JP2020014995A - Forward osmosis treatment method and forward osmosis treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正浸透処理方法および正浸透処理装置に関する。 The present invention relates to a forward osmosis treatment method and a forward osmosis treatment apparatus.
海水、河川水または排水などの処理対象液(フィード溶液)から、正浸透現象を利用して真水を回収するための正浸透処理方法が知られている。正浸透(Forward Osmosis:以下、「FO」と略す場合がある)現象とは、低濃度の溶液中の水がより高濃度(高浸透圧)の溶液に向かって半透膜を透過して移動する現象のことである。 BACKGROUND ART A forward osmosis treatment method for recovering fresh water from a liquid to be treated (feed solution) such as seawater, river water, or wastewater using a forward osmosis phenomenon is known. The phenomenon of forward osmosis (hereinafter sometimes abbreviated as “FO”) is the phenomenon that water in a low-concentration solution moves through a semipermeable membrane toward a higher-concentration (high osmotic pressure) solution. It is a phenomenon that does.
正浸透処理では、フィード溶液(Feed Solution:以下、「FS」と略す場合がある)より高い浸透圧を有するドロー溶液(Draw Solution:以下、「DS」と略す場合がある)を用いる。正浸透モジュール内において、半透膜を介してDSとFSとを接触させると、浸透圧の低いFSから浸透圧の高いDSへ水が移動する。そして、正浸透モジュールを通過した後のDS(すなわち、FS中から水を回収したDS)から、種々の手法を用いて真水を回収することができる。 In the forward osmosis treatment, a draw solution (Draw Solution: sometimes abbreviated as “DS”) having a higher osmotic pressure than a feed solution (hereinafter sometimes abbreviated as “FS”) is used. In the forward osmosis module, when DS and FS are brought into contact via a semipermeable membrane, water moves from FS having low osmotic pressure to DS having high osmotic pressure. Then, fresh water can be recovered from the DS after passing through the forward osmosis module (that is, the DS from which water is recovered from the FS) using various methods.
なお、特許文献1(特開2014−184403号公報)には、FSを間欠的に加圧すること、および/または、DSを間欠的に減圧することにより、正浸透装置の透過水量を増加させる方法が記載されている。特許文献1([0010])には、圧力付加と解除を繰り返すことにより、透過水量を増加させ得る旨記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-184403) discloses a method of increasing the amount of permeated water of a forward osmosis device by intermittently pressurizing FS and / or intermittently depressurizing DS. Is described. Patent Document 1 ([0010]) describes that the amount of permeated water can be increased by repeating pressure application and release.
例えば、温度変化によるFSおよびDSの粘度、浸透圧等の変化、半透膜の性能の変化などにより、正浸透(FO)の透過水量に変動(季節変動、日差変動など)が生じる場合がある。より具体的には、例えば、温度低下によりFSおよびDSの粘度が上昇することで、FOの透過水量が低下する場合がある。また、例えば、長期運転後の半透膜の性能低下によっても、FOの透過水量が徐々に変動する場合がある。 For example, a change (seasonal fluctuation, daily fluctuation, etc.) may occur in the amount of permeated water of forward osmosis (FO) due to a change in viscosity and osmotic pressure of FS and DS due to a temperature change, a change in semipermeable membrane performance, and the like. is there. More specifically, for example, when the viscosity of FS and DS increases due to a decrease in temperature, the amount of FO permeated water may decrease. In addition, for example, the permeated water amount of the FO may gradually change due to a decrease in the performance of the semipermeable membrane after long-term operation.
ここで、例えば、FOによりFSの水を回収したDSから逆浸透(RO)によって水を回収するために、FOモジュールがROモジュール等に組み合わせられている場合、FOの透過水量が変動すると、FOモジュールの当初の透過水量に合わせて設計されたROモジュール等の運転条件が適切なものではなくなり、ROモジュール等の運転条件および設備の変更が必要になる可能性がある。したがって、温度変化等の透過水量の変動要因が存在する場合でも、FOの透過水量の変動を小さくする(好ましくはFOの透過水量が一定に維持される)ことが望まれる。 Here, for example, when an FO module is combined with an RO module or the like in order to recover water by reverse osmosis (RO) from DS from which FS water has been recovered by FO, if the amount of permeated water of FO fluctuates, The operating conditions of the RO module or the like designed according to the initial permeated water amount of the module may not be appropriate, and the operating conditions of the RO module or the like and equipment may need to be changed. Therefore, even when there is a fluctuation factor of the amount of permeated water such as a temperature change, it is desired to reduce the fluctuation of the amount of permeated water of the FO (preferably, the amount of permeated water of the FO is kept constant).
