JP2019141812A - Water treatment equipment and water treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出する水処理装置および水処理方法に関する。 The present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method for extracting water from an aqueous solution containing water as a solvent.
従来、海水、河川水、または工業排水などを被処理水(フィード溶液)とし、被処理水よりも浸透圧の高い液体を誘引溶液(ドロー溶液)として、半透膜を介してドロー溶液と被処理水とを接触させることにより、被処理水から淡水をドロー溶液に透過させる水処理システムが知られている。 Conventionally, seawater, river water, industrial wastewater, or the like is treated water (feed solution), and a liquid having a higher osmotic pressure than the treated water is used as an attracting solution (draw solution). There is known a water treatment system that allows fresh water to permeate through a draw solution from water to be treated by bringing the water into contact with the treated water.
この水処理システムにおいて、ドロー溶液として温度感応性物質を用いる場合、淡水が移動されて希釈された希釈ドロー溶液を加熱して、加熱による分相によって希釈ドロー溶液から淡水を分離する。淡水が分離されて引き抜かれたドロー溶液は、冷却された後に改めて被処理水と接触される再生ドロー溶液として再利用される。例えば、特許文献1には、低温の希釈ドロー溶液と、高温の再生ドロー溶液および淡水との間で熱交換を行う水処理装置が開示されている。 In this water treatment system, when a temperature sensitive substance is used as the draw solution, the diluted draw solution diluted by moving the fresh water is heated, and the fresh water is separated from the diluted draw solution by phase separation by heating. The draw solution from which the fresh water has been separated and drawn is reused as a regenerated draw solution that is brought into contact with the water to be treated again after being cooled. For example, Patent Document 1 discloses a water treatment apparatus that performs heat exchange between a low-temperature diluted draw solution, a high-temperature regenerated draw solution, and fresh water.
しかしながら、上述した従来技術による水処理装置においては、冷却機構が設けられておらず、高温になった再生ドロー溶液の冷却が不十分になるという問題があった。そこで、高温のドロー溶液を冷却するための冷却機構を設ける方法が考えられるが、冷却機構を新たに設けると水処理装置に要するエネルギーが増加してランニングコストが増加するという問題が生じる。そのため、水処理装置において、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる技術が求められていた。 However, the above-described water treatment apparatus according to the prior art has a problem in that the cooling mechanism is not provided and cooling of the regenerated draw solution at a high temperature becomes insufficient. Therefore, a method of providing a cooling mechanism for cooling the high-temperature draw solution is conceivable. However, when a cooling mechanism is newly provided, there is a problem that the energy required for the water treatment apparatus increases and the running cost increases. Therefore, there has been a demand for a technology that can stabilize energy balance by suppressing energy consumption required for cooling and heating in a water treatment apparatus.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a water treatment apparatus and a water treatment method capable of stabilizing energy balance by suppressing energy consumption required for cooling and heating. is there.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理装置は、溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い前記ドロー溶液とに分離する水分離手段と、前記正浸透手段から流出した前記濃縮含水溶液と前記水分離手段から流出したドロー溶液との間で熱交換を行う正浸透側熱交換手段と、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液と前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a water treatment apparatus according to one embodiment of the present invention supplies water through a semipermeable membrane from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point. A normal osmosis means for discharging and discharging the concentrated aqueous solution as a concentrated aqueous solution containing the concentrated aqueous solution, and heating the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point. Heating means, water separation means for separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water-rich solution and the draw solution having a lower water content than the water-rich solution, and the outflow from the forward osmosis means Forward osmosis side heat exchange means for exchanging heat between the concentrated aqueous solution and the draw solution flowing out from the water separation means, the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means and the water separation And the outflow side heat exchange means for exchanging heat between the water rich solution flowing out from the stage, characterized in that it comprises a.
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理手段をさらに備えることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the water treatment apparatus further includes a separation treatment unit for obtaining generated water from the water-rich solution. In this configuration, the water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is characterized in that the separation treatment means includes a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane.
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記流出側熱交換手段を通過した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is the latter-stage heat which performs heat exchange between the draw solution that has flowed out of the water separation unit and the diluted draw solution that has passed through the outflow side heat exchange unit in the above invention. It further comprises an exchange means.
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記流出側熱交換手段の上流側において、前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above aspect, wherein the draw solution that has flowed out of the water separation unit and the positive flow are upstream of the outflow side heat exchange unit along the flow direction of the diluted draw solution. It further comprises a pre-stage heat exchange means for exchanging heat with the diluted draw solution flowing out from the permeation means.
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point.
本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to one embodiment of the present invention is characterized in that, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.
本発明の一態様に係る水処理方法は、溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として排出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透工程と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離工程と、前記正浸透工程によって得られた前記濃縮含水溶液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う正浸透側熱交換工程と、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換工程と、を含むことを特徴とする。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is a diluted draw solution obtained by diluting the draw solution by moving water through a semipermeable membrane from a water-containing solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point. A forward osmosis step of discharging the concentrated aqueous solution as a concentrated aqueous solution, a heating step of heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point, and the diluted draw heated in the heating step A water separation step for separating the solution into a water-rich solution and a draw solution having a lower water content than the water-rich solution, the concentrated aqueous solution obtained by the forward osmosis step, and a draw solution obtained by the water separation step A forward osmosis side heat exchange step for exchanging heat with each other, and the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the water-rich solution obtained by the water separation step Characterized in that it comprises a and a outflow-side heat exchange step for exchanging heat between.
