JP6977247B2 - Concentration method and concentrator - Google Patents
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Description
本発明は、濃縮方法および濃縮装置に関する。 The present invention relates to a concentrating method and a concentrating device.
海水等の塩水の淡水化処理の技術として、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）法が知られている。ＲＯ法は、高圧ポンプによって浸透圧より高い所定の圧力に昇圧された塩水を逆浸透（ＲＯ）膜モジュールに供給し、ＲＯ膜を通過させることで、海水中の塩分等を除去して淡水を取り出す方法である。 The reverse osmosis (RO) method is known as a technique for desalination of salt water such as seawater. In the RO method, salt water that has been boosted to a predetermined pressure higher than the osmotic pressure by a high-pressure pump is supplied to the reverse osmosis (RO) membrane module and passed through the RO membrane to remove salt and the like in seawater to remove fresh water. It is a method of taking out.
ＲＯ法は、従来から知られている蒸発法よりも、エネルギーの消費量が少ないため、近年検討が進められている。このような塩水の淡水化処理においては、淡水が得られる一方で、ブラインと呼ばれる濃縮された塩水が排出される。 The RO method consumes less energy than the conventionally known evaporation method, and has been studied in recent years. In such desalination treatment, fresh water is obtained, while concentrated salt water called brine is discharged.
これまで、ブラインは主に海洋へ放流されていた。しかし、近年は、海水の塩濃度上昇などによる生態系への影響が懸念され始め、ブラインをそのまま放流できないようにする規制を設けることが検討されている。 So far, brine has been released mainly into the ocean. However, in recent years, there have been concerns about the impact on the ecosystem due to the increase in salt concentration of seawater, and it is being considered to establish regulations to prevent the release of brine as it is.
そこで、海水等の淡水化処理で発生するブラインを処理して、高濃度の塩水を排出しないようにする方法が検討され始めている。その代表的な手法としては、ブラインコンセントレーション法と呼ばれる方法が知られている。 Therefore, a method of treating brine generated by desalination of seawater or the like so as not to discharge high-concentration salt water has begun to be studied. As a typical method, a method called a brine concentration method is known.
ブラインコンセントレーション法では、例えば、淡水化処理によって生じたブラインを蒸発法によってさらに濃縮し、最終的にブライン中に含まれる塩分を結晶化塩（固体）として回収することで、塩分濃度が低減されたブラインや淡水を排出する（例えば、特許文献１（米国特許第９０８５４７１号明細書）参照）。この手法は、「Zero Liquid Discharge（ＺＬＤ）」とも呼ばれており、ブラインから結晶化塩（固形塩）を回収することで、高濃度のブラインが排出されず、また、有価塩を生産できるという利点もある。 In the brine concentration method, for example, the brine produced by the desalination treatment is further concentrated by the evaporation method, and finally the salt contained in the brine is recovered as a crystallized salt (solid), thereby reducing the salt concentration. Brine and fresh water are discharged (see, for example, Patent Document 1 (US Pat. No. 9,085471)). This method is also called "Zero Liquid Discharge (ZLD)", and by recovering the crystallized salt (solid salt) from the brine, high-concentration brine is not discharged and valuable salt can be produced. There are also advantages.
しかし、蒸発法はエネルギーの消費量が大きいため、エネルギー消費量を低減するためには、蒸発法を用いる前に、エネルギー消費量の少ない膜分離法等により、ブラインをできる限り高濃度に濃縮することが望ましい。ただし、ＲＯ法では、濃縮された溶液の水（ろ過水）に対する浸透圧が、高圧ポンプの圧力を超えることはないため、ＲＯ法による溶液の濃縮率はポンプの能力に応じた限界があった。 However, since the evaporation method consumes a large amount of energy, in order to reduce the energy consumption, the brine is concentrated to the highest possible concentration by a membrane separation method or the like, which consumes less energy, before using the evaporation method. Is desirable. However, in the RO method, the osmotic pressure of the concentrated solution with respect to water (filtered water) does not exceed the pressure of the high-pressure pump, so the concentration rate of the solution by the RO method has a limit according to the capacity of the pump. ..
本発明は、上記の課題に鑑み、ブラインなどの対象溶液をＲＯ法等の従来の膜分離法よりも高濃度に濃縮することが可能な、膜分離を用いた濃縮方法および濃縮装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a concentration method and a concentration device using membrane separation, which can concentrate a target solution such as brine at a higher concentration than a conventional membrane separation method such as the RO method. The purpose is.
