JPS602882B2 - 回転式脱塩装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は逆惨透膜（以下Ｒｑ漠という。

）を用いた回転式液分離装置において、脱塩プロセスと
分離モジュールの配列を合理的に設定することにより造
水コストを最小にしうる回転式脱塩装置に関する。従来
のＲＯ膜による海水淡水化装置では、すでに実用されて
いる一つの方法として、脱塩性能の優れたＲＯ膜を使用
し、海水に大きな圧力を加えて透過水量を多くすること
によって淡水の回収率を上げる１段脱塩プロセスが採用
されている。

この方法に関する数値例を示すと、圧力を５０〜６０ｋ
９／地、脱塩率を９９％以上とし、淡水回収率を２０〜
３０％程度にとっているのが普通である。この方法の問
題点としては、濃縮された多量の排水（以下プラィンと
いう。）が高圧のまま捨てられるため、エネルギーの大
きな損失があることである。この損失を防ぐために高圧
ブラィンからエネルギーを回収する方策がいろいろと試
みられているが、それには当然ながら少なからぬコスト
がかかる。そこでこの高圧ブラィンの排出によるヱネル
ギ一損失を少くするため、できるだけ排水量を減らすこ
と、いいかえれば淡水回収率を高めることが必要になり
、そのためには脱塩率の高い高性能のＲｑ膜を使用する
とともに、その腰面積を大きくしなければならないが、
コストの面からそれにも限度がある、そのため海水に加
える圧力を膜の寿命その他の条件を考慮した上でできる
だけ高くとるのが普通である。

従ってこの方法ではブラインの濃縮培数が高くなること
と圧力が高いこととが相まって膜に大きな負担がかかり
、膜の透過性能は使用時間とともに急速に劣化し、それ
に伴って回収率も急速に減少する鏡向がある。上述の欠
点を補うため、この脱塩方法では海水に対して厳重な前
処理を行うことが要求される。

即ち、海水に混入している各種の固形物ないし懸濁物質
はもとより、海水中に溶解している化学的物質でＲＯ膜
にスケール形成その他の悪影響を与えるおそれのあるマ
グネシウム、カルシウムその他の化合物を極力除去して
おくことが必要になる。この前処理としては、砂、活性
炭等による聡過装置、化学薬品による凝集沈澱装置等大
がかりな設備を要するので、これによる前処理コスト（
設備費、薬品代、電力費等）は造水コストに大きく影響
しているのが現状である。上述のようにＲＯ膜による海
水淡水化を１段脱塩で行うためには、脱塩率の大きい高
価な高性能Ｒｑ漠を使用しなければならないが、脱塩作
業を２回くり返す２段脱塩プロセスを採用すれば、ＲＯ
膜に対する厳しい性能上の要求は大きく緩和される。

例えば塩分濃度３５，００瓜風の平均的海水から普通に
飲用可能な限度の塩分濃度５００脚の飲料水を造るため
には、１段脱塩の場合は少くとも脱塩率９８．６％の高
性能ＲＯ膜が必要であるが、２段脱塩では脱塩率斑％程
度のなみのＲＯ膜で充分間に合うのである。しかし２段
脱塩プロセスにおても、高圧プラィンの排出によるエネ
ルギーロスは免れないし、特に２段目の脱塩プロセスで
１段目で得られた透過水を再び昇圧するためのエネルギ
ー増分は、たとえ２段目のプラインを１段目にフィード
バックさせても、省エネルギーの見地からは見のがせな
い。

その上２段脱塩プロセスの場合も、その１段割ま１段脱
塩プロセスの場合と同程度の高い圧力と大きい回収率と
を求められるので、面競な海水の前処理も簡略化するわ
けにはいかないのである。上述した従釆のＲＯ膜による
海水脱塩方法の欠点である高圧ブラィンの排出に塞くエ
ネルギーロスは、回転体に働く遠Ｄ力を利用して所要の
水圧を発生させる回転式脱塩装置を適用することによっ
てほぼ完全に解消されることは、すでに今回と同じ発明
者が昭和５４王５月１６日に提出した特許願「回転式液
分離装置」で詳述したとおりである。

高圧プラィンの排出によるエネルギー損失がなければ、
海水、淡水化のように原水をふんだんに使える場合は無
理に淡水回収率を上げる必要はなくなり、従って特別に
高性能の高価なＲＯ膜を使う必要もなく、又海水に与え
る圧力を必要以上に上げる必要もない。従ってＲＯ膜の
負担は大幅に軽減されるので、それに対応して海水の前
処理を簡略化することができる。このことは海水脱塩装
置全体の設備費と運転費の減少に大きく寄与するのであ
る。前にも述べたように、特別に高性能のＲＯ膜を使わ
ないですませるためには、２段脱塩プロセスを採用すれ
ばよいのであるが、回転式脱塩装置においては、この２
段脱塩プロセスが特別に好適なのである。

