JP6980992B2 - Water treatment method and water treatment equipment - 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(フィード溶液)とし、被処理水よりも浸透圧の高い液体を誘引溶液(ドロー溶液)として、半透膜を介してドロー溶液と被処理水とを接触させることにより、被処理水から淡水を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, industrial wastewater, etc. are used as treated water (feed solution), and a liquid having a higher osmotic pressure than the treated water is used as an attracting solution (draw solution), and the draw solution and the subject are covered through a semi-permeable membrane. A water treatment system is known in which fresh water is permeated into an attracting solution from the water to be treated by contacting it with the 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 using a draw solution as a solute having a cloud point, and the water in the seawater is infiltrated by contacting the forward osmosis system with the draw solution via a semipermeable membrane in the forward osmosis system. A technique for permeating a semipermeable membrane by pressure and transferring it to a draw solution is described. In the water treatment apparatus described in Patent Document 1, after the draw solution to which water in seawater is transferred is heated, it is separated into a water-rich solution and a water-separated draw solution in a separation tank, and the water-separated draw solution is directly permeated. 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, the water treatment apparatus described in Patent Document 1 further performs a final treatment on the water-rich solution obtained in the separation tank to separate the separation-treated draw solution and the produced water such as fresh water. A technique is described in which the separated separated drawn draw solution is introduced into a drawn solution to be circulated in a forward osmosis system and reused.

米国特許第8021553号明細書U.S. Pat. No. 821553 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フィード溶液であ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、フィード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 water treatment apparatus according to the above-mentioned conventional technique, the performance such as the filtration rate, which is the membrane permeation rate of water, changes depending on the concentrations of the aqueous solution-containing solution and the draw solution, which are feed solutions supplied to the permeation means such as the membrane module. Therefore, in order to improve the recovery rate of water, there has been a demand for a further technique capable of improving the filtration rate of the concentration of the feed 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、浸透手段におけるろ過速度を増加させて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。 Further, in the water treatment apparatus according to the prior art, there is a problem that when the amount of the draw solution to be introduced increases, the energy required for heating the draw solution also increases. Therefore, a technology that can reduce the flow rate of the draw solution and reduce the energy consumed for heating by increasing the filtration rate in the infiltration means to increase the recovery rate of water and reducing the amount of the draw solution to be introduced. Development was required.

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 a water treatment method capable of increasing the recovery rate of water, reducing the flow rate of the draw solution supplied to the permeation means, and reducing the energy consumed. And to provide water treatment equipment.

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、曇点を有するドロー溶液に、溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透工程と、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、前記分離処理ドロー溶液を、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 order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the water treatment method according to one aspect of the present invention is to add water from a water-containing solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point via a translucent film. The positive permeation step of moving the diluted draw solution to a diluted draw solution, the heating step of heating the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point, and the diluted draw solution heated in the heating step are divided into a water-rich solution and the water. A water treatment method comprising a water separation step of separating into a water-separated draw solution having a lower water content than a rich solution, and a separation treatment step of separating the water-rich solution into a generated water and a separation-treated draw solution. The separation-treated draw solution is introduced into the diluted draw solution prior to the heating 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。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the water separation draw solution separated in the water separation step is used as the draw solution in the forward 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。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the separation treatment step is performed using a corelesser, 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。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the draw solution is mainly 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。 The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brackish water, steam water, industrial wastewater, accompanying water, or sewage.

本発明の一態様に係る水処理装置は、曇点を有するドロー溶液に、溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透手段と、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、前記分離処理ドロー溶液は、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に導入されることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention comprises a direct permeation means for moving water from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point via a translucent film to obtain a diluted draw solution. The heating means for heating the diluted draw solution to a temperature higher than the cloud point and the diluted draw solution heated by the heating means are separated into a water-rich solution and a water-separated draw solution having a lower water content than the water-rich solution. The water separation means and the separation treatment means for separating the water-rich solution into the generated water and the separation treatment draw solution are provided, and the separation treatment draw solution is provided along the flow direction of the heating means or the diluted draw solution. It is characterized in that it is introduced to the upstream side 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。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the water separation draw solution separated by the water separation means is supplied to the forward osmosis means as the 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、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the separation treatment means comprises a corelesser, 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。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the draw solution is mainly 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。 The water treatment apparatus according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brackish water, steam water, industrial wastewater, accompanying 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 according to 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. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the first 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 apparatus 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 the water treatment apparatus according to the second comparative example. 図4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. 4 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention. 図5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. 5 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第4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 apparatus according to a fourth 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. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below.

