CN113453776B - 析出系统和析出方法 - Google Patents

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Abstract

一种析出系统，对于至少有一种对象成分溶解于水的对象溶液，使对象成分析出。具备：浓缩对象溶液的反渗透模块；将对象溶液冷却至规定温度，使对象成分析出的析出装置；膜分离装置，其包括含有由半透膜分隔开的第一室和第二室的半透膜模块，将析出装置中使对象成分析出后的对象溶液分别流通到第一室和第二室，并且，对于第一室内的对象溶液加压而使水经由半透膜迁移到第二室内，浓缩第一室内的对象溶液，并且稀释第二室内的对象溶液；第一送还机构，其用于将经由膜分离装置浓缩的对象溶液送回析出装置；第二送还机构，其用于将经由膜分离装置稀释的对象溶液送回反渗透模块。

Description

析出系统和析出方法
技术领域
本发明涉及析出系统和析出方法。
背景技术
历来，已知有使对象溶液(被处理溶液)中的对象成分析出而进行回收的装置。例如，已知有冷却对象溶液，使对象成分对水的溶解度降低，从而使超过饱和浓度的量的对象成分析出(晶化)，作为固体加以回收的系统。
另一方面，作为对象溶液中的成分的浓缩装置，已知有使用反渗透(ReverseOsmosis：RO)法的RO装置。例如，对于由作为半透膜的RO膜分隔成二室的RO模块，以对象成分的渗透压以上的供给压力向半透膜(二室)的一侧供给对象溶液，由此只使对象溶液中的水经由RO膜透过到半透膜的另一侧，从而能够使对象溶液中的对象成分浓缩。
在专利文献1(日本特开2013-43860号公报)中公开有一种析出系统，其是通过冷却由RO装置浓缩的含乳酸钙的溶液，从而使乳酸钙晶化(析出)并加以除去的系统。在此系统中，进一步以RO装置浓缩晶化装置的上澄清液，将浓缩的液体送回到晶化装置，从而使对象成分的析出效率提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-43860号公报
像RO这样，只向对象溶液被加压的半透膜的一侧(高压侧)供给具有渗透压的对象溶液时，半透膜的另一侧基本上只是没有渗透压的水，因此，半透膜的两侧间的渗透压差大，需要以克制由此产生的这一压力的高压力来对对象溶液加压。但是，加压的压力，受到半透膜(RO膜)的工作压力(极限压力)和所使用的泵的最大压力限制。因此，用RO并不能将对象溶液浓缩至对象溶液的渗透压高于RO膜的工作压力和泵的最大压力等这样的高浓度。
在专利文献1所公开的系统中，析出装置的上澄清液是饱和浓度溶液，作为较高浓度的溶液的情况也很多。这种情况下，来自RO装置的上澄清液的浓缩倍率低，即使将RO装置浓缩过的上澄清液送回析出装置，来自送还液的对象成分的析出量也少，认为不怎么能够使析出效率提高。特别是在专利文献1所公开的系统中，上澄清液的渗透压高于RO膜的工作压力和泵的最大压力等时，认为从原理上也不可能以RO装置浓缩上澄清液。
发明内容
因此，本发明其目的在于，提供一种能够使对象溶液中的对象成分的析出效率提高的析出系统和析出方法。
(1)一种析出系统，是对于至少有一种对象成分溶解于水的对象溶液，使所述对象成分析出的析出系统，其中，具备：
反渗透模块，其从被升压至规定的压力的所述对象溶液中经由反渗透膜分离水，浓缩所述对象溶液；
析出装置，其将在所述反渗透模块中被浓缩的所述对象溶液冷却至规定温度，使所述对象成分析出；
膜分离装置，其包括具有半透膜、以及由所述半透膜分隔的第一室和第二室的半透膜模块，通过让在所述析出装置中使所述对象成分析出后的所述对象溶液，分别流至所述第一室和所述第二室，并且，以使所述第一室内的所述对象溶液的压力高于所述第二室内的所述对象溶液的压力的方式进行加压，由此使所述第一室内的所述对象溶液中所包含的水经由所述半透膜迁移至所述第二室内，对于所述第一室内的所述对象溶液进行浓缩，并且稀释所述第二室内的所述对象溶液；
第一送还机构，其用于将所述膜分离装置中在所述半透膜模块的所述第一室被浓缩的所述对象溶液送回所述析出装置；
第二送还机构，其用于将所述膜分离装置中在所述半透膜模块的所述第二室被稀释的所述对象溶液送回所述反渗透模块。
(2)根据(1)所述的析出系统，其中，在所述析出装置中使所述对象成分析出后的所述对象溶液，在加热后被供给到所述膜分离装置。
(3)根据(1)或(2)所述的析出系统，其中，所述对象溶液含有作为所述对象成分以外的成分的浓缩成分，
所述对象成分析出，并且，所述浓缩成分被浓缩。
