CN212832952U

CN212832952U - 浓缩系统

Info

Publication number: CN212832952U
Application number: CN202020209466.3U
Authority: CN
Inventors: 三浦佑己; 合田昌平; 中尾崇人
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Dongyang Textile Mc Co ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: JP7427890B2; JP2021041359A

Abstract

本实用新型涉及一种浓缩系统，其具备：反渗透组件，其从被升压至规定压力的原液中，经反渗透膜而分离和回收水，排出作为被浓缩后的原液的浓缩原液；半透膜组件，其具有半透膜和由半透膜隔开的第一室和第二室，将浓缩原液作为第一对象液以规定压力流至第一室，以比规定压力低的压力将第二对象液流至第二室，使第一室内的第一对象液中包含的水经半透膜而过渡到第二室内的第二对象液中，从第一室排出浓缩液，从第二室排出稀释液，浓缩系统具备多个半透膜组件，还具备控制机构，其对于从多个半透膜组件中选择的至少一个半透膜组件，以在规定的时刻，停止第一对象液对于一部分的半透膜组件的供给，并实施半透膜的清洗的方式进行控制。

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，以降低使用反渗透(RO)法的海水淡化处理所需要的能量为目的，如下膜分离方法(卤水浓缩：brine concentration)得到研究：在半透膜组件的第一室中流通高压的对象液，在第二室流通低压的对象液，使第一室内的对象液中包含的水经半透膜而过渡至第二室内的对象液中，从第一室排出被浓缩的对象液，从第二室排出被稀释的对象液(例如，参照日本特开2018－1110号公报)。

另外，如下浓缩系统也得到研究：将从RO组件排出的浓缩液流至可以在更高压运转的半透膜组件的第一室，通过上述的卤水浓缩(BC)，以高于RO法的超高压条件对于浓缩液进一步进行浓缩。

在用于卤水浓缩的半透膜组件中，半透膜根据对象液的膜分离处理量，会随时间流逝而在表面附着悬浊质(例如，微粒子、微生物、水垢成分)等杂质，分离性能(过滤效率)降低。因此，希望半透膜组件的半透膜根据杂质的附着程度而每隔一定时间进行清洗。

但是，在实际的工厂中，因为重视运转效率，所以为了避免运转效率降低而导致清洗频率减少，其结果是，与杂质的附着程度相应的恰当时刻的半透膜的清洗有可能难以实行。清洗的时刻晚，则不能使半透膜的状态充分复原，其结果是，半透膜组件的分离性能有可能降低，或寿命有可能变短。另外，相反如果清洗频率过多时，处理效率有可能降低。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于，在通过卤水浓缩(BC)对从反渗透(RO)组件排出的浓缩液进一步进行浓缩的浓缩系统中，尽可能地提高运转效率，同时在恰当的时刻清洗用于BC的半透膜组件。

(1)一种浓缩系统，其具备：

反渗透组件，其从被升压至规定压力的原液中，经反渗透膜分离和回收水，排出作为被浓缩后的所述原液的浓缩原液；

半透膜组件，其具有半透膜和由所述半透膜隔开的第一室与第二室，将所述浓缩原液作为第一对象液以规定压力流至所述第一室，以比所述规定压力低的压力将第二对象液流至所述第二室，由此使所述第一室内的所述第一对象液中包含的水经所述半透膜而过渡到所述第二室内的所述第二对象液中，从所述第一室排出浓缩液，从所述第二室排出稀释液，

所述浓缩系统具备多个所述半透膜组件，

还具备控制机构，其对于从多个所述半透膜组件中选择的至少一个所述半透膜组件，以在规定时刻，停止所述第一对象液对于一部分所述半透膜组件的供给，并实施所述半透膜的清洗的方式进行控制。

(2)根据(1)所述的浓缩系统，其中，还具备流路切换装置，其用于切换与所述半透膜组件连接的流路。

(3)根据(1)或(2)所述的浓缩系统，其中，还具备清洗液储罐，其储存用于清洗所述半透膜的清洗液。

根据本实用新型，在通过卤水浓缩(BC)对从反渗透(RO)组件排出的浓缩液进一步进行浓缩的浓缩系统中，能够尽可能提高运转效率，同时在恰当的时刻清洗用于BC的半透膜组件。

本实用新型的上述和其他的目的、特征、局面和优点，将由与附图关联理解的本实用新型相关的以下详细的说明加以阐明。

附图说明

图1是表示实施方式的浓缩系统的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对于本实用新型的实施方式进行说明。还有，在附图中，相同的参照符号表示同一部分或相当部分。另外，为了附图的明了化和简略化，长度、宽度、厚度、深度等的尺寸关系会适宜变更，并不表示实际的尺寸关系。

