JP7106125B2

JP7106125B2 - 濃縮システム及び濃縮方法

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Publication number: JP7106125B2
Application number: JP2019077973A
Authority: JP
Inventors: 和彦石田; 幸則紀平
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: JP2020175319A

Description

本発明は、液体の濃縮システム及び濃縮方法に関する。

例えば海水から淡水を分離して回収する際には、海水を高濃度に濃縮するが、濃縮方法としては従来から逆浸透法が知られている。逆浸透法は、被処理液としての海水を半透膜によって被処理液よりも浸透圧の低い溶液と隔離し、被処理液側に、両溶液の浸透圧差を超える高い圧力を印加することで、被処理液側から浸透圧の低い溶液側へ水を逆行して透過させる技術である。しかし、逆浸透法では、被処理液の濃縮が進んで濃度が高くなると、両溶液の浸透圧差が大きくなり、さらに濃縮を進めるためには高いエネルギーが必要となる。よって、逆浸透法だけでは被処理液の濃縮率に限界がある。そのため、近年では、図５に示す濃縮システム１００が提案されている（例えば非特許文献１を参照）。

図５に示す濃縮システム１００は、逆浸透膜装置１０１の後段に、半透膜１１１により第一室１１２及び第二室１１３に分けられた半透膜装置１１０が設けられている。半透膜装置１１０は、第一室１１２に逆浸透膜装置１０１において濃縮された被処理液が供給され、第二室１１３に吸水液として第一室１１２を通過した後の被処理液の一部が供給される。そして、第一室１１２を通過する被処理液に対して第二室１１３を通過する吸水液よりも高い圧力で加圧することで、第一室１１２の被処理液に含まれる水分の一部が半透膜１１１を介して第二室１１３の被処理液に移動し、第一室１１２の被処理液が濃縮される一方で、第二室１１３の吸水液が希釈される。なお、第一室１１２を通過した後の濃縮された被処理液の残部は、例えば蒸発濃縮装置１０２に供給されることによってさらに濃縮される。図５に示す濃縮システム１００では、半透膜装置１１０の第一室１１２と第二室１１３とに供給される溶液の濃度差が小さく、両溶液の浸透圧差が小さいため、逆浸透膜装置１０１において濃縮された被処理液を、半透膜装置１１０において低エネルギーで高濃度に濃縮することができる。

Recovering and Re-use of Salt by Zero Liquid Discharge (ZLD)、［online］、hyrec、［平成３１年３月１２日検索］、インターネット＜URL:http://www.hyrec.co/test-page/＞

図５に示す濃縮システム１００では、被処理液を低エネルギーで高濃度に濃縮することができるものの、省エネルギー化の観点からは、被処理液を低エネルギーでさらに高濃度に濃縮することができる濃縮システムが望まれている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被処理液を低エネルギーでさらに高濃度に濃縮することができる濃縮システム及び濃縮方法を提供することを目的とする。

本発明は、それぞれが、被処理液が供給される第一室、吸水液が供給される第二室、及び前記第一室と前記第二室とに仕切る半透膜を備えるとともに、被処理液の水分の一部を前記第一室から前記半透膜を介して前記第二室に移動させて被処理液を濃縮する第１半透膜装置及び第２半透膜装置と、被処理液を前記第１半透膜装置の第一室及び前記第２半透膜装置の第一室の順に供給する被処理液供給路と、前記第２半透膜装置の第一室において濃縮された被処理液を排出する被処理液排出路と、前記被処理液排出路を介して前記第２半透膜装置の第一室において濃縮された被処理液が供給されかつ該被処理液をさらに濃縮する濃縮装置と、前記濃縮装置において濃縮された被処理液を排出しかつその一部を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室及び前記第１半透膜装置の第二室の順に供給する吸水液供給路と、前記第１半透膜装置の第二室において半透膜を透過した水分により希釈された吸水液を排出する吸水液排出路と、を備え、前記第２半透膜装置は、前記吸水液供給路を介して第一室の被処理液よりも浸透圧の高い吸水液が第二室に供給されることで、正浸透法により被処理液を濃縮し、前記第１半透膜装置は、前記第２半透膜装置の第二室において半透膜を透過した水分により希釈されかつ第一室の被処理液よりも浸透圧の低い吸水液が第二室に供給されることで、逆浸透法により被処理液を濃縮する、濃縮システムを提供する。