(4)根据(3)所述的析出系统，其中，所述对象溶液中的所述浓缩成分的浓度处于规定浓度以上时，回收所述对象溶液的一部分。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的析出系统，其中，使用所述对象溶液、从所述反渗透模块排出的水、或在所述半透膜模块的所述第二室内被稀释的对象溶液的一部分作为冲洗液，对于在所述析出装置中析出的含有所述对象成分的析出物，以所述对象成分不溶解的程度实施冲洗后，回收所述析出物。
(6)根据(5)所述的析出系统，其中，具备第三送还机构，其用于将所述冲洗中使用之后的所述冲洗液送回所述反渗透模块。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的析出系统，其中，所述半透膜模块的所述半透膜是中空纤维膜。
(8)根据(7)所述的析出系统，其中，在所述半透膜模块中，所述中空纤维膜的外侧的空间是所述第一室，所述中空纤维膜的内侧的空间是所述第二室。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的析出系统，其中，所述膜分离装置，是含有由所述半透膜模块形成的多个半透膜模块的多级式的膜分离装置，
所述多个半透膜模块相对于所述第一室的流动方向被串联连接，
所述多个半透膜模块包含：最终模块，其是位于所述第一室的流动方向的最下游侧的所述半透膜模块；至少一个上游模块，其是所述最终模块以外的所述半透膜模块，
并以如下方式构成：所述对象溶液通过所述上游模块的所述第一室，通过了所述上游模块的所述第一室的所述对象溶液的一部分，通过所述最终模块的所述第一室，另一部分通过所述最终模块的所述第二室，通过了所述最终模块的所述第二室的所述对象溶液，通过所述上游模块的所述第二室。
(10)一种析出方法，使对于至少有一种对象成分溶解于水的对象溶液，使所述对象成分析出的析出方法，其中，具备：
反渗透工序，从被升压至规定的压力的所述对象溶液中经由反渗透膜而分离水，浓缩所述对象溶液；
析出工序，将所述反渗透工序中被浓缩的所述对象溶液冷却至规定温度，使所述对象成分析出；
膜分离工序，使用具有半透膜、以及由所述半透膜分隔的第一室和第二室的半透膜模块，通过让在所述析出工序中使所述对象成分析出后的所述对象溶液，分别流至所述第一室和所述第二室，并且以使所述第一室内的所述对象溶液的压力高于所述第二室内的所述对象溶液的压力的方式进行加压，由此使所述第一室内的所述对象溶液中包含的水经由所述半透膜迁移至所述第二室内，对于所述第一室内的所述对象溶液进行浓缩，并且稀释所述第二室内的所述对象溶液；
第一送还工序，将所述膜分离工序中在所述半透膜模块的所述第一室被浓缩的所述对象溶液送回所述析出工序；
第二送还工序，将所述膜分离工序中在所述半透膜模块的所述第二室被稀释的所述对象溶液送回所述反渗透工序的工序。
根据本发明，能够提供可使对象溶液中的对象成分的析出效率提高的析出系统和析出方法。
附图说明
图1是表示实施方式1的析出系统的示意图。
图2是表示实施方式1的析出系统的变形例的示意图。
图3是表示实施方式1的膜分离装置的一例的示意图。
图4是表示实施方式1的膜分离装置的另一例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的实施方式进行说明。还有，附图中，相同的参照符号表示同一部分或相应部分。另外，长度、宽度、厚度、深度等的尺寸关系，为了附图的明了化和简略化会适宜有所变更，并不表示实际的尺寸关系。
<实施方式1>
图1是表示实施方式1的析出系统的示意图。参照图1，本实施方式的析出系统，是对于至少有一种对象成分溶解于水的对象溶液，使对象成分析出的析出系统。析出系统具备：反渗透模块3；析出装置2；含有半透膜模块1的膜分离装置；第一送还机构(第一返回流路)41；第二送还机构(第二返回流路)42。
对象溶液，通过反渗透模块3(反渗透工序)被浓缩。另外，对象溶液，通过析出装置2(析出工序)，对象成分从对象溶液析出。另外，对象溶液，通过含有半透膜模块1的膜分离装置(膜分离工序：BC)被高浓度浓缩。在膜分离装置中被浓缩的对象溶液(BC浓缩液)，由第一送还机构41被送回析出装置。在膜分离装置中被稀释的对象溶液(BC稀释液)通过第二送还机构42被送回反渗透模块。
根据需要，也可以重复此反渗透工序、析出工序和膜分离工序中的至少一个工序。例如，也可以反复反渗透工序、析出工序和膜分离工序的至少一个工序，直至预期量的对象成分析出为止。还有，重复反渗透工序、析出工序和膜分离工序之中的多个工序时，例如，可以重复按顺序实施各工序，也可以在连续重复一种工序后再连续重复另一工序。
