JP7289225B2 - 濃縮装置ならびに濃縮装置の洗浄方法および濃縮方法 - Google Patents

Description

本発明は、濃縮装置ならびに濃縮装置の洗浄方法および濃縮方法に関する。

海水などから純水を取り出す方法として、正浸透膜を用いた処理方法が知られている（特許文献１参照）。海水などのフィード溶液に対し、該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液を用意する。用意したこれらの溶液を正浸透膜を介して接触させることにより、正浸透現象を利用して浸透圧の低い側から浸透圧の高い側へ、すなわち、フィード溶液からドロー溶液へ水（水分子）を移行する方法である。そして、水が移行されたドロー溶液に適宜処理を施し、水を回収する。

正浸透現象を利用した技術は、上記のようにフィード溶液から水を取り出すことができるが、これは言い換えればフィード溶液を濃縮することになる。
ここで、ジュースなどの飲料を濃縮する従来の方法として、減圧によってその水分を蒸発させて濃縮する方法（減圧蒸留法）が挙げられる。しかし、この減圧蒸留法では風味（フレーバー）成分も蒸発してしまい、濃縮後に風味が落ちてしまう。
そこで、風味を落とさずに濃縮する方法として、フィード溶液として濃縮対象の飲料を用意し、正浸透現象を利用して水を抜いて濃縮化する方法が挙げられる。

特開２０１５－１８８７８７号公報

上記のような正浸透膜を用いた処理は、例えば、フィード溶液を収容するフィード槽、ドロー溶液を収容するドロー槽、正浸透膜を有する正浸透モジュールを備えた装置を用いて行われる。フィード槽と正浸透モジュールとの間でフィード溶液を循環させ、また、ドロー槽と正浸透モジュールとの間でドロー溶液を循環させつつ、正浸透モジュール内の正浸透膜を介してフィード溶液からドロー溶液へ水を移行させる。

このような装置により濃縮化の処理を行うと、正浸透膜の表面にはフィード溶液中の微粒子やＣＯＤ（化学的酸素要求量：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量：Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）、塩類などの溶解成分が堆積したり、析出したりする場合がある。この現象をファウリングという。長期間処理していると、このファウリングが進行して正浸透膜が目詰まりしてしまう。
通常はこのようなファウリングが生じないように、フィード溶液のフラックスや濃度を調整するが、ファウリングはどうしても徐々に進行し、フィード溶液のフラックスも低下し、濃縮化の効率は低下していく。

そこで、従来ではこのような正浸透膜のファウリングに対して、下記のような洗浄手法を単独または組み合わせで行い、ＣＩＰ洗浄（定置洗浄：Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）することで対応してきた。いずれも、正浸透モジュール内においてフィード溶液側に下記液を流し、その水圧や薬品成分により、正浸透膜のフィード溶液側に溜まったファウリングを解消しようとする方法である。
１． 膜を清澄な水で水洗する。
２． 膜をアルカリ系の洗浄剤で洗浄する。
３． 膜を酸系の洗浄剤で洗浄する。

しかしながら、上記のような膜洗浄は以下の問題点がある。
１． ＣＩＰ洗浄は時間がかかるため、頻繁に行うことができず、システムダウンタイムが長い。
２． ＣＩＰ洗浄では膜性能が回復しない場合も多い。
３． ＣＩＰ洗浄実施時は、フィード溶液、ドロー溶液とも抜き出してから行う必要があるため、高価な液体の場合は製品ロスが大きくなり、問題となることがある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、比較的、短時間かつ低コストで正浸透膜におけるファウリングを解消可能な濃縮装置およびその洗浄方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮される濃縮装置であって、
前記フィード溶液が送液されるフィードラインと、前記ドロー溶液が送液されるドローラインと、正浸透膜を有する正浸透モジュールと、該正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗する洗浄機構を有しており、
前記正浸透モジュールは、前記フィードラインからの前記フィード溶液が通過する第１部屋と、前記ドローラインからの前記ドロー溶液が通過する第２部屋をさらに有し、前記正浸透膜は前記第１部屋と前記第２部屋の仕切りであり、該正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮されるものであり、
前記洗浄機構は、前記フィード溶液よりも低い浸透圧を有する純水を含む洗浄液が送液される洗浄ラインと、該洗浄ラインにおける前記洗浄液の送液と前記ドローラインにおける前記ドロー溶液の送液を切り替えるバルブを有しており、
該バルブの切り替えにより、前記ドローラインからの前記ドロー溶液に替わって前記洗浄ラインからの前記洗浄液が前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過するものであり、前記正浸透膜を介して、前記第２部屋中の前記洗浄液から前記第１部屋中の前記フィード溶液へ前記洗浄液中の水が移行されて前記正浸透膜が逆洗されるものであることを特徴とする濃縮装置を提供する。