FOの透過水量の変動を小さくする方法としては、温度変化によるFSおよびDSの粘度変化等に応じてFSおよびDSの供給量を変更する方法も考えられる。しかし、FSおよびDSの前処理設備の稼働率が季節により変動することは経済性の観点から損失が大きく、FSおよびDSの供給量を季節により変更することは商業的には難しい。また、FSおよびDSの供給量を変更すると、(特にFOとROモジュール等の周辺設備とを組み合わせたシステムにおいて、)運転条件の複雑な再設定が必要になったり、送液ポンプなどの設備の変更等が必要になったりするという問題がある。 As a method of reducing the fluctuation of the amount of permeated water of the FO, a method of changing the supply amounts of the FS and the DS in accordance with the change in the viscosity of the FS and the DS due to the temperature change or the like can be considered. However, the seasonal variation in the operation rates of the FS and DS pretreatment equipment causes a large loss from the viewpoint of economy, and it is commercially difficult to change the FS and DS supply amounts seasonally. Further, when the supply amounts of FS and DS are changed, complicated resetting of the operating conditions is required (especially in a system in which the FO and the peripheral equipment such as the RO module are combined), and the equipment such as the liquid feed pump is required. There is a problem that a change or the like is required.
そこで、本発明は、フィード溶液およびドロー溶液の供給量を変更せずに正浸透処理による透過水量の変動を小さくすることができる、正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a forward osmosis treatment method and a forward osmosis treatment apparatus, which can reduce the fluctuation of the permeated water amount due to the forward osmosis treatment without changing the supply amounts of the feed solution and the draw solution. I do.
[1] フィード溶液と、該フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液と、を半透膜を介して接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を前記ドロー溶液中に移動させる、正浸透工程を含み、
前記正浸透工程において、前記フィード溶液中から前記ドロー溶液中へ移動する水の量である透過水量の変動が小さくなるように、前記フィード溶液と前記ドロー溶液との物理的な圧力差が調整される、正浸透処理方法。
[1] By bringing a feed solution and a draw solution having a higher osmotic pressure than the feed solution into contact with each other through a semipermeable membrane, water contained in the feed solution is moved into the draw solution. Including an infiltration step,
In the forward osmosis step, a physical pressure difference between the feed solution and the draw solution is adjusted so that a fluctuation in a permeated water amount, which is an amount of water moving from the feed solution to the draw solution, is reduced. , Forward osmosis treatment method.
[2] 前記透過水量の変動は、温度変化に起因する変動である、[1]に記載の正浸透処理方法。 [2] The forward osmosis treatment method according to [1], wherein the change in the amount of permeated water is a change caused by a change in temperature.
[3] 前記正浸透工程において、前記フィード溶液を加圧すること、または、前記ドロー溶液を加圧または減圧することにより、前記フィード溶液と前記ドロー溶液との物理的な圧力差が調整される、[1]または[2]に記載の正浸透処理方法。 [3] In the forward osmosis step, the physical pressure difference between the feed solution and the draw solution is adjusted by pressurizing the feed solution or by increasing or decreasing the pressure of the draw solution. The forward osmosis treatment method according to [1] or [2].
[4] 前記半透膜は中空糸膜である、[1]〜[3]のいずれかに記載の正浸透処理方法。 [4] The forward osmosis treatment method according to any one of [1] to [3], wherein the semipermeable membrane is a hollow fiber membrane.
[5] 前記中空糸膜の内側に前記ドロー溶液を供給し、前記中空糸膜の外側に前記フィード溶液を供給する、[4]に記載の正浸透処理方法。 [5] The forward osmosis treatment method according to [4], wherein the draw solution is supplied inside the hollow fiber membrane, and the feed solution is supplied outside the hollow fiber membrane.
