JP6376926B2 - 正浸透膜分離方法、水処理設備および発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ、前記浸透膜の前記フィード溶液側から前記ドロー溶液側に浸透水を取り出す正浸透膜分離方法および正浸透膜分離方法を用いた水処理設備および発電設備に関する。

純水の製造技術として、逆浸透膜法がある。ここで使用される膜は、特定の大きさ以下の分子やイオンのみを透過する膜であり、例えば、海水から塩分を取り除くために使用される。この時、溶質濃度差により浸透圧差が生じるため、この浸透圧差に逆らって被処理水をポンプ等で加圧するための動力費が嵩むという問題がある。
これに対して、浸透圧の高い側から浸透圧の低い側へ水等の低分子成分を逆行して浸透させる正浸透膜法が開発されている。これは逆浸透膜法と同様、特定の分子やイオンのみを透過する膜を使用し、さらにドロー溶液と呼ばれる、被処理水（フィード溶液）よりもさらに高浸透圧な溶液を用い、これらを前述の膜を介して接触させることにより、外部圧力をかけることなく浸透圧差を駆動力にして、被処理水からドロー溶液に純水のみを取り出すことができる。したがって、純水が流入したあとのドロー溶液から純水を分離すれば、逆浸透膜法よりも省エネルギーで低コストに純水を製造することができる。

ここで、ドロー溶液から純水を分離する方法がさまざま開発されており、ドロー溶液として使用する物質の選定や分離システムの開発が進められている。例えば、ドロー溶液として感温性高分子としての曇点を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）誘導体を使用する方法が報告されている（特許文献１参照）。この方法では、ＰＥＧ誘導体をドロー溶液として曇点（５０℃）以下の温度で正浸透膜法を行い、
フィード溶液からドロー溶液中に純水を取り込んだ後、
曇点以上に加熱することによって、
純水を取り込んだドロー溶液を、ＰＥＧ誘導体を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して、さらに、
純水が分離除去されたドロー溶液相を曇点以下まで降温させ、ＰＥＧ誘導体を再び溶解して、ドロー溶液として再生することにより、
連続的に純水を製造できるものである。

また、正浸透膜法は、純水の製造の他、塩分濃度差発電等にも応用されており、実用化されている。

米国特許出願公開第２０１２／２６７２９７号明細書

しかし、上記の方法において、純水を取り込んだドロー溶液がＰＥＧ誘導体を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相とに分離される際には、曇点以上の温度であっても、これら二相に明確に分離するまでに長時間を要し、しかも、分離精度が低いという問題があった。

このような二相の分離精度を上げるには、加熱したドロー溶液を長時間静置したり、相溶性の低下するさらなる高温に加熱したりする必要があり、装置の大型化、加熱に要するエネルギーの増大を招くことになる。また、二相分離のために膜分離する場合であっても、実用性のある処理水質や回収率を達成するためには、分画能の高い分離膜（たとえばＲＯ膜、ＮＦ膜）が必要となることが想定され、実用化するには二相分離に要するエネルギーの増大を招くと考えられる。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、より省エネルギーで分離効率の高い正浸透膜分離方法、およびその正浸透膜分離方法を利用した水処理設備、発電設備を提供する点にある。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の正浸透膜分離方法の特徴構成は、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ（以下、単に正浸透膜法と称す）、前記浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出す正浸透膜分離方法であって、
ドロー溶液が、曇点を有する感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体と、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムとを含有し、
前記ドロー溶液には、ドロー溶液１に対して、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムが０．０５〜１．０（重量比）の割合で加えられている点にある。

〔作用効果１〕
上記構成によると、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させることにより、外部圧力をかけることなく、浸透圧を利用して浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出すことができるので、浸透水が流入したあとのドロー溶液から純水を分離すれば、逆浸透膜法よりも省エネルギーで低コストに正浸透膜法を行える。

ドロー溶液が感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体を含有する場合、感温性高分子の曇点以下の温度で正浸透膜法を行い、たとえば、フィード溶液からドロー溶液中に純水を取り込んだ後、曇点以上に加熱することによって、純水を取り込んだドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して、当該ドロー溶液から純水を分離することができる。さらに、純水が分離除去されたドロー溶液相を曇点以下まで降温させ、感温性高分子を再び溶解して、ドロー溶液として再生すると、正浸透膜法により連続的にフィード溶液から純水を取り出すことができる。

