JP7547243B2 - Water Treatment Systems - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、多段式の正浸透膜ユニットによって構成される水処理システムに関する。 An embodiment of the present invention relates to a water treatment system that is composed of a multi-stage forward osmosis membrane unit.
従来、水処理の分野では、逆浸透膜法は既に多くの応用がなされている。その１つとして、例えば海水の淡水化がある。 Traditionally, reverse osmosis has been used in many applications in the field of water treatment. One such application is the desalinization of seawater.
逆浸透膜法は、浸透膜の溶質のある側から圧力をかけ、浸透膜の反対側に純水を取り出す方式である。海水のように塩分（溶質）があると浸透圧が生じ、浸透膜の反対側から水を吸収しようとする力が働く。この力に逆らって圧力をかけるので、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜法という。この時の圧力は海水の場合だと５メガパスカル（５０気圧）以上になるため、ポンプに必要な電力も大きなものになり、コストと環境負荷も大きなものとなる。 The reverse osmosis membrane method applies pressure to the side of the osmosis membrane where the solute is located, and extracts pure water on the other side of the membrane. When there is salt (solute), as in seawater, osmotic pressure is generated, and a force acts to absorb water from the other side of the osmosis membrane. Because pressure is applied against this force, the method is called reverse osmosis (RO) membrane method. In the case of seawater, the pressure at this time is over 5 megapascals (50 atmospheres), so the power required for the pump is large, resulting in large costs and a large environmental impact.
これに対して、対象となる処理液よりも高い浸透圧の溶液（以下、「ドロー液」と称する）を用いて、浸透膜の反対側から水を吸収し、対象液（以下、「フィード液」と称する）を濃縮する方式を正浸透（ＦＯ：Forward Osmosis）膜法という。ＦＯの場合だと、自然の方向、すなわち浸透圧の方向に水が吸収されるので、加圧する必要はない。しかし、水の吸収によりドロー液は薄まるので、ドロー液を濃縮する必要が生じる。 In contrast, the forward osmosis (FO) membrane method uses a solution with a higher osmotic pressure than the target processing liquid (hereafter referred to as the "draw liquid") to absorb water from the opposite side of the osmosis membrane and concentrate the target liquid (hereafter referred to as the "feed liquid"). In the case of FO, water is absorbed in the natural direction, that is, in the direction of osmotic pressure, so there is no need to apply pressure. However, the draw liquid becomes diluted as it absorbs water, so it becomes necessary to concentrate the draw liquid.
ドロー液の材料としては、フィード液の濃縮が容易にできるものが望ましく、例えば、熱で水相から相分離する低分子材料や、熱で水相から相分離する高分子材料のほか、炭酸アンモニウムのように、熱分解によってアンモニアガスと二酸化炭素ガスとに分離することによって水を分離することが可能な材料や、熱分解でアミン相と水相に分離するスイッチャブル材料などが知られている。 Materials for the draw liquid are preferably those that allow easy concentration of the feed liquid. For example, low molecular weight materials that undergo phase separation from the aqueous phase when heated, polymeric materials that undergo phase separation from the aqueous phase when heated, materials that can separate water by separating into ammonia gas and carbon dioxide gas through thermal decomposition, such as ammonium carbonate, and switchable materials that separate into an amine phase and an aqueous phase through thermal decomposition are known.
前述したように、正浸透膜法の場合、フィード液から、正浸透膜を介して、浸透圧の方向、すなわちドロー液の方向に水が吸収される。 As mentioned above, in the case of the forward osmosis membrane method, water is absorbed from the feed liquid through the forward osmosis membrane in the direction of osmotic pressure, i.e., in the direction of the draw liquid.
しかしながら、ドロー液として低分子材料を適用した場合には、正浸透膜法であっても、浸透圧の方向と逆の方向、すなわちフィード液の方向に、ドロー液が透過することも知られている。浸透膜を介した物質の移動をフラックスと呼び、浸透圧の方向への水の移動をフラックスＪｗ（ｍｏｌ／ｍ２ｈ）、浸透圧の方向と逆の方向へのドロー液の移動をフラックスＪｓ（ｍｏｌ／ｍ２ｈ）という指標で表すことができる。 However, it is known that when a low molecular weight material is used as the draw liquid, the draw liquid permeates in the direction opposite to the osmotic pressure, i.e., in the direction of the feed liquid, even in the forward osmosis membrane method. The movement of a substance through an osmosis membrane is called flux, and the movement of water in the direction of osmotic pressure can be expressed as an index called flux Jw (mol/ m2h ), and the movement of the draw liquid in the direction opposite to the direction of osmotic pressure can be expressed as flux Js (mol/ m2h ).
これら指標はドロー液の性能を表すために使用することができ、フラックスＪｗが大きく、フラックスＪｓが小さいことが望ましい。フラックスＪｓが大きいことは、ドロー液の流失が大きいことを意味し、コスト増につながる。また、フィード液として、食品や飲料水を適用する場合、フラックスＪｓが大きいと、フィード液に混入するドロー液の量も増えるので、フィード液の品質の低下をもたらし、結局は、濃縮後のフィード液を、食品や飲料水として利用できなくなる場合もあり得る。 These indices can be used to express the performance of the draw liquid, and it is desirable for the flux Jw to be large and the flux Js to be small. A large flux Js means that a large amount of the draw liquid is lost, which leads to increased costs. Furthermore, when food or drinking water is used as the feed liquid, a large flux Js increases the amount of draw liquid mixed into the feed liquid, resulting in a decrease in the quality of the feed liquid, and ultimately, it may be the case that the concentrated feed liquid cannot be used as food or drinking water.
一方、ドロー液として高分子材料を適用した場合には、フラックスＪｓは非常に小さい。特許文献１には、ドロー液として、熱によって水と相分離可能なポリマーが使用された技術が開示されている。しかしながら、ポリマーのような高分子材料は、分子量が大きいため、浸透圧に寄与するモル数では不利になり、濃厚な溶液にして大きな浸透圧を持たせることは難しい。したがって、大きなフラックスＪｗを実現することはできず、フィード液の濃縮効率も低くなる。 On the other hand, when a polymeric material is used as the draw liquid, the flux Js is very small. Patent Document 1 discloses a technology in which a polymer that can be phase-separated from water by heat is used as the draw liquid. However, since polymeric materials such as polymers have a large molecular weight, they are at a disadvantage in terms of the number of moles that contribute to the osmotic pressure, and it is difficult to make a concentrated solution with a large osmotic pressure. Therefore, a large flux Jw cannot be achieved, and the concentration efficiency of the feed liquid is also low.