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理工程をさらに含むことを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記分離処理工程を、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the method further includes a separation treatment step of obtaining produced water from the water-rich solution. In this configuration, the water treatment method according to one embodiment of the present invention is characterized in that the separation treatment step is performed using a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane.
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水分離工程によって得られたドロー溶液と前記流出側熱交換工程において熱交換された前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする。 In the water treatment method according to an aspect of the present invention, in the above invention, heat exchange is performed between the draw solution obtained by the water separation step and the diluted draw solution heat-exchanged in the outflow side heat exchange step. The method further includes a subsequent heat exchange step to be performed.
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記流出側熱交換工程の前に、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is the water treatment method according to the above-described invention, wherein the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the draw solution obtained by the water separation step before the outflow side heat exchange step. It further includes a pre-stage heat exchange step for exchanging heat with each other.
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。 In the water treatment method according to an aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point.
本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。 The water treatment method according to one embodiment of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.
本発明に係る水処理装置および水処理方法によれば、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化することが可能になる。 According to the water treatment apparatus and the water treatment method of the present invention, it is possible to suppress energy consumption required for cooling and heating and to stabilize the energy balance.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below.
(第1の実施形態)
(水処理装置)
まず、本発明の第1の実施形態による水処理装置について説明する。図1は、この第1の実施形態による水処理装置1を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、この第1の実施形態による水処理装置1は、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、および熱交換器21,22を備えて構成される。
(First embodiment)
(Water treatment equipment)
First, the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment includes a
正浸透手段としての膜モジュール11は、内部に半透膜11aが設置された、例えば円筒形または箱形の容器である。膜モジュール11の内部は、半透膜11aによって2つの室に仕切られる。膜モジュール11の形態は、例えばスパイラルモジュール型、積層モジュール型、中空糸モジュール型などの種々の形態を挙げることができる。膜モジュール11としては、公知の半透膜装置を用いることができ、市販品を用いることもできる。
The
膜モジュール11に設けられた半透膜11aは、水を選択的に透過できるものが好ましく、正浸透(FO:Forward Osmosis)膜が用いられるが、逆浸透(RO:Reverse Osmosis)膜を用いてもよい。半透膜11aの分離層の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。半透膜11aは、分離層に用いられる材質を1種類(1層)のみから構成してもよく、分離層を物理的に支持して実質的に分離に寄与しない支持層を有する2層以上から構成してもよい。支持層としてはポリスルホン系、ポリケトン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタラート系、一般的な不織布などの材質を挙げることができる。なお、半透膜11aの形態についても限定されるものではなく、平膜、管状膜、または中空糸などの種々の形態の膜を用いることができる。
The
膜モジュール11の内部において、半透膜11aによって仕切られた一方の室に含水溶液を流すことができ、他方の室に吸水溶液としてのドロー溶液を流すことができる。ドロー溶液の膜モジュール11への導入圧力は、0.1MPa以上0.5MPa以下、この第1の実施形態においては例えば0.2MPaである。含水溶液は、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水、もしくは必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液である。
Inside the
ドロー溶液としては、少なくとも1つの曇点を有するポリマーからなる温度感応性吸水剤を主体とする溶液が用いられる。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇にしたがって吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し、溶解度が低下する物質である。温度感応性吸水剤は、各種界面活性剤、分散剤、または乳化剤などとして利用される。 As the draw solution, a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent made of a polymer having at least one cloud point is used. A temperature-sensitive water-absorbing agent is hydrophilic at low temperatures and dissolves well in water, increasing the amount of water absorption.On the other hand, the amount of water absorption decreases as the temperature rises. It is a substance. The temperature sensitive water-absorbing agent is used as various surfactants, dispersants, or emulsifiers.
第1の実施形態において温度感応性吸水剤は、少なくとも疎水部および親水部が含まれ、基本骨格にエチレンオキシド群とプロピレンオキシドおよびブチレンオキシドからなる少なくとも一方の群とを含む、ブロック共重合体またはランダム共重合体が好ましい。基本骨格は、例えばグリセリン骨格や炭化水素骨格などが挙げられる。この第1の実施形態において温度感応性吸水剤は、例えばエチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドの重合体を有する薬剤が用いられる。このような温度感応性吸水剤において、水溶性と水不溶性とが変化する温度は曇点と呼ばれる。ドロー溶液の温度が上昇して曇点に達すると、疎水性化した温度感応性吸水剤が凝集して白濁が生じる。 In the first embodiment, the temperature-sensitive water-absorbing agent includes at least a hydrophobic part and a hydrophilic part, and includes a block copolymer or a random copolymer containing an ethylene oxide group and at least one group consisting of propylene oxide and butylene oxide in a basic skeleton. A copolymer is preferred. Examples of the basic skeleton include a glycerin skeleton and a hydrocarbon skeleton. In the first embodiment, as the temperature-sensitive water-absorbing agent, for example, an agent having a polymer of ethylene oxide and propylene oxide is used. In such a temperature-sensitive water-absorbing agent, the temperature at which water solubility and water insolubility change is called a cloud point. When the temperature of the draw solution rises and reaches the cloud point, the hydrophobized temperature-sensitive water-absorbing agent aggregates and white turbidity occurs.