(对象溶液)
对象溶液是至少有一种对象成分溶解于水的溶液。对象成分是可以通过冷却至对象溶液的规定温度(使对象溶液的温度降低)而使之析出的成分。对象成分优选为无机盐，更优选为金属盐。
作为具体的对象成分，例如可列举如下等，叠氮化钾、叠氮化锂、亚硝酸钾、亚硝酸钡、亚硝酸钠、亚硝酸锂、亚硫酸铵、苯甲酸钾、氯化锌、氯化铵、氯化钾、氯化钙、氯化钴(II)、氯化汞(II)、氯化锶、氯化铯、氯化铁(II)、氯化铜(II)、氯化镍(II)、氯化钕(III)、氯化钡、氯化锰(II)、氯化锂、氯化铷、氯酸镉、氯酸钾、氯酸银、氯酸钴(II)、氯酸铯、氯酸钠、氯酸镍(II)、氯酸镁、氯酸钡、氯酸锂、氯酸铷、高氯酸铵、高氯酸镉、高氯酸银、高氯酸铊(I)、高氯酸钠、高氯酸镍(II)、高氯酸锂、高锰酸钾、高碘酸钠、甲酸镉、甲酸钾、甲酸锶、甲酸钠、甲酸锂、甲酸铷、铬酸铵、铬酸钾、铬酸钠、铬酸铷、五氧化二砷、醋酸钾、醋酸钠、醋酸铅(II)、醋酸钡、醋酸镁、醋酸锂、溴化铵、溴化钙、溴化镉、溴化钾、溴化锶、溴化铁(II)、溴化铜(II)、溴化钠、溴化镍(II)、溴化钡、溴化镁、溴化锰(II)、溴化锂、溴化铷、草酸、草酸钾、溴酸钆(III)、溴酸钾、溴酸钐、溴酸铽、溴酸钠、溴酸钕(III)、溴酸镨(III)、溴酸锂、酒石酸铵、硝酸铝、硝酸铵、硝酸钇(III)、硝酸铀酰、硝酸钾、硝酸钙四水合物、硝酸银、硝酸钴(II)、硝酸锶、硝酸铯、硝酸铊(I)、硝酸铜(II)、硝酸钠、硝酸铅(II)、硝酸钡、硝酸铍、硝酸镁、硝酸锂、硝酸铷、氢氧化钾、氢氧化铊(I)、氢氧化钠、氢氧化钡、蔗糖、硒酸铵、硒酸钾、硒酸铜(II)、硒酸钠、硒酸镁、碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸钠、硫氰酸铵、硫氰酸钾、二铬酸铵、二铬酸钾、二铬酸钠、铁氰化钾、亚铁氰化钾、氟化钾、氟化银、六氟硅酸铵、六氟硅酸铜(II)、碘化铵、碘化钾、碘化铯、碘化钠、碘化镍(II)、碘化锂、碘酸钾、碘酸钠、硫化钡、硫酸锌、硫酸铝、硫酸铝铵十二水合物、硫酸铵、硫酸钾、硫酸钴(II)、硫酸铯、硫酸铁(II)七水合物、硫酸铜(II)五水合物、硫酸钠、硫酸锂、硫酸镁、硫酸铷、磷酸钾、磷酸三钠、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾。这些对象成分，10℃和40℃的溶解度差为5质量％以上。
对象成分优选为钾盐或钠盐。对象成分是钾盐时，钾盐优选为硫酸钾。对象成分是钠盐时，钠盐优选为硫酸钠。
还有，对象溶液也可以含有上述对象成分以外的成分。
作为无机盐以外的对象成分，例如，可列举蔗糖等的糖类、谷氨酸钠等的氨基酸等。
(反渗透模块)
反渗透模块3，是从被升压至规定的压力的对象溶液中经由反渗透膜30而分离水，使对象溶液浓缩的装置。作为反渗透模块3，没有特别限定，能够使用各种公知的反渗透模块。
例如，初始的对象溶液，和由第二送还机构42送回的在膜分离装置(半透膜模块1)中被稀释的对象溶液(BC稀释液)的混合液，以升压至规定的压力的状态，被供给到反渗透模块3的第一室31中。由此，第一室31中的对象溶液中的水经由半透膜向第二室32侧透过。还有，所谓初始的对象溶液，是与BC稀释液混合前的对象溶液。
还有，在本实施方式的析出系统中，也考虑不用RO模块3，而通过重复由膜分离装置进行的浓缩(BC)和由析出装置进行的析出，使对象成分从对象溶液中析出。但是，这种情况下，会废弃由膜分离装置稀释的对象溶液(BC稀释液)，不能从这部分的对象溶液中回收对象成分和浓缩成分(参照实施方式2)，对象成分和浓缩成分的回收率降低相应的量。因此，如本实施方式的析出装置这样，并用反渗透模块3，将膜分离装置(半透膜模块1)中被稀释的对象溶液(BC稀释液)由第二送还机构42送回到反渗透模块3的第一室31，由此能够使对象成分和浓缩成分的回收率提高。
(析出装置)
析出装置2，是将反渗透模块3中被浓缩的对象溶液和后述的BC浓缩液的混合液冷却至规定温度，使对象成分析出的装置。在此，规定温度以在此温度下对象成分进行析出的方式设定。还有，也可以根据需要，回收或除去析出的对象成分。
(膜分离装置)
膜分离装置包括半透膜模块1，所述半透膜模块1具有半透膜10、以及被半透膜10分隔的第一室11和第二室12。
