CN212504126U - 浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种浓缩系统，其具备半透膜组件，所述半透膜组件具有半透膜、被半透膜隔开的第一室和第二室，通过使第一对象液以规定压力流入第一室，且使第二对象液以低于规定压力的压力流入第二室，从而使第一室内的第一对象液所包含的水经由半透膜而向第二室内的第二对象液转移，从第一室中排出浓缩液，从第二室中排出稀释液，所述浓缩系统还具备监控与浓缩系统的运转相关的至少1个参数的监控装置。

Description

浓缩系统

技术领域

本实用新型涉及浓缩系统。

背景技术

例如，以降低使用了反渗透(RO)法的淡水化处理所需的能量等作为目的，研究了下述膜分离方法(卤水浓缩：brine concentration)，其通过向半透膜组件的第一室中流入高压的对象液，向第二室中流入低压的对象液，并使第一室内的对象液所包含的水经由半透膜向第二室内的对象液转移，从而从第一室中排出经浓缩的对象液，从第二室中排出经稀释的对象液(例如参照日本特开2018-1110号公报)。

实用新型内容

在卤水浓缩(BC)所使用的半透膜组件中，半透膜发生如下问题：根据对象液的膜分离处理量而经时地在表面附着悬浊质(例如微粒、微生物、水垢成分)等杂质，分离性能(过滤效率)降低等。因此，对于半透膜组件的半透膜，期望按照与杂质的附着程度相符的适当频率来实施适当时间的清洗。

此外，半透膜的透水量因浓度(渗透压)、温度、pH等参数而发生变化。根据这种透水量的变化，还存在水垢析出等杂质向半透膜上的附着增加的可能性。例如，若透水量比设想更大，则因透过水的增加而存在浓缩率增加、容易发生水垢析出等的可能性。因此，期望进行考虑上述参数的工序管理。

像这样，在使用了BC的浓缩系统运转中，期望进行根据各种要素的适当的管理。

因此，本实用新型的目的在于，提供能够在使用了卤水浓缩(BC)的浓缩系统运转中实施适当管理的浓缩系统。

(1)一种浓缩系统，其具备半透膜组件，所述半透膜组件具有半透膜、被上述半透膜隔开的第一室和第二室，通过使第一对象液以规定压力流入上述第一室，且使第二对象液以低于上述规定压力的压力流入上述第二室，从而使上述第一室内的上述第一对象液所包含的水经由上述半透膜向上述第二室内的上述第二对象液转移，从上述第一室中排出浓缩液，从上述第二室中排出稀释液，

所述浓缩系统还具备监控与上述浓缩系统的运转相关的至少1个参数的监控装置。

(2)根据(1)所述的浓缩系统，其具备多个上述半透膜组件。

(3)根据(1)或(2)所述的浓缩系统，其中，上述参数包括上述半透膜组件中的上述第一对象液和上述第二对象液中至少任一个的流量和压力。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的浓缩系统，其还具备：基于用上述监控装置监控的上述至少1个参数来控制上述浓缩系统的运转的控制机构。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的浓缩系统，其还具备：经由反渗透膜从升压至规定压力的原液中分离及回收水，并排出经浓缩的上述原液、即浓缩原液的反渗透组件，

上述浓缩原液作为上述第一对象液而以规定压力流入上述第一室。

在本实用新型中，可提供通过监控浓缩系统中的各种参数而能够在使用卤水浓缩(BC)的浓缩系统运转中实施适当管理的浓缩系统。

该实用新型的上述目的和其它目的、特征、局面和优点根据与附图关联理解的该实用新型相关的下述详细说明来得以明确。

附图说明

图1是表示实施方式1的浓缩系统的示意图。

图2是表示实施方式2的浓缩系统的示意图。

具体实施方式

以下，针对本实用新型的实施方式，参照附图进行说明。需要说明的是，在附图中，相同的附图标记表示同一部分或相应部分。此外，为了附图的明确化和简略化，长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系进行了适当变更，不表示实际的尺寸关系。

<实施方式1>

参照图1，本实施方式的浓缩系统具备半透膜组件1和监控装置3。

半透膜组件1具有半透膜10、被半透膜隔开的第一室11和第二室12，通过使浓缩原液作为第一对象液以规定压力流入第一室11，且使第二对象液以低于规定压力(第一液的压力)的压力流入第二室12，从而将第一室11内的第一对象液所包含的水经由半透膜向第二室12内的第二对象液转移，从第一室11中排出浓缩液，从第二室12中排出稀释液。

