CN117529361A

CN117529361A - 膜分离方法和疏松ro膜的制造方法

Info

Publication number: CN117529361A
Application number: CN202280043510.XA
Authority: CN
Inventors: 中筋雄大; 横川直毅; 木下正博; 中尾真一
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2024-02-06
Also published as: WO2023276586A1; TW202313187A; EP4364829A1; KR20240027684A; JPWO2023276586A1

Abstract

本发明提供一种膜分离方法，所述膜分离方法能够应用反渗透法作为具有高渗透压的被处理液的分离或浓缩法或者水回收法。本发明的具有渗透压的被处理液的膜分离方法包含第一工序，其中，通过使用疏松RO膜(50)的反渗透法将所述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液。在将被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压设为π_Cb’、将最大运行压力差设为ΔPmax的情况下，所述被处理液满足π_Cb’＞ΔPmax，或者所述被处理液具有5MPa以上且100MPa以下的渗透压。疏松RO膜(50)为使所述被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的膜。

Description

膜分离方法和疏松RO膜的制造方法

技术领域

本发明涉及膜分离方法和疏松RO膜的制造方法。

背景技术

反渗透(reverse osmosis：RO)法为如下技术：对由半透膜隔开的浓溶液侧施加压力，使被处理液侧与透过侧之间的运行压力差高于浓溶液侧与稀溶液侧的渗透压之差，由此通过半透膜使溶剂选择透过。该技术是在海水淡化用途等中广泛普及的技术。此外，反渗透法有时分类为RO和NF(nanofiltration：纳滤)。已知反渗透法是与使用热能使水蒸发而浓缩的蒸发法相比节能的技术。

然而，由于用于反渗透法的元件的耐压等，可操作的运行压力差存在上限，因此能够应用反渗透法的溶液的浓度受到限制。此外，在反渗透法中，由于由伴随分离的浓度极化导致的膜表面的溶质浓度升高和由溶剂透过导致的被处理液中的溶质浓度升高，实际的渗透压升高，这也成为反渗透法的应用范围的制约。因此，高浓度液体的浓缩或低浓度液体的高浓缩等操作经常通过蒸发法进行。

在专利文献1中记载了使用反渗透法的盐水的淡化处理方法。专利文献1中记载的淡化处理方法使用具备由半透膜隔开的第一室和第二室的半透膜模块。而且，公开了如下方法：使盐水的一部分流过所述第一室，使盐水的另一部分流过所述第二室，通过对所述第一室进行加压而提高透过侧的盐水的浓度，由此降低渗透压差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-1111号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，引入至所述第二室的盐水中的盐以浓度分布作为推进力而向透过侧的膜面扩散，但由于从膜面透过的溶剂的流动而被推回至与扩散相反的方向。因此，在上述现有技术中，有时难以充分地提高实质上有助于渗透压的透过侧的膜面浓度。

本发明的一个方式的目的在于，提供一种膜分离方法，所述膜分离方法能够应用反渗透法作为具有高渗透压的被处理液的分离或浓缩法或者水回收法。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的一个方式的具有渗透压的被处理液的膜分离方法为如下膜分离方法，所述膜分离方法包含第一工序，其中，通过使用疏松RO膜的反渗透法将所述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液，在将被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压设为π_Cb’、将最大运行压力差设为ΔPmax的情况下，所述被处理液满足π_Cb’＞ΔPmax，所述疏松RO膜为使所述被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的膜。

另外，本发明的一个方式的具有渗透压的被处理液的膜分离方法为如下膜分离方法，所述膜分离方法包含第一工序，其中，通过使用疏松RO膜的反渗透法在加压下将所述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液，所述被处理液的渗透压为5MPa以上且100MPa以下，所述疏松RO膜为使所述被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的膜。

本发明的一个方式的疏松RO膜的制造方法中，使含有氧化剂的氧化剂溶液与RO膜接触。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够提供一种膜分离方法，所述膜分离方法能够应用反渗透法作为具有高渗透压的被处理液的分离或浓缩法或者水回收法。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的例示性的一个实施方式的膜分离系统1的构成的概略图。

