JP2018012069A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】二価以上イオンが選択的に除去された水を効率よく生産可能な水処理システムを提供する。
【解決手段】一価イオンと、二価以上の価数を有するイオンとしての二価以上イオンとを少なくとも含むとともに、当該二価以上イオンの濃度が前記一価イオンの濃度よりも低くなっている海水から前記二価以上イオンを除去する水処理システムにおいて、海水が供給され、海水中の前記二価以上イオンを選択的に除去する逆浸透膜１を具備する逆浸透膜ユニット１０と、逆浸透膜１に海水を透過させるための圧力を与える加圧ポンプ４１と、逆浸透膜１を透過することで得られた透過水が供給されるとともに、逆浸透膜１と同じろ過特性を有する逆浸透膜２を具備する逆浸透膜ユニット２０と、逆浸透膜２に前記透過水を透過させるための圧力を与える加圧ポンプ４２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は水処理システムに関する。

地層から原油を回収する方法として、原油を採油した地層に対して水を圧入する原油増進回収（Enhanced Oil Recovery）法が知られている。圧入される水としては、地層中のカルシウムイオンやストロンチウムイオン等によるスケールの生成を防止する観点から、硫酸イオン等の二価イオンを除去した水（圧入水）が使用される。そのため、圧入水を如何に効率よく入手するのかが重要である。

この点、淡水等が容易に入手しやすい場所に採油施設が存在する場合には、その淡水を圧入水として使用することができる。しかし、例えば海洋油田等においては、硫酸イオン等の二価イオンを大量に含む海水は容易に入手できるが、このような二価イオンを除去した水の入手は容易ではない。そこで、特にこのような環境において、二価イオンを除去した水を効率的に生産する技術が望まれている。

海水からイオンを除去する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、塩水をナノろ過膜でろ過することによってスケール成分を含むイオン含有量を低減させる技術が記載されている。そして、そのナノろ過水を、低めの塩濃度の上流側ナノろ過水とそれよりは塩濃度の高い下流側ナノろ過水とに分流して取り出し、その上流側ナノろ過水を半透膜に導くことが記載されている。

特開２００８−２００２１９号公報

特許文献１に記載の技術では、特に図４に示されるように、ナノろ過膜（第一段ナノろ過膜ユニット２１）において生成した透過水は、逆浸透膜（第一段逆浸透膜ユニット３１）に供給されている。一方で、前記ナノろ過膜において生成した濃縮水は、当該ナノろ過膜とは異なるナノろ過膜（第二段ナノろ過膜ユニット２２）に供給されている。また、このナノ濾過膜（第二段ナノろ過膜ユニット２２）において生成した透過水は、「熱式蒸留ユニット４０」に供給されている。そして、この「熱式蒸留ユニット４０」では、供給された透過水を用いて、淡水が生産されている。

これらのような系統とする場合、全てのイオンが除去された淡水は得られるものの、特定のイオン（二価イオン）のみが選択的かつ高効率に除去された水を得ることができない。特に、二段目のナノろ過膜（第二段ナノろ過膜ユニット２２）では、一段目のナノろ過膜（第一段ナノろ過膜ユニット２１）での濃縮水がろ過処理されるため、得られる透過水の量が少ない。従って、特許文献１に記載の技術では、例えば圧入水として好適な「二価イオンが選択的に除去された水」を効率よく生産することができない。

本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、二価イオンが選択的に除去された水を効率よく生産可能な水処理システムを提供することである。

本発明者らは前記の課題を解決するために鋭意検討した結果、以下のようにすることで前記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明の要旨は、一価イオン及び二価イオンを少なくとも含むとともに、当該二価イオンの濃度が前記一価イオンの濃度よりも低くなっている被処理水から前記二価イオンを除去する水処理システムにおいて、前記被処理水が供給され、前記被処理水中の前記二価イオンを選択的に除去する第一の逆浸透膜を具備する第一逆浸透膜ユニットと、当該第一の逆浸透膜に前記被処理水を透過させるための圧力をかける第一の加圧装置と、当該第一の逆浸透膜を透過することで得られた透過水が供給されるとともに、前記第一の逆浸透膜と同じろ過特性を有する第二の逆浸透膜を具備する第二逆浸透膜ユニットと、当該第二の逆浸透膜に前記透過水を透過させるための圧力をかける第二の加圧装置と、を備えることを特徴とする、水処理システムに関する。

