pressure RO membrane can be suitably used. Furthermore, a semipermeable membrane having the same material, shape, etc. as the semipermeable membrane (RO membrane) of the first RO module can be used.
なお、第2ROモジュール2が複数のROモジュールで構成される場合、淡水の回収率を高めるために、図1に示されるように複数のROモジュールを直列に配置(接続)することができる。 In addition, if the second RO module 2 is composed of multiple RO modules, the multiple RO modules can be arranged (connected) in series as shown in Figure 1 to increase the freshwater recovery rate.
(エネルギー回収装置:ERD)
本実施形態において、第1エネルギー回収装置(第1ERD)5および第2エネルギー回収装置(第2ERD)6は、機械式のエネルギー回収装置(ERD)である。機械式のERDは、電力への変換を伴わずに機械的な機構によってエネルギーを回収する装置である。機械式のERDとしては、例えば、圧力変換装置(PX)、ペルトン水車、ターボチャージャー等が挙げられ、PXを好適に用いることができる。
(Energy Recovery Device: ERD)
In this embodiment, the first energy recovery device (first ERD) 5 and the second energy recovery device (second ERD) 6 are mechanical energy recovery devices (ERDs). A mechanical ERD is a device that recovers energy using a mechanical mechanism without converting it into electric power. Examples of mechanical ERDs include a pressure converter (PX), a Pelton wheel, and a turbocharger, and a PX can be preferably used.
第1エネルギー回収装置5において、濃縮海水の一部と海水の一部とが供給され、濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて(圧力変換等により)海水が加圧される。 In the first energy recovery device 5, a portion of the concentrated seawater and a portion of the seawater are supplied, and the seawater is pressurized using the hydrostatic energy of the concentrated seawater (by pressure conversion, etc.).
第1エネルギー回収装置5で加圧された海水は、例えば、ブースターポンプ84により更に昇圧されて、第1ROモジュールに供給される。 The seawater pressurized by the first energy recovery device 5 is further pressurized, for example, by a booster pump 84 and supplied to the first RO module.
上述のように、本実施形態の海水淡水化システムにおいては、海水の一部は、ブースターポンプ81と高圧ポンプ82により昇圧され、第1ROモジュール1に供給される。海水の残部は、機械式の第1エネルギー回収装置5を用いた濃縮海水との機械的な静水圧エネルギーの交換(圧力変換等)によって昇圧された後に、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。これにより、濃縮海水の静水圧エネルギーを第1ROモジュール1の第1室11へ供給される液の昇圧に利用できるため、海水淡水化システムの消費エネルギーを低減することができる。As described above, in the seawater desalination system of this embodiment, a portion of the seawater is pressurized by the booster pump 81 and high-pressure pump 82 and supplied to the first RO module 1. The remainder of the seawater is pressurized by mechanically exchanging hydrostatic energy (pressure conversion, etc.) with concentrated seawater using the mechanical first energy recovery device 5, and then supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1. This allows the hydrostatic energy of the concentrated seawater to be used to pressurize the liquid supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1, thereby reducing the energy consumption of the seawater desalination system.
さらに、第2エネルギー回収装置6において、濃縮海水の一部と、後述するFO希釈海水の一部と、が供給され、濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて(圧力交換等により)FO希釈海水が加圧される。この第2エネルギー回収装置6で加圧されたFO希釈海水が第1ROモジュール1の第1室11に供給される。 Furthermore, a portion of the concentrated seawater and a portion of the FO diluted seawater described below are supplied to the second energy recovery device 6, and the FO diluted seawater is pressurized using the hydrostatic energy of the concentrated seawater (by pressure exchange, etc.). The FO diluted seawater pressurized by this second energy recovery device 6 is supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1.
このように、図1に示される海水淡水化システムでは、2つのエネルギー回収装置(第1エネルギー回収装置5および第2エネルギー回収装置6)において、濃縮海水の静水圧エネルギーを第1ROモジュール1の第1室11へ供給される液の昇圧に利用できるため、海水淡水化システムの消費エネルギーを低減することができる。 In this way, in the seawater desalination system shown in Figure 1, the two energy recovery devices (first energy recovery device 5 and second energy recovery device 6) can utilize the hydrostatic pressure energy of the concentrated seawater to pressurize the liquid supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1, thereby reducing the energy consumption of the seawater desalination system.
なお、本実施形態の海水淡水化システムは、第1エネルギー回収装置5および第2エネルギー回収装置6以外に、1つ以上の他のエネルギー回収装置(ERD)を備えていてもよい。 In addition, the seawater desalination system of this embodiment may be equipped with one or more other energy recovery devices (ERDs) in addition to the first energy recovery device 5 and the second energy recovery device 6.