膜分离装置，能够使析出装置2中对象成分析出后的对象溶液(上澄清液)分别流至第一室11和第二室12，并且，通过以使第一室11内的对象溶液的压力高于第二室12内的对象溶液的压力的方式进行加压，由此使第一室11内的对象溶液中包含的水经由半透膜10迁移到第二室12内，浓缩第一室11内的对象溶液，并且稀释第二室12内的对象溶液。由此，能够将对象溶液浓缩至对象溶液的渗透压超过半透膜的工作压力和泵的最大压力等这样的高浓度。
这样的膜分离装置(膜分离工序：BC)，作为比RO法所需的能量少的膜分离方法(brine concentration)(以下，有简称为“BC”的情况)，例如公开在日本特开2018-65114号公报中。
在BC中，通过使对象溶液也流至半透膜的另一侧(低压侧)，从而能够降低半透膜的两侧间的渗透压差，减低高压侧向对象溶液加压的压力。因此，通过使用BC，可以将对象溶液浓缩至对象溶液的渗透压超过半透膜的工作压力和泵的最大压力等这样的高浓度。
因此，即使析出装置的上澄清液(饱和浓度溶液)为高浓度的溶液时(特别是上澄清液的渗透压高于RO膜的工作压力和泵的最大压力等时)，也能够以高浓缩倍率浓缩上澄清液，能够得到高浓度的BC浓缩液。通过将此BC浓缩液送回析出装置，能够再次使对象成分从对象溶液析出。
还有，在BC中，若将对象溶液浓缩至溶解成分达到饱和浓度，则由于达到饱和浓度的成分的析出，导致半透膜的堵塞等发生。因此，在BC中，通常，可以将对象溶液浓缩至比最大饱和浓度低一些的浓度。
在析出装置2中使对象成分析出后的对象溶液(上澄清液)，优选被加热后供给膜分离装置(半透膜模块1)。这是由于，因为析出装置2的上澄清液是饱和溶液，所以在这样的温度下，由膜分离装置浓缩会导致在半透膜模块1发生析出，产生半透膜10的堵塞等问题。通过加热上澄清液而使温度上升，从而对象成分的溶解度增加，因此能够防止被膜分离装置浓缩时的析出。
作为用于加热的加热手段，例如，可列举电加热器、热交换式加热器等。为了提高加热效率，也可以用热交换器与BC浓缩液进行热交换后，以上述的加热手段进行加热。
(半透膜模块)
在半透膜模块1中，作为半透膜10，例如，可列举被称为反渗透膜(RO膜：ReverseOsmosis Membrane)、正渗透膜(FO膜：Forward Osmosis Membrane)、纳米滤膜(NF膜：Nanofiltration Membrane)、超滤膜(UF膜：Ultrafiltration Membrane)的半透膜。半透膜优选反渗透膜、正渗透膜或纳米滤膜，更优选反渗透膜或正渗透膜。还有，作为半透膜使用反渗透膜、正渗透膜或纳米滤膜时，优选第一室11内的对象溶液的压力为0.5～10.0MPa。
通常，RO膜和FO膜的孔径约为2nm以下，UF膜的孔径约为2～100nm。NF膜是RO膜之中离子和盐类的阻止率比较低的，通常，NF膜的孔径约为1～2nm。作为半透膜使用RO膜、FO膜或NF膜时，RO膜、FO膜或NF膜的脱盐率优选为90％以上。
作为构成半透膜的材料，没有特别限定，例如，可列举纤维素类树脂、聚砜类树脂、聚酰胺类树脂等。半透膜优选由含有纤维素类树脂和聚砜类树脂的至少任意一种的材料构成。
纤维素类树脂，优选醋酸纤维素类树脂。醋酸纤维素类树脂，对于作为杀菌剂的氯有耐受性，具有能够抑制微生物的繁殖的特征。醋酸纤维素类树脂，优选醋酸纤维素，从耐久性这一点出发，更优选三醋酸纤维素。
聚砜类树脂，优选聚醚砜系树脂。聚醚砜系树脂，优选为磺化聚醚砜。
作为半透膜10的形状，没有特别限定，例如，可列举平片膜、螺旋膜或中空纤维膜。还有，在图1中，作为半透膜10简化绘制了平片膜，但不限定为这样的形状，优选为中空纤维膜。中空纤维膜(中空纤维型半透膜)，与螺旋型半透膜等相比，膜厚小，此外还能够增大每个模块的膜面积，在能够提高渗透效率这方面有利。这种情况下，优选半透膜模块包含多个中空纤维膜，多个中空纤维膜分别在两端具有开口部。
半透膜10是中空纤维膜时，优选第一室11在中空纤维膜的外侧，第二室12在中空纤维膜的内侧。优选中空纤维膜的外侧的溶液被加压。这是由于，即使对于在中空纤维膜的内侧(中空部)流动的溶液进行加压，也有压力损失变大难以充分进行加压的情况，除此之外，中空纤维膜本身的构造，对于外压容易保持结构，若施加高内压，则膜破裂。但是，使用压力损失小，也就是拥有大的内径，对于内压的耐压大的中空纤维膜时，即使将第一室11作为中空纤维膜的内侧，也没有问题。
另外，与半透膜模块1的半透膜10同样，上述的反渗透模块3的反渗透膜30也可以是中空纤维膜。
(第一送还机构、第二送还机构)
本实施方式的析出系统，还具备第一送还机构和第二送还机构。