图2是表示本发明的实施方式的疏松RO膜50的制造方法的大致流程的流程图的一例。

图3是示意性地表示在实施例1中使用的膜分离系统1A的构成的概略图。

具体实施方式

以下详细说明本发明的膜分离方法的例示性的实施方式。本发明的实施方式不限于以下所示的具体例。在以下的实施方式中，膜分离系统被记载为将被处理液分离为渗透液和渗余液的系统，但是可以容易理解该膜分离系统也能够用作将被处理液浓缩而得到渗透液和浓缩液的浓缩系统。同样地，可以容易理解膜分离系统所具备的分离装置也能够用作浓缩装置。此外，可以容易理解该膜分离系统能够用作从被处理液中回收高纯度的溶剂的过滤系统，可以容易理解分离装置也能够用作过滤装置。

[实施方式]

图1是示意性地表示在本发明的例示性的一个实施方式的膜分离方法中使用的膜分离系统1的构成的概略图。如图1所示，膜分离系统1具备第一分离装置10和第二分离装置20。

第一分离装置10具备疏松RO膜50(疏松反渗透膜)，第一分离装置10为通过对供给被处理液的被处理液侧进行加压而使液体通过从而将被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液的装置。即，第一分离装置10为实现上述通过使用疏松RO膜的反渗透法将上述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液的第一工序的装置。第一分离装置10也可以像以圣诞树型为代表的一样相对于渗余液将多个膜模块并联或串联组合而构成。关于疏松RO膜50，在后文中详细说明。

第二分离装置20具备反渗透膜60，第二分离装置20为通过对供给从第一分离装置10排出的第一渗透液作为第二被处理液的被处理液侧进行加压而使液体通过从而将第一渗透液分离为第二渗透液和第二渗余液的装置。即，第二分离装置20为实现通过使用反渗透膜60的反渗透法将第一渗透液分离为第二渗透液和第二渗余液的第二工序的装置。第二分离装置20也可以像以圣诞树型为代表的一样相对于渗余液将多个膜模块并联或串联组合而构成。关于反渗透膜60，在后文中详细说明。

在图1的膜分离系统1中，在第一分离装置10的被处理液入口处连接有管道11。第一分离装置10的第一渗透液出口与第二分离装置20的第一渗透液入口通过管道12连接，在第一分离装置10的第一渗余液出口处连接有管道13。在第二分离装置20的第二渗透液出口处连接有管道21，在第二分离装置20的第二渗余液出口处连接有管道22。管道22可以与管道11或第一分离装置10的被处理液侧连接。另外，在各管道中，可以利用泵等进行升压，各分离装置的供给管道优选进行升压。

<关于膜分离工艺中的渗透现象>

首先，为了理解本申请发明，关于膜分离工艺中的渗透现象，以下对(i)截留率和浓度极化以及(ii)膜渗透的输运方程进行说明。

(i)关于截留率和浓度极化

反渗透膜性能通常能够由溶质的截留率和渗透通量表示。截留率通用地能够使用由以下的式(1)定义的表观截留率Robs[-]。

Robs＝1-(Cp/Cb)(1)

在上式中，Cb为被处理液浓度[mol/m³]，Cp为渗透液浓度[mol/m³]。

另一方面，已知被膜截留的溶质蓄积于膜面，产生被处理液侧膜面处的浓度Cb’[mol/m³]高于被处理液浓度Cb的浓度极化。即，膜实际上对浓度Cb’的溶液进行了分离，真正的截留率R[-]能够由以下的式(2)表示。

R＝1-(Cp/Cb’)(2)

在上式中，Cp为渗透液的浓度[mol/m³]。

另外，被处理液侧膜面处的浓度Cb’能够根据边界膜内的物料平衡使用以下的式(3)求出。

(Cb’-Cp)/(Cb-Cp)＝exp(Jv/k)(3)

在上式中，Jv为溶剂渗透通量[m³/m²/s]，k为被处理液侧边界膜内溶质传质系数[m/s]。

(ii)膜渗透的输运方程

在膜分离工艺中，描述透过膜的溶剂渗透通量和溶质渗透通量的方程为膜渗透的输运方程。溶剂渗透通量Jv和溶质渗透通量Js[m³/m²/s]例如分别能够由以下的式(4)和式(5)表示。

Jv＝Lp(ΔP-σΔπ)(4)

Js＝P(Cb’-Cp)+(1-σ)CJv(5)