図1に示される海水淡水化システムでは、第1エネルギー回収装置5で加圧された海水と、第2エネルギー回収装置6で加圧されたFO希釈海水と、が混合されて、(ブースターポンプ84により昇圧された状態で、)第1ROモジュール1の第1室11に供給されることが好ましい。第2エネルギー回収装置6に供給された濃縮海水は、浸透圧エネルギーを獲得するために、FOモジュール7に供給する前に降圧する必要がある。これは、第1ROモジュールから排出された濃縮海水が持つ圧力が、濃縮海水と第2ROモジュール2から排出された濃縮液との浸透圧差よりも大きいためである。第2エネルギー回収装置6から排出される濃縮海水の圧力に関しては後述する。 In the seawater desalination system shown in FIG. 1, it is preferable that seawater pressurized by the first energy recovery device 5 and FO diluted seawater pressurized by the second energy recovery device 6 are mixed and supplied (in a pressurized state by the booster pump 84) to the first chamber 11 of the first RO module 1. The concentrated seawater supplied to the second energy recovery device 6 must be depressurized before being supplied to the FO module 7 in order to obtain osmotic energy. This is because the pressure of the concentrated seawater discharged from the first RO module is greater than the osmotic pressure difference between the concentrated seawater and the concentrate discharged from the second RO module 2. The pressure of the concentrated seawater discharged from the second energy recovery device 6 will be described later.
なお、第2エネルギー回収装置6に供給されなかったFO希釈海水の残部は、例えば、ブースターポンプ81により昇圧された海水と混合されて高圧ポンプ82へ供給される。このとき、FO希釈海水の静水圧に対して、ブースターポンプ81の流出口の圧力(吐出圧力)の比率は、90~110%であることが好ましく、実質的に同じであることがより好ましい。このように、ブースターポンプ81の出力を調整することで、海水がFOモジュール2に逆流することを防ぐことができる。 The remainder of the FO diluted seawater that is not supplied to the second energy recovery device 6 is mixed with seawater pressurized by the booster pump 81 and supplied to the high-pressure pump 82. At this time, the ratio of the pressure (discharge pressure) at the outlet of the booster pump 81 to the hydrostatic pressure of the FO diluted seawater is preferably 90 to 110%, and more preferably substantially the same. In this way, by adjusting the output of the booster pump 81, it is possible to prevent seawater from flowing back into the FO module 2.
この場合において、ブースターポンプ81で加圧された海水と、FO希釈海水と、が混合されて、高圧ポンプ82に供給されることが好ましい。 In this case, it is preferable that seawater pressurized by the booster pump 81 and FO diluted seawater are mixed and supplied to the high-pressure pump 82.
(FOモジュール)
F0モジュール7は、半透膜(FO膜)70と、半透膜70で仕切られた第1室71および第2室72と、を有する。
(FO module)
The F0 module 7 has a semipermeable membrane (FO membrane) 70 and a first chamber 71 and a second chamber 72 separated by the semipermeable membrane 70 .
FOモジュール7において、第2ROモジュール2から排出される濃縮水の少なくとも一部が第1室71に供給され、第1ROモジュール1から排出される濃縮海水(ブライン)の一部が第2室72に供給される。 In the FO module 7, at least a portion of the concentrated water discharged from the second RO module 2 is supplied to the first chamber 71, and a portion of the concentrated seawater (brine) discharged from the first RO module 1 is supplied to the second chamber 72.
濃縮海水は濃縮水より高い浸透圧を有するため、正浸透現象により第1室71から第2室72へ水が半透膜(FO膜)を透過して移動する(すなわち、半透膜を介して濃縮水中の真水が濃縮海水側に移動する)。その結果、FOモジュール7の第2室72に供給された濃縮海水は、希釈され流量が増加した状態でFOモジュール7の第2室72から排出される。同時にFOモジュール7の第1室71に供給された濃縮水は、濃縮され流量が減少した状態でFOモジュール7の第1室71から排出される。Because concentrated seawater has a higher osmotic pressure than concentrated water, water moves through the semipermeable membrane (FO membrane) from the first chamber 71 to the second chamber 72 due to forward osmosis (i.e., fresh water in the concentrated water moves to the concentrated seawater side via the semipermeable membrane). As a result, the concentrated seawater supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 is diluted and discharged from the second chamber 72 of the FO module 7 at an increased flow rate. At the same time, the concentrated water supplied to the first chamber 71 of the FO module 7 is concentrated and discharged from the first chamber 71 of the FO module 7 at a decreased flow rate.
