JP2022130136A

JP2022130136A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2022130136A
Application number: JP2021029132A
Authority: JP
Inventors: 泰介塚本; Taisuke Tsukamoto; 元規村上; Motoki Murakami; 涼吉 ▲濱▼口; Ryokichi Hamaguchi; 尚樹小川; Naoki Ogawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-09-06

Abstract

【課題】被処理水から駆動溶液へＦＯ膜を透過する水量の調整が容易な水処理装置を提供する。
【解決手段】被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させる正浸透膜部と、正浸透膜部において正浸透膜を介して被処理水と接触した駆動溶液を、駆動溶液の溶質を含む高溶質濃度成分と、高溶質濃度成分よりも溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに分離する分離部と、分離部の高溶質濃度成分を駆動溶液として正浸透膜部に供給する駆動溶液供給部とを備える水処理装置は、被処理水から駆動溶液へ正浸透膜を透過する水量に関する指標が予め決められた設定範囲内となるように、正浸透膜部へ供給される被処理水又は駆動溶液の少なくとも一方の供給量を調節する調節部を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、水処理装置に関する。

特許文献１には、正浸透膜（ＦＯ膜）を介して被処理水と駆動溶液とを接触させて、被処理水から駆動溶液へ水を透過させる水処理装置が記載されている。この水処理装置では、ＦＯ膜を介して被処理水に接触した後の駆動溶液（処理後駆動溶液）の一部を、ＦＯ膜を介して被処理水に接触する前の駆動溶液（処理前駆動溶液）に混合させることで、ＦＯ膜を介して被処理水に接触する駆動溶液の浸透圧を調節して、ＦＯ膜の透過水量を調整している。

特開２０１８－２３９３３号公報

しかしながら、特許文献１の水処理装置ではＦＯ膜の透過水量の調整をするために、処理前駆動溶液の流量と、処理前駆動溶液に戻される処理後駆動溶液の流量とのバランスを維持する必要があり、このために、それぞれの流量を調整するためのポンプや流量調整弁の制御が複雑になるといった問題点があった。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、被処理水から駆動溶液へＦＯ膜を透過する水量の調整が容易な水処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る水処理装置は、被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させる正浸透膜部と、前記正浸透膜部において前記正浸透膜を介して前記被処理水と接触した駆動溶液を、前記駆動溶液の溶質を含む高溶質濃度成分と、前記高溶質濃度成分よりも前記溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに分離する分離部と、前記分離部の前記高溶質濃度成分を前記駆動溶液として前記正浸透膜部に供給する駆動溶液供給部とを備える水処理装置であって、前記水処理装置は、前記被処理水から前記駆動溶液へ前記正浸透膜を透過する水量に関する指標が予め決められた設定範囲内となるように、前記正浸透膜部へ供給される前記被処理水又は前記駆動溶液の少なくとも一方の供給量を調節する調節部を備える。

本開示の水処理装置によれば、正浸透膜部へ供給される被処理水又は駆動溶液の少なくとも一方の供給量を調節することにより、被処理水から駆動溶液へ正浸透膜を透過する水量を調整するので、正浸透膜を透過する水量の調整が容易になる。

本開示の実施形態１に係る水処理装置の構成模式図である。駆動溶液の循環量と透過水量との関係を示すマップの模式図である。本開示の実施形態２に係る水処理装置の構成模式図である。本開示の実施形態４に係る水処理装置の構成模式図である。本開示の実施形態５に係る水処理装置の構成模式図である。本開示の実施形態６に係る水処理装置の構成模式図である。本開示の実施形態７に係る水処理装置の構成模式図である。

以下、本開示の実施の形態による水処理装置について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係る水処理装置の構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る水処理装置１は、被処理水と駆動溶液とを正浸透膜２ａを介して接触させる正浸透膜部２と、正浸透膜部２において正浸透膜２ａを介して被処理水と接触した駆動溶液を、駆動溶液の溶質を含む高溶質濃度成分と、高溶質濃度成分よりも溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに分離する分離部３と、分離部３の高溶質濃度成分を駆動溶液として正浸透膜部２に供給する駆動溶液供給部４とを備えている。

水処理装置１としては、海水淡水化装置、各種工場等からの排水を処理する排水処理装置、宇宙船や艦艇等の閉鎖空間における造水装置等を例示できるが、これらに限定するものではない。水処理装置１がこれら例示した装置である場合には、被処理水はそれぞれ、海水、排水、汚水となる。また、駆動溶液についても特に限定するものではないが、実施形態１において駆動溶液は、ある温度以下で希薄相と濃厚相とに相分離する分離状態となりその温度以上で希薄相と濃厚相とに相分離しない混合状態となる上限臨界溶液温度型の熱応答性液体であるイオン液体や高分子液体であることとする。この場合、分離部３として、駆動溶液の溶質を比較的多く含む高溶質濃度成分と、高溶質濃度成分よりも溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに比重差で分離する装置を使用することができ、分離部３において、高溶質濃度成分が下側に移動するとともに低溶質濃度成分が上側に移動するように駆動溶液が分離する。

正浸透膜部２は、筐体２ｂ内を正浸透膜２ａによって第１室２ｃ及び第２室２ｄに区分けされた構成を有している。筐体２ｂには、第１室２ｃに連通するように構成されて第１室２ｃに被処理水を供給するための被処理水供給ライン５と、第１室２ｃに連通するように構成されて第１室２ｃから被処理水が流出するための被処理水流出ライン６と、第２室２ｄに連通するように構成されて第２室２ｄに駆動溶液を供給するための駆動溶液供給ライン７と、第２室２ｄに連通するように構成されて第２室２ｄから駆動溶液が流出するための駆動溶液流出ライン８とが接続されている。分離部３には、駆動溶液流出ライン８と、分離部３の内部で主に上側に存在する低溶質濃度成分が分離部３から流出するための低溶質濃度成分流出ライン９とが接続されている。

