JPS5946644B2 - 膜分離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、食品、かん水、廃水などの処理に逆浸透膜、
限外渥過膜、マイクロポーラス膜などの透過膜を使用し
て圧力を分離の駆動力とする膜分離法、特にこの膜分離
法を複数段に分けて処理する方法に関するものである。

近時、海水、かん水の脱塩、食品、下水、廃水の高度処
理、閉塞系システムにおける有価物回収、あるいは水の
再利用などに逆浸透法、限外涙過膜法などの膜分離方法
が応用されつつある。

この方法の特徴は、所要エネルギーが極めて少ないこと
、常温で操作が可能であること、特殊な溶質は別として
、有機、無機物質を効率よく分離できることから注目さ
れている。

しかしながら、膜に接する液の浸透圧が直接的に関係す
る膜分離法においては、原料液の濃度またはその濃縮度
が高くなると、高い圧力を必要とし、しかも膜透過液の
質が悪いという問題があるために、濃縮を多段に分けた
多段膜分離法が利用される。

すなわち、膜分離装置を複数段設け、膜透過液を系外へ
排除する初段に近い側においては、回収物質の回収率を
あげるだめ、比較的選択性の高い膜を使用し、前段の膜
分離装置からの濃縮液を次段の膜分離装置への原液とし
て供給して再度膜分離を行ない、必要によってはさらに
その濃縮液を次段の膜分離装置への原液として供給して
膜分離を行なうものである。

かかる膜分離法においては、後段に近い側の膜透過液は
未だ回収すべき溶質を多く含むのが通例なので、系外に
排除することなく前段の膜分離装置の供給側へ回送する
のが一般的であり、また後段に近い程膜側残留液の啓質
濃度が上昇し、浸透圧が顕著に上昇するので、一般に膜
分離で利用される運転圧では処理が困難になる。

本発明は、かかる問題点を排除し、系外へ排出する膜透
過液の質を任意に調節し、通常の溶質濃度の液は言うに
及ばず、高濃度溶質含有液からも任意に濃度調整しうる
膜透過液を高い回収率でかつ高濃度濃縮液を回収するこ
とを目的とするものである。

本発明は、圧力を分離の駆動力として透過膜により濃縮
液と膜透過液とに分離し、その濃縮液をさらに次段の膜
分離において濃縮液と膜透過液とに分離するようにした
多段透過膜分離によって濃縮液を得る方法において、後
段に至るにつれて低除去性の透過膜を配備し、第１段の
膜透過液を系外に排除し、その次段以降の各段の膜透過
液をその前段の膜供給液に混合し、最終段の濃縮液を系
外へ排除することを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、透過膜を多段に配して濃縮液を順
次各段において膜分離を行なう多段透過膜分離方法にお
いて、初段の透過膜特性、回収率は系外へ排除する膜透
過水の質によって決定し、該段の膜透過液を系外に排出
し、その次段以降の段の膜特性は、その前段の透過膜特
性に比して常に選択性の低い特性、すなわち、低除去率
、高透過液性の膜を使用し、その次段以降の各段の膜透
過液を系外に排除することなく、常に各前段から供給さ
れる被処理液又は濃縮液と混合し、かくて任意に要求さ
れる水質の膜透過液を初段から回収するとともに、高濃
度に濃縮された濃縮液を最終段の膜側残留液として系外
に排除することを特徴とするもので、また、上記初段を
除く段以降の各段の膜透過液を各段の前段の膜供給液と
混合する際に、該混合液の浸透圧が膜供給液の浸透圧と
ほぼ同程度になるように、換言すれば初段を除く段以降
の各段から前段の供給液へ混合すべき膜透過液の濃度が
その前段の供給液の濃度とほぼ同程度になるように、次
段の透過膜特性、回収率の選定をするとよい。

本発明において使用する透過膜モジュールのタイプには
何らの制限はなく、透過膜の種類も、有機、無機質の如
何なるものでも利用できるが、少なくとも初段の低濃度
濃縮域においては、膜汚染物の濃度、液の粘性も低いの
で、膜充填密度の大きい、例えば中空系膜、線状膜、糸
状膜、棒状膜、のりまき状膜、複積層円筒状膜、複積層
膜より選ばれたる膜装置を使用し、少なくとも最終段の
高濃度濃縮域においては、膜汚染物の濃度、液の粘性も
高くなるので、膜汚染され難く洗浄容易で濃度分極を容
易に阻止できる管型透過膜装置を利用すると便利である
。