本発明が解決しようとする課題は、処理後のフィード液の品質を低下させることなく、フィード液の濃縮効率の向上を図ることが可能な水処理システムを提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a water treatment system that can improve the concentration efficiency of the feed liquid without reducing the quality of the treated feed liquid.
実施形態によれば、水処理システムは、フィード液と、フィード液よりも高い浸透圧を有するドロー液とを正浸透膜を介して接触させることで、フィード液中の水を、ドロー液中に移動させる複数段の正浸透膜ユニットと、除去部とを備え、前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続して構成される。各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高い。最終段の正浸透膜ユニットのドロー液には、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用し、除去部は、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液から、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液へ流失した、最終段の正浸透膜ユニットまたは後段の正浸透膜ユニットのドロー液を除去する。 According to an embodiment, the water treatment system includes a forward osmosis membrane unit in a plurality of stages that transfers water in the feed liquid into the draw liquid by contacting the feed liquid with a draw liquid having a higher osmotic pressure than the feed liquid through a forward osmosis membrane, and a removal unit. The forward osmosis membrane unit in a plurality of stages is connected in series by using the draw liquid of the forward osmosis membrane unit in the preceding stage as the feed liquid of the forward osmosis membrane unit in the succeeding stage. The concentration of the draw liquid in each forward osmosis membrane unit is higher than the concentration of the draw liquid in the forward osmosis membrane unit in the preceding stage. A monomer capable of phase-separating from water by heat is applied to the draw liquid of the forward osmosis membrane unit in the final stage, and the removal unit removes the draw liquid of the forward osmosis membrane unit in the final stage or the forward osmosis membrane unit in the succeeding stage that has flowed out from the feed liquid that has contacted the draw liquid in the forward osmosis membrane unit in the first stage to the feed liquid that has contacted the draw liquid in the forward osmosis membrane unit in the first stage .
以下に、各実施形態の水処理システムを、図面を参照して説明する。 The water treatment system of each embodiment will be described below with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a water treatment system according to a first embodiment.
第１の実施形態の水処理システム１０は、複数段の正浸透膜ユニット２０を、直列に接続して構成する。図１は、例として、最も単純な２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続した構成を示している。複数段とは少なくとも２以上の正浸透膜ユニットを備えることを指す。 The water treatment system 10 of the first embodiment is configured by connecting multiple stages of forward osmosis membrane units 20 in series. As an example, FIG. 1 shows the simplest configuration in which two stages of forward osmosis membrane units 20 (#1) and (#n) are connected in series. Multiple stages refers to having at least two or more forward osmosis membrane units.
正浸透膜ユニット２０（＃１）の内部は、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃１）によって、フィード液流通部２４ａ（＃１）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）とに区切られている。 The interior of the forward osmosis membrane unit 20 (#1) is divided into a feed liquid flow section 24a (#1) and a draw liquid flow section 24b (#1) by a forward osmosis membrane 22 (#1) arranged in the height direction.
フィード液流通部２４ａ（＃１）には、図中上側からフィード液ＦＳが導入され、図中下側から排出される。一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）には、図中下側からドロー液ＤＳ１が導入され、図中上側から排出される。 Feed liquid FS is introduced into the feed liquid flow section 24a (#1) from the top side in the figure and discharged from the bottom side in the figure. On the other hand, draw liquid DS1 is introduced into the draw liquid flow section 24b (#1) from the bottom side in the figure and discharged from the top side in the figure.
これによって、正浸透膜ユニット２０（＃１）内において、フィード液ＦＳとドロー液ＤＳ１とが正浸透膜２２（＃１）を介して対向しながら接触する。 As a result, in the forward osmosis membrane unit 20 (#1), the feed liquid FS and the draw liquid DS1 come into contact while facing each other through the forward osmosis membrane 22 (#1).
ドロー液ＤＳ１は、フィード液ＦＳよりも高い浸透圧を有している。したがって、正浸透膜ユニット２０（＃１）では、フィード液ＦＳとドロー液ＤＳ１とが正浸透膜２２（＃１）を介して接触することによって、フィード液ＦＳ中の水Ｗ（＃１）が、ドロー液ＤＳ１中へ移動する。 The draw liquid DS1 has a higher osmotic pressure than the feed liquid FS. Therefore, in the forward osmosis membrane unit 20 (#1), the feed liquid FS and the draw liquid DS1 come into contact with each other through the forward osmosis membrane 22 (#1), and the water W (#1) in the feed liquid FS moves into the draw liquid DS1.
正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）の内部も、正浸透膜ユニット２０（＃１）と同様に、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃ｎ）によって、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）とに区切られている。 The interior of the forward osmosis membrane unit 20 (#n), like the forward osmosis membrane unit 20 (#1), is divided into a feed liquid flow section 24a (#n) and a draw liquid flow section 24b (#n) by a forward osmosis membrane 22 (#n) arranged in the height direction.
フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）には、図中上側から、正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から排出されたドロー液ＤＳ１が、フィード液として導入され、図中下側から排出される。一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）には、図中下側からドロー液ＤＳ２が導入され、図中上側から排出される。 The draw liquid DS1 discharged from the draw liquid flow section 24b (#1) of the forward osmosis membrane unit 20 (#1) is introduced as a feed liquid into the feed liquid flow section 24a (#n) from the upper side in the figure, and is discharged from the lower side in the figure. On the other hand, the draw liquid DS2 is introduced into the draw liquid flow section 24b (#n) from the lower side in the figure, and is discharged from the upper side in the figure.
これによって、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）内においても、フィード液であるドロー液ＤＳ１と、ドロー液であるドロー液ＤＳ２とが正浸透膜２２（＃ｎ）を介して対向しながら接触する。 As a result, even in the forward osmosis membrane unit 20 (#n), the feed liquid, DS1, and the draw liquid, DS2, come into contact with each other while facing each other through the forward osmosis membrane 22 (#n).
各段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液ＤＳの濃度は、前段の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳの濃度よりも高くする。したがって、図１の例の場合、ドロー液ＤＳ２の濃度は、ドロー液ＤＳ１の濃度よりも高い。これにより、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）では、フィード液であるドロー液ＤＳ１と、ドロー液であるドロー液ＤＳ２とが正浸透膜２２（＃ｎ）を介して接触することによって、ドロー液ＤＳ１中の水Ｗ（＃ｎ）が、ドロー液ＤＳ２中へ移動する。 The concentration of the draw liquid DS in each forward osmosis membrane unit 20 is made higher than the concentration of the draw liquid DS in the forward osmosis membrane unit 20 in the previous stage. Therefore, in the example of FIG. 1, the concentration of the draw liquid DS2 is higher than the concentration of the draw liquid DS1. As a result, in the forward osmosis membrane unit 20 (#n), the draw liquid DS1, which is the feed liquid, and the draw liquid DS2, which is the draw liquid, come into contact with each other through the forward osmosis membrane 22 (#n), and the water W (#n) in the draw liquid DS1 moves into the draw liquid DS2.