被処理水供給ライン５には、被処理水を昇圧するための被処理水供給ポンプ１１と、被処理水の流通方向において被処理水供給ポンプ１１よりも下流に設けられ被処理水を加熱するための加熱器１２とが設けられている。駆動溶液供給ライン７は、正浸透膜部２の第２室２ｄと、分離部３において高溶質濃度成分が存在する位置、例えば分離部３の底部とを接続するように構成され、駆動溶液供給ライン７には、駆動溶液としての高溶質濃度成分を昇圧するための駆動溶液供給ポンプ１３と、駆動溶液の流通方向において駆動溶液供給ポンプ１３よりも下流に設けられ駆動溶液を加熱する加熱器１４とが設けられている。ここで、駆動溶液供給ライン７及び駆動溶液供給ポンプ１３は駆動溶液供給部４を構成する。駆動溶液流出ライン８には、駆動溶液を冷却する冷却器１５が設けられている。

低溶質濃度成分流出ライン９の下流側端部には、第２分離部２０を設けることもできる。この場合、第２分離部２０に低溶質濃度成分を供給するために、低溶質濃度成分供給ポンプ２４が低溶質濃度成分流出ライン９に設けられている。第２分離部２０は、分離部３からの低溶質濃度成分を、駆動溶液の溶質を比較的多く含む第２高溶質濃度成分と、第２高溶質濃度成分よりも溶質の濃度が低い第２低溶質濃度成分とに分離するものであり、例えば、ナノ濾過膜２０ａを用いた濾過装置であってもよい。この場合、ナノ濾過膜２０ａを透過した濾液である第２低溶質濃度成分が処理水となる。ナノ濾過膜２０ａを透過しない第２高溶質濃度成を分離部３に戻すために、一端が第２分離部２０に接続されるとともに他端が分離部３に接続される第２高溶質濃度成分戻りライン２１を設けてもよい。

さらに、一端が低溶質濃度成分流出ライン９に接続されるとともに他端が正浸透膜部２の第２室２ｄに連通する低溶質濃度成分供給ライン２２を設けてもよい。尚、低溶質濃度成分供給ライン２２の他端は、加熱器１４よりも下流側で駆動溶液供給ライン７に接続するようにしてもよい。低溶質濃度成分供給ライン２２を設ける場合、低溶質濃度成分流出ライン９を流れる低溶質濃度成分が、第２分離部２０に供給されるか、又は、低溶質濃度成分供給ライン２２を介して第２室２ｄに供給されるかを切り替えるための切替機２３が設けられている。切替機２３は、図１には三方弁として描かれているが、三方弁に限定するものではなく、低溶質濃度成分供給ライン２２に設けられた開閉弁と、低溶質濃度成分供給ライン２２と低溶質濃度成分流出ライン９との接続箇所よりも下流側で低溶質濃度成分流出ライン９に設けられた開閉弁とから構成されてもよい。

分離部３には、分離部３内の駆動溶液中の予め特定したイオンの濃度を検出するための検出装置であるイオン電極２５を設けてもよい。例えば、被処理水が海水の場合（すなわち、水処理装置１が海水淡水化装置である場合）は、予め特定したイオンはナトリウムイオンとすることができる。また、イオン電極２５は、イオンの種類を特定しない電気伝導度計等の計測器でもよい。

被処理水供給ポンプ１１、駆動溶液供給ポンプ１３、低溶質濃度成分供給ポンプ２４はそれぞれ制御装置１０に電気的に接続され、制御装置１０によってそれらの起動及び停止並びに被処理水又は駆動溶液の供給量が制御されるようになっている。制御装置１０が被処理水供給ポンプ１１及び駆動溶液供給ポンプ１３を制御することにより、第１室２ｃ及び第２室２ｄのそれぞれに供給される被処理水及び駆動溶液の供給量が調節されるので、制御装置１０は、被処理水及び駆動溶液の供給量を調節する調節部を構成する。また、イオン電極２５も制御装置１０に電気的に接続され、イオン電極２５による検出結果が制御装置１０に伝送されるようになっている。さらに、切替機２３も制御装置１０に電気的に接続され、制御装置１０によって切替機２３が作動するようになっている。

＜本開示の実施形態１に係る水処理装置の動作＞
次に、本開示の実施形態１に係る水処理装置１の動作について説明する。まず、制御装置１０は、駆動溶液供給ポンプ１３を起動し、駆動溶液を分離部３、駆動溶液供給ライン７、正浸透膜部２の第２室２ｄ、駆動溶液流出ライン８、分離部３の順序で流通させる、すなわち分離部３と第２室２ｄとの間を駆動溶液が循環するようにする。このような駆動溶液の循環が開始されたら、加熱器１４及び冷却器１５を起動する。これにより、分離部３及び第２室２ｄ間の熱バランスが安定するので、水処理装置１を安定に起動させることができる。尚、加熱器１４では、駆動溶液が混合状態になる温度以上まで駆動溶液が加熱される。

上述の動作で分離部３及び第２室２ｄ間の熱バランスが安定したら、制御装置１０は被処理水供給ポンプ１１及び加熱器１２を起動して、被処理水供給ライン５を介して正浸透膜部２の第１室２ｃに被処理水を供給する。加熱器１２では、第２室２ｄに流入する駆動溶液との温度差ができるだけ小さくなるように被処理水が加熱される。正浸透膜部２において、被処理水と駆動溶液とが正浸透膜２ａを介して接触する。被処理水の浸透圧よりも駆動溶液の浸透圧が高いので、両者の浸透圧差によって被処理水の水が正浸透膜２ａを透過して駆動溶液に流入する。正浸透膜２ａを介して駆動溶液と接触した被処理水は第１室２ｃから流出し、被処理水流出ライン６を流通して水処理装置１から排水される。正浸透膜２ａを介して被処理水と接触した駆動溶液は、第２室２ｄから流出し、駆動溶液流出ライン８を流通する。