ここで、FOモジュール7の第2室72で希釈される濃縮海水は、供給圧力(静水圧)を保ったまま流量が増加している。このことは、FOモジュール7内で正浸透現象により、(外部からエネルギーを供給することなく)エネルギーが増加したことを意味する。なお、エネルギー増加量は、「増加した流量」と「排出圧力」(FOモジュール7の第2室72から排出されるFO希釈海水の静水圧)の積から求められる。 Here, the flow rate of the concentrated seawater being diluted in the second chamber 72 of the FO module 7 increases while maintaining the supply pressure (hydrostatic pressure). This means that energy has increased within the FO module 7 due to forward osmosis (without external energy supply). The amount of energy increase can be calculated as the product of the "increased flow rate" and the "discharge pressure" (hydrostatic pressure of the FO diluted seawater discharged from the second chamber 72 of the FO module 7).
このようにFOモジュール7の第2室72において増加した濃縮海水のエネルギーを、図示しないエネルギー回収装置(例えば、浸透圧発電(PRO)装置等の発電機、または、機械式のエネルギー回収装置)により回収することで、濃縮海水の浸透圧エネルギーを動力や電気エネルギーに変換して海水淡水化システムで使用することができる。これにより、海水淡水化システムの消費エネルギーを削減することができる。 By recovering the energy of the concentrated seawater thus increased in the second chamber 72 of the FO module 7 using an energy recovery device (not shown) (for example, a generator such as an osmotic pressure power generation (PRO) device, or a mechanical energy recovery device), the osmotic energy of the concentrated seawater can be converted into motive or electrical energy for use in the seawater desalination system. This reduces the energy consumption of the seawater desalination system.
なお、FOモジュール7の第2室72に供給されなかった残りの濃縮海水は、上述のとおり、第1エネルギー回収装置5を用いた海水の昇圧に使用される。 In addition, the remaining concentrated seawater that is not supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 is used to pressurize the seawater using the first energy recovery device 5, as described above.
ここで、海水淡水化の際にROモジュールから排出される濃縮海水は通常、高い圧力(静水圧)を有するが、濃縮海水と低浸透圧液の浸透圧差が、濃縮海水と低浸透圧液の静水圧差(濃縮海水の静水圧)よりも大きければ、正浸透現象により低浸透圧液から濃縮海水へ半透膜を透過する水の流れが生じる。海水淡水化で生じる濃縮海水は、例えば約50~70気圧の浸透圧を有しており、この浸透圧は水力発電ダムにおける約500m~700mの落差に相当する。 The concentrated seawater discharged from the RO module during seawater desalination typically has high pressure (hydrostatic pressure). However, if the difference in osmotic pressure between the concentrated seawater and the low-osmotic pressure liquid is greater than the difference in hydrostatic pressure between the concentrated seawater and the low-osmotic pressure liquid (hydrostatic pressure of the concentrated seawater), a flow of water will occur through the semipermeable membrane from the low-osmotic pressure liquid to the concentrated seawater due to forward osmosis. The concentrated seawater produced during seawater desalination has an osmotic pressure of, for example, approximately 50 to 70 atmospheres, which is equivalent to a head of approximately 500 to 700 meters in a hydroelectric dam.
ただし、FOモジュール7の第2室72に供給される濃縮海水の圧力(静水圧)が、FOモジュール7に供給される2つの液体(濃縮海水および濃縮水)の浸透圧差よりも大きいと正浸透現象が発生せず、逆に第2室72から第1室71へ真水が移動する可能性がある。このため、濃縮海水の静水圧(厳密には、濃縮海水と濃縮水の静水圧差)は、2つの液体の浸透圧差と同等以下であることが好ましく、2つの液体の浸透圧差より小さいことがより好ましい。However, if the pressure (hydrostatic pressure) of the concentrated seawater supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 is greater than the osmotic pressure difference between the two liquids (concentrated seawater and concentrated water) supplied to the FO module 7, forward osmosis will not occur, and instead fresh water may move from the second chamber 72 to the first chamber 71. For this reason, it is preferable that the hydrostatic pressure of the concentrated seawater (strictly speaking, the hydrostatic pressure difference between the concentrated seawater and concentrated water) be equal to or less than the osmotic pressure difference between the two liquids, and more preferably be less than the osmotic pressure difference between the two liquids.