その理由は、比較的高圧で多数個を要する第１段の分離
モジュールを回転軸に対して外層に配列し、比較的低圧
で少数個ですむ第２段の分離モジュールを内層に配列す
ることが、装置のスペースの関係と遠心力のかかり方か
ら見て理にかなっているからである。このように合理的
に２段階の分離モジュールを配列することができるため
、回転式脱塩装置においては、２段脱塩プロセスを採用
しても、装置の占有スペースも回転動力も特に大きくす
る必要はないのである。このことは設備費の面でも運転
費の面でも回転式脱塩装置の大きな利点となるのである
。本発明の目的は、ＲＯ膜を使った回転式分離液におい
て、複数段脱塩プロセスを採用し、第１の分離モジュー
ル段を回転軸をめぐって外層に、第２の分離モジュール
段を内層に配列することによって袋贋の占有スペースと
回転動力を効率的に使用することができ、かつ淡水回収
率、脱塩率および圧力を無理のない低い数値にとること
によって海水の前処理を簡単化することができ、その結
果として造水コストを最小にすることのできる低コスト
省エネルギー型回転式脱塩袋贋を提供するにある。

以下添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図及び第２図において、１は縦型の回転式脱塩装置
本体で、回転可能に支承された回転軸３外周の異る半径
上に夫々放射状に取付けられ、被脱塩液導入口９ａ，２
７ａと濃縮液取出口９ｂ，２７ｂと透過水取出口９ｃ，
２７ｃとを有する逆鯵透膜を内蔵した内側分離モジュー
ル２７群〔第２段目の分離モジュール段〕および外側分
離モジュール９群〔第１段目の分離モジュール段〕と、
その内側分離モジュール２７を挟むように対僻して設け
られ前記内側モジュールの彼脱塩液導入口２７ａおよび
濃縮液取出口２７ｂと翼通した該回転軸を図績する内側
環状配液管２４および内側環状集液管３０と、前記外側
分離モジュール９を挟むように対時して設けられた前記
外側分離モジュールの彼脱塩液導入口９ａおよび濃縮液
取出口９ｂと蓮通した該回転軸を囲綾する外側環状配液
管６および外側環状集液管１２と、前記回転軸３又はそ
の近傍から前記各環状配液管６，２４に被脱塩液を送出
する内側給液管２３および外側給液管５と、前記各環状
集液管１２，３０の液を前記回転軸又はその近傍から排
出する内側排液管３１および外側配液管１３と、各分離
モジュールの透過水取出口９ｃ，２７ｃに関連付けて設
けられた内側集水槽３７および外側集水槽１８とを備え
、被脱塩液を始め外側分離モジュール群９に供給し、そ
の外側分離モジュール群９で分離された外側集水槽１８
に溜まった透過液を、内側分離モジュール２７へ被脱塩
液として供Ｖ給するように構成されている。前記回転軸
３は、上端側に各給液管５，２３に蓮適する彼脱塩液路
４および２２と下端側に各排液管１３，１３に蓮適する
濃縮液路１４なちびに３２を形成する二重管で構成され
、固定枠体４０に軸受３９を介して回転自在に取付けら
れている。

そして回転軸に付設されたプーリー４１と固定枠体に設
置された電動機４４のプーリー４２の間を連繋するベル
ト４３とによって電動機４４の回転力を回転軸に伝達さ
せる構造になっている。また回転軸の上端である前記被
脱塩液路を形成する内管の上端は、回転継手２１を介し
て、一端が外側集水槽１８に接続されポンプ２０を介在
する透過水麹給管１９に連結されており、また外管の上
部外周には、底部が外側の被脱塩流略４と蓮適する原水
槽２が設けてあり、その原水槽には回転系外から被脱塩
液を送給する原水供９礎管Ｅ端が臨ませてある。さらに
回転軸の下端は、回転継手１５を介して、一端を原水槽
２の臨ませ内側濃縮液略３２と蓬通し弁３３およびポン
プ３５を介在する戻し管３４と外側濃縮液路１４と運通
し弁１６を介殻した排秦管１７とに連結されている。次
に分離モジュールの回転軸への取り付け方について説明
する。第１段目の分離モジュール段を構成する外側分離
モジュール９群は、回転軸３外周の一半径上にその軸に
対して放射状に周段されており、各分離モジュール９は
、外側環状配液管６および外側環状集液管１２から突設
された取付アーム７および１０を介してピン結合され両
環状貸間に固定されている。従って、これらの環状管６
および１２は分離モジュールの支持部材となり、その結
果、液路形成部材とを兼用する。そしてそれら環状管６
および１２は回転軸３へ固設された支持アームを兼用す
る外側給液管５および１３によって支持されている。第
２段目の分離モジュール段を構成する内側分離モジュー
ル２７群も前記したのと同様の手法で支持してあるので
説明は省略する。なお、８，２６は環状配液管６，２４
と分離モジュールの被脱塩液導入口９ａ，２７ａを蓮適
する連結管を、また３７は外側環状集水槽１８の内側に
、内側分離モジュールの透過水取出口２７ｃに接続した
取出管３６に関連して回転系外に設けられた内側環状集
水槽を、さらに３８は製造水抜出管をそれぞれ示す。ま
た、分離モジュール９，２７は、同一出願人の昭和５４
三５月１６日付出願，侍願昭５４一６００９３号で提案
した逆鯵透膜を具備する平板状分離ェレメントを積層状
に重ね合せてそのェレメント間に被脱塩液を通過させる
開空間を垂直方向に形成ささせ、かつ各分離ェレメント
内に透過水を導出させる開放空間を水平方向に形成され
た積層平板型分離モジュールを用いるのが好ましいが、
他の型式例えば中空繊維型等を用いていることもできる
。

