JP6740843B2 - Water treatment method and water treatment device - Google Patents

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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方法および水処理装置に関する。 The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for extracting water from an aqueous solution containing water as a solvent.

従来、海水、河川水、または工業排水などを被処理水(含水溶液)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誘引溶液に透過させる水処理システムが知られている。 Conventionally, seawater, river water, or industrial wastewater is treated water (containing water), and a liquid having a higher osmotic pressure than the treated water is used as an attractant solution (draw solution). There is known a water treatment system in which fresh water is allowed to permeate an attractant solution from water to be treated by bringing it into contact with treated water.

特許文献1には、曇点を有する溶質としてドロー溶液を用いた正浸透システムに海水を供給し、正浸透システムにおいて半透膜を介してドロー溶液と接触させることにより、海水中の水を浸透圧によって半透膜を透過させてドロー溶液に移動させる技術が記載されている。特許文献1に記載の水処理装置においては、海水中の水が移動されたドロー溶液を加熱した後、分離槽において水リッチ溶液と水分離ドロー溶液とに分離し、水分離ドロー溶液を正浸透システムにおけるドロー溶液として循環させて用いている。 In Patent Document 1, seawater is supplied to a forward osmosis system that uses a draw solution as a solute having a cloud point, and the water in seawater is infiltrated by contacting the draw solution through a semipermeable membrane in the forward osmosis system. A technique is described in which a semipermeable membrane is permeated by pressure and transferred to a draw solution. In the water treatment device described in Patent Document 1, after heating a draw solution in which water in seawater has been moved, the draw solution is separated into a water-rich solution and a water-separating draw solution in a separation tank, and the water-separating draw solution is forwardly osmotic. It is circulated and used as a draw solution in the system.

特許文献2には、特許文献1に記載された水処理装置においてさらに、分離槽において得られた水リッチ溶液に対して最終処理を行って、分離処理ドロー溶液と淡水などの生成水とに分離させた後、分離された分離処理ドロー溶液を、正浸透システムにおいて循環させるドロー溶液に導入して再利用する技術が記載されている。 In Patent Document 2, in the water treatment device described in Patent Document 1, a final treatment is further performed on the water-rich solution obtained in the separation tank to separate a separation treatment draw solution and produced water such as fresh water. After the treatment, the separated separation draw solution is introduced into the draw solution which is circulated in the forward osmosis system and reused.

米国特許第8021553号明細書U.S. Pat. No. 8021553 国際公開第2012/148864号International Publication No. 2012/148864 国際公開第2015/156404号International Publication No. 2015/156404

上述した従来技術による水処理装置においては、水の膜透過速度であるろ過速度などの性能は、膜モジュールなどの浸透手段に供給される含水溶液およびドロー溶液の濃度によって変化する。そのため、水の回収率を向上させるために、含水溶液とドロー溶液との濃度について、ろ過速度を向上できるさらなる技術が求められていた。 In the above-described conventional water treatment apparatus, the performance such as the filtration rate, which is the membrane permeation rate of water, changes depending on the concentrations of the aqueous solution and the draw solution supplied to the permeation means such as the membrane module. Therefore, in order to improve the water recovery rate, there has been a demand for a further technique capable of improving the filtration rate with respect to the concentrations of the aqueous solution and the draw solution.

また、従来技術による水処理装置においては、導入されるドロー溶液の使用量が多くなると、ドロー溶液を加熱する際に必要なエネルギーも大きくなるという問題があった。そのため、水の回収率を増加させ、導入するドロー溶液の使用量を低減することで、ドロー溶液の流量を低減させて、加熱に消費するエネルギーを低減できる技術の開発が求められていた。 In addition, in the water treatment device according to the conventional technique, there is a problem that the energy required for heating the draw solution increases as the amount of the draw solution used increases. Therefore, there has been a demand for the development of a technique capable of reducing the flow rate of the draw solution and reducing the energy consumed for heating by increasing the water recovery rate and reducing the amount of the draw solution used.

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、水の回収率を増加させ、浸透手段に供給するドロー溶液の流量を低減させて、消費するエネルギーを低減できる水処理方法および水処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to increase the recovery rate of water, reduce the flow rate of the draw solution supplied to the permeation means, and reduce the energy consumed. And to provide a water treatment device.

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方法は、溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して曇点を有するドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする第1正浸透工程と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い水分離ドロー溶液とに分離する水分離工程と、前記水リッチ溶液を生成水と分離処理ドロー溶液とに分離する分離処理工程と、を含む水処理方法であって、前記第1正浸透工程の前に、前記含水溶液より浸透圧が低い溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈した希釈含水溶液を、前記第1正浸透工程における前記含水溶液とする第2正浸透工程をさらに含む、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, a water treatment method according to one embodiment of the present invention transfers water from an aqueous solution containing water as a solvent through a semipermeable membrane to a draw solution having a cloud point. The first normal osmosis step to make a diluted draw solution, a heating step of heating the diluted draw solution to a temperature of the cloud point or higher, the diluted draw solution heated in the heating step, a water-rich solution and the A water treatment method comprising a water separation step of separating into a water separation draw solution having a lower water content than a water-rich solution, and a separation treatment step of separating the water-rich solution into generated water and a separation treatment draw solution, Before the first forward osmosis step, a diluted aqueous solution obtained by diluting water by moving water from a solution having a lower osmotic pressure than the aqueous solution through a semipermeable membrane is used as the aqueous solution in the first forward osmosis step. It further comprises a second forward osmosis step of:

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記分離処理工程において分離された前記分離処理ドロー溶液を、前記第2正浸透工程における前記浸透圧が低い溶液として用いることを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, the separation treatment draw solution separated in the separation treatment step is used as the low osmotic pressure solution in the second forward osmosis step. And

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第2正浸透工程において前記浸透圧が低い溶液が濃縮された溶液を、前記加熱工程の前の前記希釈ドロー溶液に導入することを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, a solution in which the solution having a low osmotic pressure is concentrated in the second forward osmosis step is introduced into the diluted draw solution before the heating step. It is characterized by

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記第2正浸透工程の前に、前記含水溶液を一部の含水溶液と残部の含水溶液とに分岐させ、前記一部の含水溶液に対して前記第2正浸透工程を行い、前記残部の含水溶液を前記第2正浸透工程において得られた前記希釈含水溶液に導入することを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, before the second forward osmosis step, the aqueous solution is branched into a part of the aqueous solution and the rest of the aqueous solution, and the part of the aqueous solution is branched. The second normal osmosis step is performed on the aqueous solution, and the remaining aqueous solution is introduced into the diluted aqueous solution obtained in the second normal osmosis step.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水分離工程において分離された前記水分離ドロー溶液を、前記正浸透工程における前記ドロー溶液とすることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において第2正浸透工程を含む場合に、前記第2正浸透工程において前記浸透圧が低い溶液が濃縮された溶液を、前記水分離工程において分離された前記水分離ドロー溶液に導入することを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, the water separation draw solution separated in the water separation step is used as the draw solution in the normal osmosis step. In the water treatment method according to one aspect of the present invention, when the second forward osmosis step is included in this configuration, a solution obtained by concentrating the low osmotic pressure solution in the second forward osmosis step is added to the water separation step. It is characterized in that it is introduced into the separated water separation draw solution.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記分離処理工程を、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, the separation treatment step is performed using a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane. ..

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly containing a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。 In the water treatment method according to one aspect of the present invention, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brackish water, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.

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希釈ドロー溶液とする第1正浸透手段と、前記含水溶液より浸透圧が低い溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈含水溶液とした後、前記希釈含水溶液を前記第1正浸透手段に供給する第2正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い水分離ドロー溶液とに分離する水分離手段と、前記水リッチ溶液を生成水と分離処理ドロー溶液とに分離する分離処理手段と、を備えることを特徴とする。 A water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is a first forward osmosis unit that moves water from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point through a semipermeable membrane to form a diluted draw solution. And a second forward osmosis unit that supplies water to the first forward osmosis unit after moving water from a solution having a lower osmotic pressure than the aqueous solution through the semipermeable membrane to form a diluted aqueous solution. , Heating means for heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point, the diluted draw solution heated by the heating means, a water-rich solution and a water separation draw solution having a lower water content than the water-rich solution. And a separation treatment means for separating the water-rich solution into produced water and a separation treatment draw solution.

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、前記分離処理手段によって分離された前記分離処理ドロー溶液を、前記浸透圧が低い溶液として前記第2正浸透手段に供給することを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the separation treatment draw solution separated by the separation treatment means is supplied to the second forward osmosis means as the low osmotic pressure solution. Characterize.

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、前記第2正浸透手段によって前記浸透圧が低い溶液が濃縮された濃縮溶液を、前記加熱手段または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の前記希釈ドロー溶液に導入す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, a concentrated solution obtained by concentrating the solution having a low osmotic pressure by the second normal osmosis unit is added in a flow direction of the heating unit or the diluted draw solution. And is introduced into the diluted draw solution upstream of the heating 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、前記含水溶液の流れ方向に沿った前記第2正浸透手段の上流側に、前記含水溶液を一部の含水溶液と残部の含水溶液とに分岐させる分岐部が設けられ、前記一部の含水溶液を前記第2正浸透手段に供給する一方、前記残部の含水溶液を前記第2正浸透手段によって得られた前記希釈含水溶液に導入す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, a part of the aqueous solution and the remaining part of the aqueous solution are contained upstream of the second forward osmosis unit along the flow direction of the aqueous solution. A branch part for branching into the aqueous solution is provided, and while the part of the aqueous solution is supplied to the second forward osmosis means, the remaining aqueous solution is added to the diluted aqueous solution obtained by the second forward osmosis means. It is characterized by introducing.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水分離手段によって分離された前記水分離ドロー溶液を、前記第1正浸透手段に前記ドロー溶液として供給することを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において第2正浸透手段を有する場合に、前記第2正浸透手段によって前記浸透圧が低い溶液が濃縮された溶液を、前記水分離手段によって分離された前記水分離ドロー溶液に導入することを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the water separation draw solution separated by the water separation means is supplied to the first forward osmosis means as the draw solution. .. In the water treatment device according to one aspect of the present invention, in the case where the second forward osmosis unit is provided in this configuration, a solution obtained by concentrating the low osmotic pressure solution by the second forward osmosis unit is processed by the water separation unit. It is characterized in that it is introduced into the separated water separation draw solution.