駆動溶液流出ライン８を流通する駆動溶液は、分離部３に流入する前に冷却器１５によって冷却される。冷却器１５では、駆動溶液が分離状態になる温度以下まで駆動溶液が冷却される。冷却器１５で冷却された駆動溶液が分離部３に流入すると、駆動溶液は、希薄相が上側に移動するとともに濃厚相が下側に移動するように分離状態となる。希薄相よりも濃厚相の方が駆動溶液の溶質濃度が高いので、両者の比重差によって、希薄相としての低溶質濃度成分が上側に移動し、濃厚相としての高溶質濃度成分が下側に移動する。駆動溶液として上限臨界溶液温度型の熱応答性液体を使用することにより、冷却器１５による駆動溶液の温度調整によって駆動溶液が分離状態になるので、駆動溶液から水を容易に分離することができる。

駆動溶液供給ポンプ１３によって分離部３から主に高溶質濃度成分が流出して駆動溶液供給ライン７を流通し、駆動溶液として第２室２ｄに流入する。一方、分離部３内の低溶質濃度成分を処理水とすることもできるが、低溶質濃度成分供給ポンプ２４によって、低溶質濃度成分流出ライン９を介して低溶質濃度成分を第２分離部２０に供給し、低溶質濃度成分から第２低溶質濃度成分を分離して、これを処理水としてもよい。第２高溶質濃度成分は、第２高溶質濃度成戻りライン２１を介して分離部３に戻される。

次に、処理水の量を制御する動作、すなわち、正浸透膜部２において被処理水から駆動溶液へ正浸透膜２ａを透過する水量（透過水量）を制御する動作について説明する。例えば、水処理装置１が海水淡水化装置であって、処理水である真水が図示しない真水タンクに貯留されている場合、真水の造水量と消費量とのバランスによって、真水タンク内の真水のレベルが上下する。真水の造水量が消費量よりも大きく、真水タンク内の真水のレベルが上昇する状況では、制御装置１０は、真水タンク内の真水のレベルの情報を取得し、この情報に基づいて正浸透膜部２における透過水量を制御する必要がある。このため、真水タンク内の真水のレベルの情報は透過水量に関する指標に相当することになり、制御装置１０には、この指標に関する適切な範囲である設定範囲を予め決めて設定しておくことができる。

このような例の場合、真水の造水量が消費量よりも大きくなると、真水タンク内の真水のレベルが上昇し、当該指標が当該設定範囲の上限を超えることになる。制御装置１０がこのような状況を検知したら、制御装置１０は、分離部３と第２室２ｄとの間の駆動溶液の循環量を低下するように駆動溶液供給ポンプ１３を制御する。駆動溶液の循環量が低下すると、第２室２ｄにおいて正浸透膜２ａを透過した水による駆動溶液の希釈が増大し、正浸透膜２ａを介した被処理水と駆動溶液との間の浸透圧差が小さくなるので、透過水量が低下し、やがて透過水量に関する指標が設定範囲内となる。この結果、真水の造水量が低下し、真水タンク内の真水のレベルを低下させることができる。

駆動溶液供給ポンプ１３の制御のために、制御装置１０には、図２に模式的に示されるような駆動溶液の循環量と透過水量との関係を示すマップを組み込んでおくことができる。このようなマップを制御装置１０に組み込むことにより、制御装置１０は、このマップに基づいて所望の透過水量に対する駆動溶液の循環量を決定し、この循環量となるように駆動溶液供給ポンプ１３を制御することができる。尚、このマップは、実験等で予め得ることが可能である。駆動溶液の循環量と透過水量との関係は、第１室２ｃに供給される被処理水の流量の変化に応じて変わり得る。被処理水の流量が一定の場合には、図２に模式的に示されるような１つのマップで良いが、被処理水の流量が変化する場合には、被処理水の流量と駆動溶液の循環量と透過水量との関係を示す３次元のマップが必要になる。また、水処理装置１において異なる複数の種類の駆動溶液を使い分ける場合には、駆動溶液の種類ごとの関係がこのマップに含まれることになる。図２には一例として、３種類の駆動溶液Ａ，Ｂ，Ｃを使い分ける場合のマップが描かれている。

例えば、被処理水にイオンが含まれている場合、正浸透膜２ａを水が透過する際に、イオンの一部も透過して駆動溶液に混入する。分離部３において駆動溶液が分離状態となったとき、低溶質濃度成分及び高溶質濃度成分のそれぞれのイオンの濃度は、後者よりも前者の方が大きくなる。低溶質濃度成分と高溶質濃度成分とは比重差によって上下に分離しているので、上側に位置する低溶質濃度成分中のイオンの濃度が大きくなると、比重差が小さくなり、やがては逆転してしまい、低溶質濃度成分と高溶質濃度成分との分離が適切にできなくなってしまう。そこで、制御装置１０に予めイオンの濃度の上限値を設定しておき、イオン電極２５による検出値がこの上限値以上となったら、駆動溶液を交換する旨の警報を出すようにしてもよい。これにより、低溶質濃度成分と高溶質濃度成分との分離ができなくなる前に駆動溶液を適切に交換することができる。

水処理装置１の運転時間が長くなると、被処理水に含まれる固形成分等により正浸透膜２ａのファウリングが発生し、透過水量が低下するおそれがある。このため、定期的に、又は、処理水の生成量と上記マップから推定される透過水量との乖離に基づいてファウリングの可能性を検知した場合に、正浸透膜２ａの逆洗を行うようにしてもよい。逆洗を行う場合、制御装置１０は切替機２３を作動させて、低溶質濃度成分流出ライン９を流通する低溶質濃度成分を、低溶質濃度成分供給ライン２２を介して第２室２ｄに供給する。低溶質濃度成分は被処理水よりも浸透圧が低いので、正浸透膜部２では、第２室２ｄ内の低溶質濃度成分から第１室２ｃ内の被処理水へ正浸透膜２ａを水が透過する。この水の透過により、ファウリングした正浸透膜２ａが逆洗される。