本発明の濃縮システムにおいては、前記濃縮装置は、前記被処理液排出路により供給される被処理液の水分の一部を蒸発させることで該被処理液を濃縮することが好ましい。

本発明の濃縮システムにおいては、被処理液から逆浸透法により透過水を分離して該被処理液を濃縮する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置において濃縮された被処理液を前記第１半透膜装置の第一室に供給する被処理液供給路と、をさらに備えることが好ましい。この態様では、前記吸水液排出路は、前記第１半透膜装置の第二室において希釈された吸水液を被処理液として前記逆浸透膜装置に還流することがより好ましい。

本発明の濃縮システムにおいては、前記濃縮装置で生成された析出物を被処理液から固液分離する固液分離装置をさらに備え、前記固液分離装置で生成されたろ液が吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給されることがより好ましい。

また、本発明は、それぞれが半透膜によって仕切られた第一室及び第二室を有する第１半透膜装置及び第２半透膜装置の前記第一室に、前記第１半透膜装置及び前記第２半透膜装置の順に被処理液を供給する一方、前記第二室に前記第２半透膜装置及び前記第１半透膜装置の順に吸水液を供給し、被処理液の水分の一部を前記第一室から前記半透膜を介して前記第二室に移動させて被処理液を濃縮する第１濃縮工程と、前記第１濃縮工程で濃縮された被処理液をさらに濃縮する第２濃縮工程と、を含み、前記第２濃縮工程で濃縮された被処理液の一部を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給し、前記第１濃縮工程では、前記第２半透膜装置の第一室の被処理液に対して、前記第２濃縮工程で得られかつ該被処理液よりも浸透圧の高い吸水液を前記半透膜を介して接触させて、正浸透法により被処理液を濃縮する正浸透膜処理工程と、前記第１半透膜装置の第一室の被処理液に対して、前記正浸透処理工程で希釈されかつ該被処理液よりも浸透圧の低い吸水液を前記半透膜を介して接触させて、逆浸透法により被処理液を濃縮する逆浸透膜処理工程と、が行われる濃縮方法を提供する。

本発明の濃縮方法においては、前記第２濃縮工程では、前記第１濃縮工程後の被処理液の水分の一部を蒸発させることで該被処理液を濃縮することが好ましい。

本発明の濃縮方法においては、被処理液から逆浸透法により透過水を分離して該被処理液を濃縮する前濃縮工程をさらに含み、前記前濃縮工程で濃縮された被処理液を前記第１濃縮工程で濃縮することが好ましい。この態様では、前記逆浸透膜処理工程で希釈された吸水液を前記前濃縮工程において被処理液として利用することがより好ましい。

本発明の濃縮方法においては、前記第２濃縮工程で生成された析出物を被処理液から固液分離する固液分離工程をさらに含み、前記固液分離工程で生成されたろ液を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給することがより好ましい。

本発明によれば、第２半透膜装置の第一室から排出される被処理液を濃縮装置で濃縮し、濃度（浸透圧）を高めた被処理液を吸水液として第２半透膜装置の第二室に戻している。そのため、第２半透膜装置では、第一室の被処理液よりも浸透圧の高い吸水液が第二室に供給されるので、正浸透法により被処理液が濃縮される（正浸透膜処理工程）。一方で、第１半透膜装置では、第２半透膜装置の第二室において希釈されかつ第一室の被処理液よりも浸透圧の低い吸水液が第二室に供給されるので、逆浸透法により被処理液の濃縮が行われる。このように、本発明では、逆浸透法による被処理液の濃縮機能に加えて正浸透法による被処理液の濃縮機能が追加されるため、半透膜装置での膜分離による被処理液の濃縮をより少ないエネルギーで行うことができ、省エネルギー化を図ることができる。また、本発明では、正浸透法による被処理液の濃縮機能が追加されているので、半透膜装置での膜分離によって被処理液をより高濃度に濃縮することができる。よって、従来例の濃縮システムと比べて、被処理液を低エネルギーで高濃度に濃縮することができる。