ただしこの場合遠心力の作用によってモジュール内部が
著しく変形しない構造になされていることが必要なこと
は言うまでもない。なお、前記の侍磯昭５４一６００９
３号で提案したモジュールでは、透過水は分離モジュー
ルの外方側面の任意の箇所から直接回転系外に放出され
る構造になっていたが、今回は桑水を整正化するため核
分離モジュールの外方側面に簡単な導水カバーを取付け
、放出された透過水を外方側面の最下部に設けた透過水
取出口に導くようにしてある。

以上の如く構成された本発明の回転式脱塩装贋の動作を
被脱塩液を海水とする海水の淡水化に用いた例によって
説明する。被脱塩液である海水は、供孫台管１を介して
原水槽２に導かれその後被脱塩液路４から外側給液管５
を経て外側環状配液管６に導かれ連結管８を介して各外
側分離モジュール９に分配案内される。

その際各分離モジュールは回転軸を中心に回転している
ので、該分離モジュール９を通過する海水は、遠心力の
作用によって高圧化され、モジュ−ル内の逆鯵透膜に沿
って流れる間に、膜の逆鯵透作用により海水中の塩分類
と純水の分離が行われ、塩分濃度が高くなった濃縮海水
と徴量の塩分を含む透過水とに分けられる。その濃縮海
水は連結管１１より外側環状集液管１２に集められ、そ
の後外側配液管１３内を回転軸の中心に進むにつれて徐
々に圧力が減少し回転軸の外側濃縮液路１４を介して９
Ｅ秦管１７に至るときはほとんど圧力を保有しない状態
となって系外に廃棄される。他方透過水は、外側分離モ
ジュールの透過水敬出口９ｃから外方へ放出され環状固
定壁にあたって流下し外側環状集水槽１８に留められる
。以上が第１段脱塩工程である。次で、前記第１段脱塩
工程の外側環状集水槽の透過水は回転系外に設置された
透過水送給管１９を介してポンプ２０の作用で回転軸の
内側被脱塩液路２２に供給され、内側給液管２３および
内側環状配液管２４を経て連結管２６を介して谷内側分
離モジュール２７に導かれる。

該分離モジュールでは、この透過水を被脱塩液として前
記第一段脱塩工程での脱塩作用と同様に脱塩が行なわれ
、その濃縮海水は連結管２８を出て内側環状集液管３０
１こ集められ内側集液管３１を経て回転軸の内側の濃縮
液路３２に導かれる。そしてその濃縮海水は、既に第１
段脱塩処理済の比較的濃度の薄い海水なので回転系外に
設置された戻し管３４を介して原水槽２に戻され再び第
１段の被脱塩液に供される。他方内側分離モジュールか
らでる透過水は該分離モジュールの透過水取出口２７ｃ
に付設した取出管３６を経て内側環状集水槽３７内に放
出されてそこに留められる。このようにして第２段脱塩
工程が完了し、内側環状集水槽３７から目的とする水質
の水が得られ、その水は製造水抜出管３８にて利用系へ
送給される。この実施例では、弁１６および３３により
各分離モジュール９，２７内を通る被脱塩液の流速を調
節するようにしているが、ポンプ２０および３５によっ
てのみ又はそれらポンプと弁とを相関連させて調節する
こともできる。