在上式中，Lp为纯水的渗透系数[m³/m²/s/Pa]，ΔP为被处理液侧与透过侧的运行压力差[Pa]，σ为反射系数[-]，Δπ为被处理液侧与透过侧的渗透压差[Pa]，P为溶质的渗透系数[m/s]，C为膜两侧的平均浓度[mol/m³]。反射系数σ表示膜的半透性，在σ＝1的情况下表示是完全的半透膜，在σ＝0的情况下表示完全不具有半透性(不发生分离)。

另外，Δπ能够由以下的式(6)表示。

Δπ＝π_Cb’-π_Cp(6)

在上式中，π_Cb’为被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压[Pa]，π_Cp为渗透液浓度Cp的渗透压[Pa]。

上述式(4)和式(5)基于不可逆过程的热力学，并且以唯象方程作为起点。在上述式(5)中，C表示膜两侧的平均浓度，但在像膜分离法一样两侧的浓度差非常大的情况下，平均值不具有意义。因此，提出了利用微分系统将式(5)应用于膜内、并且对膜厚进行积分而得到的输运方程。积分结果能够不以溶质渗透通量Js的形式表示，而使用真正的截留率R由以下的式(7)表示。

<被处理液>

本实施方式的膜分离系统1能够应用于具有高渗透压的被处理液，优选应用于具有超过最大运行压力差的渗透压的被处理液。换言之，本实施方式的膜分离系统1优选应用于在将被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压设为π_Cb’、将最大运行压力差设为ΔPmax的情况下满足π_Cb’＞ΔPmax的被处理液。更具体而言，本实施方式的膜分离系统1能够优选应用于具有5MPa以上且100MPa以下的渗透压的被处理液。

<第一分离装置10和疏松RO膜50>

本实施方式的第一分离装置10具备疏松RO膜50。

本实施方式的疏松RO膜50为使被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的RO膜。换言之，与以往的RO膜相比，疏松RO膜50具有较低的表观截留率Robs。具体而言，在使用了疏松RO膜50的反渗透膜处理的运行条件下，疏松RO膜50的表观截留率Robs可以为20％以上且90％以下。

通过运行条件下的表观截留率Robs为20％以上且90％以下，使渗透液浓度Cp升高，能够控制被处理液侧的溶液与透过侧的溶液的渗透压差。由此，能够对具有高渗透压的被处理液进行反渗透处理。当表观截留率Robs小于20％时，在应用于浓缩工艺的情况下，浓缩效率低，为了得到期望的浓缩度所需的级数增加，膜面积变大。当表观截留率Robs大于90％时，难以确保充分的被处理液侧的溶液与透过侧的溶液的渗透压差。因此，本实施方式中的疏松RO膜50的表观截留率Robs优选为20％以上且90％以下，更优选为40％以上且80％以下。

上述截留率的对象为溶液中的具有渗透压的全部溶质的总和。另一方面，本实施方式的疏松RO膜50透过的溶质不限定于特定的溶质。

需要说明的是，即使是相同的膜，该表观截留率Robs也能够根据运行条件而变动。本实施方式的疏松RO膜50也能够定义为在作为例示性的运行条件的、对25重量％的碳酸氢钾水溶液的上述被处理液在液体温度40℃、运行压力差8MPa、pH为7以上且9以下、回收率10％以上且20％以下的条件下进行了反渗透法处理的情况下具有20％以上且90％以下的表观截留率Robs。

或者，本实施方式的疏松RO膜50也可以是纯水的渗透系数Lp为1×10^-12[m³/m²/s/Pa]以上且1×10^-9[m³/m²/s/Pa]以下、溶质的反射系数σ为0.2以上且0.9以下、以及溶质的渗透系数P为1×10^-8[m/s]以上且1×10^-5[m/s]以下的反渗透膜。

(疏松RO膜50的制造)

这样的疏松RO膜50例如能够使用以往的反渗透膜制造。图2是表示疏松RO膜50的制造方法的大致流程的流程图的一例。

如图2所示，首先，准备通常使用的反渗透膜(反渗透膜准备工序：S1)。用于制造疏松RO膜50的反渗透膜没有特别限制。该反渗透膜可以是聚酰胺类膜、乙酸纤维素类膜，元件可以是螺旋型，也可以是中空纤维型，优选可使用压力高的膜，更优选纯水的渗透系数大的膜。