図1に示される海水淡水化システムでは、第2エネルギー回収装置6でFO希釈海水が加圧されると同時に、濃縮海水が減圧される。これにより、FOモジュール7に供給される濃縮海水の静水圧が低下するため、FOモジュール7の第2室72に供給される濃縮海水の静水圧を2つの液体(濃縮海水および濃縮水)の浸透圧差より小さくすることができる。したがって、FOモジュール7の膜分離効率(正浸透現象により半透膜70を透過して第1室71から第2室72へ移動する水の比率)を向上させることができ、FOモジュール7によるエネルギー回収効率を向上させることができる。In the seawater desalination system shown in Figure 1, the second energy recovery device 6 pressurizes the FO diluted seawater while simultaneously depressurizing the concentrated seawater. This reduces the hydrostatic pressure of the concentrated seawater supplied to the FO module 7, allowing the hydrostatic pressure of the concentrated seawater supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 to be smaller than the osmotic pressure difference between the two liquids (concentrated seawater and concentrated water). This improves the membrane separation efficiency of the FO module 7 (the proportion of water that passes through the semipermeable membrane 70 from the first chamber 71 to the second chamber 72 due to forward osmosis), thereby improving the energy recovery efficiency of the FO module 7.
FOモジュール7の第2室72に供給される濃縮海水の圧力は、濃縮海水の濃度、流量、FOモジュール7の第2室72内で変化する浸透圧などに基づいて、適切に設定することができるが、高すぎると正浸透現象が発生しないことがあり、低すぎると正浸透現象で発生するエネルギーが小さくなることがある。このため、FOモジュール7の第2室72に供給される濃縮海水の圧力は、好ましくは0.5MPa以上5.0MPa以下であり、より好ましくは1.0MPa以上4.0MPa以下である。The pressure of the concentrated seawater supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 can be set appropriately based on the concentration of the concentrated seawater, the flow rate, and the osmotic pressure that changes within the second chamber 72 of the FO module 7. However, if the pressure is too high, forward osmosis may not occur, and if the pressure is too low, the energy generated by forward osmosis may be reduced. For this reason, the pressure of the concentrated seawater supplied to the second chamber 72 of the FO module 7 is preferably 0.5 MPa or higher and 5.0 MPa or lower, and more preferably 1.0 MPa or higher and 4.0 MPa or lower.
FOモジュール7の第1室71に供給される濃縮水の圧力(静水圧)は、FOモジュール7内での流動圧力損失以上の静水圧であれば特に限定されないが、高すぎるとシステムの消費エネルギーが多くなる場合があるため、好ましくは0.3MPa以上2.0MPa以下であり、より好ましくは0.5MPa以上1.5MPa以下である。 The pressure (hydrostatic pressure) of the concentrated water supplied to the first chamber 71 of the FO module 7 is not particularly limited as long as it is a hydrostatic pressure equal to or greater than the flow pressure loss within the FO module 7, but if it is too high, the system may consume a lot of energy, so it is preferably 0.3 MPa or more and 2.0 MPa or less, and more preferably 0.5 MPa or more and 1.5 MPa or less.
なお、濃縮水は、濃縮水が有する静水圧を利用して、FOモジュール7の第1室71に供給されることが好ましい。濃縮水をFOモジュール7の第1室71に供給するためのポンプを設けてもよいが、濃縮水は、第2ROモジュール2に供給される第1透過水とほぼ同じ圧力を有しているため、この圧力を利用して濃縮水をFOモジュール7の第1室71へ供給することで、追加のポンプや送液のためのエネルギーが不要となる。It is preferable that the concentrated water be supplied to the first chamber 71 of the FO module 7 by utilizing the hydrostatic pressure of the concentrated water. A pump may be provided to supply the concentrated water to the first chamber 71 of the FO module 7, but since the concentrated water has approximately the same pressure as the first permeate supplied to the second RO module 2, this pressure can be used to supply the concentrated water to the first chamber 71 of the FO module 7, eliminating the need for an additional pump or energy for liquid transport.
次に、FOモジュール7から排出されるFO希釈海水(第2室72から排出される希釈された濃縮海水)およびFO濃縮水(第1室71から排出される濃縮された濃縮水)は、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。 Next, the FO diluted seawater (diluted concentrated seawater discharged from the second chamber 72) and the FO concentrated water (concentrated concentrated water discharged from the first chamber 71) discharged from the FO module 7 are supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1.