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の正浸透処理方法に用いられる正浸透処理装置であって、
前記半透膜、ならびに、前記フィード溶液が供給される第1室、および、前記ドロー溶液が供給される第2室を有し、前記第1室と前記第2室とは前記半透膜で仕切られている、正浸透モジュールと、
前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも1つの圧力を制御するための圧力調整装置と、を備え、
前記圧力調整装置によって、前記フィード溶液中から前記ドロー溶液中へ移動する水の量である透過水量の変動が小さくなるように、前記フィード溶液と前記ドロー溶液との物理的な圧力差が調整される、正浸透処理装置。
[6] A forward osmosis treatment device used in the forward osmosis treatment method according to any one of [1] to [5],
The semipermeable membrane, and a first chamber to which the feed solution is supplied, and a second chamber to which the draw solution is supplied, wherein the first chamber and the second chamber are the semipermeable membrane. A separated forward osmosis module,
A pressure regulator for controlling the pressure of at least one of the feed solution and the draw solution,
By the pressure adjusting device, a physical pressure difference between the feed solution and the draw solution is adjusted so that a fluctuation in a permeated water amount, which is an amount of water moving from the feed solution into the draw solution, is reduced. , Forward osmosis treatment equipment.
本発明によれば、正浸透工程において、正浸透処理による透過水量の変動が小さくなるように、フィード溶液とドロー溶液との物理的な圧力差を調整することにより、フィード溶液およびドロー溶液の供給量を変更せずに正浸透処理による透過水量の変動を小さくすることができる。 According to the present invention, in the forward osmosis process, the supply of the feed solution and the draw solution is controlled by adjusting the physical pressure difference between the feed solution and the draw solution so that the fluctuation of the amount of permeated water due to the forward osmosis process is reduced. Variations in the amount of permeated water due to forward osmosis can be reduced without changing the amount.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.
<正浸透処理装置>
まず、本実施形態の正浸透処理方法に好適に用いることのできる正浸透処理装置の一例について説明する。
<Forward osmosis treatment device>
First, an example of a forward osmosis treatment apparatus that can be suitably used in the forward osmosis treatment method of the present embodiment will be described.
図1を参照して、本実施形態の正浸透処理装置は、正浸透モジュール1と、圧力調整装置3と、を少なくとも備える。
Referring to FIG. 1, the forward osmosis treatment device of the present embodiment includes at least a
〔正浸透モジュール〕
正浸透モジュール1は、半透膜10、ならびに、FSが供給される第1室11、および、DSが供給される第2室12を有する。第1室11と第2室12とは半透膜10で仕切られている。
[Forward osmosis module]
The
半透膜10としては、特に限定されず、正浸透に用いることのできる種々公知の半透膜を使用できる。
The
半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。 The material constituting the semipermeable membrane is not particularly limited, and examples thereof include a cellulose resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin. The semipermeable membrane is preferably made of a material containing at least one of a cellulose resin and a polysulfone resin.
セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。 The cellulosic resin is preferably a cellulose acetate resin. Cellulose acetate resins have resistance to chlorine, which is a germicide, and can suppress the growth of microorganisms. The cellulose acetate-based resin is preferably cellulose acetate, and more preferably cellulose triacetate from the viewpoint of durability.
ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。 The polysulfone resin is preferably a polyethersulfone resin. The polyethersulfone-based resin is preferably a sulfonated polyethersulfone.