このように、本開示の実施形態１に係る水処理装置１によれば、駆動溶液の循環量、すなわち、正浸透膜部２の第２室２ｄへ供給される駆動溶液の供給量を調節することにより、被処理水から駆動溶液へ正浸透膜２ａを透過する水量を調整するので、正浸透膜２ａを透過する水量の調整が容易になる。

＜本開示の実施形態１に係る水処理装置の変形例＞
実施形態１では、透過水量を制御するために駆動溶液の循環量を調節しているが、この形態に限定するものではない。駆動溶液の循環量は一定にしておいて、第１室２ｃに供給される被処理水の流量を調節してもよい。この変形例でも、被処理水の流量を低下すると、駆動溶液の循環量を低下させた場合と同じ原理に基づいて透過水量が低下する。この変形例では、制御装置１０に組み込むマップは、少なくとも被処理水の流量と透過水量との関係を示すマップとなる。さらに、被処理水の流量と駆動溶液の循環量と透過水量との関係を示す３次元のマップを制御装置１０に組み込み、制御装置１０は、透過水量を制御するために駆動溶液の循環量及び被処理水の流量の両方を調節してもよい。ただし、分離部３と正浸透膜部２との間を循環する駆動溶液の温度を調整するためにエネルギーを必要とするが、正浸透膜２ａを透過する水量を低下させる必要がある場合、駆動溶液の循環流量を低下することにより正浸透膜２ａを透過する水量を低下させれば、駆動溶液の温度を調整するためのエネルギーを低減することができる。

実施形態１では、透過水量に関する指標が設定範囲内となるように連続的に駆動溶液の循環量を調節しているが、この形態に限定するものではない。例えば、被処理水及び駆動溶液のそれぞれが予め決められた定格流量で正浸透膜部２へ供給される定格運転モードと、透過水量に関する指標が設定範囲の上限を超えた場合に設定範囲内となるように、被処理水又は駆動溶液の少なくとも一方が定格流量よりも低い流量で正浸透膜部２へ供給される調節運転モードとを制御装置１０が切り替えるようにしてもよい。決められた容量内の容器に処理水を貯蔵する場合や処理水の使用量に応じて被処理水を処理する場合に、調節運転モードに切り替えることで、正浸透膜を透過する水量を容易に低下できるので、処理水の生成量を容易に低下することができる。調節運転モードについて被処理水又は駆動溶液の流量を段階的に異なる複数の設定値に切り替え可能にしておくことにより、定格運転モードと調節運転モードとの２段階の調節の切り替えだけではなく、３段階以上の調節の切り替えを可能にすることもできる。

実施形態１では、駆動溶液の循環量を制御装置１０が調節するようにしているが、この形態に限定するものではない。透過水量に関する指標が設定範囲内となるように、図２のマップに基づいて、水処理装置１のオペレーターが駆動溶液の循環量の調節又は定格運転モードと調節運転モードとの切り替えをマニュアルで行うようにしてもよい。この場合、駆動溶液の循環量の調節又は定格運転モードと調節運転モードとの切り替えをマニュアルで行うためにオペレーターが操作する任意の操作装置が、被処理水及び駆動溶液の供給量を調節する調節部となる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る水処理装置について説明する。実施形態２に係る水処理装置は、実施形態１に対して、駆動溶液の種類を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、特に言及しない限り、実施形態１の各種変形例の構成を実施形態２でも適用可能である。

＜本開示の実施形態２に係る水処理装置の構成＞
本開示の実施形態２に係る水処理装置１の構成について、図３を参照し、本開示の実施形態１に係る水処理装置１の構成（図１参照）と異なる部分を以下に説明する。実施形態１では、被処理水供給ライン５、駆動溶液供給ライン７、駆動溶液流出ライン８のそれぞれに加熱器１２、加熱器１４、冷却器１５が設けられていたが、実施形態２では、これらに代えて冷却器３２、冷却器３４、加熱器３５が設けられている。また、実施形態２では、分離部３と低溶質濃度成分供給ポンプ２４との間において低溶質濃度成分流出ライン９に冷却器３６が設けられ、第２高溶質濃度成戻りライン２１に加熱器３７が設けられている。さらに実施形態２では、駆動溶液として、ある温度以上で希薄相と濃厚相とに相分離する分離状態となりその温度以下で希薄相と濃厚相とに相分離しない混合状態となる下限臨界溶液温度型の熱応答性液体であるイオン液体や高分子液体が使用されている。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態２に係る水処理装置の動作＞
実施形態２において、駆動溶液を分離部３と第２室２ｄとの間で循環させる際に、駆動溶液供給ライン７を流通する駆動溶液は冷却器３４で冷却され、駆動溶液流出ライン８を流通する駆動溶液は加熱器３５で加熱される。冷却器３４では、駆動溶液が混合状態になる温度以下まで駆動溶液が冷却される。

被処理水供給ライン５を介して正浸透膜部２の第１室２ｃに被処理水が流入するが、被処理水が被処理水供給ライン５を流通する際、加熱器１２では、第２室２ｄに流入する駆動溶液との温度差ができるだけ小さくなるように被処理水が冷却される。正浸透膜部２では、実施形態１と同様に、両者の浸透圧差によって被処理水の水が正浸透膜２ａを透過して駆動溶液に流入する。

第２室２ｄから流出した駆動溶液は、分離部３に流入する前に加熱器３５によって加熱される。加熱器３５では、駆動溶液が分離状態になる温度以上まで駆動溶液が加熱される。加熱器３５で加熱された駆動溶液が分離部３に流入し、分離部３において駆動溶液が希薄相と濃厚相とに分離する原理は実施形態１と同じである。駆動溶液として下限臨界溶液温度型の熱応答性液体を使用することにより、加熱器３５による駆動溶液の温度調整によって駆動溶液が分離状態になるので、駆動溶液から水を容易に分離することができる。分離部３の濃厚相である高溶質濃度成分は、被処理水供給ライン５を介して、駆動溶液として第２室２ｄに供給される。