接着，使在工序S1中准备的反渗透膜氧化(氧化工序：S2)。例如，使反渗透膜与氧化剂接触。关于氧化剂，例如可以使用溶解于水等溶剂中的氧化剂。作为在氧化工序S2中使用的氧化剂，能够使用无机含卤素氧化剂、含氧氧化剂、有机化合物氧化剂等。其中，优选含有氯的氧化剂，更具体而言，能够使用氯酸盐、次氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯等。

氧化工序S2例如能够通过使反渗透膜与含有规定浓度的氧化剂的水溶液接触规定时间而实施。通过使氧化剂与反渗透膜接触，能够降低反渗透膜的截留率，例如能够制造表观截留率Robs为20％以上且90％以下的疏松RO膜。

此外，在氧化工序S2中，通过调节反渗透膜与氧化剂的接触时间，能够制造具有期望的截留率的疏松RO膜。具体而言，在氧化剂溶液的浓度恒定的情况下，氧化剂溶液与反渗透膜的接触时间越长，则能够得到截留率越低的疏松RO膜。

或者，在氧化工序S2中，通过调节氧化剂的浓度，能够制造具有期望的截留率的疏松RO膜。具体而言，在接触时间恒定的情况下，氧化剂溶液的浓度越高，则能够得到截留率越低的疏松RO膜。当然，也可以通过调节氧化剂浓度和接触时间这两者而调节截留率。

在氧化工序S2之后，将能够与反渗透膜接触的氧化剂溶液置换为纯水等，由此得到疏松RO膜50(清洗工序：S3)。可以将在接触中使用过的容器中的氧化剂溶液置换为纯水，也可以将疏松RO膜从容器中取出，并利用纯水等进行清洗。

上述使用反渗透膜的疏松RO膜的制造方法在使用反渗透膜元件的疏松RO膜元件的制造中也同样能够应用。

(第一分离装置10的多级构成)

在图1的膜分离系统1中，示出了第一分离装置10为一个的例子，但是膜分离系统1也可以在第二分离装置20的上游具备多个第一分离装置10。根据上述理论公式，根据被处理液的渗透压和最大运行压力差等确定所需级数，被处理液的渗透压越高，则需要越多的级数。然而，当级数过度增加时，再压缩动力等增加，因此膜分离系统1优选具备1个以上且10个以下的第一分离装置10。即，在膜分离方法中，可以包含1个以上且10个以下的第一工序。

在膜分离系统1具备两个以上的第一分离装置10的情况下，优选连续的第一分离装置10中的至少一个分离装置的疏松RO膜50的截留率高于上游的第一分离装置10的所述疏松RO膜50的截留率。另外，为了减少所需膜面积和所需级数，优选越往下游去，疏松RO膜50的截留率Robs越高。或者，关于疏松RO膜50的性能参数，优选越往下游去，溶质渗透系数P越低，反射系数σ越高。

通过膜分离系统1具备多个第一分离装置10，能够处理具有更高渗透压的被处理液。

<第二分离装置20和反渗透膜60>

本实施方式的第二分离装置20具备反渗透膜60。

在本实施方式中使用的反渗透膜60为一般能够用于海水淡化的RO膜，通常孔径为1nm以下，其为能够除去离子类或低分子有机物的膜。例如，例示的反渗透膜60的纯水的渗透系数Lp可以为1×10^-13[m³/m²/s/Pa]以上且1×10^-10[m³/m²/s/Pa]以下，溶质的反射系数σ可以为0.95以上且1以下，溶质的渗透系数P可以为1×10^-6[m/s]以下。或者，例示的反渗透膜60的表观截留率Robs可以为95％以上。

<本实施方式的膜分离方法和膜分离系统1的操作>

将被处理液(第一被处理液)通过管道11送至第一分离装置10的被处理液侧。将第一被处理液利用泵等升压，使其通过疏松RO膜50，由此分离为第一渗透液和第一渗余液(浓缩液、盐浓缩液)(第一工序)。将在第一工序中得到的第一渗余液通过管道13排出。

将第一渗透液作为第二被处理液通过管道12送至第二分离装置20的被处理液侧。将第二被处理液利用泵等升压，使其通过反渗透膜60，由此分离为第二渗透液和第二渗余液(第二工序)。在第二工序中得到的第二渗透液能够通过管道21回收。为了提高溶质(例如盐)的回收率，优选将在第二工序中得到的第二渗余液通过管道22与第一被处理液混合。