半透膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図1では、半透膜10として簡略化した平膜を描いているが、これに限定されない。なお、中空糸膜(中空糸型半透膜)は、平膜、スパイラル膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、正浸透の効率を高めることができる点で有利である。
The shape of the semipermeable membrane is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a spiral membrane, and a hollow fiber membrane. In FIG. 1, a simplified flat film is depicted as the
なお、FOモジュール1の形態としては、特に限定されないが、中空糸膜を用いる場合は、複数の中空糸膜をストレート配置したモジュールや、複数の中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、複数の平膜を積み重ねた積層型モジュールや、複数の平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。
The form of the
(中空糸膜モジュール)
以下に、図2を参照して、中空糸膜を用いたFOモジュール(中空糸膜モジュール)の1例について説明する。図2の中空糸膜モジュールは、1つの圧力容器100に、1つの中空糸膜エレメントが装填されたシングルエレメント型中空糸膜モジュールである。フィード溶液(FS)は中空糸膜41の外側42を流れ、ドロー溶液(DS)は中空糸膜41の内部(中空部)を流れる。これにより、FS中の淡水をDSへ取出すことで、DSを希釈したり、FSを濃縮したりすることができる。
(Hollow fiber membrane module)
Hereinafter, an example of an FO module (hollow fiber membrane module) using a hollow fiber membrane will be described with reference to FIG. The hollow fiber membrane module of FIG. 2 is a single element type hollow fiber membrane module in which one
中空糸膜エレメントは、中心に配置された複数の孔21aを有する多孔分配管21と、その周囲に配置された複数の中空糸膜41と、多孔分配管21および複数の中空糸膜41をそれらの両端で固定する樹脂壁61とを備える。なお、複数の中空糸膜41の各々はその両端に開口部を有している。
The hollow fiber membrane element includes a
中空糸膜エレメントは、複数の中空糸膜41の内部および中空糸膜モジュールの外部に連通するDS供給口111aおよび排出口111bを有し、中空糸膜41の流入側開口部41aはDS供給口111aに接続され、流出側開口部41bはDS排出口111bに連通している。
The hollow fiber membrane element has a
多孔分配管21は、複数の孔を有する管状体であれば特に限定されない。多孔分配管21により、例えば、FS供給口110aから中空糸膜モジュール内に供給されたFSを中空糸膜の外側42へ分配することができる。孔は、多孔分配管の中心軸を基点として放射状に各方向に設けられていることが好ましい。また、多孔分配管は、中空糸膜エレメントの略中心部に位置させることが好ましい。
The
DSは、DS供給口111aを介して、流入側開口部41aから中空糸膜41の内部に流入し、流出側開口部41bから流出し、DS排出口111bを介して外部に流出する。
The DS flows into the
FSは、FS供給口110aを介して多孔分配管21の内部に流入し、孔21aから流出して、中空糸膜41の外側42に供給される。中空糸膜41の外側42を通過したFSは、FS排出口110bを介して外部に流出する。
The FS flows into the inside of the
なお、ここでは、FSが中空糸膜の外側に供給され、DSが中空糸膜の内部に供給される形態について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、DSが中空糸膜の外側に供給され、FSが中空糸膜の内部に供給されてもよい。 Note that, here, the description has been given of a mode in which FS is supplied to the outside of the hollow fiber membrane and DS is supplied to the inside of the hollow fiber membrane, but the present invention is not limited to this. That is, DS may be supplied outside the hollow fiber membrane, and FS may be supplied inside the hollow fiber membrane.
〔圧力調整装置〕
圧力調整装置3,3aは、フィード溶液(FS)およびドロー溶液(DS)の少なくとも1つの圧力を制御するための装置である。圧力調整装置3,3aによって、FS中からDS中へ移動する水の量(透過水量)の変動が小さくなるように、FSとDSとの物理的な圧力差が調整される。
(Pressure adjusting device)
The
図1に示される正浸透処理装置において、圧力調整装置3は、FSを加圧するための加圧装置(昇圧ポンプ)31と、加圧装置31の圧力を制御する制御装置32と、を含む。また、圧力調整装置3aは、DSを加圧するための加圧装置31aと、加圧装置31の圧力を制御する制御装置32aと、を含む。なお、圧力調整装置は、特にこのような形態に限定されず、透過水量の変動が小さくなるように、FSとDSとの物理的な圧力差を調整することのできる装置であればよい。
In the forward osmosis treatment device shown in FIG. 1, the
<正浸透処理方法>
本実施形態の正浸透処理方法は、フィード溶液(FS:処理対象液)から半透膜を用いた正浸透により水を分離および回収する方法である。
<Method of forward osmosis treatment>
The forward osmosis treatment method of the present embodiment is a method of separating and collecting water from a feed solution (FS: liquid to be treated) by forward osmosis using a semipermeable membrane.
本実施形態において、フィード溶液としては、水を含む溶液であれば特に限定されないが、例えば、海水、河川水、汽水、排水などが挙げられる。排水としては、例えば、工業排水、生活排水、油田またはガス田の排水などが挙げられる。なお、フィード溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。 In the present embodiment, the feed solution is not particularly limited as long as it is a solution containing water, and examples thereof include seawater, river water, brackish water, and drainage. Examples of the wastewater include industrial wastewater, domestic wastewater, oilfield or gasfield wastewater, and the like. The feed solution may contain undissolved components.