この第1の実施形態において、ドロー溶液は、含水溶液から水を誘引する誘引物質として用いられる。これにより、膜モジュール11においては、含水溶液からドロー溶液に水が誘引されて、希釈されたドロー溶液(希釈ドロー溶液)が流出される。一方、膜モジュール11において、ドロー溶液に水が移動して濃縮された含水溶液(濃縮含水溶液)が流出する。
In this first embodiment, the draw solution is used as an attractant that attracts water from the aqueous solution. Thereby, in the
ドロー溶液の加熱手段としての加熱器12は、ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽13の上流側に設けられる。加熱器12は、膜モジュール11から流出して熱交換器22によって熱交換された希釈ドロー溶液を、曇点の温度以上に加熱する。加熱器12によって曇点の温度以上に加熱された希釈ドロー溶液は、水とポリマーである温度感応性吸水剤とに分相される。
A
水分離手段としての分離槽13においては、加熱器12によって分相された希釈ドロー溶液が、水を主体とする溶液(水リッチ溶液)と、水リッチ溶液より含水率が低く温度感応性吸水剤を主体とするドロー溶液とに分離される。水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液は、再利用されるドロー溶液(以下、再生ドロー溶液)として熱交換器21を介して膜モジュール11に供給される。
In the
熱交換器21は、膜モジュール11に対して濃縮含水溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられる。熱交換器21は、再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、分離槽13の下流側に設けられる。これにより、熱交換器21は、分離槽13から流出される再生ドロー溶液と膜モジュール11を通過した濃縮含水溶液との間で熱交換を行う。熱交換器21に流入される濃縮含水溶液の流量は、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液の温度が所定温度になるように制御される。具体的に、熱交換器21における濃縮含水溶液が通過する流路にバイパス弁(図示せず)を設けて、バイパス弁を流れる濃縮含水溶液の流量を制御することによって、再生ドロー溶液の温度を所定温度に制御する。膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液は、所定温度として25℃以上50℃以下の例えば40℃程度に、温度制御される。
The
熱交換器22は、膜モジュール11に対して、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられる。また、熱交換器22は、分離槽13に対して、分離槽13によって得られる水リッチ溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられる。熱交換器22は、膜モジュール11から流出された希釈ドロー溶液と、分離槽13によって得られる水リッチ溶液との間で、熱交換を行う。
The
分離処理手段としての最終処理ユニット14は、例えばコアレッサー、活性炭吸着ユニット、限外ろ過膜(UF膜)ユニット、ナノろ過膜(NF膜)ユニット、または逆浸透膜(RO膜)ユニットから構成される。最終処理ユニット14は、分離槽13から流出した水リッチ溶液から残存する温度感応性吸水剤を分離させて、生成水としての淡水を生成する。最終処理ユニット14によって分離された温度感応性吸水剤を含むポリマー溶液は、廃棄したり、加熱器12の少なくとも上流側において希釈ドロー溶液に導入したりしてもよい。さらに、分離されたポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液をドロー溶液として、少なくとも加熱器12の上流側または熱交換器22の上流側における希釈ドロー溶液に導入することも可能である。ここで、ポリマー溶液を希釈ドロー溶液に導入する方法としては、希釈ドロー溶液が流れる配管に導入する方法のみならず、希釈ドロー溶液を一時的に貯留するタンク(図示せず)に導入する方法など、種々の方法を採用することが可能である。
The
(水処理方法)
次に、以上のように構成された第1の実施形態による水処理装置1を用いた、水処理方法について説明する。
(Water treatment method)
Next, a water treatment method using the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment configured as described above will be described.