一方、分離部３の希薄相である低溶質濃度成分は、分離部３から流出して低溶質濃度成分流出ライン９を流通する際に、冷却器３６によって冷却される。分離部３に流入する駆動溶液は加熱器３５によって加熱されるので、実施形態１に比べて、低溶質濃度成分流出ライン９を流通する低溶質濃度成分の温度は高くなっている。このため、冷却器３６では、第２分離部２０のナノ濾過膜２０ａの耐熱温度以下になるまで低溶質濃度成分が冷却される。第２分離部２０において第２高溶質濃度成分と第２低溶質濃度成分とに分離される原理と、第２低溶質濃度成分が処理水となることとについては、実施形態１と同じである。第２高溶質濃度成分は、第２高溶質濃度成戻りライン２１を介して分離部３に戻されるが、駆動溶液流出ライン８を介して分離部３に流入する駆動溶液の温度以上となるように、加熱器３７によって第２高溶質濃度成分が加熱される。その他の動作は実施形態１と同じである。

このように、本開示の実施形態２に係る水処理装置１でも、駆動溶液の循環量、すなわち、正浸透膜部２の第２室２ｄへ供給される駆動溶液の供給量を調節することにより、被処理水から駆動溶液へ正浸透膜２ａを透過する水量を調整するので、正浸透膜２ａを透過する水量の調整が容易になる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る水処理装置について説明する。実施形態３に係る水処理装置は、実施形態１または２のそれぞれに対して、駆動溶液の循環量の調整に合わせて正浸透膜部２への被処理水の供給量も調整するように変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態１または２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、特に言及しない限り、実施形態１の各種変形例の構成を実施形態３でも適用可能である。

＜本開示の実施形態３に係る水処理装置の構成＞
本開示の実施形態３に係る水処理装置１の構成は、図１及び３のそれぞれに示される本開示の実施形態１及び２に係る水処理装置１の構成と同じである。このため、以下で説明する本開示の実施形態３に係る水処理装置１の動作については、図１または３を参照して説明する。

＜本開示の実施形態３に係る水処理装置の動作＞
実施形態１及び２で説明した動作と同様にして、被処理水から駆動溶液へ正浸透膜２ａを透過する水量を調整するために駆動溶液の循環量が調節されるのに合わせて、実施形態３では、駆動溶液の循環量と正浸透膜部２に供給される被処理水の供給量との流量比が予め決められた設定比率となるように、制御装置１０が被処理水供給ポンプ１１を制御して被処理水の供給量も調節する。このため、制御装置１０には設定比率が予め設定されているが、設定比率とは、特定の数値であることに限定するものではなく、上限及び下限を有する範囲であってもよい。その他の動作については実施形態１及び２のそれぞれと同じである。

逆浸透膜とは異なり、正浸透膜２ａは耐圧性が低いので、正浸透膜部２へ供給される駆動溶液の流量のみを調節して被処理水の流量を変えないと、正浸透膜２ａへの圧力負荷が大きくなり、正浸透膜２ａが損傷するおそれがある。これに対し、実施形態３では、駆動溶液の流量を調節しても、正浸透膜部２へ供給される被処理水及び駆動溶液の流量比の変化が小さくなることから、正浸透膜２ａの両側の圧力差の変化を小さくすることができるので、正浸透膜２ａが損傷するおそれを低減することができる。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る水処理装置について説明する。実施形態４に係る水処理装置は、実施形態１または３のそれぞれに対して、熱交換器を付加したものである。以下の説明では、実施形態１の構成に熱交換器を付加した構成で実施形態４を説明するが、実施形態１の構成を前提とした実施形態３の構成に熱交換器を付加して実施形態４を構成してもよい。尚、実施形態４において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、特に言及しない限り、実施形態１の各種変形例の構成を実施形態４でも適用可能である。

＜本開示の実施形態４に係る水処理装置の構成＞
図４に示されるように、本開示の実施形態４に係る水処理装置１は、第１熱交換器４１，第２熱交換器４２，第３熱交換器４３の少なくとも１つを備えるように構成されている。第１熱交換器４１は、正浸透膜部２の第２室２ｄを流出した駆動溶液と分離部３から流出した高溶質濃度成分とを熱交換可能に構成されている。第２熱交換器４２は、第２室２ｄから流出した駆動溶液、第１熱交換器４１が設けられている場合には第１熱交換器４１から流出した駆動溶液と被処理水供給ポンプ１１によって昇圧された被処理水とを熱交換可能に構成されている。第３熱交換器４３は、被処理水供給ポンプ１１によって昇圧された被処理水、第２熱交換器４２が設けられている場合には第２熱交換器４２から流出した被処理水と正浸透膜部２の第１室２ｃから流出した被処理水とを熱交換可能に構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態４に係る水処理装置の動作＞
本開示の実施形態４に係る水処理装置の動作については、基本的には実施形態１の動作と同じであるので、以下では、実施形態１の動作と異なる点についてのみ説明する。正浸透膜部２の第２室２ｄと分離部３との間を駆動溶液が循環する際、第２室２ｄから流出した駆動溶液と、分離部３から流出して加熱器１４に流入する前の高溶質濃度成分とが第１熱交換器４１において熱交換される。正浸透膜部２の第１室２ｃに供給される被処理水は、被処理水供給ポンプ１１によって昇圧された後で加熱器１２に流入する前に、第２熱交換器４２において、第１熱交換器４１から流出した駆動溶液と熱交換され、その後、第３熱交換器４３において、第１室２ｃから流出した被処理水と熱交換される。その他の動作は実施形態１と同じである。