［１］ 対象溶液を濃縮する濃縮方法であって、
半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールに対して、前記対象溶液が貯留されたタンクから前記第１室および前記第２室の各々に前記対象溶液を流し、前記第１室内に流される前記対象溶液を前記第２室内に流される前記対象溶液よりも高い圧力に加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記対象溶液に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離工程と、
前記膜分離工程によって濃縮された前記対象溶液を前記第１室から前記タンクに戻す、濃縮溶液循環工程と、
前記膜分離工程によって希釈された前記対象溶液を前記第２室から排出する、希釈溶液排出工程と、を含み、
前記膜分離工程、前記濃縮溶液循環工程、および、前記希釈溶液排出工程を繰り返すことにより、前記タンク内の前記対象溶液を濃縮することを特徴とする、濃縮方法。
[1] A concentration method for concentrating a target solution.
For the semipermeable membrane and the semipermeable membrane module having the first chamber and the second chamber partitioned by the semipermeable membrane, from the tank in which the target solution is stored to the first chamber and the second chamber. The target solution is contained in the target solution in the first chamber by flowing the target solution into each of them and pressurizing the target solution flowing in the first chamber to a pressure higher than that of the target solution flowing in the second chamber. A membrane separation step in which water is transferred to the target solution in the second chamber via the semipermeable membrane, the target solution in the first chamber is concentrated, and the target solution in the second chamber is diluted. ,
A concentrated solution circulation step of returning the target solution concentrated by the membrane separation step from the first chamber to the tank.
A diluted solution discharging step of discharging the target solution diluted by the membrane separation step from the second chamber is included.
A concentration method comprising repeating the membrane separation step, the concentrated solution circulation step, and the diluted solution discharging step to concentrate the target solution in the tank.
［２］ 前記タンク内の前記対象溶液の濃度が規定値以上になったときに、前記濃縮方法の実施を停止し、前記タンクから濃縮された前記対象溶液を排出する、［１］に記載の濃縮方法。 [2] The concentration according to [1], wherein when the concentration of the target solution in the tank becomes equal to or higher than a specified value, the concentration method is stopped and the concentrated target solution is discharged from the tank. Concentration method.
［３］ 前記対象溶液を前記タンクから３ＭＰａ以上の圧力で前記第１室へ送る、［１］または［２］に記載の濃縮方法。 [3] The concentration method according to [1] or [2], wherein the target solution is sent from the tank to the first chamber at a pressure of 3 MPa or more.
［４］ 前記対象溶液を前記タンクから１ＭＰａ以下の圧力で前記第２室へ送る、［１］〜［３］のいずれかに記載の濃縮方法。 [4] The concentration method according to any one of [1] to [3], wherein the target solution is sent from the tank to the second chamber at a pressure of 1 MPa or less.
［５］ 前記半透膜が中空糸膜であり、前記第１室は前記中空糸膜の外側であり、前記第２室は前記中空糸膜の内側である、［１］〜［４］のいずれかに記載の濃縮方法。 [5] The semipermeable membrane is a hollow fiber membrane, the first chamber is the outside of the hollow fiber membrane, and the second chamber is the inside of the hollow fiber membrane, [1] to [4]. The concentration method according to any one.
［６］ ［１］〜［５］のいずれかに記載の濃縮方法に用いられる濃縮装置であって、
前記対象溶液を貯留するタンクと、
半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールと、
前記タンクから前記第１室に前記対象溶液を流すための第１流路と、
前記タンクから前記第２室に前記対象溶液を流すための第２流路と、
前記第１室から濃縮された前記対象溶液を前記タンクに戻すための第３流路と、
を備える、濃縮装置。
[6] A concentrator used in the concentrating method according to any one of [1] to [5].
A tank for storing the target solution and
A semipermeable membrane, and a semipermeable membrane module having a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane,
A first flow path for flowing the target solution from the tank to the first chamber,
A second flow path for flowing the target solution from the tank to the second chamber,
A third flow path for returning the target solution concentrated from the first chamber to the tank, and
Equipped with a concentrator.
［７］ 前記第１流路は、前記第２室内に流される前記対象溶液よりも高い圧力で前記対象溶液を前記第１室内に送ることのできる高圧ポンプを有する、［６］に記載の濃縮装置。 [7] The concentration according to [6], wherein the first flow path has a high pressure pump capable of sending the target solution to the first chamber at a pressure higher than that of the target solution flowing into the second chamber. Device.