像这样，在本实施方式的膜分离方法和膜分离系统1中，进行使用截留率低的疏松RO膜50的反渗透膜处理作为第一工序。由此，在第一工序中，能够将渗透压高的被处理液分离为渗透液和渗余液。更具体而言，第一分离装置10能够对具有比最大运行压力差ΔPmax高的渗透压π_Cb’的被处理液在ΔPmax以下的压力下进行处理。另外，在第一工序中，运行压力差ΔP能够满足ΔP＞σΔπ的条件。或者，至少一个第一工序中的运行压力差例如为5MPa以上且10MPa以下。

需要说明的是，在第一分离装置10为疏松RO膜50元件的情况下，上述ΔPmax可以是疏松RO膜50元件的耐压。

另外，在本实施方式的膜分离方法和膜分离系统1中，在具备疏松RO膜的第一分离装置10之后设置具备反渗透膜60的第二分离装置，而且使第二渗余液返回至第一分离装置10的被处理液，由此能够进行高渗透压的处理，并且能够同时实现高盐回收率、高纯度溶剂回收。

根据这样的构成，能够利用膜分离法代替以往使用作为能耗多的工艺的蒸发法进行处理的具有高渗透压的被处理液的处理，能够有助于工艺的节能化、进而实现可持续发展目标(SDGs)。

(实施方式总结)

·本申请发明的方式1的膜分离方法为具有渗透压的被处理液的膜分离方法，其中，

所述膜分离方法包含第一工序，其中，通过使用疏松RO膜的反渗透法将所述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液，

在将被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压设为π_Cb’、将最大运行压力差设为ΔPmax的情况下，所述被处理液满足以下的式(1)：

π_Cb’＞ΔPmax(1)，

所述疏松RO膜为使所述被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的膜。

·本申请发明的方式2的膜分离方法为具有渗透压的被处理液的膜分离方法，其中，

所述膜分离方法包含第一工序，其中，通过使用疏松RO膜的反渗透法在加压下将所述被处理液分离为第一渗透液和第一渗余液，

所述被处理液的渗透压为5MPa以上且100MPa以下，

·本申请发明的方式3的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1或方式2的所述第一工序中，在将被处理液侧与透过侧的渗透压差设为Δπ、将所述疏松RO膜的溶质的反射系数设为σ的情况下，运行压力差ΔP在满足以下的式(2)的范围内，

ΔP＞σΔπ(2)。

·本申请发明的方式4的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～3中的任一方式中，所述疏松RO膜的溶质的表观截留率Robs在运行条件下为20％以上且90％以下。

·本申请发明的方式5的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式4的所述第一工序中，所述被处理液为25重量％的碳酸氢钾水溶液，在将该被处理液在液体温度40℃、运行压力差8MPa、pH为7以上且9以下、回收率10％以上且20％以下的条件下进行了处理的情况下，所述疏松RO膜的所述表观截留率Robs为20％以上且90％以下。

·本申请发明的方式6的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～5中的任一方式中，

所述膜分离方法包含第二工序，其中，通过使用反渗透膜的反渗透法将所述第一渗透液分离为第二渗透液和第二渗余液，

所述反渗透膜的表观截留率Robs为95％以上。

·本申请发明的方式7的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～6中的任一方式中，所述膜分离方法包含1个以上且10个以下的所述第一工序。

·本申请发明的方式8的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～7中的任一方式中，至少一个所述疏松RO膜的纯水的渗透系数Lp为1×10^-12[m³/m²/s/Pa]以上且1×10^-9[m³/m²/s/Pa]以下，溶质的反射系数σ为0.2以上且0.9以下，溶质的渗透系数P为1×10^-8[m/s]以上且1×10^-5[m/s]以下。

·本申请发明的方式9的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～8中的任一方式中，所述膜分离方法包含多个所述第一工序，连续的所述第一工序中的至少一个第一工序的所述疏松RO膜的截留率高于上游的所述第一工序的所述疏松RO膜的截留率。

·本申请发明的方式10的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式6～9中的任一方式中，使用所述第一渗余液和/或所述第二渗余液的至少一部分作为该第一被处理液和/或第二被处理液的一部分。

·本申请发明的方式11的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～10中的任一方式中，至少一个所述第一工序中的运行压力差为5MPa以上且10MPa以下。