実施形態４では、水処理装置１における熱エネルギーを有効利用できるので、水処理装置１で必要な熱エネルギーを低減することができる。また、上述した動作以外は実施形態１の動作と同じであるので、実施形態４でも実施形態１で得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５に係る水処理装置について説明する。実施形態５に係る水処理装置は、実施形態２または３のそれぞれに対して、熱交換器を付加したものである。以下の説明では、実施形態２の構成に熱交換器を付加した構成で実施形態５を説明するが、実施形態２の構成を前提とした実施形態３の構成に熱交換器を付加して実施形態５を構成してもよい。尚、実施形態５において、実施形態２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態５に係る水処理装置の構成＞
図５に示されるように、本開示の実施形態５に係る水処理装置１は、第４熱交換器５１，第５熱交換器５２の少なくとも１つを備えるように構成されている。第４熱交換器５１は、正浸透膜部２の第２室２ｄを流出した駆動溶液と分離部３から流出した高溶質濃度成分とを熱交換可能に構成されている。第５熱交換器５２は、冷却器３６に流入する前の低溶質濃度成分と加熱器３７に流入する前の第２高溶質濃度成分とを熱交換可能に構成されている。その他の構成は実施形態２と同じである。

＜本開示の実施形態５に係る水処理装置の動作＞
本開示の実施形態５に係る水処理装置の動作については、基本的には実施形態２の動作と同じであるので、以下では、実施形態２の動作と異なる点についてのみ説明する。正浸透膜部２の第２室２ｄと分離部３との間を駆動溶液が循環する際、第２室２ｄから流出した駆動溶液と、分離部３から流出して冷却器３４に流入する前の高溶質濃度成分とが第４熱交換器５１において熱交換される。また、第５熱交換器５２において、冷却器３６に流入する前の低溶質濃度成分と加熱器３７に流入する前の第２高溶質濃度成分とが熱交換される。その他の動作は実施形態２と同じである。

実施形態５では、水処理装置１における熱エネルギーを有効利用できるので、水処理装置１で必要な熱エネルギーを低減することができる。また、上述した動作以外は実施形態２の動作と同じであるので、実施形態５でも実施形態２で得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。

（実施形態６）
次に、実施形態６に係る水処理装置について説明する。実施形態６に係る水処理装置は、実施形態４に対して、ヒートポンプを付加したものである。尚、実施形態６において、実施形態４の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態６に係る水処理装置の構成＞
図６に示されるように、本開示の実施形態６に係る水処理装置１は、第１ヒートポンプ６１，第２ヒートポンプ６２の少なくとも１つを備えるように構成されている。第１ヒートポンプ６１は、第１熱交換器４１から流出した駆動溶液から、第１熱交換器４１から流出した高溶質濃度成分へ熱移動させるように構成されている。第２ヒートポンプ６２は、正浸透膜部２の第１室２ｃから流出した後に第３熱交換器４３を通過した被処理水から、第１室２ｃに供給される前に第３熱交換器４３を通過した被処理水へ熱移動させるように構成されている。その他の構成は実施形態４と同じである。

＜本開示の実施形態６に係る水処理装置の動作＞
本開示の実施形態６に係る水処理装置の動作については、実施形態４の動作と異なる部分についてのみ説明する。第１熱交換器４１において駆動溶液と高溶質濃度成分とが熱交換した後、さらに第１ヒートポンプ６１によって、第１熱交換器４１から流出した駆動溶液から、第１熱交換器４１から流出した高溶質濃度成分へ熱移動させる。また、第３熱交換器４３において第１室２ｃに流入する前の被処理水と第１室２ｃから流出した被処理水とが熱交換した後、さらに第２ヒートポンプ６２によって、第１室２ｃから流出した後に第３熱交換器４３を通過した被処理水から、第１室２ｃに供給される前に第３熱交換器４３を通過した被処理水へ熱移動させる。

実施形態６では、実施形態４に比べて、水処理装置１における熱エネルギーをさらに有効利用できるので、水処理装置１で必要な熱エネルギーをさらに低減することができる。

（実施形態７）
次に、実施形態７に係る水処理装置について説明する。実施形態７に係る水処理装置は、実施形態５に対して、ヒートポンプを付加したものである。尚、実施形態７において、実施形態５の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態７に係る水処理装置の構成＞
図７に示されるように、本開示の実施形態７に係る水処理装置１は、第３ヒートポンプ７１，第４ヒートポンプ７２の少なくとも１つを備えるように構成されている。第３ヒートポンプ７１は、第４熱交換器５１から流出した高溶質濃度成分から、第４熱交換器５１から流出した駆動溶液へ熱移動させるように構成されている。第４ヒートポンプ７２は、第５熱交換器５２から流出した低溶質濃度成分から、第５熱交換器５２から流出した第２高溶質濃度成分へ熱移動させるように構成されている。その他の構成は実施形態５と同じである。

＜本開示の実施形態７に係る水処理装置の動作＞
本開示の実施形態７に係る水処理装置の動作については、実施形態５の動作と異なる部分についてのみ説明する。第４熱交換器５１において駆動溶液と高溶質濃度成分とが熱交換した後、さらに第３ヒートポンプ７１によって、第４熱交換器５１から流出した高溶質濃度成分から、第４熱交換器５１から流出した駆動溶液へ熱移動させる。また、第５熱交換器５２において低溶質濃度成分と第２高溶質濃度成分とが熱交換した後、さらに第４ヒートポンプ７２によって、第５熱交換器５２から流出した低溶質濃度成分から、第５熱交換器５２から流出した第２高溶質濃度成分へ熱移動させる。

実施形態７では、実施形態５に比べて、水処理装置１における熱エネルギーをさらに有効利用できるので、水処理装置１で必要な熱エネルギーをさらに低減することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］一の態様に係る水処理装置は、
被処理水と駆動溶液とを正浸透膜（２ａ）を介して接触させる正浸透膜部（２）と、
前記正浸透膜部（２）において前記正浸透膜（２ａ）を介して前記被処理水と接触した駆動溶液を、前記駆動溶液の溶質を含む高溶質濃度成分と、前記高溶質濃度成分よりも前記溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに分離する分離部（３）と、
前記分離部（３）の前記高溶質濃度成分を前記駆動溶液として前記正浸透膜部（２）に供給する駆動溶液供給部（４）と
を備える水処理装置（１）であって、
前記水処理装置（１）は、前記被処理水から前記駆動溶液へ前記正浸透膜（２ａ）を透過する水量に関する指標が予め決められた設定範囲内となるように、前記正浸透膜部（２）へ供給される前記被処理水又は前記駆動溶液の少なくとも一方の供給量を調節する調節部（制御装置１０）を備える。