第一送还机构，是用于将膜分离装置中在半透膜模块的第一室被浓缩的对象溶液(BC浓缩液)送回析出装置(即，将BC浓缩液和由RO模块3浓缩的对象溶液的混合液供给到析出装置2)的机构(流路等)。
第二送还机构，是用于将膜分离装置中在半透膜模块的第二室被稀释的对象溶液(BC稀释液)送回RO模块3(即，将BC稀释液和初始的对象溶液的混合液供给到RO模块3的第一室31)的机构(流路等)。
在本实施方式中，由于析出系统具备将BC浓缩液送回析出装置2的第一送还机构41，从而能够重复由膜分离装置(半透膜模块1)和析出装置2进行的对象成分的浓缩和析出，因此能够使预期量的对象成分从对象溶液中析出。
此外，由于析出系统具备将BC稀释液送回RO模块3的第二送还机构42，从而能够不排出BC稀释液而是以RO模块3进行浓缩，供于析出装置2的析出，因此能够提高来自对象溶液中的对象成分的析出效率(回收率)。
(变形例)
图3是表示实施方式1的膜分离装置的一例的示意图。图4是表示实施方式1的膜分离装置的另一例的示意图。在本变形例中，是使用了图3或图4所示这样的多个半透膜模块1的多级的装置，来代替使用了图1所示这样的1个半透膜模块1的单级的膜分离装置，这一点与实施方式1不同。除此以外的点，均与实施方式1同样。
参照图3和图4，在本变形例的一例中，膜分离装置，是使用了由上述的半透膜模块形成的多个半透膜模块1A、1B、1C的多级的膜分离装置。
多个半透膜模块1A、1B、1C，相对于第一室1A1、1B1、1C1的流动方向被串联连接，
多个半透膜模块1A、1B、1C包括：位于第一室1A1、1B1、1C1的流动方向的最下游侧的半透膜模块即最终模块1C；作为最终模块以外的半透膜模块的至少1个上游模块1A、1B。
而后，优选以如下方式构成：如图3所示，对象溶液通过上游模块1A、1B的第一室1A1、1B1，通过了上游模块1B的第一室1B1的对象溶液51的一部分，通过最终模块1C的第一室1C1，另一部分通过最终模块1C的第二室1C2，通过了最终模块1C的第二室1C2的对象溶液52，通过上游模块1B、1A的第二室1B2、1A2，或者
如图4所示，对象溶液通过上游模块1A，1B的第一室1A1、1B1，通过了上游模块1B的第一室1B1的对象溶液51通过最终模块1C的第一室1C1，最终模块1C的浓缩液的一部分通过最终模块1C的第二室1C2，并通过上游模块1B、1A的第二室1B2、1A2。
还有，在多级的膜分离装置中，串联连接多个半透膜模块，在第一室侧和第二室侧在同方向流通对象溶液时，上游侧的半透膜模块中，半透膜的两侧(第一室与第二室)的液的渗透压差小，但越是下游侧的半透膜模块，半透膜的两侧的液的渗透压差越慢慢变大。因此，需要对第一室的对象溶液施加克制该渗透压的压力。相对于此，在图3所示的多级的膜分离装置(本变形例)中，因为上游侧和下游侧的半透膜模块中半透膜的两侧的液的渗透压差减少，所以具有能够降低需要施加于第一室的对象溶液的压力的优点。
另外，在图3所示这样的多级的膜分离装置中，从对象溶液中，能够只得到从最终模块1C的第一室1C1流出的最终浓缩为高浓度的对象溶液(BC浓缩液)，和从最上游侧的上游模块1A的第二室1A2流出的最终被稀释的对象溶液(BC稀释液)。因此，由膜分离装置将对象溶液浓缩成高浓度时，可抑制浓度不同的多个稀释液生成。由此，能够以简便的膜分离装置(膜分离工序：BC)实施对象溶液(析出装置的上澄清液)的浓缩。
<实施方式2>
本实施方式的析出系统的基本的构成，是与实施方式1同样的图1所示这样的析出系统。
在本实施方式中，对象溶液中，作为对象成分以外的成分包含浓缩成分。所谓浓缩成分，是能够由本实施方式的析出系统(析出方法)浓缩的成分。即，根据本实施方式的析出系统(析出方法)，能够使对象溶液中的对象成分析出，并且使作为对象溶液中的其他成分的浓缩成分浓缩。
在本实施方式中，优选对象成分是通过冷却对象溶液比浓缩成分先析出的成分。另外，优选对象成分的溶解度，小于浓缩成分的溶解度。
在本实施方式中，因为对象溶液除了对象成分以外还包含浓缩成分，所以规定温度以如下方式设定：在此温度下，对象成分析出，并且，浓缩成分不析出，或者，浓缩成分的析出量比对象成分的析出量少。
由此，因为对象溶液中的对象成分的浓度降低，所以能够使浓缩成分以高于对象成分的浓缩倍率进行浓缩。即，能够在对象溶液中使浓缩成分选择性地浓缩。