本発明によれば、二価イオンが選択的に除去された水を効率よく生産可能な水処理システムを提供することができる。

第一実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第二実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第三実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第四実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第五実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第六実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第七実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。 第八実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。

以下、図面を適宜参照しながら、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。説明の都合上、はじめに、図１を参照しながら基本的な構成を説明し、次いで、図２〜図８を参照しながら、その基本的構成を使用した具体的な構成を説明する。また、各図において、同じ装置等を表すものについては同じ符号を付すものとし、説明の簡略化のため、二度目以降の詳細な説明は省略する。

図１は、第一実施形態の水処理システム１００の構成を示す系統図である。水処理システム１００は、供給される海水（一価イオン及び二価イオンを少なくとも含む被処理水）中の二価イオンを選択的に除去する逆浸透膜ユニット１０と、逆浸透膜ユニット１０において生成した透過水が供給され、当該透過水中に残存する二価イオンを選択的に除去する逆浸透膜ユニット２０とを備える。これらのうち、逆浸透膜ユニット１０，２０は、いずれも同じろ過特性を有する逆浸透膜１，２を複数備えて構成されている。従って、第一実施形態の処理システム１００では、逆浸透膜ユニット１０に備えられる逆浸透膜１と、逆浸透膜ユニット２０に備えられる逆浸透膜２とは同じ種類のものになっている。

逆浸透膜ユニット１０，２０に備えられる逆浸透膜１，２（半透膜）は、前記のように二価イオンを選択的に除去するものであり、所謂「ナノろ過膜（ＮＦ）」等とも呼称されるものである。ここでいう二価イオンとは、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の二価陽イオン、硫酸イオンや炭酸イオン等の二価陰イオンである。そして、逆浸透膜ユニット１０，２０に備えられる逆浸透膜１，２では、前記のような二価のイオンの除去率が９０％程度以上である。一方で、海水に含まれる二価イオン以外のイオン（例えばナトリウムイオンやカリウムイオン、塩化物イオン等の一価イオン）の除去率が１０％〜５０％程度である。なお、海水には、前記に一価イオン及び二価イオンのほか、三価以上のイオンも含まれうるが、三価以上のイオンの含有量は微量であるとともに、三価以上のイオンは二価イオンと同様にして除去されるため、以下の記載では三価以上のイオンについての記載を省略する。

また、「同じろ過特性」（即ち、同じ「仕様」）とは、除去されるイオンの種類が同じほか、特定のイオンに注目したときに当該イオンの除去率が同程度（同じ場合に加えて、数％〜十数％程度異なるものを含む）のものを、「同じろ過特性を有する」というものとする。従って、逆浸透膜の種類（メーカーや材質、型番等）が異なったとしても、前記のような基準で同じろ過特性を有していれば、本発明の範疇に含まれるものとする。

逆浸透膜ユニット１０，２０には、前記のように、それぞれ逆浸透膜１，２が備えられている。そして、逆浸透膜ユニット１０は、図示しない圧力容器（ベッセル）に逆浸透膜１が収容され、また、逆浸透膜ユニット２０は、同じく図示しない圧力容器に逆浸透膜２が収容されることで構成される。そして、水処理システム１００では、逆浸透膜ユニット１０における逆浸透膜１と海水との接触面積と、逆浸透膜ユニット２０における逆浸透膜２と透過水との接触面積とは、同じになっている。具体的には、第一実施形態の水処理システム１００では、逆浸透膜ユニット１０，２０に備えられる逆浸透膜モジュールの本数や圧力容器の数が同じになっている。これにより、二価イオンの濃度が一価イオンの濃度入りも十分に低い海水を処理する場合に、逆浸透膜ユニット１０，２０の双方を同じ圧力にし易いという利点が得られる。

次に、水処理システム１００における水の流れを説明する。図示しない海洋等から取水された海水は、海水供給系統３１を通じて、逆浸透膜ユニット１０に供給される。なお、逆浸透膜ユニット１０には、詳細は後記するが逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水も供給される。このとき、海水は、海水供給系統３１の途中に備えられた加圧ポンプ４１によって昇圧される。この加圧ポンプ４１はインバータ制御されるものであり、当該インバータの周波数を変更することで、逆浸透膜ユニット１０に供給される海水（と前記濃縮水との混合水）の流量が制御可能になっている。