また、本実施形態の水処理システム１０では、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のドロー液ＤＳ２には、最終段以外の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳ１と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を適用してもよい。具体的には、ドロー液ＤＳ２として、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用する。この種のモノマーとしては、アミンと酸性ガスとを含み、熱によってアミン相と水相とに分離するスイッチャブル液体であるスイッチャブルアミンが好適である。一方、ドロー液ＤＳ２と異なる場合、最終段以外の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液ＤＳ１としては、例えばサッカロースのように、逆浸透膜によって濃縮可能な液体を適用するのが好適である。 In the water treatment system 10 of this embodiment, the draw liquid DS2 of the final stage forward osmosis membrane unit 20 (#n) may be the same material as the draw liquid DS1 of the forward osmosis membrane unit 20 other than the final stage, or a different material may be used. Specifically, a monomer that can be phase-separated from water by heat is used as the draw liquid DS2. A suitable monomer of this type is a switchable amine, which contains an amine and an acidic gas and is a switchable liquid that can be separated into an amine phase and a water phase by heat. On the other hand, if the draw liquid DS1 is different from the draw liquid DS2, it is suitable to use a liquid that can be concentrated by a reverse osmosis membrane, such as sucrose, as the draw liquid DS1 of the forward osmosis membrane unit 20 (#1) other than the final stage.
したがって、以下では、ドロー液ＤＳ１としてサッカロースを、ドロー液ＤＳ２としてモノマーのスイッチャブルアミンを適用した例について説明する。 Therefore, below we will explain an example in which sucrose is used as the draw liquid DS1 and a monomeric switchable amine is used as the draw liquid DS2.
最終段である正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）の下流側には、加熱部３０と再生部４０とをこの順に直列に配置しており、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）から排出されたドロー液ＤＳ２は、加熱部３０へ導入される。加熱部３０は、ドロー液ＤＳ２を加熱する。 Downstream of the final stage, the forward osmosis membrane unit 20 (#n), a heating section 30 and a regeneration section 40 are arranged in series in this order, and the draw liquid DS2 discharged from the draw liquid flow section 24b (#n) is introduced into the heating section 30. The heating section 30 heats the draw liquid DS2.
ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンは、熱によって水と相分離可能なモノマーであるので、加熱部３０によって加熱されると、アミン相と水相とに分離する。加熱部３０には水回収ライン３２が接続されており、水相に分離された水は、水回収ライン３２によって系外へ排出される。一方、アミン相に分離されたアミンは、再生部４０へ導入される。 The switchable amine, which is the draw liquid DS2, is a monomer that can be phase-separated from water by heat, so when it is heated by the heating section 30, it separates into an amine phase and an aqueous phase. A water recovery line 32 is connected to the heating section 30, and the water separated into the aqueous phase is discharged outside the system by the water recovery line 32. On the other hand, the amine separated into the amine phase is introduced into the regeneration section 40.
再生部４０は、加熱部３０から導入されたアミンに、例えばＣＯ２ガスのような酸性ガスを供給する。これによって、アミンは再び水溶性となる。このようにしてアミンは、ドロー液ＤＳ２として再生され、最終段である正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）に図中下側から導入される。 The regeneration section 40 supplies an acidic gas, such as CO2 gas, to the amine introduced from the heating section 30. This makes the amine water-soluble again. In this manner, the amine is regenerated as the draw liquid DS2 and introduced from the lower side in the figure into the draw liquid flow section 24b (#n) of the forward osmosis membrane unit 20 (#n) in the final stage.
次に、以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０の性能について説明する。 Next, we will explain the performance of the water treatment system 10 of this embodiment configured as described above.
ドロー液ＤＳ２の濃度は、ドロー液ＤＳ１の濃度よりも高い。本実施形態では、一例として、ドロー液ＤＳ１であるサッカロースのモル濃度を１．２（ｍｏｌ／Ｌ）、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンのモル濃度を２．７～５．３（ｍｏｌ／Ｌ）とする。 The concentration of the draw liquid DS2 is higher than the concentration of the draw liquid DS1. In this embodiment, as an example, the molar concentration of sucrose in the draw liquid DS1 is 1.2 (mol/L), and the molar concentration of the switchable amine in the draw liquid DS2 is 2.7 to 5.3 (mol/L).
図２は、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）におけるドロー液ＤＳ２として適用可能なモノマーである５種類のスイッチャブルアミンのドロー性能の一例を示す表である。 Figure 2 is a table showing an example of the draw performance of five types of switchable amines, which are monomers that can be used as the draw liquid DS2 in the final stage forward osmosis membrane unit 20 (#n).
図３は、最終段以外の正浸透膜ユニット２０（＃１）におけるドロー液ＤＳ１として適用可能な種々の物質のドロー性能の一例を示す表である。ドロー液ＤＳ１としては、前述したサッカロースの他にも、キシリトール、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２も適用可能であるので、図３では、これら物質のドロー性能も示している。ＮａＣｌが３．５ｗｔ．％でも用いることができるので、海水をドロー液ＤＳ１として用いた場合も、ＮａＣｌが３．５ｗｔ．％と同様のドロー性能を得ることができることがわかる。 Fig. 3 is a table showing examples of the draw performance of various substances that can be used as the draw liquid DS1 in the forward osmosis membrane unit 20 (#1) other than the final stage. In addition to the above-mentioned sucrose, xylitol, NaCl, and MgCl2 can also be used as the draw liquid DS1, so Fig. 3 also shows the draw performance of these substances. Since NaCl can be used even at 3.5 wt. %, it can be seen that even when seawater is used as the draw liquid DS1, draw performance similar to that of NaCl at 3.5 wt. % can be obtained.
図２に示すモノマーである５種類のスイッチャブルアミンは何れも非水溶性であるが、ＣＯ２と反応して、水溶性のアミン塩となる。図２に示す値は、所定の重量濃度のアミン水溶液を作り、ＣＯ２で約１時間バブル攪拌し、均一になったものをドロー液ＤＳ２として用い、実際に正浸透膜を用いた実験を行うことによって得た。 The five switchable amine monomers shown in Figure 2 are all water-insoluble, but react with CO 2 to form water-soluble amine salts. The values shown in Figure 2 were obtained by preparing an amine aqueous solution of a given weight concentration, bubbling and stirring with CO 2 for about an hour, and using the homogenized solution as draw liquid DS2 in an experiment using an actual forward osmosis membrane.