本発明によれば、ブラインなどの対象溶液をＲＯ法等の従来の膜分離法よりも高濃度に濃縮することが可能な、膜分離を用いた濃縮方法および濃縮装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a concentration method and a concentration device using membrane separation, which can concentrate a target solution such as brine at a higher concentration than a conventional membrane separation method such as the RO method.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawing, the same reference numeral represents the same part or the corresponding part.
［実施形態１］
図１は、実施形態１で用いられる濃縮装置を示す模式図である。図１に示されるように、本実施形態の濃縮装置は、対象溶液を貯留するタンク５１と、半透膜モジュール１と、第１流路３１と、第２流路３２と、第３流路３３と、を備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a concentrator used in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the concentrator of the present embodiment has a
半透膜モジュール１は、半透膜１０、並びに、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２を有する。第１流路３１は、タンク５１から第１室１１に対象溶液を流すための流路である。第２流路３２は、タンク５１から第２室１２に対象溶液を流すための流路である。第３流路３３は、第１室１１から濃縮された対象溶液をタンクに戻すための流路である。
The semipermeable membrane module 1 has a
第１流路３１にはポンプ４１が設けられ、第２流路３２にはポンプ４２が設けられている。ポンプ４１は、第２室１２内に流される対象溶液よりも高い圧力（ポンプ４２よりも高い圧力）で対象溶液を第１室１１内に送ることのできる高圧ポンプである。
A
なお、半透膜モジュール１において、半透膜１０としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、正浸透膜（ＦＯ膜：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜（ＮＦ膜：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）と呼ばれる半透膜が挙げられる。半透膜は、好ましくは逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜である。なお、半透膜として逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜を用いる場合、第１室１１内の対象溶液の圧力は、好ましくは０．５〜１０．０ＭＰａである。
In the semi-permeable membrane module 1, the
通常、ＲＯ膜およびＦＯ膜の孔径は約２ｎｍ以下であり、ＵＦ膜の孔径は約２〜１００ｎｍである。ＮＦ膜は、ＲＯ膜のうちイオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、ＮＦ膜の孔径は約１〜２ｎｍである。半透膜としてＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜を用いる場合、ＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜の塩除去率は好ましくは９０％以上である。 Usually, the pore size of the RO film and the FO film is about 2 nm or less, and the pore size of the UF film is about 2 to 100 nm. The NF membrane has a relatively low inhibition rate of ions and salts among the RO membranes, and the pore size of the NF membrane is usually about 1 to 2 nm. When an RO membrane, an FO membrane, or an NF membrane is used as the semitransparent membrane, the salt removal rate of the RO membrane, the FO membrane, or the NF membrane is preferably 90% or more.
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 cellulosic resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin. The semipermeable membrane is preferably composed of a material containing at least one of a cellulosic 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特徴を有している。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 cellulosic acetate resin. Cellulose acetate-based resins are resistant to chlorine, which is a bactericidal agent, and have the characteristic of being able to suppress the growth of microorganisms. The cellulose acetate-based resin is preferably cellulose acetate, and more preferably tricellulose 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-based resin is preferably a polyethersulfone-based resin. The polyether sulfone-based resin is preferably a sulfonated polyether sulfone.
半透膜１０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として平膜を簡略化して描いているが、このような形状に限定されるものではなく、中空糸膜であることが好ましい。中空糸膜（中空糸型半透膜）は、スパイラル型半透膜などに比べて、膜厚が小さく、さらにモジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。
The shape of the
具体的な中空糸膜の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均一な膜である必要はなく、例えば、厚み方向に不均一な膜であってもよい。具体的には、外周表面に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となっており、内周表面側は緻密層よりも密度が低いような膜であってもよい。 An example of a specific hollow fiber membrane is a single-layered membrane made entirely of a cellulosic resin. However, the single-layer structure referred to here does not have to be a film having a uniform entire layer, and may be, for example, a film having a non-uniformity in the thickness direction. Specifically, it has a dense layer on the outer peripheral surface, and this dense layer is a separation active layer that substantially defines the pore size of the hollow fiber membrane, and the inner peripheral surface side seems to have a lower density than the dense layer. It may be a thin film.
具体的な中空糸膜の別の例としては、支持層（例えば、ポリフェニレンオキサイドからなる層）の外周表面にポリフェニレン系樹脂（例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン）からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。また、他の例として、支持層（例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンからなる層）の外周表面にポリアミド系樹脂からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。 As another specific example of the hollow fiber membrane, a two-layer structure having a dense layer made of a polyphenylene resin (for example, sulfonated polyether sulfone) on the outer peripheral surface of a support layer (for example, a layer made of polyphenylene oxide). Membrane is mentioned. Further, as another example, there is a two-layer structure film having a dense layer made of a polyamide resin on the outer peripheral surface of a support layer (for example, a layer made of polysulfone or polyethersulfone).