监控装置3监控与浓缩系统的运转相关的至少1个参数。

〔半透膜组件〕

多个半透膜组件1具有半透膜10、被半透膜10隔开的第一室11和第二室12。

半透膜组件1的数量没有特别限定，如图1所示那样，在浓缩系统具备多个半透膜组件1的情况下，由于在组件间流动的流体在高压的状态下进行流动等理由，能够开放的流路少、难以取样等，因此，对各流路预先设置传感器，监控由传感器得到的各种参数并进行工序管理是特别有效的。

第一对象液以规定压力流入第一室11，且第二对象液以低于规定压力的压力流入第二室12。由此，第一室11内的第一对象液所包含的水经由半透膜10而向第二室12内的第二对象液转移，从第一室11中排出浓缩液(经浓缩的第一对象液)，从第二室12中排出稀释液(经稀释的第二对象液)。

需要说明的是，第一对象液与第二对象液可以为相同的液体。例如，如图1所示那样，通过使具有规定压力的第一对象液的一部分通过压力降低装置4，从而可以以低于上述规定压力的压力流入第二室。

作为压力降低装置4，可列举出例如能够将具有规定压力的第一对象液分流至朝向半透膜组件的第二室12的流路和其它流路的分流阀、减压器或能量回收装置等。此处，压力降低装置4(分流阀)具有将流向第二室12的对象液减压至低于规定压力的压力的功能。需要说明的是，通过使用这种压力降低装置，从而具有例如半透膜组件的上游侧的对象液的流路为1条即可的优点。

在图1的情况下，流入半透膜组件(各个半透膜组件1)的第一室11和第二室12的对象液为相同的液体，因此，具有基本相等的渗透压。因此，不需要像RO法那样地用于对抗对象液(高渗透压液体)与淡水之间的高渗透压差而发生反渗透的高压力，能够利用较低压力的加压来实施对象液的膜分离(能够将一部分对象液稀释，并将其它一部分对象液浓缩)。

其中，本实施方式中，向半透膜组件的第二室12供给的第二对象液与向第一室11供给的第一对象液可以为独立的液体。

即使在向第一室11流入的第一对象液与向第二室12流入的第二对象液为不同的液体、两者之间的浓度不同的情况下，若其渗透压差(绝对值)比供给至第一室11的第一对象液的压力小，则理论上能够利用BC来进行膜分离。在该情况下，流向第一室11(高压侧)的第一对象液的渗透压与供给至第二室12(低压侧)的第二对象液的渗透压之差优选为供给至第一室11的第一对象液的规定压力的30％以下。

此外，使用了半透膜组件1的BC的工序如图1所示那样优选为使用了(串联连接)的多个半透膜组件的多段工序，可以为使用了1个半透膜组件的1段工序。

在利用半透膜组件进行的膜分离处理即卤水浓缩(BC)中，为了经由半透膜组件的半透膜10从第一室11向第二室12转移水，需要使供给至第一室11的第一对象液的压力大于在半透膜10的两侧流动的第一对象液与第二对象液的渗透压差。因此，为了利用1段工序(1个半透膜组件)将第一对象液高度浓缩，需要以与其相符的高压力来供给，存在用于运转泵的能量成本增加等缺点。因此，出于阶段性进行浓缩工序、降低BC所需的压力等的目的，也可以通过使用了多个半透膜组件的多段工序来实施BC。针对基于这种多段工序的BC，例如公开在日本特开2018-069198号公报中。

作为半透膜，可列举出例如被称为反渗透(RO)膜、正渗透(FO)膜、纳米过滤(NF)膜的半透膜。需要说明的是，作为半透膜而使用反渗透膜或正渗透膜、纳米过滤膜时，供给至第一室11的第一对象液的压力优选为6～10MPa。

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膜是在RO膜之中离子、盐类的阻止率较低的，通常，NF膜的孔径约为1～2nm。作为半透膜而使用RO膜或FO膜、NF膜时，RO膜或FO膜、NF膜的盐去除率优选为90％以上。

作为构成半透膜的材料，没有特别限定，可列举出例如纤维素系树脂、聚砜系树脂、聚酰胺系树脂等。半透膜优选由包含纤维素系树脂和聚砜系树脂中至少任一种的材料构成。

纤维素系树脂优选为乙酸纤维素系树脂。乙酸纤维素系树脂对于作为杀菌剂的氯具有耐性，具有能够抑制微生物增殖的特征。乙酸纤维素系树脂优选为乙酸纤维素，从耐久性观点出发，更优选为三乙酸纤维素。