そして、昇圧された海水は、逆浸透膜ユニット１０において、逆浸透膜１を透過することで生成した透過水と、逆浸透膜１を透過しなかった濃縮水とに分離される。なお、ここで生成した透過水には、二価のイオンは殆ど含まれていない一方で、生成した濃縮水には、二価のイオンが大量に含まれていることになる。これらのうち、濃縮水は、濃縮水排水系統３４を通じて、海洋等に戻される。

一方で、逆浸透膜ユニット１０で生成した透過水は、透過水供給系統３２を通じて、後段の逆浸透膜ユニット２０に供給される。この透過水供給系統３２には、透過水を昇圧する加圧ポンプ４２が備えられており、加圧ポンプ４２によって昇圧された透過水が逆浸透膜ユニット２０に供給されることになる。この加圧ポンプ４２は、前記の加圧ポンプ４１と同様の構成を有するものであり、加圧ポンプ４２のインバータ周波数を制御することで、逆浸透膜ユニット２０に供給される透過水の流量が制御可能になっている。そして、逆浸透膜ユニット２０では、備えられる逆浸透膜２によって前記の逆浸透膜ユニット１０と同様に、透過水と濃縮水とが得られる。ここで得られた透過水は、逆浸透膜ユニット２０及び前記の逆浸透膜ユニット１０によって、硫酸イオン等の二価イオンが十分に除去されている。そのため、逆浸透膜ユニット２０で生成した透過水は、圧入水供給系統３３を通じて外部に排出され、圧入水として使用される。

また、逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水は、外部に排出されずに、濃縮水戻り系統３５を通じて、海水供給系統３１であって加圧ポンプ４１の前段に戻される。そして、戻された濃縮水は、海水とともに加圧ポンプ４１によって昇圧された後、前記の逆浸透膜ユニット１０に供給される。

図１に示すように、水処理システム１００では、同じろ過特性を有する逆浸透膜１，２が使用されている。そして、これらが使用されて、海水から例えば硫酸イオン等の二価イオンが除去されている。ここで、二価イオンを選択的に除去する逆浸透膜１，２では、当該二価イオンの除去に関わる浸透圧及びろ過圧力のみを考慮すればよい。そのため、全イオンの除去を対象とする逆浸透膜を使用し、当該逆浸透膜による処理前の処理後とでイオン濃度が極めて大きく変化する場合と比べて、加圧ポンプ４１，４２によって昇圧する圧力を低下させることができる。具体的には、いずれも同じ圧力とすることができ、例えば１ＭＰａ〜３ＭＰａ程度とすることができる。そのため、省エネルギ性を高めることができる。

特に、海水では、硫酸イオン等の二価イオンの濃度は、ナトリウムイオンや塩化物イオン等の一価イオンの濃度よりも低い。特に、二価イオンの濃度は、一価イオンの濃度と比べて、十分に低いことが好ましい。具体的には、二価イオン濃度は、一価イオンの濃度の例えば１／３以下、好ましくは１／５以下、より好ましくは１／１０以下、よりさらに好ましくは１／１５以下、特に好ましくは１／２０以下である。

また、海水中には、一価イオン及び二価イオンのほか、前記のように、三価イオン等の三価以上のイオンも含まれ得る。そして、三価以上のイオンについても、二価イオンと同様に逆浸透膜ユニット１０，２０において除去されることになる。そこで、三価以上のイオンが含まれている場合には、二価イオン、及び、三価以上のイオンの合計濃度（二価以上の価数を有するイオンとしての二価以上イオンの濃度）が、一価イオンの濃度に対して前記の範囲を満たすことが好ましい。

水処理システム１００において海水を処理する場合、逆浸透膜ユニット１０において硫酸イオン等の二価イオンが殆ど除去された後でも、二価イオンの濃度は低いことから、二価イオンの除去による塩全体の濃度は殆ど変化しない。そのため、加圧ポンプ４１によって昇圧する圧力と、加圧ポンプ４２によって昇圧する圧力とを殆ど同じ圧力にすることができる。そして、逆浸透膜ユニット２０において生成した濃縮水には、加圧ポンプ４１によって昇圧した圧力とほぼ同じ圧力を有している。そのため、高圧を有する濃縮水と合流した海水に対して、合流させた濃縮水と同じ圧力となるように加圧ポンプ４１を駆動させるため、昇圧量を少なくでき、この点でも、省エネルギ性を高めることができる。