ここで、純水を取り込んだドロー溶液を、感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離する場合には、これら二相が明確に分離するまでに長時間を要する。これは、ドロー溶液相と水相とが速やかに分離し得ず、分離困難な混合状態となる中間部分が大量に発生することによるものであるが、本発明者らは、このドロー溶液に塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムを添加することによって、二相が速やかに分離しうることを実験的に明らかにしている。
なお、ここで、曇点とは、混合溶液が下部臨界点を持ち、低温のときに均一に混ざり合い、温度の上昇に伴って相分離する、つまり、温度が低いほどお互いに混ざりやすくなるような現象において、混合溶液を昇温した時に混合溶液の相分離が始まり、溶液に曇が生じ始める温度のことを言う。

すなわち、ドロー溶液が、曇点を有する感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体と、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムとを含有することによって、ドロー溶液相と水相との二相分離を促進し、速やかに二相分離が進行するとともに、二相分離した各相を簡易に分離できるようになり、一層省エネルギーで低コストに正浸透膜法を行えるようになった。

ポリエチレングリコール誘導体は、多数の親水基を有するために、常温では水溶性（水に均一に混ざる）であるが、水に溶解した状態で加熱すると、親水基の挙動が変化して濃度ゆらぎが非常に大きくなり、二相分離するものと考えることができる。したがって、感温性高分子として少なくとも一種のポリエチレングリコール誘導体を選択すれば、適切な曇点以上において二相分離可能なドロー溶液を形成することができる。

塩析効果物質としては、純水を製造する場合等には、ドロー溶液から分離された水中に含まれる塩析効果物質は、最終的に回収除去される必要があるため、分離困難になることは好ましくない。
そのため、簡易な膜分離装置等で水中から分離可能な物質が好ましい。

特に純水を回収する水処理設備等で上記正浸透膜分離方法を行う場合、前述のとおり、ドロー溶液から分離された水中から塩析効果物質を分離容易にしておくことが好ましいので、ある程度分子量の大きな物質を塩析効果物質として用いることが望ましい。そこで、ポリアクリル酸ナトリウムを採用すれば、ドロー溶液から分離された水中に含まれる塩析効果物質は簡易な膜分離装置等により容易に分離され、純水を回収しやすくなるので好ましいものとなる。

上述のように、ドロー溶液から分離された水中に含まれる塩析効果物質は簡易な膜分離装置等により容易に分離され、純水を回収されることが好ましい場合があるが、純水に混入する感温性高分子を純水から分離する場合、塩析効果物質が感温性高分子よりも大きな分子量としてあれば、感温性高分子を純水から分離する際に、感温性高分子よりも塩析効果物質のほうが分離容易な構成となっているから、純水を分離回収する際に、塩析効果物質も容易に回収してドロー溶液側に再生利用することができる。

〔構成２〕
また、先の目的を達成するための本発明の水処理設備の特徴構成は、正浸透膜装置を設けて、正浸透膜分離方法を行う水処理設備であって、
前記浸透膜の前記フィード溶液側から前記ドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱する加熱装置を設け、
前記加熱装置にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
前記相分離槽で分離された前記ドロー溶液相を冷却して、前記正浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする冷却装置を設けた点にある。

〔作用効果２〕
上記構成によると、加熱装置により正浸透膜装置における浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱すると、感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体を溶解ないし分散させた均一な液状となっているドロー溶液は、曇点以上となって、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離する。この二相になったドロー溶液を分離して貯留する相分離槽を設けてあるから、二相に分離したドロー溶液相と水相とを、それぞれ相分離槽から取り出し可能にすることができる。すると、ドロー溶液から分離されたドロー溶液相は、純水を取り出されて、浸透膜に接触する前のドロー溶液の組成にまで再生される。再生されたドロー溶液相は、冷却装置により冷却することで、再び感温性高分子が水と均一に混合する液状となって、正浸透膜装置における高浸透圧のドロー溶液として再利用される。

したがって、本発明の水処理設備によれば、ドロー溶液を繰り返し循環使用してフィード溶液から浸透水を取り出す正浸透膜法を行えるとともに、この際、ドロー溶液が、曇点を有する感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体と、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムとを含有することによって、ドロー溶液相と水相との二相分離を促進し、速やかに二相分離が進行するとともに、二相分離した各相を簡易に分離することができる。したがって、省エネルギーで低コストに正浸透膜法を行える。

〔構成３〕
また、前記相分離槽で分離された前記水相を膜分離して、得られた膜透過水を浸透水として回収するとともに、膜不透過水をドロー溶液として再利用する膜濾過装置を設けることができる。

〔作用効果３〕
上記構成によると、前記水相から純水を取り出して、水相に溶解混入する感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体を膜分離により回収できるとともに、同時に塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムも回収することができる。回収された感温性高分子および塩析効果物質は、ドロー溶液として再利用するから、ドロー溶液を循環して繰り返し利用するサイクルを形成することができ効率の良い水処理を連続的に行えるものとなる。

〔構成４〕
また、先の目的を達成するための本発明の発電設備の特徴構成は、正浸透膜装置を設けて、正浸透膜分離方法を行う発電設備であって、
前記浸透膜の前記フィード溶液側から前記ドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機を駆動させる発電装置を設け、
前記浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱する加熱装置を設け、
前記加熱装置にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
前記相分離槽で分離された前記ドロー溶液相を冷却して、前記正浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする冷却装置を設け、
前記相分離槽で分離された前記水相を正浸透膜装置のフィード溶液として供給するとともに、正浸透膜装置において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液として再利用する点にある。

〔作用効果４〕
上記構成によると、浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液の流れは、浸透膜の浸透圧により浸透水を受け入れることにより流速を増し、発電装置に設けられた発電機を駆動させることができる。

ここで、前記浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液は、加熱装置により、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱することにより、ドロー溶液を、感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離することができる。分離された二相は、相分離槽にて二相に分離して貯留することができる。ここで、分離されたドロー溶液相は、冷却装置により冷却して、正浸透膜装置にドロー溶液として供給すれば、感温性高分子をドロー溶液として繰り返し再利用することができる。一方、相分離槽で分離された水相は、正浸透膜装置のフィード溶液として供給することができる。さらに、正浸透膜装置において浸透水を取り出した後のフィード溶液は、純水を取り出されて、不純物としての感温性高分子が濃縮されるから、ドロー溶液として再利用することができる。

すなわち、正浸透膜法を行う閉回路を利用して、主に、加熱装置に対するエネルギー供給により、発電装置を運転できることになる。したがって、加熱装置に供給する熱を、余剰排熱等により賄うことで、極めて効率よく発電の行える発電設備を提供できるようになった。

したがって、より省エネルギーで分離効率の高い正浸透膜分離方法、およびその正浸透膜分離方法を利用した水処理設備、発電設備を提供できるようになった。

実施形態にかかる水処理設備のフロー図 実施形態にかかる発電設備のフロー図

以下に、本発明の実施形態にかかる正浸透膜分離方法を、正浸透膜分離方法を利用した水処理設備、発電設備を例示して説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

＜＜水処理設備＞＞
本発明の実施形態にかかる水処理設備は、図１に示すように、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜１１を介して接触させ、前記浸透膜１１の一方面側（フィード溶液側）１１ａから他方面側（ドロー溶液側）１１ｂに浸透水を取り出す正浸透膜装置１を設けて構成してある。また、浸透膜１１のフィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を曇点以上の温度に加熱する加熱装置２を設け、加熱装置２にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽３を設け、相分離槽３で分離されたドロー溶液相を冷却して、正浸透膜装置１にドロー溶液として供給可能にする冷却装置４を設けて構成してある。

〔正浸透膜装置〕
正浸透膜装置１は、浸透膜１１を備えた装置本体１０を備えるとともに、装置本体１０における浸透膜１１のフィード溶液側１１ａに処理対象となる排水の原水を、フィード溶液として供給するフィード溶液供給路１２を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を取り出したのちのフィード溶液を濃縮排水として排出する濃縮排水排出路１３を備え、一方、装置本体１０における浸透膜１１のドロー溶液側１１ｂに均一な溶液状態となっているドロー溶液を供給するドロー溶液供給路１４を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を受け入れて、希釈されたドロー溶液を排出するドロー溶液排出路１５を設けて構成してある。

ここで、浸透膜１１としてはＨＴＩ社製の酢酸セルロース膜（ＣＴＳ−ＥＳ）のろ過膜を用いることができる。また、酢酸セルロースの他に、芳香族ポリアミド等を用いることもでき、感温性高分子、塩析効果物質の分子量等に応じて、適宜好適な孔径のものを選択して用いることができる。

また、排水としては、海水を用いることができる。また、海水以外に、工場排水等を用いることもできる。

また、ドロー溶液としては、曇点を有する感温性高分子として、例えば分子量６４０のポリエチレングリコール誘導体を１０％含有するとともに、塩析効果物質として、例えば分子量２１００のポリアクリル酸ナトリウムを３質量％含有するものを用いることができる。このほか、感温性高分子としては、N-イソプロピルアクリルアミド等種々公知のものを採用することができ、塩析効果物質としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンなどの水溶性高分子化合物、単糖類、多糖類、オリゴ糖、糖アルコールなどの糖類等種々公知のものを採用することができる。

なお、感温性高分子は、凝集性と分離性の観点から分子量４００〜数千程度のものが好適に用いられるものと考えられる。また、ポリエチレングリコール誘導体の場合には、ラウリルエステルなど、脂肪酸エステルの形態のものが好適に相分離可能であることが知られており好適である。
なお、塩析効果物質としては、前記感温性高分子よりも分子量の大きな、たとえば、分子量８００〜数千程度のものを採用することが好ましく、この場合、後述の膜濾過装置５における分離回収が容易となる。

具体的に、浸透膜１１として、ＨＴＩ社製の酢酸セルロース膜（ＣＴＳ−ＥＳ）のろ過膜を用い、排水として、海水を用い、ドロー溶液として上述のものを用いた場合、この正浸透膜装置１では、フィード溶液供給路１２から１００単位流量／時間で浸透膜１１のフィード溶液側（一方面側）１１ａに海水（フィード溶液）が供給される場合、浸透膜１１の浸透圧により浸透水を取り出されて、１０単位流量／時間まで濃縮されて濃縮排水排出路１３より排出されるとともに、ドロー溶液供給路１４から４０単位流量／時間で浸透膜１１のドロー溶液側（他方面側）１１ｂに供給されるドロー溶液が、フィード溶液側から浸透膜を介してドロー溶液側に取り出された浸透水を９０単位流量／時間で受け入れて、１３０単位流量／時間でドロー溶液排出路１５から排出される正浸透膜法が行われることになる。

〔加熱装置〕
ドロー溶液排出路１５から排出されるドロー溶液は加熱装置２に供給される。加熱装置２では、工場排熱等で通常廃棄される利用困難な低品位の排熱を用いて、浸透水を受け入れたドロー溶液を、たとえば６０℃程度にまで加熱する熱交換器２１を備える。先述のドロー溶液（例えば分子量６４０のポリエチレングリコール誘導体を１０％含有する水溶液）にあっては、曇点は５０℃程度となり、６０℃に加熱することによりポリエチレングリコール誘導体が不溶化して明確な二相に分離することができた。

なお、上記ドロー溶液が塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムを含有しない場合、曇点は５０℃程度とあまり変わりがなかったが、６０℃に加熱しても、二相が混相となった中間相が大きく生じることとなり、明確な二相に分かれるまでに長時間を要し、効率よく分離することはできなかった。なお、塩析効果物質量を種々変更して検討した結果、ドロー溶液１に対して、塩析効果物質を０．０５〜１．０（重量比）の割合で加えることが好ましい。また、ドロー溶液１に対して、塩析効果物質を０．１〜０．７（重量比）で加えることがさらに好ましいと考えられる。

〔相分離槽〕
相分離槽３は、相分離槽本体３０にドロー溶液供給路３１を接続されるとともに、加熱装置２で二相に分離されたドロー溶液を、ドロー溶液供給路３１から受け入れ、感温性高分子を高濃度に含有する下側のドロー溶液相と、浸透水を主成分とする上側の水相と、の二相に分離して貯留する。また、相分離槽本体３０内部には相分離された水相を収集して貯留する水相貯留部３２と、ドロー溶液相を収集して貯留するドロー溶液相貯留部３３とを備え、水相貯留部３２には水相排出路３４が接続されるとともに、ドロー溶液相貯留部３３にはドロー溶液相排出路３５が接続されている。これにより、相分離槽３ではドロー溶液相と水相とをより精度よく分離し、それぞれを個別に取り出し可能に構成される。

具体的に、１３０単位流量／時間で供給される加熱後のドロー溶液を内部で１０分程度滞留させる相分離槽本体３０を備えた相分離槽３にあっては、水相貯留部３２から１００単位流量／時間で水相排出部３４に水相を取り出すとともに、３０単位流量／時間でドロー溶液相をドロー溶液排出路３５に回収することができた。

〔冷却装置〕
相分離槽３で分離されたドロー溶液相は、ドロー溶液相排出路３５および冷却装置４並びにドロー溶液供給路１４を介して、正浸透膜装置１のドロー溶液側１１ｂにからドロー溶液として供給される。冷却装置４としては、空冷式、水冷式、ヒートポンプ式等種々形態のものが採用される。ここで、ドロー溶液相は、曇点以下、すなわち６０℃から５０℃未満まで冷却され、より均一に混合した溶液となりドロー溶液として再生される。

〔膜濾過装置〕
一方、相分離槽３で分離された水相は、水相排出路３４を介して、純水を取り出すための膜濾過装置５に供給される。膜濾過装置５は、ＮＦ膜あるいはＵＦ膜からなる濾過膜５１を備えた種々公知のものが用いられ、感温性高分子や塩析効果物質として分子量４００以上程度の物質を分離するだけの分離能を有するものであれば、十分に機能する。水相貯留部３２から１００単位流量／時間で取り出された水相からは９０単位流量／時間でろ過膜５１にて分離された純水が水回収路５２より回収されるとともに、ろ過膜５１にて分離された残部である１０単位流量／時間が冷却装置４によりドロー溶液として再生され、正浸透膜装置１のドロー溶液側１１ｂに供給される。

これにより、正浸透膜装置１には再生されたドロー溶液が４０単位流量／時間で浸透膜１１のドロー溶液側（他方面側）１１ｂに供給されることになり、浸透膜１１のフィード溶液側（一方面側）１１ａに供給されるフィード溶液から浸透水としての純水を繰り返し回収する正浸透膜分離方法が実行される。

＜＜発電設備＞＞
発電設備は、図２に示すように、高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜１１を介して接触させ、前記浸透膜１１の前記フィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに浸透水を取り出す正浸透膜装置１を設けて構成してある。また、前記浸透膜１１の前記フィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機６１を駆動させる発電装置６を設けてある。さらに、発電装置６の下流側に、浸透膜１１のフィード溶液側１１ａからドロー溶液側１１ｂに取り出された浸透水で希釈され、発電装置６を経由したドロー溶液を曇点以上の温度に加熱する加熱装置２を設け、加熱装置２にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽３を設け、相分離槽３で分離されたドロー溶液相を冷却して、正浸透膜装置１にドロー溶液として供給可能にする冷却装置４を設けて構成してある。これにより、前記相分離槽３で分離された前記水相を正浸透膜装置１のフィード溶液として供給するとともに、正浸透膜装置１において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液として再利用可能に構成してある。

以下の説明において先述の水処理設備の構成と重複する構成であって、同様の機能を果たす部位については、図面に同一の符号を付して説明を省略する。

〔正浸透膜装置〕
正浸透膜装置１は、浸透膜１１を備えた装置本体１０を備える。装置本体１０における浸透膜１１の一方面側（フィード溶液側）１１ａには、発電用のフィード溶液を供給するフィード溶液供給路１２を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を取り出したのちのフィード溶液を濃縮排水として排出する濃縮排水排出路１３を備える。一方、装置本体１０における浸透膜１１の他方面側（ドロー溶液側）１１ｂには、均一な溶液状態となっているドロー溶液を供給するドロー溶液供給路１４を備えるとともに、浸透膜１１に接触して浸透水を受け入れて、希釈されたドロー溶液を排出するドロー溶液排出路１５を設けて構成してある。ドロー溶液としては、たとえばドロー溶液供給路１４に供給されるドロー溶液として、分子量６４０のポリエチレングリコール誘導体を１０％含有するとともに、塩析効果物質として、例えば分子量２１００のポリアクリル酸ナトリウムの３質量％水溶液からなるドロー溶液が用いられる。

具体的に、浸透膜１１として、水処理設備にて例示したように、ＨＴＩ社製の酢酸セルロース膜（ＣＴＳ−ＥＳ）のろ過膜を用い、ドロー溶液供給路１４に供給されるドロー溶液として、上記ドロー溶液を用いた場合、この正浸透膜装置１では、フィード溶液供給路１２から１００単位流量／時間で浸透膜１１のフィード溶液側（一方面側）１１ａに供給されるフィード溶液が、浸透膜１１の浸透圧により浸透水を取り出されて、１０単位流量／時間まで濃縮されて濃縮排水排出路１３より排出されるとともに、ドロー溶液供給路１４から４０単位流量／時間で浸透膜１１のドロー溶液側（他方面側）１１ｂに供給されるドロー溶液がフィード溶液側から浸透膜を介してドロー溶液側に取り出された浸透水を９０単位流量／時間で受け入れて、１３０単位流量／時間でドロー溶液排出路１５から排出される正浸透膜法が行われることになる。