FO濃縮水は、例えば、高圧ポンプ85によって昇圧された状態で、高圧ポンプ82の下流側(高圧ポンプ82と第1ROモジュール1との間)に供給されることにより、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。 The FO concentrated water is supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1, for example, by being pressurized by the high-pressure pump 85 and supplied downstream of the high-pressure pump 82 (between the high-pressure pump 82 and the first RO module 1).
なお、本実施形態の海水淡水化システムにおいて、(図1に示される態様に限定されず、)FOモジュール7の第1室71から排出されるFO濃縮水(FOモジュール7で濃縮された濃縮水)は、高圧ポンプ82(およびブースターポンプ81)の上流側に供給され、高圧ポンプ82により昇圧された後に、第1ROモジュール1の第1室11に供給されてもよい。ただし、この場合は、FOモジュール7の第1室71から排出されるFO濃縮水の静水圧エネルギー(第2ROモジュール2から排出される濃縮水の静水圧エネルギー)は、ほとんど回収されずに、海水と混合されることで消失してしまう。FO濃縮水(濃縮水)の静水圧エネルギーを第1ROモジュール1の第1室11への液の供給に有効活用するためには、FO濃縮水は、高圧ポンプ82の下流側(高圧ポンプ82と第1ROモジュール1の第1室11との間)に供給されることが好ましい(図1参照)。なお、第2ROモジュール2から排出される濃縮水は、例えば7~10気圧の圧力(静水圧)を有している。In the seawater desalination system of this embodiment, (not limited to the configuration shown in FIG. 1 ) the FO concentrate (concentrated water concentrated in the FO module 7) discharged from the first chamber 71 of the FO module 7 may be supplied upstream of the high-pressure pump 82 (and booster pump 81), pressurized by the high-pressure pump 82, and then supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1. However, in this case, the hydrostatic energy of the FO concentrate discharged from the first chamber 71 of the FO module 7 (the hydrostatic energy of the concentrate discharged from the second RO module 2) is hardly recovered and is lost by mixing with seawater. In order to effectively utilize the hydrostatic energy of the FO concentrate (concentrated water) to supply liquid to the first chamber 11 of the first RO module 1, it is preferable that the FO concentrate be supplied downstream of the high-pressure pump 82 (between the high-pressure pump 82 and the first chamber 11 of the first RO module 1) (see FIG. 1 ). The concentrated water discharged from the second RO module 2 has a pressure (hydrostatic pressure) of, for example, 7 to 10 atmospheres.
FO希釈海水は、例えば、ブースターポンプ81と高圧ポンプ82との間に供給されることにより、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。これにより、FOモジュール7により獲得した浸透圧エネルギーを失うことなく、第1ROモジュール1に供給することができる。 FO diluted seawater is supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1, for example, by being supplied between the booster pump 81 and the high-pressure pump 82. This allows it to be supplied to the first RO module 1 without losing the osmotic energy acquired by the FO module 7.
なお、図1に示される海水淡水化システムにおいては、FO希釈海水の一部は、第2エネルギー回収装置6に供給されて昇圧された後に、第1エネルギー回収装置5とブースターポンプ84との間に供給される。これにより、FO希釈海水の一部は、ブースターポンプ84によりさらに昇圧された状態で、高圧ポンプ82の下流側(高圧ポンプ82と第1ROモジュール1との間)に供給されることにより、第1ROモジュール1の第1室11に供給される。これにより、FOモジュール7により獲得した浸透圧エネルギーを失うことなく、第1ROモジュール1に供給することができる。 In the seawater desalination system shown in Figure 1, a portion of the FO diluted seawater is supplied to the second energy recovery device 6, where it is pressurized, and then supplied between the first energy recovery device 5 and the booster pump 84. As a result, a portion of the FO diluted seawater is further pressurized by the booster pump 84 and supplied downstream of the high-pressure pump 82 (between the high-pressure pump 82 and the first RO module 1), and is then supplied to the first chamber 11 of the first RO module 1. This allows the osmotic energy acquired by the FO module 7 to be supplied to the first RO module 1 without being lost.
正浸透モジュール7に用いられる半透膜70(FO膜)を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。 The material constituting the semipermeable membrane 70 (FO membrane) used in the forward osmosis module 7 is not particularly limited, but examples include cellulose-based resins, polysulfone-based resins, polyamide-based resins, etc.
セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。The cellulose-based resin is preferably a cellulose acetate-based resin. Cellulose acetate-based resins are resistant to chlorine, a disinfectant, and have the ability to inhibit the growth of microorganisms. The cellulose acetate-based resin is preferably cellulose acetate, and from the standpoint of durability, cellulose triacetate is more preferred.
ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。 The polysulfone-based resin is preferably a polyethersulfone-based resin. The polyethersulfone-based resin is preferably a sulfonated polyethersulfone.
FO膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、中空糸膜(中空糸型半透膜)は、スパイラル型半透膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。 The shape of the FO membrane is not particularly limited, but examples include flat membranes, spiral membranes, and hollow fiber membranes. Hollow fiber membranes (hollow fiber semipermeable membranes) are advantageous over spiral semipermeable membranes in that they can increase the membrane area per module and improve permeation efficiency.
具体的な中空糸型半透膜の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均一な膜である必要はなく、例えば、特許文献1に開示されるように、外周表面近傍に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸型半透膜の孔径を規定する分離活性層となっていることが好ましい。One example of a specific hollow fiber semipermeable membrane is a single-layer membrane made entirely of a cellulose-based resin. However, the single-layer structure referred to here does not necessarily mean that the entire layer is uniform; for example, as disclosed in Patent Document 1, it is preferable that the membrane has a dense layer near the outer surface, and that this dense layer essentially serves as the separation active layer that determines the pore size of the hollow fiber semipermeable membrane.
具体的な中空糸型半透膜の別の例としては、支持層(例えば、ポリフェニレンオキサイドからなる層)の外周表面にポリフェニレン系樹脂(例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン)からなる緻密層を有する2層構造の膜が挙げられる。また、他の例として、支持層(例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンからなる層)の外周表面にポリアミド系樹脂からなる緻密層を有する2層構造の膜が挙げられる。 Another specific example of a hollow fiber semipermeable membrane is a two-layer membrane having a dense layer of polyphenylene resin (e.g., sulfonated polyethersulfone) on the outer surface of a support layer (e.g., a layer made of polyphenylene oxide). Another example is a two-layer membrane having a dense layer of polyamide resin on the outer surface of a support layer (e.g., a layer made of polysulfone or polyethersulfone).
なお、通常は、上記中空糸型半透膜の外側に濃縮海水が流され、内側(中空部内)に濃縮水が流される。すなわち、中空糸型半透膜の外側がFOモジュール7の第2室72となり、内側がFOモジュール7の第1室71となる。中空糸型半透膜の内側に高圧の濃縮海水を流す場合、圧力損失が大きいため濃縮海水の流量が不足して膜分離効率が低くなる傾向があるからである。 Usually, concentrated seawater flows on the outside of the hollow fiber semipermeable membrane, and concentrated seawater flows on the inside (inside the hollow portion). That is, the outside of the hollow fiber semipermeable membrane becomes the second chamber 72 of the FO module 7, and the inside becomes the first chamber 71 of the FO module 7. This is because when high-pressure concentrated seawater flows on the inside of the hollow fiber semipermeable membrane, the large pressure loss tends to result in an insufficient flow rate of concentrated seawater, resulting in low membrane separation efficiency.
以上で説明した本実施形態の海水淡水化システムにおいては、上述のエネルギー回収装置およびFOモジュールを用いることにより、従来よりもさらに消費エネルギーを低減することができる。
また、濃縮水、FO濃縮水等が、最終的に第1ROモジュール1に供給される海水の濃度を低下させるために用いられることで、海水からの淡水の生産効率(海水からの淡水の回収率:海水の単位量あたりの淡水の回収量)が向上する。その結果、淡水の生産に必要な海水の量が減少するため、海水の前処理に必要な薬剤や設備を削減することも可能である。
また、FOモジュール7によって濃縮海水が希釈されて第1ROモジュール1に供給されるため、濃縮海水の廃棄量を削減することができる。
In the seawater desalination system of the present embodiment described above, by using the above-mentioned energy recovery device and FO module, it is possible to further reduce energy consumption compared to conventional systems.
Furthermore, the efficiency of producing freshwater from seawater (recovery rate of freshwater from seawater: amount of freshwater recovered per unit amount of seawater) is improved by using the concentrated water, FO concentrated water, etc. to reduce the concentration of seawater that is finally supplied to the first RO module 1. As a result, the amount of seawater required to produce freshwater is reduced, which makes it possible to reduce the chemicals and equipment required for pretreatment of seawater.
Furthermore, since the concentrated seawater is diluted by the FO module 7 and supplied to the first RO module 1, the amount of concentrated seawater discarded can be reduced.