(第1の実施形態)
(水処理装置)
まず、本発明の第1の実施形態による水処理装置について説明する。図1は、この第1の実施形態による水処理装置1を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、この第1の実施形態による水処理装置1は、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、および最終処理ユニット14を備えて構成される。
(First Embodiment)
(Water treatment equipment)
First, the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment includes a membrane module 11, a 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 semi-permeable 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 materials such as cellulose acetate-based, polyamide-based, polyethyleneimine-based, polysulfone-based, and polybenzimidazole-based. The semipermeable membrane 11a may be composed of only one type (one layer) of the material used for the separation layer, and has a support layer that physically supports the separation layer and does not substantially contribute to separation2. It may be composed of layers or more. Examples of the support layer include materials such as polysulfone-based, polyketone-based, polyethylene-based, polyethylene terephthalate-based, and general non-woven fabric. The form of the semipermeable membrane 11a is not limited, and various forms of membranes such as flat membranes, tubular membranes, and hollow fibers can be used. The membrane module 11 is, for example, a cylindrical or box-shaped container, and the inside is divided into two chambers by the semipermeable membrane 11a by installing the semipermeable membrane 11a inside. 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. As the membrane module 11, a known semipermeable membrane device can be used, 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、第1の実施形態においては例えば0.2MPaである。含水溶液は、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、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-containing solution can be flowed into one chamber partitioned by the semipermeable membrane 11a, and a draw solution which is an aqueous absorption solution can be flowed into the other chamber. The pressure for introducing the draw solution into the membrane module 11 is 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less, and in the first embodiment, for example, 0.2 MPa. The aqueous solution-containing solution is, for example, seawater, brackish water, steam water, industrial wastewater, accompanying water, or sewage, or an aqueous solution containing water as a solvent obtained by filtering these waters, if necessary. The temperature of the aqueous solution-containing solution is controlled to a predetermined temperature of, for example, about 50 ° C. by the treatment in the previous 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。この第1の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。この第1の実施形態において、ドロー溶液は含水溶液から水を誘引する誘引物質として用いられる。 As the draw solution, a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent (polymer) having at least one cloud point is used. A temperature-sensitive water absorbent is hydrophilic at low temperatures and dissolves well in water to increase the amount of water absorption, while the amount of water absorption decreases as the temperature rises, and when the temperature rises above a predetermined temperature, it becomes hydrophobic and the solubility decreases. It is a substance. In this first embodiment, the polymer is preferably a block or random copolymer containing at least a hydrophobic part and a hydrophilic part, and the basic skeleton contains at least one group consisting of ethylene oxide group and 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. In such polymers, the temperature at which water solubility and water insolubility change is called the cloud point. When the temperature of the draw solution reaches the cloud point, the hydrophobic temperature-sensitive water absorbent aggregates and becomes cloudy. The temperature-sensitive water absorbent is used as various surfactants, dispersants, emulsifiers and the like. In this first embodiment, the draw solution is used as an attractant to attract 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 means for heating 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 drawn solution (diluted draw solution) diluted and discharged in the membrane module 11 to the 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 separation means is a water separation draw in which the diluted draw solution is phase-separated by heating in the heater 12, and the water content is lower than that of the water-rich solution mainly composed of water and the water-rich solution mainly composed of polymer. Phase-separate with 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の少なくとも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 the separation treatment means is composed of, for example, a corelesser, an activated charcoal adsorption unit, an ultrafiltration membrane (UF membrane) unit, a nanofiltration membrane (NF membrane) unit, or a reverse osmosis membrane (RO membrane) unit. To. In the water-rich solution flowing out of the separation tank 13, the final treatment unit 14 separates the remaining polymer from the water-rich solution 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 at least the upstream side of the heater 12. be introduced.

(水処理方法)
次に、第1の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 first 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。この第1の実施形態において、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 In the membrane module 11 as a forward osmosis means, a forward osmosis step is performed. That is, in the membrane module 11, when the aqueous solution and the draw solution are brought into contact with each other via the semipermeable membrane 11a, the water in the aqueous solution passes through the semipermeable membrane 11a and moves to the draw solution due to the osmotic pressure difference. Water moves from one of the chambers into which the aqueous solution-containing solution flows, and the concentrated aqueous solution-containing solution flows out. Water moves from the other chamber into which the draw solution flows, and the diluted draw solution flows out. The temperature of the draw solution is adjusted by temperature control with respect to the aqueous solution and heat conduction at the time of contact with the aqueous solution. In this first embodiment, the temperature of the diluted draw solution is adjusted to a temperature of 30 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, specifically, for example, about 40 ° C.