本実施形態の濃縮方法は、膜分離工程と、濃縮溶液循環工程と、希釈溶液排出工程と、を含み、これらを繰り返すことにより、対象溶液を高濃度に濃縮することができる。以下、本実施形態の濃縮方法の詳細について、図１を参照して説明する。 The concentration method of the present embodiment includes a membrane separation step, a concentrated solution circulation step, and a diluted solution discharging step, and by repeating these steps, the target solution can be concentrated to a high concentration. Hereinafter, the details of the concentration method of the present embodiment will be described with reference to FIG.
（膜分離工程）
まず、半透膜モジュール１において、膜分離工程により、対象溶液を濃縮する。
(Membrane separation process)
First, in the semipermeable membrane module 1, the target solution is concentrated by the membrane separation step.
対象溶液としては、特に限定されないが、例えば、塩水（ブライン、海水、かん水など）、工業排水などが挙げられる。特に、対象溶液がブラインなどの高濃度（高浸透圧）の溶液である場合に、それをさらに濃縮するために、本発明の濃縮方法を好適に用いることができる。 The target solution is not particularly limited, and examples thereof include salt water (brine, seawater, brine, etc.), industrial wastewater, and the like. In particular, when the target solution is a solution having a high concentration (high osmotic pressure) such as brine, the concentration method of the present invention can be preferably used to further concentrate the solution.
なお、対象溶液に対して、溶液中に含まれる微粒子、微生物、スケール成分等を除去するための前処理を行ってもよい。前処理としては、海水淡水化技術等に用いられる種々公知の前処理を実施することができ、例えば、ＮＦ膜、ＵＦ膜、ＭＦ膜等を用いたろ過、次亜塩素酸ナトリウムの添加、凝集剤添加、活性炭吸着処理、イオン交換樹脂処理などが挙げられる。このような前処理は、対象溶液をタンクに貯留する（供給する）前に実施されることが好ましい。 The target solution may be pretreated to remove fine particles, microorganisms, scale components and the like contained in the solution. As the pretreatment, various known pretreatments used in seawater desalination technology and the like can be carried out, for example, filtration using an NF membrane, UF membrane, MF membrane, etc., addition of sodium hypochlorite, and aggregation. Examples include agent addition, activated carbon adsorption treatment, ion exchange resin treatment, and the like. Such pretreatment is preferably performed before storing (supplying) the target solution in the tank.
膜分離工程では、対象溶液が貯留されたタンクから第１室１１および第２室１２の各々に対象溶液を流す。すなわち、半透膜モジュール１の第１室１１に、ポンプ４１により第１流路３１を介して対象溶液の一部を流入させると共に、第２室１２に、ポンプ４２により第２流路３２を介して対象溶液の他の一部を流入させる。なお、第１室１１および第２室１２の各々に流し込まれる対象溶液は、基本的に同じ組成である。
In the membrane separation step, the target solution is flowed from the tank in which the target solution is stored to each of the
ここで、ポンプ４１によって、第１室１１内に流される対象溶液を第２室１２内に流される対象溶液よりも高い圧力に加圧することで、第１室１１内の対象溶液に含まれる水を半透膜１０を介して第２室１２内の対象溶液に移行させ、第１室１１内の対象溶液を濃縮すると共に、第２室１２内の対象溶液を希釈する。
Here, the
なお、本実施形態において、「第１室１１内に流される対象溶液を第２室１２内に流される対象溶液よりも高い圧力に加圧する」方法としては、これに限定されず、例えば、１つのポンプで第１室１１と第２室１２の両方に溶液を流し、半透膜モジュール１の外部から第１室１１を加圧するようにしてもよい。このように、第１室１１内を流れている対象溶液が、第２室１２内に流れている対象溶液よりも高い圧力となっていれば、第１室１１内の対象溶液に含まれる水を半透膜１０を介して第２室１２内の対象溶液に移行させ、第１室１１内の対象溶液を濃縮することは可能であり、本実施形態の濃縮方法は実施可能である。
In the present embodiment, the method of "pressurizing the target solution flowing in the
対象溶液をタンクから３ＭＰａ以上の圧力で第１室１１へ送ることが好ましい。３ＭＰａ未満である場合、膜間圧力差が小さいため、得られる透過流束（Ｐｅｒｍｉａｔｉｏｎ Ｆｌｕｘ）が低く、その結果、処理量が少なくなるとか、処理時間が長くなることがある。また、前記対象溶液を前記タンクから１ＭＰａ以下の圧力で第２室１２へ送ることが好ましい。１ＭＰａ超である場合、送液に必要なエネルギーが多くなるとか、第１室との膜間圧力差が小さいため、得られる透過流束が低く、その結果、処理量が少なくなるとか、処理時間が長くなることがある。
It is preferable to send the target solution from the tank to the