在本实施方式中，对象溶液中的浓缩成分的浓度处于规定浓度以上时，优选回收对象溶液的一部分。由此，能够回收以高浓度含有浓缩成分的液体。回收的对象溶液，例如，可以是在析出装置2中使对象成分析出之后的对象溶液(上澄清液)，也可以是在膜分离装置中由半透膜模块1的第一室11浓缩的对象溶液(BC浓缩液)。还有，使对象成分析出后的上澄清液这一方，因为浓缩成分的纯度高于BC浓缩液，所以优选回收的对象溶液是上澄清液。
另外，如图2所示，优选使用对象溶液、透过水(从RO模块3的第二室32排出的水)或BC稀释液(在半透膜模块1的第二室12内被稀释的对象溶液)的一部分作为冲洗液，对于在析出装置析出的含对象成分的析出物，以对象成分不会溶解的程度实施冲洗后，回收析出物。这种情况下，优选具备第三送还机构(第三返回流路)43，其用于将冲洗中使用过后的冲洗液送回反渗透模块。这是由于，在经由析出装置2而析出的析出物中，附着有含浓缩成分的液体，浓缩成分因冲洗而迁移到冲洗液，因此能够对浓缩成分再回收，能够进一步提高浓缩成分的回收率。
作为冲洗的具体的方法，例如，可列举使冲洗液接触析出物后，分离析出物和冲洗液的方法。作为使冲洗液接触析出物的方法，例如，可列举在收容有析出物的容器中加入冲洗液，搅拌冲洗液中的析出物的方法。作为分离析出物和冲洗液的方法，可列举通过静置、离心分离等的固液分离法而将析出物与冲洗液进行分离的方法。
在本实施方式中，由于析出系统具备第一送还机构41，从而能够由膜分离装置(半透膜模块1)和析出装置2反复进行对象成分的浓缩和析出，并且能够以高于对象成分的浓缩倍率浓缩对象溶液中的浓缩成分，能够对浓缩成分选择性地浓缩。
此外，由于析出系统具备将BC稀释液送回RO模块3的第二送还机构42，从而能够不排出BC稀释液，而是以RO模块3浓缩并提供给析出装置2，因此能够提高来自对象溶液中的浓缩成分的回收率。
实施例
以下，列举实施例更详细地说明本发明，但本发明不受其限定。实施例中的诸特性的测量方法如下。
〔1〕对象成分的回收率的测量
测量所回收的析出物的干燥重量，以下式计算对象成分的回收率(R)。
R(质量％)＝(W2/W1)×100
在此，W1是初始的对象溶液中的对象成分的干燥重量(g)，W2是析出物中的对象成分的干燥重量(g)。
〔2〕浓缩成分的浓缩倍率的测量
测量回收液(浓缩成分被浓缩至规定浓度以上的对象溶液)的对象成分的浓度，以下式计处对象成分的浓缩倍率(M)。
M(质量％)＝(C2/C1)×100
在此，C1是初始的对象溶液中的浓缩成分的浓度(质量％)，C2是回收液中的浓缩成分的浓度(质量％)。
〔3〕初始的对象溶液中的对象成分的干燥重量(W1)的定量测量对象溶液中的对象成分的浓度，由液量(g)与对象成分的浓度(质量％)的积计算W1。
〔4〕析出物中的对象成分的干燥重量(W2)的定量
调制使析出物溶解于水直至完全溶解的溶液，测量该溶液中的对象成分的浓度，由该溶液的总量(g)与对象成分的浓度(质量％)的积计算W2。
〔5〕液中的各成分浓度的定量
由以下的方法测量阳离子(钾离子，锂离子)和阴离子(硫酸离子)浓度，作为液中的各成分(硫酸钾，硫酸锂)的浓度计算。还有，本实施例中，作为一例，使用硫酸锂和硫酸钾。
阳离子的测量法：ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic EmissionSpectro-metry)法
阴离子的测量法：离子色谱法
(实施例1)
使用图1所示这样的析出系统，按以下的操作条件实施对象成分(硫酸钾)的析出。还有，膜分离装置，是图1所示这样的有1个半透膜模块1的单级的膜分离装置。
向RO模块3供给的液体的压力：5MPa
向RO模块3供给的液体的温度：30℃
RO模块3的反渗透膜30：中空纤维型反渗透膜(材质：三醋酸纤维素)
析出装置2的设定温度：10℃(本实施例中的规定温度)
向膜分离装置的半透膜模块1供给的液体的压力：6.5MPa(第一室)、0.1MPa(第二室)
向膜分离装置的半透膜模块1供给的液体的温度：40℃
膜分离装置的半透膜模块1的半透膜10：中空纤维型反渗透膜(材质：三醋酸纤维素)(还有，作为膜分离装置的半透膜模块使用与RO模块相同的模块。)
在本实施例中，将作为对象成分含有硫酸钾8质量％的水溶液，作为对象溶液使用。
首先，初始的对象溶液(流量：30g/min)和后述的以膜分离装置的第二室12被稀释的对象溶液(BC稀释液)的混合液，以7MPa的压力和50g/min的流量，被供给到RO模块3的第一室31，并被浓缩。其次，由RO模块3浓缩的对象溶液和后述的在膜分离装置的半透膜模块1的第一室被浓缩的对象溶液(BC浓缩液)的混合液，被供给到析出装置2，并被冷却。通过该操作，硫酸钾从对象溶液析出(晶化)，固体的析出物被回收。接着，从析出装置2移送上澄清液，被加热至40℃后，以6.5MPa的压力和48g/min的流量被供给向膜分离装置的半透膜模块1的第一室11，并且以0.1MPa的压力和8g/min的流量被供给向第二室12。