この実験は、静置型のセルで行い、正浸透膜としてＣＴＡ－ＥＳ膜を用い、フィード液ＦＳからドロー液ＤＳ２への２０分間における水Ｗの移動量を計測することによって、フラックスＪｗを算出した。また、フィード液ＦＳを、株式会社島津製作所製のＴＯＣで分析することによって、ドロー液ＤＳ２のフラックスＪｓを算出し、算出されたフラックスＪｓから、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）におけるドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）側から正浸透膜２２（＃ｎ）を介したフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側への流失速度に相当するドロー液ＤＳ２の１回目流失（ｍｏｌ％／ｈ）を算出した。 This experiment was carried out in a stationary cell, using a CTA-ES membrane as the forward osmosis membrane, and the flux Jw was calculated by measuring the amount of water W transferred from the feed liquid FS to the draw liquid DS2 in 20 minutes. The feed liquid FS was also analyzed using a TOC manufactured by Shimadzu Corporation to calculate the flux Js of the draw liquid DS2, and the first flow-out (mol%/h) of the draw liquid DS2, which corresponds to the flow-out rate from the draw liquid flow section 24b(#n) side to the feed liquid flow section 24a(#n) side via the forward osmosis membrane 22(#n) in the final stage forward osmosis membrane unit 20(#n), was calculated from the calculated flux Js.
さらに、正浸透膜２２（＃１）にも正浸透膜２２（＃ｎ）と同じ膜を使用し、ドロー液ＤＳ２が正浸透膜２２を介して同じ割合で流失すると仮定して、正浸透膜ユニット２０（＃１）におけるドロー液流通部２４ｂ（＃１）側から正浸透膜２２（＃１）を介したフィード液流通部２４ａ（＃１）側への流失速度に相当するドロー液ＤＳ２の２回目流失（ｍｏｌ％／ｈ）を算出した。 Furthermore, assuming that the same membrane as the forward osmosis membrane 22 (#n) is used for the forward osmosis membrane 22 (#1) and that the draw liquid DS2 flows out at the same rate through the forward osmosis membrane 22, the second flow-out (mol%/h) of the draw liquid DS2 corresponding to the flow-out rate from the draw liquid flow section 24b (#1) side to the feed liquid flow section 24a (#1) side through the forward osmosis membrane 22 (#1) in the forward osmosis membrane unit 20 (#1) was calculated.
図３に記載される諸元値も、ドロー液ＤＳ１をそれぞれＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２、サッカロース、キシリトールとして、上記同様の実験を行うことによってドロー液ＤＳ１の流失値を得た。 The specifications shown in FIG. 3 were also obtained by performing the same experiment as above, except that the draw liquid DS1 was made of NaCl, MgCl 2 , sucrose, or xylitol, to obtain runoff values of the draw liquid DS1.
図２に示す結果は、モノマーであるスイッチャブルアミンをドロー液ＤＳ２として適用した場合、溶解できる分子数が著しく増加し、吸引力が上がることにより、大きなフラックスＪｗが得られることに加え、フラックスＪｓが小さいので、ドロー液ＤＳ２として優れた特性を有していることを示している。なお、アミンは、価格が高価であることや、フィード液ＦＳへ流入するとフィード液ＦＳの利用に影響を与えることが考えられるので、フィード液ＦＳへの流入を低減する必要がある。 The results shown in Figure 2 show that when a monomeric switchable amine is used as the draw liquid DS2, the number of molecules that can be dissolved increases significantly, and the suction force increases, resulting in a large flux Jw. In addition, the flux Js is small, indicating that the switchable amine has excellent properties as a draw liquid DS2. Note that amines are expensive, and because their inflow into the feed liquid FS may affect the use of the feed liquid FS, it is necessary to reduce their inflow into the feed liquid FS.
図２に記載されているように、モノマーである５種類のスイッチャブルアミンをドロー液ＤＳ２として適用した場合、正浸透膜２２を介した１回目のドロー液ＤＳ２の流失率の平均値は０．０３（ｍｏｌ％／ｈ）である。つまり、図１に示されているように、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）において、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）側から正浸透膜２２（＃ｎ）を介してフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側へ、１時間に０．０３（ｍｏｌ％）の割合で、スイッチャブルアミンが流失する。 As shown in FIG. 2, when five types of switchable amines, which are monomers, are used as the draw liquid DS2, the average loss rate of the first draw liquid DS2 through the forward osmosis membrane 22 is 0.03 (mol%/h). In other words, as shown in FIG. 1, in the forward osmosis membrane unit 20 (#n), the switchable amine flows from the draw liquid flow section 24b (#n) side through the forward osmosis membrane 22 (#n) to the feed liquid flow section 24a (#n) side at a rate of 0.03 (mol%) per hour.
フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側へ流失したスイッチャブルアミンは、ドロー液ＤＳ１であるサッカロースと混合されて正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）へ導入される。そして、正浸透膜ユニット２０（＃１）においても、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）側から正浸透膜２２（＃１）を介してフィード液流通部２４ａ（＃１）側へ、スイッチャブルアミンが流失する。 The switchable amine that has flowed out to the feed liquid flow section 24a (#n) is mixed with sucrose, which is the draw liquid DS1, and introduced into the draw liquid flow section 24b (#1) of the forward osmosis membrane unit 20 (#1). Then, in the forward osmosis membrane unit 20 (#1), the switchable amine also flows out from the draw liquid flow section 24b (#1) to the feed liquid flow section 24a (#1) through the forward osmosis membrane 22 (#1).
この２回目の流失における５種類のスイッチャブルアミンの流失率（ｍｏｌ％／ｈ）の平均値は、２×１０－５（ｍｏｌ％／ｈ）である。 The average washout rate (mol %/h) of the five switchable amines in this second washout was 2×10 −5 (mol %/h).
すなわち、正浸透膜ユニット２０を１段多く設けることによって、スイッチャブルアミンのフィード液側への流失率を、３×１０－２（ｍｏｌ％／ｈ）から２×１０－５（ｍｏｌ％／ｈ）へと３桁改善できる。 That is, by providing one more forward osmosis membrane unit 20, the rate at which the switchable amine flows into the feed liquid can be improved by three orders of magnitude, from 3×10 −2 (mol %/h) to 2×10 −5 (mol %/h).
なお、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）で使用されるドロー液ＤＳ１であるサッカロースは、０．０２（ｍｏｌ％／ｈ）の流失率でフィード液ＦＳへ流失するが、サッカロースは、人体への影響はない。 The sucrose used in the draw liquid DS1 in the first stage forward osmosis membrane unit 20 (#1) is lost to the feed liquid FS at a loss rate of 0.02 (mol%/h), but this sucrose has no effect on the human body.