聚砜系树脂优选为聚醚砜系树脂。聚醚砜系树脂优选为磺化聚醚砜。

作为半透膜10(和上述反渗透膜20)的形状，没有特别限定，可列举出例如平膜或中空纤维膜。需要说明的是，在图1中，作为半透膜10而简化地描画了平膜，但并非特别限定于这种形状。需要说明的是，中空纤维膜(中空纤维型半透膜)与螺旋型半透膜等相比，能够增大每个组件的膜面积，能够提高渗透效率，从这一点来看是有利的。

此外，作为半透膜组件(和上述反渗透组件2)的形态，没有特别限定，在使用中空纤维膜的情况下，可列举出直接配置有中空纤维膜的组件、将中空纤维膜卷绕于芯管的交叉卷绕型组件等。在使用平膜的情况下，可列举出堆叠平膜的层叠型组件、将平膜制成信封状并卷绕于芯管的螺旋型组件等。

作为具体的中空纤维膜的一例，可列举出整体由纤维素系树脂构成的单层结构的膜。其中，此处提及的单层结构不需要层整体为均匀的膜，例如，如日本特开2012-115835号公报中公开的那样，优选在外周表面附近具有致密层，且该致密层实质上成为规定中空纤维膜的孔径的分离活性层。

作为具体的中空纤维膜的其它例，可列举出在支承层(例如包含聚苯醚的层)的外周表面具有包含聚亚苯基系树脂(例如磺化聚醚砜)的致密层的双层结构的膜。此外，作为其它例，可列举出在支承层(例如包含聚砜或聚醚砜的层)的外周表面具有包含聚酰胺系树脂的致密层的双层结构的膜。

需要说明的是，在使用了中空纤维膜的半透膜组件中，通常，中空纤维膜的外侧成为第一室。这是因为：即使将在中空纤维膜的内侧(中空部)流动的流体进行加压，压力损失也变大，加压难以充分发挥作用。

〔监控装置〕

监控装置3监控与浓缩系统的运转相关的至少1个参数。

监控装置3以能够获取例如利用至少1个传感器5获取的各种参数(测定值)的信息的方式来构成。例如，监控装置3能够利用有线通信或无线通信而与传感器5进行通信。

传感器5设置在例如构成浓缩系统的流路内。传感器5优选至少设置于BC所使用的半透膜组件1的第一室11和/或第二室12的流入侧和/或排出侧的流路。

作为被监控的参数，可列举出例如流量、压力、压差、温度、TDS(总溶解固体物)、电导率、TOC(总有机碳)、COD(化学需氧量)、BOD(生物化学需氧量)、SS(浮游物质)、DO(溶存氧)、残留氯浓度、ORP(氧化还原电位)、pH、硬度、碱度等。作为传感器5，可列举出例如这些参数的测定设备。

参数优选包括半透膜组件1中的第一对象液和第二对象液中至少任一个的流量和压力。第一对象液的流量和压力优选为第一室11的流入侧(入口)和排出侧(出口)的流量和压力。第二对象液的流量优选为第二室12的流入侧(入口)和排出侧(出口)的流量和压力。

监控装置3定期或连续地获取例如利用这些传感器5(测定设备)而得到的参数(测定值)。

通过利用监控装置3来监控浓缩系统中的各种参数，能够在使用了卤水浓缩(BC)的浓缩系统的运转中实施适当的管理。

通过监控浓缩系统中的各种参数，能够有效地实施例如清洗、杀菌等处理，判定或预测故障，快速应对故障，能够稳定地运转浓缩系统。

<实施方式2>

参照图2，本实施方式的浓缩系统还具备控制机构6。

〔控制机构〕

控制机构6基于用监控装置3监控的上述至少1个参数来控制浓缩系统的运转。控制机构6优选控制例如半透膜组件1中的第一对象液和第二对象液中至少任一个的流量和压力。

作为基于控制机构6的控制，可列举出例如反馈控制、故障的检测等。

作为反馈控制，可列举出例如利用控制部以透过水的流量达到预先设定的目标流量值的方式，使用浓缩系统的系统内物理量(参数)来演算泵(泵1a、高压泵2a等)的最佳驱动频率，并将值信号输出至泵的变频器，从而控制泵的驱动频率。

此外，例如对于在半透膜组件1的第一室11内要浓缩的第一对象液而言，为了以水垢成分(碳酸氢钙等)不超过允许浓度的方式调整浓缩倍率、即透过水的流量(〔第一室11的入口的流量〕-〔第一室11的出口的流量〕)，可列举出控制第一对象液和第二对象液的流量、压力等。第一对象液中的水垢成分的允许浓度(不析出碳酸钙等水垢的范围的最大浓度)例如可基于第一对象液的pH、硬度、碱度、温度等参数信息和水垢(碳酸钙等)的溶解度、各种水垢析出判定式来演算。