また、逆浸透膜ユニット１０，２０の双方で海水中の二価イオンが除去されるものの、二価イオンは特に一段目の逆浸透膜ユニット１０においてその大部分が除去されることになる。従って、二段目の逆浸透膜ユニット２０において除去される二価イオンの量は少なくなり、このため、逆浸透膜ユニット２０において生成する濃縮水中の二価イオン濃度も低くなる。そのため、このような二価イオン濃度の低い濃縮水を海水に戻すことができ、これにより、省エネルギ性を高めることができる。

さらには、逆浸透膜ユニット１０において大部分の二価イオンを除去した後の透過水が、再度逆浸透膜ユニット２０において処理されることで、二価イオンをより確実に除去することができる。特に、二段目の逆浸透膜ユニット２０では、除去対象となる二価イオンの含有量が少ないため十分に除去することができ、しかも、供給される透過水の量も多いことから、逆浸透膜２０で得られる透過水の量も多くなる。そのため、例えば圧入水の効率的な生産を行うことができる。

図２は、第二実施形態の水処理システム２００の構成を示す系統図である。以下、図２以降を参照しながら、前記の図１の基本的構成を使用した具体的な構成を説明する。図２に示す水処理システム２００では、前記の加圧ポンプ４１，４２の具体例として、逆浸透膜ユニット高圧を与える高圧ポンプ（High Pressure Pump；ＨＰＰ）４３，４４が備えられている。また、海水供給系統３１の途中には、海洋等から取水された海水を溜め置くとともに、逆浸透膜ユニット２０から戻される濃縮水が供給されるタンク５１が備えられている。さらに、当加水供給系統３２の途中には、逆浸透膜ユニット１０において生成した透過水を溜め置くタンク５２が備えられている。そして、濃縮水排出系統３４には、逆浸透膜ユニット１０から排出される濃縮水の流量を制御することで、逆浸透膜ユニット２０に供給される透過水の流量を制御する流量制御弁６１が備えられている。そのため、逆浸透膜ユニット２０に供給される透過水の流量は、この流量制御弁６１及び前記の高圧ポンプ４４によって制御されることになる。また、濃縮水戻り系統３５には、逆浸透膜ユニット２０において生成して戻される濃縮水の流量を制御する流量制御弁６２が備えられている。

水処理システム２００では、二つのタンク５１，５２が備えられているため、逆浸透膜ユニット１０，２０に供給する海水や透過水の圧力及び流量が任意に設定可能になる。具体的には、海水や戻された濃縮水は、いったんタンク５１に溜め置かれるため、タンク５１に上流側の圧力や流量の影響を受けない。そこで、タンク５１にいったん溜め置かれた海水と濃縮水との混合水は、高圧ポンプ４３によって所望の圧力を付与された後、所望の流量によって、逆浸透膜ユニット１０に供給される。このとき、逆浸透膜ユニット１０の濃縮水側に備えられた流量制御弁６１及び前記の高圧ポンプ４３によって、逆浸透膜ユニット１０に供給される前記混合水の流量が制御される。また、逆浸透膜ユニット２０に供給される透過水についても同様である。即ち、タンク５２にいったん溜め置かれた透過水は、高圧ポンプ４４によって所望の圧力を付与された後、逆浸透膜ユニット２０に供給される。

この水処理システム２００では、前記のように第二逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水がタンク５１に戻されている。そして、濃縮水を戻すための動力源は、透過水供給ライン３２に備えられた高圧ポンプ４４になる。従って、戻すための新たな動力が不要となり、運転コストの削減を図ることができる。

なお、濃縮水戻し系統３５によって戻される濃縮水の供給位置は、図２ではタンク５１としたが、海水供給系統３１であって、タンク５１と高圧ポンプ４３との間であってもよい。

図３は、第三実施形態の水処理システム３００の構成を示す系統図である。図３に示す水処理システム３００では、前記の水処理システム２００（図２参照）において、逆浸透膜ユニット１０とタンク５２との間から分岐して、逆浸透各ユニット２０を迂回する透過水バイパス系統３６が備えられている。