1 第1RO(逆浸透)モジュール、10 半透膜(RO膜)、11 第1室、12 第2室、2 第2ROモジュール、3,4 ROモジュール、30,40 半透膜(RO膜)、31,41 第1室、32,42 第2室、5 (第1)エネルギー回収装置、6 第2エネルギー回収装置、7 FO(正浸透)モジュール、70 半透膜(FO膜)、71 第1室、72 第2室、81,84 ブースターポンプ、82,85 高圧ポンプ、83 ポンプ。 1 First RO (reverse osmosis) module, 10 Semipermeable membrane (RO membrane), 11 First chamber, 12 Second chamber, 2 Second RO module, 3, 4 RO module, 30, 40 Semipermeable membrane (RO membrane), 31, 41 First chamber, 32, 42 Second chamber, 5 (First) energy recovery device, 6 Second energy recovery device, 7 Forward osmosis (FO) module, 70 Semipermeable membrane (FO membrane), 71 First chamber, 72 Second chamber, 81, 84 Booster pump, 82, 85 High-pressure pump, 83 Pump.
Claims (3)
前記海水淡水化システムは、第1逆浸透モジュール、第2逆浸透モジュール、正浸透モジュール、機械式の第1エネルギー回収装置、および、機械式の第2エネルギー回収装置を備え、
前記第1逆浸透モジュール、前記第2逆浸透モジュールおよび前記正浸透モジュールの各々は、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第1室および第2室と、を有し、
前記第1逆浸透モジュールにおいて、予め昇圧された前記海水が前記第1室に供給され、前記半透膜を透過した第1透過水が前記第2室から排出され、前記半透膜を透過せずに濃縮された前記海水である濃縮海水が前記第1室から排出され、
前記第2逆浸透モジュールにおいて、予め昇圧された前記第1透過水が前記第1室に供給され、前記半透膜を透過した第2透過水が第2室から排出され、前記半透膜を透過せずに濃縮された前記第1透過水である濃縮水が前記第1室から排出され、
前記第1エネルギー回収装置において、前記濃縮海水の一部と前記海水の一部とが供給され、前記濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて前記海水が加圧され、
前記第1エネルギー回収装置で加圧された前記海水が前記第1逆浸透モジュールに供給され、
前記正浸透モジュールにおいて、前記濃縮水の少なくとも一部が前記第1室に供給され、前記濃縮海水の一部が前記第2室に供給され、前記第1室から前記第2室へ水が前記半透膜を透過して移動することで、前記第2室から希釈された前記濃縮海水である正浸透希釈海水が排出され、前記第1室から濃縮された前記濃縮水である正浸透濃縮水が排出され、
前記正浸透希釈海水と前記正浸透濃縮水とが前記第1逆浸透モジュールの前記第1室に供給され、
前記第2エネルギー回収装置において、前記濃縮海水の一部と、前記正浸透希釈海水の一部と、が供給され、前記濃縮海水の静水圧エネルギーを用いて前記正浸透希釈海水が加圧され、
前記第2エネルギー回収装置で加圧された前記正浸透希釈海水が前記第1逆浸透モジュールに供給される、海水淡水化システム。 A seawater desalination system for producing fresh water from seawater,
the seawater desalination system includes a first reverse osmosis module, a second reverse osmosis module, a forward osmosis module, a first mechanical energy recovery device, and a second mechanical energy recovery device;
Each of the first reverse osmosis module, the second reverse osmosis module, and the forward osmosis module has a semipermeable membrane and a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane;
In the first reverse osmosis module, the seawater that has been pressurized in advance is supplied to the first chamber, a first permeate that has permeated the semipermeable membrane is discharged from the second chamber, and concentrated seawater, which is the seawater that has been concentrated without permeating the semipermeable membrane, is discharged from the first chamber.
In the second reverse osmosis module, the first permeated water, which has been pressurized in advance, is supplied to the first chamber, the second permeated water that has permeated the semipermeable membrane is discharged from the second chamber, and concentrated water, which is the first permeated water that has been concentrated without permeating the semipermeable membrane, is discharged from the first chamber.