半透膜１０が中空糸膜である場合、第１室１１は中空糸膜の外側であり、第２室１２は中空糸膜の内側であることが好ましい。中空糸膜の外側の溶液が加圧されることが好ましい。中空糸膜の内側（中空部）を流れる溶液を加圧しても、圧力損失が大きくなり加圧が十分に行われ難い場合があるほか、中空糸膜自体の構造が、外圧に対して構造を保持しやすく、高い内圧を付与すると膜が破裂することがあるからである。しかしながら、圧力損失が小さい、つまり大きな内径を持ち、内圧に対する耐圧が大きい中空糸膜を使用する場合は、第１室１１を中空糸膜の内側としても、なんら問題はない。
When the
なお、中空糸膜を構成する膜が、上述したような厚み方向に不均一な膜である場合、中空糸膜の外側表面に緻密層を有していることが好ましい。緻密層は、実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となるため、中空糸膜の外側の溶液が加圧される場合は、中空糸膜の外側表面に緻密層を有している方が、中空糸膜の外側から内側への分子の移動を正確に制御することができるからである。 When the film constituting the hollow fiber membrane is a film that is non-uniform in the thickness direction as described above, it is preferable to have a dense layer on the outer surface of the hollow fiber membrane. Since the dense layer is a separation active layer that substantially defines the pore size of the hollow fiber membrane, when the solution outside the hollow fiber membrane is pressurized, the dense layer is provided on the outer surface of the hollow fiber membrane. This is because it is possible to accurately control the movement of molecules from the outside to the inside of the hollow fiber membrane.
また、膜分離工程は、図１に示されるように１つの半透膜モジュール１を用いた１段の工程であってもよいが、複数の半透膜モジュール１を用いた多段の工程であってもよい。 Further, the membrane separation step may be a one-step step using one semipermeable membrane module 1 as shown in FIG. 1, but is a multi-step step using a plurality of semipermeable membrane modules 1. You may.
（濃縮溶液循環工程および希釈溶液排出工程）
次に、濃縮溶液循環工程として、膜分離工程によって濃縮された対象溶液を第１室１１からタンクに戻す。これと共に、希釈溶液排出工程として、膜分離工程によって希釈された対象溶液を流路３４を介して第２室１２から排出する。
(Concentrated solution circulation process and diluted solution discharge process)
Next, as a concentrated solution circulation step, the target solution concentrated by the membrane separation step is returned from the
なお、対象溶液が塩水である場合、第２室１２から排出された希釈後の対象溶液（希釈塩水）は、例えば、規定濃度以下の塩水であれば、海洋等に放出してもよい。また、後述する実施形態２のように、対象溶液にさらなる処理を施してもよい。
When the target solution is salt water, the diluted target solution (diluted salt water) discharged from the
そして、上記の膜分離工程、濃縮溶液循環工程、および、希釈溶液排出工程を繰り返す。これにより、タンク内の対象溶液をさらに高濃度に濃縮することができる。 Then, the above-mentioned membrane separation step, concentrated solution circulation step, and diluted solution discharge step are repeated. As a result, the target solution in the tank can be concentrated to a higher concentration.
なお、例えば、タンク内の対象溶液の濃度をモニタリングしておき、タンク内の対象溶液の濃度が規定値以上になったときに、濃縮方法の実施（ポンプ４１，４２）を停止し、バルブ３７ａを開いて排出流路３７を介して、タンク５１から濃縮された対象溶液を排出する。
For example, the concentration of the target solution in the tank is monitored, and when the concentration of the target solution in the tank exceeds the specified value, the concentration method (pumps 41, 42) is stopped and the
濃度の規定値は、飽和濃度以下の濃度であり、例えば、装置に応じて、濃縮の進行が遅くなり濃縮効率が低くなる濃度に設定することができる。この場合、濃縮効率が低い状態で上記工程が繰り返されることを抑制し、全体的な濃縮効率を高めることができる。 The specified value of the concentration is a concentration equal to or lower than the saturation concentration, and for example, it can be set to a concentration at which the progress of concentration is slowed down and the concentration efficiency is low, depending on the apparatus. In this case, it is possible to prevent the above steps from being repeated in a state where the concentration efficiency is low, and to improve the overall concentration efficiency.