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、前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過、または逆浸透膜からなることを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the separation treatment means is a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration, or a reverse osmosis membrane.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly containing a temperature-sensitive water absorbing agent having at least one cloud point.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。 In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brackish water, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.

本発明に係る水処理方法および水処理装置によれば、水の回収率を増加させ、浸透手段に供給するドロー溶液の流量を低減させて、消費するエネルギーを低減することが可能になる。 According to the water treatment method and the water treatment apparatus of the present invention, it is possible to increase the recovery rate of water, reduce the flow rate of the draw solution supplied to the permeation means, and reduce the energy consumed.

図1は、本発明の参考実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to a reference embodiment of the present invention. 図2は、第1比較例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to the first comparative example. 図3は、第2比較例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to the second comparative example. 図4は、本発明の第1の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing the water treatment device according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第2の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第3の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically showing a water treatment device according to the third embodiment of the present invention.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. Moreover, the present invention is not limited to the embodiments described below.

まず、本発明者は、従来技術による上述した課題を解決するために、種々鋭意検討を行った。そして、本発明者が本発明を案出する過程において、分離槽において水リッチ溶液と水分離ドロー溶液とが分離された後に、水リッチ溶液からさらに生成水を分離する際に生じるドロー溶液を、水分離ドロー溶液が正浸透工程において希釈された後の希釈ドロー溶液に導入する方法を想到した。以下に説明する参考実施形態は、本発明者が本発明を案出する過程において想到した、水処理方法および水処理装置である。 First, the present inventor has conducted various studies in order to solve the above-mentioned problems of the conventional technique. Then, in the process in which the present inventor devises the present invention, after the water-rich solution and the water separation draw solution are separated in the separation tank, a draw solution generated when further separating the generated water from the water-rich solution, The method of introducing into the diluted draw solution after the water separation draw solution was diluted in the forward osmosis process was conceived. The reference embodiment described below is a water treatment method and a water treatment device which the present inventor has conceived in the process of devising the present invention.

(参考実施形態)
(水処理装置)
まず、参考実施形態による水処理装置について説明する。図1は、この参考実施形態による水処理装置1を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、この参考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、および最終処理ユニット14を備えて構成される。
(Reference embodiment)
(Water treatment device)
First, the water treatment device according to the reference embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment device 1 according to this reference embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 1 according to this reference embodiment includes a membrane module 11, a heater 12, a separation tank 13, and a final treatment unit 14.

膜モジュール11は、内部に半透膜11aが設けられている。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の構成は、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。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、または中空糸など種々の形態の膜を用いることができる。膜モジュール11は、例えば円筒形または箱形の容器であって、内部に半透膜11aが設置されることによって、内部が半透膜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 is provided with a semipermeable membrane 11a inside. The semipermeable membrane 11a is preferably one that can selectively permeate water, and a forward osmosis (FO) membrane is used, but a reverse osmosis (RO) membrane may also be used. The material of the separation layer of the semipermeable membrane 11a is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acetate-based, polyamide-based, polyethyleneimine-based, polysulfone-based, and polybenzimidazole-based materials. The semipermeable membrane 11a may be composed of only one type (one layer) of material used for the separation layer, and has a support layer that physically supports the separation layer and does not substantially contribute to the separation. You may comprise from more than one layer. Examples of the support layer include polysulfone-based, polyketone-based, polyethylene-based, polyethylene terephthalate-based, and general nonwoven fabric materials. The form of the semipermeable membrane 11a is not limited, and various forms such as a flat membrane, a tubular membrane, or a hollow fiber can be used. The membrane module 11 is, for example, a cylindrical or box-shaped container, and the interior of the membrane module 11 is partitioned by the semipermeable membrane 11a into two chambers by installing the semipermeable membrane 11a therein. Examples of the form of the membrane module 11 include various forms such as a spiral module type, a laminated module type, and a hollow fiber module type. A known semipermeable membrane device can be used as the membrane module 11, and a commercially available product can also be used.

膜モジュール11においては、半透膜11aによって仕切られた一方の室に、含水溶液である含水溶液を流すことができ、他方の室に吸水溶液である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、参考実施形態においては例えば0.2MPaである。含水溶液は、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水、もしくは必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液である。含水溶液は前段の処理によって例えば50℃程度の所定温度に温度制御される。 In the membrane module 11, an aqueous solution which is an aqueous solution can be made to flow in one chamber partitioned by the semipermeable membrane 11a, and a draw solution which is an aqueous solution can be made to flow in the other chamber. The introduction pressure of the draw solution into the membrane module 11 is 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less, and is 0.2 MPa in the reference embodiment, for example. The aqueous solution is, for example, seawater, brackish water, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage, or an aqueous solution containing water as a solvent, which is obtained by subjecting these water to a filtration treatment. The aqueous solution is temperature-controlled at a predetermined temperature of, for example, about 50° C. by the treatment of the first stage.

ドロー溶液としては、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤(ポリマー)を主体とする溶液が用いられる。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇にしたがって吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し溶解度が低下する物質である。この参考実施形態においてポリマーは、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。具体的には、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(GE1000−BBPP(A3)、特許文献3参照)を用いた。このようなポリマーにおいて、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。温度感応性吸水剤は、各種界面活性剤、分散剤、乳化剤などとして利用される。この参考実施形態において、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。 As the draw solution, a solution mainly containing a temperature-sensitive water-absorbing agent (polymer) having at least one cloud point is used. A temperature-sensitive water-absorbing agent is hydrophilic at a low temperature and dissolves well in water to increase the amount of water absorption, while the amount of water absorption decreases as the temperature rises, and becomes hydrophobic when the temperature rises above a predetermined temperature and the solubility decreases. It is a substance. In this reference embodiment, the polymer is preferably a block or random copolymer containing at least a hydrophobic portion and a hydrophilic portion, and having a basic skeleton containing an ethylene oxide group and at least one group consisting of propylene oxide and butylene oxide. Examples of the basic skeleton include a glycerin skeleton and a hydrocarbon skeleton. Specifically, for example, a drug having a polymer of ethylene oxide and propylene oxide (GE1000-BBPP(A3), see Patent Document 3) was used. The temperature at which water solubility and water insolubility of such polymers change is called the cloud point. When the temperature of the draw solution reaches the cloud point, the hydrophobized temperature-sensitive water-absorbing agent aggregates and white turbidity occurs. The temperature-sensitive water absorbing agent is used as various surfactants, dispersants, emulsifiers and the like. In this reference embodiment, the draw solution is used as an attractant that attracts water from the aqueous 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、膜モジュール11において希釈されて流出したドロー溶液(希釈ドロー溶液)を曇点の温度以上に加熱する。 The heater 12 as a heating means for the draw solution is provided on the upstream side of the separation tank 13 along the flow direction of the draw solution. The heater 12 heats the draw solution (diluted draw solution) diluted and discharged in the membrane module 11 to a temperature of the cloud point or higher.

水分離手段としての分離槽13は、希釈ドロー溶液を、加熱器12において加熱によって相分離された、水を主体とする水リッチ溶液とポリマーを主体として水リッチ溶液より含水率が低い水分離ドロー溶液とに相分離させる。 The separation tank 13 as a water separating means is a water separation draw in which the diluted draw solution is phase-separated by heating in the heater 12 and which has water as a main component and a polymer as a main component and which has a lower water content than the water-rich solution. Phase separate into solution.

分離処理手段としての最終処理ユニット14は、例えばコアレッサー、活性炭吸着ユニット、限外ろ過膜(UF膜)ユニット、ナノろ過膜(NF膜)ユニット、または逆浸透膜(RO膜)ユニットから構成される。最終処理ユニット14は、分離槽13から流出した水リッチ溶液において、残存するポリマーを水リッチ溶液から分離させて、生成水としての淡水を生成する。最終処理ユニット14によって分離されたポリマーを含むポリマー溶液は、最終処理ユニット14から加熱器12の上流側に導入される導入経路に沿って、分離処理ドロー溶液として希釈ドロー溶液とともに加熱器12に導入される。 The final treatment unit 14 as a separation treatment means is composed of, for example, a coalescer, an activated carbon adsorption unit, an ultrafiltration membrane (UF membrane) unit, a nanofiltration membrane (NF membrane) unit, or a reverse osmosis membrane (RO membrane) unit. It The final treatment unit 14 separates the remaining polymer from the water-rich solution in the water-rich solution flowing out from the separation tank 13 to generate fresh water as produced water. The polymer solution containing the polymer separated by the final treatment unit 14 is introduced into the heater 12 together with the diluted draw solution as a separation treatment draw solution along the introduction path introduced from the final treatment unit 14 to the upstream side of the heater 12. To be done.