本発明の一実施形態の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。半透膜装置の概略構成を拡大して示す模式図である。被処理液の濃度変化を説明するグラフである。本発明の他の実施形態の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。従来例の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。本発明の濃縮装置及び濃縮方法は、水分を含む液体から水分を分離して該液体を濃縮する際に用いられるものである。

水分を含む液体としては、例えば無機塩類を含有する水溶液を挙げることができる。無機塩類としては、特に限定されるものではないが、例えば、塩酸、硫酸、フッ酸、リン酸などの強酸と、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属との無機塩類を挙げることができる。本実施形態では、海水を例にして説明している。

その他、水分を含む液体としては、例えば経口液体や外用液体を挙げることができる。経口液体は、人又は動物が口にするものを意味しており、例えば、濃縮ジュースや清涼飲料などの飲料、麺つゆ・各種出汁・調味料・スープのような液状の食べ物、液状の健康補助食品、経口医薬品などが挙げられる。また、外用液体は、人又は動物の体に塗る液状のものを総称しており、例えば、化粧水やローション、液状ハンドクリームのような液状化粧料、皮膚や口中に塗布又は散布する液状医薬品などが挙げられる。さらに、経口液体にしても外用液体にしても、消費者又は患者が最終的に使用するものには限らず、原料になるものも含んでいる。

図１は、本実施形態の濃縮システム１０の概略構成を示す模式図である。濃縮システム１０は、それぞれが半透膜３Ａ，３Ｂにより仕切られた第一室１Ａ，１Ｂ及び第二室２Ａ，２Ｂを有する第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂと、濃縮装置５と、逆浸透膜装置６と、被処理液供給路Ｌ１と、被処理液排出路Ｌ２と、吸水液供給路Ｌ３と、吸水液排出路Ｌ４と、原液供給路Ｌ５とを備えている。

本実施形態の濃縮システム１０では、被処理液は、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂに供給される前に逆浸透膜装置６において透過水が分離することで濃縮され（前濃縮工程）、濃度が高められた後、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂに供給される。そして、被処理液は、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂにおいて濃縮され（第１濃縮工程）、濃度がさらに高められた後、濃縮装置５に供給され、濃縮装置５においてさらに濃縮され（第２濃縮工程）、濃度がより一層高められている。

まず、逆浸透膜装置６は、従来から公知の構造のものを用いることができ、その内部が半透膜９により２つの室７，８に仕切られている。逆浸透膜装置６の一方側の室７には、原液供給路Ｌ５が接続され、被処理液の貯留タンク１１から被処理液が原液供給路Ｌ５を通って該室７に供給される。

貯留タンク１１と逆浸透膜装置６との間にはナノ濾過膜装置１２が配置されている。ナノ濾過膜装置１２は、貯留タンク１１に貯留される被処理液に含まれる主に２価イオンを排除する機能を有する。本実施形態のように被処理液が海水などの無機塩類を含む水溶液である場合には、ナノ濾過膜装置１２は、特に硫酸イオンを高く排除するものが好ましい。これにより、被処理液中に含まれるスケール成分を高い割合で除去することができる。被処理液からスケール成分を事前に除去しておくことで、後述する第２半透膜装置４Ｂで被処理液を高濃度に濃縮した際に、溶解度の小さい硫酸カルシウムなどのスケールが析出して、半透膜３Ｂが懸濁物質や結晶などで閉塞することを抑制できる。

逆浸透膜装置６の他方側の室８には、逆浸透法により半透膜９を透過した透過水を排出する透過水排出路Ｌ６が接続されている。透過水は透過水排出路Ｌ６により回収され、淡水として利用される。また、逆浸透膜装置６の一方側の室７には、被処理液供給路Ｌ１が接続されている。被処理液供給路Ｌ１は、逆浸透膜装置６の一方側の室７と第１半透膜装置４Ａの第一室１Ａとを接続しており、該室７において半透膜９を透過せずかつ透過水の分離により濃縮された被処理液は、該室７から排出され、被処理液供給路Ｌ１を通って第１半透膜装置４Ａの第一室１Ａに供給される。