この透過水バイパス系統３６は、逆浸透膜ユニット２０の後段側であって圧入水供給系統３３に接続されている、そのため、逆浸透膜ユニット１０で生成した透過水は、透過水供給系統３２を通じて逆浸透膜ユニット２０に供給されるほか、透過水バイパス系統３６を通じて逆浸透膜ユニット２０には供給されずに圧入水供給系統３３に直接供給されるようになっている。なお、圧入水供給系統３３に直接供給される透過水の流量は、透過水バイパス系統３６に備えられた流量制御弁６３によって調整される。

水処理システム３００には、前記のように透過水バイパス系統３６が備えられている。そして、これにより、硫酸イオン等の二価イオンが殆ど除去された圧入水に対して、あえて、わずかに二価イオンが残存する逆浸透膜ユニット１０で生成した透過水が混合されるようになっている。

ここで、海水の取水位置や水温等により、海水の塩濃度や二価イオン除去効率が変化する。そのため、常に同じ条件で二価イオンの除去を行えば、得られる圧入水の水質（二価イオンの残存量等）が変化しうる。そこで、圧入水の水質がほぼ一定になるように、例えば図示しない塩濃度計等を圧入水供給系統３３に取り付けて、この塩濃度計により測定された値に基づいて流量制御弁６３を調整することで、圧入水の二価イオン濃度を所望範囲に調整することができる。これにより、圧入水における二価イオンの量は少ない方が好ましいものの、必要以上に除去されて運転コストが過剰となることが避けられ、エネルギ的に効率的な運転を行うことができる。

図４は、第四実施形態の水処理システム４００の構成を示す系統図である。図４に示す水処理システム４００では、前記の水処理システム２００（図２参照）において、逆浸透膜ユニット１０において生成した濃縮水の有する圧力を回収するエネルギ回収タービン（Energy Recovery Turbine；ＥＲＴ）７１が備えられている。エネルギ回収タービン７１は、濃縮水配水系統３４に備えられている。そして、エネルギ回収タービン７１は、海水供給系統３１に備えられた高圧ポンプ４３の回転軸４３ａに直結している。そのため、濃縮水の圧力によって、エネルギ回収タービン７１を通じて高圧ポンプ４３の駆動が補助されて、高圧ポンプ４３の消費電力が抑制されている。

また、図４に示す例では、エネルギ回収タービン７１は、高圧ポンプ４３の回転軸４３ａに直結されているが、図示はしないが、高圧ポンプ４４の回転軸に直結するようにすることもできる。即ち、逆浸透膜ユニット１０で生成した濃縮水の有する圧力は、図４に示すような高圧ポンプ４３の駆動補助に使用されるのではなく、高圧ポンプ４４の駆動補助に使用されるようにすることができる。前記の図１を参照しながら説明したように、高圧ポンプ４３，４４によって与えられる圧力はほぼ同じである。そのため、濃縮水の有する圧力は、高圧ポンプ４３に使用可能なほか、同じ圧力を与えている高圧ポンプ４４においても使用可能である。

ここで、高圧ポンプ４３によって圧力を与える海水の流量と、高圧ポンプ４４によって圧力を与える透過水の流量とは、後者の方が小さくなる。従って、少ない流量の透過水に対して圧力を与える分、通常は、高圧ポンプ４４の容量は小さくなる。そして、大きな容量のポンプの駆動補助よりは、小さな容量のポンプの駆動補助の方が、エネルギ効率が高い。そのため、エネルギ回収タービン７１を高圧ポンプ４４の回転軸に直結させることで、エネルギ効率をさらに高めることができる。

なお、図示はしないが、高圧ポンプ４３又は高圧ポンプ４４のすぐ上段又は後段に、ターボ型のエネルギ回収タービンを設置するようにしてもよい。これにより、海水又は透過水の圧力を直接増加させて、高圧ポンプ４３又は高圧ポンプ４４の出力を低下させて、消費電力を抑制することができる。

図５は、第五実施形態の水処理システム５００の構成を示す系統図である。図５に示す水処理システム５００では、前記の水処理システム２００（図２参照）において、逆浸透膜ユニット１０で生成した透過水を溜め置くタンク５２及び透過水に圧力を与える高圧ポンプ４４に代えて、透過水を昇圧させる昇圧ポンプ（Booster Pump；ＢＰ）４５が備えられている。