また、例えば、複数の溶質を含む溶液を処理するような場合は、飽和濃度が最も低い溶質の濃度をモニタリングしておき、その溶質の飽和濃度を濃度の規定値としてもよい。例えば、炭酸カルシウムや硫酸カルシウム、シリカ、アルミニウムなど、天然の海水や河川水、地下水などに含まれる易スケール形成成分は、浸透圧に対する寄与は小さいものの、飽和濃度が小さく、スケールを形成しやすい。第１室１１内にスケールが形成されると、流路を塞いでしまい、それ以上の濃縮処理ができなくなる場合がある。このため、このようなスケール形成成分の飽和濃度を濃度の規定値としてもよい。なお、スケール形成成分が多量に含まれる処理水の場合は、前処理にＮＦ膜やイオン交換樹脂を用い、事前にこれらの成分を除去するか、濃度を下げることが好ましい。
Further, for example, when treating a solution containing a plurality of solutes, the concentration of the solute having the lowest saturation concentration may be monitored, and the saturation concentration of the solute may be set as a specified value of the concentration. For example, easy-scale-forming components contained in natural seawater, river water, groundwater, etc., such as calcium carbonate, calcium sulfate, silica, and aluminum, have a small contribution to osmotic pressure, but have a small saturation concentration and easily form scale. If a scale is formed in the
なお、対象溶液が塩水である場合、タンク５１から排出される濃縮塩水は、ブラインコンセントレーション法により、例えば、蒸発法によってさらに濃縮される。これにより、塩分を結晶化塩（固体）として回収すると共に、淡水を海洋、河川等に排出したり、工業用水として利用したりすることができる。
When the target solution is salt water, the concentrated salt water discharged from the
従来のＲＯ法による濃縮では、半透膜の一方側で濃縮された対象溶液の浸透圧（この浸透圧と、ＲＯ膜を透過した半透膜の他方側の水の浸透圧との浸透圧差）による正浸透力が、ポンプによる押圧力とは反対方向に生じる。このため、濃縮された対象溶液の浸透圧がポンプの圧力に達すると、ポンプによる押圧力と、それとは反対方向に働く正浸透力が拮抗し、それ以上は水が半透膜を透過せず、濃縮が進まなくなる。このため、ＲＯ膜で濃縮された対象溶液を再度、ＲＯ膜に循環させたとしても、対象溶液の濃縮率をさらに高めることはできなかった。なお、ＲＯ法における加圧の圧力は、例えば、１〜１０ＭＰａ程度である。 In the conventional concentration by the RO method, the osmotic pressure of the target solution concentrated on one side of the semipermeable membrane (the osmotic pressure difference between this osmotic pressure and the osmotic pressure of water on the other side of the semipermeable membrane that has permeated the RO membrane). Positive osmosis force is generated in the direction opposite to the pressing force by the pump. Therefore, when the osmotic pressure of the concentrated target solution reaches the pressure of the pump, the pressing force of the pump and the forward osmotic force acting in the opposite direction antagonize, and water does not permeate the semipermeable membrane any more. , Concentration does not proceed. Therefore, even if the target solution concentrated on the RO membrane was circulated through the RO membrane again, the concentration rate of the target solution could not be further increased. The pressurizing pressure in the RO method is, for example, about 1 to 10 MPa.
これに対して、本実施形態の濃縮方法では、半透膜モジュール１の第１室１１と第２室１２に供給される溶液の濃度（浸透圧）が等しいため、浸透圧差による正浸透力があまり生じない。このため、ポンプの圧力とは関係なく、対象溶液の濃縮率を高めることができ、原理的には、対象溶液を飽和濃度まで濃縮することができると考えられる。
On the other hand, in the concentration method of the present embodiment, the concentration (osmotic pressure) of the solution supplied to the
また、本実施形態の濃縮方法では、供給液の正浸透力が生じないため、ポンプの圧力が低くても濃縮が進行する。このため、高価な高圧ポンプを用いる必要が無く、処理設備の耐圧性を高める必要もなく、設備投資のコストを削減することができる。また、所定倍率の濃縮を行うのに必要な圧力をＲＯ法よりも低下させることができるため、ポンプの電力消費量を低減させ、濃縮のエネルギー効率を高めることができる。 Further, in the concentration method of the present embodiment, since the forward osmosis force of the supply liquid is not generated, the concentration proceeds even if the pressure of the pump is low. Therefore, it is not necessary to use an expensive high-pressure pump, it is not necessary to increase the pressure resistance of the processing equipment, and the cost of capital investment can be reduced. Further, since the pressure required for concentration at a predetermined magnification can be lowered as compared with the RO method, the power consumption of the pump can be reduced and the energy efficiency of concentration can be improved.