(正浸透工程)
正浸透手段としての膜モジュール11においては、正浸透工程が行われる。すなわち、膜モジュール11において、含水溶液と再生ドロー溶液とを半透膜11aを介して接触させる。これによって、膜モジュール11内において、浸透圧差により含水溶液中の水が半透膜11aを通過して再生ドロー溶液に移動する。すなわち、膜モジュール11内の含水溶液が供給される一方の室からは、再生ドロー溶液に水が移動することによって濃縮された濃縮含水溶液が流出する。再生ドロー溶液が供給される他方の室からは、含水溶液から水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。ここで、膜モジュール11においては熱交換も行われ、含水溶液の流入側から濃縮含水溶液の流出側に向かって温度が上昇する一方、再生ドロー溶液の流入側から希釈ドロー溶液の流出側に向かって温度が下降する。
(Forward osmosis process)
In the
(正浸透側熱交換工程)
正浸透側熱交換手段としての熱交換器21においては、正浸透側熱交換工程が行われる。すなわち、含水溶液が膜モジュール11を通過して得られた濃縮含水溶液は、熱交換器21に供給される。一方、熱交換器21には、分離槽13から流出された再生ドロー溶液が供給される。第1の実施形態においては、熱交換器21によって、再生ドロー溶液を所定温度、具体的に例えば40℃程度の温度に調整する。後述するように、分離槽13には、加熱された希釈ドロー溶液が流入される。これに起因して、分離槽13から流出する再生ドロー溶液の温度は、濃縮含水溶液の温度よりも高い。そこで、熱交換器21によって、再生ドロー溶液を降温させる。再生ドロー溶液を所定温度に降温させるために、熱交換器21において熱交換に供される濃縮含水溶液の流量が調整される。すなわち、熱交換器21において、再生ドロー溶液は濃縮含水溶液によって冷却される一方、濃縮含水溶液は再生ドロー溶液によって加熱される。なお、膜モジュール11と熱交換器21との間に調整弁としてのブロー弁(図示せず)を設けて、熱交換器21に流入させる濃縮含水溶液の流量を調整することも可能である。熱交換されて降温された再生ドロー溶液は、膜モジュール11の他方の室に供給される。一方、熱交換されて例えば55〜70℃の温度に昇温された濃縮含水溶液は外部に排出される。
(Forward osmosis side heat exchange process)
In the
(加熱工程)
加熱手段としての加熱器12においては、加熱工程が行われる。すなわち、正浸透工程によって再生ドロー溶液が希釈されて得られた希釈ドロー溶液を、後述する流出側熱交換工程において昇温した後に、加熱器12によってさらに曇点以上の温度まで加熱する。これにより、温度感応性吸水剤の少なくとも一部が凝集されて、相分離が行われる。加熱工程における加熱温度は、加熱器12を制御することによって調整可能である。なお、加熱温度は、水の沸点以下であって、大気圧の場合に100℃以下が好ましく、この第1の実施形態においては、曇点以上100℃以下の例えば88℃である。
(Heating process)
In the
(水分離工程)
水分離手段としての分離槽13においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽13において、希釈ドロー溶液は、水分を多く含有する水リッチ溶液と、温度感応性吸水剤を高濃度に含む濃縮された再生ドロー溶液とに分離される。なお、分離槽13における圧力は、例えば大気圧である。水リッチ溶液と再生ドロー溶液との相分離は、液温を曇点以上として静置することによって行うことができる。第1の実施形態において分離槽13における液温は、曇点以上100℃以下の例えば88℃である。希釈ドロー溶液から分離されて濃縮されたドロー溶液は、再生ドロー溶液として、熱交換器21を介して膜モジュール11に供給される。再生ドロー溶液のドロー濃度は、例えば60〜95%である。一方、希釈ドロー溶液から分離された水リッチ溶液は、熱交換器22を介して最終処理ユニット14に供給される。水リッチ溶液は例えば、ドロー濃度が1%であって水が99%である。
(Water separation process)
In the
(流出側熱交換工程)
流出側熱交換手段としての熱交換器22においては、流出側熱交換工程が行われる。すなわち、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器22に供給される。一方、熱交換器22には、分離槽13において得られた水リッチ溶液が供給される。第1の実施形態においては、熱交換器22によって、水リッチ溶液を所定温度、具体的に、30℃以上50℃以下の例えば45℃程度の温度に調整する。上述したように、分離槽13においては液温を曇点以上100℃以下として水分離工程が行われる。そのため、分離槽13から流出する水リッチ溶液は、熱交換器22において降温された後に膜モジュール11から流出する希釈ドロー溶液よりも高温である。一方、後段の最終処理ユニット14における処理温度は、例えば20℃以上50℃以下、好適には35℃以上45℃以下、この第1の実施形態においては、例えば45℃である。そこで、熱交換器22において、水リッチ溶液を最終処理ユニット14の処理温度まで降温させる温度調整が行われる。すなわち、熱交換器22において、水リッチ溶液は希釈ドロー溶液によって冷却される一方、希釈ドロー溶液は水リッチ溶液によって加熱される。
(Outflow side heat exchange process)
In the
(最終処理工程)
分離処理手段としての最終処理ユニット14においては、分離処理工程としての最終処理工程が行われる。すなわち、分離槽13において分離された水リッチ溶液には、温度感応性吸水剤が残存している可能性がある。そこで、最終処理ユニット14において、水リッチ溶液から分離処理ドロー溶液となるポリマー溶液を分離させる。これにより、淡水などの生成水が得られる。水リッチ溶液から分離された生成水は、含水溶液から得られた最終生成物として、外部の必要な用途に供給される。なお、最終処理ユニット14において、生成水と分離された分離処理ドロー溶液は、ドロー濃度が0.5〜25%程度のポリマー溶液であり、外部に廃棄したり、加熱器12または熱交換器22の上流側において希釈ドロー溶液に導入したりできる。また、生成水と分離されたポリマー溶液の一部を廃棄し、残りのポリマー溶液を加熱器12または熱交換器22の上流側において希釈ドロー溶液に導入することも可能である。
(Final treatment process)
In the
(実施例および比較例)
次に、以上のように構成された水処理装置1の第1実施例および従来技術による比較例について説明する。なお、第1実施例および比較例においては、水処理装置を用いて、1時間当たり、1000L(1000L/h)の海水から350L(350L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(Examples and Comparative Examples)
Next, the first embodiment of the water treatment apparatus 1 configured as described above and a comparative example according to the prior art will be described. In the first embodiment and the comparative example, a case where 350 L (350 L / h) of fresh water is generated from 1000 L (1000 L / h) of seawater per hour using a water treatment device will be described as an example.