〔加熱装置〕
ドロー溶液排出路１５から排出されるドロー溶液は加熱装置２に供給される。

〔相分離槽〕
相分離槽３は、相分離槽本体３０にドロー溶液供給路１４を接続されるとともに、加熱装置２で二相に分離されたドロー溶液を、ドロー溶液供給路１４から受け入れ、感温性高分子を高濃度に含有する下側のドロー溶液相と、浸透水を主成分とする上側の水相と、の二相に分離して貯留する。そして二相分離された水相はフィード溶液供給路１２に排出されるとともに、ドロー溶液相はドロー溶液供給路１４に排出される。

〔冷却装置〕
相分離槽３で分離されたドロー溶液相は冷却装置４を介して、正浸透膜装置１にドロー溶液として供給される。

冷却装置４により冷却されて再生されたドロー溶液は、濃縮排水排出路１３から排出されたフィード溶液の濃縮液とともに合流されてドロー溶液供給路１４より正浸透膜装置１に供給される。

これにより、正浸透膜装置を用いてエネルギー効率の高い発電を行えることが明らかになった。

本発明は、効率の良い正浸透膜方法により、水処理設備、発電装置等として利用することができる。

１ ：正浸透膜装置
１０ ：装置本体
１１ ：浸透膜
１１ａ ：フィード溶液側
１１ｂ ：ドロー溶液側
１２ ：フィード溶液供給路
１３ ：濃縮排水排出路
１４ ：ドロー溶液供給路
１５ ：ドロー溶液排出路
２ ：加熱装置
２１ ：熱交換器
３ ：相分離槽
３０ ：相分離槽本体
３１ ：ドロー溶液供給路
３２ ：水相貯留部
３３ ：ドロー溶液相貯留部
３４ ：水相排出路
３５ ：ドロー溶液相排出路
４ ：冷却装置
５ ：膜濾過装置
６ ：発電装置
５１ ：濾過膜
６１ ：発電機

Claims (4)

1. 高浸透圧のドロー溶液と低浸透圧のフィード溶液とを、浸透膜を介して接触させ、前記浸透膜のフィード溶液側からドロー溶液側に浸透水を取り出す正浸透膜分離方法であって、
   ドロー溶液が、曇点を有する感温性高分子としてのポリエチレングリコール誘導体と、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムとを含有し、
   前記ドロー溶液には、ドロー溶液１に対して、塩析効果物質としてのポリアクリル酸ナトリウムが０．０５〜１．０（重量比）の割合で加えられている正浸透膜分離方法。
2. 正浸透膜装置を設けて、請求項１に記載の正浸透膜分離方法を行う水処理設備であって、
   前記浸透膜の前記フィード溶液側から前記ドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱する加熱装置を設け、
   前記加熱装置にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
   前記相分離槽で分離された前記ドロー溶液相を冷却して、前記正浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする冷却装置を設けた水処理設備。
3. 前記相分離槽で分離された前記水相を膜分離して、得られた膜透過水を浸透水として回収するとともに、膜不透過水をドロー溶液として再利用する膜濾過装置を設けた請求項２に記載の水処理設備。
4. 正浸透膜装置を設けて、請求項１に記載の正浸透膜分離方法を行う発電設備であって、
   前記浸透膜の前記フィード溶液側から前記ドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液の流れにより発電機を駆動させる発電装置を設け、
   前記浸透膜の前記フィード溶液側からドロー溶液側に取り出された浸透水で希釈されたドロー溶液を、当該ドロー溶液の曇点以上の温度に加熱する加熱装置を設け、
   前記加熱装置にて加熱されたドロー溶液を、感温性高分子を高濃度に含有するドロー溶液相と、浸透水を主成分とする水相と、の二相に分離して貯留する相分離槽を設け、
   前記相分離槽で分離された前記ドロー溶液相を冷却して、前記正浸透膜装置にドロー溶液として供給可能にする冷却装置を設け、
   前記相分離槽で分離された前記水相を正浸透膜装置のフィード溶液として供給するとともに、正浸透膜装置において浸透水を取り出した後のフィード溶液をドロー溶液として再利用する発電設備。

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