以上説明したように、本実施形態の水処理システム１０によれば、前段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液ＤＳ１を、後段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のフィード液とすることによって、複数段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続し、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）で使用されるドロー液ＤＳ２を、ドロー液ＤＳ１とは異なり、ドロー液ＤＳ１よりも高濃度のモノマーのスイッチャブルアミンとすることによって、ドロー液ＤＳ２のフィード液ＦＳへの流失率を著しく低下させながら、フィード液ＦＳの高い濃縮効率を達成することができる。 As described above, according to the water treatment system 10 of this embodiment, the draw liquid DS1 of the forward osmosis membrane unit 20 (#1) in the first stage is used as the feed liquid for the forward osmosis membrane unit 20 (#n) in the second stage. By connecting multiple stages of forward osmosis membrane units 20 (#1) and (#n) in series, and using the draw liquid DS2 used in the forward osmosis membrane unit 20 (#n) in the final stage as a switchable amine monomer with a higher concentration than the draw liquid DS1, the loss rate of the draw liquid DS2 to the feed liquid FS can be significantly reduced while achieving a high concentration efficiency of the feed liquid FS.
このように、本実施形態の水処理システム１０によれば、処理後のフィード液ＦＳの品質を低下させることなく、フィード液ＦＳの濃縮効率の向上を図ることが可能となる。 In this way, the water treatment system 10 of this embodiment makes it possible to improve the concentration efficiency of the feed liquid FS without degrading the quality of the treated feed liquid FS.
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。
Second Embodiment
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a water treatment system according to the second embodiment.
前述したように、第１の実施形態の水処理システム１０は、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続した構成であるが、第２の実施形態の水処理システム１０Ａは、３段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃２）、（＃ｎ）を直列に接続した構成としている。水処理システム１０Ａにおけるその他の構成は、第１の実施形態の水処理システム１０と同一であるので、以下の説明では、第１の実施形態で説明した箇所には、同一部分を付すことによって、重複説明を避ける。 As described above, the water treatment system 10 of the first embodiment has a configuration in which two stages of forward osmosis membrane units 20 (#1), (#n) are connected in series, whereas the water treatment system 10A of the second embodiment has a configuration in which three stages of forward osmosis membrane units 20 (#1), (#2), (#n) are connected in series. The other configurations of the water treatment system 10A are the same as those of the water treatment system 10 of the first embodiment, so in the following explanation, the same parts described in the first embodiment are referred to to avoid duplication of explanation.
正浸透膜ユニット２０（＃２）の内部もまた、正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）と同様に、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃２）によって、フィード液流通部２４ａ（＃２）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃２）とに区切られている。 The interior of the forward osmosis membrane unit 20 (#2), like the forward osmosis membrane units 20 (#1) and (#n), is also divided into a feed liquid flow section 24a (#2) and a draw liquid flow section 24b (#2) by a forward osmosis membrane 22 (#2) arranged in the height direction.
フィード液流通部２４ａ（＃２）には、正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から排出されたドロー液ＤＳ１（＃１）が、図中上側からフィード液として導入され、図中下側から排出される。 The draw liquid DS1 (#1) discharged from the draw liquid flow section 24b (#1) of the forward osmosis membrane unit 20 (#1) is introduced as a feed liquid into the feed liquid flow section 24a (#2) from the upper side in the figure, and is discharged from the lower side in the figure.
一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃２）には、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から排出されたフィード液が、ドロー液ＤＳ１（＃２）として、図中下側からが導入され、図中上側から排出され、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）へフィード液として導入される。 On the other hand, the feed liquid discharged from the feed liquid flow section 24a (#n) is introduced into the draw liquid flow section 24b (#2) from the lower side in the figure as draw liquid DS1 (#2), discharged from the upper side in the figure, and introduced into the feed liquid flow section 24a (#n) as feed liquid.
これによって、正浸透膜ユニット２０（＃２）内においても、正浸透膜ユニット２０（＃１）からフィード液として供給されるドロー液ＤＳ１（＃１）と、正浸透膜ユニット２０（＃２）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃２）とが、正浸透膜２２（＃ｎ）を介して対向しながら接触する。 As a result, even within the forward osmosis membrane unit 20 (#2), the draw liquid DS1 (#1) supplied as a feed liquid from the forward osmosis membrane unit 20 (#1) and the draw liquid DS1 (#2) used as a draw liquid in the forward osmosis membrane unit 20 (#2) come into contact with each other while facing each other via the forward osmosis membrane 22 (#n).
正浸透膜ユニット２０（＃１）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃１）と、正浸透膜ユニット２０（＃２）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃２）には、同じ物質を適用することができ、本実施形態ではともにサッカロースを適用する。 The same substance can be applied to the draw liquid DS1 (#1) used as the draw liquid in the forward osmosis membrane unit 20 (#1) and the draw liquid DS1 (#2) used as the draw liquid in the forward osmosis membrane unit 20 (#2), and in this embodiment, sucrose is applied to both.
しかしながら、第１の実施形態で説明したように、各段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液ＤＳの濃度は、前段の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳの濃度よりも高くするので、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度は、ドロー液ＤＳ１（＃１）の濃度よりも高い。本実施形態では、一例として、ドロー液ＤＳ１（＃１）の濃度を、０．６（ｍｏｌ／Ｌ）とし、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度を、１．２（ｍｏｌ／Ｌ）とした。また、ドロー液ＤＳ２としては、第１の実施形態と同様に、モノマーのスイッチャブルアミンを適用し、濃度としては、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度よりも高い２．７～５．３（ｍｏｌ／Ｌ）とした。 However, as described in the first embodiment, the concentration of the draw liquid DS in each forward osmosis membrane unit 20 is made higher than the concentration of the draw liquid DS in the previous forward osmosis membrane unit 20, so the concentration of the draw liquid DS1 (#2) is higher than the concentration of the draw liquid DS1 (#1). In this embodiment, as an example, the concentration of the draw liquid DS1 (#1) is 0.6 (mol/L), and the concentration of the draw liquid DS1 (#2) is 1.2 (mol/L). As in the first embodiment, a monomeric switchable amine is used as the draw liquid DS2, and the concentration is 2.7 to 5.3 (mol/L), which is higher than the concentration of the draw liquid DS1 (#2).
これによって、正浸透膜ユニット２０（＃２）でも、フィード液であるドロー液ＤＳ１（＃１）と、ドロー液であるドロー液ＤＳ１（＃２）との正浸透膜２２（＃２）を介した接触によって、ドロー液ＤＳ１（＃１）中の水Ｗ（＃２）は、ドロー液ＤＳ１（＃２）中へ移動する。 As a result, in the forward osmosis membrane unit 20 (#2), the water W (#2) in the draw liquid DS1 (#1) moves into the draw liquid DS1 (#2) due to contact between the draw liquid DS1 (#1), which is the feed liquid, and the draw liquid DS1 (#2) via the forward osmosis membrane 22 (#2).