また、前記の水処理システム２００等ではタンク５２が備えられ、このタンク５２が運転開始時のバッファタンクとして機能するため、運転開始時の安定性が高められる。一方で、図５に示す水処理システム５００では、タンク５２が備えられていないため、タンク５２の設置面積が不要となり、省スペース化が図られる。また、逆浸透膜ユニット１０で生成した透過水の有する圧力がそのまま昇圧ポンプ４５に導入されるため、実揚程を短くできて省エネルギ化が可能となる。

図６は、第六実施形態の水処理システム６００の構成を示す系統図である。図６に示す水処理システム６００では、前記の水処理システム２００（図２参照）において、逆浸透膜ユニット１０において生成した透過水の有する圧力を回収するエネルギ回収タービン（ＥＲＴ）７２が備えられている。このエネルギ回収タービン７２も、前記のエネルギ回収タービン７１と同様に、透過水供給系統３２に備えられた高圧ポンプ４４の回転軸４４ａに直結することで、高圧ポンプ４４の消費電力が抑制されている。

水処理システム６００においては、エネルギ回収タービン７２によって、逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水の有する圧力が回収されている。逆浸透膜ユニット２０には、前記のように高圧ポンプ４４で圧力を与えられた後の透過水が供給される。そのため、逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水の有する圧力は、逆浸透膜ユニット２０での圧力損失は通常は極めて小さいことから、高圧ポンプ４４の吐出圧力とほぼ同じになる。そのため、エネルギ回収タービン７２によって濃縮水の有する圧力を回収し、高圧ポンプ４４の駆動補助に使用することで、高圧ポンプ４４の消費電力を抑制することができる。

また、図６に示す例では、エネルギ回収タービン７２は、高圧ポンプ４４の回転軸４４ａに直結されているが、図示はしないが、高圧ポンプ４３の回転軸に直結するようにすることもできる。即ち、逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水の有する圧力は、図６に示すような高圧ポンプ４４の駆動補助に使用されるのではなく、高圧ポンプ４３の駆動補助に使用されるようにすることができる。

前記の図１を参照しながら説明したように、高圧ポンプ４３，４４によって与えられる圧力はほぼ同じである。そのため、濃縮水の有する圧力は、高圧ポンプ４４に使用可能なほか、同じ圧力を与えている高圧ポンプ４３においても使用可能である。大流量の海水に圧力を与える高圧ポンプ４３では、当該海水の流量よりは少流量の透過水に圧力を与える高圧ポンプ４４よりも、よりエネルギが使用される。そこで、濃縮水の有する圧力を使用して高圧ポンプ４３の駆動補助が行われることで、高圧ポンプ４３の消費電力を減らして、省エネルギ化を図ることができる。

なお、図示はしないが、前記の図４を参照しながら説明した水処理システム４００と同様に、高圧ポンプ４３又は高圧ポンプ４４のすぐ上段又は後段に、ターボ型のエネルギ回収タービンを設置するようにしてもよい。これにより、海水又は透過水の圧力を直接増加させて、高圧ポンプ４３又は高圧ポンプ４４の出力を低下させて、消費電力を抑制することができる。

図７は、第七実施形態の水処理システム７００の構成を示す系統図である。図７に示す水処理システム７００では、前記の水処理システム２００（図２参照）において、濃縮水戻り系統４５は、濃縮水が高圧ポンプ４３と逆浸透膜ユニット１０との間に戻されるように形成されている。また、濃縮水戻り系統４５の途中には、昇圧ポンプ（ＢＰ）４６が備えられている。なお、水処理システム７００では、図２を参照しながら説明したタンク５１は備えられていない。

前記の図６を参照しながら説明したように、逆浸透膜ユニット２０で生成した濃縮水の有する圧力は、高圧ポンプ４４の吐出圧力とほぼ同じになる。そして、高圧ポンプ４３によって圧力を付与された後の海水に対し、昇圧ポンプ４６で圧力を調整した濃縮水が供給されている。このようにすることで、高圧ポンプ４３によって圧力が付与される海水量、即ち、高圧ポンプ４３からの吐出量を削減することができ、省エネルギ化を図ることができる。

