CN212832953U - 浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种浓缩系统，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，排出作为被浓缩的原液的浓缩原液；净化装置，其从浓缩原液中除去硬质成分和悬浊质成分的至少任意一种，并作为第一对象液排出；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，以规定压力使第一对象液流至第一室，以比规定压力低的压力使第二对象液流至第二室，从而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，从第一室排出浓缩液，从第二室排出稀释液。

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，如下的膜分离方法(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，在第二室中流通低压的对象液，使第一室内的对象液中包含的水经半透膜过渡到第二室内的对象液中，由此从第一室中排出浓缩的对象液，从第二室中排出稀释的对象液(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。

如果供给到RO组件的海水等的原液含有水垢成分(碳酸氢盐等的硬质成分)时，则由RO组件浓缩时，水垢成分被浓缩而在半透膜的表面等作为结垢(碳酸盐等)析出，发生半透膜堵塞等的问题。因此，原液含有水垢成分时，要在RO组件内没有析出水垢的程度下，通过防水垢剂的添加等，对于原液实施水垢成分的析出抑制或减少化处理。

在此，水垢成分的析出抑制或减少化的水平(防水垢剂的添加量等)，只要是不会因RO组件内的浓缩而析出水垢的水平即可，不需要从原液中把水垢成分完全除去。因此存在如下情况：从RO组件排出的浓缩液中，若进一步提升浓缩度，则会成为容易发生水垢的这种水平的溶液组成。

因此，在RO组件之后组合卤水浓缩(BC)进一步进行浓缩的浓缩系统中，从RO组件排出的浓缩液通过BC被进一步浓缩时，在用于BC的半透膜组件中有可能发生水垢。另外，在BC时，如果液体的水温和pH 值变动，则也有可能析出水垢(硬质成分)。

在用于BC的半透膜组件中，若水垢析出，则存在膜闭塞(堵塞)等问题发生的可能性。

另外，也有被供给到RO组件的海水等的原液中含悬浊质成分(有机物、微生物等)的情况。对于此悬浊质成分，通常，也是在RO组件内不会因悬浊质成分而发生膜闭塞的程度下，对于原液实施悬浊质成分的减少化处理。但是，从RO组件排出的浓缩液进一步通过BC被浓缩时，在用于BC的半透膜组件中，由于悬浊质成分达成高浓度，从而有可能发生与水垢成分同样的问题。

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)对于从反渗透 (RO)组件排出的浓缩液进一步进行浓缩的浓缩系统中，抑制用于BC的半透膜组件的膜闭塞等。

(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；

净化装置，其从所述浓缩原液中除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，并作为第一对象液排出；

半透膜组件，其具有半透膜和由所述半透膜隔开的第一室和第二室，将所述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。

(2)根据(1)所述的浓缩系统，其中，所述净化装置，从所述浓缩原液中按顺序除去悬浊质成分和硬质成分，作为第一对象液排出。

(3)根据(1)或(2)所述的浓缩系统，其中，在连接所述反渗透组件和所述净化装置的流路上具有分支流路，其用于使所述浓缩原液的一部分不通过所述净化装置，而供给到所述半透膜组件的所述第一室中。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的浓缩系统，其中，具备能量回收装置，其回收所述浓缩原液的能量。

根据本实用新型，在通过卤水浓缩(BC)对于从反渗透(RO)组件排出的浓缩液进一步进行浓缩的浓缩系统中，能够抑制用于BC的半透膜组件的膜闭塞等。

本实用新型的上述和其他目的、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1的浓缩系统的示意图。

图2是表示实施方式1的浓缩系统的一例的示意图。

图3是表示实施方式1的浓缩系统的另一例的示意图。

图4是表示实施方式1的浓缩系统的另一例的示意图。

图5是表示实施方式1的浓缩系统的变形例的示意图。

图6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，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。

＜实施方式1＞

参照图1，本实施方式的浓缩系统具备反渗透组件2、净化装置3、半透膜组件1。

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。

在净化装置3中，从浓缩原液中除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，作为第一对象液排出。

在半透膜组件1中，具有半透膜10和由半透膜隔开的第一室11和第二室12，通过以规定压力使第一对象液流至第一室11，以比规定压力(第一对象液的压力)低的压力使第二对象液流至第二室12，由此使第一室 11内的第一对象液所包含的水经半透膜而过渡到第二室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。

还有，在净化装置3中，所谓“除去”硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，无需一定完全除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，只要除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种的至少一部分即可。即，能够降低硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种的量即可。