次に、以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０Ａの性能について説明する。 Next, we will explain the performance of the water treatment system 10A of this embodiment configured as described above.
第１の実施形態で説明したものと同様の実験を、水処理システム１０Ａに対しても実施した結果、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から、正浸透膜２２（＃１）を介して、フィード液流通部２４ａ（＃１）へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率を、５種類のスイッチャブルアミンの平均値として求めると、８×１０－７（ｍｏｌ％／ｈ）という結果が得られた。 An experiment similar to that described in the first embodiment was also carried out on the water treatment system 10A. As a result, the loss rate of the draw liquid DS2 flowing from the draw liquid flow section 24b (#1) of the first-stage forward osmosis membrane unit 20 (#1) to the feed liquid flow section 24a (#1) through the forward osmosis membrane 22 (#1) was calculated as an average value for five types of switchable amines and was found to be 8× 10 (mol %/h).
すなわち、本実施形態の水処理システム１０Ａによれば、第１の実施形態の水処理システム１０よりも正浸透膜ユニット２０を１段多く設けることによって、フィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンの流失率を、２×１０－５（ｍｏｌ％／ｈ）から８×１０－７（ｍｏｌ％／ｈ）へとさらに２桁程度改善できることが分かる。 That is, according to the water treatment system 10A of the present embodiment, by providing one more stage of forward osmosis membrane unit 20 than the water treatment system 10 of the first embodiment, it is found that the loss rate of the switchable amine flowing into the feed liquid FS can be improved by about two orders of magnitude, from 2 × 10 -5 (mol %/h) to 8 × 10 -7 (mol %/h).
このように、本実施形態の水処理システム１０Ａによれば、正浸透膜ユニット２０の段数を増加させることによって、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンが、フィード液ＦＳへ流失する割合を、さらに低減することができる。 In this way, according to the water treatment system 10A of this embodiment, by increasing the number of stages of the forward osmosis membrane unit 20, the proportion of switchable amine applied as the draw liquid DS2 that is lost to the feed liquid FS can be further reduced.
正浸透膜ユニット２０を３段以上設けることもできる。多段にすればするほど、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から、正浸透膜２２（＃１）を介して、フィード液流通部２４ａ（＃１）へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率をさらに低減させることができる。 Three or more stages of forward osmosis membrane units 20 can be provided. The more stages there are, the more the loss rate of the draw liquid DS2 that flows from the draw liquid flow section 24b (#1) of the first stage forward osmosis membrane unit 20 (#1) to the feed liquid flow section 24a (#1) via the forward osmosis membrane 22 (#1) can be reduced.
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。
Third Embodiment
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a water treatment system according to the third embodiment.
第１および第２の実施形態で説明したように、水処理システム１０、１０Ａによれば、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンが、フィード液ＦＳへ流失する割合を低減することができる。しかしながら、フィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンは、水処理システム１０、１０Ａの運転に伴い蓄積するので、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンの、フィード液ＦＳへの流失を完全に抑えることができる訳ではない。 As described in the first and second embodiments, the water treatment system 10, 10A can reduce the proportion of switchable amine applied as the draw liquid DS2 that is lost to the feed liquid FS. However, since the switchable amine that is lost to the feed liquid FS accumulates as the water treatment system 10, 10A is operated, it is not possible to completely prevent the loss of the switchable amine applied as the draw liquid DS2 to the feed liquid FS.
これに対処するために、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂは、図５に例示するように、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）への戻り経路上に、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）においてドロー液ＤＳ１に流入したドロー液ＤＳ２を除去するための除去部６０を付加した構成をしている。 To address this issue, the water treatment system 10B of the third embodiment is configured to add a removal section 60 to the return path from the feed liquid circulation section 24a (#n) to the draw liquid circulation section 24b (#1) for removing the draw liquid DS2 that has flowed into the draw liquid DS1 in the forward osmosis membrane unit 20 (#n), as shown in FIG. 5.
図５に例示する水処理システム１０Ｂは、除去部６０以外の構成は、図１に示す第１の実施形態の水処理システム１０と同一である。したがって、以下の説明では、第１の実施形態で説明した部位には、同一部分を付すことによって、重複説明を避ける。 The water treatment system 10B illustrated in FIG. 5 has the same configuration as the water treatment system 10 of the first embodiment illustrated in FIG. 1, except for the removal unit 60. Therefore, in the following explanation, the parts described in the first embodiment are designated by the same parts to avoid duplication.
ドロー液ＤＳ２として、スイッチャブルアミンを適用した場合、除去部６０は、例えば酸性ガスによって生成されたアミンカチオンのイオン交換樹脂によって実現できる。 When a switchable amine is used as the draw liquid DS2, the removal section 60 can be realized, for example, by an ion exchange resin of amine cations generated by acid gas.
このように構成された除去部６０によれば、ドロー液ＤＳ１に流失した、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンに含まれるアミンカチオンをトラップすることによって、ドロー液ＤＳ１から、スイッチャブルアミンを除去できる。 The removal unit 60 configured in this manner can remove the switchable amine from the draw liquid DS1 by trapping the amine cations contained in the switchable amine, which is the draw liquid DS2, that has been lost to the draw liquid DS1.
これによって、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）へ導入されるドロー液ＤＳ１から、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンが除去されるので、正浸透膜ユニット２０（＃１）においてフィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンの量を大幅に低減することができる。 This removes the switchable amine, which is the draw liquid DS2, from the draw liquid DS1 introduced into the draw liquid flow section 24b (#1), thereby significantly reducing the amount of switchable amine that flows into the feed liquid FS in the forward osmosis membrane unit 20 (#1).
なお、アミンカチオンをトラップしたイオン交換樹脂は、定期的に交換することができる。 The ion exchange resin that traps the amine cations can be replaced periodically.
以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０Ｂによれば、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンの、フィード液ＦＳへの流失量を、大幅に低減することができる。 The water treatment system 10B of this embodiment configured as described above can significantly reduce the amount of switchable amine used as the draw liquid DS2 that is lost to the feed liquid FS.
