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海水淡水化(かいすいたんすいか)とは、海水を処理して淡水(真水)を作り出すこと、及びその設備を指す。

◆概要

飲料用等で真水が必要とされる場所の近くに淡水源(河川、湖沼)等がなく、気候等の関係で天水(雨)にも頼れない場合、もしその場所が海辺であれば、海水を処理して淡水を作りだし、利用することが行われている。このプロセスを海水淡水化と呼ぶ。

海水には約3.5%の塩分が含まれており、そのままでは飲用に適さない。飲用水とするためには塩分濃度を少なくとも0.05%以下にまで落す必要がある。海水淡水化プロセスの基本は海水からの脱塩処理である。

◆方式

実用化されている海水淡水化方式のうち、主に以下の二方式が利用されている。

◇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、石川島播磨重工業、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、2005年9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

海水を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。

#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)。

#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。

2005年10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り、淡水供給量は日量5万トンである。

尚2006年現在、世界で海水淡水化用の逆浸透膜を最も多く製造している国は日本であると推定されているが、生産国が日米欧以外の国々に拡大し、それらの国々での統計データが不明であるため、必ずしも正確ではない。

◆その他

ソビエト連邦内陸部では、塩湖であるカスピ海の水を淡水化して飲料水としている。カザフスタンのアクタウ原子力発電所では熱源として高速増殖炉BN-350を利用した海水淡水化が行われていた。生産水量は日量12万トン。この原子炉は老朽化したことと、カザフスタン政府による国内の原子力発電所全廃の方針により1999年に停止され、その後は稼動していない模様である。

◆飲用に際して

前述のとおり、海水を低温蒸発させるフラッシュ方式、常温加圧する逆浸透法ともに造水したままの清水は飲用には適さない。造水された清水は低温処理を施しただけなので殺菌しているとは言えない。飲用する場合は加熱殺菌して飲用することが望ましい。

◆味の調整

海水から製造された淡水は、陸上の淡水と比べて溶け込んでいる物質の組成が大きく異なるため、この方式で作り出された淡水はひどく不味いと言われる。このため、生産された淡水は、ミネラル分を添加、またはイオン交換樹脂を使って一部のイオンを除去するなどして味を調整した後に給水される。

◆自家用プラント

原子力潜水艦、中でも戦略パトロールに赴く弾道ミサイル原子力潜水艦は、作戦中は寄港せずに海中で数ヶ月を過ごす。この間の酸素と飲料水は原子炉をエネルギー源として海水から造り出される。また原子力空母や大型艦艇の多くも海水を淡水化して需要に当てている。

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