·本申请发明的方式12的疏松RO膜的制造方法为如下制造方法，其中，使含有氧化剂的氧化剂溶液与RO膜接触。

·本申请发明的方式13的疏松RO膜的制造方法为如下制造方法，其中，在上述方式12中，所述调节后的所述疏松RO膜的表观截留率Robs在运行条件下为20％以上且90％以下。

·本申请发明的方式14的膜分离方法为如下膜分离方法，其中，在上述方式1～11中任一方式的膜分离方法中，使用通过上述方式12或13的制造方法制造的疏松RO膜。

本发明并不限定于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

实施例

以下，举出实施例和比较例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于以下的实施例。

<应用例>

按照比较例和实施例1实施了将反渗透法应用于对作为被处理液的浓度Cw＝25重量％的盐水进行浓缩的工艺的案例。该盐水的浓度C[mol/m³]和浓度C时的渗透压π_C[Pa]由以下的式(8)和式(9)计算。由此，浓度Cw＝25重量％的该被处理液的渗透压π_Cb为18.5MPa。

C＝0.003286×Cw³+0.6091×Cw²+99.2×Cw(8)

π_C＝0.7345C²+4229.9C(9)

(比较例)

在比较例中，使用最大运行压力差ΔPmax＝8MPa、纯水渗透系数Lp＝8.90×10^-12[m³/m²/s/Pa]、溶质渗透系数P＝1.00×10^-7[m/s]、反射系数σ＝0.999的反渗透膜尝试反渗透法处理。然而，在该条件下，(ΔP-σVπ)≈-10.5＜0，由上述式(4)表示的溶剂渗透通量成为负值，因此在该反渗透法处理中，无法将被处理液浓缩。

(实施例1)

在实施例1中，使用按照本发明的膜分离方法尝试被处理液的反渗透法处理。图3是示意性地表示在实施例1中使用的膜分离系统1A的构成的概略图。膜分离系统1A具备三个第一分离装置10(10A、10B、10C)和第二分离装置20。

第一分离装置10A为配置于最上游侧的装置，并且具备疏松RO膜50A。第一分离装置10B为配置于第一分离装置10A的透过侧的下游侧的装置，并且具备疏松RO膜50B。第一分离装置10C为配置于第一分离装置10B的透过侧的下游侧的装置，并且具备疏松RO膜50C。第二分离装置20为配置于第一分离装置10C的透过侧的下游侧的装置，并且具备反渗透膜60。

使用最大运行压力差ΔPmax＝8MPa、纯水渗透系数Lp＝1.50×10^-11[m³/m²/s/Pa]、溶质渗透系数P＝9.00×10^-6[m/s]、反射系数σ＝0.65的膜作为疏松RO膜50A和疏松RO膜50B。使用最大运行压力差ΔPmax＝8MPa、纯水渗透系数Lp＝1.26×10^-11[m³/m²/s/Pa]、溶质渗透系数P＝7.00×10^-6[m/s]、反射系数σ＝0.75的膜作为疏松RO膜50C。

反渗透膜60与比较例相同，为最大运行压力差ΔPmax＝8MPa、纯水渗透系数Lp＝8.90×10^-12[m³/m²/s/Pa]、溶质渗透系数P＝1.00×10^-7[m/s]、反射系数σ＝0.999的膜。

(膜分离操作的流程)

将被处理液(第一被处理液)通过管道11送至第一分离装置10A的被处理液侧。使第一被处理液通过疏松RO膜50A，在ΔP＝8MPa的条件下分离为第1A渗透液和第1A渗余液(浓缩液)(第1A工序)。将在第1A工序中得到的第1A渗余液通过管道13排出。

将第1A渗透液作为第1B被处理液通过管道12送至第一分离装置10B的被处理液侧。使第1B被处理液通过疏松RO膜50B，在ΔP＝8MPa的条件下分离为第1B渗透液和第1B渗余液(第1B工序)。将在第1B工序中得到的第1B渗余液作为再循环液通过管道16与第一被处理液混合。

将第1B渗透液作为第1C被处理液通过管道14送至第一分离装置10C的被处理液侧。使第1C被处理液通过疏松RO膜50C，在ΔP＝8MPa的条件下分离为第1C渗透液和第1C渗余液(第1C工序)。将在第1C工序中得到的第1C渗余液作为再循环液通过管道17与第1B被处理液混合。