また、各段の膜分離における圧力は、約１０〜１００ｋ
ｙｆ／ｆｆｌの圧力を使用するが、その圧力は被処理液
の浸透圧、系外へ排出する濃縮液の浸透圧、各段の膜特
性によって異なるも、運転圧よりも高い浸透圧の濃縮液
までも濃縮し得るものである。

さらに本発明の実施態様を図面について説明すれば、第
１図示例は３段の透過膜分離装置Ａ、Ｂ。

Ｃを用いたもので、Ａの膜特性はＢのそれよりも、また
Ｂの膜特性はＣのそれよりも選択性の高いもので、換言
すれば、塩分、液の透過性はＣ膜〉Ｂ膜〉Ａ膜の順に大
きい。

しかして、被処理液１は所定の加圧下に第１段透過膜分
離装置Ａに導入され、膜透過液２は生産水として排出さ
れる一方、膜を透過しない濃縮液３はさらに第２段透過
膜分離装置Ｂに導入される。

ここでは再び膜分離が行なわれ、膜透過液４はその前段
、すなわち第１段透過膜分離装置Ａへの被処理液１と混
合されて送られ、また第２段透過膜分離装置Ｂの濃縮液
５はさらに第３段透過膜分離装置Ｃへ導入され、その膜
透過液６はその前段の第２段透過膜分離装置Ｂへ供給さ
れる第１段透過膜分離装置Ａからの濃縮液３に混合され
て送られ、濃縮液７は系外へ排出される。

ここで第１段透過膜分離装置Ａへ導入される上記混合液
の浸透圧は、被処理液１の浸透圧とほぼ同程度となるよ
うに第２段透過膜分離装置Ｂの膜特性及び回収率を選定
するとよく、また第２段透過膜分離装置Ｂへ導入される
上記混合液の浸透圧は、第１段透過膜分離装置Ａの濃縮
液３の浸透圧とほぼ同程度になるように第３段透過膜分
離装置Ｃの膜特性及び回収率を選定するとよい。

まだ、第１段透過膜分離装置Ａにおいて排出される膜透
過液２の質は、該装置Ａの膜特性や回収率によって決定
されるもので、その膜特性、回収率を適当に選定するこ
とによって膜透過液水質を適当に調節し得るものである
。

なお、第１段透過膜分離装置Ａと第２段透過膜分離装置
Ｂとの間、第２段透過膜分離装置Ｂと第３段透過膜分離
装置Ｃとの間にそれぞれ昇圧ポンプを設けてもよい。

第２図示例においては、その送液、排出液経路は第１図
示例と変るところはないが、この態様では被処理液中の
懸濁性固形物あるいは有機コロイド性物質をあらかじめ
除去するために、マイクロポーラス膜乃至限外濾過膜を
使用した、例えば内圧管型透過膜分離装置による前処理
装置りを設け、これによって被処理液の前処理をし、そ
の膜透過液１を第１段透過膜分離装置Ａへ導き、汚染物
含有液８排除するも、この汚染物含有液８は必要により
別途汚染物分離処理を行なった上で原液中に返送するこ
ともできる。

まだ、上記各実施態様における第１段での透過膜分離処
理においては、多量の液を処理するのが一般であり、こ
のような場合には管型透過膜分離装置自身膜充填密度が
小なので、かなり嵩ばった装置となるから、管型の装置
を使用する必要はない。

特に、かん水の濃縮の場合にはかなり多量の処理となり
、初段において前型透過膜分離装置を使用することは極
めて不経済であるが、最終段においてはかん水濃度の上
昇と共に汚染物の濃縮もおこっているわけで、膜充填密
度の大な流路の複雑な透過膜装置を利用するのは不適当
で、管型のものが適している。

なお、上記第２図示例において、前処理としてマイクロ
ポーラス膜装置乃至限外濾過膜装置を使用したが、これ
らは最終段の濃縮液７の後処理としても利用することが
できる。

以上述べたように本発明は、透過膜分離装置のそれぞれ
の特性をたくみに利用したもので、透過膜による濃縮を
極めて効率よく行ない、高濃度の濃縮液を該液の浸透圧
以下の運転圧力でも膜透過液を生成させ、そして濃縮を
進行させることが可能であり、かつ任意の質の生産水を
回収することができるものである。