［２］別の態様に係る水処理装置は、［１］の水処理装置であって、
前記調節部（１０）は、
前記被処理水及び前記駆動溶液のそれぞれが予め決められた定格流量で前記正浸透膜部（２）へ供給される定格運転モードと、
前記指標が前記設定範囲内となるように、前記被処理水又は前記駆動溶液の少なくとも一方が前記定格流量よりも低い流量で前記正浸透膜部（２）へ供給される調節運転モードと
を切り替える。

このような構成によれば、決められた容量内の容器に処理水を貯蔵する場合や処理水の使用量に応じて被処理水を処理する場合に、調節運転モードに切り替えることで、正浸透膜を透過する水量を容易に調整できるので、処理水の生成量を容易に調整することができる。

［３］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１］または［２］の水処理装置であって、
前記分離部（３）に供給される駆動溶液を冷却する冷却器（１５）をさらに備え、
前記駆動溶液は上限臨界溶液温度型の熱応答性液体である。

このような構成によれば、冷却器による駆動溶液の温度調整によって駆動溶液が分離状態になるので、駆動溶液から水を容易に分離することができる。

［４］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１］または［２］の水処理装置であって、
前記分離部（３）に供給される駆動溶液を加熱する加熱器（３５）をさらに備え、
前記駆動溶液は下限臨界溶液温度型の熱応答性液体である。

このような構成によれば、加熱器による駆動溶液の温度調整によって駆動溶液が分離状態になるので、駆動溶液から水を容易に分離することができる。

［５］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１］～［４］のいずれかの水処理装置であって、
前記調節部（１０）は、前記指標が前記設定範囲内となるように、前記正浸透膜部（２）へ供給される前記駆動溶液の供給量を調節する。

分離部と正浸透膜部との間を循環する駆動溶液の温度を調整するためにエネルギーを必要とするが、上記［５］の構成によれば、正浸透膜を透過する水量を低下させる場合、駆動溶液の循環流量が低下するので、駆動溶液の温度を調整するためのエネルギーを低減することができる。

［６］さらに別の態様に係る水処理装置は、［５］の水処理装置であって、
前記調節部（１０）は、前記正浸透膜部（２）へ供給される前記処理水及び前記駆動溶液の流量比が予め決められた設定比率となるように、前記正浸透膜部（２）へ供給される前記被処理水の供給量も調節する。

逆浸透膜とは異なり、正浸透膜は耐圧性が低いので、正浸透膜部へ供給される駆動溶液の流量のみを調節して被処理水の流量を変えないと、正浸透膜への圧力負荷が大きくなり、正浸透膜が損傷するおそれがある。これに対し、上記［６］の構成によれば、駆動溶液の流量を調節しても、正浸透膜部へ供給される被処理水及び駆動溶液の流量比の変化が小さくなることから、正浸透膜の両側の圧力差の変化を小さくすることができるので、正浸透膜が損傷するおそれを低減することができる。

［７］さらに別の態様に係る水処理装置は、［３］の水処理装置であって、
前記正浸透膜部（２）から流出する駆動溶液と前記分離部（３）から流出した前記高溶質濃度成分とを熱交換する第１熱交換器（４１）、
前記正浸透膜部（２）に供給される前の被処理水と前記正浸透膜部（２）から流出する駆動溶液とを熱交換する第２熱交換器（４２）、又は、
前記正浸透膜部（２）に供給される前の被処理水と前記正浸透膜部（２）から流出する被処理水とを熱交換する第３熱交換器（４３）
のうちの少なくとも１つをさらに備える。

このような構成によれば、水処理装置における熱エネルギーを有効利用できるので、水処理装置で必要な熱エネルギーを低減することができる。

［８］さらに別の態様に係る水処理装置は、［７］の水処理装置であって、
前記第１熱交換器（４１）又は前記第３熱交換器（４３）の少なくとも一方を備え、
前記第１熱交換器（４１）から流出した前記高溶質濃度成分から、前記第１熱交換器（４１）から流出した前記駆動溶液へ熱移動させる第１ヒートポンプ（６１）、又は、
前記正浸透膜部（２）から流出した後に前記第３熱交換器（４３）を通過した前記被処理水から、前記正浸透膜部（２）に供給される前に前記第３熱交換器（４３）を通過した前記被処理水へ熱移動させる第２ヒートポンプ（６２）
の少なくとも一方を備える。

このような構成によれば、上記［７］の構成に比べて、水処理装置で必要な熱エネルギーをさらに低減することができる。

［９］さらに別の態様に係る水処理装置は、［４］の水処理装置であって、
前記正浸透膜部（２）から流出する駆動溶液と前記分離部（３）から流出した前記高溶質濃度成分とを熱交換する第４熱交換器（５１）をさらに備える。

［１０］さらに別の態様に係る水処理装置は、［４］または［９］の水処理装置であって、
前記低溶質濃度成分を前記駆動溶液の溶質を含む第２高溶質濃度成分と前記第２高溶質濃度成分よりも前記溶質の濃度が低い第２低溶質濃度成分とに分離する第２分離部（２０）と、
前記低溶質濃度成分と前記第２高溶質濃度成分とを熱交換する第５熱交換器（５２）をさらに備える。

［１１］さらに別の態様に係る水処理装置は、［９］の水処理装置であって、
前記第４熱交換器（５１）から流出した前記高溶質濃度成分から、前記第４熱交換器（５１）から流出した前記駆動溶液へ熱移動させる第３ヒートポンプ（７１）を備える。

このような構成によれば、上記［９］の構成に比べて、水処理装置で必要な熱エネルギーをさらに低減することができる。

［１２］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１０］の水処理装置であって、
前記第５熱交換器（５２）から流出した低溶質濃度成分から、前記第５熱交換器（５２）から流出した前記第２高溶質濃度成分へ熱移動させる第４ヒートポンプ（７２）を備える。