ただし、例えば、第１流路３１と第２流路３２の温度差等により、第１室１１に流入する対象溶液の浸透圧と、第２室１２に流入する対象溶液の浸透圧とが若干異なる可能性もある。このような場合でも、その浸透圧差（絶対値）が第１室１１を加圧する圧力よりも小さければ、本実施形態における膜分離工程は実施可能である。
However, for example, due to the temperature difference between the
［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２で用いられる濃縮装置を示す模式図である。本実施形態で用いられる濃縮装置は、半透膜モジュール１で希釈された対象溶液を貯留するタンク５２、逆浸透（ＲＯ）膜モジュール２等をさらに備える点で、実施形態１で用いられる濃縮装置とは異なる。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a concentrator used in the second embodiment of the present invention. The concentrator used in the first embodiment further includes a
図２を参照して、本実施形態では、実施形態１の濃縮方法によって流路３４から排出される希釈後の対象溶液をタンク５２に貯留する。そして、タンク５２に貯留された対象溶液に対して、さらに以下の淡水化処理工程を実施する。
With reference to FIG. 2, in the present embodiment, the diluted target solution discharged from the
（淡水化処理工程）
本工程は、逆浸透（ＲＯ）法を用いて、希釈後の対象溶液から淡水を得る工程である。
(Desalination treatment process)
This step is a step of obtaining fresh water from the target solution after dilution by using the reverse osmosis (RO) method.
具体的には、ポンプ４３により昇圧された希釈後の対象溶液（希釈塩水など）を、流路３５を介して、ＲＯ膜モジュール２の第１室２１に供給する。これにより、圧力によって第１室２１内の対象溶液中に含まれる水がＲＯ膜２０を介して第２室２２へ移行し、第２室２２から淡水が排出される。この淡水は、海洋、河川等に排出してもよく、工業用水として利用してもよい。
Specifically, the diluted target solution (diluted salt water or the like) boosted by the
これに伴い、第１室２１内の対象溶液は濃縮され、半透膜モジュール１による希釈後の対象溶液より高濃度の溶液となって、第１室２１から排出され、流路３６を介してタンク５２に戻される。
Along with this, the target solution in the
ただし、タンク５２内の対象溶液は、タンク５１内の対象溶液の濃縮の進行に伴って濃度が上昇する。上述した理由から、タンク５２内の対象溶液の濃度が上昇し、その浸透圧がポンプ４３の圧力に達すると、ＲＯ膜モジュール２によって淡水を回収することはできなくなる。このため、タンク５２の対象溶液の濃度がそのような状態に達する前に、淡水化処理工程の実施を停止することが好ましい。一方、そのような状態に達した後は、タンク５２内の対象溶液を貯蔵し、タンク５１内の対象溶液を系外に排出した後に、タンク５２内の対象溶液をタンク５１へ移すことが好ましい。
However, the concentration of the target solution in the
なお、タンク５１内の対象溶液の濃度が規定値に達し、濃縮方法の実施（ポンプ４１，４２，４３）を停止する際に、タンク５２内の対象溶液をタンク５１に移送して、再度、本実施形態の濃縮方法を実施するようにしてもよい。
When the concentration of the target solution in the
今回開示された実施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 should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ 半透膜モジュール、１０ 半透膜、１１ 第１室、１２ 第２室、２ 逆浸透膜モジュール、２０ 逆浸透膜、２１ 第１室、２２ 第２室、３１ 第１流路、３２ 第２流路、３３ 第３流路、３４，３５，３６ 流路、３７ 排出流路、３７ａ バルブ、４１，４２，４３ ポンプ、５１，５２ タンク。 1 Semipermeable membrane module, 10 Semipermeable membrane, 11 1st chamber, 12 2nd chamber, 2 reverse osmosis membrane module, 20 reverse osmosis membrane, 21 1st chamber, 22 2nd chamber, 31 1st flow path, 32nd 2 flow paths, 33 3rd flow paths, 34, 35, 36 flow paths, 37 discharge flow paths, 37a valves, 41, 42, 43 pumps, 51, 52 tanks.