以下，对于本实施方式的浓缩系统的详情进行说明。

〔反渗透组件〕

本实施方式的浓缩系统中，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，溶液和悬浊液的任意一种都可以。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，为了除去原液中所含的悬浊质(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值的调节装置等。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的这一作用的添加剂。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，连接有净化装置3和半透膜组件1。供给到半透膜组件1的第一室11的第一对象液，是从该浓缩原液的至少一部分中除去了硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种的液体。

因为从RO组件2排出的浓缩原液具有高压力，所以借助该压力被送至半透膜组件1侧。但是，净化装置3多为耐压性不高的情况，因此浓缩原液通常会以压力被降压装置3a降低的状态供给到净化装置3。因此，在净化装置3与半透膜组件1之间的流路上，通常设有用于将第一对象液送至半透膜组件1的升压泵1a。还有，作为压力降低装置3a，例如，可列举分流阀、减压器或能量回收装置等。

〔净化装置〕

在净化装置3中，从RO组件2所排出的浓缩原液中，除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，作为第一对象液排出。

从浓缩原液除去硬质成分，例如，由后述的软水化装置31(参照图2) 实施。

从浓缩原液除去悬浊质成分，例如，由后述的悬浊质除去装置32(参照图3)实施。

在净化装置3中，可以从浓缩原液中除去硬质成分或悬浊质成分中的任意一种，也可以除去硬质成分和悬浊质成分这两方。

即，净化装置3，例如，可以如图2所示这样只含有软水化装置31，也可以如图3所示这样只含有悬浊质除去装置32，也可以如图4所示这样含有软水化装置31和悬浊质除去装置32这两方。

还有，以净化装置3，从浓缩原液中除去硬质成分和悬浊质成分这两方时，优选从浓缩原液中按顺序除去悬浊质成分和硬质成分，作为第一对象液排出。即，净化装置3含有软水化装置31和悬浊质除去装置32这两方时，优选从浓缩原液流动的上游侧起，按顺序依次设置悬浊质除去装置 32和软水化装置31(参照图4)。

这是因为，在硬质成分的除去中，例如会使用纳米过滤膜等的具有更微细的多孔的膜，从而容易发生膜闭塞，因此先除去悬浊质成分的方法，难以发生硬质成分的除去时的膜闭塞等的问题。

在本实施方式中，也可以在连接反渗透组件2和净化装置3的流路上设置分支流路6，其用于使浓缩原液的一部分不通过净化装置3，而供给到半透膜组件1的第一室11(参照图1～图4)。根据后工序的BC的浓缩度、浓缩原液中包含的成分、浓缩原液的pH值等的条件，可以计算所需要的净化处理(软水化处理或悬浊质除去)的程度。因此，由分支流路6 调整供净化处理的浓缩原液的量，可以削减净化处理量。

还有，设有分支流路6时，例如，如图1～图4所示，优选设置减压阀6a。由此，净化装置3的流出侧的压力被降低，净化液(第一对象液) 从净化装置3的排出可顺畅地进行。这种情况下，为了将第一对象液以被升压的状态供给到半透膜组件1的第一室11，优选在分支流路6的下游侧并在半透膜组件1的上游侧的流路上，设置升压泵1a。

另外，例如，如图5所示，升压泵1b也可以设于净化装置3的下游侧，分支流路6的下游侧的流路的上游侧。这种情况下，即使没有图1～图4所示这样的设于分支流路6的减压阀6a，设于分支流路6的下游侧的升压泵1a等，也可以顺畅地进行净化液(第一对象液)从净化装置3的排出。

还有，也可以考虑对于供给到RO组件2的原液，进行比以往更高度地(即使在后工序的BC时也不会发生膜闭塞等的程度)净化处理(除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种)，但对于从RO组件2排出的浓缩原液进行净化处理的方法，净化装置3的处理量很少就行，因此设备所需要的空间很小即可，初期投资成本很少就可解决。

(软水化装置)

软水化装置31，是通过从RO组件1排出的浓缩原液中除去硬质成分 (钙离子、镁离子等的多价离子)，从而得到硬质成分量降低化的液体的装置。

作为软水化装置，例如，可列举使用了NF(Nanofiltration：纳米过滤) 膜过滤装置、使用了离子交换树脂的处理装置等。还有，这样的软水化装置，例如，在佐藤长久等，“使用改质RO膜的软水化”，膜(MEMBRANE)， 38(6)，304-309，2013等中公开。