＜浓缩系统＞

参照图1，本实施方式的浓缩系统具备：反渗透组件2；多个半透膜组件1a、1b、1c；控制机构3。

在反渗透组件2中，从被升压至规定压力的原液中经反渗透膜20分离和回收水，排出作为被浓缩后的原液的浓缩原液。

半透膜组件1a、1b、1c分别具有半透膜10和由半透膜隔开的第一室11和第二室12，以浓缩原液作为第一对象液，以规定压力使之流至第一室11，以比规定压力(第一液的压力)低的压力使第二对象液流至第二室12，由此使第一室11内的第一对象液中包含的水经半透膜过渡至第二室12内的第二对象液中，从第一室11排出浓缩液，从第二室12排出稀释液。

控制机构3，对于从多个半透膜组件中选择的至少一个半透膜组件，以如下方式进行控制：在规定的时刻，停止第一对象液对于一部分半透膜组件的供给，并实施半透膜的清洗。

〔反渗透组件〕

本实施方式的浓缩系统，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而供给到RO组件2的第一室21。RO组件2从被升压至规定压力的原液中，经反渗透(RO)膜20而将水(渗透水)向第二室22侧分离，由此从第一室21排出作为被浓缩后的原液的浓缩原液，从第二室22排出水。

在本说明书中，“原液”只要是供给到RO组件2的含有水的液体便没有特别限定，也可以是溶液和悬浊液的任意一种。作为原液，例如，可列举海水、河水、微咸水、排水等。作为排水，例如，可列举工业排水、生活排水、油田或气田的排水等。

还有，在高压泵2a的上游侧，为了除去原液中包含的悬浊质(微粒子、微生物、水垢成分等)，也可以具备未图示的前处理装置。作为前处理装置，例如可列举：使用了砂滤装置或UF(Ultrafiltration：超滤)膜、MF(Microfiltration：微孔过滤)膜等的过滤装置；氯、次氯酸钠、凝集剂、防水垢剂等的添加装置；pH值的调整装置等。还有，所谓防水垢剂，就是具有防止或抑制液体中的水垢成分作为水垢析出这一作用的添加剂。作为防水垢剂，例如，可列举多磷酸系、膦酸系、次膦酸系、多羧酸系等的化合物。

在本实施方式中，在RO组件2(第一室21)的下游侧，连接半透膜组件1a、1b、1c。供给到半透膜组件(分别供给到半透膜组件1a、1b、1c)的第一室11的第一对象液，是从RO组件2的第一室21排出的浓缩原液。因为从RO组件2排出的浓缩原液具有高压力，所以借助此压力被送至半透膜组件侧。

〔半透膜组件〕

多个半透膜组件1a、1b、1c分别具有半透膜10和由半透膜10隔开的第一室11和第二室12。

第一对象液(从RO组件2的第一室21排出的浓缩原液)，在规定压力下流入到第一室11，第二对象液，在比规定压力低的压力下流入到第二室12。由此，第一室11内的第一对象液中包含的水经半透膜10过渡到第二室12内的第二对象液中，浓缩液(浓缩的第一对象液)从第一室11被排出，稀释液(稀释的第二对象液)从第二室12被排出。

还有，第一对象液和第二对象液也可以是相同的液体。例如，如图1所示，具有规定压力的第一对象液的一部分，也可以通过降压装置4，从而在比上述规定压力低的压力下流至第二室。

作为降压装置4，例如可列举：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的流路和其他流路而进行流动的分流阀、减压器或能量回收装置等。在此，降压装置4(分流阀)具有将流至第二室12的对象液减压至比规定压力低的压力的功能。还有，通过使用这样的降压装置，例如具有如下优点：半透膜组件的上游侧的对象液的流路有一条即可。

图1的情况下，因为流入到半透膜组件(半透膜组件1a、1b、1c各自)的第一室11和第二室12的对象液是相同的液体，所以具有基本上相等的渗透压。因此，无需像RO法那样，为了对抗对象液(高渗透压液)与淡水之间的高渗透压差而使反渗透发生的高压力，而是能够由比较低的加压，实施对象液的膜分离(能够稀释一部分的对象液，并浓缩另一部分的对象液)。