ドロー溶液は、フィード溶液より高い浸透圧を有する液体であれば特に限定されないが、ドロー溶液としては、例えば、無機塩溶液、糖溶液、または、水に対する溶解度が高い気体(アンモニアや二酸化炭素など)、有機物、磁性体微粒子もしくは有機高分子などを含む液体が挙げられる。なお、ドロー溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。 The draw solution is not particularly limited as long as it is a liquid having a higher osmotic pressure than the feed solution. Examples of the draw solution include an inorganic salt solution, a sugar solution, and a gas having high solubility in water (such as ammonia and carbon dioxide). , An organic substance, a liquid containing magnetic fine particles or an organic polymer. The draw solution may contain undissolved components.
本実施形態の正浸透処理方法は、少なくとも以下の正浸透工程を含んでいる。
〔正浸透工程〕
本工程では、正浸透モジュール1の第1室11内にFSを流入させて、FSを半透膜10の第1面10aに接触させると共に、正浸透モジュール1の第2室12内にDSを流入させて、DSを半透膜10の第2面10bに接触させる。この状態で、正浸透現象により、FS中に含まれる水が、半透膜10を第1面10a側から第2面10b側に通過し、DS中に移動する。
The forward osmosis treatment method of the present embodiment includes at least the following forward osmosis step.
(Forward osmosis process)
In this step, FS is caused to flow into the
本工程において、FS中からDS中へ移動する水の量(透過水量)の変動が小さくなるように、FSとDSとの物理的な圧力差が調整される。好ましくは透過水量の変動率が20%以下になるように、より好ましくは透過水量の変動率が5%以下となるように、さらに好ましくは透過水量が実質的に一定となるように、FSとDSとの物理的な圧力差が調整される。なお、物理的な圧力には、浸透圧は含まれない。このような調整は、例えば、上記の圧力調整装置によって実施することができる。 In this step, the physical pressure difference between the FS and the DS is adjusted so that the fluctuation of the amount of water (permeated water amount) moving from the FS to the DS is reduced. Preferably, the FS is adjusted so that the fluctuation rate of the permeated water amount is 20% or less, more preferably, the fluctuation rate of the permeated water amount is 5% or less, and even more preferably, the permeated water amount is substantially constant. The physical pressure difference with DS is adjusted. Note that the osmotic pressure is not included in the physical pressure. Such adjustment can be performed by, for example, the above-described pressure adjusting device.
透過水量の変動は、季節変動などの温度変化に起因する変動であることが好ましい。この場合、温度変化に応じてFSとDSとの物理的な圧力差を調整することで、温度変化に曝される正浸透処理装置において、透過水量の変動を小さくすることができる。例えば、温度低下によるFSおよびDSの粘度上昇によって、FOの透過水量が低下する場合は、FSの加圧またはDSの減圧によって、DSに対するFSの物理的な圧力差を適度に高めることにより、透過水量を増加させることができる。これにより、温度低下によって減少した透過水量の減少を抑制することができ、季節変動等の温度変化に起因するFOの透過水量の変動を小さくすることができる。 The variation in the amount of permeated water is preferably a variation caused by a temperature change such as a seasonal change. In this case, by adjusting the physical pressure difference between the FS and the DS according to the temperature change, the fluctuation of the permeated water amount can be reduced in the forward osmosis treatment apparatus exposed to the temperature change. For example, when the amount of permeated water of the FO decreases due to the increase in the viscosity of the FS and the DS due to the temperature decrease, the pressure difference of the FS with respect to the DS is appropriately increased by pressurizing the FS or reducing the pressure of the DS. The amount of water can be increased. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of permeated water reduced by a temperature decrease, and to reduce a change in the amount of permeated water of the FO caused by a temperature change such as a seasonal change.
また、例えば、長期運転後の半透膜の性能低下によっても、FOの透過水量が徐々に変動する場合がある。この場合も、DSに対するFSの物理的な圧力差を徐々に(例えば、定期的に少しずつ)高めることにより、透過水量の低下を抑制し、長期運転における透過水量の変動を小さくすることができる。 In addition, for example, the permeated water amount of the FO may gradually change due to a decrease in the performance of the semipermeable membrane after long-term operation. Also in this case, by gradually (for example, gradually and gradually) increasing the physical pressure difference of the FS with respect to the DS, it is possible to suppress a decrease in the amount of permeated water and reduce a fluctuation in the amount of permeated water during long-term operation. .