作为故障的检测，可列举出例如在检测到因半透膜10和RO膜20的破损等半透膜组件1和RO组件2的破损而导致的参数的急剧变化时发出警告的控制。此外，也可列举出基于成为半透膜组件的半透膜的污染程度指标的参数来控制清洗频率、时间、程度等。

〔RO+BC〕

作为使用BC的浓缩系统，还研究了如图2所示那样将从反渗透(RO)组件2排出的浓缩原液进一步流入能够在高压下运转的半透膜组件的第一室，利用上述卤水浓缩(BC)将浓缩原液在比RO法超高压的条件下进一步浓缩的浓缩系统。

反渗透组件2从升压至规定压力的原液中经由反渗透膜20分离及回收水，并排出经浓缩的原液、即浓缩原液。

参照图2，在反渗透(RO)组件2的上游侧具备高压泵2a。高压泵2a将原液升压至规定压力并供给至RO组件2的第一室21。RO组件2通过从升压至规定压力的原液中经由反渗透(RO)膜20将水(透过水)向第二室22侧分离，从而将经浓缩的原液、即浓缩原液从第一室21中排出，将水从第二室22中排出。

本说明书中，“原液”只要是向RO组件2中供给的包含水的液体，就没有特别限定，可以为溶液和悬浮液中的任一个。作为原液，可列举出例如海水、河水、微咸水、排水等。作为排水，可列举出例如工业排水、生活排水、油田或气田的排水等。

需要说明的是，为了去除原液中包含的悬浊质(微粒、微生物、水垢成分等)，可以在高压泵2a的上游侧具备未图示的前处理装置。作为前处理装置，可列举出例如砂过滤装置；使用了UF(Ultrafiltration：超滤)膜、MF(Microfiltration：微滤)膜等的过滤装置；氯、次氯酸钠、凝集剂、抗水垢剂等的添加装置；pH的调整装置等。需要说明的是，抗水垢剂是指具有防止或抑制液体中的水垢成分以水垢的形式析出这一作用的添加剂。作为抗水垢剂，可列举出例如多磷酸系、膦酸系、次膦酸系、聚羧酸系等化合物。

本实施方式中，在RO组件2(第一室21)的下游侧连接半透膜组件1。向半透膜组件(各个半透膜组件1)的第一室11供给的第一对象液是从RO组件2的第一室21排出的浓缩原液。从RO组件2排出的浓缩原液具有高压力，因此，利用其压力送向半透膜组件侧。

在将图2所示那样的RO法与BC法加以组合的浓缩系统中，为了以高浓缩率实施浓缩，由于容易在半透膜的表面发生水垢析出等杂质的附着，因此，监控各种参数来进行工序管理是特别有效的。

需要说明的是，本实施方式中，浓缩系统可以进一步具备能量回收装置7。如图2所示那样地设置能量回收装置7时，通过回收从半透膜组件1的第一室11中排出的液体(经浓缩的第一对象液)的压力能量，并赋予向RO组件2供给的原液，能够削减高压泵2a所需的能量。

针对本实用新型的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，没有限定性作用。本实用新型的范围示于请求范围，是指包括与请求范围等同的含义和范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种浓缩系统，其特征在于，具备半透膜组件，所述半透膜组件具有半透膜、被所述半透膜隔开的第一室和第二室，通过使第一对象液以规定压力流入所述第一室，且使第二对象液以低于所述规定压力的压力流入所述第二室，从而使所述第一室内的所述第一对象液所包含的水经由所述半透膜向所述第二室内的所述第二对象液转移，从所述第一室中排出浓缩液，从所述第二室中排出稀释液，

所述浓缩系统还具备监控与所述浓缩系统的运转相关的至少1个参数的监控装置。

2.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，具备多个所述半透膜组件。

3.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，所述参数包括所述半透膜组件中的所述第一对象液和所述第二对象液中至少任一个的流量和压力。

4.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，还具备：基于用所述监控装置监控的所述至少1个参数来控制所述浓缩系统的运转的控制机构。

5.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，还具备：经由反渗透膜从升压至规定压力的原液中分离及回收水，并排出经浓缩的所述原液、即浓缩原液的反渗透组件，

所述浓缩原液作为所述第一对象液而以规定压力流入所述第一室。

Images