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、この第1の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-treated draw solution obtained in the final treatment step described later is introduced into the diluted draw solution diluted by moving 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 portion 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 first embodiment, the heating temperature is, for example, 88 ° C., which is 100 ° C. or higher at the cloud point or higher.

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-separated 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-separated draw solution can be performed by allowing the solution to stand at a liquid temperature equal to or higher than the cloud point. The water-separated 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-separated 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 treatment unit 14. The water-rich solution is, for example, 99% water and 1% draw concentration.

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、この第1の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 processing step In the final processing unit 14, a final processing step as a separation processing 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 produced water such as fresh water. Here, the treatment temperature in the final treatment unit 14 is, for example, 20 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, preferably 35 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, and in this first embodiment, for example, 45 ° C. The product water separated from the water-rich solution is released to the outside as the final product obtained from the aqueous solution. The separation-treated 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.

(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の第1実施例および従来技術による比較例について説明する。
(Examples and comparative examples)
Next, a first embodiment of the water treatment apparatus 1 configured as described above and a comparative example according to the prior art will be described.

(第1実施例)
第1実施例は、第1の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。
(First Example)
The first embodiment is an example of producing 300 L of fresh water per hour from seawater having a salinity of 4% by using the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment.

第1の実施形態に基づく第1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 the first embodiment based on the first embodiment, an example of a water treatment apparatus for discarding the separation-treated draw solution (see Patent Document 1) is referred to as a first comparative example. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the water treatment apparatus 100 according to the first comparative example. Further, an example of introducing the separation-treated draw solution into the water-separated draw solution at the subsequent stage of the separation tank (see Patent Document 2) will be referred to as a second comparative example. FIG. 3 is a block diagram schematically showing the water treatment apparatus 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、第1の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 includes a membrane module 101 having a semipermeable membrane 101a inside, a heater 102, and the same as the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment. It is configured to include a separation tank 103 and a final treatment unit 104. The membrane module 101, the heater 102, the separation tank 103, and the final treatment unit 104 are the same as the membrane module 11, the heater 12, the separation tank 13, and the final treatment 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、第1の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 device 200 according to the second comparative example has a membrane module 201 provided with a semipermeable membrane 201a inside, a heater 202, and the same as the water treatment device 1 according to the first embodiment. It is configured to include a separation tank 203 and a final treatment unit 204. The membrane module 201, the heater 202, the separation tank 203, and the final treatment unit 204 are the same as the membrane module 11, the heater 12, the separation tank 13, and the final treatment unit 14, respectively. On the other hand, unlike the water treatment device 1, in the water treatment device 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、第1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、第1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 aqueous solution-containing solution and the concentrated aqueous solution-containing solution, as well as the diluted draw solution, the water-separated draw solution, the pre-separation draw solution, the separation-treated draw solution, and the separation-treated draw solution in the first example, the first comparative example, and the second comparative example. The experimental results of the respective flow rates and concentrations of the mixed draw solution are shown. In the first example, the first comparative example, and the second comparative example, the types of the aqueous solution and the amount of water produced per unit time of the finally produced fresh water such as fresh water are assumed to be equal to each other. Specifically, the introduction pressure to the membrane module 11 is 34 atm, which is equal to or higher than the osmotic pressure of seawater (about 25 atm), the draw concentration of the water-rich solution is 1%, the flow rate is 375 L / h, and the recovery rate in the final treatment unit 14 is 80. %, The amount of fresh water finally produced per unit time is set to 300 L / h.

Figure 0006980992
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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、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 processing cost becomes high, but also the draw solution needs to be added at any time, which causes a problem that it becomes extremely difficult to reduce the cost.

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-treated draw solution is introduced into the water-separated draw solution on the downstream side of the separation tank 203. As a result, the separation-treated draw solution can be reused, but the draw concentration of the mixed draw solution supplied to the membrane module 201 is lower than that of the water-separated draw solution flowing out of the separation tank 203. Therefore, the filtration rate of the membrane module 201 to which the mixed draw solution is supplied is lower than the filtration rate of the membrane module 201 when the water-separated draw solution is supplied. Along with this, the flow rate of the mixed draw solution supplied to the membrane module 201 also 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 becomes large.

表1から、上述した第1比較例に対して第1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1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、第1の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。 From Table 1, it can be seen that in the first embodiment as compared with the first comparative example described above, when the final amount of water produced is the same, the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment apparatus 1 can be reduced. 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 first embodiment are set to the same flow rate, the amount of water produced is water. It can be seen that the number of the water treatment device 1 is larger than that of the treatment device 100. That is, it can be seen that in the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment, 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、第1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 above-mentioned first and second comparative examples, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the separation-treated draw solution is introduced into the diluted draw solution on the upstream side of the heater 12. As a result, it is possible to suppress a decrease in the draw concentration of the water-separated draw solution supplied to the membrane module 11, and from Table 1, the draw concentration of the water-separated draw solution is set to the same concentration as that of the prior art (first and second comparative examples). It turns out that it can be maintained.

さらに、表1から、第1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、第1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、第1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、第1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。 Further, from Table 1, it can be seen that in the first embodiment, the filtration rate in the membrane module 11 can be increased as compared with the first comparative example. That is, it can be seen that in the first embodiment, the flow rate of the water-separated draw solution is reduced as compared with the first and second comparative examples. Specifically, from Table 1, it can be seen that in the first embodiment, the flow rate of the water separation draw solution supplied to the membrane module 11 can be reduced from 1249 L / h to 997 L / h as compared with the first comparative example. .. Similarly, in the first embodiment, the flow rate of the water separation draw solution (mixed draw solution in the second comparative example) supplied to the membrane module 11 is from 2075 L / h to 997 L / h as compared with the second comparative example. It can be seen that it can be reduced to. Since the reduction of the flow rate of the water-separated draw solution contributes to the reduction of the amount of the polymer used in the draw solution, 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、第1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、第1実施例においては、加熱器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、第1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、ポリマー水溶液として40〜88℃における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。
第1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
すなわち、第1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。
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 flows in the heater 102 at a flow rate of 2375 L / h. It is flowing in 202. On the other hand, in the first embodiment, the pre-separation draw solution is flowing in the heater 12 at a flow rate of 1372 L / h. That is, from Table 1, it can be seen that in the first embodiment, the flow rate of the draw solution to be flowed in the heater is reduced. Here, since the specific heat and density of the polymer aqueous solution used in the first example and the first and second comparative examples are 3.2 kJ / kg · K and 1.05 kg / L, respectively, 40 draw solutions are used. The energy required for heating from ° C to 88 ° C above the cloud point is as follows. As for the specific heat, since the average specific heat at 40 to 88 ° C. is used as the polymer aqueous solution, it does not depend on the concentration of the draw solution. As for the density, the influence of the concentration and the temperature is negligibly small because the contribution of the concentration and the temperature of the draw solution is extremely small.
First 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
That is, it can be seen that in the first embodiment, the energy can be reduced by about 16% as compared with the first comparative example, and the energy can be reduced by about 42% as compared with the second comparative example.

以上説明したように第1の実施形態によれば、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できる。 As described above, according to the first embodiment, since the filtration rate of the membrane module 11 can be increased as compared with the conventional case, the flow rate of the draw solution supplied to the membrane module 11 can be reduced, and accordingly. Since the draw solution flowing in the heater 12 can be reduced, the cost required for the draw solution can be reduced and the energy consumed for heating can be reduced in the water treatment device 1 as compared with the conventional case.

(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4は、第2の実施形態による水処理装置2を示す。図4に示すように、第2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。
(Second embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows the water treatment device 2 according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the water treatment apparatus 2 according to the second embodiment has a first membrane module 21 having a semipermeable membrane 21a inside and a second membrane module 22 having a semipermeable membrane 22a inside. , 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, and the heater 12 in the water treatment apparatus 1, respectively. This is the same as the separation tank 13 and the final treatment 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 second membrane module 22 and the semipermeable membrane 22a can adopt the same configurations as 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 divided into two chambers by the semipermeable membrane 22a. Here, in the water treatment apparatus 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 may be mutually exclusive. Membrane modules with different configurations may be used. Further, the semipermeable membranes 21a and 22a may adopt semipermeable membranes having the same configuration and type as each other, or may adopt semipermeable membranes having different configurations and types from each other.

第2の実施形態による水処理装置2においては、第1の実施形態と異なり、第2膜モジュール22は、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の上流側に設けられる。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、第1の実施形態と同様である。 In the water treatment apparatus 2 according to the second embodiment, unlike the first embodiment, the second membrane module 22 is provided on the upstream side of the first membrane module 21 along the flow direction of the draw solution and the aqueous solution-containing solution. Be done. As a result, the aqueous solution containing water supplied from the outside to the water treatment device 2 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 the same as those of the first embodiment.

(水処理方法)
(第2正浸透工程)
次に、第2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2の実施形態においては、第1の実施形態と異なり、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 step)
Next, a water treatment method using the water treatment device 2 according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, unlike the first 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 and the separation-treated draw solution having a lower osmotic pressure than the aqueous solution are brought into contact with each other via the semipermeable membrane 22a. Here, since the osmotic pressure of the separation-treated draw solution is lower than the osmotic pressure of the aqueous solution-containing solution, the water in the separation-treated draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to the aqueous solution-containing solution due to the difference in osmotic pressure. As a result, the diluted aqueous solution, which is diluted by moving water from the separation-treated draw solution, flows out from one of the chambers into which the aqueous solution-containing solution flows. Water moves from the other chamber into which the separation-treated draw solution flows, and the concentrated separation-treated draw solution flows out. In the separation-treated 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、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。
(1st forward osmosis step)
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-separated draw solution and the diluted aqueous solution are brought into contact with each other via the semipermeable membrane 21a, and the first forward osmosis step is performed. The concentrated separation treated draw solution flowing 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 concentrated separation treatment draw solution has been introduced is supplied to the heater 23 as a pre-separation draw solution. The other heating step, the water separation step, and the final treatment step are the same as those in the first embodiment. A second embodiment 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5は、第3の実施形態による水処理装置3を示す。図5に示すように、第3の実施形態による水処理装置3は、第2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2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2の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the water treatment device 3 according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the water treatment apparatus 3 according to the third embodiment has the first membrane module 21 and the semipermeable membrane 22a having the semipermeable membrane 21a, similarly to the water treatment apparatus 2 according to the second embodiment. It is configured to include a second membrane module 22, a heater 23, a separation tank 24, and a final treatment unit 25. On the other hand, unlike the water treatment device 2 according to the second embodiment, the water treatment device 3 has the concentrated separation treatment draw solution flowing out from the second membrane module 22 in the separation tank 24 along the flow direction of the water separation draw solution. It is configured to be introduced on the downstream side. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

(水処理方法)
次に、第3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3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、第1および第2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 3 according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, the second forward osmosis step is performed by the second membrane module 22, and the water in the separation-treated draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to the aqueous solution-containing solution. The diluted aqueous solution flows out from one of the chambers in which the aqueous solution-containing solution flows in in the second membrane module 22, and is supplied to one chamber of the first membrane module 21. In the second membrane module 22, the concentrated separation-treated draw solution flows out from the other chamber into which the separation-treated draw solution flows. The concentrated separation treated draw solution is introduced into the water separation draw solution flowing out of the separation tank 24. The mixed draw solution in which the concentrated separation treatment draw solution is introduced into the water separation draw solution is supplied to the other chamber of the first membrane module 21. In the first membrane module 21, a 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. Other heating steps, water separation steps, and final treatment steps are the same as in the first and second embodiments. A third embodiment based on the third embodiment will be described later.

(第4の実施形態)
(水処理装置)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図6は、第4の実施形態による水処理装置4を示す。図6に示すように、第4の実施形態による水処理装置4は、第2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2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2の実施形態と同様である。
(Fourth Embodiment)
(Water treatment equipment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows the water treatment device 4 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 6, the water treatment apparatus 4 according to the fourth embodiment has the first membrane module 21 and the semipermeable membrane 22a having the semipermeable membrane 21a, similarly to the water treatment apparatus 2 according to the second embodiment. It is configured to include a second membrane module 22, a heater 23, a separation tank 24, and a final treatment unit 25. On the other hand, unlike the water treatment device 2 according to the second embodiment, the water treatment device 4 is such that the aqueous solution supplied to the water treatment device 4 from the outside is branched on the upstream side along the flow direction of the aqueous solution. It is composed of. In the water treatment apparatus 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 the first membrane module 21. It is configured to be introduced on the upstream side. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

(水処理方法)
次に、第4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4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2の実施形態と同様である。第4の実施形態に基づく第4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 fourth embodiment will be described. In the water treatment apparatus 4 according to the fourth embodiment, a branch portion is provided on the upstream side where the aqueous solution-containing solution is supplied along the flow direction. At the branching portion, the aqueous solution-containing solution supplied to the water treatment apparatus 4 is branched into a partial aqueous solution-containing solution and the remaining aqueous solution-containing solution. Here, the flow rate of the remaining aqueous solution is adjusted by adjusting the flow rate of a part of the aqueous solution supplied to the second membrane module 22. A part of the aqueous solution is supplied to one chamber of the second membrane module 22 to perform the second forward osmosis step. In the second membrane module 22, the water in the separation-treated draw solution passes through the semipermeable membrane 22a and moves to a part of the aqueous solution-containing solution. The diluted aqueous solution flows out from one of the chambers in which the aqueous solution-containing solution flows in in the second membrane module 22, and after the balance of the branched aqueous solution is introduced, one chamber of the first membrane module 21 is used as the diluted aqueous solution. Is supplied to. The concentrated separation-treated draw solution flows out from the other chamber of the second membrane module 22, and is introduced into the diluted draw solution flowing out of the first membrane module 21 on the upstream side of the heater 23. The other first forward osmosis step, heating step, water separation step, and final treatment step are the same as those of the first and second embodiments. A fourth embodiment based on the fourth embodiment will be described later.

(第2,第3,第4実施例、および第1,第2比較例)
次に、それぞれの第2〜第4の実施形態に基づく、第2〜第4実施例について説明する。第2,第3,第4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。
(2nd, 3rd, 4th Examples, and 1st, 2nd Comparative Examples)
Next, the second to fourth embodiments based on the respective second to fourth embodiments will be described. The second, third, and fourth embodiments are examples using the water treatment devices 2, 3, and 4, respectively. The first comparative example is a comparative example using the water treatment device 100 shown in FIG. 2 described above, and the second comparative example is a comparative example using the water treatment device 200 shown in FIG. 3 described above.

表2は、第2〜第4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2〜第4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4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4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4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 aqueous solution-containing solution, the diluted aqueous solution-containing solution, and the concentrated aqueous solution, as well as the water-separated draw solution, the mixed draw solution, and the diluted solution in the second to fourth examples and the first and second comparative examples. The experimental results of the flow rates and concentrations of the draw solution, the pre-separation draw solution, the separation-treated draw solution, and the concentrated separation-treated draw solution are shown. In the second to fourth examples and the first and second comparative examples, the types of the aqueous solution and the amount of water produced per unit time of the finally produced fresh water such as fresh water are assumed to be equal to each other. 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 finally produced per unit time is 300 L / h. Set to h. In the fourth 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 containing water is 922 L / h. As a result, in the fourth embodiment, the salt concentration of the diluted aqueous solution before flowing out from the second membrane module 22 and introducing the remaining aqueous solution is 2.2%, and the flow rate is 135 L / h. In Table 2, the salt concentration and the flow rate of the diluted aqueous solution of the fourth example are the salt concentration and the flow rate of the diluted aqueous solution after the remaining aqueous solution is introduced.

Figure 0006980992
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表2から、上述した第1比較例に対して第2〜第4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2〜第4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2〜第4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, in the second to fourth embodiments as compared with the first comparative example described above, when the final amount of fresh water produced is the same, the flow rate of the aqueous solution supplied to the water treatment apparatus can be reduced. 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 second to fourth embodiments are set to the same flow rate, It can be seen that the amount of water produced in the water treatment devices 2 to 4 is larger than that in the water treatment device 100. That is, it can be seen that in the water treatment devices 2 to 4 according to the second to fourth embodiments, the recovery rate of fresh water can be improved as compared with the conventional case.

また、図4および図5に示すように、第2,第3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2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3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 second and third 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 being transferred 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 apparatus 100 according to the first comparative example. As a result, the osmotic pressure difference between the diluted aqueous solution and the draw solution in the first membrane module 21 becomes large. By increasing the osmotic pressure difference between the diluted aqueous solution and the draw solution in the first membrane module 21, the filtration rate and the water recovery rate can be increased as compared with the conventional case, and the flow rate of the supplied draw solution can be reduced. Specifically, from Table 2, in the second embodiment, the flow rate of the water separation draw solution supplied to the first membrane module 21 can be reduced from 1249 L / h to 700 L / h as compared with the first comparative example. I understand. Similarly, in the third embodiment, the flow rate of the mixed draw solution supplied to the first membrane module 21 is 1249 L / L / 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. Reducing the flow rate of the water-separated draw solution or the mixed draw solution contributes to the reduction of the amount of the polymer used in the draw solution, so that 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2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3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2,第3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2,第3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2実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1075L/h×(88℃−40℃)=)1.73×105kJ/h
第3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
すなわち、第2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3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。
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 flows in the heater 102 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 second embodiment, the pre-separation draw solution flows in the heater 23 at a flow rate of 1075 L / h. Further, as shown in Table 2 and FIG. 5, in the third embodiment, the diluted draw solution flows in the heater 23 at a flow rate of 1460 L / h. That is, from Table 2, it can be seen that in the second and third embodiments, the flow rate of the draw solution to be flowed 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 polymer aqueous solution used in the second, third embodiment 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.
Second Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1075 L / h × (88 ° C − 40 ° C) =) 1.73 × 10 5 kJ / h
Third Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1460 L / h × (88 ° C − 40 ° 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
That is, it can be seen that in the second embodiment, the energy can be reduced by about 34% as compared with the first comparative example, and the energy can be reduced by about 55% as compared with the second comparative example. Similarly, it can be seen that in the third embodiment, the energy can be reduced by about 10% as compared with the first comparative example, and the energy can be reduced by about 39% as compared with the second comparative example.

表2において、第2実施例および第4実施例を比較すると、第4実施例においては、第2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4実施例においては75L/hとし、第2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4の実施例においては第2の実施例に比して、水処理装置4において消費するエネルギーを低減できる。 In Table 2, when the second embodiment and the fourth embodiment are compared, it can be seen that the same effect as that of the second embodiment can be obtained in the fourth embodiment. Further, the aqueous solution supplied to the water treatment devices 2 and 4 is 997 L / h, but as shown in FIG. 6, the supplied aqueous solution is branched by the branch portion to the second membrane module 22. The flow rate of the water-containing aqueous solution to be supplied is 75 L / h in the fourth embodiment, which is significantly reduced as compared with the second 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 apparatus 4 can be reduced in the fourth embodiment as compared with the second embodiment.

以上説明したように第2,第3,第4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 second, third, and fourth embodiments, the filtration rate of the first membrane module 21 can be increased as compared with the conventional case, so that 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 can be reduced in the water treatment devices 2, 3 and 4 as compared with the conventional case. At the same time, the energy consumed for heating can be reduced. Further, in the water treatment apparatus 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 based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the numerical values given in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values may be used if necessary, and the present invention is based on the description and drawings which form a 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 equipment 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 (18)

曇点を有するドロー溶液に、溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透工程と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上100℃以下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、
前記分離処理ドロー溶液を、前記加熱工程の前の前記希釈ドロー溶液に導入し、
前記正浸透工程において得られる前記希釈ドロー溶液の温度を、前記含水溶液に対する温度制御および前記含水溶液との熱伝導によって、30℃以上50℃以下に調整し、
前記正浸透工程の前に、前記含水溶液と前記分離処理ドロー溶液とを第2の半透膜を介して接触させ、前記分離処理ドロー溶液中の水を前記含水溶液に移動させて、希釈された希釈含水溶液とし、前記分離処理ドロー溶液を濃縮させて濃縮分離処理ドロー溶液とする第2正浸透工程を行い、
前記希釈含水溶液に対して前記正浸透工程を行う
ことを特徴とする水処理方法。
A forward osmosis step in which water is transferred from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point via a semipermeable membrane to obtain a diluted draw solution.
A heating step of heating the diluted draw solution to a temperature of 100 ° C. or higher above the cloud point, and
A water separation step of separating the diluted draw solution heated in the heating step into a water-rich solution and a water-separated draw solution having a lower water content than the water-rich solution.
A water treatment method comprising a separation treatment step of separating the water-rich solution into a generated water and a separation treatment draw solution.
The separation-treated draw solution was introduced into the diluted draw solution prior to the heating step.
The temperature of the diluted draw solution obtained in the forward osmosis step is adjusted to 30 ° C. or higher and 50 ° C. or lower by controlling the temperature of the aqueous solution and conducting heat with the aqueous solution.
Prior to the forward osmosis step, the aqueous solution and the separation-treated draw solution are brought into contact with each other via a second semi-permeable membrane, and the water in the separation-treated draw solution is transferred to the aqueous solution to be diluted. A second forward osmosis step was performed in which the separated aqueous solution was prepared and the separation-treated draw solution was concentrated to obtain a concentrated separation-treated draw solution.
A water treatment method comprising performing the forward osmosis step on the diluted aqueous solution.
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
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
The water treatment method according to claim 1, wherein the water separation draw solution separated in the water separation step is used as the draw solution in the forward osmosis step.
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または2に記載の水処理方法。
The water treatment method according to claim 1 or 2, wherein the separation treatment step is performed using a corelesser, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a 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1〜3のいずれか1項に記載の水処理方法。
The water treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the draw solution is a solution mainly composed of a 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1〜4のいずれか1項に記載の水処理方法。
The water treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the aqueous solution contains seawater, brackish water, brackish water, industrial wastewater, accompanying water, or sewage.
前記曇点が50℃を超え100℃以下である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の水処理方法。
The water treatment method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cloud point is more than 50 ° C and 100 ° C or less.
前記濃縮分離処理ドロー溶液を前記加熱工程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1〜6のいずれか1項に記載の水処理方法。
The water treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein the concentrated separation treated draw solution is introduced into the diluted draw solution before the heating step.
前記含水溶液を一部の含水溶液と残部の含水容器とに分岐させ、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に対して前記正浸透工程を行う
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。
The aqueous solution is branched into a partial aqueous solution and a remaining aqueous solution, the second positive osmosis step is performed on the partial aqueous solution, and the positive osmosis step is performed on the remaining aqueous solution. The water treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the water treatment method is performed.
前記濃縮分離処理ドロー溶液を前記水分離工程後の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1〜6のいずれか1項に記載の水処理方法。
The water treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein the concentrated separation treated draw solution is introduced into the water separated draw solution after the water separation step.
曇点を有するドロー溶液に、溶媒として水を含む含水溶液から半透膜を介して水を移動させて希釈ドロー溶液とする正浸透手段と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上100℃以下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、
前記分離処理ドロー溶液は、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に導入され、
前記正浸透手段によって得られる前記希釈ドロー溶液の温度が、前記含水溶液に対する温度制御および前記含水溶液との熱伝導によって、30℃以上50℃以下に調整され
前記含水溶液と前記分離処理ドロー溶液とを第2の半透膜を介して接触させ、前記分離処理ドロー溶液中の水を前記含水溶液に移動させて、希釈された希釈含水溶液とし、前記分離処理ドロー溶液を濃縮させて濃縮分離処理ドロー溶液とする第2正浸透手段が、前記含水溶液の流れ方向に沿った前記正浸透手段の上流側に設けられ
ことを特徴とする水処理装置。
A forward osmosis means for moving water from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point via a semipermeable membrane to obtain a diluted draw solution.
A heating means for heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point and below 100 ° C.
A water separation means for separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water-rich solution and a water-separated draw solution having a lower water content than the water-rich solution.
A separation treatment means for separating the water-rich solution into the generated water and the separation treatment draw solution is provided.
The separation-treated draw solution is introduced to the upstream side of the heating means or the heating means along the flow direction of the diluted draw solution.
The temperature of the diluted draw solution obtained by the forward osmosis means is adjusted to 30 ° C. or higher and 50 ° C. or lower by temperature control with respect to the aqueous solution and heat conduction with the aqueous solution .
The aqueous solution and the separation-treated draw solution are brought into contact with each other via a second translucent film, and the water in the separation-treated draw solution is moved to the aqueous solution to obtain a diluted diluted aqueous solution, and the separation is made. processing the draw solution second forward osmosis unit to concentration and separation process draw solution was concentrated, water treatment apparatus, characterized in that Ru is provided on an upstream side of the forward osmosis unit along the flow direction of the water-containing solution.
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1に記載の水処理装置。
Has been the water separating draw solution separated by the water separator, the water treatment apparatus according to claim 1 0, characterized in that to supply as the draw solution to the forward osmosis unit.
前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなる
ことを特徴とする請求項1または1に記載の水処理装置。
Said separating means is, coalescers, activated carbon, ultrafiltration membrane, water treatment apparatus according to claim 1 0 or 1 1, characterized in that it consists nanofiltration membrane 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1〜1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 1 0 to 1 2, 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1〜1のいずれか1項に記載の水処理装置。
The water solution is seawater, brine, brackish water, industrial waste water, produced water, or water treatment device according to any one of claims 1 0 to 1 3, characterized in that the sewage.
前記曇点が50℃を超え100℃以下である
ことを特徴とする請求項1〜1のいずれか1項に記載の水処理装置。
Water treatment device according to any one of claims 1 0-1 4, wherein the cloud point is equal to or less than 100 ° C. exceed 50 ° C..
前記濃縮分離処理ドロー溶液を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に導入するように構成される
ことを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載の水処理装置。
The water according to any one of claims 10 to 15, wherein the concentrated separation treated draw solution is configured to be introduced to the upstream side of the heating means along the flow direction of the diluted draw solution. Processing device.
外部から供給される前記含水溶液が、前記含水溶液の流れ方向に沿った上流側において、一部の含水溶液と残部の含水容器とに分岐されるように構成され、前記一部の含水溶液が前記第2正浸透手段に導入し、前記残部の含水溶液が前記正浸透手段に導入するように構成される
ことを特徴とする請求項10〜16のいずれか1項に記載の水処理装置。
The aqueous solution supplied from the outside is configured to be branched into a partial aqueous solution and the remaining aqueous solution on the upstream side along the flow direction of the aqueous solution, and the partial aqueous solution is formed. The water treatment apparatus according to any one of claims 10 to 16, wherein the water treatment apparatus is introduced into the second forward osmosis means and the aqueous solution containing the balance is introduced into the forward osmosis means.
前記第2正浸透手段から流出する前記濃縮分離処理ドロー溶液が、前記水分離ドロー溶液の流れ方向に沿った前記水分離手段の下流側に導入するように構成される
ことを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載の水処理装置。
A claim characterized in that the concentrated separation treated draw solution flowing out of the second forward osmosis means is configured to be introduced downstream of the water separation means along the flow direction of the water separation draw solution. The water treatment apparatus according to any one of 10 to 15.
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