(水処理方法)
次に、参考実施形態による水処理装置1を用いた水処理方法について説明する。
(Water treatment method)
Next, a water treatment method using the water treatment device 1 according to the reference embodiment 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、含水溶液とドロー溶液とを半透膜11aを介して接触させることによって、浸透圧差により含水溶液中の水が半透膜11aを通過してドロー溶液に移動する。含水溶液が流入する一方の室からは、水が移動して濃縮された濃縮含水溶液が流出する。ドロー溶液が流入した他方の室からは水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。なお、ドロー溶液は、含水溶液に対する温度制御、および含水溶液との接触時の熱伝導によって温度が調整される。この参考実施形態において、希釈ドロー溶液の温度は30℃以上50℃以下、具体的には例えば40℃程度の温度に調整される。
Forward Osmosis Step The forward osmosis step is performed in the membrane module 11 as the forward osmosis means. That is, in the membrane module 11, the water-containing solution and the draw solution are brought into contact with each other through the semipermeable membrane 11a, whereby the water in the aqueous solution passes through the semipermeable membrane 11a and moves to the draw solution due to the difference in osmotic pressure. From one of the chambers into which the water-containing solution flows, the concentrated water-containing solution, which has been concentrated due to the movement of water, flows out. Water moves from the other chamber into which the draw solution has flown, and the diluted diluted draw solution flows out. The temperature of the draw solution is adjusted by controlling the temperature of the aqueous solution and conducting heat during contact with the aqueous solution. In this reference embodiment, the temperature of the diluted draw solution is adjusted to 30° C. or higher and 50° C. or lower, specifically about 40° C., for example.

加熱工程
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含水溶液から水が移動して希釈された希釈ドロー溶液に、後述する最終処理工程において得られた分離処理ドロー溶液が導入された分離前ドロー溶液を、加熱器12によって曇点以上の温度まで加熱することにより、ポリマーの少なくとも一部を凝集させて、相分離する。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、100℃以下が好ましく、この参考実施形態において加熱温度は、曇点以上100℃以下の例えば88℃である。
Heating Step In the heater 12, a heating step is performed. That is, the pre-separation draw solution in which the separation treatment draw solution obtained in the final treatment step described below is introduced into the diluted draw solution diluted by the movement of water from the aqueous solution in the forward osmosis step is clouded by the heater 12. By heating to a temperature above the point, at least a part of the polymer is aggregated and phase-separated. The heating temperature in the heating step can be adjusted by controlling the heater 12. The heating temperature is preferably 100° C. or lower, and in this reference embodiment, the heating temperature is, for example, 88° C., which is higher than the cloud point and lower than 100° C.

水分離工程
分離槽13においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽13において、希釈ドロー溶液は、水分を多く含有する水リッチ溶液と、ポリマーを高濃度に含む濃縮されたドロー溶液としての水分離ドロー溶液とに分離される。なお、分離槽13における圧力は大気圧である。水リッチ溶液と水分離ドロー溶液との相分離は、曇点以上の液温で静置することによって行うことができる。希釈ドロー溶液から分離された水分離ドロー溶液は、ドロー溶液として膜モジュール11に供給される。水分離ドロー溶液のドロー濃度は、例えば60〜95%である。一方、希釈ドロー溶液から分離された水リッチ溶液は、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、水が99%、ドロー濃度が1%である。
Water Separation Step In the separation tank 13, a water separation step is performed. That is, in the separation tank 13, the diluted draw solution is separated into a water-rich solution containing a large amount of water and a water separation draw solution as a concentrated draw solution containing a high concentration of polymer. The pressure in the separation tank 13 is atmospheric pressure. The phase separation between the water-rich solution and the water-separation draw solution can be carried out by allowing the solution to stand at a liquid temperature above the cloud point. The water separation draw solution separated from the diluted draw solution is supplied to the membrane module 11 as a draw solution. The draw concentration of the water separation draw solution is, for example, 60 to 95%. On the other hand, the water-rich solution separated from the diluted draw solution is supplied to the final processing unit 14. The water-rich solution has, for example, 99% water and a draw concentration of 1%.

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おいては、ポリマーが残存している可能性がある。そこで、最終処理ユニット14において、水リッチ溶液から分離処理ドロー溶液となるポリマー溶液を分離することによって、淡水などの生成水を生成する。ここで、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、この参考実施形態においては、例えば45℃である。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、外部に放出される。分離処理ドロー溶液は、ドロー濃度が0.5〜25%程度のポリマー溶液であり、加熱器12の上流側における希釈ドロー溶液に導入されて、加熱器12に供給される。
Final Treatment Step In the final treatment unit 14, a final treatment step as a separation treatment step is performed. That is, the polymer may remain in the water-rich solution separated in the separation tank 13. Therefore, in the final treatment unit 14, the polymer solution to be the separation treatment draw solution is separated from the water-rich solution to generate generated water such as fresh water. Here, the processing temperature in the final processing unit 14 is, for example, 20° C. or more and 50° C. or less, preferably 35° C. or more and 45° C. or less, and in this reference embodiment, for example, 45° C. The produced water separated from the water-rich solution is released to the outside as a final product obtained from the aqueous solution. The separation treatment draw solution is a polymer solution having a draw concentration of about 0.5 to 25%, is introduced into the diluted draw solution on the upstream side of the heater 12, and is supplied to the heater 12.

(参考実施例および比較例)
次に、以上のように構成された水処理装置1の参考実施例および従来技術による比較例について説明する。
(Reference Example and Comparative Example)
Next, a reference example of the water treatment device 1 configured as above and a comparative example according to a conventional technique will be described.

(参考実施例)
参考実施例は、参考実施形態による水処理装置1を用いて、塩分濃度が4%の海水から、1時間あたり300Lの淡水を生成する実施例である。
(Reference example)
The reference example is an example in which the water treatment device 1 according to the reference embodiment is used to generate 300 L of fresh water per hour from seawater having a salt concentration of 4%.

参考実施形態に基づく参考実施例と比較するために、分離処理ドロー溶液を廃棄する水処理装置の例(特許文献1参照)を第1比較例とする。図2は、第1比較例による水処理装置100を模式的に示すブロック図である。また、分離処理ドロー溶液を分離槽の後段の水分離ドロー溶液に導入する例(特許文献2参照)を第2比較例とする。図3は、第2比較例による水処理装置200を模式的に示すブロック図である。 In order to compare with a reference example based on the reference embodiment, an example of a water treatment device that discards a separation-treated draw solution (see Patent Document 1) will be referred to as a first comparative example. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the water treatment device 100 according to the first comparative example. Further, an example (see Patent Document 2) in which the separation-treated draw solution is introduced into the water separation draw solution in the latter stage of the separation tank is referred to as a second comparative example. FIG. 3 is a block diagram schematically showing a water treatment device 200 according to the second comparative example.

(第1比較例)
図2に示すように、第1比較例による水処理装置100は、参考実施形態による水処理装置1と同様に、半透膜101aが内部に設けられた膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、および最終処理ユニット104を備えて構成される。膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、および最終処理ユニット104はそれぞれ、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、および最終処理ユニット14と同様である。一方、水処理装置1と異なり、水処理装置100においては、最終処理ユニット104において水リッチ溶液から分離された後の分離処理ドロー溶液は、廃棄される。
(First Comparative Example)
As shown in FIG. 2, the water treatment apparatus 100 according to the first comparative example is similar to the water treatment apparatus 1 according to the reference embodiment, a membrane module 101 having a semipermeable membrane 101a provided therein, a heater 102, and a separation tank. 103 and a final processing unit 104. The membrane module 101, the heater 102, the separation tank 103, and the final processing unit 104 are the same as the membrane module 11, the heater 12, the separation tank 13, and the final processing unit 14, respectively. On the other hand, unlike the water treatment device 1, in the water treatment device 100, the separation treatment draw solution after being separated from the water-rich solution in the final treatment unit 104 is discarded.

(第2比較例)
図3に示すように、第2比較例による水処理装置200は、参考実施形態による水処理装置1と同様に、半透膜201aが内部に設けられた膜モジュール201、加熱器202、分離槽203、および最終処理ユニット204を備えて構成される。膜モジュール201、加熱器202、分離槽203、および最終処理ユニット204はそれぞれ、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、および最終処理ユニット14と同様である。一方、水処理装置1と異なり、水処理装置200においては、最終処理ユニット204において水リッチ溶液から分離された分離処理ドロー溶液は、分離槽203の下流側において水分離ドロー溶液に導入されて混合ドロー溶液として膜モジュール201に供給される。
(Second Comparative Example)
As shown in FIG. 3, the water treatment apparatus 200 according to the second comparative example is similar to the water treatment apparatus 1 according to the reference embodiment, in which a semipermeable membrane 201a is provided inside the membrane module 201, a heater 202, and a separation tank. 203 and a final processing unit 204. The membrane module 201, the heater 202, the separation tank 203, and the final processing unit 204 are the same as the membrane module 11, the heater 12, the separation tank 13, and the final processing unit 14, respectively. On the other hand, unlike the water treatment apparatus 1, in the water treatment apparatus 200, the separation treatment draw solution separated from the water-rich solution in the final treatment unit 204 is introduced into the water separation draw solution on the downstream side of the separation tank 203 and mixed. It is supplied to the membrane module 201 as a draw solution.

表1は、参考実施例、第1比較例、および第2比較例において、含水溶液および濃縮含水溶液、並びに、希釈ドロー溶液、水分離ドロー溶液、分離前ドロー溶液、分離処理ドロー溶液、および混合ドロー溶液のそれぞれの流量および濃度の実験結果を示す。なお、参考実施例、第1比較例、および第2比較例において、含水溶液の種類、および最終的に生成される淡水などの生成水の単位時間当たりの造水量は互いに等しいものとする。具体的に、膜モジュール11への導入圧力を海水の浸透圧(約25atm)以上の34atm、水リッチ溶液のドロー濃度を1%として流量を375L/hとし、最終処理ユニット14における回収率を80%として、最終的に生成される淡水の単位時間当たりの造水量を300L/hにする。 Table 1 shows the water-containing solution and the concentrated water-containing solution, and the diluted draw solution, the water separation draw solution, the pre-separation draw solution, the separation treatment draw solution, and the mixing in the reference example, the first comparative example, and the second comparative example. The experimental result of each flow rate and concentration of the draw solution is shown. In addition, in the reference example, the first comparative example, and the second comparative example, the kind of the aqueous solution and the amount of fresh water produced per unit time of produced water such as fresh water are equal to each other. Specifically, the pressure introduced into the membrane module 11 was 34 atm above the osmotic pressure of seawater (about 25 atm), the draw concentration of the water-rich solution was 1%, the flow rate was 375 L/h, and the recovery rate in the final treatment unit 14 was 80%. %, the amount of fresh water produced finally per unit time is set to 300 L/h.

Figure 0006740843
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第1比較例においては、最終処理ユニット104によって分離された分離処理ドロー溶液を廃棄している。そのため、処理コストが高くなるのみならず、水分離ドロー溶液を随時追加する必要があるため、低コスト化が極めて困難になるという問題がある。 In the first comparative example, the separation treatment draw solution separated by the final treatment unit 104 is discarded. Therefore, not only the treatment cost becomes high, but also it is necessary to add the water separation draw solution at any time, so that there is a problem that cost reduction becomes extremely difficult.

第2比較例においては、分離処理ドロー溶液を分離槽203の下流側の水分離ドロー溶液に導入している。これにより、分離処理ドロー溶液を再利用できる反面、膜モジュール201に供給される混合ドロー溶液のドロー濃度は、分離槽203から流出した水分離ドロー溶液に比して低下している。そのため、混合ドロー溶液が供給される膜モジュール201におけるろ過速度は、水分離ドロー溶液が供給された場合の膜モジュール201のろ過速度よりも低くなる。これに伴って、膜モジュール201に供給する混合ドロー溶液の流量は大きくなり、膜モジュール201から流出する希釈ドロー溶液の流量も大きくなる。そのため、加熱器202における加熱に要するエネルギーが大きくなるという問題がある。 In the second comparative example, the separation treatment draw solution is introduced into the water separation draw solution on the downstream side of the separation tank 203. As a result, although the separation treatment draw solution can be reused, the draw concentration of the mixed draw solution supplied to the membrane module 201 is lower than that of the water separation draw solution flowing out from the separation tank 203. Therefore, the filtration rate in the membrane module 201 to which the mixed draw solution is supplied is lower than the filtration rate in the membrane module 201 when the water separation draw solution is supplied. Along with this, the flow rate of the mixed draw solution supplied to the membrane module 201 increases, and the flow rate of the diluted draw solution flowing out of the membrane module 201 also increases. Therefore, there is a problem that the energy required for heating in the heater 202 increases.

表1から、上述した第1比較例に対して参考実施例においては、最終的な造水量が同量である場合、水処理装置に供給する含水溶液の流量を低減できることが分かる。換言すると、第1比較例による水処理装置100に供給する含水溶液の流量と、参考実施例による水処理装置1に供給する含水溶液の流量とを同流量にした場合、造水量は、水処理装置100に比して水処理装置1の方が多いことが分かる。すなわち、参考実施形態による水処理装置1においては、従来に比して、淡水の回収率を向上できることが分かる。 It can be seen from Table 1 that the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment device can be reduced in the reference example in comparison with the above-described first comparative example, when the final water production amount is the same. In other words, when the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment apparatus 100 according to the first comparative example and the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment apparatus 1 according to the reference example are the same, the amount of water produced is It can be seen that there are more water treatment devices 1 than the device 100. That is, in the water treatment device 1 according to the reference embodiment, it can be seen that the recovery rate of fresh water can be improved as compared with the conventional case.

また、上述した第1,第2比較例に対し、参考実施例においては、図1に示すように、分離処理ドロー溶液を加熱器12の上流側の希釈ドロー溶液に導入している。これにより、膜モジュール11に供給する水分離ドロー溶液のドロー濃度の低下を抑制でき、表1から、水分離ドロー溶液のドロー濃度を従来技術(第1,第2比較例)と同様の濃度に維持できることが分かる。 Further, in contrast to the first and second comparative examples described above, in the reference example, as shown in FIG. 1, the separation treatment draw solution is introduced into the diluted draw solution on the upstream side of the heater 12. As a result, a decrease in the draw concentration of the water separation draw solution supplied to the membrane module 11 can be suppressed, and from Table 1, the draw concentration of the water separation draw solution becomes the same as that of the conventional technique (first and second comparative examples). You can see that it can be maintained.

さらに、表1から、参考実施例においては、第1比較例に比して、膜モジュール11におけるろ過速度を増加できることが分かる。すなわち、参考実施例においては、水分離ドロー溶液の流量が第1,第2比較例に比して低減されていることが分かる。具体的に、表1から、参考実施例は、第1比較例に比して、膜モジュール11に供給される水分離ドロー溶液の流量が、1249L/hから997L/hに低減できることが分かる。同様に、参考実施例は、第2比較例に比して、膜モジュール11に供給される水分離ドロー溶液(第2比較例では混合ドロー溶液)の流量が、2075L/hから997L/hに低減できることが分かる。水分離ドロー溶液の流量の低減は、ドロー溶液に含まれるポリマーの使用量の低減に寄与するため、ポリマーのコストの低減が可能になる。 Furthermore, it can be seen from Table 1 that the reference example can increase the filtration rate in the membrane module 11 as compared with the first comparative example. That is, it can be seen that in the reference example, the flow rate of the water separation draw solution is reduced as compared with the first and second comparative examples. Specifically, it can be seen from Table 1 that the reference example can reduce the flow rate of the water separation draw solution supplied to the membrane module 11 from 1249 L/h to 997 L/h, as compared with the first comparative example. Similarly, in the reference example, as compared with the second comparative example, the flow rate of the water separation draw solution (mixed draw solution in the second comparative example) supplied to the membrane module 11 is changed from 2075 L/h to 997 L/h. It can be seen that it can be reduced. The reduction of the flow rate of the water separation draw solution contributes to the reduction of the usage amount of the polymer contained in the draw solution, so that the cost of the polymer can be reduced.

また、表1から、第1比較例においては、希釈ドロー溶液が1624L/hの流量で加熱器102内を流動し、第2比較例においては、希釈ドロー溶液が2375L/hの流量で加熱器202内を流動している。これに対し、参考実施例においては、分離前ドロー溶液が1372L/hの流量で加熱器12内を流動している。すなわち、表1から、参考実施例においては、加熱器12内に流動させるドロー溶液の流量が低減されていることが分かる。ここで、参考実施例、および第1,第2比較例において用いられるポリマー水溶液の比熱および密度はそれぞれ、3.2kJ/kg・Kおよび1.05kg/Lであることから、ドロー溶液を40℃から曇点以上の88℃まで加熱する場合に必要なエネルギーは、以下の通りである。なお、比熱については、ポリマー水溶液における40〜88℃での平均比熱を使用しているため、ドロー溶液の濃度に依存しない。また、密度については、ドロー溶液の濃度および温度の寄与が極めて小さいことから、濃度および温度の影響は無視できるほど小さい。
参考実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1372L/h×(88℃−40℃)=)2.21×105kJ/h
第1比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1624L/h×(88℃−40℃)=)2.62×105kJ/h
第2比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×2375L/h×(88℃−40℃)=)3.83×105kJ/h
Further, from Table 1, in the first comparative example, the diluted draw solution flows in the heater 102 at a flow rate of 1624 L/h, and in the second comparative example, the diluted draw solution is heated at a flow rate of 2375 L/h. It is flowing in 202. On the other hand, in the reference example, the draw solution before separation is flowing in the heater 12 at a flow rate of 1372 L/h. That is, it can be seen from Table 1 that in the reference example, the flow rate of the draw solution flown in the heater 12 is reduced. Here, since the specific heat and density of the aqueous polymer solutions used in the reference example and the first and second comparative examples were 3.2 kJ/kg·K and 1.05 kg/L, respectively, the draw solution was kept at 40° C. The energy required for heating to 88° C. above the cloud point is as follows. The specific heat does not depend on the concentration of the draw solution because the average specific heat of the polymer aqueous solution at 40 to 88° C. is used. Further, with respect to the density, since the contribution of the concentration and temperature of the draw solution is extremely small, the influence of the concentration and temperature is negligibly small.
Reference Example: (3.2 kJ/kg·K×1.05 kg/L×1372 L/h×(88° C.-40° C.)=) 2.21×10 5 kJ/h
First comparative example: (3.2 kJ/kg·K×1.05 kg/L×1624 L/h×(88° C.-40° C.)=) 2.62×10 5 kJ/h
Second comparative example: (3.2 kJ/kg·K×1.05 kg/L×2375 L/h×(88° C.-40° C.)=) 3.83×10 5 kJ/h

すなわち、参考実施例においては、第1比較例に比して、約16%のエネルギーを低減でき、第2比較例に比して、約42%のエネルギーを低減できることが分かる。 That is, it can be seen that the reference example can reduce energy by about 16% as compared with the first comparative example, and can reduce energy by about 42% as compared with the second comparative example.

以上説明したように参考実施形態によれば、膜モジュール11のろ過速度を従来に比して増加させることができるので、膜モジュール11に供給するドロー溶液の流量を低減でき、これに伴って加熱器12内を流動させるドロー溶液を低減できるので、水処理装置1においては、従来に比して、ドロー溶液に要するコストを低減できるとともに、加熱に消費するエネルギーを低減可能となる。 As described above, according to the reference embodiment, since the filtration rate of the membrane module 11 can be increased as compared with the conventional one, the flow rate of the draw solution supplied to the membrane module 11 can be reduced, and the heating rate can be increased accordingly. Since the draw solution flowing in the vessel 12 can be reduced, the cost required for the draw solution in the water treatment device 1 can be reduced and the energy consumed for heating can be reduced as compared with the conventional case.