将第1C渗透液作为第二被处理液通过管道15送至第二分离装置20的被处理液侧。使第二被处理液通过反渗透膜60，在ΔP＝8MPa的条件下分离为第二渗透液和第二渗余液(第二工序)。将在第二工序中得到的第二渗透液通过管道21排出。将在第二工序中得到的第二渗余液作为再循环液通过管道22与第1C被处理液混合。

将第一被处理液、第1B被处理液、第1C被处理液和第二被处理液使用泵进行升压，各分离装置的运行压力差ΔP＝8MPa。

(收敛条件的设定)

将各第一分离装置10A～10C和第二分离装置20中的边界膜内传质系数k设为8.00×10^-5[m/s]。另外，各第一分离装置10A～10C和第二分离装置20中的物料平衡如下计算。即，将被处理液侧的浓度Cb’[mol/m³]和渗透液浓度Cp[mol/m³]作为变量，实施了收敛计算以使得对于每0.001m²膜面积，上述式(3)、式(4)和式(7)成立。另外，将所需膜面积作为变量，将各再循环液的盐浓度与再循环汇合目标的被处理液的盐浓度相等作为收敛条件。

如上所述设定的物料平衡的详细数值如图3所示。如图3所示，通过使用膜分离系统1A的膜分离操作，通过最大运行压力差以下的操作，将第一被处理液脱水约30％，得到浓缩后的第一渗余液，并且能够实现99.9％以上的盐回收率。即，证明了膜分离系统1A能够通过最大运行压力差以下的操作对比较例中无法分离的具有18.5MPa的高渗透压的被处理液进行反渗透法处理。

标号说明

1、1A……膜分离系统

10、10A、10B、10C……第一分离装置

20……第二分离装置

50、50A、50B、50C……疏松RO膜

60……反渗透膜

Claims

1.一种膜分离方法，其为具有渗透压的被处理液的膜分离方法，其中，

所述疏松RO膜为使所述被处理液中所含的溶质的至少一部分与溶剂一起透过的膜，

(i)在将被处理液侧膜面浓度Cb’的渗透压设为π_Cb’、将最大运行压力差设为ΔPmax的情况下，所述被处理液满足以下的式(1)：

π_Cb’>ΔPmax(1)；或者

(ii)所述被处理液具有5MPa以上且100MPa以下的渗透压。

2.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，在所述第一工序中，在将被处理液侧与透过侧的渗透压差设为Δπ、将所述疏松RO膜的溶质的反射系数设为σ的情况下，运行压力差ΔP在满足以下的式(2)的范围内，

ΔP>σΔπ (2)。

3.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，所述疏松RO膜的溶质的表观截留率Robs在运行条件下为20％以上且90％以下。

4.根据权利要求3所述的膜分离方法，其中，在所述第一工序中，所述被处理液为25重量％的碳酸氢钾水溶液，在将该被处理液在液体温度40℃、运行压力差8MPa、pH为7以上且9以下、回收率10％以上且20％以下的条件下进行了处理的情况下，所述疏松RO膜的所述表观截留率Robs为20％以上且90％以下。

5.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，

所述反渗透膜的表观截留率Robs为95％以上。

6.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，所述膜分离方法包含1个以上且10个以下的所述第一工序。

7.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，至少一个所述疏松RO膜的纯水的渗透系数Lp为1×10^-12[m³/m²/s/Pa]以上且1×10^-9[m³/m²/s/Pa]以下，溶质的反射系数σ为0.2以上且0.9以下，溶质的渗透系数P为1×10^-8[m/s]以上且1×10^-5[m/s]以下。

8.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，所述膜分离方法包含多个所述第一工序，连续的所述第一工序中的至少一个第一工序的所述疏松RO膜的截留率高于上游的所述第一工序的所述疏松RO膜的截留率。

9.根据权利要求5所述的膜分离方法，其中，使用所述第一渗余液和/或所述第二渗余液的至少一部分作为第一被处理液和/或第二被处理液的一部分。

10.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，至少一个所述第一工序中的运行压力差为5MPa以上且10MPa以下。

11.一种疏松RO膜的制造方法，其中，使含有氧化剂的氧化剂溶液与RO膜接触。

12.根据权利要求11所述的疏松RO膜的制造方法，其中，所述调节后的所述疏松RO膜的表观截留率Robs在运行条件下为20％以上且90％以下。

13.根据权利要求1～10中任一项所述的膜分离方法，其中，所述膜分离方法使用通过权利要求11或12所述的制造方法制造的疏松RO膜。