还有，在浓缩系统停止运转期间等中，优选实施软水化装置的维护。作为维护，例如，可列举：如果是使用NF膜的过滤装置的情况，则进行化学清洗，如果是使用离子交换树脂的处理装置的情况，则进行离子交换树脂的再生处理等。

(悬浊质除去装置)

悬浊质除去装置32，是通过从RO组件1所排出的浓缩原液中除去悬浊质成分(有机物、微生物等的不溶性的物体)，而得到悬浊质成分量被降低化的液体的装置。

作为悬浊质除去装置，例如，可列举使用了UF(Ultrafiltration：超滤) 膜的过滤装置等。

还有，在浓缩系统的停止运转期间等中，优选实施悬浊质除去装置的维护。作为维护，例如，如果是使用UF膜的过滤装置的情况，则可列举反压清洗、化学清洗等。

〔半透膜组件〕

半透膜组件1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(硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种被除去的浓缩原液)，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(被浓缩后的第一对象液)从第一室11被排出，稀释液(被稀释后的第二对象液)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，也可以通过压力降低装置4，以比上述规定压力低的压力流至第二室。

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1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1的第一室11和第二室12的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，浓缩其他的一部分的对象液)。

但是，在本实施方式中，供给到半透膜组件1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，也可以实施由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，BC的工序，可以如图1所示这样是使用1个半透膜组件1的单段工序，但也可以是使用多个半透膜组件的多段工序。

半透膜组件1中的作为膜分离处理的卤水浓缩(BC)中，为了经半透膜组件1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的，也可以通过使用多个半透膜组件的多段工序实施 BC。关于由这样的多段的工序进行的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，供给到第一室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中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。醋酸纤维素系树脂对于作为杀菌剂的氯有耐受性，具有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，但特并不限定于这样的形状。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1(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，该致密层实质上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，压力损失也只会变大，加压难以充分起作用

＜实施方式2＞

参照图6，本实施方式的浓缩系统，具备回收浓缩原液的能量的能量回收装置5。因其以外的点与实施方式1同样，所以省略重复的说明。

(能量回收装置)

从RO组件2的第一室21排出的浓缩原液为高压，具有高压能。通过以各种能量回收装置5回收该浓缩原液具有的压能，通过将回收的能量利用于从净化装置3排出的第一对象液的加压，例如，能够削减升压泵1a 等的耗能，或省略升压泵1a。另外，通过在图6所示的位置设置能量回收装置5，也可以省略降压装置3a。

作为能量回收装置，例如，可列举：使用涡轮等作为电而回收能量的电气式的能量回收装置，或者，从浓缩液中机械地回收能量的机械式的能量回收装置。相比电气式的能量回收装置，使用能量转换损失小的机械式的能量回收装置的方法，通常消耗功率削减效果大。

作为机械式的能量回收装置，已知有使用结合在涡轮增压器、或高压泵的驱动轴同轴上的水轮机，以浓缩液的压力能作为动力加以回收的动力传动式的能量回收装置。另外，作为机械式的能量回收装置的另一例，也能够使用压力变换装置(PressureExchanger：PX)等对于浓缩液的压力直接回收的压力传递式的能量回收装置。

这样的能量回收装置，例如，公开在日本特开2004－81913号公报，日本特开平1－123605号公报等之中。

还有，在图6所示的浓缩系统中，能量回收装置5为压力传递式的能量回收装置时，通常，需要在被净化的(硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种被除去后的)浓缩原液(第一对象液)从净化装置3朝向能量回收装置5流动的流路中设置升压泵(增压泵)。能量回收装置5为动力传动式的能量回收装置时，通常，不需要升压泵。

在本实施方式中，与实施方式1同样地设置分支流路6时，分支流路 6设于能量回收装置5的上游侧或下游侧哪一侧都可以。

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 (4)

1.一种浓缩系统，其特征在于，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；

净化装置，其从所述浓缩原液中除去硬质成分和悬浊质成分中的至少任意一种，并作为第一对象液排出；

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。

2.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，所述净化装置从所述浓缩原液中按顺序除去悬浊质成分和硬质成分，作为第一对象液排出。

3.根据权利要求1或2所述的浓缩系统，其特征在于，在连接所述反渗透组件和所述净化装置的流路上具有分支流路，所述分支流路用于使所述浓缩原液的一部分不通过所述净化装置，而供给至所述半透膜组件的所述第一室。

4.根据权利要求1所述的浓缩系统，其特征在于，具备回收所述浓缩原液的能量的能量回收装置。

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