(第1実施例)
第1実施例においては、水処理装置1に外部から25℃程度の温度で導入された海水を膜モジュール11に供給する。海水は膜モジュール11において、膜モジュール11に供給される40℃程度の再生ドロー溶液によって昇温されつつ濃縮される。濃縮された海水(濃縮海水)は、30℃程度の温度に昇温されて、650L/hの流量で排出される。すなわち、膜モジュール11において、水の移動が350L/hの流量で行われる。
(First embodiment)
In the first embodiment, seawater introduced to the water treatment apparatus 1 from the outside at a temperature of about 25 ° C. is supplied to the
再生ドロー溶液は、熱交換器21を通過して低温の30℃の濃縮含水溶液と熱交換されて、88℃から40℃まで降温される。降温された再生ドロー溶液は、膜モジュール11に供給されて水の移動によって希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液の流量は、1000L/hである。
The regenerated draw solution passes through the
膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、海水からドロー溶液に水が移動するとともに、再生ドロー溶液から海水に熱が移動するため、温度が38℃であって流量が1350L/hである。希釈ドロー溶液は、熱交換器22において88℃の水リッチ溶液と熱交換されて、38℃から51.6℃の温度まで昇温される。昇温された希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、51.6℃から88℃の温度まで昇温される。88℃の温度の希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1000L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が350L/hである。
The diluted draw solution flowing out from the
水リッチ溶液は、熱交換器22に供給されて38℃の希釈ドロー溶液と熱交換されて、88℃から45℃まで降温された後に、最終処理ユニット14に供給される。最終処理ユニット14においては、350L/hの流量で生成水が得られる。なお、最終処理ユニット14において、生成水と分離される分離処理ドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、1000L/hの流量の海水から、350L/hの流量の生成水が得られる。
The water-rich solution is supplied to the
(比較例)
第1の実施形態に基づく第1実施例と比較するために、従来の水処理装置として再生ドロー溶液を冷却する冷却機構を設けた例を比較例とする。図2は、比較例による水処理装置100を模式的に示すブロック図である。図2に示すように、比較例による水処理装置100は、半透膜101aが内部に設けられた膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、冷却器104、および最終処理ユニット105を備えて構成される。膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、および最終処理ユニット105はそれぞれ、第1の実施形態における、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、および最終処理ユニット14と同様である。一方、水処理装置1と異なり、水処理装置100においては、再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽103の下流側に、冷却器104が設けられている。冷却器104は、分離槽103から流出された再生ドロー溶液を、外部から供給される例えば30℃程度の海水などによって冷却するための熱交換器である。
(Comparative example)
In order to compare with the first example based on the first embodiment, an example in which a cooling mechanism for cooling the regenerated draw solution is provided as a conventional water treatment apparatus is used as a comparative example. FIG. 2 is a block diagram schematically showing a
比較例による水処理装置100においては、含水溶液として海水を用い、原海水温度、または例えば40℃の温度に調整された海水を膜モジュール101に供給する。膜モジュール101によって濃縮された濃縮含水溶液である濃縮海水は、650L/hの流量で膜モジュール101から排出される。すなわち、膜モジュール101において、350L/hの流量で水の移動が行われる。
In the
一方、再生ドロー溶液は、冷却器104によって40℃の温度に調整された後に膜モジュール101に供給されて希釈され、1350L/hの流量で希釈ドロー溶液として流出する。ここで、膜モジュール101に供給される海水の温度が40℃の場合、膜モジュール101から流出される希釈ドロー溶液の温度は、40℃になる。その後、希釈ドロー溶液は、加熱器102に供給されて加熱され、88℃の温度まで昇温される。88℃の温度の希釈ドロー溶液は、分離槽103に供給されて相分離され、88℃の温度の再生ドロー溶液と、88℃の温度の水リッチ溶液とに分離される。88℃の温度の再生ドロー溶液は、冷却器104によって40℃まで降温される。88℃の温度の水リッチ溶液も同様に、必要に応じて冷却器(図示せず)によって45℃程度にまで冷却された後に、最終処理ユニット105に供給される。最終処理ユニット105においては、350L/hの流量で生成水が得られる。以上により、1000L/hの流量の海水から、350L/hの流量の生成水が得られる。なお、最終処理ユニット105において分離された分離処理ドロー溶液が排出される場合、または分離処理ドロー溶液を再生ドロー溶液として再利用する場合があるが、少量であることから比較例においても考慮していない。
On the other hand, the regenerated draw solution is adjusted to a temperature of 40 ° C. by the cooler 104 and then supplied to the membrane module 101 to be diluted, and flows out as a diluted draw solution at a flow rate of 1350 L / h. Here, when the temperature of the seawater supplied to the membrane module 101 is 40 ° C., the temperature of the diluted draw solution flowing out from the membrane module 101 is 40 ° C. Thereafter, the diluted draw solution is supplied to the
比較例においては、分離槽103によって分離された再生ドロー溶液を冷却器104によって冷却した後に、膜モジュール101に供給している。冷却器104には、再生ドロー溶液を冷却するために海水を供給しているため、冷却器104に海水を供給するためのポンプの設備、およびポンプを稼働させるための電力が必要になる。これに対し、第1実施例においては、熱交換器21によって、膜モジュール11に導入する海水を用いて再生ドロー溶液を冷却している。そのため、再生ドロー溶液を冷却するための冷却器104が不要になるため、冷却器104に海水を供給するためのポンプの設備も不要になり、ポンプを稼働させる電力も不要になる。これにより、設備コストを低減できるとともに、電力コストの低減を実現できる。
In the comparative example, the regenerated draw solution separated by the