次に、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂは、図１及び図２に示すように、それぞれが閉じたタンク（又はハウジングやケーシングなど）の構造であり、金属又は合成樹脂により形成される。第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂの内部は、それぞれが半透膜３Ａ，３Ｂにより第一室１Ａ，１Ｂと第二室２Ａ，２Ｂとに仕切られている。第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂは、互いに分離されており、両装置４Ａ，４Ｂの第一室１Ａ，１Ｂ同士が流路Ｌ９で接続され、第二室２Ａ，２Ｂ同士が流路Ｌ１０で接続されている。

半透膜３Ａ，３Ｂは、水を透過させる性質を有する膜であり、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、アクアポリン（蛋白質）などの従来から公知の素材のものを用いることができる。第１半透膜装置４Ａの半透膜３Ａとしては、一般に逆浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましく、第２半透膜装置４Ｂの半透膜３Ｂとしては、一般に正浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましい。また、半透膜３Ａ，３Ｂは、例えば平膜や中空糸膜、その他にも従来から公知の構造のものを用いることができる。半透膜３Ａ，３Ｂが平膜である場合、半透膜３Ａ，３Ｂを例えば金網のような支持体によって姿勢を保持することができる。半透膜３Ａ，３Ｂが中空糸膜である場合、特に限定されるものではないが、第１半透膜装置４Ａでは第一室１Ａが中空糸膜の緻密層（活性層）側であり、第２半透膜装置４Ｂでは第二室２Ｂが中空糸膜の緻密層（活性層）側であることが好ましい。

第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂはともに、第一室１Ａ，１Ｂに被処理液が第１半透膜装置４Ａ、第２半透膜装置４Ｂの順で供給され、第二室２Ａ，２Ｂに吸水液が第２半透膜装置４Ｂ、第１半透膜装置４Ａの順で供給される。第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂでは、詳細は後述するが、第一室１Ａ，１Ｂに供給される被処理液中の水分の一部が、第一室１Ａ，１Ｂから半透膜３Ａ，３Ｂを透過して第二室２Ａ，２Ｂに移動する。これにより、第一室１Ａ，１Ｂの被処理液は濃縮され、第二室２Ａ，２Ｂの吸水液は希釈される。なお、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂは、図示ではともに横置き方式になっており、第一室１Ａ，１Ｂが上で第二室２Ａ，２Ｂが下になっているが、第一室１Ａ，２Ｂが下で第二室２Ａ，２Ｂが上になっていてもよい。また、第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂはともに縦向きの姿勢で配置されていてもよい。

第１半透膜装置４Ａの第一室１Ａの一端部（図示では左端部）に被処理液供給路Ｌ１が接続され、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂの他端部（図示では右端部）に被処理液排出路Ｌ２が接続されている。被処理液排出路Ｌ２は、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂと濃縮装置５とを接続している。逆浸透膜装置６から被処理液が被処理液供給路Ｌ１を通って第１半透膜装置４Ａの第一室１Ａに導入され、第１半透膜装置４Ａの第一室１Ａ及び第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂにおいて濃縮された被処理液は、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂから排出されて、被処理液排出路Ｌ２を通って濃縮装置５に供給される。

第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂの一端部（図示では右端部）に吸水液供給路Ｌ３が接続され、第１半透膜装置４Ａの第二室２Ａの他端部（図示では左端部）に吸水液排出路Ｌ４が接続されている。吸水液供給路Ｌ３は、濃縮装置５と第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂとを接続している。吸水液排出路Ｌ４は、第１半透膜装置４Ａの第二室２Ａと原液供給路Ｌ５とを接続している。濃縮装置５から吸水液が吸水液供給路Ｌ３を通って第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに導入され、第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂ及び第１半透膜装置４Ａの第二室２Ａにおいて希釈された吸水液は、第１半透膜装置４Ａの第二室２Ａから排出されて、被処理液として吸水液排出路Ｌ４及び原液供給路Ｌ５を通って逆浸透膜装置６の一方側の室７に供給される。