これによって、本実施形態の水処理システム１０Ｂは、ドロー液ＤＳ２としてスイッチャブルアミンを適用した場合であっても、スイッチャブルアミンの含有量の少ない濃縮フィード液ＦＳを生成できる。したがって、水処理システム１０Ｂを、フィード液ＦＳが食品系や医薬品系である場合に好適に使用することができる。 As a result, the water treatment system 10B of this embodiment can produce a concentrated feed liquid FS with a low content of switchable amine, even when a switchable amine is used as the draw liquid DS2. Therefore, the water treatment system 10B can be suitably used when the feed liquid FS is food-based or pharmaceutical-based.
なお、除去部６０の変形例として、イオン交換樹脂を定期的に交換することに代えて、イオン交換樹脂を定期的に洗浄することによって、同一のイオン交換樹脂を繰り返し使用するようにしてもよい。これを行うために、例えば、イオン交換樹脂を洗浄する洗浄ライン（図示せず）を設け、この洗浄ラインを使ってイオン交換樹脂を定期的に洗浄し、イオン交換樹脂によってトラップされたアミンカチオンを除去して、イオン交換機能を再生させることができる。 As a modification of the removal unit 60, instead of periodically replacing the ion exchange resin, the ion exchange resin may be periodically washed so that the same ion exchange resin can be used repeatedly. To achieve this, for example, a washing line (not shown) for washing the ion exchange resin may be provided, and the ion exchange resin may be periodically washed using this washing line to remove the amine cations trapped by the ion exchange resin, thereby regenerating the ion exchange function.
また、除去部６０は、イオン交換樹脂に限定されるものではなく、酸性ガスとアミンによって生成した塩類を単に吸着したものを適用することもできる。 The removal unit 60 is not limited to ion exchange resin, but can also be one that simply adsorbs salts generated by acid gas and amine.
さらにまた、上記では、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）によって構成された水処理システム１０Ｂへの適用例を説明した。しかしながら、本実施形態で説明した除去部６０は、２段以上の正浸透膜ユニット２０を備えた水処理システムにおいて、例えば、図４におけるフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）とドロー液流通部２４ｂ（＃２）との間のように、任意の隣接する正浸透膜ユニット２０間に適用することもできる。これによって、任意の段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液から、それよりも後段にある任意の正浸透膜ユニット２０（最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）も含む）のドロー液を除去することもできる。 Furthermore, in the above, an example of application to a water treatment system 10B configured with two stages of forward osmosis membrane units 20 (#1) and (#n) has been described. However, the removal section 60 described in this embodiment can also be applied between any adjacent forward osmosis membrane units 20 in a water treatment system equipped with two or more stages of forward osmosis membrane units 20, for example, between the feed liquid circulation section 24a (#n) and the draw liquid circulation section 24b (#2) in FIG. 4. This makes it possible to remove the draw liquid from the draw liquid in any forward osmosis membrane unit 20 in any stage from any forward osmosis membrane unit 20 in the subsequent stage (including the forward osmosis membrane unit 20 in the final stage (#n)).
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。
Fourth Embodiment
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a water treatment system according to the fourth embodiment.
第４の実施形態の水処理システム１０Ｃは、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂの変形例であるので、以下では、第３の実施形態と異なる点について説明し、重複説明を避ける。 The fourth embodiment of the water treatment system 10C is a modified version of the third embodiment of the water treatment system 10B, so below we will explain the differences from the third embodiment and avoid redundant explanations.
すなわち、第４の実施形態の水処理システム１０Ｃは、除去部６０を、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）への戻り経路上ではなく、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）においてドロー液ＤＳ１と接触したフィード液ＦＳの排出経路上に備えたことのみ、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂと異なる。 That is, the water treatment system 10C of the fourth embodiment differs from the water treatment system 10B of the third embodiment only in that the removal section 60 is provided on the discharge path of the feed liquid FS that has come into contact with the draw liquid DS1 in the first stage forward osmosis membrane unit 20 (#1), rather than on the return path from the feed liquid circulation section 24a (#n) to the draw liquid circulation section 24b (#1).
フィード液ＦＳがイオン性のものではない場合、除去部６０は、第３の実施形態で説明したように、例えば酸性ガスによって生成されたアミンカチオンのイオン交換樹脂によって実現できる。 If the feed liquid FS is not ionic, the removal section 60 can be realized, for example, by an ion exchange resin of amine cations generated by acidic gas, as described in the third embodiment.
このようにイオン交換樹脂によって実現される除去部６０は、正浸透膜ユニット２０（＃１）において生成された濃縮フィード液ＦＳに流失した、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンに含まれるアミンカチオンをトラップすることによって、濃縮フィード液ＦＳから、スイッチャブルアミンを除去する。 The removal section 60, which is realized by the ion exchange resin in this manner, removes the switchable amine from the concentrated feed liquid FS by trapping the amine cations contained in the switchable amine, which is the draw liquid DS2, that has flowed into the concentrated feed liquid FS produced in the forward osmosis membrane unit 20 (#1).
これによって、水処理システム１０Ｃでもまた、ドロー液ＤＳ２としてスイッチャブルアミンを適用した場合であっても、安全な濃縮フィード液ＦＳを生成できる。したがって、水処理システム１０Ｃを、フィード液ＦＳが食品系や医薬品系である場合に好適に使用することができる。 As a result, the water treatment system 10C can also produce a safe concentrated feed liquid FS, even when a switchable amine is used as the draw liquid DS2. Therefore, the water treatment system 10C can be suitably used when the feed liquid FS is food- or pharmaceutical-related.
また、本実施形態の水処理システム１０Ｃでもまた、アミンカチオンをトラップしたイオン交換樹脂は、第３の実施形態で説明したように、定期的な交換あるいは洗浄を要する。しかしながら、第１の実施形態で説明したように、正浸透膜ユニット２０（＃１）においてフィード液ＦＳへ流失するドロー液ＤＳ２の流失率は、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）においてドロー液ＤＳ１へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率よりも３桁も少ない。したがって、図６に例示する水処理システム１０Ｃにおける除去部６０は、図５に例示する水処理システム１０Ｂにおける除去部６０よりも、除去するドロー液ＤＳ２の量は少ない。 In the water treatment system 10C of this embodiment, the ion exchange resin that traps the amine cations also requires periodic replacement or cleaning, as described in the third embodiment. However, as described in the first embodiment, the loss rate of the draw liquid DS2 that flows into the feed liquid FS in the forward osmosis membrane unit 20 (#1) is three orders of magnitude less than the loss rate of the draw liquid DS2 that flows into the draw liquid DS1 in the forward osmosis membrane unit 20 (#n). Therefore, the removal section 60 in the water treatment system 10C illustrated in FIG. 6 removes a smaller amount of the draw liquid DS2 than the removal section 60 in the water treatment system 10B illustrated in FIG. 5.