上記のような逆洗可能な洗浄機構を備えた濃縮装置であれば、濃縮時にフィード溶液からドロー溶液へ正浸透膜を介して水が移行して濃縮化が可能であり、また、ファウリングを解消するための洗浄時に洗浄液からフィード溶液へ正浸透膜を介して水が移行するだけであり、それによってファウリングを簡便に解消することができる。
フィード溶液は洗浄液からの水により一旦薄まるものの、再度ドロー溶液と正浸透膜を介して接触させれば水はドロー溶液に移行するため、成分に変化を起こすことなく洗浄およびその後の濃縮化が可能である。
また、ＣＩＰ洗浄では、フィード溶液およびドロー溶液を抜き出してから行う必要がありシステムダウンタイムが長いが、本発明の装置であれば非常に短い時間で正浸透膜を洗浄可能である。
また、ＣＩＰ洗浄のようにフィード溶液およびドロー溶液を抜き出す必要がないため、正浸透膜の洗浄の際の製品ロスをなくすことができる。そのため、低コスト化を図ることができる。
このようにファウリング解消を上記洗浄機構により簡便に行うことができるため、ファウリング解消のためにその都度ＣＩＰ洗浄を行う従来装置に比べて、ＣＩＰ洗浄の実施頻度を最小限にすることができる。つまり、薬品等を使用するＣＩＰ洗浄を何か他の理由等で別途行う必要性があるとしても、全体として大幅に頻度を減らすことができる。

また、前記正浸透モジュールは、外箱と該外箱内を通る中空糸を有しており、
前記正浸透膜は前記中空糸であり、前記第１部屋は前記中空糸内の空間であり、前記第２部屋は前記外箱内かつ前記中空糸外の空間とすることができる。

このような中空糸を有するものであれば、効率良くフィード溶液の濃縮化を行うことができるし、正浸透膜の逆洗も十分に行うことができる。

また、前記フィード溶液を収容するフィード槽と、前記ドロー溶液を収容するドロー槽と、前記洗浄液を収容する洗浄槽をさらに有し、
前記フィードラインは、前記フィード槽と前記正浸透モジュールとの間で前記フィード溶液を循環させるものであり、
前記ドローラインは、前記ドロー槽と前記正浸透モジュールとの間で前記ドロー溶液を循環させるものであり、
前記洗浄ラインは、前記洗浄槽と前記正浸透モジュールとの間で前記洗浄液を循環させるものとすることができる。

このようなものであれば、正浸透モジュールに一度通過させるだけ（１パス）では濃縮化が不十分なフィード溶液の場合でも、循環により繰り返してドロー溶液への水の移行を行うことができるので、十分に濃縮化を行うことができる。
また、ドロー溶液や洗浄液を循環可能なため、１パスの場合に比べて用意するドロー溶液や洗浄液の量を減らすことができ、コストを削減することができる。

また、前記フィード溶液は飲料とすることができる。

洗浄時においても、洗浄液から水がフィード溶液に移行するだけであるため安全であり、本発明は特に飲料の濃縮化に適した装置である。

また、前記ドロー溶液は食塩水とすることができる。

このように食塩水であれば、比較的低コストで簡便に用意することができる。

また、前記純水を含む洗浄液は、純水か、前記フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液とすることができる。

純水であれば比較的簡便に用意することができる。また、フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液であれば浸透圧を調整できるため、フィード溶液の浸透圧が高くなっている場合でも、洗浄液の浸透圧のその調整によって、フィード溶液と洗浄液の浸透圧の差が大きくなりすぎないように調整することができ、それによって正浸透膜への負荷が少なくなりトラブルを起こしにくくすることができる。また何らかの原因によって洗浄時に洗浄液からフィード溶液へ水以外のものが移行しても特に問題が生じない。

また本発明は、フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を濃縮する濃縮装置の洗浄方法であって、
前記フィード溶液が送液されるフィードラインと、前記ドロー溶液が送液されるドローラインと、正浸透膜を有する正浸透モジュールと、該正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗する洗浄機構を有しており、
前記正浸透モジュールは、前記フィードラインからの前記フィード溶液が通過する第１部屋と、前記ドローラインからの前記ドロー溶液が通過する第２部屋をさらに有し、前記正浸透膜は前記第１部屋と前記第２部屋の仕切りであり、該正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮されるものであり、
前記洗浄機構は、前記フィード溶液よりも低い浸透圧を有する純水を含む洗浄液が送液される洗浄ラインと、該洗浄ラインにおける前記洗浄液の送液と前記ドローラインにおける前記ドロー溶液の送液を切り替えるバルブを有する、前記濃縮装置を用い、
前記フィード溶液の濃縮を行った後、
前記バルブの切り替えにより、前記ドローラインからの前記ドロー溶液に替わって前記洗浄ラインからの前記洗浄液を前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過させ、前記正浸透膜を介して、前記第２部屋中の前記洗浄液から前記第１部屋中の前記フィード溶液へ前記洗浄液中の水を移行させて前記正浸透膜を逆洗することを特徴とする濃縮装置の洗浄方法を提供する。

このような濃縮装置の洗浄方法であれば、正浸透膜のファウリングを簡便に解消できる。
また、正浸透膜を介した水の移行だけで濃縮化および洗浄が可能である。
また、ＣＩＰ洗浄に比べてシステムダウンタイムを非常に短くすることができるし、洗浄時におけるフィード溶液やドロー溶液の抜き出しが必要ないため、製品ロスをなくすことができ、低コストで行うことができる。
そして、ファウリング解消を上記洗浄方法で簡便に行うことができるため、薬品等を使用するＣＩＰ洗浄の頻度を大幅に減らすことができる。

このとき、前記正浸透モジュールを、外箱と該外箱内を通る中空糸を有するものとし、
前記正浸透膜を前記中空糸とし、前記第１部屋を前記中空糸内の空間とし、前記第２部屋を前記外箱内かつ前記中空糸外の空間とすることができる。

このように中空糸を用いれば、効率良い濃縮化および正浸透膜の十分な逆洗を行うことができる。

また、前記濃縮装置を、
前記フィード溶液を収容するフィード槽と、前記ドロー溶液を収容するドロー槽と、前記洗浄液を収容する洗浄槽をさらに有するものとし、
前記フィードラインを、前記フィード槽と前記正浸透モジュールとの間で前記フィード溶液を循環させるものとし、
前記ドローラインを、前記ドロー槽と前記正浸透モジュールとの間で前記ドロー溶液を循環させるものとし、
前記洗浄ラインを、前記洗浄槽と前記正浸透モジュールとの間で前記洗浄液を循環させるものとすることができる。

このようにすれば、１パスでは濃縮化が不十分な場合でも、循環による繰り返しで十分な濃縮化が可能になる。また、特にドロー溶液と洗浄液の使用量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。

このとき、前記フィード溶液を飲料とすることができる。

洗浄時において、洗浄液から水がフィード溶液に移行するだけであるため安全であり、本発明は特に飲料の濃縮装置の洗浄に適している。

また、前記ドロー溶液を食塩水とすることができる。

このようにすれば比較的低コストで簡便にドロー溶液を用意することができる。

また、前記純水を含む洗浄液を、純水か、前記フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液とすることができる。