また、第1実施例、および比較例において用いられるポリマー溶液の比熱および密度はそれぞれ、3.2kJ/kg・Kおよび1.05kg/Lである。これにより、ドロー溶液を88℃まで加熱する場合に必要なエネルギーを算出できる。なお、比熱については、ポリマー溶液として40〜88℃における平均比熱を使用しているため、ドロー溶液の濃度に依存しない。また、密度については、ドロー溶液の濃度および温度の寄与が極めて小さいことから、濃度および温度の影響は無視できるほど小さい。 The specific heat and density of the polymer solution used in the first example and the comparative example are 3.2 kJ / kg · K and 1.05 kg / L, respectively. Thereby, energy required when heating a draw solution to 88 degreeC is computable. In addition, about the specific heat, since the average specific heat in 40-88 degreeC is used as a polymer solution, it does not depend on the density | concentration of a draw solution. Further, since the contribution of the concentration and temperature of the draw solution is extremely small, the influence of the concentration and temperature is negligibly small.
比較例においては、40℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器102によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1350L/hの流量の希釈ドロー溶液を40℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1350L/h×(88℃−40℃)=)2.18×105kJ/h
この場合、加熱器102に必要な投入エネルギーは、60.5kWであった。
In the comparative example, the diluted draw solution having a temperature of 40 ° C. is heated by the
Comparative example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1350 L / h × (88 ° C.-40 ° C.) =) 2.18 × 10 5 kJ / h
In this case, the input energy required for the
これに対し、第1実施例においては、51.6℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1350L/hの流量の希釈ドロー溶液を51.6℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第1実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1350L/h×(88℃−51.6℃)=)1.65×105kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、45.8kWであり、比較例に比して、(45.8/60.5=)3/4倍程度に低減できることが分かった。
In contrast, in the first embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 51.6 ° C. is heated by the
First Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1350 L / h × (88 ° C.−51.6 ° C.) =) 1.65 × 10 5 kJ / h
In this case, the input energy required for the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、水処理装置において、再生ドロー溶液を濃縮含水溶液によって冷却するための熱交換器21を設けている。これにより、分離槽13から流出された再生ドロー溶液を冷却するための冷却機構を別途設ける必要がなくなるとともに、水処理装置1におけるエネルギー収支を安定化することができる。また、濃縮含水溶液を冷却水として用いることによって、冷却用の含水溶液を取水する必要がなくなるため、再生ドロー溶液を冷却するためのエネルギーを低減でき、水処理において必要となるエネルギーをより一層低減できる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in the water treatment apparatus, the
また、上述した第1の実施形態によれば、膜モジュール11から流出された濃縮海水などの濃縮含水溶液を用いて、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液を所望の温度に調整している。これにより、濃縮海水を有効利用することができる。また、分離槽13に供給する希釈ドロー溶液を加熱器12によって曇点以上100℃以下の温度に加熱する前に、分離槽13から流出した高温の水リッチ溶液を用いて、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を昇温させている。これにより、希釈ドロー溶液を加熱する際に加熱器12によって昇温させる温度幅を小さくできるので、加熱器12による加熱に必要なエネルギーを低減できる。以上のことから、水処理装置1において、再生ドロー溶液を冷却したり、希釈ドロー溶液を加熱したりするために消費するエネルギーを低減でき、水処理に必要となるエネルギーを最小化することができる。
Moreover, according to 1st Embodiment mentioned above, the reproduction | regeneration draw solution supplied to the
さらに、膜モジュール11における水の移動量を増加させるためには、含水溶液の浸透圧は低い方が望ましい。含水溶液の浸透圧を低くするためには、膜モジュール11に流入する含水溶液の温度は低い方が好ましい。そのため、膜モジュール11を通過した後の濃縮含水溶液を用いて再生ドロー溶液を冷却していることにより、膜モジュール11に流入する含水溶液を用いて再生ドロー溶液を冷却する場合と比較し、外部から供給される含水溶液の温度を低温で膜モジュール11に流入させることができる。
Furthermore, in order to increase the amount of water movement in the
また、希釈ドロー溶液を2つの流路に分岐させることなく、熱交換によって希釈ドロー溶液および再生ドロー溶液の温度調整を行っている。これにより、流路における流量のバランスを容易に調整できるので、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる。 Further, the temperature of the diluted draw solution and the regenerated draw solution is adjusted by heat exchange without branching the diluted draw solution into two flow paths. Thereby, since the balance of the flow volume in a flow path can be adjusted easily, the energy consumption required for cooling and heating can be suppressed, and the energy balance can be stabilized.