このため、水処理システム１０Ｃでは、水処理システム１０Ｂよりも、除去部６０のイオン交換樹脂の交換あるいは洗浄の頻度をより低くすることができる。このため、イオン交換樹脂の交換あるいは洗浄に係る費用が低減されるので、経済的である。 For this reason, in the water treatment system 10C, the frequency of replacing or cleaning the ion exchange resin in the removal section 60 can be reduced compared to the water treatment system 10B. This reduces the cost of replacing or cleaning the ion exchange resin, making it more economical.
水処理システム１０Ｃでも同様に、フィード液ＦＳがイオン性のものである場合、除去部６０として酸性ガスとアミンによって生成した塩類を単に吸着したものを適用することができる。この場合であっても、同様に、交換の頻度を低くすることができるので、経済的である。 Similarly, in the water treatment system 10C, if the feed liquid FS is ionic, the removal section 60 can be one that simply adsorbs the salts generated by the acid gas and the amine. Even in this case, the frequency of replacement can be reduced, which is economical.
さらにまた、上記では、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）によって構成された水処理システム１０への適用例を説明したが、本実施形態で説明した除去部６０もまた、２段以上の正浸透膜ユニット２０を備えた水処理システムにも同様に適用できることを当業者であれば理解できる。 Furthermore, although the above describes an example of application to a water treatment system 10 configured with two stages of forward osmosis membrane units 20 (#1) and (#n), a person skilled in the art will understand that the removal section 60 described in this embodiment can also be similarly applied to a water treatment system having two or more stages of forward osmosis membrane units 20.
次に、本実施形態の変形例について説明する。 Next, we will explain a variation of this embodiment.
図７は、第４の実施形態の水処理システムの変形構成例を示す概念図である。 Figure 7 is a conceptual diagram showing a modified configuration example of the water treatment system of the fourth embodiment.
図７に例示する本変形例の水処理システム１０Ｄは、図６に例示する水処理システム１０Ｃに、第３の実施形態で説明され、図５に例示される除去部６０をさらに備えた構成としている。 The water treatment system 10D of this modified example shown in FIG. 7 is configured by adding the removal section 60 described in the third embodiment and shown in FIG. 5 to the water treatment system 10C shown in FIG. 6.
本変形例の水処理システム１０Ｄは、このように２つの除去部６０を備えることによって、正浸透膜２２を介して流失したドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンの除去能力をさらに高めることができる。このように、除去部６０は、正浸透膜ユニット２０同士の間ごとに設けてもよい。 By providing two removal units 60 in this manner, the water treatment system 10D of this modified example can further enhance the removal capacity of the switchable amine, which is the draw liquid DS2 that has flowed through the forward osmosis membrane 22. In this manner, the removal units 60 may be provided between each pair of forward osmosis membrane units 20.
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ・・水処理システム、２０・・正浸透膜ユニット、２２・・正浸透膜、２４ａ・・フィード液流通部、２４ｂ・・ドロー液流通部、３０・・加熱部、３２・・水回収ライン、４０・・再生部、６０・・除去部
10, 10A, 10B, 10C, 10D... Water treatment system, 20... Forward osmosis membrane unit, 22... Forward osmosis membrane, 24a... Feed liquid circulation section, 24b... Draw liquid circulation section, 30... Heating section, 32... Water recovery line, 40... Regeneration section, 60... Removal section
Claims (7)
除去部とを備え、
前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、前記複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続し、
各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高く、
最終段の正浸透膜ユニットのドロー液として、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用し、
前記除去部は、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液から、前記最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液へ流失した、前記最終段の正浸透膜ユニットまたは前記後段の正浸透膜ユニットのドロー液を除去する、水処理システム。 a multi-stage forward osmosis membrane unit that transfers water in the feed liquid to the draw liquid by contacting the feed liquid with a draw liquid having a higher osmotic pressure than the feed liquid through a forward osmosis membrane;
A removal unit,
The forward osmosis membrane units are connected in series by using a draw liquid of a forward osmosis membrane unit in a preceding stage as a feed liquid of a forward osmosis membrane unit in a succeeding stage,
The concentration of the draw liquid in each forward osmosis membrane unit is higher than the concentration of the draw liquid in the previous forward osmosis membrane unit,
A monomer that can be phase-separated from water by heat is used as the draw liquid for the final forward osmosis membrane unit.
The removal section removes the draw liquid of the final stage forward osmosis membrane unit or the subsequent stage forward osmosis membrane unit that has flowed from the feed liquid that has contacted with the draw liquid in the forward osmosis membrane unit of the first stage to the feed liquid that has contacted with the draw liquid in the forward osmosis membrane unit of the first stage.
除去部とを備え、
前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、前記複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続し、
各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高く、
前記後段の正浸透膜ユニットで濃縮されたフィード液が、前記前段の正浸透膜ユニットに、ドロー液として導入され、
最終段の正浸透膜ユニットのドロー液は、酸性ガスを供給すると水溶性になり、熱によって水と相分離可能なモノマーであるアミンを含み、
前記最終段以外の正浸透膜ユニットのドロー液は、最終段の正浸透膜ユニットのドロー液と異なる物質を含み、
前記除去部は、前記後段の正浸透膜ユニットで濃縮されたフィード液から、前記前段の正浸透ユニットにドロー液として導入される前に、前記後段の正浸透膜ユニットのフィード液へ流入した、前記最終段の正浸透膜ユニットのドロー溶液に含まれる前記アミンを除去する、水処理システム。 a multi-stage forward osmosis membrane unit that transfers water in the feed liquid into the draw liquid by contacting the feed liquid with a draw liquid having a higher osmotic pressure than the feed liquid through a forward osmosis membrane;
A removal unit,
The forward osmosis membrane units are connected in series by using a draw liquid of a forward osmosis membrane unit in a front stage as a feed liquid of a forward osmosis membrane unit in a rear stage,
The concentration of the draw liquid in each forward osmosis membrane unit is higher than the concentration of the draw liquid in the previous forward osmosis membrane unit,
The feed liquid concentrated in the downstream forward osmosis membrane unit is introduced into the upstream forward osmosis membrane unit as a draw liquid;
The draw liquid of the final stage forward osmosis membrane unit becomes water-soluble when acidic gas is supplied, and contains amines, which are monomers that can be phase-separated from water by heat.
the draw liquid of the forward osmosis membrane unit other than the final stage contains a substance different from that of the draw liquid of the forward osmosis membrane unit of the final stage;
The removal section removes the amine contained in the draw solution of the final-stage forward osmosis membrane unit, which has flowed into the feed solution of the subsequent-stage forward osmosis membrane unit before being introduced as a draw solution into the previous-stage forward osmosis unit, from the feed solution concentrated in the subsequent-stage forward osmosis membrane unit.
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