脱塩（海水淡水化）とは？定義・方法・用途・世界の主要プラント事例

脱塩（海水淡水化）の定義・方法・用途から世界の主要プラント事例までを図解で詳解。最新技術と導入ノウハウを一挙に把握。

脱塩とは、動物の飼育や灌漑に適した新鮮な水を得るために、水から余分な塩分やその他のミネラル分を除去するプロセスのこと。ほとんどの脱塩は蒸留によって行われる。一部は逆浸透膜やその他の方法で行われる。

主な目的は、人々が使用するための水を作ることです。塩は通常、塩水として運ばれますが、場所によっては固体の塩を取り出すこともあります。

米国では、メキシコに流入する河川水の条約上の義務を果たすために、汽水域の脱塩が行われています。中東のいくつかの国では、エネルギーの埋蔵量が多いため、海水淡水化した水を農業に利用しています。サウジアラビアの海水淡水化プラントは、世界の総生産量の約24％を占めています。世界最大の海水淡水化プラントは、アラブ首長国連邦のジェベル・アリ海水淡水化プラント（フェーズ2）です。多段フラッシュ蒸留法を採用したデュアルパーパスで、年間3億立方メートルの水を生産することができます。

脱塩の主な方法

• 蒸留法（熱法）
  • 多段フラッシュ蒸留（MSF: Multi-Stage Flash）— 海水を加熱して蒸発させ、段階的に低圧でフラッシュ（急速沸騰）させて得た蒸気を凝縮して淡水を回収する方式。高温の廃熱や発電所の余熱と組み合わせて効率化されることが多い。
  • 多効果蒸留（MED: Multi-Effect Distillation）— 何段かのエフェクト（蒸発・凝縮工程）を用い、各段の凝縮熱を次段の蒸発に利用することで熱利用効率を高める方式。
  • 蒸気圧縮（VC: Vapor Compression）— 蒸気を圧縮して温度を上げ、凝縮熱を再利用して蒸発を継続する小規模〜中規模向けの方式。
• 膜法
  • 逆浸透（RO: Reverse Osmosis）— 半透膜に高圧をかけて海水中の溶質を分離する方法。近年の改良とエネルギー回収装置の導入により、海水逆浸透はコスト・エネルギー効率で広く採用されている。
  • 電気透析・電気脱塩（ED/EDR）— 電界を用いてイオンを選択的に移動させる方法で、塩分の低い水や廃水の処理によく使われる。
  • 膜蒸発（MD）・前方浸透（FO）などの新興膜技術も研究・実証段階で拡大中。
• その他の方法
  • 凍結法（結氷により純水を分離）や化学処理による塩の沈殿・回収など、特定用途で用いられる手法。

プロセスの一般的な構成と前処理・後処理

• 取水：海水や河口水はまず取水設備で取り入れ。海洋生態系保護のために取水方式（海底取水、浸透式取水など）を工夫する。
• 前処理：懸濁物、藻類、微生物、スケール因子を除去するために凝集・沈殿、ろ過、あるいは微細孔膜（UF/CF）などを使う。膜法では特に前処理が重要で、フィービングやスケーリングを防ぐことで膜寿命を延ばす。
• 淡水化本体：前述の蒸留・膜プロセスを実行。
• 後処理：脱塩水のpH調整、ミネラル再付与（飲料水としての腐食・味の調整）、消毒。
• 濃縮液（廃液）処理：濃縮された高塩分の排水（ブライン）は環境負荷対策が必要。希釈、海中放流、深層注入、塩の回収、ZLD（ゼロ・リクイッド・ディスチャージ）などの対策がある。

用途

• 都市給水：飲料・生活用水の供給。
• 工業用水：発電所、石油・ガスプラント、半導体など高品質水を必要とする産業。
• 農業・灌漑：淡水資源が不足する地域で補助的に使用（コストと塩害管理が課題）。
• 緊急・軍事用水、海上プラットフォーム（FPSO等）や船舶での淡水供給。
• 下水再生との組合せ（高度処理＋RO）で都市の水循環を支える事例も増加。

世界の主要プラント事例と傾向

• 中東：化石燃料や発電所の余熱を利用した大規模な熱法プラントが多く、国全体の水供給を脱塩に依存する国もある。サウジアラビアは世界生産量の約24％を占めるとされる。
• アラブ首長国連邦（UAE）：世界最大級のプラントの一つであるジェベル・アリ（多段フラッシュ、デュアルパーパス）など、発電と水生産を組み合わせる大規模複合施設が多数ある。
• イスラエル：逆浸透の先進国で、SorekやAshkelonなど大型ROプラントが実用化されている。再生水と脱塩水の組合せで水需給を安定化。
• 米国：カリフォルニアのCarlsbadなど沿岸都市で海水逆浸透プラントが導入されている。さらに河川や汽水域の淡水化も行われる。
• シンガポール：NEWater（高度処理とRO）や海水淡水化の複合戦略により、水自給率を向上。
• オーストラリア：パースやアデレード等で脱塩プラントが稼働し、干ばつ対策や都市供給に寄与。

技術的・環境的課題

• エネルギー消費：脱塩はエネルギー集約的。膜法（海水RO）は近年効率化が進み、電力消費は一般に数kWh/立方メートルのオーダーだが、熱法は熱エネルギーを多く必要とする。エネルギーコストが運転費用の大きな割合を占める。
• ブライン（濃縮塩水）の処理・放流：塩分や化学薬品を多く含む排水は海洋環境や沿岸生態系への影響が懸念される。希釈、深層注入、塩の回収やZLDなどの対策が検討される。
• 取水による影響：海洋生物の巻き込みや海底生態系への影響を抑えるため、取水方式の工夫が求められる。
• 運転維持：膜のファウリングやスケーリング、腐食などの問題があり、定期的なメンテナンス・薬品処理が必要。
• コスト：設備投資（CAPEX）と運転費（OPEX）の両方が問題。規模、エネルギー源、設計によってコストは大きく変動する。

最新の動向・将来展望

• エネルギー回収装置（ERD）や高性能膜の導入により、ROのエネルギー効率とコストは継続的に改善している。
• 再生可能エネルギー（太陽光、風力）と組み合わせた脱塩プラントの普及が進み、温室効果ガス排出削減に寄与。
• 資源回収（塩化ナトリウム以外の金属やミネラルの回収）やZLDを目指す動き、さらに排水の付加価値化技術が注目されている。
• 分散型・モジュール型プラントの普及で、離島や小規模コミュニティにも導入しやすくなる。

まとめ

脱塩（海水淡水化）は、水資源が不足する地域で重要な手段であり、技術の進歩によりより効率的・環境配慮型に進化しています。一方で、エネルギー消費やブライン処理など解決すべき課題も残ります。適切な設計・運用、再生可能エネルギーとの連携、そして廃棄物対策が今後の普及の鍵となります。

質問と回答

Q:海水淡水化とは何ですか?

Q: ほとんどの海水淡水化はどのように行われているのですか?

Q:その他の海水淡水化方法にはどのようなものがありますか?

Q:海水淡水化の主な目的は何ですか?

Q:淡水化の際、塩分はどうなるのですか?

Q:米国ではなぜ汽水域の脱塩が行われているのですか?

Q:世界で最も多くの海水淡水化プラントがある国はどこですか?

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