淡水化の方法は何ですか?

ご存知のとおり、海水の塩分濃度は非常に高いため、海水は絶対に飲めません。そのため、人々は海水を真水に変えるさまざまな方法を考案してきました。最終的な目標は、海水の塩分濃度を下げることです。このようにして、真水の総量を大幅に増やすことができます。現在、海水を淡水化する方法は数多くあり、国や地域によって使用する方法が異なります。一般的な方法を以下に示します。

海水の淡水化の方法：

蒸留

蒸留は古代の方法です。しかし、技術の継続的な改善と発展により、現在でも主流となっています。蒸留と淡水化プロセスの本質は、水蒸気の形成プロセスです。その原理は、海水が熱によって蒸発して雲を形成し、その雲が特定の条件下で冷却されて雨を形成するのと同じです。雨には塩味がありません。設備により蒸留、蒸気圧縮蒸留、多段フラッシュ蒸留などがある。

冷凍方法

極低温技術では、海水を凍らせて氷を作り、塩分を分離し、液体の淡水が固体の氷に変わります。凍結法と蒸留法はどちらも克服するのが難しい欠点があります。蒸留法は多くのエネルギーを消費し、機器に多くのスケールを生成しますが、得られる真水の量は多くありません。凍結法も多くのエネルギーを消費しますが、得られる真水の味が悪く、使用しにくいです。

逆浸透

これは一般に限外濾過とも呼ばれ、1953 年まで採用されていなかった膜分離および淡水化方法です。この方法では、溶媒のみを通過させ、溶質は通過させない半透膜を使用して、海水と淡水を分離します。通常、淡水は半透膜を通過して海水側に拡散し、海水側の液面は徐々に上昇して一定の高さに達します。このプロセスを浸透と呼びます。このとき、海水側の水柱の静圧を浸透圧といいます。海水の片側に海水の浸透圧よりも大きな外圧を加えると、海水中の純水が逆浸透して淡水になります。逆浸透の最大の利点は省エネです。エネルギー消費量は電気透析の1/2、蒸留の1/40です。そのため、1974年以降、米国や日本などの先進国は、開発の重点を侵入防止方法へと順次移行してきました。

逆浸透淡水化技術は急速に発展しており、プロジェクトコストと運用コストは引き続き低下しています。主な発展傾向は、逆浸透膜の動作圧力を下げ、逆浸透システムの回収率を高め、安価で効率的な前処理技術を使用し、システムの汚染防止能力を強化することです。

太陽エネルギー法

人類の初期の頃、太陽エネルギーは海水の淡水化、主に蒸留に使用されていたため、初期の太陽熱淡水化装置は一般に太陽熱蒸留器と呼ばれていました。蒸留システム パッシブソーラー蒸留システムの例としては、トレイ型ソーラー蒸留器があり、これは 150 年近く使用されています。構造がシンプルで材料も入手しやすいため、現在でも広く使用されています。現在、ディスク型太陽熱蒸留器の研究は、主に材料の選択、さまざまな熱特性の改善、そしてさまざまなタイプの太陽熱集熱器と組み合わせた使用に焦点を当てています。従来の電源や熱源と比較して、太陽エネルギーは安全性と環境保護の利点があります。太陽エネルギーの収集と淡水化プロセスを組み合わせることは、持続可能な淡水化技術です。太陽光淡水化技術は、従来のエネルギーを消費せず、汚染がなく、得られる淡水が高純度であるなどの利点により、徐々に人々の注目を集めています。

低温マルチエフェクト

多重効用蒸発法では、加熱された海水が直列に接続された複数の蒸発器で蒸発します。前の蒸発器から蒸発した蒸気が次の蒸発器の熱源となり、淡水に凝縮されます。その中でも、低温多重効用蒸留は蒸留法の中で最もエネルギーを節約できる方法の一つです。低温多重効用蒸留技術は、近年、省エネ要因により急速に発展しており、設備規模は拡大し、コストは低下しています。主な開発動向は、単一ユニットの水生産能力の向上、安価な材料の使用によるプロジェクトコストの削減、動作温度の上昇、熱伝達効率の向上です。

多段フラッシュ

瞬間蒸発とは、ある温度の海水の一部が圧力が急激に低下すると急速に蒸発する現象を指します。多段フラッシュ淡水化は、加熱された海水を複数のフラッシュチャンバーで徐々に圧力を下げながら蒸発させ、蒸気を凝縮して淡水を得るプロセスです。現在、多段フラッシュ蒸発法は、世界の海水淡水化設備の中で依然として最大の出力、最も成熟した技術、高い操作安全性、優れた柔軟性を備えています。主に火力発電所と連動して建設され、大型および超大型の淡水化設備に適しています。主に湾岸諸国で使用されています。多段フラッシュ蒸発技術は成熟しており、操作が信頼できます。主な開発動向は、ユニット単位の水生産能力の向上、ユニットの電力消費量の削減、熱伝達効率の向上です。

電気透析

この方法の技術的な鍵は、新しいイオン交換膜の開発です。イオン交換膜は厚さ0.5～1.0mmの機能性膜であり、選択透過性によって陽イオン交換膜（カチオン膜）と陰イオン交換膜（アニオン膜）に分けられます。電気透析法は、選択透過性を有する陽イオン膜と陰イオン膜を交互に配置して複数の独立した区画を形成し、海水を淡水化すると同時に、隣接する区画の海水を濃縮することで、淡水と濃縮水を分離します。電気透析は海水を淡水化できるだけでなく、廃水の再利用に貢献する水処理手段としても使用できます。さらに、この方法は化学、製薬、食品などの業界での濃縮、分離、精製にもますます使用されています。

水蒸気蒸留

圧縮蒸気蒸留海水淡水化技術は、海水を予熱し、蒸発器に入れ、蒸発器内で部分的に蒸発させる技術です。生成された二次蒸気はコンプレッサーによって圧縮され、圧力が高められてから蒸発器の加熱側に導入されます。凝縮後の蒸気は生成水として排出され、熱エネルギーのリサイクルを実現します。

露点蒸発法

露点蒸発淡水化技術は、汽水と海水の淡水化のための新しい方法です。キャリアガス加湿・除湿の原理に基づき、凝縮熱と除湿熱を回収しながら、混合ガス側の熱伝達によって熱伝達効率を制御します。

複合水力発電

水と電力のコジェネレーションとは、主に淡水化水と電力のコジェネレーションと供給を指します。淡水化のコストは主に電気と蒸気の消費コストに依存するため、コジェネレーションでは発電所からの蒸気と電気を使用して淡水化装置に電力を供給することができ、それによって効率的なエネルギー利用が実現され、淡水化コストが削減されます。海外の海水淡水化プラントのほとんどは発電所と一緒に建設されており、これが現在の大規模海水淡水化プロジェクトの主な建設モデルとなっています。

熱フィルムコジェネレーション

熱膜コジェネレーションでは、主に熱と膜淡水化（MED-RO または MSF-RO）の組み合わせを採用し、さまざまな水需要を満たし、淡水化のコストを削減します。現在、世界最大の熱膜コジェネレーション淡水化プラントはアラブ首長国連邦のフジャイラ淡水化プラントであり、1日の淡水化水生産量は454,000立方メートルで、そのうちMSFは1日あたり284,000立方メートル、ROは1日あたり170,000立方メートルを生産しています。その利点は、投資コストが低く、海水取水を共有できることです。 RO および MED/MSF デバイスからの淡水化水は、さまざまなニーズを満たすために特定の割合で混合できます。