本発明者は、上述した参考実施形態による水処理装置および水処理方法に対して、さらに鋭意検討を行った。そして、本発明者は、上述した参考実施形態において得られる分離処理ドロー溶液を用いて、含水溶液をあらかじめ希釈させる方法を想到した。すなわち、正浸透工程を行う膜モジュールに含水溶液を導入する前に、分離処理ドロー溶液から含水溶液に水を移動させて希釈含水溶液とし、この希釈含水溶液を膜モジュールに導入する方法を案出するに至った。 The present inventor further diligently studied the water treatment apparatus and the water treatment method according to the above-described reference embodiment. Then, the present inventor has conceived a method of diluting an aqueous solution in advance using the separation treatment draw solution obtained in the above-described reference embodiment. That is, before introducing the aqueous solution into the membrane module that performs the forward osmosis step, devise a method of moving water from the separation treatment draw solution to the aqueous solution to obtain a diluted aqueous solution and introducing the diluted aqueous solution into the membrane module. Came to do.

(第1の実施形態)
(水処理装置)
次に、本発明者による上述した鋭意検討に基づいた、本発明の第1の実施形態について説明する。図4は、第1の実施形態による水処理装置2を模式的に示すブロック図である。図4に示すように、第1の実施形態による水処理装置2は、内部に半透膜21aが設けられた第1膜モジュール21、内部に半透膜22aが設けられた第2膜モジュール22、加熱器23、分離槽24、および最終処理ユニット25を備えて構成される。水処理装置2における第1膜モジュール21、半透膜21a、加熱器23、分離槽24、および最終処理ユニット25はそれぞれ、水処理装置1における膜モジュール11、半透膜11a、加熱器12、分離槽13,および最終処理ユニット14と同様である。
(First embodiment)
(Water treatment device)
Next, a first embodiment of the present invention will be described based on the above-mentioned earnest studies by the present inventor. FIG. 4 is a block diagram schematically showing the water treatment device 2 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the water treatment device 2 according to the first embodiment includes a first membrane module 21 having a semipermeable membrane 21a provided therein and a second membrane module 22 having a semipermeable membrane 22a provided therein. , A heater 23, a separation tank 24, and a final treatment unit 25. The first membrane module 21, the semipermeable membrane 21a, the heater 23, the separation tank 24, and the final treatment unit 25 in the water treatment apparatus 2 are the membrane module 11, the semipermeable membrane 11a, the heater 12, and the water treatment apparatus 1, respectively. It is similar to the separation tank 13 and the final processing unit 14.

第2膜モジュール22および半透膜22aはそれぞれ、水処理装置1における膜モジュール11および半透膜11aと同様の構成を採用できる。すなわち、第2膜モジュール22は、内部が半透膜22aによって2つの室に仕切られる。ここで、水処理装置2において、第1正浸透手段としての第1膜モジュール21と第2正浸透手段としての第2膜モジュール22とは、同様の構造の膜モジュールであってもよく、互いに異なる構成の膜モジュールであってもよい。また、半透膜21a,22aは、互いに同様の構成や種類の半透膜を採用してもよく、互いに異なる構成や種類の半透膜を採用してもよい。 The 2nd membrane module 22 and the semipermeable membrane 22a can employ|adopt the structure similar to the membrane module 11 and the semipermeable membrane 11a in the water treatment apparatus 1, respectively. That is, the inside of the second membrane module 22 is partitioned into two chambers by the semipermeable membrane 22a. Here, in the water treatment device 2, the first membrane module 21 as the first forward osmosis means and the second membrane module 22 as the second forward osmosis means may be membrane modules having the same structure, and Membrane modules having different configurations may be used. Further, the semipermeable membranes 21a and 22a may employ semipermeable membranes having the same configuration and type as each other, or may employ semipermeable membranes having configurations and types different from each other.

第1の実施形態による水処理装置2においては、参考実施形態と異なり、第2膜モジュール22が、ドロー溶液および含水溶液の流れ方向に沿って、第1膜モジュール21の上流に設けられる。これにより、水処理装置2に対して外部から供給される含水溶液は、第2膜モジュール22の一方の室に供給される。第2膜モジュール22の他方の室には、最終処理ユニット25において分離させた分離処理ドロー溶液が供給される。その他の構成は、参考実施形態と同様である。 In the water treatment device 2 according to the first embodiment, unlike the reference embodiment, the second membrane module 22 is provided upstream of the first membrane module 21 along the flow direction of the draw solution and the aqueous solution. As a result, the aqueous solution supplied to the water treatment device 2 from the outside is supplied to one chamber of the second membrane module 22. The separation treatment draw solution separated in the final treatment unit 25 is supplied to the other chamber of the second membrane module 22. Other configurations are similar to those of the reference embodiment.

(水処理方法)
(第2正浸透工程)
次に、第1の実施形態による水処理装置2を用いた水処理方法について説明する。第1の実施形態においては、参考実施形態と異なり、第2正浸透手段としての第2膜モジュール22において、第2正浸透工程が行われる。すなわち、第2膜モジュール22において、含水溶液と、含水溶液より浸透圧が低い分離処理ドロー溶液とを、半透膜22aを介して接触させる。ここで、分離処理ドロー溶液の浸透圧は含水溶液の浸透圧より低くなるように設定されているため、浸透圧差により分離処理ドロー溶液中の水は半透膜22aを通過して含水溶液に移動する。これにより、含水溶液が流入する一方の室からは、分離処理ドロー溶液から水が移動して希釈された、希釈含水溶液が流出する。分離処理ドロー溶液が流入する他方の室からは、水が移動して濃縮された濃縮分離処理ドロー溶液が流出する。なお、第2膜モジュール22に供給する分離処理ドロー溶液において、温度を30℃以上50℃以下の例えば40℃とし、圧力は0.05MPa以上0.3MPa以下の例えば0.1MPaとする。
(Water treatment method)
(Second forward osmosis process)
Next, a water treatment method using the water treatment device 2 according to the first embodiment will be described. In the first embodiment, unlike the reference embodiment, the second forward osmosis step is performed in the second membrane module 22 as the second forward osmosis means. That is, in the second membrane module 22, the aqueous solution is brought into contact with the separation treatment draw solution having an osmotic pressure lower than that of the aqueous solution through the semipermeable membrane 22a. Here, since the osmotic pressure of the separation treatment draw solution is set to be lower than the osmotic pressure of the aqueous solution, the water in the separation treatment draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to the aqueous solution due to the difference in osmotic pressure. To do. As a result, from one of the chambers into which the aqueous solution flows, a diluted aqueous solution flows out of the separation-treated draw solution, which is diluted. From the other chamber into which the separation-processed draw solution flows, the concentrated separation-processed draw solution in which water has moved and is concentrated flows out. In the separation treatment draw solution supplied to the second membrane module 22, the temperature is set to 30°C or higher and 50°C or lower, for example, 40°C, and the pressure is set to 0.05 MPa or higher and 0.3 MPa or lower, for example, 0.1 MPa.

(第1正浸透工程)
第2膜モジュール22の一方の室から流出した希釈含水溶液は、第1膜モジュール21の一方の室に供給される。第1膜モジュール21において水分離ドロー溶液と希釈含水溶液とが半透膜21aを介して接触して、第1正浸透工程が行われる。第2膜モジュール22の他方の室から流出した濃縮分離処理ドロー溶液は、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って加熱器23の上流側に導入される。濃縮分離処理ドロー溶液が導入された希釈ドロー溶液は、分離前ドロー溶液として加熱器23に供給される。その他の加熱工程、水分離工程、および最終処理工程については、参考実施形態と同様である。第1の実施形態に基づく第1実施例については、後述する。
(First forward osmosis process)
The diluted aqueous solution flowing out from one chamber of the second membrane module 22 is supplied to one chamber of the first membrane module 21. In the first membrane module 21, the water separation draw solution and the dilute aqueous solution come into contact with each other through the semipermeable membrane 21a, and the first forward osmosis step is performed. The concentrate separation treatment draw solution that has flowed out from the other chamber of the second membrane module 22 is introduced to the upstream side of the heater 23 along the flow direction of the diluted draw solution. The diluted draw solution into which the concentrate separation treatment draw solution has been introduced is supplied to the heater 23 as a pre-separation draw solution. The other heating step, water separation step, and final treatment step are the same as in the reference embodiment. A first example based on the first embodiment will be described later.

(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5は、第2の実施形態による水処理装置3を模式的に示すブロック図である。図5に示すように、第2の実施形態による水処理装置3は、第1の実施形態による水処理装置2と同様に、半透膜21aを有する第1膜モジュール21、半透膜22aを有する第2膜モジュール22、加熱器23、分離槽24、および最終処理ユニット25を備えて構成される。一方、水処理装置3は、第1の実施形態による水処理装置2と異なり、第2膜モジュール22から流出する濃縮分離処理ドロー溶液が、水分離ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽24の下流側に導入するように構成される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
(Second embodiment)
(Water treatment device)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram schematically showing the water treatment device 3 according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the water treatment device 3 according to the second embodiment includes the first membrane module 21 having the semipermeable membrane 21a and the semipermeable membrane 22a, as in the water treatment device 2 according to the first embodiment. The second membrane module 22, the heater 23, the separation tank 24, and the final treatment unit 25 are included. On the other hand, in the water treatment device 3, unlike the water treatment device 2 according to the first embodiment, the concentrated separation treatment draw solution flowing out from the second membrane module 22 is stored in the separation tank 24 along the flow direction of the water separation draw solution. It is configured to be introduced downstream. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

(水処理方法)
次に、第2の実施形態による水処理装置3を用いた水処理方法について説明する。第2の実施形態においては、第2膜モジュール22によって第2正浸透工程が行われ、分離処理ドロー溶液中の水が半透膜22aを通過して含水溶液に移動する。第2膜モジュール22において含水溶液が流入する一方の室からは、希釈含水溶液が流出して、第1膜モジュール21の一方の室に供給される。第2膜モジュール22において分離処理ドロー溶液が流入する他方の室からは、濃縮分離処理ドロー溶液が流出する。濃縮分離処理ドロー溶液は、分離槽24から流出した水分離ドロー溶液に導入される。水分離ドロー溶液に濃縮分離処理ドロー溶液が導入された混合ドロー溶液は、第1膜モジュール21の他方の室に供給される。第1膜モジュール21においては、希釈含水溶液と混合ドロー溶液との間で第1正浸透工程が行われ、希釈含水溶液から混合ドロー溶液に水が移動する。その他の加熱工程、水分離工程、および最終処理工程については、参考実施形態および第1の実施形態と同様である。第2の実施形態に基づく第2実施例については、後述する。
(Water treatment method)
Next, a water treatment method using the water treatment device 3 according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, the second forward osmosis step is performed by the second membrane module 22, and the water in the separation treatment draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to the aqueous solution. The diluted aqueous solution flows out from one chamber of the second membrane module 22 into which the aqueous solution flows, and is supplied to one chamber of the first membrane module 21. The concentrated separation treatment draw solution flows out from the other chamber into which the separation treatment draw solution flows in the second membrane module 22. The concentrated separation treatment draw solution is introduced into the water separation draw solution flowing out from the separation tank 24. The mixed draw solution obtained by introducing the concentrate separation treatment draw solution into the water separation draw solution is supplied to the other chamber of the first membrane module 21. In the first membrane module 21, the first forward osmosis step is performed between the diluted aqueous solution and the mixed draw solution, and water moves from the diluted aqueous solution to the mixed draw solution. The other heating step, water separation step, and final treatment step are the same as those in the reference embodiment and the first embodiment. A second example based on the second embodiment will be described later.

(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6は、第3の実施形態による水処理装置4を模式的に示すブロック図である。図6に示すように、第3の実施形態による水処理装置4は、第1の実施形態による水処理装置2と同様に、半透膜21aを有する第1膜モジュール21、半透膜22aを有する第2膜モジュール22、加熱器23、分離槽24、および最終処理ユニット25を備えて構成される。一方、水処理装置4は、第1の実施形態による水処理装置2と異なり、外部から水処理装置4に供給される含水溶液が、含水溶液の流れ方向に沿った上流側において分岐されるように構成される。水処理装置4においては、分岐された含水溶液の一部が第2膜モジュール22の一方の室に供給され、含水溶液の残部が第2膜モジュール22の下流側、かつ第1膜モジュール21の上流側に導入するように構成される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
(Third Embodiment)
(Water treatment device)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram schematically showing the water treatment device 4 according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, the water treatment device 4 according to the third embodiment includes the first membrane module 21 having the semipermeable membrane 21a and the semipermeable membrane 22a, similarly to the water treatment device 2 according to the first embodiment. The second membrane module 22, the heater 23, the separation tank 24, and the final treatment unit 25 are included. On the other hand, in the water treatment device 4, unlike the water treatment device 2 according to the first embodiment, the aqueous solution supplied from the outside to the water treatment device 4 is branched at the upstream side along the flow direction of the aqueous solution. Is composed of. In the water treatment device 4, a part of the branched aqueous solution is supplied to one chamber of the second membrane module 22, and the rest of the aqueous solution is on the downstream side of the second membrane module 22 and in the first membrane module 21. It is configured to be introduced upstream. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

(水処理方法)
次に、第3の実施形態による水処理装置4を用いた水処理方法について説明する。第3の実施形態による水処理装置4においては、含水溶液の流れ方向に沿って供給される上流側に分岐部が設けられる。分岐部において、水処理装置4に供給される含水溶液が、一部の含水溶液と残部の含水溶液とに分岐される。ここで、第2膜モジュール22に供給される一部の含水溶液の流量を調整することによって、残部の含水溶液の流量が調整される。一部の含水溶液は、第2膜モジュール22の一方の室に供給されて第2正浸透工程が行われる。第2膜モジュール22においては、分離処理ドロー溶液中の水が半透膜22aを通過して一部の含水溶液に移動する。第2膜モジュール22において一部の含水溶液が流入する一方の室からは、希釈含水溶液が流出し、分岐された含水溶液の残部が導入された後に、希釈含水溶液として第1膜モジュール21の一方の室に供給される。第2膜モジュール22における他方の室からは、濃縮分離処理ドロー溶液が流出して、加熱器23の上流側において、第1膜モジュール21から流出した希釈ドロー溶液に導入される。その他の第1正浸透工程、加熱工程、水分離工程、および最終処理工程については、第1および第1の実施形態と同様である。第3の実施形態に基づく第3実施例については、後述する。
(Water treatment method)
Next, a water treatment method using the water treatment device 4 according to the third embodiment will be described. In the water treatment device 4 according to the third embodiment, a branch portion is provided on the upstream side supplied along the flow direction of the aqueous solution. At the branching portion, the aqueous solution supplied to the water treatment device 4 is branched into a part of the aqueous solution and the rest of the aqueous solution. Here, by adjusting the flow rate of a part of the aqueous solution supplied to the second membrane module 22, the flow rate of the remaining aqueous solution is adjusted. Part of the aqueous solution is supplied to one chamber of the second membrane module 22 and the second forward osmosis process is performed. In the second membrane module 22, the water in the separation treatment draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to a part of the aqueous solution. The diluted aqueous solution flows out from one chamber into which a part of the aqueous solution flows in the second membrane module 22, and after the remainder of the branched aqueous solution is introduced, the diluted aqueous solution of the first membrane module 21 is supplied. It is supplied to one chamber. From the other chamber of the second membrane module 22, the concentration separation treatment draw solution flows out, and is introduced into the diluted draw solution flowing out of the first membrane module 21 on the upstream side of the heater 23. Other first forward osmosis step, heating step, water separation step, and final treatment step are the same as those in the first and first embodiments. A third example based on the third embodiment will be described later.

(第1,第2,第3実施例、および第1,第2比較例)
次に、それぞれの第1〜第3の実施形態に基づく、第1〜第3実施例について説明する。第1,第2,第3実施例はそれぞれ、水処理装置2,3,4を用いた実施例である。なお、第1比較例は、上述した図2に示す水処理装置100を用いた比較例であり、第2比較例は、上述した図3に示す水処理装置200を用いた比較例である。
(First, Second, Third Examples, and First, Second Comparative Examples)
Next, first to third examples based on the first to third embodiments will be described. The first, second and third examples are examples using water treatment devices 2, 3 and 4, respectively. The first comparative example is a comparative example using the water treatment apparatus 100 shown in FIG. 2 described above, and the second comparative example is a comparative example using the water treatment apparatus 200 shown in FIG. 3 described above.

表2は、第1〜第3実施例および第1,第2比較例における、含水溶液、希釈含水溶液、および濃縮含水溶液の流量および塩分濃度、並びに、水分離ドロー溶液、混合ドロー溶液、希釈ドロー溶液、分離前ドロー溶液、分離処理ドロー溶液、および濃縮分離処理ドロー溶液のそれぞれの流量および濃度の実験結果を示す。なお、第1〜第3実施例、第1,第2比較例において、含水溶液の種類、および最終的に生成される淡水などの生成水の単位時間当たりの造水量は互いに等しいものとする。具体的に、水リッチ溶液のドロー濃度を1%として流量を375L/hとし、最終処理ユニット25における回収率を80%として、最終的に生成される淡水の単位時間当たりの造水量を300L/hにする。なお、第3実施例においては、第2膜モジュール22に供給する一部の含水溶液の流量を75L/h、残部の含水溶液の流量を922L/hとする。これにより、第3実施例においては、第2膜モジュール22から流出して、残部の含水溶液が導入される前の希釈含水溶液の塩分濃度は2.2%、流量は135L/hとなる。表2において第3実施例の希釈含水溶液の塩分濃度および流量は、残部の含水溶液が導入された後の希釈含水溶液の塩分濃度および流量である。 Table 2 shows the flow rates and salt concentrations of the water-containing solution, the diluted water-containing solution, and the concentrated water-containing solution, and the water separation draw solution, the mixed draw solution, and the dilution in the first to third examples and the first and second comparative examples. The experimental results of flow rate and concentration of the draw solution, the pre-separation draw solution, the separation treatment draw solution, and the concentrated separation treatment draw solution are shown. In addition, in 1st-3rd Example, 1st, 2nd comparative example, the kind of aqueous solution and the amount of fresh water produced per unit time of produced|generated water, such as fresh water finally produced|generated, shall be equal. Specifically, the draw concentration of the water-rich solution is 1%, the flow rate is 375 L/h, the recovery rate in the final treatment unit 25 is 80%, and the amount of fresh water produced finally per unit time is 300 L/h. set to h. In the third embodiment, the flow rate of a part of the aqueous solution supplied to the second membrane module 22 is 75 L/h, and the flow rate of the remaining aqueous solution is 922 L/h. As a result, in the third embodiment, the salt concentration of the diluted aqueous solution before flowing out of the second aqueous solution module 22 and the remaining aqueous solution is 2.2%, and the flow rate is 135 L/h. In Table 2, the salt concentration and flow rate of the diluted aqueous solution of the third embodiment are the salt concentration and flow rate of the diluted aqueous solution after the remaining aqueous solution was introduced.

Figure 0006740843
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表2から、上述した第1比較例に対して第1〜第3実施例においては、最終的な淡水の造水量が同量である場合、水処理装置に供給する含水溶液の流量を低減できることが分かる。換言すると、第1比較例による水処理装置100に供給する含水溶液の流量と、第1〜第3実施例による水処理装置2〜4に供給する含水溶液の流量とを同じ流量にした場合、造水量は、水処理装置100に比して水処理装置2〜4の方が多いことが分かる。すなわち、第1〜第3の実施形態による水処理装置2〜4においては、従来に比して、淡水の回収率を向上できることが分かる。 From Table 2, it is possible to reduce the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment device in the first to third examples as compared with the above-described first comparative example, when the final fresh water production amount is the same. I understand. In other words, when the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment device 100 according to the first comparative example and the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment devices 2 to 4 according to the first to third examples are the same, It can be seen that the amount of water produced by the water treatment devices 2 to 4 is higher than that of the water treatment device 100. That is, it can be seen that the water treatment devices 2 to 4 according to the first to third embodiments can improve the recovery rate of fresh water as compared with the related art.

また、図4および図5に示すように、第1,第2実施例による水処理装置2,3においては、第1膜モジュール21の上流側に配置された第2膜モジュール22によって、分離処理ドロー溶液から含水溶液に水を移動させている。そのため、第1比較例による水処理装置100における膜モジュール101に供給される含水溶液の濃度に比して、第1膜モジュール21に供給される含水溶液の濃度が低くなる。これにより、第1膜モジュール21における希釈含水溶液とドロー溶液との浸透圧差が大きくなる。第1膜モジュール21において希釈含水溶液とドロー溶液との浸透圧差を大きくすることによって、従来に比してろ過速度および水の回収率を増加でき、供給されるドロー溶液の流量を低減できる。具体的に、表2から、第1実施例は、第1比較例に比して、第1膜モジュール21に供給される水分離ドロー溶液の流量が、1249L/hから700L/hに低減できることが分かる。同様に、第2実施例は、第1膜モジュール21に供給される混合ドロー溶液の流量が、第1比較例において膜モジュール101に供給される水分離ドロー溶液の流量に比して、1249L/hから1100L/hに低減できることが分かる。水分離ドロー溶液や混合ドロー溶液の流量の低減は、ドロー溶液に含まれるポリマーの使用量の低減に寄与するため、ポリマーのコストの低減が可能になる。 Further, as shown in FIGS. 4 and 5, in the water treatment devices 2 and 3 according to the first and second embodiments, the separation treatment is performed by the second membrane module 22 arranged on the upstream side of the first membrane module 21. Water is moved from the draw solution to the aqueous solution. Therefore, the concentration of the aqueous solution supplied to the first membrane module 21 is lower than the concentration of the aqueous solution supplied to the membrane module 101 in the water treatment device 100 according to the first comparative example. This increases the osmotic pressure difference between the diluted aqueous solution and the draw solution in the first membrane module 21. By increasing the osmotic pressure difference between the dilute aqueous solution and the draw solution in the first membrane module 21, the filtration rate and the water recovery rate can be increased and the flow rate of the draw solution supplied can be reduced as compared with the conventional case. Specifically, from Table 2, the first embodiment can reduce the flow rate of the water separation draw solution supplied to the first membrane module 21 from 1249 L/h to 700 L/h, as compared with the first comparative example. I understand. Similarly, in the second embodiment, the flow rate of the mixed draw solution supplied to the first membrane module 21 is 1249 L/in comparison with the flow rate of the water separation draw solution supplied to the membrane module 101 in the first comparative example. It can be seen that it can be reduced from h to 1100 L/h. The reduction of the flow rate of the water separation draw solution or the mixed draw solution contributes to the reduction of the amount of the polymer contained in the draw solution, and thus the cost of the polymer can be reduced.

また、表2から、第1比較例においては、希釈ドロー溶液が1624L/hの流量で加熱器102内を流動し、第2比較例においては、希釈ドロー溶液が2375L/hの流量で加熱器202内を流動している。これに対し、表2および図4に示すように、第1実施例においては、分離前ドロー溶液が1075L/hの流量で加熱器23内を流動している。また、表2および図5に示すように、第2実施例においては、希釈ドロー溶液が1460L/hの流量で加熱器23内を流動している。すなわち、表2から、第1,第2実施例においては、加熱器23内に流動させるドロー溶液の流量が、従来(第1,第2比較例)に比して低減されていることが分かる。ここで、第1,第2実施例および第1,第2比較例において用いられるポリマー水溶液の比熱および密度はそれぞれ、3.2kJ/kg・Kおよび1.05kg/Lであることから、ドロー溶液を40℃から曇点以上の88℃まで加熱する場合に必要なエネルギーは、以下の通りである。
第1実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1075L/h×(88℃−40℃)=)1.73×105kJ/h
第2実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1460L/h×(88℃−40℃)=)2.35×105kJ/h
第1比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1624L/h×(88℃−40℃)=)2.62×105kJ/h
第2比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×2375L/h×(88℃−40℃)=)3.83×105kJ/h
Further, from Table 2, in the first comparative example, the diluted draw solution flows in the heater 102 at a flow rate of 1624 L/h, and in the second comparative example, the diluted draw solution is heated at a flow rate of 2375 L/h. It is flowing in 202. On the other hand, as shown in Table 2 and FIG. 4, in the first embodiment, the pre-separation draw solution flows in the heater 23 at a flow rate of 1075 L/h. Moreover, as shown in Table 2 and FIG. 5, in the second embodiment, the diluted draw solution is flowing in the heater 23 at a flow rate of 1460 L/h. That is, it can be seen from Table 2 that in the first and second examples, the flow rate of the draw solution flowing in the heater 23 is reduced as compared with the conventional case (first and second comparative examples). .. Here, since the specific heat and density of the aqueous polymer solutions used in the first and second examples and the first and second comparative examples are 3.2 kJ/kg·K and 1.05 kg/L, respectively, the draw solution The energy required for heating from 40° C. to 88° C. above the cloud point is as follows.
First Example: (3.2 kJ/kgK×1.05 kg/L×1075 L/h×(88° C.-40° C.)=) 1.73×10 5 kJ/h
Second embodiment: (3.2 kJ/kgK*1.05 kg/L*1460 L/h*(88[deg.] C.-40[deg.] C.)=) 2.35*10< 5 > kJ/h
First comparative example: (3.2 kJ/kg·K×1.05 kg/L×1624 L/h×(88° C.-40° C.)=) 2.62×10 5 kJ/h
Second comparative example: (3.2 kJ/kg·K×1.05 kg/L×2375 L/h×(88° C.-40° C.)=) 3.83×10 5 kJ/h

すなわち、第1実施例においては、第1比較例に比して、約34%のエネルギーを低減でき、第2比較例に比して、約55%のエネルギーを低減できることが分かる。同様に、第2実施例においては、第1比較例に比して、約10%のエネルギーを低減でき、第2比較例に比して、約39%のエネルギーを低減できることが分かる。 That is, it can be seen that in the first example, the energy can be reduced by about 34% as compared with the first comparative example, and by about 55% as compared with the second comparative example. Similarly, in the second example, it can be seen that energy can be reduced by about 10% as compared with the first comparative example, and energy can be reduced by about 39% as compared with the second comparative example.

さらに、上述した参考実施形態に基づく参考実施例(表1参照)と、本発明の第1の実施形態による第1実施例とを比較する。参考実施例による膜モジュール11における水の回収率が((997L/h−697L/h)/997L/h×100≒)30%であるのに対し、第1実施例による第1膜モジュール21における水の回収率は、((1057L/h−697L/h)/1057L/h×100≒)34%となる。すなわち、第1実施例によれば、参考実施例に比して、水の回収率が4ポイント増加していることが分かる。 Furthermore, the reference example based on the reference embodiment described above (see Table 1) is compared with the first example according to the first embodiment of the present invention. The recovery rate of water in the membrane module 11 according to the reference example is ((997L/h-697L/h)/997L/h×100≈)30%, whereas in the first membrane module 21 according to the first example. The water recovery rate is ((1057L/h-697L/h)/1057L/h×100≈)34%. That is, according to the first embodiment, the water recovery rate is increased by 4 points as compared with the reference embodiment.

また、ドロー溶液を40℃から曇点以上の88℃まで加熱する場合に必要なエネルギーは、参考実施例においては、2.21×105kJ/hであるのに対し、第1実施例においては、1.73×105kJ/hである。これにより、第1実施例においては、参考実施例に比して、約22%のエネルギーを低減できることが分かる。 Further, the energy required for heating the draw solution from 40° C. to 88° C. above the cloud point is 2.21×10 5 kJ/h in the reference example, whereas in the first example. Is 1.73×10 5 kJ/h. As a result, it can be seen that the energy can be reduced by about 22% in the first embodiment compared to the reference embodiment.

すなわち、本発明の第1の実施形態による水処理装置2によれば、参考実施形態による水処理装置1に比して、第1膜モジュール21における水の回収率のさらなる増加、および消費するエネルギーのさらなる低減を実現できる。 That is, according to the water treatment apparatus 2 according to the first embodiment of the present invention, the water recovery rate in the first membrane module 21 is further increased and the energy consumed is higher than that in the water treatment apparatus 1 according to the reference embodiment. Can be further reduced.

