JP6958700B1

JP6958700B1 - 膜蒸留装置の運転方法

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Publication number: JP6958700B1
Application number: JP2020157308A
Authority: JP
Inventors: 晴樹増田; 高橋　淳一
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: WO2022059235A1; CN116113488A; JP2022051050A

Abstract

【課題】膜蒸留装置から膜を取り外すことなく析出物を除去することができ、また洗浄廃液を生じさせないようにすることもできる膜蒸留装置の運転方法を提供する。【解決手段】給水タンク１内の被処理液が給水ポンプ２、配管３、熱交換器４、配管５により膜モジュール１０の中空糸１１に供給され、給水タンク１に戻る。二次側１７は減圧装置２５によって減圧される。中空糸１１を流れる被処理液の水が蒸発して二次側１７から配管２０へ吸引排出される。二次側１７に析出物が析出した場合、弁３１を開、減圧装置２５を停止し、二次側１７を正圧にし、二次側に凝縮水を生じさせ、析出物を溶解除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、膜蒸留装置の運転方法に係り、特に膜の二次側に生じた析出物を除去する工程を有する膜蒸留装置の運転方法に関する。

膜蒸留装置は、疎水性平膜または疎水性中空糸膜の一次側に加温された被処理液を通水し、膜の二次側を一次側の蒸気圧以下にすることで、被処理液から蒸気のみを回収し、被処理液を濃縮するよう構成されている。膜蒸留装置は、一般的な蒸留装置と異なり、膜を用いることによって蒸発表面積が増え、装置が小型化するというメリットを有する。

膜蒸留装置の従来例の一例を図２に示す。給水タンク１内に貯留された被処理液が給水ポンプ２を有した配管３を介して熱交換器（加温器）４に送水され、高温流体と熱交換して加温された後、配管５を介して膜モジュール１０に送水される。

この従来例では、膜モジュール１０は中空糸膜モジュールである。膜モジュール１０では、多数本の中空糸１１が引き揃えられて中空糸束とされ、上下方向に配設されている。中空糸束の上端側及び下端側がポッティング材１２，１３で結束されている。

中空糸束は膜モジュール１０のケーシング１４内に配置されており、上側ポッティング材１２の上側に流入室１５が形成され、下側ポッティング材１３の下側に流出室１６が形成されている。各中空糸１１内はそれぞれ流入室１５及び流出室１６内に連通している。

配管５からの被処理液は、流入室１５から各中空糸１１内（一次側）に流入し、中空糸１１を通り、流出室１６へ流れ、該流出室１６から配管６を介して給水タンク１に戻る。

ケーシング１４内における中空糸１１外であって且つポッティング材１２，１３間が二次側１７である。

該二次側１７は、配管（蒸気配管）２０、熱交換器（冷却器）２１、配管２２、凝縮水タンク２３及び配管２４を介して減圧装置２５に連通しており、該減圧装置２５によって該二次側１７が減圧される。

被処理液が中空糸１７内（一次側）を流れる間に被処理液中の水が中空糸１１を透過し、蒸気となって二次側１７から配管２０へ吸引排出され、熱交換器２１で冷却されて凝縮水が生成する。凝縮水は、凝縮水タンク２３に貯留される。

この従来例では、ケーシング１４内の二次側１７の下部と給水タンク１内の上部（気相部１ａ）とが配管７で連通されている。配管５及び２０内の圧力を検出するように圧力センサＰ１，Ｐ２が設置されている。

特開平３−５２６２７

上記膜蒸留装置にあっては、膜の二次側に塩類などよりなる析出物が析出することがある。析出物が生じると、膜表面積が減少し、蒸留性能が低下する。

この析出物を除去するために、従来は、膜蒸留装置から膜を取り外し、純水で洗浄することが行われているが、手間がかかり、また洗浄廃液が生じる。

本発明は、膜蒸留装置から膜を取り外すことなく析出物を除去することができ、また洗浄廃液を生じさせないようにすることもできる膜蒸留装置の運転方法を提供することを目的とする。

本発明の膜蒸留装置の運転方法は、ケーシング内が膜によって一次側と二次側とに隔てられている膜モジュールと、該膜モジュールの一次側に被処理液を供給するための、給水タンク及び給水ポンプと、該膜モジュールの二次側を減圧する減圧装置とを有する膜蒸留装置を用いて被処理液を蒸留する膜蒸留装置の運転方法において、該膜モジュールの二次側に気体を導入して該二次側に凝縮水を生じさせ、二次側の析出物を凝縮水に溶解させて除去する析出物除去工程を行うことを特徴とする。

本発明の一態様では、前記給水ポンプを作動させた状態で前記減圧装置を停止し、前記二次側を正圧にして前記析出物除去工程を行う。

本発明の一態様では、前記二次側と前記減圧装置とを接続する経路から配管が分岐しており、この分岐配管に弁が設けられており、該弁を開とすることにより前記二次側を正圧にする。

本発明の一態様では、前記析出物除去工程を定期的に、又は蒸留性能が所定値よりも低下したときに行う。

本発明の一態様では、前記蒸留性能を、前記二次側の圧力又は凝縮水の生成速度に基づいて求める。

本発明の一態様では、前記膜モジュールの二次側と前記給水タンクとを連通する連通部が設けられており、前記析出物除去工程では、前記析出物が溶解した溶解液が該連通部を通って該給水タンクに流入する。

本発明によると、析出物除去工程を行うことにより、膜蒸留装置から膜を取り外すことなく、膜の二次側の析出物を凝縮水に溶解させて除去することができる。本発明の一態様では、純水による膜洗浄を行わないようにすることにより、洗浄廃液が生じないようになる。

実施の形態に係る膜蒸留装置の構成図である。従来例に係る膜蒸留装置の構成図である。

図１は、実施の形態に係る膜蒸留装置の構成を示している。

この実施の形態では、凝縮水タンク２３と減圧装置２５とを連通する配管２４から吸気用の配管３０が分岐しており、該配管３０に弁３１が設けられている。配管３０は、大気に向って開放しているか、又は窒素などのガス源（図示略）に接続されている。また、膜モジュール１０の二次側１７と給水タンク１の気相部１ａとを連通する配管７に、弁８が設けられている。

この膜蒸留装置のその他の構成は図２の膜蒸留装置と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

この膜蒸留装置によって蒸留工程を行う場合、弁８及び３１を閉とし、減圧装置２５及び給水ポンプ２を作動させる。図２の場合と同様に、給水タンク１内の被処理液は、配管３、熱交換器４及び配管５を介して流入室１５から各中空糸１１内（一次側）に流入し、中空糸１１を通り、流出室１６へ流れ、該流出室１６から配管６を介して給水タンク１に戻る。

減圧装置２５によって二次側１７が減圧されているので、被処理液が中空糸１１内（一次側）を流れる間に被処理液中の水が中空糸１１を透過し、蒸気となって二次側１７から配管２０へ吸引排出され、熱交換器２１で冷却されて凝縮水が生成する。凝縮水は、凝縮水タンク２３に貯留される。

この蒸留運転を継続していると、中空糸１１の二次側に塩類などの析出物が析出してくる。そこで、定期的に、又は蒸留性能が所定値より低下したときに、中空糸１１の二次側の析出物を溶解除去する析出物除去工程を行う。

この析出物除去工程を行うには、給水ポンプ２を作動させたまま、減圧装置２５を停止し、弁３１を開とし、中空糸１１の二次側を正圧にする。なお、弁３１を開とするときに弁８を開とすることが好ましい。

このように減圧装置２５を停止し、弁３１を開として中空糸１１の二次側を減圧しないようにすると、中空糸１１の二次側が飽和蒸気で満たされ、中空糸１１の二次側に十分量の凝縮水が生じ、中空糸１１の二次側の析出物がこの凝縮水に溶解し、取り除かれる。析出物が溶解した凝縮水は、配管７を介して給水タンク１に流入する。

このようにして析出物除去工程を行った後、弁８，３１を閉とし、減圧装置２５を作動させ、蒸留工程を再開する。

なお、この析出物除去工程は、上記の通り定期的に行ってもよく、蒸留性能が低下したときに行ってもよい。蒸留性能の低下は、例えば凝縮水タンク２３内の凝縮水水位の上昇速度が所定速度以下に低下することや、圧力センサＰ２の検出圧力が規定値以下にまで低下することなどによって検知することができる。

上記中空糸１１としては、疎水性中空糸膜が好適である。中空糸の内径（直径）は０．１〜３．０ｍｍ特に０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、厚みすなわち中空糸の外径（半径）と内径（半径）との差は０．０１〜１．０ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍが好ましい。中空糸の長さは２００〜２０００ｍｍ、特に３００〜１０００ｍｍが好ましい。中空糸の充填率(中空糸の断面積の和/ケーシングの断面積)は５％〜５０％、特に１５％〜３５％が好ましい。中空糸の素材としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンなどが例示されるが、これらに限定されない。

上記説明では、中空糸が用いられているが、疎水性平膜が用いられてもよい。

被処理液としては、食塩、リン酸、塩酸、弗酸、硫酸等の酸性溶液、アンモニア水のようなアルカリ廃液、メッキ廃水などの水溶液が好適である。中空糸内における被処理液の通水速度（線速度）は４００〜２０００ｍｍ／ｓｅｃ、特に７００〜１５００ｍｍ／ｓｅｃ程度が好適である。膜モジュール１０に流入する際の被処理液の温度は４５〜１５０℃、特に５０〜８０℃程度が好適である。

なお、上記の好適な条件は、好適な一例を示すものであり、本発明は上記条件に限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示す装置で弁８，３１を閉とし、下記条件で運転した。ケーシング１４を透明カラムとし、中空糸１１外面への析出物の析出状況を目視観察した。

＜試験条件＞
中空糸１１：ポリテトラフルオロエチレン製、
内径１．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ６００ｍｍ、１本
膜モジュール１０のケーシング１４：内径１０ｍｍ、高さ６９０ｍｍ
給水：ＮａＣｌ１％水溶液
給水温度：６０℃
膜モジュール入口圧力Ｐ_１：−８０ｋＰａ（ゲージ圧）
給水量：４０ｍＬ／ｍｉｎ（中空糸内の線速度８５０ｍｍ／ｓｅｃ）
二次側圧力Ｐ_２：−９０ｋＰａ（ゲージ圧）

約５０時間運転したところ、中空糸１１の外面に白色の析出物が析出することが認められた。

そこで、給水ポンプ２は作動させたまま、減圧装置２５を停止し、弁８，３１を開とし、１５分間この状態に維持した。その結果、中空糸１１の二次側に十分量の凝縮水が生じ、析出物が凝縮水に溶解し、溶解液が配管７から給水タンク１に流れ、１５分後には析出物がほぼ消失することが認められた。

１給水タンク
２給水ポンプ
４，２１熱交換器
８弁
１０膜モジュール
１１中空糸
１２，１３ポッティング材
１４ケーシング
１５流入室
１６流出室
１７二次側
２５減圧装置

Claims

ケーシング内が膜によって一次側と二次側とに隔てられている膜モジュールと、
該膜モジュールの一次側に被処理液を供給するための、給水タンク及び給水ポンプと、
該膜モジュールの二次側を減圧する減圧装置と
を有する膜蒸留装置を用いて被処理液を蒸留する膜蒸留装置の運転方法において、
該膜モジュールの二次側に気体を導入して該二次側に凝縮水を生じさせ、二次側の析出物を凝縮水に溶解させて除去する析出物除去工程を行う膜蒸留装置の運転方法であって、
前記給水ポンプを作動させた状態で前記減圧装置を停止し、前記二次側を正圧とすることで、前記析出物除去工程を行うことを特徴とする膜蒸留装置の運転方法。
前記二次側と前記減圧装置とを接続する経路から配管が分岐しており、この配管に弁が設けられており、該弁を開とすることにより前記二次側を正圧にする請求項１の膜蒸留装置の運転方法。
前記析出物除去工程を定期的に、又は蒸留性能が所定値よりも低下したときに行う請求項１又は２の膜蒸留装置の運転方法。