純水であれば比較的簡便に用意することができる。また、フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液であれば、洗浄液の浸透圧の調整、ひいてはフィード溶液と洗浄液の浸透圧の差の調整が可能であり、正浸透膜への負荷を抑制してトラブルを起こしにくくすることができる。何らかの原因によって洗浄時に洗浄液からフィード溶液へ水以外のものが移行しても特に問題が生じない。

また本発明は、フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を濃縮する濃縮方法であって、
上記本発明の濃縮装置の洗浄方法によって、前記濃縮装置における前記正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗した後、
前記バルブの切り替えにより、前記洗浄ラインからの前記洗浄液に替わって前記ドローラインからの前記ドロー溶液を前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過させ、逆洗後の前記正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を更に濃縮することを特徴とする濃縮方法を提供する。

このような濃縮方法であれば、正浸透膜の洗浄の際に、フィード溶液は洗浄液からの水により一旦薄まるものの、その後、再度ドロー溶液と正浸透膜を介して接触させれば水はドロー溶液に移行するため、成分に変化を起こすことなく濃縮化が可能である。例えば循環させることにより、洗浄前のときよりも更に濃く濃縮することもできる。
洗浄が正浸透膜を介しての水の移行によるものなので、洗浄後に速やかに安全にフィード溶液の濃縮化を再開することができる。

本発明の濃縮装置、濃縮装置の洗浄方法、濃縮方法であれば、従来に比べて大幅に短時間かつ低コストで、正浸透膜を逆洗してファウリングを十分に解消することができるし、洗浄後に速やかに濃縮化を再開できる。

本発明の濃縮装置の一例を示す概略図である。 スパイラル膜の内部構造の一例を示す概略図である。

以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の濃縮装置の概略の一例を示す。
本発明の濃縮装置１は、フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、フィード溶液中の水が移行されてフィード溶液が濃縮される装置である。図１に示す例では、フィード溶液を収容するフィード槽２と、ドロー溶液を収容するドロー槽３と、洗浄液（フィード溶液よりも低い浸透圧を有する。純水を含んでいる。）を収容する洗浄槽４を有している。また、正浸透膜５を有する正浸透モジュール６（以下、単にモジュールとも言う）を有している。

そして、このモジュール６に対して、フィード槽２、ドロー槽３、洗浄槽４のそれぞれを結ぶラインを有している。順に、フィードライン７、ドローライン８、洗浄ライン９である。フィードライン７ではフィード槽２中のフィード溶液がモジュール６との間で、またドローライン８ではドロー槽３中のドロー溶液がモジュール６との間で、さらには洗浄ライン９では洗浄槽４中の洗浄液がモジュール６との間で、各々循環して送液可能になっている。各液の送液のため、各ラインにはポンプが設けられている。

モジュール６は、外箱１０と、正浸透膜５として外箱１０の内部を通る中空糸１１を有している。中空糸１１はモジュール６内を貫通しており、モジュール６の内部は、正浸透膜５（中空糸１１）を仕切りとして、空間的に、中空糸１１内の空間（第１部屋）と、外箱１０内かつ中空糸１１外の空間（第２部屋）とに分かれている。
この第１部屋にはフィードライン７から送液されてくるフィード溶液が通過して排出可能になっている。また、第２部屋には、ドローライン８から送液されてくるドロー溶液、または、洗浄ライン９から送液されてくる洗浄液が通過して排出可能になっている。

このモジュール６の第２部屋を通過するドロー溶液および洗浄液の送液の仕組みについてさらに詳述する。
まずドローライン８は、モジュール６への入口付近およびモジュール６からの出口付近にバルブ１２Ａ、１２Ｂを有している。このバルブ１２Ａ、１２Ｂの開閉により、ドロー溶液をモジュール６へ送液開始・停止が可能である。
また洗浄ライン９は、モジュール６への入口付近およびモジュール６からの出口付近にバルブ１３Ａ、１３Ｂを有している。このバルブ１３Ａ、１３Ｂの開閉により、洗浄液をモジュール６へ送液開始・停止が可能である。
なお、バルブ１２Ａ－１３Ｂ、洗浄槽４、洗浄ライン９からなる、正浸透膜５のファウリングを逆洗で解消するための機構を洗浄機構１４と言う。

上記のバルブ１２Ａ－１３Ｂの開閉の切り替えにより、ドロー溶液および洗浄液のいずれかをモジュール６の第２部屋へ送液させる仕組みになっている。
フィード溶液の濃縮の際には、バルブ１２Ａ、１２Ｂが開けられており、バルブ１３Ａ、１３Ｂが閉じられている。この場合、モジュール６の第２部屋にはドローライン８からのドロー溶液のみが送液されることになる。モジュール６内で正浸透膜５を介して、第１部屋中のフィード溶液から第２部屋中のドロー溶液へフィード溶液中の水が移行されて、フィード溶液を濃縮することが可能である。
一方、正浸透膜５の逆洗においては、バルブ１２Ａ、１２Ｂは閉じられており、バルブ１３Ａ、１３Ｂは開けられている。この場合、濃縮時におけるドロー溶液の送液に替わって、モジュール６の第２部屋には洗浄ライン９からの洗浄液のみが送液されることになる。モジュール６内で正浸透膜５を介して、第２部屋中の洗浄液から第１部屋中のフィード溶液へ洗浄液中の水が移行されて、ファウリングにより詰まった正浸透膜５を逆洗することが可能である。

このような本発明の濃縮装置に対し、従来装置では、本発明における洗浄機構１４を備えていない。フィード溶液の濃縮により正浸透膜の第１部屋側にファウリングが生じた場合は、水や薬品を第１部屋側に流してその水圧や薬品成分でファウリングを除去することになるが（ＣＩＰ洗浄）、フィード溶液およびドロー溶液を抜き出す必要があり、コストや時間の点で問題となる。

一方で本発明の濃縮装置１では、上記洗浄機構１４を有しているため、フィード溶液やドロー溶液を抜き出す必要もなく、フィード溶液を流したままバルブ１２Ａ－１３Ｂの切り替えにより、簡単に正浸透膜５を逆洗してファウリングを解消することができる。従来のＣＩＰ洗浄のようにコストがかかるわけでもなく、また、正浸透膜５を介した水の移行だけで極めて短時間で洗浄することができる。システムダウンタイムを非常に短くすることができる。

なお、フィード溶液は飲料とすることができる。洗浄時において、洗浄液から水がフィード溶液に移行するだけであるため安全である、この特徴を生かし、本発明は特に飲料の濃縮化に適した装置である。果汁、ジュース、コーヒーなどが挙げられるが、これに限定されない。種々の排水や各種装置の冷却水なども含め、水が含まれるものであれば良い。

また、ドロー溶液が食塩水であると、比較的低コストで簡便に用意することができるので好ましい。他には、塩化カルシウム溶液、塩化マグネシウム溶液などの塩溶解物や、糖液などの有機化合物などとすることもできる。浸透圧がフィード溶液よりも高ければ良い。

また、洗浄液は浸透圧がフィード溶液よりも低く、純水を含んでいれば良い。例えば純水そのものとすることができる。純水であれば比較的簡便に用意することができる。
またフィード溶液中の溶質が溶けた水溶液も、仮に洗浄時に洗浄液からフィード溶液へ水以外のものが移行しても特に問題が生じないので好ましい。また、特にフィード溶液の浸透圧が高い場合に、正浸透膜への負荷を軽減することができる。

なお、図１に示す例では、前述したようにフィード槽２、ドロー槽３、洗浄槽４の配置に加え、これらの槽とモジュール６との間で各液が循環可能な形態でフィードライン７、ドローライン８、洗浄ライン９が設けられている。しかしながら本発明はこれに限定されず、各槽２－４は設けず、単に各ライン７－９のみモジュール６に対して配置し、循環ではなく１パスで各液をモジュール６に送液する形態とすることも可能である。各液の種類、浸透圧、量などに応じて、全て１パスの形態とするか、一部あるいは全てを循環の形態とするか、適宜、目的も考慮して決定することができる。