但是，在本实施方式中，供给到半透膜组件的第二室12的第二对象液，也可以是与供给到第一室11的第一对象液相互独立的液体。

即使流至第一室11的第一对象液与流至第二室12的第二对象液是不同的液体，两者之间浓度不同时，如果该渗透压差(绝对值)小于供给到第一室11的第一对象液的压力，则理论上，可以实施由BC进行的膜分离。这种情况下，优选流入第一室11(高压侧)的第一对象液的渗透压与供给到第二室12(低压侧)的第二对象液的渗透压之差，为供给到第一室11的第一对象液的规定压力的30％以下。

还有，半透膜组件1a、1b、1c，如图1所示，各自也可以是1个半透膜组件，但优选为并列连接的多个半透膜组件所构成的半透膜组件群(串列)。由后述的控制机构进行的控制，例如，对于每个这样的半透膜组件群实施。

另外，半透膜组件1a、1b、1c各自的BC的工序，如图1所示，也可以是使用1个半透膜组件的单段工序，但也可以是使用(串联连接的)多个半透膜组件的多段的工序。

半透膜组件中的作为膜分离处理的卤水浓缩(BC)中，为了经半透膜组件的半透膜10而使水从第一室11过渡到第二室12，需要使供给到第一室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，为了由单段工序(1个半透膜组件)高度浓缩第一对象液，需要进行与之相应的高压力下的供给，存在用于泵的工作的能量消耗增加等的缺点。因此，使浓缩工序分阶段，以降低BC所需要的压力等为目，也可以通过使用了多个半透膜组件的多段工序来实施BC。关于由这样的多段工序进行的BC，例如，公开在日本特开2018－069198号公报中。

作为半透膜，例如，可列举被称为反渗透(RO)膜、正渗透(FO)膜、纳米过滤(NF)膜的半透膜。还有，作为半透膜而使用反渗透膜、正渗透膜或纳米过滤膜时，优选供给到第一室11的第一对象液的压力为6～10MPa。

通常，RO膜和FO膜的孔径约2nm以下，UF膜的孔径约2～100nm。NF膜在RO膜之中离子和盐类的阻止率比较低，通常，NF膜的孔径约1～2nm。作为半透膜而使用RO膜、FO膜或NF膜时，RO膜、FO膜或NF膜的除盐率优选为90％以上。

作为构成半透膜的材料没有特别限定，例如，可列举纤维素系树脂、聚砜系树脂、聚酰胺系树脂等。半透膜优选由含有纤维素系树脂和聚砜系树脂的至少任意一种的材料构成。

纤维素系树脂，优选为醋酸纤维素系树脂。醋酸纤维素系树脂具有对于作为杀菌剂的氯有耐受性，能够抑制微生物繁殖的特征。醋酸纤维素系树脂优选醋酸纤维素，从耐久性方面出发，更优选三醋酸纤维素。

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(和上述的反渗透膜20)的形状，没有特别限定，例如，可列举平片膜或中空纤维膜。还有，在图1中，作为半透膜10而对于平片膜进行了简略化描述，但并不特别限定于这样的形状。还有，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，在能够提高浸透效率方面有利。

另外，作为半透膜组件(和上述的反渗透组件2)的形态，没有特别限定，但使用中空纤维膜时，可列举直线配置中空纤维膜而成的组件，和将中空纤维膜缠绕在芯管上的密绕型组件等。使用平片膜时，可列举堆叠平片膜的层叠型组件，和使平片膜为信封状而缠绕在芯管上的螺旋型组件等。

作为具体的中空纤维膜的一例，可列举整体由纤维素系树脂构成的单层结构的膜。但是，这里所说的单层结构，不需要层整体是均匀的膜，例如，如日本特开2012－115835号公报公开那样，优选为在外周表面附近具有致密层，该致密层为实质上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另一例，可列举在支承层(例如，由聚苯醚构成的层)的外周表面具有由聚亚苯基系树脂(例如，磺化聚醚砜)构成的致密层的双层结构的膜。另外，作为其他例，还可列举在支承层(例如，由聚砜或聚醚砜构成的层)的外周表面具有由聚酰胺系树脂构成的致密层的双层结构的膜。

还有，在使用了中空纤维膜的半透膜组件中，通常，中空纤维膜的外侧为第一室。这是由于，即使对于在中空纤维膜的内侧(中空部)流动的流体加压，也只会压力损失变大，加压难以充分起作用

〔控制机构〕

控制机构3，以如下方式控制浓缩系统：对于从多个半透膜组件1a、1b、1c中选择的至少一个半透膜组件，在规定的时刻，停止第一对象液对于一部分的半透膜组件的供给，并实施半透膜的清洗。