还有，在本实施例中，如图1所示，从半透膜模块1的第一室11排出的被浓缩的对象溶液(BC浓缩液)，与由RO模块浓缩的对象溶液混合，被供给到析出装置2。另外，从半透膜模块1的第二室12排出的被稀释的对象溶液(BC稀释液)，与初始的对象溶液混合，被供给到RO模块3的第一室31。
以上述的操作条件运转一定时间后，测量各液的硫酸钾浓度。其结果是，从RO模块3的第二室32排出的液体(透过水)中的硫酸钾的浓度为0.1质量％以下，能够由RO模块从对象溶液中除去水分。另外，析出装置2的上澄清液中的硫酸钾的浓度为8.5质量％，这是冷却温度(析出装置2的设定温度)10℃下的硫酸钾的饱和浓度。另外，从半透膜模块1的第一室11排出的BC浓缩液中的硫酸钾的浓度为13.5质量％，能够将上澄清液浓缩至这样的高浓度。
另外，测量回收的析出物中的硫酸钾的干燥重量，计算回收率的结果是，回收率为90质量％以上，能够高效率地回收硫酸钾。如此，由于加温析出装置2的上澄清液而提高硫酸钾的饱和溶解度后，以膜分离装置(半透膜模块1)将上澄清液浓缩至比10℃下的硫酸钾的饱和浓度高的浓度，所以通过送回到析出装置2进行冷却，能够将BC浓缩液的浓度和10℃下的硫酸钾的饱和浓度(8.5质量％)的差量，作为硫酸钾的析出物进行回收。
(实施例2)
在本实施例中，将作为对象成分含有硫酸钾8质量％，此外作为浓缩成分含有硫酸锂1质量％的水溶液作为对象溶液使用。使用除此以外均与实施例1的析出系统同样的系统，以实施例1同样的条件，实施对象成分(硫酸钾)的析出和浓缩成分(硫酸锂)的浓缩。
运转一定时间后，将析出装置2的上澄清液的一部分(流量：19g/min)作为回收液回收。
再运转一定时间后，测量各液的硫酸钾和硫酸锂的浓度。其结果是，从RO模块3的第二室32排出的液体(透过水)中的硫酸钾的浓度和硫酸锂的浓度都在0.1质量％以下，由RO模块能够从对象溶液除去水分。
另外，硫酸钾的回收率(初始的对象溶液中包含的硫酸钾对于总量的比率)为90质量％，能够以高效率回收硫酸钾。另外，因为从半透膜模块1的第一室11排出的BC浓缩液中的硫酸钾的浓度为12质量％，所以能够将BC浓缩液和10℃下的硫酸钾的饱和浓度(8.5质量％)的差量，在析出装置2中作为硫酸钾的析出物进行回收。
另外，回收液中的硫酸锂的浓度为7.1质量％，能够将硫酸锂以7.1倍这样的高浓缩倍率浓缩。
(比较例1)
在膜分离装置的半透膜模块1中，不实施上澄清液向第二室12的供给。除此以外的点均与实施例1同样，运转一定时间后，测量各液的硫酸钾浓度。其结果是，作为析出物的硫酸钾的回收率为5质量％以下，硫酸钾的回收率比实施例1低。
这被认为是由于，因为对象溶液的渗透压比半透膜的工作压力和泵的最大压力等高，所以不能从第一室11中的对象溶液使水经由半透膜而透过到第二室12侧，对象溶液未被浓缩，从膜分离装置排出的对象溶液的浓度，是10℃下的硫酸钾的饱和浓度(8.5质量％)以下，因此在从膜分离装置送回析出装置的对象溶液中，几乎无法生成析出物。
(比较例2)
在膜分离装置的半透膜模块1中，不实施上澄清液向第二室12的供给。除此以外的点均与实施例2同样，运转一定时间后，测量各液的硫酸钾和硫酸锂的浓度。其结果是，作为析出物的硫酸钾的回收率为5质量％以下，硫酸钾的回收率比实施例2低。其理由认为与比较例1同样。
另外，回收液中的硫酸锂的浓度为1.3质量％以下，硫酸锂的浓缩倍率为1.3倍以下。如此硫酸锂的浓缩倍率低于实施例2的理由，认为与硫酸钾同样，是由于膜分离装置中的对象溶液的浓缩几乎没有发生。
本次公开的实施方式全部的点应该认为均为例示而非限制性的。意思是本发明的范围并非上述说明，而是由权利要求的范围公开，包括与权利要求的范围均等的意思和范围内的全部的变更。
符号说明
1半透膜模块，1A、1B上游模块(半透膜模块)，1C最终模块(半透膜模块)，10、1A0、1B0、1C0半透膜，11、1A1、1B1、1C1第一室，12、1A2、1B2、1C2第二室，2析出装置，3反渗透(RO)模块，30反渗透(RO)膜，31第一室，32第二室，41第一送还机构，42第二送还机构，43第三送还机构，51、52对象溶液。

Claims (9)