図８は、第八実施形態の水処理システム８００の構成を示す系統図である。図８に示す水処理システム８００では、前記の水処理システム２００（図２参照）とは異なり、タンク５２及び高圧ポンプ４４が備えられていない。従って、水処理システム８００では、一台の高圧ポンプ４３によって、逆浸透膜ユニット１０，２０での双方のろ過に使用される圧力が海水に付与されることになる。

前記のように、逆浸透膜ユニット１０，２０を構成する逆浸透膜１，２は同じろ過特性を有する。そのため、水処理システム８００では、高圧ポンプ４４は、前記の水処理システム２００における高圧ポンプ４３によって付与される圧力の二倍（概算）の圧力が海水に付与されるように、運転される。

ここで、二価イオンを選択的に除去している水処理システム８００において、前記の図１等を参照しながら説明したように、逆浸透膜ユニット１０，２０において付与される圧力は、全てのイオンを除去する逆浸透膜と比較して、低くなる。そのため、付与する圧力を二倍にすることで、特に逆浸透膜ユニット１０への負荷が大きくなったとしても、許容される逆浸透膜ユニット１０への負荷の範囲に収まることになる。そのため、タンク５２及び高圧ポンプ４４等の中間機器を省略して、省スペース化を図ることができる。また、中間機器が省略されることで、圧力損失を低減することができる。これにより、水処理システム８００の全体のエネルギ効率を高めることができる。

以上、八つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、前記の各実施形態は、必ずしもそれぞれ単独で構成しなければならないものではなく、本発明の要旨を損なわない範囲で、適宜二つ以上の実施形態を組み合わせて構成することができる。

具体的には例えば、図３を参照しながら説明した水処理システム３００と、図５を参照しながら説明した水処理システム５００とを組み合わせた水処理システムとして、本発明を実施することができる。より具体的には、図５に示す水処理システム５００において、さらに、図３に示した透過水バイパス系統３６が備えられるようにしてもよい。他の実施形態についても、同様に任意に適宜組み合わせて構成することができる。

また、前記の各実施形態では、後段の逆浸透膜ユニット２０で生成した透過水は圧入水として使用されたが、二価イオンが除去されることで好適に使用可能な他の用途に対しても使用することができる。

さらに、前記の各実施形態では、二価イオンを除去する対象の水（被処理水）として海水が使用されたが、二価イオンを含む水であれば、海水以外にも例えば生活排水や工場排水、高塩濃度の地下水等であってもよいし、さらには、原油採掘の際に原油とともに湧き出す高塩濃度の地下水等であってもよい。このとき、後者の地下水としては、例えば圧入水を圧入したことで新たに発生した地下水であってもよい。二価イオンを含むこれらの水を被処理水として使用し、前記の各実施形態を適用することで、例えば圧入水等を効率よく生産することができる。なお、これらの水に三価以上のイオンが含まれている場合にも、前記の各実施形態において説明した取り扱いと同様に取り扱うものとする。

また、逆浸透膜ユニット１０，２０は、それぞれ逆浸透膜１，２が圧力容器内に収容されることで構成されているが、それ以外の構成は特に制限されない。そのため、逆浸透膜ユニット１０，２０は、例えば、逆浸透膜１，２を捲回して逆浸透膜モジュールとし、複数の逆浸透膜モジュールを圧力容器に収容することで、逆浸透膜ユニットとすることができる。また、使用する逆浸透膜ユニットの数（本数）は一本でもよいし、二本以上であってもよく、二本以上の逆浸透膜ユニットの場合には、例えば、それぞれの逆浸透膜ユニットを並列に接続して使用することができる。

さらに、前記の水処理システム１００では、逆浸透膜ユニット１０，２０に備えられる逆浸透膜モジュールの本数や圧力容器の数を同じにすることで、逆浸透膜１，２と海水や透過水との接触面積が同じになっている。しかし、逆浸透膜モジュールの本数や圧力容器の数が同じでなくても、他の構成を変更することで、逆浸透膜１，２と海水や透過水との接触面積が同じになるようにしてもよい。また、逆浸透膜１，２と海水や透過水との接触面積が同じでなくてもよく、例えば、一段目の逆浸透膜１と海水との接触面積が、二段目の逆浸透膜２と透過水との接触面積よりも大きくなるようにしてもよい。即ち、一段目の逆浸透膜１と海水との接触面積は、二段目の逆浸透膜２と透過水との接触面積と同じか、又は、大きくなるようにしてもよい。また、その逆でもよい。