また、正浸透モジュール６中の正浸透膜５として中空糸１１を有する例を示したが特に限定されない。
例えば、中空糸よりも口径が大きいチューブラ膜からなるものとすることができる。あるいは、平膜からなるものや、平膜を用いたスパイラル膜からなるものとすることができる。
平膜からなるものは、例えば平膜を仕切りにして外箱内を２つの空間（第１部屋および第２部屋）に分けたものとすることができる。

また、従来公開されているスパイラル膜の図を用いてスパイラル膜について説明する。図２はスパイラル膜の内部構造の一例である。このスパイラル膜１５は、正浸透膜である平膜１６、フィード溶液が通過するメッシュ型のフィードスペーサ１７（第１部屋）、平膜１６、ドロー溶液が通過するメッシュ型のドロースペーサ１８（第２部屋）を順に重ね合わせ、それをドロー溶液が通過する中心管１９にのり巻きのようにスパイラル状に巻いたものである。この巻いた状態で外箱（不図示）内に収容されている。

フィード溶液は、スパイラル膜１５の断面周辺部の平膜１６同士の間のフィードスペーサ１７に送液されて通過する。このとき、フィードスペーサ１７内のフィード溶液中の水が浸透圧により平膜１６を介してドロースペーサ１８内のドロー溶液へ移行する。そして、濃縮されたフィード溶液が、スパイラル膜１５の反対側の断面周辺部から出ていくようになっている。

またスパイラル膜１５の中心部に位置する中心管１９には孔が設けられており、ドロー溶液の入口から送液されたドロー溶液を孔からドロースペーサ１８に拡散供給する役割と、拡散後にフィード溶液からドロー溶液に移行してきた水を含むドロー溶液をドロースペーサ１８から集める役目を持つ。そのため中心管１９は、その中央付近で管内がセパレータ２０で塞がれている。中心管１９においてセパレータ２０よりもドロー溶液の入口側では、ドロー溶液は中心管１９からドロースペーサ１８内へ拡散され、そこでは浸透圧により平膜１６を介してフィード溶液から水がドロー溶液に移行する。そして中心管においてセパレータ２０よりもドロー溶液の出口側では、ドロースペーサ１８内に一旦拡散したドロー溶液がフィード溶液からの水とともに中心管１９に集まり、最終的にドロー溶液の出口から出ていくようになっている。

次に、本発明の濃縮装置を用いた濃縮方法、本発明の濃縮装置の洗浄方法、洗浄後の濃縮方法についてまとめて説明する。ここでは図１に示す濃縮装置１を用いた例について説明する。
まず、濃縮装置１を使用して、フィード溶液およびドロー溶液をモジュール６の第１部屋、第２部屋にそれぞれ送液して通過させて、フィード溶液から、より浸透圧の高いドロー溶液へ（すなわち第１部屋から第２部屋へ）正浸透膜５を介して水を移行させ、フィード溶液の濃縮を行う。

この濃縮工程を行っていると、モジュール６内の正浸透膜５には、第１部屋側に徐々にファウリングが進行していく。なお、正浸透膜５のファウリングの進行具合や、洗浄の適切なタイミングを把握するため、各種パラメータについて計測しておくとよい。例えば、各液のフラックスの低下や、フィード溶液の入口と出口の差圧の変化およびドロー溶液の入口と出口の差圧の変化、または所定の通液量、所定の通液時間などとファウリングとの関係を予め調査しておき、上記パラメータの値に応じて、適切に洗浄を開始することができる。

正浸透膜５の洗浄を開始する際には、まず、ドローライン８において、モジュール６への入口付近のバルブ１２Ａを閉め、さらに出口付近のバルブ１２Ｂを閉める。そして洗浄ライン９において、モジュール６への入口付近のバルブ１３Ａを開け、出口付近のバルブ１３Ｂも開ける。これにより、ドロー溶液と入れ替わって洗浄液をモジュール６の第２部屋を通過させる。すると、この状態では浸透圧は洗浄液よりもフィード溶液の方が高いため、正浸透膜５を介する水の移行は逆向きになる。それまでの濃縮工程ではフィード溶液からドロー溶液への向きだったのに対し、洗浄工程では洗浄液からフィード溶液への向きとなる。すなわち、第２部屋から第１部屋へ水が移行する。
これにより正浸透膜５は逆洗状態となり、ファウリングしていた物質は移行してきた水と共にフィード溶液中に戻り、正浸透膜５の第１部屋側におけるファウリングを解消することができる。短時間かつ簡便に、しかも低コストでファウリングの解消が実現可能であり、極めて有効である。