上述した構成の第１半透膜装置４Ａ及び第２半透膜装置４Ｂにおいて、図２及び図３に示すように、第１半透膜装置４Ａでは、第二室２Ａから吸水液排出路Ｌ４を介して排出される吸水液の濃度ｆよりも高い濃度ａ（ａ＞ｆ）の被処理液が、被処理液供給路Ｌ１を介して第一室１Ａに供給されており、本質的には第一室１Ａ内の被処理液の濃度の方が第二室１Ｂ内の吸水液の濃度よりも高くなっている。

そのため、第１半透膜装置４Ａでは、被処理液に半透膜３Ａを介して被処理液よりも浸透圧が低い吸水液が接触している。しかし、この浸透圧差よりも大きな物理的圧力が第一室１Ａ内の被処理液に加えられていることで、逆浸透法により被処理液中の水分の一部が第一室１Ａから半透膜３Ａを透過して第二室２Ａに移動する。その結果、被処理液は第一室１Ａ内を流れるに伴い水が分離されることにより濃縮されて濃度が高くなる一方、吸水液は第二室１Ｂ内を流れるに伴い水を吸収することにより希釈されて濃度が低くなる。なお、物理的圧力を第一室１Ａ内の被処理液に加える方法としては、特に限定されるものではなく、逆浸透法において用いられている種々の方法を用いることができる。

このように、第１半透膜装置４Ａでは、被処理液は、吸水液排出路Ｌ４側（被処理液供給路Ｌ１側）において吸水液との濃度差が最も高く、次第に濃度差が減少している。そして、被処理液は濃度ｂまで濃縮された後、第一室１Ａから排出されて第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂに供給されるが、この濃度ｂは、第二室２Ａに対し第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂから供給される吸水液の濃度ｅよりも低くなっている。

第一室１Ａから排出される際の被処理液の濃度ｂが第二室２Ａに供給される吸水液の濃度ｅよりも低いことで、次の第２半透膜装置４Ｂにおいて、第一室１Ｂ内の被処理液の浸透圧が第二室２Ｂ内の吸水液の浸透圧よりも低くなり、両液の浸透圧差を駆動力として正浸透法により被処理液中の水分の一部が自主的に半透膜３Ｂを透過して吸水液に吸水される。このように、第１半透膜装置４Ａでは、被処理液は、第２半透膜装置４Ｂにおいて正浸透法で吸水液に吸水させることが可能な浸透圧差に達する濃度ｂまで濃縮されている。

また、第１半透膜装置４Ａにおいては、第二室２Ａ内の吸水液は、原液供給路Ｌ５を通って逆浸透膜装置６に供給される被処理液の濃度ｇよりも低くなる濃度ｆまで、希釈されることが好ましい。これにより、逆浸透膜装置６に供給する被処理液の濃度ｈ（浸透圧）を原液よりも低下させることができるので、逆浸透膜装置６において省エネルギーで被処理液を濃縮することができる。

一方で、図２及び図３に示すように、第２半透膜装置４Ｂは、上述したように、第二室２Ｂから流路Ｌ１０を介して排出される吸水液の濃度ｅよりも低い濃度ｂ（ｅ＞ｂ）の被処理液が、流路Ｌ９を介して第一室１Ｂに供給されている。また、第２半透膜装置４Ｂでは、第一室１Ｂから排出される被処理液が濃縮装置５に供給され、濃縮装置５により濃縮されて濃度が高められた被処理液の一部が吸水液として第二室２Ｂに供給されているので、第一室１Ｂから被処理液排出路Ｌ２を介して排出される被処理液の濃度ｃよりも高い濃度ｄ（ｄ＞ｃ）吸水液が、吸水液供給路Ｌ３を介して第二室２Ｂに供給されている。

よって、第２半透膜装置４Ｂでは、全体的に第一室１Ｂ内の被処理液の濃度よりも第二室２Ｂ内の吸水液の濃度の方が高くなっており、被処理液には半透膜３Ｂを介して被処理液よりも浸透圧が高い吸水液が接触している。そのため、両液の浸透圧差によって、被処理液中の水分の一部が正浸透法により第一室１Ｂから半透膜３Ｂを透過して第二室２Ｂに移動する。その結果、被処理液が濃縮されている。