1.一种析出系统，是对于至少一种对象成分溶解于水而成的对象溶液，使所述对象成分析出的析出系统，其中，具备：
反渗透模块，所述反渗透模块从被升压至规定的压力的所述对象溶液中经由反渗透膜分离水，浓缩所述对象溶液；
析出装置，所述析出装置将所述反渗透模块中被浓缩的所述对象溶液冷却至规定温度，使所述对象成分析出；
膜分离装置，所述膜分离装置包括具有半透膜、以及由所述半透膜分隔的第一室和第二室的半透膜模块，通过让在所述析出装置中使所述对象成分析出后的所述对象溶液分别流至所述第一室和所述第二室，并且，以使所述第一室内的所述对象溶液的压力高于所述第二室内的所述对象溶液的压力的方式进行加压，由此使所述第一室内的所述对象溶液中包含的水经由所述半透膜迁移至所述第二室内，对于所述第一室内的所述对象溶液进行浓缩，并且稀释所述第二室内的所述对象溶液；
第一送还机构，所述第一送还机构用于将所述膜分离装置中在所述半透膜模块的所述第一室被浓缩的所述对象溶液送回所述析出装置；
第二送还机构，所述第二送还机构用于将所述膜分离装置中在所述半透膜模块的所述第二室被稀释的所述对象溶液送回所述反渗透模块，
使用所述对象溶液、从所述反渗透模块排出的水、或者在所述半透膜模块的所述第二室内被稀释的对象溶液的一部分作为冲洗液，对于在所述析出装置中析出的含有所述对象成分的析出物，以所述对象成分不溶解的程度实施冲洗后，回收所述析出物。
2.根据权利要求1所述的析出系统，其中，在所述析出装置中使所述对象成分析出后的所述对象溶液，在被加热后供给到所述膜分离装置。
3.根据权利要求1所述的析出系统，其中，所述对象溶液含有作为所述对象成分以外的成分的浓缩成分，
所述对象成分进行析出，并且，所述浓缩成分被浓缩。
4.根据权利要求3所述的析出系统，其中，所述对象溶液中的所述浓缩成分的浓度处于规定浓度以上时，回收所述对象溶液的一部分。
5.根据权利要求1所述的析出系统，其中，具备第三送还机构，所述第三送还机构用于将所述冲洗中使用之后的所述冲洗液送回所述反渗透模块。
6.根据权利要求1所述的析出系统，其中，所述半透膜模块的所述半透膜是中空纤维膜。
7.根据权利要求6所述的析出系统，其中，在所述半透膜模块中，所述中空纤维膜的外侧的空间是所述第一室，所述中空纤维膜的内侧的空间是所述第二室。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的析出系统，其中，所述膜分离装置是含有由所述半透膜模块形成的多个半透膜模块的多级式的膜分离装置，
所述多个半透膜模块相对于所述第一室的流动方向被串联连接，
所述多个半透膜模块包含：最终模块，所述最终模块是位于所述第一室的流动方向的最下游侧的所述半透膜模块；至少一个上游模块，所述上游模块是所述最终模块以外的所述半透膜模块，
并以如下方式构成：所述对象溶液通过所述上游模块的所述第一室，通过了所述上游模块的所述第一室的所述对象溶液的一部分，通过所述最终模块的所述第一室，另一部分通过所述最终模块的所述第二室，通过了所述最终模块的所述第二室的所述对象溶液，通过所述上游模块的所述第二室。
9.一种析出方法，是对于至少一种对象成分溶解于水而成的对象溶液，使所述对象成分析出的析出方法，其中，具备：
反渗透工序，从被升压至规定的压力的所述对象溶液中经由反渗透膜而分离水，浓缩所述对象溶液；
析出工序，将所述反渗透工序中被浓缩的所述对象溶液冷却至规定温度，使所述对象成分析出；
膜分离工序，使用具有半透膜、以及由所述半透膜分隔的第一室和第二室的半透膜模块，通过让在所述析出工序中使所述对象成分析出后的所述对象溶液分别流至所述第一室和所述第二室，并且以使所述第一室内的所述对象溶液的压力高于所述第二室内的所述对象溶液的压力的方式进行加压，从而使所述第一室内的所述对象溶液中包含的水经由所述半透膜迁移至所述第二室内，对于所述第一室内的所述对象溶液进行浓缩，并且稀释所述第二室内的所述对象溶液；
第一送还工序，将所述膜分离工序中在所述半透膜模块的所述第一室被浓缩的所述对象溶液送回所述析出工序；
第二送还工序，将所述膜分离工序中在所述半透膜模块的所述第二室被稀释的所述对象溶液送回所述反渗透工序，
使用所述对象溶液、由所述反渗透工序排出的水、或者在所述半透膜模块的所述第二室内被稀释的对象溶液的一部分作为冲洗液，对于在所述析出工序中析出的含有所述对象成分的析出物，以所述对象成分不溶解的程度实施冲洗后，回收所述析出物。
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