JP7020512B2 - 膜分離装置および濃縮方法 - Google Patents
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Description
本発明は、膜分離装置および濃縮方法に関する。
逆浸透（ＲＯ）法を用いた淡水化処理に必要なエネルギーを低下させること等を目的として、半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの第１室１１に高圧の対象液を流し、第２室１２に低圧の対象液を流して、第１室１１内の対象液に含まれる水を半透膜１０を介して第２室１２内の対象液に移行させることで、第１室１１から濃縮された対象液（濃縮液）を排出し、第２室１２から希釈された対象液（希釈液）を排出する膜分離方法（ブラインコンセントレーション）が検討されている（図３参照）。
例えば、特許文献１（国際公開第２０１８／０８４２４６号）、特許文献２（特開２０１９－１８８３３０号公報）、特許文献３（特表２０１８－５１５３４０号公報）には、複数の半透膜モジュールが直列的に連結されてなる多段式の膜分離装置をブラインコンセントレーション（ＢＣ）に用いることが開示されている。
このように、複数の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いて、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）により、対象液から水を分離して濃縮する場合、分離された水を含む希釈液が複数の半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの第２室１２を通過するため、希釈液の通液抵抗は半透膜モジュールの数に応じて大きくなる。
ここで、第１室１１を流れて濃縮される液は、高圧ポンプ２等により加圧されているため、複数の半透膜モジュールの第１室１１を必要な流量で通過することができるが、第２室１２を流れて希釈される液の通液抵抗が大きくなると、複数の半透膜モジュールの第２室１２を必要な流量で通過させるために第２室１２の供給圧力を高める必要が生じる。第２室１２の供給圧力を高くすると、第１室１１と第２室１２の圧力差が小さくなり、対象液の膜分離効率が低下し、対象液を所望の程度に濃縮することができなくなる虞がある。また、第２室１２内の流量を上げるためにブースターポンプ３を増設することも考えられるが、対象液の濃縮に必要なエネルギーコストが増加するといった問題がある。
なお、特許文献１の比較形態１および図３並びに比較形態２および図４には、それぞれ膜分離装置を構成する半透膜モジュールの第２室から流出する希釈液を他の半透膜モジュールの第２室には流入させない形態が示されている。この場合は、希釈側の液が１つの半透膜モジュールの第２室を通過するだけであり、複数の第２室を通過する場合に比べて、通液抵抗は小さくなる。しかし、複数の第２室を通過する場合よりも、多くの量の液を第２室に供給する必要があり、所定の濃縮液を得るための全体的な効率の低下が懸念される。
したがって、本発明は、複数の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いて、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）により、第１対象液から水を分離して濃縮する際に、分離された水を含む第２対象液（希釈される液）の通液抵抗を低減することで、設備費用、エネルギー消費量等を削減することを目的とする。
［１］ ３つ以上の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置であって、
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
膜分離装置。
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
膜分離装置。
［２］ 前記第１モジュール群は、前記濃縮流路の下流側から奇数段目の半透膜モジュールからなり、
前記第２モジュール群は、前記濃縮流路の下流側から偶数段目の半透膜モジュールからなる、［１］に記載の膜分離装置。
前記第２モジュール群は、前記濃縮流路の下流側から偶数段目の半透膜モジュールからなる、［１］に記載の膜分離装置。
［３］ 前記濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュールである最終モジュールの第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終モジュールの前記第２室と、前記濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュールである最終前段モジュールの前記第２室と、に分割して流入させるための流路を備える、［２］に記載の膜分離装置。
［４］ 前記濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュールである最終モジュールの第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終モジュールの前記第２室に流入させるための流路、および、
前記濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュールである最終前段モジュールの前記第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終前段モジュールの前記第２室に流入させるための流路を備える、［２］に記載の膜分離装置。
前記濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュールである最終前段モジュールの前記第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終前段モジュールの前記第２室に流入させるための流路を備える、［２］に記載の膜分離装置。
［５］ 前記第１対象液を前記第２対象液よりも高い圧力に加圧するための加圧器具を備える、［１］～［４］のいずれかに記載の膜分離装置。