次に本発明の実施例を示す。

第１段としてＮａ２ ｓｏ４除去率９５％、回収率５０
％の透過膜を使用したスパイラル型膜装置を用い、第２
段としてＮａ２ ＳＯ４除去率６５係、回収率７０係の
透過膜を使用した内径１／２インチの内圧式管型膜装置
を用い、まだ３段としてＮａ２ ｓｏ４除去率５０係、
回収率１０係の内径１／２インチの内圧式管型膜装置を
用いた。

まず、Ｎａ２８０４濃度２６５ｇ／ｌｊの原料液１０
ｍ３／ ｈを第２段の膜装置からのＮａ２ ＳＯ４濃度
２６．４ｇ／ｌの膜透過液５．６ ｍ３／ ｈと混合し
てＮ ａ Ｓ ０４濃度２６．４９／ｌ溶液として圧力
５０ｋｇｆ／ｄ、液温２５°Ｃの条件下で第１段の膜装
置に導入し、Ｎａ２ ｓｏ４濃度１．９５ｇ／ｌの膜透
過液（生産水）７．８２ｍ’／ｈを得た。

また、この第１段の膜装置におけるＮａ２ＳＯ４濃度５
１．２ｇ／ｌの濃縮液７．７８ ｍ’／ ｈに第３段か
らのＮａ２ＳＯ４濃度３８．１９／ｌの膜透過液０．２
４ ｍ３／ ｈを混合してＮａ２ＳＯ４濃度５０．７ｇ
／ｌのｍ液として圧力５５ｋｇｆ ／ｃｒｉＬ、液温２
５°Ｃの条件下で第２段の膜装置に導入し、Ｎａ２ ｓ
ｏ４濃度２６．４ｇ／ｌの膜透過液５．６ ｍ３／ ｈ
を得、これを前記の如く原料液に混合し、まだＮａ２Ｓ
Ｏ４濃度１０７ｇ／ｌの濃縮液２．４２ｍ″／ｈを得た
。

この第２段の膜装置における濃縮液を、さらに圧力５５
ｋｇｆ／ｄ、液温２５℃の条件下で第３段の膜装置に導
入し、Ｎａ２ ｓｏ４濃度３８．１．！ｌｉ’／ｌの膜
透過液０．２４ｍ’／ｈを得て前記の如く第１段の膜装
置における濃縮液に混合する一方、Ｎａ２ ｓｏ４濃度
１１４．５ｇ／ｌの濃縮液２．１８ ｍ／ ｈを系外へ
排出した。

かくて、Ｎａ２ＳＯ４濃度２６．５ｇ／ｌの原料液１０
ｍ”／ ｈからＮａ２ ＳＯ４濃度１．９５ｇ／ｌの
生産水７．８２ ｍ３／ ｈとＮａ２ＳＯ４濃度１１４
．５ｇ／ｌの濃縮液２．１８ｍ″／ｈを回収した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す系統説明図、第２図
は曲の実施態様を示す系統説明図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・透過膜分離装置、Ｄ・・・前処理装置
、１・・・被処理液、２・・・膜透過液、３・・・濃縮
液、４・・・膜透過液、５・・・濃縮液、６・・・膜透
過液、７・・・濃縮液、８・・・汚染物含有液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力を分離の駆動力として透過膜により濃縮液と膜
   透過液とに分離し、その濃縮液をさらに次段の膜分離に
   おいて濃縮液と膜透過液とに分離するようにした多段透
   過膜分離によって濃縮液を得る方法において、後段に至
   る につれて低除去性の透過膜を配備し、第１段の膜透
   過液を系外に排除し、その次段以降の各段の膜透過液を
   その前段の膜供給液に混合し、最終段の濃縮液を系外へ
   排除することを特徴とする膜分離方法。 ２ 前記次段以降の各段の膜透過液を各段の前段の膜供
   給液に混合するに際し、該混合液の浸透圧が混合前の供
   給液の浸透圧とほぼ同程度になるように次段の透過膜特
   性、回収率を選定する特許請求の範囲第１項記載の膜分
   離方法。 ３ 前記多段透過膜分離において、少なくとも最終段の
   透過膜装置に管型透過膜分離装置を用いる特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の膜分離方法。