なお、上記バルブの切り替えによる洗浄工程の時間が長くなるとフィード溶液の量が増加するので、ファウリングの解消具合との関係で、適宜洗浄時間を調整すると良い。
また、例えばフィード溶液に含まれる溶質が溶けた水溶液を洗浄液として用いることで、純水を用いる場合に比べ、フィード溶液と洗浄液との浸透圧差が大きくなりすぎないように調整することができる。このような調整により、大きな浸透圧差を原因として正浸透膜５が逆洗で損傷するのを効果的に防ぐことができる。

洗浄工程によってファウリングを所望のレベルまで解消した後は、濃縮工程から洗浄工程のときと逆の手順でバルブ１２Ａ－１３Ｂの切り替えを行って元の濃縮工程の状態に戻す。すなわち、洗浄液に替わってドロー溶液をモジュール６内の第２部屋へ送液して通過させる。これにより、フィード溶液の濃縮工程を速やかに再開することができる。洗浄工程によりフィード溶液中の水の量が一旦増えるものの、循環して濃縮化するなどして洗浄工程前よりも更に濃縮化することも可能である。

上述したように本発明の濃縮装置、その洗浄方法、濃縮方法では、逆洗によりファウリングした物質をフィード溶液中に戻して回収することができる。これに対して従来のＣＩＰ洗浄では水や薬品で洗い流してしまうので回収できない。本発明であれば、特に飲料においてフレーバー成分がたとえ一旦ファウリングしても、逆洗でそのフレーバー成分をフィード溶液中に回収して改めて飲料を濃縮することができるので、風味を落とさずに品質の良い濃縮飲料を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の濃縮装置、 ２…フィード槽、 ３…ドロー槽、 ４…洗浄槽、
５…正浸透膜、 ６…正浸透モジュール、 ７…フィードライン、
８…ドローライン、 ９…洗浄ライン、 １０…外箱、 １１…中空糸、
１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ…バルブ、 １４…洗浄機構、
１５…スパイラル膜、 １６…平膜、 １７…フィードスペーサ、
１８…ドロースペーサ １９…中心管、 ２０…セパレータ。

Claims (9)

1. フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮される濃縮装置であって、
   前記フィード溶液として飲料が送液されるフィードラインと、前記ドロー溶液が送液されるドローラインと、正浸透膜を有する正浸透モジュールと、該正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗する洗浄機構を有しており、
   前記正浸透モジュールは、前記フィードラインからの前記フィード溶液が通過する第１部屋と、前記ドローラインからの前記ドロー溶液が通過する第２部屋をさらに有し、前記正浸透膜は前記第１部屋と前記第２部屋の仕切りであり、該正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮されるものであり、
   前記洗浄機構は、前記フィード溶液よりも低い浸透圧を有する純水を含む洗浄液として、前記フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液が送液される洗浄ラインと、該洗浄ラインにおける前記洗浄液の送液と前記ドローラインにおける前記ドロー溶液の送液を切り替えるバルブを有しており、
   該バルブの切り替えにより、前記ドローラインからの前記ドロー溶液に替わって前記洗浄ラインからの前記洗浄液が前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過するものであり、前記正浸透膜を介して、前記第２部屋中の前記洗浄液から前記第１部屋中の前記フィード溶液へ前記洗浄液中の水が移行されて前記正浸透膜が逆洗されるものであることを特徴とする濃縮装置。
2. 前記正浸透モジュールは、外箱と該外箱内を通る中空糸を有しており、
   前記正浸透膜は前記中空糸であり、前記第１部屋は前記中空糸内の空間であり、前記第２部屋は前記外箱内かつ前記中空糸外の空間であることを特徴とする請求項１に記載の濃縮装置。
3. 前記フィード溶液を収容するフィード槽と、前記ドロー溶液を収容するドロー槽と、前記洗浄液を収容する洗浄槽をさらに有し、
   前記フィードラインは、前記フィード槽と前記正浸透モジュールとの間で前記フィード溶液を循環させるものであり、
   前記ドローラインは、前記ドロー槽と前記正浸透モジュールとの間で前記ドロー溶液を循環させるものであり、
   前記洗浄ラインは、前記洗浄槽と前記正浸透モジュールとの間で前記洗浄液を循環させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃縮装置。
4. 前記ドロー溶液は食塩水であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃縮装置。
5. フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を濃縮する濃縮装置の洗浄方法であって、
   前記フィード溶液として飲料が送液されるフィードラインと、前記ドロー溶液が送液されるドローラインと、正浸透膜を有する正浸透モジュールと、該正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗する洗浄機構を有しており、
   前記正浸透モジュールは、前記フィードラインからの前記フィード溶液が通過する第１部屋と、前記ドローラインからの前記ドロー溶液が通過する第２部屋をさらに有し、前記正浸透膜は前記第１部屋と前記第２部屋の仕切りであり、該正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水が移行されて前記フィード溶液が濃縮されるものであり、
   前記洗浄機構は、前記フィード溶液よりも低い浸透圧を有する純水を含む洗浄液として、前記フィード溶液中の溶質が溶けた水溶液が送液される洗浄ラインと、該洗浄ラインにおける前記洗浄液の送液と前記ドローラインにおける前記ドロー溶液の送液を切り替えるバルブを有する、前記濃縮装置を用い、
   前記フィード溶液の濃縮を行った後、
   前記バルブの切り替えにより、前記ドローラインからの前記ドロー溶液に替わって前記洗浄ラインからの前記洗浄液を前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過させ、前記正浸透膜を介して、前記第２部屋中の前記洗浄液から前記第１部屋中の前記フィード溶液へ前記洗浄液中の水を移行させて前記正浸透膜を逆洗することを特徴とする濃縮装置の洗浄方法。
6. 前記正浸透モジュールを、外箱と該外箱内を通る中空糸を有するものとし、
   前記正浸透膜を前記中空糸とし、前記第１部屋を前記中空糸内の空間とし、前記第２部屋を前記外箱内かつ前記中空糸外の空間とすることを特徴とする請求項５に記載の濃縮装置の洗浄方法。
7. 前記濃縮装置を、
   前記フィード溶液を収容するフィード槽と、前記ドロー溶液を収容するドロー槽と、前記洗浄液を収容する洗浄槽をさらに有するものとし、
   前記フィードラインを、前記フィード槽と前記正浸透モジュールとの間で前記フィード溶液を循環させるものとし、
   前記ドローラインを、前記ドロー槽と前記正浸透モジュールとの間で前記ドロー溶液を循環させるものとし、
   前記洗浄ラインを、前記洗浄槽と前記正浸透モジュールとの間で前記洗浄液を循環させるものとすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の濃縮装置の洗浄方法。
8. 前記ドロー溶液を食塩水とすることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の濃縮装置の洗浄方法。
9. フィード溶液から該フィード溶液よりも高い浸透圧を有するドロー溶液へ、前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を濃縮する濃縮方法であって、
   請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の濃縮装置の洗浄方法によって、前記濃縮装置における前記正浸透モジュールの前記正浸透膜を逆洗した後、
   前記バルブの切り替えにより、前記洗浄ラインからの前記洗浄液に替わって前記ドローラインからの前記ドロー溶液を前記正浸透モジュールの前記第２部屋を通過させ、逆洗後の前記正浸透膜を介して、前記第１部屋中の前記フィード溶液から前記第２部屋中の前記ドロー溶液へ前記フィード溶液中の水を移行させて前記フィード溶液を更に濃縮することを特徴とする濃縮方法。

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