(第2の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態による水処理装置2を示す。図3に示すように、水処理装置2は、第1の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、および熱交換器21,22を備える。
(Second Embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a
第2の実施形態による水処理装置2においては、第1の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器22の下流側で加熱器12の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽13の下流側で熱交換器21の上流側に、熱交換器23が設けられている。後段熱交換手段としての熱交換器23によって、後段熱交換工程が行われる。すなわち、第2の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、熱交換器22において高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温された後、さらに後段熱交換工程として、熱交換器23において水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。その後、希釈ドロー溶液は、加熱器12によって、曇点以上100℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
In the
(第2実施例)
第2実施例においては、25℃の温度の海水を1000L/hの流量で膜モジュール11に供給する。膜モジュール11によって濃縮された濃縮海水は、650L/hの流量で排出されて、熱交換器21に供給される。すなわち、膜モジュール11において、350L/hの流量で水の移動が行われる。熱交換器21においては、分離槽13から排出されて熱交換器23を通過した再生ドロー溶液と、濃縮海水とが熱交換される。
(Second embodiment)
In the second embodiment, seawater at a temperature of 25 ° C. is supplied to the
一方、熱交換器21において濃縮海水によって熱交換された40℃の温度の再生ドロー溶液は、膜モジュール11に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は1000L/hである。膜モジュール11においては、海水からドロー溶液への水の移動が行われるとともに、再生ドロー溶液から海水に熱が移動する。すなわち、膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が38℃、流量が1350L/hである。
On the other hand, the regenerated draw solution having a temperature of 40 ° C. that has been heat-exchanged by the concentrated seawater in the
その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器22によって加熱されて51.6℃の温度まで昇温された後、熱交換器23に供給される。希釈ドロー溶液は、熱交換器23によって88℃の再生ドロー溶液と熱交換されて加熱される。熱交換器23によって、希釈ドロー溶液は51.6℃から71℃の温度まで昇温される。続いて、希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、71℃から88℃の温度まで昇温される。
Thereafter, the diluted draw solution is heated by the
その後、希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1000L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が350L/hである。再生ドロー溶液は、熱交換器23により88℃から55℃以上88℃未満の温度に降温された後、熱交換器21により40℃まで降温される。水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から45℃まで降温された後、最終処理ユニット14に供給される。最終処理ユニット14においては、350L/hの流量で生成水が得られる。なお、最終処理ユニット14において、生成水から分離される分離処理ドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、1000L/hの流量の海水から、350L/hの流量の生成水が得られる。
Thereafter, the diluted draw solution is supplied to the
第2実施例においては、71℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1350L/hの流量の希釈ドロー溶液を71℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第2実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1350L/h×(88℃−71℃)=)7.71×104kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、21.4kWであり、上述した比較例に比して(21.4/60.5=)約1/3倍程度、第1実施例に比して(21.4/45.8=)約1/2倍程度になることが分かる。
In the second embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 71 ° C. is heated by the
Second Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1350 L / h × (88 ° C.−71 ° C.) =) 7.71 × 10 4 kJ / h
In this case, the input energy required for the
第2の実施形態によれば、熱交換器21,22によって熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器23によって、分離槽13を流出した再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、分離槽13に供給するための希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、加熱器12によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を、第1の実施形態に比してさらに小さくできる。したがって、加熱器12による加熱に必要なエネルギーをさらに低減でき、水処理装置2において、加熱に消費するエネルギーをより一層低減できる。
According to the second embodiment, by performing heat exchange with the
(第3の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4は、第3の実施形態による水処理装置3を示す。図4に示すように、第3の実施形態による水処理装置3は、第1の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、および熱交換器21,22を備える。
(Third embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a water treatment device 3 according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the water treatment device 3 according to the third embodiment is similar to the first embodiment in the
第3の実施形態による水処理装置3においては、第1の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った、膜モジュール11の下流側で熱交換器22の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽13の下流側で熱交換器21の上流側に、熱交換器24が設けられている。前段熱交換手段としての熱交換器24によって、前段熱交換工程が行われる。すなわち、第3の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、まず、前段熱交換工程として、熱交換器24において分離槽13から供給された高温の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。続けて、希釈ドロー溶液は、熱交換器22において分離槽13から供給された高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。その後、希釈ドロー溶液は、加熱器12によって曇点以上100℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
In the water treatment device 3 according to the third embodiment, unlike the first embodiment, the downstream side of the
(第3実施例)
第3実施例においては、第2実施例と同様に、25℃の温度の海水を1000L/hの流量で膜モジュール11に供給する。膜モジュール11において濃縮された濃縮海水は、650L/hの流量で排出されて、熱交換器21に供給される。すなわち、膜モジュール11において、350L/hの流量で水の移動が行われる。熱交換器21においては、膜モジュール11から排出された濃縮海水と、分離槽13から排出されて熱交換器24を通過した再生ドロー溶液とが熱交換される。
(Third embodiment)
In the third embodiment, similarly to the second embodiment, seawater at a temperature of 25 ° C. is supplied to the
一方、熱交換器21において濃縮海水によって熱交換された40℃の温度の再生ドロー溶液は、膜モジュール11に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、再生ドロー溶液の流量は1000L/hである。ここで、海水からドロー溶液に水が移動するとともに、再生ドロー溶液から海水に熱が移動するため、膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が38℃となり、流量は1350L/hである。その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器24において、分離槽13から供給された88℃の再生ドロー溶液と熱交換を行って60℃の温度まで昇温される。希釈ドロー溶液は、熱交換器24から熱交換器22に供給される。希釈ドロー溶液は、熱交換器22において分離槽13から供給された88℃の水リッチ溶液と熱交換されて67.5℃の温度まで昇温される。続いて、希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、67.5℃から88℃の温度まで昇温される。希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。
On the other hand, the regenerated draw solution having a temperature of 40 ° C. that has been heat-exchanged by the concentrated seawater in the
分離槽13において分離された再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1000L/hである。一方で、分離された水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が350L/hである。再生ドロー溶液は、分離槽13から熱交換器24に供給されて、88℃から58℃まで降温された後、熱交換器21により濃縮海水と熱交換されて、58℃から40℃まで降温される。水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から64℃まで降温された後、最終処理ユニット14に供給される。なお、最終処理ユニット14として膜処理装置を用いる場合などのように、最終処理ユニット14における耐熱性が低い場合には、熱交換器22と最終処理ユニット14との間に、さらに冷却手段(図示せず)を設置することによって、水リッチ溶液を所定の温度まで冷却してもよい。最終処理ユニット14においては、350L/hの流量で生成水が得られる。なお、最終処理ユニット14において、生成水から分離されるドロー溶液については、少量であることから考慮していない。以上により、1000L/hの流量の海水から、350L/hの流量の生成水が得られる。
The regenerated draw solution separated in the
第3実施例においては、67.5℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1350L/hの流量の希釈ドロー溶液を67.5℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第3実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1350L/h×(88℃−67.5℃)=)9.30×104kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、25.8kWであり、上述した比較例に比して(25.8/60.5=)約2/5倍程度、第1実施例に比して(25.8/40.2=)約2/3倍程度になることが分かる。
In the third embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 67.5 ° C. is heated by the
Example 3 (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1350 L / h × (88 ° C.−67.5 ° C.) =) 9.30 × 10 4 kJ / h
In this case, the input energy required for the
第3の実施形態によれば、熱交換器21,22によって熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器24によって、膜モジュール11に供給するための再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the third embodiment, by performing heat exchange with the
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible. For example, the numerical values given in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values may be used as necessary. The present invention will be described with reference to the description and drawings that form part of the disclosure of the present invention according to the present embodiment. Is not limited.
例えば、上述した第2の実施形態と第3の実施形態とをともに実施することも可能である。すなわち、熱交換器23の下流側または上流側に、再生ドロー溶液と希釈ドロー溶液との間において熱交換を行う熱交換器24を設けて、前段熱交換工程と後段熱交換工程とをともに実行してもよい。
For example, it is possible to implement both the second embodiment and the third embodiment described above. That is, a
1,2,3 水処理装置
11 膜モジュール
11a 半透膜
12 加熱器
13 分離槽
14 最終処理ユニット
21,22,23,24 熱交換器
1, 2, 3
Claims (14)
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離手段と、
前記正浸透手段から流出した前記濃縮含水溶液と前記水分離手段から流出したドロー溶液との間で熱交換を行う正浸透側熱交換手段と、
前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液と前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換手段と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。 Concentrated by concentrating the aqueous solution as it flows out from the aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point and moving the water through a semipermeable membrane to dilute the draw solution. Forward osmosis means for discharging as an aqueous solution,
Heating means for heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point;
Water separating means for separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water rich solution and a draw solution having a lower water content than the water rich solution;
Forward osmosis side heat exchange means for exchanging heat between the concentrated aqueous solution flowing out from the forward osmosis means and the draw solution flowing out from the water separation means;
An outflow side heat exchanging means for exchanging heat between the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means and the water rich solution flowing out from the water separation means.
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離工程と、
前記正浸透工程によって得られた前記濃縮含水溶液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う正浸透側熱交換工程と、
前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。 Concentrated by concentrating the aqueous solution as it flows out from the aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point and moving the water through a semipermeable membrane to dilute the draw solution. Forward osmosis process to discharge as aqueous solution,
Heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point;
A water separation step of separating the diluted draw solution heated in the heating step into a water-rich solution and a draw solution having a lower water content than the water-rich solution;
A forward osmosis side heat exchange step of performing heat exchange between the concentrated aqueous solution obtained by the forward osmosis step and the draw solution obtained by the water separation step;
An outflow side heat exchange step of performing heat exchange between the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the water rich solution obtained by the water separation step. .
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