［６］ 前記半透膜は、中空糸膜である、［１］～［５］のいずれかに記載の膜分離装置。
［７］ 前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室は前記中空糸膜の外側であり、前記第２室は前記中空糸膜の内側である、［６］に記載の膜分離装置。
［８］ 前記半透膜モジュールの少なくともいずれかに対して、１つ以上の別の半透膜モジュールが並列的に接続されている、［１］～［７］のいずれかに記載の膜分離装置。
［９］ ３つ以上の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いる濃縮方法であって、
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記膜分離装置は、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
濃縮方法。
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記膜分離装置は、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
濃縮方法。
本発明によれば、複数の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いて、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）により、第１対象液から水を分離して濃縮する際に、分離された水を含む第２対象液（希釈される液）の通液抵抗を低減することで、設備費用、エネルギー消費量等を削減することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。
＜膜分離装置＞
図１を参照して、本実施形態の膜分離装置は、３つ以上の半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙを含む多段式の膜分離装置である。なお、図１においては、４つの半透膜モジュールが描かれているが、途中の半透膜モジュールは省略されており、膜分離装置はさらに多くに半透膜モジュールを含んでいてもよい。
図１を参照して、本実施形態の膜分離装置は、３つ以上の半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙを含む多段式の膜分離装置である。なお、図１においては、４つの半透膜モジュールが描かれているが、途中の半透膜モジュールは省略されており、膜分離装置はさらに多くに半透膜モジュールを含んでいてもよい。
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの各々は、半透膜１０と、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有する。
本実施形態の膜分離装置は、
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの全ての第１室１１が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの一部（半透膜モジュール１ａ，１ｘ）である第１モジュール群１０１の第２室１２が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの他の一部（半透膜モジュール１ｂ，１ｙ）である第２モジュール群１０２の第２室１２が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備える。
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの全ての第１室１１が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの一部（半透膜モジュール１ａ，１ｘ）である第１モジュール群１０１の第２室１２が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの他の一部（半透膜モジュール１ｂ，１ｙ）である第２モジュール群１０２の第２室１２が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備える。
すなわち、濃縮流路は、第１室１１、および、それらを接続する流路からなる。また、第１希釈流路は、第１モジュール群１０１の第２室１２、および、それらを接続する流路からなる。また、第２希釈流路は、第２モジュール群１０２の第２室１２、および、それらを接続する流路からなる。
第１希釈流路と第２希釈流路とは各々独立の流路であるが、第１希釈流路と第２希釈流路とは並列的に接続されていることが好ましい。
第１希釈流路と第２希釈流路とは各々独立の流路であるが、第１希釈流路と第２希釈流路とは並列的に接続されていることが好ましい。
なお、本実施形態の膜分離装置は、少なくとも上記の第１希釈流路および第２希釈流路を備えていればよく、第１希釈流路および第２希釈流路とは別に、第２対象液が流れる少なくとも１つの希釈流路を備えていてもよい。すなわち、本実施形態の膜分離装置は、２以上つの独立の希釈流路（第２対象液の流路）を備えていればよい。
濃縮流路には、第１対象液が流される。すなわち、第１対象液は、半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの各々の第１室１１を半透膜モジュール１ｙから半透膜モジュール１ａの方向に順に流れる。
第１希釈流路と第２希釈流路とには、第２対象液が流される。すなわち、第２対象液は、第１モジュール群１０１の各々の第２室１２を半透膜モジュール１ａから半透膜モジュール１ｘの方向に順に流れ、それと並行して、第２モジュール群１０２の各々の第２室１２を半透膜モジュール１ｂから半透膜モジュール１ｙの方向に順に流れる。
第１対象液は、第２対象液より高い圧力を有する。すなわち、全ての半透膜モジュールの各々において、第１室１１内の液（第１対象液）は、第２室１２内の液（第２対象液）よりも高い圧力を有している。
なお、第１対象液は、加圧器具等により昇圧される。加圧器具としては、例えば、第１対象液を加圧しつつ第１室に送り込むことのできる高圧ポンプ２などが挙げられる。なお、加圧器具は、例えば、ポンプとは別に、半透膜モジュールの外部から第１室１１内の液を加圧する器具であってもよい。
第１対象液が第２対象液より高い圧力を有することにより、半透膜モジュール１ａ,１ｂ，１ｘ，１ｙの各々において、第１室１１内の第１対象液に含まれる水が半透膜１０を介して第２室内の第２対象液に移行し、第１室から濃縮液が排出され、第２室から希釈液が排出される。
対象液（第１対象液および第２対象液）としては、特に限定されないが、例えば、塩水（ブライン、海水、かん水など）、工業排水などが挙げられる。上記の膜分離装置は、特に、対象液がブラインなどの高濃度（高浸透圧）の溶液である場合に、それをさらに濃縮するために好適に用いることができる。
なお、対象液（第１対象液および第２対象液）に対して、溶液中に含まれる微粒子、微生物、スケール成分等を除去するための前処理を行ってもよい。前処理としては、海水淡水化技術等に用いられる種々公知の前処理を実施することができ、例えば、ＮＦ膜、ＵＦ膜、ＭＦ膜等を用いたろ過、次亜塩素酸ナトリウムの添加、凝集剤添加、活性炭吸着処理、イオン交換樹脂処理などが挙げられる。このような前処理は、対象液を半透膜モジュールに供給する前に実施されることが好ましい。
第１室１１（高圧側）に流される第１対象液（濃縮される液）と第２室１２（低圧側）に流される第２対象液（希釈される液）との浸透圧差（絶対値）が第１対象液の圧力よりも小さければ、理論上、ＢＣによる膜分離は実施可能である。この場合、第１対象液の浸透圧と第２対象液の浸透圧との差は、第１対象液の圧力の３０％以下であることが好ましい。
本実施形態のＢＣ法を用いた膜分離装置（膜分離処理）では、ポンプと反対方向に働く正浸透力が生じ難いため、逆浸透（ＲＯ）法よりもポンプの圧力が低くても濃縮が進行する。このため、高価な高圧ポンプを用いる必要がなく、逆浸透処理ほど処理設備の耐圧性を高める必要もないため、設備投資のコストを削減することができる。また、所定倍率の濃縮を行うのに必要な圧力がＲＯ法よりも低下するため、ポンプの電力消費量を低減させ、濃縮のエネルギー効率を高めることができる。
また、ＲＯ法による濃縮では、半透膜の一方側で濃縮された対象液の浸透圧（この浸透圧と、ＲＯ膜を透過した半透膜の他方側の水の浸透圧との浸透圧差）による正浸透力が、ポンプによる押圧力とは反対方向に生じる。このため、濃縮された対象液の浸透圧がポンプの圧力に達すると、ポンプによる押圧力と、それとは反対方向に働く正浸透力が拮抗し、それ以上は水が半透膜を透過せず、濃縮が進まなくなる。このため、ＲＯ膜で濃縮された対象液を再度、ＲＯ膜に循環させたとしても、対象液の濃縮率をさらに高めることはできなかった。
これに対して、ＢＣ法を用いた膜分離処理（濃縮方法）では、半透膜モジュールの各々において、第１室１１と第２室１２とに供給される液の濃度差（浸透圧差）がＲＯ法に比べて小さいため、浸透圧差による正浸透力が生じ難い。このため、ＲＯ法よりも、濃縮された対象液の最終濃度を高めることができ、原理的には、対象液を飽和濃度まで濃縮できると考えられる。
そして、上述のとおり、本実施形態の膜分離装置においては、第２対象液は、第１希釈流路（第１モジュール群１０１の第２室１２）と第２希釈流路（第２モジュール群１０２の第２室１２）とを含む少なくとも２つの流路を流れる。このため、全体の処理量が同じである場合、本実施形態の膜分離装置では、図３に示されるように複数の半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの全ての第２室１２が直列的に接続された従来の膜分離装置に比べて、第１希釈流路および第２希釈流路の各々においては、流量が減少し、流路長も減少する。ここで、通液抵抗（圧力損失）は、流速に比例し、流路長に比例するため、本実施形態の膜分離装置では、従来の膜分離装置よりも第２対象液の通液抵抗が低減する。したがって、図４に示される膜分離装置に用いられているようなブースターポンプ３を必要とせずに、第２対象液の通液抵抗を低減することができ、設備費用、エネルギー消費量等を削減することができる。
本実施形態の膜分離装置においては、図１に示されるように、第１モジュール群１０１は、濃縮流路の下流側（第１対象液の流れの下流側）から奇数段目の半透膜モジュール１ａ，１ｘからなり、第２モジュール群１０２は、濃縮流路の下流側から偶数段目の半透膜モジュール１ｂ，１ｙからなることが好ましい。
この場合、本実施形態の膜分離装置では、図３に示されるように複数の半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの全ての第２室１２が直列的に接続された従来の膜分離装置に比べて、第１希釈流路および第２希釈流路の各々において、流量はほぼ半減し、流路長もほぼ半減する。したがって、本実施形態の膜分離装置では、従来の膜分離装置に比べて、第２対象液の通液抵抗が約４分の１に低減される。
また、第１モジュール群１０１が奇数段目の半透膜モジュール１ａ，１ｘからなり、第２モジュール群１０２が偶数段目の半透膜モジュール１ｂ，１ｙからなることにより、第１希釈流路または第２希釈流路において徐々に希釈される第２対象液と、濃縮流路において徐々に濃縮される第１対象液との間で、各々の半透膜モジュールにおける濃度（浸透圧）差が低減され、一部の半透膜モジュールで濃度差が増大して膜分離効率が低下することが抑制される。
例えば、第１モジュール群が濃縮流路の下流側の半分の半透膜モジュールであり、第２モジュール群が濃縮流路の上流側の半分の半透膜モジュールであるような場合、第１モジュール群においては、第２対象液の流量が分割に伴い少量となることから、第１対象液から半透膜を介して流入する透過水により第２対象液の濃度は著しく低下する。このため第１対象液の濃度が第２対象液よりも高くなり、両者の濃度差が大きくなると、濃縮とは逆方向の浸透圧により、所望の濃縮度が得られなくなる可能性がある。一方、第２モジュール群においては、第１モジュール群で所望の濃縮度が得られない場合、第２対象液が透過水により希釈された場合に濃度が不足し、やはり所望の濃縮度が得られない可能性あると考えられる。このように、膜分離装置全体として効率的な膜分離処理を行うことができなくなる可能性がある。
これに対して、第１モジュール群が奇数段目の半透膜モジュールからなり、第２モジュール群が偶数段目の半透膜モジュールからなることにより、膜分離装置全体として効率的な膜分離処理を行うことができる。
例えば、第１モジュール群が濃縮流路の下流側の半分の半透膜モジュールであり、第２モジュール群が濃縮流路の上流側の半分の半透膜モジュールであるような場合、第１モジュール群においては、第２対象液の流量が分割に伴い少量となることから、第１対象液から半透膜を介して流入する透過水により第２対象液の濃度は著しく低下する。このため第１対象液の濃度が第２対象液よりも高くなり、両者の濃度差が大きくなると、濃縮とは逆方向の浸透圧により、所望の濃縮度が得られなくなる可能性がある。一方、第２モジュール群においては、第１モジュール群で所望の濃縮度が得られない場合、第２対象液が透過水により希釈された場合に濃度が不足し、やはり所望の濃縮度が得られない可能性あると考えられる。このように、膜分離装置全体として効率的な膜分離処理を行うことができなくなる可能性がある。
これに対して、第１モジュール群が奇数段目の半透膜モジュールからなり、第２モジュール群が偶数段目の半透膜モジュールからなることにより、膜分離装置全体として効率的な膜分離処理を行うことができる。
膜分離装置は、濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュール（最終モジュール）１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部を、最終モジュール１ａの第２室１２と、濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュール（最終前段モジュール）１ｂの第２室１２と、に分割して流入させるための流路を備えることが好ましい（図１参照）。
図１に示される膜分離装置においては、このような流路により、最終モジュール１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第１モジュール群１０１の半透膜モジュール１ａ，１ｘの各々の第２室１２を順に流れ、それと並行して、第２モジュール群１０２の半透膜モジュール１ｂ,１ｙの各々の第２室１２を順に流れる。
図１に示される膜分離装置においては、このような流路により、最終モジュール１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第１モジュール群１０１の半透膜モジュール１ａ，１ｘの各々の第２室１２を順に流れ、それと並行して、第２モジュール群１０２の半透膜モジュール１ｂ,１ｙの各々の第２室１２を順に流れる。
なお、図１に示される膜分離装置では、高圧の第１対象液（濃縮液）の流路の分岐部が１つでよい。このため、高圧用の流量計４１は１箇所に設ければよい。一方、後述する図２に示される膜分離装置（変形例）では、流量制御のために高圧用の流量計４１を２箇所に設ける必要があるが、高い耐圧性（例えば、３ＭＰａ程度）が求められる流量計は比較的高価である。したがって、図１に示される膜分離装置の方が、設備費用を削減することができる。
また、図１においては、半透膜モジュール１ｘの第２室１２の出口側に流量計４２ａが設けられ、半透膜モジュール１ｙの第２室１２の出口側に流量計４２ｂが設けられている。これにより、第１希釈流路（第１モジュール群）と第２希釈流路（第２モジュール群）との間の流量比を調節および管理することができる。これらの流量計では、特に高い耐圧性は必要ない（例えば、０．３ＭＰａ程度）。
図２は、図１に示される膜分離装置の変形例を示す模式図である。図２に示される膜分離装置は、濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュール（最終モジュール）１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部を、最終モジュール１ａの第２室１２に流入させるための流路、および、濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュール（最終前段モジュール）１ｂの第１室１１から排出される濃縮液の一部を、最終前段モジュール１ｂの第２室に流入させるための流路を備えている。
図２に示される膜分離装置においては、このような流路により、最終モジュール１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第１モジュール群１０１の半透膜モジュール１ａ，１ｘの各々の第２室１２を順に流れる。また、最終前段モジュール１ｂの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第２モジュール群１０２のうち半透膜モジュール１ｂ，１ｙの各々の第２室１２を順に流れる。
図２に示される膜分離装置においては、このような流路により、最終モジュール１ａの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第１モジュール群１０１の半透膜モジュール１ａ，１ｘの各々の第２室１２を順に流れる。また、最終前段モジュール１ｂの第１室１１から排出される濃縮液の一部は、第２対象液として、第２モジュール群１０２のうち半透膜モジュール１ｂ，１ｙの各々の第２室１２を順に流れる。
この場合、図１に示される膜分離装置に比べて、最終モジュール１ａの第１室１１から排出される濃縮液を第２対象液として最終前段モジュール１ｂの第２室１２に供給するための流路に相当する流路が省略されるため、配管の量を低減することができ、配管が複雑になることが抑制されるため、配管等の設備費用を削減することができる。
なお、図１および図２に示される半透膜モジュールの各々においては、対象液は第１室１１と第２室１２とで逆方向に流されている。ただし、このような対向流方式に限定されず、対象液が第１室１１と第２室１２とで同方向に流される並行流方式であってもよい。
また、特許文献１（国際公開第２０１８／０８４２４６号）の図２および特許文献２（特開２０１９－１８８３３０号公報）の図４に示される多段式の膜分離装置のように、直列的に連結された複数の半透膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｘ，１ｙの各々に対して、さらに１つ以上の別の半透膜モジュールが並列的に接続されていてもよい。
なお、特許文献１の図２および特許文献２の図４に示されるように、濃縮側（第１室）の流れの上流側（希釈側（第２室）の流れの下流側）ほど並列的に接続された半透膜モジュールの数が多いことが好ましい。この場合、第２室の下流側は、流路の断面積が増加し、通液抵抗が低減されると考えられる。第２室には第１室から半透膜を介して水が移行するため、第２室の流れの下流側ほど、通液量が増え、通液抵抗が大きくなる傾向がある。このため、第２室の下流側で通液抵抗を低減することは、膜分離装置の全体において第２室の通液抵抗を低減する上で有効である。
ただし、この場合は、並列的に接続された半透膜モジュールの数を増すことによって流路の断面積を増やし、通液抵抗を下げている。このため、本発明のように第１希釈流路と第２希釈流路とに分けて第２対象液を流す場合と同様の通液抵抗の低減効果を得るためには、膜分離装置当りの第２室側の通液量が等しい場合、本発明の４倍の数の半透膜モジュールが必要となる。したがって、通液抵抗の低減の目的のためだけに、並列的に接続された半透膜モジュールの数を増加することは経済的に得策とは言えず、本発明のように第１希釈流路と第２希釈流路とに分けて第２対象液を流すことが得策である。
なお、図１および図２に示されるような多段式の膜分離装置では、第１室１１を流れる第１対象液は半透膜モジュール１ｙから最終モジュール１ａにかけて順次濃縮され、濃縮が進むにつれて第１対象液の流量は減少する。各半透膜モジュール当りの流量が減少すると濃縮効率が低下してしまう。このような第１室１１の流れの下流側での第１対象液の流量減少を抑制するためにも、第１室１１の流れの上流側ほど並列的に接続された半透膜モジュールの数が多いこと、言い換えれば、第１室１１の流れの下流側ほど並列的に接続された半透膜モジュールの数が少ないことが好ましい。
最終モジュール１ａの第１室１１内から排出された対象液を最終モジュール１ａの第２室１２に供給するための流路には、液の圧力を低下させる機構（図示せず）が設けられていることが好ましい。このような機構としては、自動調節バルブのように、上流側の圧力を高く保ち下流側の圧力を低下させる装置や、エネルギー回収装置のように圧力を有する供給液体から回収したエネルギーを高圧ポンプ２等の駆動エネルギー補助に変換する機構を有する装置が挙げられる。
なお、半透膜モジュールにおいて、半透膜としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、正浸透膜（ＦＯ膜：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜（ＮＦ膜：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）と呼ばれる半透膜が挙げられる。半透膜は、好ましくは逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜である。なお、半透膜として逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜を用いる場合、第１室内の液（第１対象液）の圧力は、好ましくは０．５～１０．０ＭＰａである。
通常、ＲＯ膜およびＦＯ膜の孔径は約２ｎｍ以下であり、ＵＦ膜の孔径は約２～１００ｎｍである。ＮＦ膜は、ＲＯ膜のうちイオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、ＮＦ膜の孔径は約１～２ｎｍである。半透膜としてＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜を用いる場合、ＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜の塩除去率は好ましくは９０％以上である。
半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。
セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。
ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。
なお、図面においては、半透膜モジュールの半透膜１０は、簡略化のために平膜のように描かれているが、半透膜の形状は特に限定されない。半透膜１０は、例えば、スパイラル膜（スパイラル型半透膜）などの平膜であってもよく、中空糸膜（中空糸型半透膜）であってもよいが、好ましくは中空糸膜である。中空糸膜は、平膜に比べて、膜厚が小さく、さらにモジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。
複数の半透膜モジュールの各々において、第１室１１は中空糸膜の外側であり、第２室１２は中空糸膜の内側（中空部）であることが好ましい。中空糸膜の内側を流れる溶液を加圧しても、圧力損失が大きくなり加圧が十分に行われ難い場合があり、また、一般的に中空糸膜は外圧に対してその構造を保持しやすいが、内圧が高くなると中空糸膜が破裂する可能性があるからである。
このように、第２室が中空糸膜の内側である場合、中空糸膜の内部は容積（断面積）が小さいため、第２室を流れる第２対象液（希釈される液）の通液抵抗が特に高くなりやすい。したがって、特に第２室が中空糸膜の内側である場合において、上記のように第２対象液を第１希釈流路（第１モジュール群１０１）と第第２希釈流路（第２モジュール群１０２）とに分けて流すことで、第２対象液の通液抵抗を低減することが有効である。
具体的な中空糸膜の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均一な膜である必要はなく、例えば、厚み方向に不均一な膜であってもよい。具体的には、外周表面に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となっており、内周表面側は緻密層よりも密度が低いような膜であってもよい。緻密層は、実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となるため、中空糸膜の外側の溶液が加圧される場合は、中空糸膜の外側表面に緻密層を有している方が、中空糸膜の外側から内側への分子の移動を正確に制御することができる。
具体的な中空糸膜の別の例としては、支持層（例えば、ポリフェニレンオキサイドからなる層）の外周表面にポリフェニレン系樹脂（例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン）からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。また、他の例として、支持層（例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンからなる層）の外周表面にポリアミド系樹脂からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。
＜濃縮方法＞
本実施形態は、上記の膜分離装置を用いる濃縮方法にも関する。
本実施形態は、上記の膜分離装置を用いる濃縮方法にも関する。
本実施形態の濃縮方法は、３つ以上の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いる。
半透膜モジュールは、半透膜と、半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有する。
膜分離装置は、半透膜モジュールの全ての第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備える。
そして、濃縮流路に第１対象液が流され、第１希釈流路と第２希釈流路とに第２対象液が流される。
第１対象液が第２対象液より高い圧力を有することにより、半透膜モジュールの各々において、第１室内の第１対象液に含まれる水が半透膜を介して第２室内の第２対象液に移行し、第１室から濃縮液が排出され、第２室から希釈液が排出される。
このようにして、第１対象液が濃縮される。
半透膜モジュールは、半透膜と、半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有する。
膜分離装置は、半透膜モジュールの全ての第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備える。
そして、濃縮流路に第１対象液が流され、第１希釈流路と第２希釈流路とに第２対象液が流される。
第１対象液が第２対象液より高い圧力を有することにより、半透膜モジュールの各々において、第１室内の第１対象液に含まれる水が半透膜を介して第２室内の第２対象液に移行し、第１室から濃縮液が排出され、第２室から希釈液が排出される。
このようにして、第１対象液が濃縮される。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１の膜分離装置は、基本的に図１に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
なお、半透膜は、三酢酸セルロース製中空糸膜であり、半透膜モジュールは、東洋紡株式会社製の中空糸膜モジュール（型番：FB5255S3SI）であり、円筒形状を有し、全長は９０４ｍｍであり、中空糸膜が収容された容器の軸方向の中間部（軸方向端部付近の外径が大きい部分以外の部分）の外径は１５７ｍｍである。以下の実施例および比較例においても同様の半透膜モジュールを用いた。
この膜分離装置において、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
実施例１の膜分離装置は、基本的に図１に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
なお、半透膜は、三酢酸セルロース製中空糸膜であり、半透膜モジュールは、東洋紡株式会社製の中空糸膜モジュール（型番：FB5255S3SI）であり、円筒形状を有し、全長は９０４ｍｍであり、中空糸膜が収容された容器の軸方向の中間部（軸方向端部付近の外径が大きい部分以外の部分）の外径は１５７ｍｍである。以下の実施例および比較例においても同様の半透膜モジュールを用いた。
この膜分離装置において、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
濃縮流路の最も下流側（上流側から１０段目）の半透膜モジュール（最終モジュール）１ａの第１室１１から排出される濃縮液（濃縮された第１対象液）の一部を流量０．４０Ｌ／ｍｉｎで分岐流路（流量計４１が設けられた流路）に流し、その一部の濃縮液（０．４０Ｌ／ｍｉｎ）をさらに分岐流路によって０．２０ｍＬ／ｍｉｎずつに２分割し、一方を最終モジュール１ａの第２室１２に供給して第１希釈流路（第１モジュール群１０１）を通過させ、残りの一方を最終前段モジュール１ｂ（濃縮流路の上流側から９段目の半透膜モジュール）の第２室１２に供給して第２希釈流路（第２モジュール群１０２）を通過させた。
このとき、半透膜モジュール１ｙの第１室１１に供給される前の第１対象液の総塩分量（供給流量と供給塩分濃度の積）に対して、最終モジュール１ａ（第１０段目）および最終前段モジュール１ｂ（第９段目）の第２室１２に供給された塩分量の合計の比率は、６４質量％であった。
このとき、半透膜モジュール１ｙの第１室１１に供給される前の第１対象液の総塩分量（供給流量と供給塩分濃度の積）に対して、最終モジュール１ａ（第１０段目）および最終前段モジュール１ｂ（第９段目）の第２室１２に供給された塩分量の合計の比率は、６４質量％であった。
その結果、実施例１において、第１モジュール群１０１の各々の第２室１２を最終モジュール１ａから半透膜モジュール１ｘの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．５９ＭＰａであった。なお、通液抵抗は、第１希釈流路（最終モジュール１ａの第２室１２）の入口に設けたブルドン管式圧力計によって測定した（以下、同様）。
また、第２モジュール群１０２の各々の第２室１２を最終前段モジュール１ｂから半透膜モジュール１ｙの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．７１ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は２２６ｇ／Ｌであった。なお、塩分の濃度は屈折率計により測定した（以下、同様）。
また、第２モジュール群１０２の各々の第２室１２を最終前段モジュール１ｂから半透膜モジュール１ｙの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．７１ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は２２６ｇ／Ｌであった。なお、塩分の濃度は屈折率計により測定した（以下、同様）。
（実施例２）
実施例２の膜分離装置は、基本的に図２に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
実施例２の膜分離装置は、基本的に図２に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
最終前段モジュール１ｂ（第９段目）の第１室１１から排出される濃縮液の一部を、第１対象液の総塩分量の３２質量％に相当する０．２３Ｌ／ｍｉｎの流量で、分岐流路（流量計４１ｂが設けられた流路）を介して最終前段モジュール１ｂの第２室１２に供給し、第２希釈流路（第２モジュール群１０２）を通過させた。
また、最終モジュール１ａ（第１０段目）の第１室１１から排出される濃縮液の一部を、第１対象液の総塩分量の３２質量％に相当する０．２０Ｌ／ｍｉｎの流量で、分岐流路（流量計４１ａが設けられた流路）を介して最終モジュール１ａの第２室１２に供給し、第１希釈流路（第１モジュール群１０１）を通過させた。
このとき、最終モジュール１ａ（第１０段目）および最終前段モジュール１ｂ（第９段目）の第２室１２に供給された塩分量の合計の比率は、実施例１と同様に、第１対象液の総塩分量に対して６４質量％であった。
また、最終モジュール１ａ（第１０段目）の第１室１１から排出される濃縮液の一部を、第１対象液の総塩分量の３２質量％に相当する０．２０Ｌ／ｍｉｎの流量で、分岐流路（流量計４１ａが設けられた流路）を介して最終モジュール１ａの第２室１２に供給し、第１希釈流路（第１モジュール群１０１）を通過させた。
このとき、最終モジュール１ａ（第１０段目）および最終前段モジュール１ｂ（第９段目）の第２室１２に供給された塩分量の合計の比率は、実施例１と同様に、第１対象液の総塩分量に対して６４質量％であった。
その結果、第１モジュール群１０１の各々の第２室１２を最終モジュール１ａから半透膜モジュール１ｘの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．５９ＭＰａであった。
また、第２モジュール群１０２の各々の第２室１２を最終前段モジュール１ｂから半透膜モジュール１ｙの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．７１ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は２２６ｇ／Ｌであった。
また、第２モジュール群１０２の各々の第２室１２を最終前段モジュール１ｂから半透膜モジュール１ｙの方向に順番に通過するための通液抵抗は、０．７１ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は２２６ｇ／Ｌであった。
（比較例１）
比較例１の膜分離装置は、基本的に図３に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
比較例１の膜分離装置は、基本的に図３に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
最終モジュール１ａ（第１０段目）の第１室１１から排出される濃縮液の一部（流量０．４７Ｌ／ｍｉｎ）を最終モジュール１ａの第２室１２に供給し、半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの各々の第２室１２を順に通過させた。なお、流量０．４７Ｌ／ｍｉｎは、実施例１と同様に第１対象液の総塩分量の６４質量％が第２室を流れるように調整された流量である。
その結果、第２対象液を半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの各々の第２室１２に順に通過させる際の通液抵抗は、２．４５ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は１９１ｇ／Ｌであり、実施例１および実施例２に比べて低くなった。これは、実施例１および実施例２に比べて、比較例１では第２室１２の平均的な圧力が高くなったため、半透膜１０を介して第１室１１から第２室１２に水を移行させるための圧力差が小さくなり、第１対象液の濃縮率が低下したためであると考えられる。
（比較例２）
比較例２の膜分離装置は、基本的に図４に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。なお、比較例２では、濃縮流路の上流側から３段目の半透膜モジュールの第２室と、４段目の半透膜モジュールの第２室との間にブースターポンプ３が設けられている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
比較例２の膜分離装置は、基本的に図４に示されるような膜分離装置であり、１０個の半透膜モジュールが連結されている。なお、比較例２では、濃縮流路の上流側から３段目の半透膜モジュールの第２室と、４段目の半透膜モジュールの第２室との間にブースターポンプ３が設けられている。
この膜分離装置において、実施例１と同様に、濃縮流路の最も上流側の半透膜モジュール１ｙの第１室１１に、塩化ナトリウム６６ｇ／Ｌが溶解した４０℃の水溶液を第１対象液として、圧力６．５ＭＰａ、流量２．１Ｌ／ｍｉｎで供給した。
最終モジュール１ａ（第１０段目）の第１室１１から排出される濃縮液の一部（流量０．４０Ｌ／ｍｉｎ）を最終モジュール１ａの第２室１２に供給し、半透膜モジュール１ａ，１ｘ，１ｙの各々の第２室１２を順に通過させた。なお、流量０．４０Ｌ／ｍｉｎは、実施例１と同様に第１対象液の総塩分量の６４質量％が第２室を流れるように調整された流量である。
また、ブースターポンプ３を運転することで、濃縮流路の上流側から４段目の半透膜モジュールの第２室１２の出口の圧力を大気圧まで低減するとともに、３段目の半透膜モジュールの第２室１２から１段目の半透膜モジュール１ｙの第２室１２までの送液を行った。
また、ブースターポンプ３を運転することで、濃縮流路の上流側から４段目の半透膜モジュールの第２室１２の出口の圧力を大気圧まで低減するとともに、３段目の半透膜モジュールの第２室１２から１段目の半透膜モジュール１ｙの第２室１２までの送液を行った。
その結果、最終モジュール１ａから、濃縮流路の上流側から４段目の半透膜モジュールまでの第２室１２の各々に順に第２対象液を流す際の通液抵抗は、１．２３ＭＰａであった。また、濃縮流路の上流側から３段目の半透膜モジュールから、濃縮流路の上流側から１段目の半透膜モジュール１ｙまでの第２室１２の各々に順に第２対象液を流す際の通液抵抗は、１．２２ＭＰａであった。
また、最終モジュール１ａの第１室１１から排出された濃縮液の塩分濃度は２２２ｇ／Ｌであった。
比較例２において、ブースターポンプ３を運転することで、膜分離装置全体の第２室１２の平均的な圧力は、比較例１に比べて低下したが、実施例１および実施例２における第２室１２の平均的な圧力までには下がらなかった。このため、得られた濃縮液の塩分濃度は、実施例１および実施例２よりも若干少なくなったと考えられる。
比較例２において、ブースターポンプ３を運転することで、膜分離装置全体の第２室１２の平均的な圧力は、比較例１に比べて低下したが、実施例１および実施例２における第２室１２の平均的な圧力までには下がらなかった。このため、得られた濃縮液の塩分濃度は、実施例１および実施例２よりも若干少なくなったと考えられる。
なお、実施例１および実施例２と比較すると、比較例２の膜分離装置では、別途ポンプが必要となり、制御も複雑になるため、設備費用やエネルギー消費量の観点からは望ましくない。
１ｘ，１ｙ 半透膜モジュール、１ａ 半透膜モジュール（最終モジュール）、１ｂ 半透膜モジュール（最終前段モジュール）、１０ 半透膜、１１ 第１室、１２ 第２室、１０１ 第１モジュール群、１０２ 第２モジュール群、２ 高圧ポンプ、３ ブースターポンプ、４１，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ 流量計。
Claims (9)
- ３つ以上の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置であって、
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
膜分離装置。 - 前記第１モジュール群は、前記濃縮流路の下流側から奇数段目の半透膜モジュールからなり、
前記第２モジュール群は、前記濃縮流路の下流側から偶数段目の半透膜モジュールからなる、
請求項１に記載の膜分離装置。 - 前記濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュールである最終モジュールの第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終モジュールの前記第２室と、前記濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュールである最終前段モジュールの前記第２室と、に分割して流入させるための流路を備える、
請求項２に記載の膜分離装置。 - 前記濃縮流路の下流側から１段目の半透膜モジュールである最終モジュールの第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終モジュールの前記第２室に流入させるための流路、および、
前記濃縮流路の下流側から２段目の半透膜モジュールである最終前段モジュールの前記第１室から排出される濃縮液の一部を、前記最終前段モジュールの前記第２室に流入させるための流路を備える、
請求項２に記載の膜分離装置。 - 前記第１対象液を前記第２対象液よりも高い圧力に加圧するための加圧器具を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の膜分離装置。
- 前記半透膜は、中空糸膜である、請求項１～５のいずれか１項に記載の膜分離装置。
- 前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室は前記中空糸膜の外側であり、前記第２室は前記中空糸膜の内側である、請求項６に記載の膜分離装置。
- 前記半透膜モジュールの少なくともいずれかに対して、１つ以上の別の半透膜モジュールが並列的に接続されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の膜分離装置。
- ３つ以上の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置を用いる濃縮方法であって、
前記半透膜モジュールは、半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、
前記膜分離装置は、
前記半透膜モジュールの全ての前記第１室が直列的に接続されてなる濃縮流路と、
前記半透膜モジュールの一部である第１モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第１希釈流路と、
前記半透膜モジュールの他の一部である第２モジュール群の前記第２室が直列的に接続されてなる第２希釈流路と、を備え、
前記濃縮流路に第１対象液が流され、
前記第１希釈流路と前記第２希釈流路とに第２対象液が流され、
前記第１対象液が前記第２対象液より高い圧力を有することにより、前記半透膜モジュールの各々において、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水が前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行し、前記第１室から濃縮液が排出され、前記第２室から希釈液が排出される、
濃縮方法。
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