表2において、第1実施例および第3実施例を比較すると、第3実施例においては、第1実施例と同様の効果を得られることが分かる。さらに、水処理装置2,4に供給される含水溶液はいずれも997L/hであるが、図6に示すように、供給される含水溶液を分岐部によって分岐させて、第2膜モジュール22に供給する含水溶液の流量を、第3実施例においては75L/hとし、第1実施例に比して大幅に低減させている。これにより、第2膜モジュール22における圧力損失を低減することができるので、第3実施例においては第1実施例に比して、水処理装置において消費するエネルギーを低減できる。 In Table 2, comparing the first example and the third example, it can be seen that the same effect as the first example can be obtained in the third example. Further, the water-containing solution supplied to the water treatment devices 2 and 4 is 997 L/h in both cases, but as shown in FIG. 6, the supplied water-containing solution is branched by the branching portion to the second membrane module 22. The flow rate of the aqueous solution to be supplied is 75 L/h in the third embodiment, which is greatly reduced as compared with the first embodiment. As a result, the pressure loss in the second membrane module 22 can be reduced, so that the energy consumed in the water treatment device can be reduced in the third embodiment compared to the first embodiment.

以上説明したように第1,第2,第3の実施形態によれば、第1膜モジュール21のろ過速度を従来に比して増加させることができるので、第1膜モジュール21に供給するドロー溶液の流量を低減でき、これに伴って加熱器23内を流動させるドロー溶液を低減できるので、水処理装置2,3,4においては、従来に比して、ドロー溶液に要するコストを低減できるとともに、加熱に消費するエネルギーを低減可能となる。さらに、水処理装置4においては、第2膜モジュール22において消費するエネルギーをより一層低減できる。 As described above, according to the first, second, and third embodiments, the filtration rate of the first membrane module 21 can be increased as compared with the conventional one, and thus the draw supplied to the first membrane module 21 can be increased. Since the flow rate of the solution can be reduced and the draw solution flowing in the heater 23 can be reduced accordingly, the cost required for the draw solution in the water treatment devices 2, 3 and 4 can be reduced as compared with the conventional case. At the same time, the energy consumed for heating can be reduced. Furthermore, in the water treatment device 4, the energy consumed in the second membrane module 22 can be further reduced.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。 Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. For example, the numerical values given in the above embodiments are merely examples, and different numerical values may be used as necessary, and the present invention will be described with reference to the description and drawings that form part of the disclosure of the present invention according to the present embodiment. Is not limited.

1,2,3,4 水処理装置
11 膜モジュール
11a,21a,22a 半透膜
12,23 加熱器
13,24 分離槽
14,25 最終処理ユニット
21 第1膜モジュール
22 第2膜モジュール
1, 2, 3, 4 Water treatment apparatus 11 Membrane module 11a, 21a, 22a Semipermeable membrane 12,23 Heater 13,24 Separation tank 14,25 Final treatment unit 21 First membrane module 22 Second membrane module

Claims (16)

溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して曇点を有するドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする第1正浸透工程と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い水分離ドロー溶液とに分離する水分離工程と、
前記水リッチ溶液を生成水と分離処理ドロー溶液とに分離する分離処理工程と、
を含む水処理方法であって、
前記第1正浸透工程の前に、前記含水溶液より浸透圧が低い前記分離処理ドロー溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈した希釈含水溶液を、前記第1正浸透工程における前記含水溶液とする第2正浸透工程をさらに含む、
ことを特徴とする水処理方法。
A first forward osmosis step of moving water from an aqueous solution containing water as a solvent through a semipermeable membrane to a draw solution having a cloud point to obtain a diluted draw solution;
A heating step of heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point;
A water separation step of separating the diluted draw solution heated in the heating step into a water-rich solution and a water separation draw solution having a lower water content than the water-rich solution,
A separation treatment step of separating the water-rich solution into generated water and a separation treatment draw solution,
A water treatment method including
Before the first forward osmosis step, a diluted aqueous solution obtained by diluting water by moving water from the separation treatment draw solution having a lower osmotic pressure than the aqueous solution through the semipermeable membrane is used in the first forward osmosis step. Further including a second forward osmosis step of making a water-containing solution,
A water treatment method characterized by the above.
前記第2正浸透工程において前記分離処理ドロー溶液が濃縮された溶液を、前記加熱工程の前の前記希釈ドロー溶液に導入する
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
Said second solution to said separation process draw solution is concentrated in the forward osmosis step, water treatment method according to claim 1, characterized in that introduced into the dilute draw solution before the heating step.
前記第2正浸透工程の前に、前記含水溶液を一部の含水溶液と残部の含水溶液とに分岐させ、前記一部の含水溶液に対して前記第2正浸透工程を行い、前記残部の含水溶液を前記第2正浸透工程において得られた前記希釈含水溶液に導入する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の水処理方法。
Before the second forward osmosis step, the aqueous solution is branched into a part of the aqueous solution and the rest of the aqueous solution, the second forward osmosis step is performed on the part of the aqueous solution, and The water treatment method according to claim 1 or 2 , wherein an aqueous solution is introduced into the diluted aqueous solution obtained in the second forward osmosis step.
前記水分離工程において分離された前記水分離ドロー溶液を、前記第1正浸透工程における前記ドロー溶液とする
ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の水処理方法。
The said water separation draw solution isolate|separated in the said water separation process is made into the said draw solution in the said 1st normal osmosis process. The water treatment method of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
前記第2正浸透工程において前記分離処理ドロー溶液が濃縮された溶液を、前記水分離工程において分離された前記水分離ドロー溶液に導入する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水処理方法。
The solution in which the separation process draw solution is enriched in the second forward osmosis process, any one of the claims 1-4, characterized in that introduced into separate the water separating draw solution in the water separation process The water treatment method described in.
前記分離処理工程を、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行う
ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の水処理方法。
Wherein the separation step, coalescers, activated carbon, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes or water treatment method according to any one of claims 1 to 5, be performed by using a reverse osmosis membrane, characterized in,.
前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の水処理方法。 The draw solution, water treatment method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a solution consisting mainly of temperature sensitive water absorbing agent having at least one cloud point. 前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の水処理方法。 The water solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, water treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the produced water, or sewage. 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希釈ドロー溶液とする第1正浸透手段と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い水分離ドロー溶液とに分離する水分離手段と、
前記水リッチ溶液を生成水と分離処理ドロー溶液とに分離する分離処理手段と、
前記含水溶液より浸透圧が低い前記分離処理ドロー溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈含水溶液とした後、前記希釈含水溶液を前記第1正浸透手段に供給する第2正浸透手段と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。
First forward osmosis means for moving water from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point through a semipermeable membrane to obtain a diluted draw solution ;
Heating means for heating the dilute draw solution to a temperature above the cloud point,
The diluted draw solution heated by the heating means, a water separation means for separating a water-rich solution and a water separation draw solution having a lower water content than the water-rich solution,
Separation treatment means for separating the water-rich solution into generated water and a separation treatment draw solution,
Second normal osmosis in which water is moved from the separation treatment draw solution having a lower osmotic pressure than the aqueous solution through the semipermeable membrane to form a diluted aqueous solution, and then the diluted aqueous solution is supplied to the first forward osmosis unit. water treatment device, characterized in that it comprises a means.
前記第2正浸透手段によって前記分離処理ドロー溶液が濃縮された溶液を、前記加熱手段または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の前記希釈ドロー溶液に導入する
ことを特徴とする請求項に記載の水処理装置。
A solution in which the separation-treated draw solution is concentrated by the second normal osmosis means is introduced into the diluted draw solution on the upstream side of the heating means or the heating means along the flow direction of the diluted draw solution. The water treatment device according to claim 9 .
前記含水溶液の流れ方向に沿った前記第2正浸透手段の上流側に、前記含水溶液を一部の含水溶液と残部の含水溶液とに分岐させる分岐部が設けられ、前記一部の含水溶液を前記第2正浸透手段に供給する一方、前記残部の含水溶液を前記第2正浸透手段によって得られた前記希釈含水溶液に導入する
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。
A branch part for branching the aqueous solution into a part of the aqueous solution and the rest of the aqueous solution is provided on the upstream side of the second normal osmosis means along the flow direction of the aqueous solution, and the part of the aqueous solution. while supplying the second forward osmosis unit the water treatment according to claim 9 or 10, characterized in that introducing water solution of the remainder to the dilution water solution obtained by the second forward osmosis unit apparatus.
前記水分離手段によって分離された前記水分離ドロー溶液を、前記第1正浸透手段に前記ドロー溶液として供給する
ことを特徴とする請求項11のいずれか1項に記載の水処理装置。
The water separation draw solution separated by the water separation means is supplied to the first forward osmosis means as the draw solution, The water treatment apparatus according to any one of claims 9 to 12 .
前記第2正浸透手段によって前記分離処理ドロー溶液が濃縮された溶液を、前記水分離手段によって分離された前記水分離ドロー溶液に導入する
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。
The solution to the separation process draw solution is concentrated by the second forward osmosis unit, any one of the claims 9-12, characterized in that introduced into the water separating draw solution separated by the water separator Water treatment device described in.
前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過、または逆浸透膜からなる
ことを特徴とする請求項〜1のいずれか1項に記載の水処理装置。
Said separating means is, coalescers, activated carbon, ultrafiltration membrane, water treatment apparatus according to any one of claims 9-1 3, characterized in that it consists of nanofiltration or reverse osmosis membrane.
前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液である
ことを特徴とする請求項〜1のいずれか1項に記載の水処理装置。
The draw solution, water treatment apparatus according to any one of claims 9-1 4, characterized in that the temperature sensitive water absorbing agent is a solution mainly comprising at least one cloud point.
前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水である
ことを特徴とする請求項〜1のいずれか1項に記載の水処理装置。
The said water-containing solution is seawater, brackish water, brackish water, industrial waste water, associated water, or sewage. The water treatment apparatus of any one of Claims 9 to 15 characterized by the above-mentioned.
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