このように、第２半透膜装置４Ｂでは、被処理液は、濃度ｂから濃度ｃ（ｂ＞ｃ）まで濃縮された後、第一室１Ｂから排出されて濃縮装置５に供給されるが、濃縮は、被処理液中に含まれる無機塩類、特に溶解度の小さい硫酸カルシウムなどのスケールが析出しない程度に行われる。すなわち、スケールの溶解度以下で被処理液を高濃度にできる濃度ｃまで濃縮する。これにより、被処理液を高濃度に濃縮しても、硫酸カルシウムなどのスケールが析出して、半透膜３Ｂが懸濁物質や結晶などにより閉塞することを抑制できる。

次に、濃縮装置５は、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂから供給される被処理液を濃縮するものであるが、被処理液の濃縮方法については特に限定されるものではない。例えば濃縮装置５として、被処理液を蒸発濃縮する蒸発濃縮装置を用いることができる。蒸発濃縮装置５としては、被処理液を蒸発により濃縮可能であれば特に限定されず、例えば蒸発缶内に複数の伝熱管を備え、伝熱管内を流れる蒸気との熱交換により被処理液を蒸発させる多管式蒸発濃縮装置を用いることができ、多管式蒸発濃縮装置としては、例えば圧縮機を備えたヒートポンプ型、エゼクターを備えたエゼクター駆動型、低圧蒸気を利用するスチーム型などを用いることができる。また、蒸発濃縮装置５としては、伝熱管を備えない代わりに加熱器を備え、蒸発缶外のヒーターで加熱した被処理液を蒸発缶内でフラッシュ蒸発させるフラッシュ式蒸発濃縮装置を用いてもよい。

濃縮装置５は、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂにおいて濃縮された被処理液が被処理液排出路Ｌ２を通して供給されることで、該被処理液をさらに濃縮する。濃縮装置５で濃縮されて、濃度（浸透圧）が最も高められた被処理液（濃縮液）は濃縮装置５から排出され、その一部は吸水液供給路Ｌ３を通って吸水液として第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに供給され、その残部は濃縮液排出路Ｌ７を通って回収される。また、濃縮装置５において被処理液の蒸発により発生する水蒸気は凝縮され、凝縮水が凝縮水排出路Ｌ８により回収されて、淡水として利用される。

なお、濃縮装置５としては、蒸発濃縮装置に限定されるものではなく、その他の装置を用いることもできる。ただし、濃縮装置５として蒸発濃縮装置を用いると、濃縮装置５により濃縮後の被処理液の温度を濃縮前よりも上げることができ、詳細は後述するが、第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに供給する被処理液（吸水液）の浸透圧をより高くすることができるので好ましい。

濃縮装置５と第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂとの間の吸水液流路Ｌ３には、フィルターが設けられている。濃縮後の被処理液（吸水液）に無機塩類の析出により懸濁物質や結晶などが含まれる場合に、フィルター１３により被処理液から懸濁物質や結晶などが取り除かれることで、第２半透膜装置４Ｂにおいて半透膜３Ｂが懸濁物質や結晶などにより閉塞することを抑制できる。

以上、上述した構成の本実施形態の濃縮システム１０及び濃縮方法によれば、第２半透膜装置４Ｂの第一室１Ｂから排出される被処理液を濃縮装置５で濃縮し、濃度（浸透圧）を高めた被処理液を吸水液として第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに戻している。そのため、第２半透膜装置４Ｂでは、第一室１Ｂの被処理液よりも浸透圧の高い吸水液が第二室２Ｂに供給されるので、正浸透法により被処理液が濃縮される。一方で、第１半透膜装置４Ａでは、第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂにおいて希釈されかつ第一室１Ａの被処理液よりも浸透圧の低い吸水液が第二室１Ｂに供給されるので、逆浸透法により被処理液の濃縮が行われる。このように、本実施形態では、逆浸透法による被処理液の濃縮機能に加えて正浸透法による被処理液の濃縮機能が追加されているため、半透膜装置４Ａ，４Ｂでの膜分離による被処理液の濃縮を、図３に示す従来例の濃縮システム１００と比べてより少ないエネルギーで行うことができ、省エネルギー化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、第１半透膜装置４Ａにおいては、第一室１Ａ内の被処理液と第二室２Ａ内の吸水液との濃度差が小さくなり、両溶液の浸透圧差を小さくすることができる。よって、逆浸透法により透過水を第一室１Ａから半透膜３Ａを介して第二室２Ａに水を移動させるために第一室１Ａ内の被処理液に加える物理的圧力を下げることができるので、省エネルギー性を向上することができる。

また、本実施形態によれば、正浸透法による被処理液の濃縮機能が追加されているので、半透膜装置４Ａ，４Ｂでの膜分離によって被処理液を、図３に示す従来例の濃縮システム１００と比べてより高濃度に濃縮することができる。そのうえ、濃縮装置５で被処理液を蒸発濃縮する場合に、図３に示す従来例の濃縮システム１００と比べて、被処理液の濃度がより高濃度になっていることから、濃縮装置５の蒸気量、処理量を低減することができる。よって、濃縮装置５でのエネルギー消費を低減することができ、システム全体で省エネルギー性を向上することができる。

また、濃縮装置５で被処理液を蒸発濃縮することで、濃縮後の被処理液の温度が濃縮前よりも上がり、濃縮装置５から第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに供給される被処理液（吸水液）の浸透圧が高くなる。よって、第２半透膜装置４Ｂにおいては、第一室１Ｂ内の被処理液と第二室２Ｂ内の吸水液との浸透圧差が大きくなることから、正浸透法により第一室１Ｂから半透膜３Ｂを介して第二室２Ｂに移動する透過水量を増やすことができ、第一室１Ｂ内の被処理液の濃縮効率を高めることができる。

また、濃縮装置５で被処理液を蒸発濃縮することで、濃縮後の被処理液の温度が濃縮前よりも上がり、温度上昇によって濃縮装置５から各半透膜装置４Ａ，４Ｂの第二室２Ａ，２Ｂに供給される被処理液（吸水液）の粘度が低下する。これにより、各半透膜装置４Ａ，４Ｂの第二室２Ａ，２Ｂ内の吸水液の流動性が増すので、濃度分極を低減することができる。

また、第２半透膜装置４Ｂにおいて希釈された吸水液を逆浸透膜装置６に還流し、被処理液として利用しているので、被処理液から淡水を取り出す回収効率向上することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば上記実施形態において、濃縮装置５（第２濃縮工程）において被処理液中の無機塩類の溶解度を超える濃度まで被処理液を濃縮して無機塩類を晶析させてもよく、その場合には、図４に示すように、濃縮後の被処理液を固液分離装置１４に供給する。濃縮後の被処理液には、析出した無機塩類の懸濁物質や結晶などが含まれるため、固液分離装置１４により濃縮後の被処理液から懸濁物質や結晶などを取り除き、ろ液を吸水液として第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに供給する。これにより、第２半透膜装置４Ｂの第二室２Ｂに供給される吸水液に懸濁物質や結晶などが含まれないので、第２半透膜装置４Ｂにおいて半透膜３Ｂが懸濁物質や結晶などにより閉塞することを抑制できる。固液分離装置１４としては、被処理液から懸濁物質や結晶などを取り除くことが可能であれば特に限定されるものではなく、遠心分離機、ＭＦ（精密ろ過）膜やＵＦ（限外ろ過）膜などのろ過膜などを用いることができる。

また、上記実施形態では、第１半透膜装置４Ａと第２半透膜装置４Ｂとが流路Ｌ９，Ｌ１０を介して分離されているが、両装置４Ａ，４Ｂを流路Ｌ９，Ｌ１０で接続することなく一体化してもよい。

１Ａ，１Ｂ第一室
２Ａ，２Ｂ第二室
３Ａ，３Ｂ半透膜
４Ａ第１半透膜装置
４Ｂ第２半透膜装置
５濃縮装置
６逆浸透膜装置
１０濃縮システム
Ｌ１被処理液供給路
Ｌ２被処理液排出路
Ｌ３吸水液供給路
Ｌ４吸水液排出路