前記分離モジュールにおける脱塩作用について述べる。

全液路に液を満たした状態真で回転軸３を回転させると
、液は各液路で回転数並びに回転軸心からの距離の２案
に比例した圧力をもつ。一般に逆疹透膜分離作用に必要
な圧力は、被分離液の濃度が高い程高い圧力を要求され
るので、前記回転軸が一定の回転数で回っている場合に
は、軸０からもっとも遠い位置即ち半径の大なる所に１
段目の分離モジュールを設け、そこで濃度の高い被脱塩
液を圧力の高い状態で処理し、そこからの透過水を、や
や圧力の低い状態で半径の小なる所に設けられた２段目
の分離モジュ−ルで脱塩処理することになる。更に、高
度処理を要する場合は同様の手法で分離モジュール段の
段数を増加すれば良い。以上の説明から明らかな如く本
発明によれば次のごとき陵れた効果を発揮する。

■ 回転軸の異なる外周円上に多数の分離モジュールを
設けて複数段の分離モジュール群を形成し、その外側の
分離モジュール群で先ず海水を淡水化し、その淡水化し
た被脱塩液を内側の分離モジュール群に供Ｖ給して脱塩
するようにしたので、被脱塩液の濃度に応じて最適な海
水淡水化が行なえる。

■ 外側の分離モジュール群は内側の分離モジュール群
に比べてその分離モジュールの数を多数設けることがで
き、しかも作用圧力が高いために、この外側の分離モジ
ュール群で海水を多量に脱塩処理し、その脱塩処理した
塩分濃度の低い透過液を内側の分離モジュールで脱塩処
理することにより、効果的な脱塩処理が行なえる。

３ 外側のモジュール群と内側のモジュール群を高速回
転して圧力を作用させるので、従釆の如く昇圧ポンプを
必要とせず、しかも従来の如く大きな圧力をもった濃縮
液を大気に開放するというような無駄なエネルギーを必
要としない。

■ 内外の分離モジュール群の上部と下部に内外の環状
配液管と内外の環状集液とを回転軸と−体に設け、その
回転軸から被脱塩液を環状配液管を介して内外の分離モ
ジュール群に、また内外の分離モジュール群からの濃縮
液を環状集液管を介して回転軸へ戻すようにしたので系
外に排出される濃縮液の残圧がゼロとなるため、分離モ
ジュール内の逆惨透膜での透過水の圧力降下だけとなり
放出ェネルギが少なく省エネルギが図れ、しかも環状配
液管と環状集液管とが略同圧となるため、分離モジュー
ル内での被脱塩液の滞留時間の調整が容易に行なえる。
■ 内外の分離モジュール群を構成する分離モジュール
は同一ものが使用できるので脱塩装置の殻贋計が容易に
行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転式脱塩装置の縦断面図、第２図は
第１図の装置の平面図である。 図中、１は回転式脱塩装置、３は回転軸、４，５，６お
よび８は外側脱塩液路、９は外側分離モジュール（第１
分離モジュール段）、９ａは被脱塩液導入口、９ｂは濃
縮液取出口、９ｃは透過水取出口、１１，１２，１３お
よび１４は外側濃縮液路、１８は外側集水路、１９は第
１段の透過水送給管、２２，２３，２４および２６は内
側脱塩液路、２７は内側分離モジュール（第２分離モジ
ュール段）、２７ａは被脱塩液導入口、２７ｂは濃縮液
取出口、２７ｃは透過水取出口、２８，３０，３１およ
び３２は内側濃縮液路、３７は内側集水槽、３８は製造
水抜出管である。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転可能に支承された回転軸の外周の同一半径円周
   上に、被脱塩液導入口と濃縮液出口と透過水取出口とを
   有し、かつ逆滲透膜を内蔵した分離モジユールを複数配
   置して分離モジユール群を形成し、その分離モジユール
   群を回転軸の異なる半径上に少なくとも二段配置し、そ
   れら内外分離モジユール群の上部と下部に該分離モジユ
   ール群を支持する内外の環状配液管と内外の環状集液管
   とを上記回転軸と一体に設けると共に該内外の環状配液
   管を上記内外の各分離モジユールの被脱塩液導入口に、
   また内外の環状集液管を上記各分離モジユールの濃縮液
   出口に接続し、他方回転軸内の上下に上記内外の環状配
   液管に被脱塩液を供給する被脱塩液路及び内外の環状集
   液管からの濃縮液を回収する濃縮液路を夫々形成し、上
   記内外の分離モジユール群の各透過水取出口の透過水を
   受ける集水槽を夫々設け、被脱塩液を上記外側の環状集
   液管と連通する回転軸内の被脱塩液路に供給すると共に
   、外側分離モジユール群で透過された透過液を受ける集
   水槽内の透過水を内側の分離モジユール群に連通する回
   転軸内の被脱塩液路に供給するようにしたことを特徴と
   する回転式脱塩装置。