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2013年1月18日 (金)

私の世界・知らない世界―世界中で水が足り無くなっている! 水不足は脱塩技術で解決できるか?

ネットのナショナルジオグラフィック・ニュースからです。

以前の記事ですが、水不足と脱塩技術のことについて、興味のある内容が出ていたので紹介します。

海水の淡水化、脱塩技術は“逆浸透法”と“海水の蒸留(多段フラッシュ)”の二つがあり、最近の大型プラントは使用エネルギーが少なくてすむ逆浸透法”がほとんどになってきています。

ただ、どちらの方法を取っても、残った濃塩水の処分問題があります。

なるべく水を汚さないように大切に使い、水の処理施設・浄化設備を整備して循環利用し、水保全することが大切なようです。

以下は福岡地区水道企業団の淡水化システムの例です。

淡水化される水は日量最大5万立方メートルで、生産水は浄水場の浄水とブレンドした後、福岡都市圏の配水池へ送られる。施設から出る濃縮海水は、水処理センターの放流水(下水処理水)と混ぜ合わされ濃度を薄めて海に放流という方法を採用しています。

淡水化された水とは別に、薄める水が必要なのです。

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『水不足は脱塩技術で解決できるか?

August 8, 2011

 極度の水不足に苦しむ庶民は、2025年までに世界で18億人に達する。この予測を受け、海水を淡水化する脱塩技術が注目を集めている。しかし、水危機対策の切り札として強みを発揮するには、当局や専門家が先頭に立ち、高コストと非効率性を改善する必要がある。

 脱塩プラントの年間真水生産量は、2016年には3800万立方メートルを超えると予測されている。2008年実績の2倍だ。

 現在主流の脱塩プラントが採用する逆浸透法は、海水に圧力をかけて極薄の樹脂半透膜で濾過する。大きめの分子やイオン(塩類など)はフィルターにかかり、真水だけが濾し出される仕組みである。

 この方法は、海水の蒸留など従前の脱塩技術と比べて大幅にエネルギー効率が高い。しかし標準的なプラントでは、システムを稼働する電力の生産に運転コストの40%が割かれる場合もある。

◆細菌対策は?

 逆浸透膜は1960年代の発明当初と比べて改良が進み、塩類を除去する性能が高まっている。細菌対策も進んでいるが、「膜の目詰まり」問題が完全に解消されたわけではない。

「細菌で膜が目詰まりし、次第に水の通りが悪くなる」とアメリカ、イェール大学の環境エンジニアで論文共著者のメナヘム・エリメレク(Menachem Elimelech)氏は説明する。

 細菌は塩素で除去できるが、現在の逆浸透膜は塩素にとても弱く、性能が急激に劣化するという。「塩素耐性の高い逆浸透膜の開発に注力すべきだ」とエリメレク氏は訴えている。

◆プレハブ・プラント?

 しかし性能が上がっても、プラントの建設費用や運転コストが高止まりでは意味がない。水不足に悩む開発途上国の需要を満たすには、コスト問題を解決する必要がある。

 カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)教授で化学工学や生体分子工学を専門とするヨラム・コーエン(Yoram Cohen)氏は、次のようにコメントしている。「部材や施工法を標準化し、小規模で効率的なプラントを建設するのも良い。技術が標準化されているパソコンは価格が安く、寄せ集めのパーツで自作もできる」。

◆濃塩水の処分

 脱塩プラントから排出される濃塩水の処理も頭の痛い問題だ。沿岸のプラントなら濃度を薄めて安全に海へ放出できるが、内陸部の場合は問題が複雑化するとコーエン氏は言う。「地域の規制により、河川、溜池などの地表水や下水道に排出できないケースもある。地下排水も考えられるが、非常にコストが高く禁止地域もある」。

 逆浸透技術への期待は大きいが、各国で水不足の“特効薬”と認識される危険性をイェール大学のエリメレク氏は指摘する。多くの場合、合理的な国土計画や従来型の水保全の方が安上がりであり、革新性には欠けるが最も有効な対策になりうるという。「別の方法も利用できるなら、脱塩プラントだけに頼らない方が良い」。

<淡水化技術>

・多段フラッシュ

海水を熱して蒸発(フラッシュ)させ、再び冷やして真水にする、つまり海水を蒸留して淡水を作り出す方式である。熱効率をよくするため減圧蒸留されている。実用プラントでは多数の減圧室を組み合わせているので、多段フラッシュ方式(Multi Stage Flash Distillation)と呼ばれている。生成清水の塩分濃度は低く5ppm未満程度である。大量の淡水を作り出すことができ、海水の品質を問わないが、熱効率が大変悪く、多量のエネルギーを投入する必要がある。

この方式はエネルギー資源に余裕のある中東の産油国に多く採用されており、多くの国々では飲用水のほとんどをこれら造水プラントで生産している。日本からはササクラ、三菱重工業、IHI、日立造船等のメーカーのプラントが輸出されている。熱源としては発電所の復水や油井からあがってくる随伴ガスや精製時に発生するオフガスが利用され、冷却にはやはり海水が使用される。このため海水淡水化プラントは精油所や火力発電所に併設される場合が多い。

サウジアラビアの海水淡水化公団では多段フラッシュ法の大型海水淡水化プラントを多数稼動させている。例えば1981年に稼動したジェッダNo.4プラントの生産水量は日量22万トンであり、20059月現在の世界最大は同公団がアシュベールに持つ日量100万トンのものである。サウジアラビアではこれらを工業用水や一般家庭用水の主水源としており、更に余剰の淡水を農業用水としても利用している。

・逆浸透法

海水に圧力をかけて逆浸透膜(RO膜、Reverse Osmosis Membrane)と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す方式である。フラッシュ法よりエネルギー効率に優れている反面、RO膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理する必要があること、整備にコストがかかること、などの難点がある。生成清水の塩分濃度は蒸留を行うフラッシュ法に比較し若干高く100ppm未満である。1990年代までは比較的小規模のものが多かった。しかし最近の日量1万トンを超える大型プラントは、世界的にみても大部分がこの形式で建設されている。

RO膜は元の海水の塩分濃度が高いほど、また得ようとする淡水の塩分濃度が低いほど高い圧力をかけて濾過する必要があるが、例えば平均的な塩分3.5%の海水から日本の飲料水基準に適合する塩分0.01%の淡水を得る場合、2005年現在で最低55気圧程度が必要である。このためRO膜は圧力に耐えるよう、以下の何れかの構造で造られる。

1.パスタ程度の太さで中が空胴の糸状に成型し、外側から内側へ濾過する(中空糸膜(ちゅうくうしまく)という)。

2.1枚の濾過膜を、強度を保つため丈夫なメッシュ状のサポートと重ね合わせて袋状に閉じ、これをロールケーキ状に巻いてその断面方向から加圧する(スパイラル膜という)。加圧にはタービンポンプやプランジャーポンプなどの高圧ポンプが使用される。

200510月現在、世界最大の逆浸透法海水淡水化プラントはイスラエルのアシュケロンにあり、日量33万トンの淡水を工業用や家庭用に供給している。他に中東地域、地中海沿岸、シンガポールなどに大型プラントが多い。日本最大のものは福岡市東区にあるまみずピアで、淡水供給量は日量5万トンである。(=ウィキペディア)

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