Claims

それぞれが、被処理液が供給される第一室、吸水液が供給される第二室、及び前記第一室と前記第二室とに仕切る半透膜を備えるとともに、被処理液の水分の一部を前記第一室から前記半透膜を介して前記第二室に移動させて被処理液を濃縮する第１半透膜装置及び第２半透膜装置と、
被処理液を前記第１半透膜装置の第一室、前記第２半透膜装置の第一室の順に供給する被処理液供給路と、
前記第２半透膜装置の第一室において濃縮された被処理液を排出する被処理液排出路と、
前記被処理液排出路を介して前記第２半透膜装置の第一室において濃縮された被処理液が供給されかつ該被処理液をさらに濃縮する濃縮装置と、
前記濃縮装置において濃縮された被処理液を排出しかつその一部を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室、前記第１半透膜装置の第二室の順に供給する吸水液供給路と、
前記第１半透膜装置の第二室において半透膜を透過した水分により希釈された吸水液を排出する吸水液排出路と、を備え、
前記第２半透膜装置は、前記吸水液供給路を介して第一室の被処理液よりも浸透圧の高い吸水液が第二室に供給されることで、正浸透法により被処理液を濃縮し、
前記第１半透膜装置は、前記第２半透膜装置の第二室において半透膜を透過した水分により希釈されかつ第一室の被処理液よりも浸透圧の低い吸水液が第二室に供給されることで、逆浸透法により被処理液を濃縮する、濃縮システム。
前記濃縮装置は、前記被処理液排出路により供給される被処理液の水分の一部を蒸発させることで該被処理液を濃縮する、請求項１に記載の濃縮システム。
被処理液から逆浸透法により透過水を分離して該被処理液を濃縮する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置において濃縮された被処理液を前記第１半透膜装置の第一室に供給する被処理液供給路と、をさらに備える、請求項１又は２に記載の濃縮システム。
前記吸水液排出路は、前記第１半透膜装置の第二室において希釈された吸水液を被処理液として前記逆浸透膜装置に還流する、請求項３に記載の濃縮システム。
前記濃縮装置で生成された析出物を被処理液から固液分離する固液分離装置をさらに備え、
前記固液分離装置で生成されたろ液が吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給される、請求項１～４のいずれかに記載の濃縮システム。
それぞれが半透膜によって仕切られた第一室及び第二室を有する第１半透膜装置及び第２半透膜装置の前記第一室に、前記第１半透膜装置、前記第２半透膜装置の順に被処理液を供給する一方、前記第二室に前記第２半透膜装置、前記第１半透膜装置の順に吸水液を供給し、被処理液の水分の一部を前記第一室から前記半透膜を介して前記第二室に移動させて被処理液を濃縮する第１濃縮工程と、
前記第１濃縮工程で濃縮された被処理液をさらに濃縮する第２濃縮工程と、を含み、
前記第２濃縮工程で濃縮された被処理液の一部を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給し、
前記第１濃縮工程では、
前記第２半透膜装置の第一室の被処理液に対して、前記第２濃縮工程で得られかつ該被処理液よりも浸透圧の高い吸水液を前記半透膜を介して接触させて、正浸透法により被処理液を濃縮する正浸透膜処理工程と、
前記第１半透膜装置の第一室の被処理液に対して、前記正浸透処理工程で希釈されかつ該被処理液よりも浸透圧の低い吸水液を前記半透膜を介して接触させて、逆浸透法により被処理液を濃縮する逆浸透膜処理工程と、が行われる、濃縮方法。
前記第２濃縮工程では、前記第１濃縮工程後の被処理液の水分の一部を蒸発させることで該被処理液を濃縮する、請求項６に記載の濃縮方法。
被処理液から逆浸透法により透過水を分離して該被処理液を濃縮する前濃縮工程をさらに含み、
前記前濃縮工程で濃縮された被処理液を前記第１濃縮工程で濃縮する、請求項６又は７に記載の濃縮方法。
前記逆浸透膜処理工程で希釈された吸水液を前記前濃縮工程において被処理液として利用する、請求項８に記載の濃縮方法。
前記第２濃縮工程で生成された析出物を被処理液から固液分離する固液分離工程をさらに含み、
前記固液分離工程で生成されたろ液を吸水液として前記第２半透膜装置の第二室に供給する、請求項６～９のいずれかに記載の濃縮方法。