また、前記の実施形態では、逆浸透膜ユニット２０において生成した濃縮水は、全量、海水供給系統３１を通流する海水（被処理水）に合流されている。そして、海水と濃縮水との混合水が、逆浸透膜ユニット１０に供給されている。そして、海水及び濃縮水がこのような流れになるように、海水供給系統３１及び濃縮水戻り系統３５が形成されている。しかし、海水に合流される濃縮水は全量である必要はなく、一部のみが海水に合流されるようにしてもよい。また、このように合流されることが好ましいものの、合流しないようにしてもよい。

また、逆浸透膜ユニット１０の上段に、被処理中の異物等を除去するろ過装置が備えられてもよい。

１ 逆浸透膜（第一の逆浸透膜）
２ 逆浸透膜（第二の逆浸透膜）
１０ 逆浸透膜ユニット（第一逆浸透膜ユニット）
２０ 逆浸透膜ユニット（第二逆浸透膜ユニット）
３１ 海水供給系統
３２ 透過水供給系統
３３ 圧入水供給系統
３４ 濃縮水配水系統
３５ 濃縮水戻り系統
３６ 透過水バイパス系統
４１ 加圧ポンプ（第一の加圧装置）
４２ 加圧ポンプ（第二の加圧装置）
４３ 高圧ポンプ（第一の加圧装置）
４４ 高圧ポンプ（第二の加圧装置）
４５ 昇圧ポンプ（第一の加圧装置）
４６ 昇圧ポンプ（第二の加圧装置）
５１，５２ タンク
６１，６２ 流量制御弁
７１ エネルギ回収タービン（第一エネルギ回収装置）
７２ エネルギ回収タービン（第二エネルギ回収装置）
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 水処理システム

Claims (8)

1. 一価イオンと、二価以上の価数を有するイオンとしての二価以上イオンとを少なくとも含むとともに、当該二価以上イオンの濃度が前記一価イオンの濃度よりも低くなっている被処理水から前記二価以上イオンを除去する水処理システムにおいて、
   前記被処理水が供給され、前記被処理水中の前記二価以上イオンを選択的に除去する第一の逆浸透膜を具備する第一逆浸透膜ユニットと、
   当該第一の逆浸透膜に前記被処理水を透過させるための圧力を与える第一の加圧装置と、
   当該第一の逆浸透膜を透過することで得られた透過水が供給されるとともに、前記第一の逆浸透膜と同じろ過特性を有する第二の逆浸透膜を具備する第二逆浸透膜ユニットと、
   当該第二の逆浸透膜に前記透過水を透過させるための圧力を与える第二の加圧装置と、を備えることを特徴とする、水処理システム。
2. 前記二価以上イオンの濃度は、前記一価イオンの濃度の１／３以下であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記第二逆浸透膜ユニットにおいて生成した濃縮水の少なくとも一部を、前記第一逆浸透膜ユニットに供給される前記被処理水に合流させる濃縮水戻り系統が備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 前記第一の逆浸透膜を透過することで得られた透過水の一部を、前記第二の逆浸透膜を透過することで得られた透過水にバイパスさせる透過水バイパス系統が備えられていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の水処理システム。
5. 前記第一逆浸透膜ユニットにおいて生成した濃縮水の有するエネルギを回収して、前記第一の逆浸透膜ユニットに供給される被処理水、又は、前記第二の逆浸透膜ユニットに供給される透過水のいずれかの加圧に利用する第一エネルギ回収装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の水処理システム。
6. 前記第二逆浸透膜ユニットにおいて生成した濃縮水の有するエネルギを回収して、前記第一の逆浸透膜ユニットに供給される被処理水、又は、前記第二の逆浸透膜ユニットに供給される透過水のいずれかの加圧に利用する第一エネルギ回収装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の水処理システム。
7. 前記被処理水は海水を含み、
   前記二価以上イオンは少なくとも硫酸イオンであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の水処理システム。
8. 前記被処理水は硫酸イオンを少なくとも含む地下水を含み、
   前記二価以上イオンは少なくとも硫酸イオンであることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の水処理システム。

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