このように、正浸透工程において、正浸透処理による透過水量(DSによるFS中の水の回収量)の変動が小さくなるように、FSとDSとの物理的な圧力差を調整することにより、フィード溶液およびドロー溶液の供給量を変更せずに、正浸透処理による透過水量の変動を小さくすることができる。 As described above, in the forward osmosis step, the physical pressure difference between FS and DS is adjusted so that the fluctuation of the permeated water amount (the amount of water recovered in FS by DS) due to the forward osmosis treatment is reduced. The change in the amount of permeated water due to the forward osmosis treatment can be reduced without changing the supply amounts of the feed solution and the draw solution.
FSとDSとの物理的な圧力差の調整は、FSの加圧またはDSの加圧または減圧(FSの加圧、DSの加圧、および、DSの減圧の少なくともいずれか)によって実施することができる。好ましくは、FSまたはDSを加圧することにより、FSとDSとの物理的な圧力差が調整される。DSを減圧する場合、一般的なFO膜は設計上、負圧での運転が考慮されていないため、負圧にならないように注意が必要であり、減圧する操作が複雑になる。より好ましくは、FSを加圧することにより、FSとDSとの物理的な圧力差が調整される。DSを加圧する場合には、DSの圧力がFSとDSの浸透圧差を上回ると正浸透による水の透過が起こらなくなるため、複雑な制御機構を付与する必要がある。FSを加圧する場合は、その圧力は好ましくは0.05〜1.5MPaであり、より好ましくは0.1〜1.0MPaである。 Adjustment of the physical pressure difference between FS and DS is performed by pressurizing FS or pressurizing or depressurizing DS (at least one of pressurizing FS, pressurizing DS, and depressurizing DS). Can be. Preferably, by pressurizing FS or DS, the physical pressure difference between FS and DS is adjusted. When depressurizing the DS, a general FO membrane is not designed to operate at a negative pressure in design, so care must be taken to avoid negative pressure, which complicates the depressurizing operation. More preferably, the physical pressure difference between FS and DS is adjusted by pressurizing FS. When pressurizing the DS, if the pressure of the DS exceeds the osmotic pressure difference between the FS and the DS, the permeation of water by forward osmosis does not occur, so that it is necessary to provide a complicated control mechanism. When pressurizing FS, the pressure is preferably 0.05 to 1.5 MPa, more preferably 0.1 to 1.0 MPa.
FSとDSとの物理的な圧力差の調整は、例えば、FSまたはDSをFOモジュールに供給するためのポンプの圧力を調整することにより実施できる。また、例えば、FOモジュールのFSが供給される第1室11、または、DSが供給される第2室12に対して、外部から圧力を加えることにより実施できる。
Adjustment of the physical pressure difference between FS and DS can be performed, for example, by adjusting the pressure of a pump for supplying FS or DS to the FO module. Further, for example, the present invention can be implemented by externally applying pressure to the
FSまたはDSの加圧または減圧は、透過水量の変動を少なくするためのFSとDSとの物理的な圧力差を維持するために、連続的に行われることが好ましい。 The pressurization or depressurization of FS or DS is preferably performed continuously in order to maintain a physical pressure difference between FS and DS in order to reduce fluctuations in the amount of permeated water.
なお、正浸透処理において、単にFSを加圧することにより透過水量を増加させる方法は知られており、PAO(pressure-assisted osmosis)と呼ばれている。しかしながら、PAOを透過水量の変動を小さくするために用いることは、これまで検討されていなかった。 In the forward osmosis treatment, a method of increasing the amount of permeated water by simply pressurizing FS is known, and is called PAO (pressure-assisted osmosis). However, the use of PAO to reduce fluctuations in the amount of permeated water has not been studied so far.