清洗在至少中止一部分半透膜组件(半透膜组件群)的使用的状态下实施，但优选其以外的半透膜组件(半透膜组件群)的使用继续进行，作为浓缩系统整体继续运转。由此，能够抑制浓缩系统的处理效率的降低。另外，能够持续地实施浓缩系统的处理，能够省略一下子停止系统整体的动转而后再度指示运转时的初调等的复杂的操作。

还有，清洗例如对于多个半透膜组件(半透膜组件群)1a、1b、1c，可以按规定的顺序和时刻一个一个地实施。

清洗的顺序和时刻，以及各个半透膜组件的清洗时间和清洗的程度，能够基于表示半透膜的污染程度(水垢等的附着的程度)的指标，由各种公知的模拟等决定。

作为各个半透膜组件(半透膜组件群)的半透膜的污染程度的指标，例如，可列举半透膜组件的流入侧与排出侧之间的压力差、半透膜组件的渗透水量(流入侧与排出侧的流量差)等。

作为半透膜(半透膜组件)的清洗法，没有特别限定，例如，可列举用清洗液进行的清洗，逆洗(负压清洗)，冲洗等。

(用清洗液进行的清洗)

用清洗液进行的清洗，例如，能够通过如下方式实施：以停止第一对象液对于半透膜组件的供给，并且，使储存在清洗液储罐5中的清洗液供给到半透膜组件(各个半透膜组件1a、1b、1c)的第一室11(或者，第一室11和第二室12的两方)的方式，在切换三通阀31、32、33的任意1个的状态下，通过驱动泵5a来实施。

化学清洗所用的清洗液，只要可以清洗半透膜的污垢便没有特别限定。作为清洗液，可列举水、化学液等。作为清洗液，例如，也可以使用从RO组件2的第二室22排出的渗透水、由BC得到的稀释液(从半透膜组件的第二室排出的被稀释的第二对象液)等。

作为化学液所用的药剂，例如，使用可以除去附着在半透膜上的水垢(硫酸钙、硫酸镁、碳酸钙、硅酸盐等)的药剂，或可以除去由生物生成作为生物污损的原因的有机物的药剂。作为这样的药剂，例如，可列举表面活性剂、酸剂(盐酸等的无机酸、羧酸等的有机酸等)、碱剂等。作为具体的药剂，例如，可适宜使用柠檬酸、次氯酸钠等。柠檬酸对于因无机物引起的污垢适用。次氯酸钠对于因有机物引起的污垢适用。

还有，例如，也可以实施用水的清洗和用化学液的清洗这两方。例如，也可以在用水清洗后用化学液进行清洗，再用水进行清洗。

(逆洗)

在用于BC的半透膜组件中，所谓逆洗，就是使透过半透膜10的水的移动方向与浓缩系统的运转时成为反方向，是物理性地除去附着在半透膜10上的污垢的清洗方法。

还有，这样的逆洗，可以通过在浓缩系统中设置必要的流路、三通阀、泵等，由控制机构3切换三通阀的流路，控制泵的驱动等来加以实施。

(冲洗)

所谓冲洗，就是以低压、高流量的清洗液冲洗附着在半透膜10的表面的污垢的清洗方法。作为清洗液，能够使用与上述同样的水、化学液等。冲洗对于除去附着较轻的污垢是有效的方法。因此，例如，通过在半透膜的污染进行之前定期实施冲洗，从而能够得到预防膜污染的效果。

为了实施上述这样的清洗，在浓缩系统中，优选还具备流路切换装置，其用于切换连接于所述半透膜组件上的流路。另外，优选浓缩系统还具备清洗液储罐，其可储存用于清洗所述半透膜的清洗液。

对于本实用新型的实施方式进行了说明，但应该认识到，本次公开的实施方式全部点都是例示而非限制性的。本实用新型的范围由请求范围表示，意思是包括与请求范围等同的意思和范围内的一切变更。

Claims

1.一种浓缩系统，其特征在于，具备：

半透膜组件，其具有半透膜和由所述半透膜隔开的第一室与第二室，以规定压力将所述浓缩原液作为第一对象液流至所述第一室，以比所述规定压力低的压力将第二对象液流至所述第二室，由此使所述第一室内的所述第一对象液中包含的水经所述半透膜而过渡至所述第二室内的所述第二对象液中，从所述第一室排出浓缩液，从所述第二室排出稀释液，

所述浓缩系统具备多个所述半透膜组件，

2.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，还具备流路切换装置，其用于切换与所述半透膜组件连接的流路。

3.根据权利要求1或2所述的浓缩系统，其特征在于，还具备清洗液储罐，其储存用于清洗所述半透膜的清洗液。