Claims (7)
半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールに対して、前記対象溶液が貯留された第１タンクから前記第１室および前記第２室の各々に前記対象溶液を流し、前記第１室内に流される前記対象溶液を前記第２室内に流される前記対象溶液よりも高い圧力に加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記対象溶液に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離工程と、
前記膜分離工程によって濃縮された前記対象溶液を前記第１室から前記第１タンクに戻す、濃縮溶液循環工程と、
前記膜分離工程によって希釈された前記対象溶液を前記第２室から排出する、希釈溶液排出工程と、
前記希釈溶液排出工程で排出された希釈後の前記対象溶液を第２タンクに貯留し、前記第２タンクに貯留された希釈後の前記対象溶液から逆浸透法を用いて淡水を得る、淡水化処理工程と、
を含み、
前記第１タンク内の前記対象溶液の濃度が規定値以上になったときに、前記濃縮方法の実施を停止し、前記第１タンクから濃縮された前記対象溶液を排出し、その後に前記第２タンク内の前記対象溶液を前記第１タンクに移送し、
前記膜分離工程、前記濃縮溶液循環工程、前記希釈溶液排出工程、および、前記淡水化処理工程を繰り返すことにより、前記第１タンク内の前記対象溶液を濃縮することを特徴とする、濃縮方法。 It is a concentration method that concentrates the target solution.
For the semipermeable membrane and the semipermeable membrane module having the first chamber and the second chamber partitioned by the semipermeable membrane, the first chamber and the second chamber from which the target solution is stored are stored. The target solution is flowed into each of the chambers, and the target solution flowing in the first chamber is pressurized to a higher pressure than the target solution flowing in the second chamber to bring the target solution into the first chamber. Membrane separation in which the contained water is transferred to the target solution in the second chamber via the semipermeable membrane, the target solution in the first chamber is concentrated, and the target solution in the second chamber is diluted. Process and
A concentrated solution circulation step of returning the target solution concentrated by the membrane separation step from the first chamber to the first tank, and a concentrated solution circulation step.
A diluted solution discharging step of discharging the target solution diluted by the membrane separation step from the second chamber, and a diluted solution discharging step.
The diluted target solution discharged in the diluted solution discharge step is stored in a second tank, and fresh water is obtained from the diluted target solution stored in the second tank by a reverse osmosis method. Processing process and
Including
When the concentration of the target solution in the first tank becomes equal to or higher than the specified value, the implementation of the concentration method is stopped, the concentrated target solution is discharged from the first tank, and then the second. The target solution in the tank is transferred to the first tank, and the target solution is transferred to the first tank.
A concentration method comprising repeating the membrane separation step, the concentrated solution circulation step, the diluted solution discharge step, and the desalination treatment step to concentrate the target solution in the first tank.
前記対象溶液を貯留する第１タンクと、
前記第２タンクと、
半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールと、
逆浸透膜、並びに、前記逆浸透膜で仕切られた第１室および第２室を有する逆浸透膜モジュールと、
前記第１タンクから前記半透膜モジュールの前記第１室に前記対象溶液を流すための第１流路と、
前記第１タンクから前記半透膜モジュールの前記第２室に前記対象溶液を流すための第２流路と、
前記半透膜モジュールの前記第１室から濃縮された前記対象溶液を前記第１タンクに戻すための第３流路と、
前記半透膜モジュールの前記第２室から希釈された前記対象溶液を前記第２タンクに流すための第４流路と、
前記第２タンクから前記逆浸透膜モジュールの前記第１室に前記対象溶液を流すための第５流路と、
前記逆浸透膜モジュールの前記第１室から濃縮された前記対象溶液を前記第２タンクへ戻すための第６流路と、
を備える、濃縮装置。 A concentrator used in the concentrating method according to any one of claims 1 to 5.
The first tank for storing the target solution and
With the second tank
A semipermeable membrane, and a semipermeable membrane module having a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane,
A reverse osmosis membrane and a reverse osmosis membrane module having a first chamber and a second chamber partitioned by the reverse osmosis membrane.
A first flow path for flowing the target solution from the first tank to the first chamber of the semipermeable membrane module, and
A second flow path for flowing the target solution from the first tank to the second chamber of the semipermeable membrane module, and
A third flow path for returning the target solution concentrated from the first chamber of the semipermeable membrane module to the first tank, and
A fourth flow path for flowing the target solution diluted from the second chamber of the semipermeable membrane module to the second tank, and
A fifth flow path for flowing the target solution from the second tank to the first chamber of the reverse osmosis membrane module, and
A sixth flow path for returning the target solution concentrated from the first chamber of the reverse osmosis membrane module to the second tank, and
Equipped with a concentrator.
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