図3は、実施形態の正浸透処理方法を実施した場合と、従来の正浸透処理方法を実施した場合とについて、温度変化とFOモジュールの出口におけるDSの流量の変動との関係を示す模式的なグラフである。図3において、「希釈DS流量」は、FOモジュールの出口でのDS(海水)の流量を意味する。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a temperature change and a change in the DS flow rate at the outlet of the FO module when the forward osmosis treatment method according to the embodiment is implemented and when the conventional forward osmosis treatment method is implemented. It is a simple graph. In FIG. 3, “dilution DS flow rate” means the flow rate of DS (seawater) at the outlet of the FO module.
図4は、本実施形態の正浸透処理方法を実施した場合と、従来の正浸透処理方法を実施した場合とについて、温度変化とFOモジュールの出口におけるDSの濃度の変動との関係を示す模式的なグラフである。図4において、「希釈DS濃度」は、FOモジュールあたりのFOモジュールの出口でのDS(海水)の濃度を意味する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the temperature change and the change in the concentration of DS at the outlet of the FO module when the forward osmosis treatment method of the present embodiment is implemented and when the conventional forward osmosis treatment method is implemented. It is a typical graph. In FIG. 4, “diluted DS concentration” means the concentration of DS (seawater) at the outlet of the FO module per FO module.
なお、図3および図4は、FS(排水:低浸透圧側)からDS(海水:高浸透圧側)へ水が移動する正浸透処理についてのグラフである。 3 and 4 are graphs of forward osmosis processing in which water moves from FS (drainage: low osmotic pressure side) to DS (seawater: high osmotic pressure side).
図3を参照して、従来の正浸透処理方法では、低温時に透過水量が少なくなる傾向がある(点線のグラフ)。これに対して、本実施形態の正浸透処理方法では、低温時ほどFS側への加圧を大きくする、またはDS側への減圧を大きくすることで、透過水量の低下を抑制することができる。また、高温時にはFS側への加圧を小さくする、またはDS側への加圧を大きくすることで、透過水量の変動を小さくすることができる(実線のグラフ)。 Referring to FIG. 3, in the conventional forward osmosis treatment method, the amount of permeated water tends to decrease at low temperatures (dotted line graph). In contrast, in the forward osmosis treatment method of the present embodiment, a decrease in the amount of permeated water can be suppressed by increasing the pressure on the FS side or increasing the pressure on the DS side at lower temperatures. . Also, at high temperatures, by reducing the pressure on the FS side or increasing the pressure on the DS side, fluctuations in the amount of permeated water can be reduced (graph indicated by the solid line).
また、図4を参照して、従来の正浸透処理方法では、低温時に透過水量が少なくなるため、FOモジュールの出口でのDSの濃度が上昇する傾向がある(点線のグラフ)。これに対して、本実施形態の正浸透処理方法では、低温時ほどFS側への加圧を大きくする、またはDS側への減圧を大きくすることで、透過水量の変動を小さくすることができる。また、高温時にはFS側への加圧を小さくする、またはDS側への加圧を大きくすることにより、FOモジュールの出口でのDSの濃度の変動も小さくすることができる(実線のグラフ)。 Referring to FIG. 4, in the conventional forward osmosis treatment method, the amount of permeated water decreases at low temperatures, so that the concentration of DS at the outlet of the FO module tends to increase (dotted line graph). On the other hand, in the forward osmosis treatment method of the present embodiment, fluctuations in the amount of permeated water can be reduced by increasing the pressure on the FS side or increasing the pressure on the DS side at lower temperatures. . Also, at high temperatures, by reducing the pressure on the FS side or increasing the pressure on the DS side, it is possible to reduce the fluctuation of the DS concentration at the outlet of the FO module (solid line graph).