In the first energy recovery device, a portion of the concentrated seawater and a portion of the seawater are supplied, and the seawater is pressurized using hydrostatic pressure energy of the concentrated seawater;
The seawater pressurized by the first energy recovery device is supplied to the first reverse osmosis module;
In the forward osmosis module, at least a portion of the concentrated seawater is supplied to the first chamber, a portion of the concentrated seawater is supplied to the second chamber, and water moves from the first chamber to the second chamber by permeating the semipermeable membrane, whereby forward osmosis diluted seawater, which is the diluted concentrated seawater, is discharged from the second chamber, and forward osmosis concentrated water, which is the concentrated water, is discharged from the first chamber,
The forward osmosis diluted seawater and the forward osmosis concentrated water are supplied to the first chamber of the first reverse osmosis module,
In the second energy recovery device, a portion of the concentrated seawater and a portion of the forward osmosis diluted seawater are supplied, and the forward osmosis diluted seawater is pressurized using hydrostatic pressure energy of the concentrated seawater;
The seawater desalination system, wherein the forward osmosis diluted seawater pressurized by the second energy recovery device is supplied to the first reverse osmosis module.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063080445P | 2020-09-18 | 2020-09-18 | |
| US63/080,445 | 2020-09-18 | ||
| PCT/JP2021/034146 WO2022059737A1 (en) | 2020-09-18 | 2021-09-16 | Seawater desalination system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2022059737A1 JPWO2022059737A1 (en) | 2022-03-24 |
| JP7787384B2 true JP7787384B2 (en) | 2025-12-17 |
Family
ID=80776685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022550604A Active JP7787384B2 (en) | 2020-09-18 | 2021-09-16 | Seawater desalination system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7787384B2 (en) |
| WO (1) | WO2022059737A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014200708A (en) | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 協和機電工業株式会社 | Salt water desalinator |
| WO2016080085A1 (en) | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 東洋紡株式会社 | Freshwater production system and freshwater production method |
| JP2016097331A (en) | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東洋紡株式会社 | Water generation system and water generation method |
| WO2017170013A1 (en) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 東洋紡株式会社 | Water production system |
| JP2019072660A (en) | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 東洋紡株式会社 | Seawater desalination method and seawater desalination system |
| JP2020110795A (en) | 2019-01-15 | 2020-07-27 | クウェート インスティチュート フォア サイエンティフィック リサーチKuwait Institute for Scientific Research | Vacuum salt water treatment system |
-
2021
- 2021-09-16 JP JP2022550604A patent/JP7787384B2/en active Active
- 2021-09-16 WO PCT/JP2021/034146 patent/WO2022059737A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014200708A (en) | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 協和機電工業株式会社 | Salt water desalinator |
| WO2016080085A1 (en) | 2014-11-19 | 2016-05-26 | 東洋紡株式会社 | Freshwater production system and freshwater production method |
| JP2016097331A (en) | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東洋紡株式会社 | Water generation system and water generation method |
| WO2017170013A1 (en) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 東洋紡株式会社 | Water production system |
| JP2019072660A (en) | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 東洋紡株式会社 | Seawater desalination method and seawater desalination system |
| JP2020110795A (en) | 2019-01-15 | 2020-07-27 | クウェート インスティチュート フォア サイエンティフィック リサーチKuwait Institute for Scientific Research | Vacuum salt water treatment system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2022059737A1 (en) | 2022-03-24 |
| WO2022059737A1 (en) | 2022-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6834360B2 (en) | Concentration method and concentrator | |
| KR100963536B1 (en) | Tidal method and tidal device | |
| JP5991200B2 (en) | Concentration difference power generator and its operation method | |
| JP5549589B2 (en) | Fresh water system | |
| JP7428127B2 (en) | Membrane separation equipment, water production system, membrane separation method and water production method | |
| JP6965680B2 (en) | Seawater desalination method and seawater desalination system | |
| TWI393678B (en) | Desalination system | |
| JP2008100220A (en) | Fresh water generation method | |
| KR101817685B1 (en) | See water desalination system using pressure-retarded osmosis | |
| JP2013063372A (en) | Desalination system | |
| JP6658198B2 (en) | Fresh water system | |
| JP2002085941A (en) | Freshening method and freshening device | |
| JP7787384B2 (en) | Seawater desalination system | |
| CN212832953U (en) | Concentration system | |
| KR101421103B1 (en) | Device for water treatment and electricity generation using pressure retarded membrane distillation | |
| JP2017074532A (en) | Water treatment device and water treatment method | |
| WO2021049621A1 (en) | Concentration system | |
| JP7810321B1 (en) | Concentration System | |
| US20250367605A1 (en) | Saline water treatment pre-treatment or treatment system | |
| WO2024214606A1 (en) | Concentration system | |
| JP2024162818A (en) | Concentration System | |
| JP2004000938A (en) | Fresh water method | |
| Mito et al. | Towards energy-efficient reverse osmosis | |
| Stover et al. | Reverse osmosis and osmotic power generation with isobaric energy recovery | |
| WO2024214605A1 (en) | Concentration system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20230517 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240802 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251014 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251112 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7787384 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |