JP2019171230A - Water treatment device and starting method thereof - 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その起動方法に関する。 The present invention relates to a water treatment apparatus for extracting water from an aqueous solution containing water as a solvent, and a startup method thereof.
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装置が知られている。 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). A water treatment apparatus is known that allows fresh water to permeate through a draw solution from the water to be treated by bringing the water into contact with the treated water.
この水処理装置において、ドロー溶液として温度感応性物質を用いる場合、淡水が移動して希釈された希釈ドロー溶液を加熱し、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含水溶液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、2つの流路に分岐されたそれぞれの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 apparatus, 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 is separated and drawn is reused as a regenerated draw solution that is brought into contact with the aqueous solution 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 branched into two flow paths, 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、本発明者は、水処理装置において、外部から供給された水などの回収液を低い温度に冷却した冷却液として流出可能に構成した冷却塔を備えた構成を案出した。これによって、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギー収支を安定化することが可能になる。 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. In view of this, the present inventor has devised a configuration including a cooling tower configured to allow a recovered liquid such as water supplied from the outside to flow out as a cooling liquid cooled to a low temperature in the water treatment apparatus. As a result, energy consumption required for cooling and heating can be suppressed, and the energy balance can be stabilized.
上述した水処理装置における消費エネルギーの抑制およびエネルギー収支の安定化は、水処理装置が安定して稼働している定常状態を想定している。この点、水処理装置を最初に起動させる際には、水処理装置における系全体の温度は定常状態とは異なる。そのため、水処理装置の稼働を開始する起動においては、系内の熱のバランスが崩れることから、水処理装置を起動後から定常状態になるまでに長い時間を要したり、起動が困難になったりする場合があった。 The suppression of energy consumption and stabilization of the energy balance in the water treatment apparatus described above assume a steady state in which the water treatment apparatus is operating stably. In this regard, when the water treatment apparatus is first activated, the temperature of the entire system in the water treatment apparatus is different from the steady state. For this reason, at the start of starting the operation of the water treatment device, the balance of heat in the system is lost, so it takes a long time to start the water treatment device from the start to the steady state, or the start-up becomes difficult. There was a case.
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、含水溶液から淡水をドロー溶液に透過させる水処理装置において、安定して起動させつつ、定常状態になるまでの起動時間を短縮することができる水処理装置およびその起動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 that allows fresh water to permeate through a draw solution from a water-containing solution, while stably starting the start-up time until a steady state is reached. An object of the present invention is to provide a water treatment device that can be shortened and a method for starting the same.
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可能に構成された正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱可能に構成された加熱手段と、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低含水ドロー溶液とに分離可能に構成された水分離手段と、を備え、前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記加熱手段の上流側かつ前記正浸透手段の下流側とを連通可能な循環流路が設けられてい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 forward osmosis means configured to move and flow out as a diluted draw solution obtained by diluting the draw solution, and to be discharged as a concentrated aqueous solution containing the aqueous solution, and the diluted draw solution above the cloud point The heating means configured to be able to be heated to a temperature, and the diluted draw solution heated by the heating means are configured to be separable into a water rich solution and a low water content draw solution having a lower water content than the water rich solution. A water separation means, downstream of the water separation means along the flow direction of the low water content draw solution and upstream of the forward osmosis means, and the addition along the flow direction of the diluted draw solution. Wherein the upstream and downstream side and communicable a circulation flow path of the forward osmosis unit 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、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を貯留可能に構成された希釈ドロー貯留手段をさらに備え、前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー貯留手段とを連通可能な上流側バイパス流路が設けられていることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention, in the above invention, further includes dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means, and the flow of the low water content draw solution An upstream bypass flow path capable of communicating the downstream side of the water separation unit and the upstream side of the forward osmosis unit along the direction and the dilution draw storage unit is provided.
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、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を貯留可能に構成された希釈ドロー貯留手段をさらに備え、前記水リッチ溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側と、前記希釈ドロー貯留手段とを連通可能な下流側バイパス流路が設けられていることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention further includes dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means in the above invention, and the flow direction of the water-rich solution And a downstream bypass flow path capable of communicating with the downstream side of the water separation means along the dilution draw storage 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、前記希釈ドロー貯留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可能に構成された流出側熱交換手段を、さらに備えることを特徴とする。 A water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is configured in the above invention so that heat exchange can be performed between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the water rich solution flowing out from the water separation means. The outlet side heat exchanging means is further provided.
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、前記希釈ドロー貯留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低含水ドロー溶液との間で熱交換可能に構成された後段熱交換手段をさらに備え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, heat exchange is possible between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the low water content draw solution flowing out from the water separating means. It is further characterized by comprising a rear heat exchanging means configured.
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、前記希釈ドロー貯留手段から流出した前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換手段が並列して構成された並列熱交換手段によってそれぞれ熱交換可能に構成されているとともに、分岐されて前記並列熱交換手段によって熱交換された前記希釈ドロー溶液を、前記加熱手段の上流側において合流可能に構成されていることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention is the above-described invention, wherein the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage unit is branched, and at least two heat exchange units are configured in parallel. The dilute draw solution branched and heat-exchanged by the parallel heat exchanging means is configured to be merged upstream of the heating means. To do.
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、液体を冷却して冷却液として流出する冷却手段と、前記冷却手段から流出した前記冷却液と前記水分離手段から流出した前記低含水ドロー溶液との間で熱交換可能に構成された流入側熱交換手段と、をさらに備えることを特徴とする。 The water treatment device according to an aspect of the present invention is the water treatment device according to the above invention, wherein the cooling means that cools the liquid and flows out as a cooling liquid, the cooling liquid that flows out from the cooling means, and the low flow that flows out from the water separation means. Inflow side heat exchanging means configured to be capable of exchanging heat with the water-containing draw solution.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、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可能に構成された正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱可能に構成された加熱手段と、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低含水ドロー溶液とに分離可能に構成された水分離手段と、を備える水処理装置を起動させる起動方法であって、前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記加熱手段の上流側かつ前記正浸透手段の下流側とを連通可能な循環流路を設け、前記水分離手段に貯留されたドロー溶液を、前記循環流路を通じて前記加熱手段に供給して前記曇点以上の温度に加熱させる分離循環工程を含むことを特徴とする。 A method for starting a water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is a dilution in which water is moved through a semipermeable membrane to a draw solution having a cloud point from an aqueous solution containing water as a solvent to dilute the draw solution. Forward osmosis means configured to flow out as a draw solution and discharge as a concentrated aqueous solution containing the aqueous solution, and heating means configured to heat the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point. A water treatment device comprising: a water separation means configured to be capable of separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water-rich solution and a low-water content draw solution having a lower water content than the water-rich solution. An activation method for activating, which is downstream of the water separation means along the flow direction of the low water content draw solution and upstream of the forward osmosis means, and along the flow direction of the diluted draw solution. A circulation channel that can communicate with the upstream side of the heating unit and the downstream side of the forward osmosis unit is provided, and the draw solution stored in the water separation unit is supplied to the heating unit through the circulation channel. It includes a separation and circulation step of heating to a temperature above the cloud point.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、上記の発明において、前記水処理装置は、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を貯留可能に構成された希釈ドロー貯留手段をさらに備え、前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー貯留手段と、を連通可能な上流側バイパス流路を設け、前記分離循環工程の後、前記水分離手段に貯留されたドロー溶液を、前記上流側バイパス流路を通じて前記希釈ドロー貯留手段に供給する上流側バイパス工程を含むことを特徴とする。 The water treatment apparatus activation method according to one aspect of the present invention is the above-described invention, wherein the water treatment apparatus further includes a dilution draw storage unit configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis unit. Provided with an upstream bypass flow path capable of communicating the downstream side of the water separation means and the upstream side of the forward osmosis means along the flow direction of the low water content draw solution, and the dilution draw storage means, After the separation and circulation step, an upstream bypass step of supplying the draw solution stored in the water separation unit to the dilution draw storage unit through the upstream bypass flow path is included.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、上記の発明において、前記水処理装置は、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を貯留可能に構成された希釈ドロー貯留手段をさらに備え、前記水リッチ溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側と、前記希釈ドロー貯留手段と、を連通可能な下流側バイパス流路を設け、前記分離循環工程の後、前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液を、前記下流側バイパス流路を通じて前記希釈ドロー貯留手段に供給する下流側バイパス工程を含むことを特徴とする。 The water treatment apparatus activation method according to one aspect of the present invention is the above-described invention, wherein the water treatment apparatus further includes a dilution draw storage unit configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis unit. Provided with a downstream bypass passage capable of communicating with the downstream side of the water separation means along the flow direction of the water-rich solution and the dilution draw storage means, and after the separation and circulation step, the water separation A downstream bypass step of supplying the water-rich solution flowing out from the means to the dilution draw storage means through the downstream bypass flow path.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、上記の発明において、前記水処理装置は、前記希釈ドロー貯留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可能に構成された流出側熱交換手段を、さらに備え、前記流出側熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、前記水分離手段から流出した水リッチ溶液との間で熱交換を行って、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を昇温させる流出側昇温工程を含むことを特徴とする。また、本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、この構成において、前記流出側昇温工程の後、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を前記加熱手段によって加熱する加熱工程を含むことを特徴とする。 The water treatment apparatus start-up method according to one aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above-described invention, wherein the water treatment apparatus includes the diluted draw solution that has flowed out of the diluted draw storage means and the water-rich solution that has flowed out of the water separation means. An outflow side heat exchanging means configured to be capable of exchanging heat with each other, and by the outflow side heat exchanging means, the draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the water rich outflowing from the water separation means It includes an outflow side temperature raising step in which heat exchange is performed with the solution to raise the temperature of the draw solution that has flowed out of the diluted draw storage means. Further, in this configuration, the method for starting the water treatment device according to one aspect of the present invention includes a heating step of heating the draw solution flowing out from the diluted draw storage unit by the heating unit after the outflow side temperature raising step. It is characterized by including.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、上記の発明において、前記水処理装置は、前記希釈ドロー貯留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低含水ドロー溶液との間で熱交換可能に構成された後段熱交換手段を、さらに備え、前記後段熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、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って、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を昇温させる後段昇温工程を含むことを特徴とする。 The water treatment apparatus start-up method according to one aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above invention, wherein the water treatment apparatus includes the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the low water content draw flowing out from the water separation means. A rear heat exchange means configured to be capable of exchanging heat with the solution; and a draw solution that has flowed out of the diluted draw storage means and a draw solution that has flowed out of the water separation means by the rear heat exchange means; And a subsequent temperature raising step of raising the temperature of the draw solution flowing out from the diluted draw storage means.
本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、上記の発明において、前記水処理装置は、前記希釈ドロー貯留手段から流出した前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換手段が並列して構成された並列熱交換手段によってそれぞれ熱交換可能に構成されているとともに、分岐されて前記並列熱交換手段によって熱交換された前記希釈ドロー溶液を、前記加熱手段の上流側において合流可能に構成され、前記少なくとも2つの熱交換手段のうちの一部の熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、前記水分離手段から流出した水リッチ溶液との間で熱交換を行い、前記少なくとも2つの熱交換手段のうちの他部の熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、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並列熱交換工程を含むことを特徴とする。また、本発明の一態様に係る水処理装置の起動方法は、この構成において、前記並列熱交換工程の後、合流された前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を前記加熱手段によって加熱する加熱工程を含むことを特徴とする。 The water treatment apparatus start-up method according to one aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above invention, wherein the water treatment apparatus branches the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means, so that at least two heat exchange means are provided. Heat exchange is possible by parallel heat exchange means configured in parallel, and the dilute draw solution branched and heat exchanged by the parallel heat exchange means can be merged upstream of the heating means. The heat exchange between the draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the water-rich solution flowing out from the water separation means by a part of the at least two heat exchange means And the draw solution flowing out from the diluted draw storage means by the heat exchange means of the other part of the at least two heat exchange means, and Characterized in that it comprises a parallel heat exchange step for exchanging heat between the flowing out draw solution from the separating unit. Further, in this configuration, the method for starting the water treatment device according to one aspect of the present invention is such that, after the parallel heat exchanging step, the draw solution flowing out from the diluted draw storage unit joined is heated by the heating unit. Including a process.
本発明に係る水処理装置およびその起動方法によれば、含水溶液から淡水をドロー溶液に透過させる水処理装置において、安定して起動させつつ、定常状態になるまでの起動時間を短縮することが可能になる。 According to the water treatment apparatus and the activation method thereof according to the present invention, in the water treatment apparatus that allows fresh water to permeate from the aqueous solution into the draw solution, the activation time until the steady state is reached can be shortened while being stably activated. It becomes possible.
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、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、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、冷却機構15、熱交換器21,22、および三方弁31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 membrane module 11, 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 membrane module 11 as the normal osmosis means is, for example, a cylindrical or box-shaped container in which a
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、もしくは下水、また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 membrane module 11, the aqueous solution can be flowed into one chamber partitioned by 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、温度の上昇に従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 and increases the amount of water absorption.On the other hand, the amount of water absorption decreases as the temperature rises, becomes hydrophobic when the temperature rises above a certain level, and the solubility decreases. 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。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, the temperature-sensitive water-absorbing agent is, for example, an agent having a polymer of ethylene oxide and propylene oxide. 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.
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は、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)を排出可能に構成されている。 In the first embodiment, the draw solution is used as an attractant that attracts water from the aqueous solution. Thereby, in the membrane module 11, water is attracted from the aqueous solution to the draw solution, and the diluted draw solution (diluted draw solution) flows out. On the other hand, the membrane module 11 is configured to be able to discharge an aqueous solution (concentrated aqueous solution) concentrated by moving water into the draw solution.
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、供給されるドロー溶液を加熱可能に構成されている。例えば、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は、加熱器12によって曇点の温度以上に加熱される。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。さらに、加熱器12は、水処理装置1の起動時においては、分離槽13から流出されるドロー溶液を加熱可能に構成されている。
A
水分離手段としての分離槽13は、加熱器12によって分相された希釈ドロー溶液を、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可能に構成される。水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液は、再利用される低含水ドロー溶液(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。
The
分離流路切換手段としての三方弁31は、再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、分離槽13の下流側かつ熱交換器21の上流側に設けられている。三方弁31から希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った加熱器12の上流側に連通して、循環流路41が設けられている。循環流路41は、流入点P0を経由して加熱器12に連通可能な流路である。なお、循環流路41を加熱器12に直接に連通させてもよい。三方弁31は、分離槽13から流出したドロー溶液を、熱交換器21に供給する流路と加熱器12に供給する循環流路41との間で切り換え可能に構成されている。
The three-
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から上澄水として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は、生成水が分離された温度感応性吸水剤を含むポリマー溶液の少なくとも一部または全部を、30℃以上50℃以下の例えば45℃の温度の分離処理排液として後段の冷却機構15に供給可能に構成される。
The
冷却手段としての冷却機構15は、例えば、外部から供給された水などの液体(以下、回収液)を、供給時の温度より低い温度に冷却した液体(以下、冷却液)として流出可能に構成される。すなわち、冷却機構15は、例えば冷却水などの冷却液を流出可能に構成される。冷却機構15としては、例えば冷却塔などが挙げられる。具体的に冷却塔としては、種々の冷却塔を採用できる。例えば、冷却ファンを回転させるのに伴って、充填材によって飛散された温水などの液体に対して、冷却ファンによって外部から吸引した空気を接触させて液体を空気によって冷却する、冷却塔を挙げることができる。ここで、回収液の温度は、35℃以上60℃以下の例えば45℃程度であり、冷却機構15によって、冷却液の温度として、15℃以上45℃以下の例えば35℃程度に冷却される。なお、冷却機構15としては、冷却塔に限定されず、液体を冷却可能な種々の冷却器を採用することが可能である。 The cooling mechanism 15 as a cooling means is configured to be able to flow out, for example, a liquid such as water (hereinafter, recovered liquid) supplied from the outside as a liquid (hereinafter referred to as a cooling liquid) cooled to a temperature lower than the temperature at the time of supply. Is done. That is, the cooling mechanism 15 is configured to be able to flow out a cooling liquid such as cooling water. Examples of the cooling mechanism 15 include a cooling tower. Specifically, various cooling towers can be adopted as the cooling tower. For example, a cooling tower that cools the liquid by air by bringing the air sucked from outside by the cooling fan into contact with liquid such as hot water scattered by the filler as the cooling fan rotates. Can do. Here, the temperature of the recovered liquid is, for example, about 45 ° C. between 35 ° C. and 60 ° C., and the cooling mechanism 15 cools the temperature of the cooling liquid to, for example, about 35 ° C. between 15 ° C. and 45 ° C. The cooling mechanism 15 is not limited to the cooling tower, and various coolers that can cool the liquid can be employed.
第1の実施形態において冷却機構15には、最終処理ユニット14によって得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部が供給される。分離処理排液は、蒸発やブローダウンなどによって減少した冷却液の不足分を補うための、補給液として使用される。すなわち、最終処理ユニット14から供給される分離処理排液の流量を制御して、分離処理排液を補給液とすることによって、冷却機構15から流出される冷却液を所定の流量に維持できる。なお、冷却機構15において、過剰となった冷却水の過剰分をブローするようにしてもよい。冷却機構15は、図1中符号Aで示すように、冷却液を例えば送水ポンプ(図示せず)を用いて熱交換器21に供給する。一方、冷却機構15には、図1中符号Bに示すように、熱交換器21を通過した冷却液が戻されて回収液として流入する。これにより、冷却機構15は、送水ポンプを用いて、熱交換器21との間において液体を冷却液および回収液として循環可能に構成されている。
In the first embodiment, the cooling mechanism 15 is supplied with at least a part or all of the separation processing waste liquid obtained by the
流入側熱交換手段としての熱交換器21は、再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール11の上流側、かつ分離槽13の下流側に設けられる。熱交換器21には、冷却機構15から流出される冷却液が流入される。これにより、熱交換器21は、分離槽13から流出した高温の再生ドロー溶液と、冷却機構15から流出した低温の冷却液との間で、熱交換を行う。熱交換器21を通過した再生ドロー溶液によって昇温された冷却液は、再び冷却機構15に戻される。熱交換器21に流入される冷却液の流量は、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における冷却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冷却液の流量を制御したり、冷却機構15から流出される冷却液の流量を制御したりすることによって、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。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から流出し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
(定常状態における水処理方法)
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において、起動から十分な時間が経過した後における、安定して稼働している定常状態における水処理方法について説明する。
(Water treatment method in steady state)
Next, in the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment configured as described above, a water treatment method in a steady state in which a sufficient amount of time has passed since the start and which is stably operated 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。
(Forward osmosis process)
In the membrane module 11 as the forward osmosis means, the forward osmosis step is performed. That is, in the membrane module 11, the aqueous solution and the regenerated draw solution are brought into contact with each other through the
(流入側熱交換工程)
流入側熱交換手段としての熱交換器21においては、流入側熱交換工程が行われる。すなわち、冷却機構15から供給される冷却液が熱交換器21に供給される。一方、熱交換器21には、分離槽13から流出し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、25℃以上50℃以下の例えば40℃程度の所定温度に調整する。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、冷却機構15から供給される冷却液の流量が調整される。すなわち、熱交換器21において、再生ドロー溶液は冷却液によって冷却される。一方、熱交換器21において、冷却液は再生ドロー溶液によって加熱される。なお、熱交換器21に調整弁としてのバイパス弁(図示せず)を設けて、熱交換器21に流入させる冷却液の流量を調整してもよい。熱交換器21において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、図1中、符号Bに示すように、熱交換器21において熱交換されて、35℃以上60℃以下の例えば45℃の温度に昇温された冷却液は、回収液として冷却機構15に戻される。
(Inflow side heat exchange process)
In the
(冷却液生成工程)
冷却手段としての冷却機構15においては、冷却液生成工程が行われる。すなわち、熱交換器21において、分離槽13から流出した再生ドロー溶液を冷却液によって冷却することによって、冷却液は昇温される。冷却機構15には、熱交換器21を通過した昇温された冷却液が、回収液として供給される。回収液の温度は、35℃以上60℃以下の例えば45℃である。冷却機構15においては、回収液を、15℃以上45℃以下の例えば35℃まで冷却して冷却液を生成する。さらに、冷却機構15には、最終処理ユニット14から供給された分離処理排液が供給される。供給される分離処理排液の温度は、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。なお、最終処理ユニット14から供給される分離処理排液の流量は、冷却機構15において、ブローや蒸発などによって外部に放出される液体量に応じて調整制御される。
(Cooling liquid production process)
In the cooling mechanism 15 as a cooling means, a cooling liquid production | generation process is performed. That is, 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、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、加熱器12によって加熱された希釈ドロー溶液が、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50〜95%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。分離槽13から流出する水リッチ溶液は、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り、熱交換器22において希釈ドロー溶液との熱交換により降温される。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)
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排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排液は、ドロー濃度が0.5〜25%程度のポリマー溶液であり、少なくとも一部は、冷却機構15に供給される。冷却機構15に供給されない残部の分離処理排液が存在する場合、残部の分離処理排液は、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。
(Final treatment process)
In the
(水処理装置の起動方法)
次に、上述した定常状態における水処理方法に従って水処理装置1を運転させる前段階において、水処理装置1を起動させる起動方法について説明する。第1の実施形態による起動方法は、水処理装置1の起動時において、使用するドロー溶液を加熱器12と分離槽13との間で循環させて予備的加熱を実施した後、水処理装置1の定常状態での稼働を開始する方法である。
(Start-up method of water treatment equipment)
Next, an activation method for activating the water treatment device 1 in a stage before operating the water treatment device 1 in accordance with the water treatment method in the steady state described above will be described. In the start-up method according to the first embodiment, when the water treatment apparatus 1 is started, the draw solution to be used is circulated between the
(準備工程)
まず、水処理装置1において起動のための準備工程が行われる。すなわち、図1に示すように、分離槽13から流出するドロー溶液が三方弁31を通じて加熱器12の上流側に流入するように、三方弁31の切り換えを行う。一方、分離槽13に、環境温度である例えば25℃程度の温度の水および温度感応性吸水剤を含むドロー溶液を投入する。具体的に、分離槽13内において、ポリマー濃度が50%以上100%以下の例えば90%程度の温度感応性吸水剤を水により希釈することによって、ポリマー濃度が40%以上95%以下の例えば60%程度のドロー溶液を貯留する。さらに、分離槽13においては、上澄水である水リッチ溶液が流出する流路を遮断する。他方、加熱器12を稼働させることによって、ドロー溶液を加熱可能な状態とする。
(Preparation process)
First, a preparatory process for activation is performed in the water treatment apparatus 1. That is, as shown in FIG. 1, the three-
(分離循環工程)
次に、分離槽13および加熱器12によって分離循環工程が行われる。分離循環工程におけるドロー溶液の流路を、図1中太破線aで示す。まず、例えば送水ポンプ(図示せず)によって、分離槽13からドロー溶液が流出される。流出されたドロー溶液は、三方弁31および循環流路41を通じて、加熱器12に供給される。加熱器12においては、起動加熱工程が行われる。すなわち、分離槽13から流出したドロー溶液を、加熱器12によって例えば曇点以上の温度まで加熱する。具体的には、準備工程において分離槽13に投入されたドロー溶液を、加熱器12によって加熱する。起動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。また、ドロー溶液におけるポリマー濃度は、曇点以上のドロー溶液の温度と一意の関係にある、すなわちドロー溶液の加熱後の温度によってドロー溶液の濃度が決まるため、ドロー溶液の温度からドロー溶液のポリマー濃度を導出できる。加熱されたドロー溶液は、分離槽13に供給される。分離槽13から循環流路41を通じて加熱器12に供給されて加熱される一連の加熱を繰り返し行うことによって、分離槽13内のドロー溶液を、投入時の環境温度である例えば25℃程度の温度から、曇点以上沸点以下の例えば88℃の温度まで上昇させる。
(Separation and circulation process)
Next, a separation / circulation step is performed by the
分離槽13内の温度が曇点以上の例えば88℃まで上昇した後、三方弁31を切り換えることによって、分離槽13から熱交換器21を介して膜モジュール11にドロー溶液が供給される。これとともに、含水溶液を膜モジュール11に供給することにより、膜モジュール11による正浸透工程が開始される。一方、正浸透工程の開始に合わせて、分離槽13における上澄水が流出する流路を開放することにより、水リッチ溶液が熱交換器22を経由して最終処理ユニット14に供給されて、最終処理が開始される。以上により、水処理装置1が起動されて、上述した定常状態における水処理が開始される。なお、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と含水溶液の供給とは、同時であってもよく、いずれか一方が先であってもよい。また、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と、最終処理ユニット14への水リッチ溶液の供給および最終処理ユニット14の起動とは同時であってもよく、いずれか一方を先に開始してもよい。
After the temperature in the
(変形例)
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。図2は、第1の実施形態の変形例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。
(Modification)
Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to a modification of the first embodiment.
図2に示すように、変形例による水処理装置2においては、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、かつ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の上流側に、熱交換器23が設けられている。
As shown in FIG. 2, in the water treatment device 2 according to the modified example, on the downstream side of the
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、変形例による水処理装置2の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、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る。続いて、後段熱交換工程として、希釈ドロー溶液は、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。その他の定常状態における水処理方法については、第1の実施形態と同様である。
A post-stage heat exchange step is performed by the
変形例による水処理装置2においては、三方弁31が再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、分離槽13の下流側かつ熱交換器23の上流側に設けられている。循環流路41は、三方弁31から、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器23の下流側かつ加熱器12の上流側の流入点P0に連通している。変形例による水処理装置2のその他の構成および起動方法については、第1の実施形態と同様である。
In the water treatment device 2 according to the modification, a three-
従来、予備的加温を実施することなく水処理装置1,2を起動させると、相分離される前のポリマー濃度の低いドロー溶液が膜モジュール11に供給される。そのため、水処理装置1,2において系内の温度バランスが安定するまでは、含水溶液からドロー溶液への水の移動が極めて少なくなる。この場合、水処理装置1,2内を循環するドロー溶液の温度は徐々に上昇して、分離槽13内におけるドロー溶液の温度が曇天を超えた時点で相分離が開始されて、膜モジュール11内での水の移動が増加する。ところが、分離槽13内のドロー溶液が所定温度、すなわち曇点に達するまでは、分離槽13内におけるドロー溶液の相分離が不十分のままであるため、最終処理ユニット14に水リッチ溶液を送液できない状態が継続する。この場合、分離槽13に貯留される溶液量が増加することから、分離槽13内が満液となった時点で水処理装置1,2の運転が困難になる。
Conventionally, when the water treatment apparatuses 1 and 2 are started without performing preliminary heating, a draw solution having a low polymer concentration before phase separation is supplied to the membrane module 11. Therefore, the movement of water from the aqueous solution to the draw solution becomes extremely small until the temperature balance in the system is stabilized in the water treatment apparatuses 1 and 2. In this case, the temperature of the draw solution circulating in the water treatment apparatuses 1 and 2 gradually rises, and phase separation is started when the temperature of the draw solution in the
これに対し、以上説明した第1の実施形態によれば、水処理装置1,2の起動時において、三方弁31および循環流路41を用いて、ドロー溶液を加熱器12と分離槽13との間で循環させて曇点以上の所定温度まで加熱する予備的加熱を実施している。これにより、水処理装置1の起動時において、分離槽13内をドロー溶液と上澄水である水リッチ溶液とを分離した状態にできるので、水処理装置1,2の起動時において、膜モジュール11に高いポリマー濃度のドロー溶液を供給できる。そのため、膜モジュール11内において半透膜11aを介した含水溶液からドロー溶液への水の移動が速やかに行われるとともに、水処理装置1,2における系内の温度バランスが安定化するまでの時間を短縮できる。
On the other hand, according to 1st Embodiment demonstrated above, at the time of start-up of the water treatment apparatuses 1 and 2, using the three-
(第2の実施形態)
(水処理装置)
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3を示す。図3に示すように、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、冷却機構15、熱交換器21,22、および三方弁31を備える。水処理装置3は、第1の実施形態と異なり、さらに、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、および三方弁32,33を備える。
(Second Embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a water treatment device 3 according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the water treatment apparatus 3 includes a membrane module 11 having a
上澄水槽16は、水リッチ溶液の流れ方向に沿って、分離槽13の下流側、かつ熱交換器22の上流側に設けられている。希釈ドロー貯槽17は、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール11の下流側かつ熱交換器22の上流側に設けられている。希釈ドロー貯留手段としての希釈ドロー貯槽17は、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を少なくとも一時的に貯留可能に構成される。
The
上流側切換手段としての三方弁32は、分離槽13から流出したドロー溶液の流れ方向に沿って、三方弁31の下流側、かつ熱交換器21の上流側に設けられている。三方弁32と希釈ドロー貯槽17との間には、希釈ドロー貯槽17にドロー溶液を流入可能な上流側バイパス流路42によって連通されている。三方弁32は、分離槽13から流出して三方弁31を通過したドロー溶液を、熱交換器21に供給する流路と、希釈ドロー貯槽17に供給する上流側バイパス流路42との間で切り換え可能に構成されている。
The three-
下流側切換手段としての三方弁33は、上澄水槽16から流出した水リッチ溶液の流れ方向に沿って、熱交換器22の下流側、かつ最終処理ユニット14の上流側に設けられている。三方弁33と希釈ドロー貯槽17との間には、希釈ドロー貯槽17に上澄水、すなわち水リッチ溶液を流入可能な下流側バイパス流路43によって連通されている。三方弁33は、上澄水槽16から流出して熱交換器22を通過した水リッチ溶液を、最終処理ユニット14に供給する流路と、希釈ドロー貯槽17に供給する下流側バイパス流路43との間で切り換え可能に構成されている。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。
The three-
(定常状態における水処理方法)
次に、上述のように構成された水処理装置3において行われる、第2の実施形態による定常状態における水処理方法について説明する。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から流出された希釈ドロー溶液が、希釈ドロー貯槽17に流入し、熱交換器22に供給される。また、分離槽13から流出した上澄水である水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入し、熱交換器22に供給される。その他の定常状態における水処理方法については、第1の実施形態と同様である。
(Water treatment method in steady state)
Next, a water treatment method in a steady state according to the second embodiment performed in the water treatment apparatus 3 configured as described above will be described. That is, in the water treatment method according to the second embodiment, the diluted draw solution that has flowed out of the membrane module 11 flows into the diluted
(水処理装置の起動方法)
(前段起動工程)
次に、第2の実施形態による水処理装置3の起動方法について説明する。すなわち、第2の実施形態においては、まず、第1の実施形態と同様にして、準備工程を行った後に分離循環工程を行う。第2の実施形態においては、第1の実施形態による分離循環工程が起動工程の前半である前段起動工程になる。前段起動工程においては、分離槽13内のドロー溶液を、図3中太破線aで示す流路に従って、循環流路41を通じて加熱器12に供給して加熱し、分離槽13に循環させる。これにより、分離槽13内のドロー溶液を、環境温度から曇点以上の温度まで上昇させる。
(Start-up method of water treatment equipment)
(Pre-stage startup process)
Next, the starting method of the water treatment apparatus 3 by 2nd Embodiment is demonstrated. In other words, in the second embodiment, first, as in the first embodiment, the separation and circulation step is performed after the preparation step. In the second embodiment, the separation and circulation process according to the first embodiment is a first stage startup process that is the first half of the startup process. In the upstream activation step, the draw solution in the
(後段起動工程)
その後、後段起動工程を行う。図4は、第2の実施形態による水処理装置3の後段起動工程を模式的に示すブロック図である。図4中、循環加熱工程におけるドロー溶液および水リッチ溶液の流路を、太実線bで示す。まず、第2の実施形態においては、希釈ドロー貯槽17に、環境温度である例えば25℃程度の温度の水および温度感応性吸水剤を含むドロー溶液を投入する。具体的に例えば、希釈ドロー貯槽17内において、ポリマー濃度が90%程度の温度感応性吸水剤を水により希釈することによって、ポリマー濃度が50%程度のドロー溶液を貯留する。希釈ドロー貯槽17へのドロー溶液の投入は、上述した準備工程の前後、または前段起動工程の前後のいずれの段階で行ってもよい。
(Later start-up process)
Thereafter, a post-stage startup process is performed. FIG. 4 is a block diagram schematically showing a post-stage activation process of the water treatment device 3 according to the second embodiment. In FIG. 4, the flow path of the draw solution and the water-rich solution in the circulation heating step is indicated by a thick solid line b. First, in the second embodiment, a draw solution containing water having a temperature of, for example, about 25 ° C., which is an environmental temperature, and a temperature-sensitive water-absorbing agent are charged into the diluted
(切換工程)
次に、三方弁32,33によって、切換工程が行われる。すなわち、分離槽13から流出して三方弁31を通過したドロー溶液が、三方弁32を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁32の切換を行う。一方、分離槽13から流出して上澄水槽16および熱交換器22を経由した水リッチ溶液が、三方弁33を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁33の切換を行う。
(Switching process)
Next, the switching process is performed by the three-
(循環加熱工程)
次に、加熱器12、分離槽13、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、および熱交換器22によって、循環加熱工程が行われる。すなわち、図4に示すように、三方弁31を切り換えることによって、前段起動工程において加熱されたドロー溶液は、分離槽13から流出した後、上流側バイパス工程として、三方弁32および上流側バイパス流路42を通じて希釈ドロー貯槽17に供給されて貯留される。希釈ドロー貯槽17においては、分離槽13から供給されたドロー溶液を含む貯留しているドロー溶液と、後述する下流側バイパス流路43を通じて流入した水リッチ溶液とが混合される。希釈ドロー貯槽17内におけるドロー溶液の温度は、例えば25℃程度の環境温度から昇温される。希釈ドロー貯槽17に貯留しているドロー溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給される。熱交換器22においては、流出側昇温工程が行われる。すなわち、希釈ドロー貯槽17から流出したドロー溶液は、分離槽13から流出した曇点以上で例えば88℃程度の高温の水リッチ溶液と熱交換されて昇温される。熱交換器22において昇温されたドロー溶液は、加熱器12に供給される。加熱器12においては、加熱工程として、昇温されたドロー溶液がさらに曇点以上沸点以下まで加熱される。加熱されたドロー溶液は分離槽13に供給される。すなわち、分離槽13から流出したドロー溶液は、三方弁31,32、希釈ドロー貯槽17、熱交換器22、および加熱器12を経由して、分離槽13に循環される。
(Circulating heating process)
Next, a circulating heating process is performed by the
一方、分離槽13から流出した例えば88℃程度の高温の水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入して、貯留される。その後、水リッチ溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給され、希釈ドロー貯槽17から供給された低温のドロー溶液と熱交換される。熱交換器22によって降温された水リッチ溶液は、下流側バイパス工程として、三方弁33および下流側バイパス流路43を通じて希釈ドロー貯槽17に流入される。希釈ドロー貯槽17においては、流入した水リッチ溶液と、分離槽13から供給されたドロー溶液を含む貯留しているドロー溶液とが混合される。これにより、水リッチ溶液はドロー溶液に混合される。希釈ドロー貯槽17において貯留しているドロー溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給され、分離槽13から流出した曇点以上で例えば88℃程度の高温の水リッチ溶液と熱交換される。熱交換器22において昇温されたドロー溶液は、加熱器12に供給される。加熱器12においては、昇温されたドロー溶液がさらに加熱される。加熱されたドロー溶液は分離槽13に供給される。すなわち、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16、熱交換器22、および三方弁33を経由して、希釈ドロー貯槽17に供給されてドロー溶液と混合され、さらに、熱交換器22および加熱器12を経由して、分離槽13に循環される。
On the other hand, a high-temperature water-rich solution of about 88 ° C. that has flowed out of the
上述した循環加熱工程においては、分離槽13から希釈ドロー貯槽17に、曇点以上の例えば88℃の高温のドロー溶液が供給される。これにより、希釈ドロー貯槽17内においては、貯留されるドロー溶液の温度が上昇する。さらに、分離槽13から上澄水槽16を経由した曇点以上の例えば88℃の水リッチ溶液が、熱交換器22において例えば45℃程度の温度に降温された後に、希釈ドロー貯槽17に供給される。これにより、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度はさらに上昇する。すなわち、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液は、分離槽13から流出したドロー溶液、および分離槽13から流出して熱交換器22を通過した水リッチ溶液によって昇温される。すなわち、分離槽13内の熱エネルギーは、希釈ドロー貯槽17のドロー溶液の昇温に用いられることから、当初は、希釈ドロー貯槽17にあらかじめ投入されていた環境温度のドロー溶液によって、分離槽13内のドロー溶液の温度も一時的に低下する可能性もある。具体的には、例えば、分離槽13内のドロー溶液の温度は60℃程度まで低下する可能性がある。この場合においても、循環加熱工程を継続することで、加熱器12に供給される熱エネルギーによって、分離槽13内および希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度を上昇させることができる。なお、加熱器12の負荷は増加するが、必要に応じて、加熱器12による加熱を強化することによって、分離槽13に供給するドロー溶液を、常時、曇点以上の例えば88℃まで加熱することも可能である。
In the circulating heating step described above, a high temperature draw solution of, for example, 88 ° C. above the cloud point is supplied from the
上述した循環加熱工程を継続して、分離槽13内のドロー溶液の温度が曇点以上の例えば88℃程度、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度が所定温度の例えば40℃以上まで上昇した後、三方弁32,33を切り換える。これによって、分離槽13から供給されるドロー溶液は、三方弁32を介して熱交換器21に供給された後、膜モジュール11に供給されるとともに、含水溶液を膜モジュール11に供給することにより、膜モジュール11における正浸透工程が開始される。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入し、熱交換器22を通過して、最終処理ユニット14に供給され、最終処理が開始される。以上によって、水処理装置3が起動され、上述した第2の実施形態による定常状態における水処理が開始される。なお、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と含水溶液の供給とは、同時であってもよく、いずれか一方が先であってもよい。また、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と、最終処理ユニット14への水リッチ溶液の供給および最終処理ユニット14の起動とは同時であってもよく、いずれか一方を先に開始してもよい。
Continuing the above-described circulation heating process, the temperature of the draw solution in the
第2の実施形態によれば、前段起動工程において、分離槽13内のドロー溶液の温度を曇点以上に上昇させることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上述した後段起動工程における予備的加熱を行うことなく、水処理装置3を起動すると、初期段階において加熱の負荷が大きくなるため、加熱器12を大幅に大きくする必要がある。この場合、定常状態での水処理方法にとっては、過大な大きさの熱交換器を用いる事になるため、定常状態での水処理における加熱が不安定になるとともに、初期の設備コストが増加する。これに対し、以上説明した第2の実施形態においては、希釈ドロー貯槽17を設けた場合において、後段起動工程によって希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液に対しても予備的加温を実施している。これにより、水処理装置3を安定的に起動することが可能になるとともに、水処理装置3の系内の温度バランスを速やかに安定化できる。
According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by raising the temperature of the draw solution in the
(第3の実施形態)
(水処理装置)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態による水処理装置4を示す。図5に示すように、水処理装置4は、第2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、冷却機構15、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、三方弁31,32,33、および熱交換器21,22を備える。さらに、水処理装置4は、第2の実施形態と異なり、後段熱交換手段としての熱交換器23をさらに備える。熱交換器23は、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の上流側に設けられている。
(Third embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a water treatment device 4 according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the water treatment apparatus 4 includes a membrane module 11 having a
(定常状態における水処理方法)
次に、上述のように構成された水処理装置4において行われる、第3の実施形態による定常状態における水処理方法について説明する。すなわち、第3の実施形態による水処理方法においては、熱交換器23によって、後段熱交換工程が行われる。具体的には、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、希釈ドロー貯槽17に流入し、熱交換器22に供給されて高温の水リッチ溶液との間で熱交換される。続いて、後段熱交換工程として、希釈ドロー溶液は、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た後、分離槽13に供給される。その他の定常状態における水処理方法は、第2の実施形態と同様である。
(Water treatment method in steady state)
Next, a water treatment method in a steady state according to the third embodiment performed in the water treatment apparatus 4 configured as described above will be described. That is, in the water treatment method according to the third embodiment, a post-stage heat exchange step is performed by the
(水処理装置の起動方法)
(準備工程および前段起動工程)
次に、第3の実施形態による水処理装置4の起動方法について説明する。第3の実施形態においては、第2の実施形態と同様にして、準備工程、および前段起動工程を行う。すなわち、前段起動工程において、図5中太破線aで示すように、分離槽13内のドロー溶液を、循環流路41を通じて加熱器12により加熱し、分離槽13に循環させる。これにより、分離槽13内のドロー溶液の温度を環境温度から曇点以上の温度まで上昇させる。
(Start-up method of water treatment equipment)
(Preparation process and previous stage startup process)
Next, the starting method of the water treatment apparatus 4 by 3rd Embodiment is demonstrated. In the third embodiment, similar to the second embodiment, the preparation process and the pre-stage activation process are performed. That is, in the upstream startup step, as shown by a thick broken line a in FIG. 5, the draw solution in the
(後段起動工程)
さらに、第3の実施形態においては、第2の実施形態と同様にして後段起動工程を行う。すなわち、希釈ドロー貯槽17に環境温度のドロー溶液を投入した後、ドロー溶液を昇温させる。
(Later start-up process)
Furthermore, in the third embodiment, the post-stage startup process is performed in the same manner as in the second embodiment. That is, after the ambient temperature draw solution is put into the diluted
(切換工程)
具体的に、まず、三方弁32,33によって、切換工程が行われる。すなわち、分離槽13から流出して三方弁31および熱交換器23を通過したドロー溶液が、三方弁32を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁32の切換を行う。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液が、上澄水槽16および熱交換器22を経由して、三方弁33を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁33の切換を行う。
(Switching process)
Specifically, first, the switching process is performed by the three-
(循環加熱工程)
次に、加熱器12、分離槽13、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、および熱交換器22,23によって、循環加熱工程が行われる。図5中、循環加熱工程におけるドロー溶液および水リッチ溶液の流路を、太実線bで示す。
(Circulating heating process)
Next, a circulating heating process is performed by the
すなわち、前段起動工程において加熱された分離槽13内のドロー溶液は、三方弁31を切り換えると、分離槽13から流出して三方弁32および上流側バイパス流路42を通じて希釈ドロー貯槽17に供給される。希釈ドロー貯槽17においては、あらかじめ貯留されたドロー溶液と、分離槽13から上流側バイパス流路42を通じて流入したドロー溶液と、後述する上澄水槽16から下流側バイパス流路43を通じて流入した水リッチ溶液とが混合される。希釈ドロー貯槽17内におけるドロー溶液の温度は、例えば25℃程度の環境温度から昇温される。希釈ドロー貯槽17に流入した水リッチ溶液は、貯留しているドロー溶液に混合される。高温のドロー溶液および高温の水リッチ溶液の流入によって、希釈ドロー貯槽17内におけるドロー溶液は昇温される。
That is, when the three-
希釈ドロー貯槽17内で昇温されたドロー溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給され、分離槽13から流出した曇点以上で例えば88℃程度の高温の水リッチ溶液と熱交換される。熱交換器22において昇温されたドロー溶液は、熱交換器23に供給されて後段昇温工程が行われる。すなわち、熱交換器22において昇温されたドロー溶液は、熱交換器23において分離槽13から流出した高温のドロー溶液と熱交換されて、さらに昇温される。熱交換器23を通過して昇温されたドロー溶液は、加熱器12に供給される。加熱器12においては、ドロー溶液がさらに曇点以上沸点以下まで加熱される。加熱されたドロー溶液は分離槽13に供給される。すなわち、分離槽13から流出したドロー溶液は、三方弁31、熱交換器23、三方弁32、希釈ドロー貯槽17、熱交換器22,23、および加熱器12を順次経由して、分離槽13に循環される。
The draw solution heated in the dilution
一方、分離槽13から流出した曇点以上の高温の水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入して貯留される。その後、水リッチ溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給され、希釈ドロー貯槽17から供給された低温のドロー溶液と熱交換されて降温される。熱交換器22によって降温された水リッチ溶液は、三方弁33によって下流側バイパス流路43を通じて希釈ドロー貯槽17に流入される。希釈ドロー貯槽17に流入した水リッチ溶液は、貯留されているドロー溶液と混合される。その後、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液は、上述した希釈ドロー貯槽17の下流側の流路を通じて分離槽13に供給される。すなわち、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16、熱交換器22、および三方弁33を経由して、希釈ドロー貯槽17に供給されてドロー溶液と混合され、さらに熱交換器22,23および加熱器12を順次経由して、分離槽13に循環される。
On the other hand, the water-rich solution having a high temperature above the cloud point that has flowed out of the
上述した循環加熱工程においては、分離槽13から流出して熱交換器23において降温された例えば35〜60℃程度の高温のドロー溶液が、希釈ドロー貯槽17に供給される。熱交換器23によって降温されたドロー溶液であっても、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液より高い温度であることから、希釈ドロー貯槽17に貯留されているドロー溶液は、環境温度より高い温度に昇温される。さらに、分離槽13から上澄水槽16を経由した曇点以上の水リッチ溶液は、熱交換器22において30〜60℃程度の例えば45℃程度の温度に降温された後、希釈ドロー貯槽17に供給される。これにより、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液はさらに環境温度以上に昇温される。すなわち、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液は、分離槽13から流出して熱交換器23を通過したドロー溶液、および分離槽13から流出して熱交換器22を通過した水リッチ溶液によって昇温される。これにより、分離槽13内の熱エネルギーは、希釈ドロー貯槽17のドロー溶液の昇温に用いられることから、当初は、希釈ドロー貯槽17にあらかじめ投入されていた環境温度のドロー溶液によって、分離槽13内のドロー溶液の温度も一時的に低下する可能性がある。具体的には、例えば、分離槽13内のドロー溶液の温度は50〜85℃程度の例えば60℃程度まで低下する可能性がある。この場合においても、循環加熱工程を継続することによって、加熱器12からの熱エネルギーを継続的にドロー溶液に供給して、分離槽13内および希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度を上昇させることができる。なお、加熱器12の負荷は増加するが、必要に応じて、加熱器12による加熱を強化することによって、分離槽13に供給するドロー溶液を、常時、曇点以上沸点以下の例えば88℃まで加熱することも可能である。
In the circulating heating process described above, a high temperature draw solution of, for example, about 35 to 60 ° C., which flows out from the
上述した循環加熱工程を継続して、分離槽13内のドロー溶液の温度が曇点以上の例えば88℃程度、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度が所定温度の例えば40℃以上まで上昇した後、三方弁32,33を切り換える。これによって、分離槽13から流出したドロー溶液は、熱交換器23および三方弁32を順次経由して熱交換器21に供給された後、膜モジュール11に供給されるとともに、さらに含水溶液を膜モジュール11に供給することにより、膜モジュール11による正浸透工程が開始される。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入し、熱交換器22および三方弁33を順次経由して、最終処理ユニット14に供給され、最終処理が開始される。これにより、水処理装置4が起動されて、上述した第3の実施形態による定常状態における水処理が開始される。なお、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と含水溶液の供給とは、同時であってもよく、いずれか一方が先であってもよい。また、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と、最終処理ユニット14への水リッチ溶液の供給および最終処理ユニット14の起動とは同時であってもよく、いずれか一方を先に開始してもよい。
Continuing the above-described circulation heating process, the temperature of the draw solution in the
第3の実施形態によれば、前段起動工程において、分離槽13内のドロー溶液の温度を曇点以上に上昇させることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、後段起動工程によって、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液を所定温度まで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。上述した後段起動工程における予備的加熱を行うことなく水処理装置4を起動すると、加熱および冷却がともに非定常運転の状態で稼働を開始することになる。そのため、熱交換器23の存在によって第2の実施形態による水処理装置3に比して系内の熱バランスがさらに崩れやすくなり、水処理装置4の運転が停止する可能性もある。これに対し、第3の実施形態においては、後段起動工程によって希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液に対して予備的加温を実施している。これによって、熱交換器23が設けられている場合においても、水処理装置4を安定的に起動することが可能になるとともに、水処理装置4の系内の温度バランスを速やかに安定させることができる。
According to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by raising the temperature of the draw solution in the
(第4の実施形態)
(水処理装置)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図6は、第4の実施形態による水処理装置5を示す。図6に示すように、水処理装置5は、第3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、冷却機構15、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、熱交換器21,22,23、および三方弁31,32,33を備える。また、水処理装置5においては、第3の実施形態と異なり、水リッチ溶液の流れ方向に沿った熱交換器22および三方弁33の下流側で最終処理ユニット14の上流側に、最終処理前熱交換手段としての熱交換器24が設けられる。熱交換器24は、冷却機構15から供給される冷却液と、熱交換器22を通過した水リッチ溶液との間で熱交換して、水リッチ溶液を最終処理ユニット14に供給する。
(Fourth embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a
また、水処理装置5においては、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った希釈ドロー貯槽17の下流側の流路に、分岐点P1が設けられている。分岐点P1においては、希釈ドロー溶液が少なくとも2方向に分岐される。分岐された一方の流路は熱交換器22に連通されているとともに、他方の流路は熱交換器23に連通されている。さらに、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って、加熱器12の上流側の流路に、熱交換器22を通過した希釈ドロー溶液と、熱交換器23を通過した希釈ドロー溶液とが合流する合流点P2が設けられている。合流点P2においては、分岐点P1において分岐された希釈ドロー溶液が合流する。すなわち、並列熱交換手段としての熱交換器22,23はそれぞれ、希釈ドロー溶液と他の再生ドロー溶液および水リッチ溶液との間で熱交換可能に構成される。なお、図6において合流点P2は、循環流路41における流入点P0より上流側に配置されているが、下流側に配置することも可能である。
Further, in the
(定常状態における水処理方法)
次に、上述のように構成された水処理装置5において行われる、第4の実施形態による定常状態における水処理方法について説明する。すなわち、第4の実施形態による水処理方法においては、並列熱交換手段としての熱交換器22,23によって並列熱交換工程が行われる。具体的には、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、希釈ドロー貯槽17に流入し、希釈ドロー貯槽17から熱交換器22,23の上流側への流路の分岐点P1において分岐される。分岐された一方の流路を通じて熱交換器22に供給される希釈ドロー溶液は、高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。分岐された他方の流路によって熱交換器23に供給される希釈ドロー溶液は、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。換言すると、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、希釈ドロー貯槽17に流入して分岐点P1において分岐された後、並列熱交換工程として熱交換器22,23に並列に通過されて、それぞれ水リッチ溶液および再生ドロー溶液と熱交換される。これにより、再生ドロー溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量、および水リッチ溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量を、第3の実施形態に比して低減できるとともに、昇温させる温度幅を拡大できる。
(Water treatment method in steady state)
Next, a water treatment method in a steady state according to the fourth embodiment performed in the
水処理装置5において、分岐点P1で分岐された希釈ドロー溶液は、熱交換器22,23のそれぞれの下流側、かつ加熱器12の上流側における合流点P2において合流可能に構成されている。すなわち、熱交換器22,23を並列に通過して熱交換された希釈ドロー溶液は、合流点P2において合流する。ここで、一部の熱交換手段としての熱交換器22に供給される一方の希釈ドロー溶液と、他部の熱交換手段としての熱交換器23に供給される他方の希釈ドロー溶液との流量比率は、分岐点P1の近傍に設けられた調節弁(図示せず)によって調整される。調節弁によって調整される分岐点P1での流量比率は、合流点P2において一方の希釈ドロー溶液の温度と他方の希釈ドロー溶液との温度が略等しくなるように調整される。合流点P2において合流した希釈ドロー溶液は、加熱器12によって曇点以上沸点以下の温度にまで加熱される。
In the
また、最終処理前熱交換手段としての熱交換器24によって、最終処理前熱交換工程が行われる。すなわち、分離槽13から流出して上澄水槽16に貯留された88℃程度の高温の水リッチ溶液は、熱交換器22に供給されて30℃以上50℃以下の例えば45℃に降温される。その後、最終処理前熱交換工程として、熱交換器22および三方弁33を通過した水リッチ溶液は、熱交換器24によって30℃以上45℃以下の例えば35℃に降温された後、最終処理ユニット14に供給される。その他の定常状態における水処理方法は、第3の実施形態と同様である。
Further, the heat exchange step before final processing is performed by the
(水処理装置の起動方法)
(前段起動工程)
次に、第4の実施形態による水処理装置5の起動方法について説明する。すなわち、第4の実施形態においては、まず、第2および第3の実施形態と同様にして、準備工程を行った後に前段起動工程を行う。前段起動工程においては、図6中太破線aで示すように、分離槽13内のドロー溶液を、三方弁31および循環流路41を通じて加熱器12に供給して加熱し、分離槽13に循環させる。これにより、分離槽13内のドロー溶液を、環境温度から曇点以上の温度まで上昇させる。
(Start-up method of water treatment equipment)
(Pre-stage startup process)
Next, the starting method of the
(後段起動工程)
その後、後段起動工程を行う。図7は、第4の実施形態による水処理装置5の後段起動工程を模式的に示すブロック図である。図7中、循環加熱工程におけるドロー溶液および水リッチ溶液の流路を、太実線cで示す。まず、第2および第3の実施形態と同様にして、希釈ドロー貯槽17に、環境温度の水および温度感応性吸水剤を含むドロー溶液を投入して、ポリマー濃度が例えば50%程度のドロー溶液を貯留する。希釈ドロー貯槽17へのドロー溶液の投入は、上述した準備工程の前後、または前段起動工程の前後のいずれの段階で行ってもよい。
(Later start-up process)
Thereafter, a post-stage startup process is performed. FIG. 7 is a block diagram schematically showing a post-stage activation process of the
(切換工程)
次に、図7に示すように、三方弁32,33によって、切換工程が行われる。すなわち、分離槽13から流出して三方弁31および熱交換器23を通過したドロー溶液が、三方弁32を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁32の切換を行う。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液が、上澄水槽16および熱交換器22を経由して、三方弁33を通じて希釈ドロー貯槽17に流入可能になるように、三方弁33の切換を行う。
(Switching process)
Next, as shown in FIG. 7, a switching process is performed by the three-
(循環加熱工程)
次に、加熱器12、分離槽13、上澄水槽16、希釈ドロー貯槽17、および熱交換器22,23によって、循環加熱工程が行われる。すなわち、三方弁31を切り換えることによって、前段起動工程において加熱された高温のドロー溶液は、分離槽13から流出して三方弁31、熱交換器23、三方弁32、および上流側バイパス流路42を通じて希釈ドロー貯槽17に供給される。一方、後述するように分離槽13から流出した曇点以上の高温の水リッチ溶液は、上澄水槽16に流入して貯留される。その後、水リッチ溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって熱交換器22に供給され、希釈ドロー貯槽17から供給された低温のドロー溶液と熱交換されて降温される。熱交換器22によって降温された水リッチ溶液は、三方弁33によって下流側バイパス流路43を通じて希釈ドロー貯槽17に流入される。
(Circulating heating process)
Next, a circulating heating process is performed by the
希釈ドロー貯槽17においては、あらかじめ貯留されたドロー溶液と、分離槽13から上流側バイパス流路42を通じて流入したドロー溶液と、上澄水槽16から下流側バイパス流路43を通じて流入した水リッチ溶液とが混合される。希釈ドロー貯槽17内におけるドロー溶液の温度は、例えば25℃程度の環境温度から昇温される。希釈ドロー貯槽17に流入した水リッチ溶液は、貯留しているドロー溶液に混合される。高温のドロー溶液および高温の水リッチ溶液の流入によって、希釈ドロー貯槽17内におけるドロー溶液は昇温される。
In the diluted
希釈ドロー貯槽17に貯留しているドロー溶液は、例えば送水ポンプ(図示せず)によって流出され、分岐点P1において分岐される。分岐された熱交換器22側の一方の流路を流れるドロー溶液は、熱交換器22において、分離槽13から上澄水槽16を経由した曇点以上の高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。分岐された熱交換器23側の他方の流路を流れるドロー溶液は、熱交換器23において分離槽13を流出した曇点以上の高温のドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。換言すると、希釈ドロー貯槽17から流出したドロー溶液は、分岐点P1において分岐された後、熱交換器22,23に並列に通過して、それぞれ曇点以上の高温の水リッチ溶液およびドロー溶液と熱交換される。
The draw solution stored in the diluted
熱交換器22,23を並列して通過したドロー溶液は、熱交換器22,23の下流側、かつ加熱器12の上流側における合流点P2において合流する。上述した分岐点P1において分岐された一方の流路を流れるドロー溶液と、他方の流路を流れるドロー溶液との流量比率は、分岐点P1の近傍に設けられた調節弁(図示せず)によって調整される。具体的に、ドロー溶液における分岐点P1での流量比率は、合流点P2において一方のドロー溶液の温度と他方のドロー溶液との温度が略等しくなるように、調整弁によって調整される。合流点P2において合流したドロー溶液は、加熱器12に供給されて、さらに曇点以上沸点以下にまで加熱される。加熱されたドロー溶液は分離槽13に供給される。すなわち、分離槽13から流出したドロー溶液は、三方弁31、熱交換器23、三方弁32、および希釈ドロー貯槽17を順次経由し、熱交換器22,23を並列に経由して合流した後、加熱器12に供給されて分離槽13に循環される。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16、熱交換器22、および三方弁33を経由して、希釈ドロー貯槽17に供給されてドロー溶液と混合され、さらに、熱交換器22,23および加熱器12を順次経由して、分離槽13に循環される。その他の起動方法については、第3の実施形態と同様である。
The draw solutions that have passed through the
上述した循環加熱工程においては、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液は、分離槽13から流出して熱交換器23を通過したドロー溶液、および分離槽13から上澄水槽16を経由して熱交換器22を通過した水リッチ溶液によって昇温される。これにより、第3の実施形態による循環加熱工程と同様の効果を得ることができる。
In the circulation heating step described above, the draw solution in the diluted
上述した循環加熱工程を継続して、分離槽13内のドロー溶液の温度が曇点以上の例えば88℃以上、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液の温度が所定温度の例えば40℃以上まで上昇した後、三方弁32,33を切り換える。これによって、分離槽13から流出したドロー溶液は、熱交換器23および三方弁32を順次経由して熱交換器21に供給された後、膜モジュール11に供給されるとともに、さらに含水溶液を膜モジュール11に供給することによって、膜モジュール11による正浸透工程が開始される。一方、分離槽13から流出した水リッチ溶液は、上澄水槽16に貯留された後、熱交換器22、三方弁33、および熱交換器24を順次経由して、最終処理ユニット14に供給され、最終処理が開始される。これにより、水処理装置5が起動されて、上述した第4の実施形態による定常状態における水処理が開始される。なお、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と含水溶液の供給とは、同時であってもよく、いずれか一方が先であってもよい。また、膜モジュール11へのドロー溶液の供給と、最終処理ユニット14への水リッチ溶液の供給および最終処理ユニット14の起動とは同時であってもよく、いずれか一方を先に開始してもよい。
The circulation heating process described above is continued, and the temperature of the draw solution in the
第4の実施形態によれば、前段起動工程において、分離槽13内のドロー溶液の温度を曇点以上に上昇させることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、水処理装置4の起動時において、希釈ドロー貯槽17内のドロー溶液を所定温度まで昇温させていることにより、第2および第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by raising the temperature of the draw solution in the
また、第4の実施形態による定常状態における水処理方法によれば、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を分岐させて、熱交換器22において水リッチ溶液と熱交換させるとともに、熱交換器23において再生ドロー溶液と熱交換させて、並列して昇温させている。これにより、加熱器12の上流側において、希釈ドロー溶液を第2および第3の実施形態に比してより一層高温にできるので、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2および第3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4において、加熱に消費するエネルギーをさらに低減できる。
Moreover, according to the water treatment method in the steady state according to the fourth embodiment, the diluted draw solution that has flowed out of the membrane module 11 is branched to exchange heat with the water-rich solution in 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や構成要素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や構成要素を用いてもよく、本発明は、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 and components listed in the above embodiment are merely examples, and different numerical values and components may be used as necessary. The present invention is disclosed in the disclosure of the present invention according to this embodiment. The present invention is not limited by the description and drawings constituting a part.
例えば、上述した第4の実施形態における最終処理前熱交換手段としての熱交換器24を、第1〜第3の実施形態による水処理装置1〜4に適用することも可能である。
For example, the
また、上述した第1〜第4の実施形態による水処理装置1〜5において、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って熱交換器21の下流側、かつ膜モジュール11の上流側に屈折率計を設けることも可能である。これにより、希釈ドロー溶液のポリマー濃度を計測することが可能になる。
In the water treatment apparatuses 1 to 5 according to the first to fourth embodiments described above, a refractometer is provided on the downstream side of the
1,2,3,4,5 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
15 冷却機構
16 上澄水槽
17 希釈ドロー貯槽
21,22,23,24 熱交換器
31,32,33 三方弁
41 循環流路
42 上流側バイパス流路
43 下流側バイパス流路
1, 2, 3, 4, 5 Water treatment apparatus 11
Claims (15)
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱可能に構成された加熱手段と、
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低含水ドロー溶液とに分離可能に構成された水分離手段と、を備え、
前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記加熱手段の上流側かつ前記正浸透手段の下流側とを連通可能な循環流路が設けられている
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 configured to be discharged as an aqueous solution,
Heating means configured to be able to heat the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point;
Water separation means configured to be able to separate the diluted draw solution heated by the heating means into a water-rich solution and a low water-containing draw solution having a lower water content than the water-rich solution, and
A downstream side of the water separation means and an upstream side of the forward osmosis means along the flow direction of the low water content draw solution; an upstream side of the heating means and a forward osmosis means along the flow direction of the diluted draw solution; A water treatment apparatus comprising a circulation channel capable of communicating with a downstream side.
前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー貯留手段とを連通可能な上流側バイパス流路が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 Further comprising dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means,
An upstream bypass flow path is provided that is capable of communicating the downstream side of the water separation means and the upstream side of the forward osmosis means along the flow direction of the low water content draw solution with the diluted draw storage means. The water treatment apparatus according to claim 1, wherein
前記水リッチ溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側と、前記希釈ドロー貯留手段とを連通可能な下流側バイパス流路が設けられている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の水処理装置。 Further comprising dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means,
The downstream bypass flow path which can connect the downstream of the said water separation means along the flow direction of the said water rich solution, and the said dilution draw storage means is provided. The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. The water treatment apparatus as described.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の水処理装置。 An outflow side heat exchanging means configured to be able to exchange heat between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the water rich solution flowing out from the water separation means. Item 4. A water treatment apparatus according to item 2 or 3.
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の水処理装置。 The post-stage heat exchange means configured to be able to exchange heat between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the low water content draw solution flowing out from the water separation means. The water treatment apparatus of any one of 2-4.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の水処理装置。 The diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means is branched, and at least two heat exchange means are configured to be capable of exchanging heat by parallel heat exchange means configured in parallel. The water treatment apparatus according to claim 2 or 3, wherein the diluted draw solution heat-exchanged by the parallel heat exchange means is configured to be merged on the upstream side of the heating means.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の水処理装置。 Cooling means that cools the liquid and flows out as a cooling liquid, and inflow heat configured to be able to exchange heat between the cooling liquid that has flowed out of the cooling means and the low hydrous draw solution that has flowed out of the water separation means The water treatment apparatus according to claim 1, further comprising an exchange unit.
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱可能に構成された加熱手段と、
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低含水ドロー溶液とに分離可能に構成された水分離手段と、を備える水処理装置を起動させる起動方法であって、
前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記加熱手段の上流側かつ前記正浸透手段の下流側とを連通可能な循環流路を設け、
前記水分離手段に貯留されたドロー溶液を、前記循環流路を通じて前記加熱手段に供給して前記曇点以上の温度に加熱させる分離循環工程を含む
ことを特徴とする水処理装置の起動方法。 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 means configured to be discharged as an aqueous solution,
Heating means configured to be able to heat the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point;
A water separation device configured to be able to separate the diluted draw solution heated by the heating unit into a water-rich solution and a low-water content draw solution having a lower water content than the water-rich solution, and starts a water treatment device A start-up method,
A downstream side of the water separation means and an upstream side of the forward osmosis means along the flow direction of the low water content draw solution; an upstream side of the heating means and a forward osmosis means along the flow direction of the diluted draw solution; Provide a circulation channel that can communicate with the downstream side,
A method for starting up a water treatment apparatus, comprising: a separation and circulation step in which the draw solution stored in the water separation means is supplied to the heating means through the circulation flow path and heated to a temperature equal to or higher than the cloud point.
前記低含水ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側かつ前記正浸透手段の上流側と、前記希釈ドロー貯留手段と、を連通可能な上流側バイパス流路を設け、
前記分離循環工程の後、前記水分離手段に貯留されたドロー溶液を、前記上流側バイパス流路を通じて前記希釈ドロー貯留手段に供給する上流側バイパス工程を含む
ことを特徴とする請求項8に記載の水処理装置の起動方法。 The water treatment apparatus further includes a dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution that has flowed out of the forward osmosis means,
Providing an upstream bypass flow path capable of communicating the downstream side of the water separation means and the upstream side of the forward osmosis means along the flow direction of the low water content draw solution, and the dilution draw storage means;
9. The upstream bypass step of supplying, after the separation and circulation step, the draw solution stored in the water separation unit to the dilution draw storage unit through the upstream bypass channel. Method of starting water treatment equipment.
前記水リッチ溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側と、前記希釈ドロー貯留手段と、を連通可能な下流側バイパス流路を設け、
前記分離循環工程の後、前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液を、前記下流側バイパス流路を通じて前記希釈ドロー貯留手段に供給する下流側バイパス工程を含む
ことを特徴とする請求項8または9に記載の水処理装置の起動方法。 The water treatment apparatus further includes a dilution draw storage means configured to store the diluted draw solution that has flowed out of the forward osmosis means,
Providing a downstream bypass flow path capable of communicating the downstream side of the water separation means along the flow direction of the water-rich solution and the dilution draw storage means;
9. The downstream bypass step of supplying the water-rich solution flowing out from the water separation means to the dilution draw storage means through the downstream bypass flow path after the separation and circulation step. The start-up method of the water treatment apparatus of 9.
前記流出側熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、前記水分離手段から流出した水リッチ溶液との間で熱交換を行って、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を昇温させる流出側昇温工程を含む
ことを特徴とする請求項9または10に記載の水処理装置の起動方法。 The water treatment device further includes outflow side heat exchange means configured to exchange heat between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the water rich solution flowing out from the water separation means. ,
The draw solution that has flowed out of the dilution draw storage means by performing heat exchange between the draw solution that has flowed out of the dilution draw storage means and the water-rich solution that has flowed out of the water separation means by the outflow side heat exchange means. The start method of the water treatment device according to claim 9 or 10 including the outflow side temperature raising process which raises temperature.
ことを特徴とする請求項11に記載の水処理装置の起動方法。 The method for starting a water treatment apparatus according to claim 11, further comprising a heating step of heating the draw solution flowing out from the diluted draw storage means by the heating means after the outflow side temperature raising step.
前記後段熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、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って、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液を昇温させる後段昇温工程を含む
ことを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の水処理装置の起動方法。 The water treatment apparatus further includes a rear-stage heat exchanging unit configured to exchange heat between the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storing unit and the low water content draw solution flowing out from the water separating unit. ,
The post-stage heat exchange means performs heat exchange between the draw solution that has flowed out of the diluted draw storage means and the draw solution that has flowed out of the water separation means, and the draw solution that has flowed out of the diluted draw storage means is increased. The method for starting up the water treatment apparatus according to any one of claims 9 to 12, further comprising a subsequent temperature raising step of heating.
前記少なくとも2つの熱交換手段のうちの一部の熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、前記水分離手段から流出した水リッチ溶液との間で熱交換を行い、前記少なくとも2つの熱交換手段のうちの他部の熱交換手段によって、前記希釈ドロー貯留手段から流出したドロー溶液と、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並列熱交換工程を含む
ことを特徴とする請求項9または10に記載の水処理装置の起動方法。 The water treatment device is configured such that the diluted draw solution flowing out from the diluted draw storage means is branched and heat exchange is possible by parallel heat exchange means in which at least two heat exchange means are configured in parallel. And the dilute draw solution branched and heat exchanged by the parallel heat exchange means is configured to be merged on the upstream side of the heating means,
Heat exchange is performed between the draw solution flowing out from the dilution draw storage means and the water-rich solution flowing out from the water separation means by some of the at least two heat exchange means, A parallel heat exchange step of performing heat exchange between the draw solution flowing out from the diluted draw storage means and the draw solution flowing out from the water separation means by the heat exchange means of the other part of at least two heat exchange means The start method of the water treatment apparatus according to claim 9 or 10, characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項14に記載の水処理装置の起動方法。 The method for starting up a water treatment apparatus according to claim 14, further comprising a heating step of heating the draw solution that has flowed out from the diluted draw storage unit joined after the parallel heat exchange step by the heating unit.
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