〔正浸透処理後の処理〕
正浸透モジュール1の第2室12を通過することにより、正浸透現象によってFS中の水を回収したDSに対し、DS中の水を分離および回収する方法としては、例えば、逆浸透処理、蒸留などが挙げられる。
(Treatment after forward osmosis treatment)
As a method for separating and recovering the water in the DS from the DS in which the water in the FS has been recovered by the forward osmosis phenomenon by passing through the
逆浸透(RO)処理では、FOモジュール1から排出された希釈DSは、昇圧ポンプによって、希釈DSが有する浸透圧より高い圧力に昇圧されて、ROモジュールに供給される。ROモジュールに供給された希釈DSは、RO膜を透過することで希釈DSから淡水を得ることができる。なお、RO膜を透過しなかった残りの希釈DSは濃縮され、濃縮された希釈DSは、DSとして再利用することができる。
In the reverse osmosis (RO) process, the diluted DS discharged from the
また、DS中に含まれるドロー物質が無機塩や低融点物質等の場合は、晶析処理によって、DS中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が水に対する溶解度が高い気体の場合は、ガス放散によって、DS中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が磁性体微粒子の場合は、磁気分離によって、DS中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が糖溶液の場合は、イオン交換によって、DS中の水を分離および回収してもよい。 When the draw substance contained in the DS is an inorganic salt, a low-melting substance, or the like, water in the DS may be separated and recovered by crystallization. When the draw material is a gas having high solubility in water, the water in the DS may be separated and recovered by gas release. When the draw substance is magnetic fine particles, water in the DS may be separated and recovered by magnetic separation. If the draw material is a sugar solution, the water in the DS may be separated and recovered by ion exchange.
このように、FOモジュールがROモジュール等の他の装置に組み合わせて用いられる場合、FOの透過水量が変動すると、FOモジュールの当初の透過水量に合わせて設計されたROモジュール等の運転条件が適切なものではなくなり、ROモジュール等の運転条件および設備の変更が必要になるといった問題が生じる可能性がある。しかしながら、本実施形態の正浸透処理方法によれば、温度変化等の透過水量の変動要因が存在する場合でも、FOの透過水量の変動を小さくすることができるため、このような問題は基本的に生じない。 As described above, when the FO module is used in combination with another device such as the RO module, if the amount of permeated water of the FO fluctuates, the operating conditions of the RO module or the like designed according to the initial permeated water amount of the FO module are appropriate. This may cause a problem that the operating conditions and facilities of the RO module and the like need to be changed. However, according to the forward osmosis treatment method of the present embodiment, even when there is a fluctuation factor of the permeated water amount such as a temperature change, the fluctuation of the permeated water amount of the FO can be reduced. Does not occur.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 正浸透モジュール、10 半透膜、10a 第1面、10b 第2面、11 第1室、12 第2室、100 圧力容器、110a FS供給口、110b FS排出口、111a DS供給口、111b DS排出口、21 多孔分配管、21a 孔、3 圧力調整装置、31 加圧装置(ポンプ)、32 制御装置、41 中空糸膜、41a 流入側開口部、41b 流出側開口部、42 中空糸膜の外側。
Claims (6)
前記正浸透工程において、前記フィード溶液中から前記ドロー溶液中へ移動する水の量である透過水量の変動が小さくなるように、前記フィード溶液と前記ドロー溶液との物理的な圧力差が調整される、正浸透処理方法。 A forward osmosis step of moving the water contained in the feed solution into the draw solution by contacting the feed solution and a draw solution having a higher osmotic pressure than the feed solution through a semipermeable membrane. Including
In the forward osmosis step, a physical pressure difference between the feed solution and the draw solution is adjusted so that a fluctuation in a permeated water amount, which is an amount of water moving from the feed solution to the draw solution, is reduced. , Forward osmosis treatment method.
前記半透膜、ならびに、前記フィード溶液が供給される第1室、および、前記ドロー溶液が供給される第2室を有し、前記第1室と前記第2室とは前記半透膜で仕切られている、正浸透モジュールと、
前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも1つの圧力を制御するための圧力調整装置と、を備え、
前記圧力調整装置によって、前記フィード溶液中から前記ドロー溶液中へ移動する水の量である透過水量の変動が小さくなるように、前記フィード溶液と前記ドロー溶液との物理的な圧力差が調整される、正浸透処理装置。 A forward osmosis treatment device used in the forward osmosis treatment method according to any one of claims 1 to 5,
The semipermeable membrane, and a first chamber to which the feed solution is supplied, and a second chamber to which the draw solution is supplied, wherein the first chamber and the second chamber are the semipermeable membrane. A separated forward osmosis module,
A pressure regulator for controlling the pressure of at least one of the feed solution and the draw solution,
By the pressure adjusting device, a physical pressure difference between the feed solution and the draw solution is adjusted so that a fluctuation in a permeated water amount, which is an amount of water moving from the feed solution into the draw solution, is reduced. , Forward osmosis treatment equipment.
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