このような構成によれば、上記［１０］の構成に比べて、水処理装置で必要な熱エネルギーをさらに低減することができる。

［１３］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１］～［１２］のいずれかの水処理装置であって、
前記分離部（３）内の駆動溶液中のイオンの濃度を検出するための検出装置（イオン電極２５）をさらに備える。

このような構成によれば、低溶質濃度成分と高溶質濃度成分との分離ができなくなる前に駆動溶液を交換することができる。

［１４］さらに別の態様に係る水処理装置は、［１］～［１３］のいずれかの水処理装置であって、
前記正浸透膜（２ａ）を介して前記被処理水と前記低溶質濃度成分とが接触するように前記低溶質濃度成分を前記正浸透膜部（２）へ供給するための低溶質濃度成分供給ライン（２２）をさらに備える。

このような構成によれば、ファウリングした正浸透膜を逆洗することができる。

１水処理装置
２正浸透膜部
２ａ正浸透膜
３分離部
４駆動溶液供給部
１０制御装置（調節部）
１５冷却器
２０第２分離部
２２低溶質濃度成分供給ライン
２５イオン電極（検出装置）
３５加熱器
４１第１熱交換器
４２第２熱交換器
４３第３熱交換器
５１第４熱交換器
５２第５熱交換器
６１第１ヒートポンプ
６２第２ヒートポンプ
７１第３ヒートポンプ
７２第４ヒートポンプ

Claims

被処理水と駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させる正浸透膜部と、
前記正浸透膜部において前記正浸透膜を介して前記被処理水と接触した駆動溶液を、前記駆動溶液の溶質を含む高溶質濃度成分と、前記高溶質濃度成分よりも前記溶質の濃度が低い低溶質濃度成分とに分離する分離部と、
前記分離部の前記高溶質濃度成分を前記駆動溶液として前記正浸透膜部に供給する駆動溶液供給部と
を備える水処理装置であって、
前記水処理装置は、前記被処理水から前記駆動溶液へ前記正浸透膜を透過する水量に関する指標が予め決められた設定範囲内となるように、前記正浸透膜部へ供給される前記被処理水又は前記駆動溶液の少なくとも一方の供給量を調節する調節部を備える水処理装置。
前記調節部は、
前記被処理水及び前記駆動溶液のそれぞれが予め決められた定格流量で前記正浸透膜部へ供給される定格運転モードと、
前記指標が前記設定範囲内となるように、前記被処理水又は前記駆動溶液の少なくとも一方が前記定格流量よりも低い流量で前記正浸透膜部へ供給される調節運転モードと
を切り替える、請求項１に記載の水処理装置。
前記分離部に供給される駆動溶液を冷却する冷却器をさらに備え、
前記駆動溶液は上限臨界溶液温度型の熱応答性液体である、請求項１または２に記載の水処理装置。
前記分離部に供給される駆動溶液を加熱する加熱器をさらに備え、
前記駆動溶液は下限臨界溶液温度型の熱応答性液体である、請求項１または２に記載の水処理装置。
前記調節部は、前記指標が前記設定範囲内となるように、前記正浸透膜部へ供給される前記駆動溶液の供給量を調節する、請求項１～４のいずれか一項に記載の水処理装置。
前記調節部は、前記正浸透膜部へ供給される前記処理水及び前記駆動溶液の流量比が予め決められた設定比率となるように、前記正浸透膜部へ供給される前記被処理水の供給量も調節する、請求項５に記載の水処理装置。
前記正浸透膜部から流出する駆動溶液と前記分離部から流出した前記高溶質濃度成分とを熱交換する第１熱交換器、
前記正浸透膜部に供給される前の被処理水と前記正浸透膜部から流出する駆動溶液とを熱交換する第２熱交換器、又は、
前記正浸透膜部に供給される前の被処理水と前記正浸透膜部から流出する被処理水とを熱交換する第３熱交換器
のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項３に記載の水処理装置。
前記第１熱交換器又は前記第３熱交換器の少なくとも一方を備え、
前記第１熱交換器から流出した前記高溶質濃度成分から、前記第１熱交換器から流出した前記駆動溶液へ熱移動させる第１ヒートポンプ、又は、
前記正浸透膜部から流出した後に前記第３熱交換器を通過した前記被処理水から、前記正浸透膜部に供給される前に前記第３熱交換器を通過した前記被処理水へ熱移動させる第２ヒートポンプ
の少なくとも一方を備える、請求項７に記載の水処理装置。
前記正浸透膜部から流出する駆動溶液と前記分離部から流出した前記高溶質濃度成分とを熱交換する第４熱交換器をさらに備える、請求項４に記載の水処理装置。
前記低溶質濃度成分を前記駆動溶液の溶質を含む第２高溶質濃度成分と前記第２高溶質濃度成分よりも前記溶質の濃度が低い第２低溶質濃度成分とに分離する第２分離部と、
前記低溶質濃度成分と前記第２高溶質濃度成分とを熱交換する第５熱交換器と
をさらに備える、請求項４または９に記載の水処理装置。
前記第４熱交換器から流出した前記高溶質濃度成分から、前記第４熱交換器から流出した前記駆動溶液へ熱移動させる第３ヒートポンプを備える、請求項９に記載の水処理装置。
前記第５熱交換器から流出した低溶質濃度成分から、前記第５熱交換器から流出した前記第２高溶質濃度成分へ熱移動させる第４ヒートポンプを備える、請求項１０に記載の水処理装置。
前記分離部内の駆動溶液中のイオンの濃度を検出するための検出装置をさらに備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の水処理装置。
前記正浸透膜を介して前記被処理水と前記低溶質濃度成分とが接触するように前記低溶質濃度成分を前記正浸透膜部へ供給するための低溶質濃度成分供給ラインをさらに備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の水処理装置。