WO2020158457A1 - 析出システムおよび析出方法 - Google Patents

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WO2020158457A1
WO2020158457A1 PCT/JP2020/001505 JP2020001505W WO2020158457A1 WO 2020158457 A1 WO2020158457 A1 WO 2020158457A1 JP 2020001505 W JP2020001505 W JP 2020001505W WO 2020158457 A1 WO2020158457 A1 WO 2020158457A1
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target solution
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大樹 河野
要二 阿部
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東洋紡株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a deposition system and a deposition method.
  • an apparatus for precipitating and collecting a target component in a target solution solution to be treated
  • a target solution solution to be treated
  • the target solution is cooled to reduce the solubility of the target component in water, thereby precipitating (crystallizing) the target component in excess of the saturation concentration and collecting the target component as a solid.
  • an RO device that uses the reverse osmosis (RO) method is known as a device for concentrating the components in the target solution.
  • RO reverse osmosis
  • a device for concentrating the components in the target solution For example, by supplying a target solution to an RO module that is partitioned into two chambers by a RO membrane that is a semipermeable membrane, to one side of the semipermeable membrane (two chambers) at a supply pressure higher than the osmotic pressure of the target component.
  • RO membrane that is a semipermeable membrane
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-43860 discloses a precipitation system in which calcium lactate is crystallized (precipitated) and removed by cooling a solution containing calcium lactate concentrated by an RO device. There is. In this system, the supernatant liquid of the crystallizer is further concentrated by the RO device, and the concentrated liquid is returned to the crystallizer to improve the precipitation efficiency of the target component.
  • the other side of the semipermeable membrane basically has an osmotic pressure. Since there is only water, there is a large difference in osmotic pressure between the two sides of the semipermeable membrane, and it is necessary to pressurize the target solution with a high pressure that overcomes the pressure generated thereby.
  • the pressurization pressure is limited by the operating pressure (limit pressure) of the semipermeable membrane (RO membrane) and the maximum pressure of the pump used. Therefore, in RO, the target solution cannot be concentrated to such a high concentration that the osmotic pressure of the target solution exceeds the operating pressure of the RO membrane or the maximum pressure of the pump.
  • the supernatant of the precipitation device is a saturated concentration solution, and in many cases is a relatively high concentration solution. In that case, the concentration ratio of the supernatant liquid by the RO device is low, and even if the supernatant liquid concentrated by the RO device is returned to the precipitation device, the precipitation amount of the target component from the returned liquid is small, and the precipitation efficiency is greatly improved. It seems that you cannot do it.
  • the osmotic pressure of the supernatant liquid exceeds the operating pressure of the RO membrane, the maximum pressure of the pump, etc., it is theoretically impossible to concentrate the supernatant liquid in the RO device. It is believed that there is.
  • an object of the present invention is to provide a precipitation system and a precipitation method capable of improving the precipitation efficiency of a target component in a target solution.
  • a precipitation system for precipitating a target solution in which at least one target component is dissolved in water A reverse osmosis module that separates water from the target solution that has been pressurized to a predetermined pressure through a reverse osmosis membrane and concentrates the target solution, The target solution concentrated in the reverse osmosis module is cooled to a specified temperature to precipitate the target component, and a precipitation device, A semipermeable membrane, and a semipermeable membrane module having a first chamber and a second chamber partitioned by the semipermeable membrane, wherein the target solution after depositing the target component in the deposition apparatus is the first In the first chamber by flowing into each of the chamber and the second chamber, and pressurizing the target solution in the first chamber so as to be higher than the pressure of the target solution in the second chamber.
  • Membrane separation Device First returning means for returning the target solution concentrated in the first chamber of the semipermeable membrane module in the membrane separation device to the deposition device; Second returning means for returning the target solution diluted in the second chamber of the semipermeable membrane module to the reverse osmosis module in the membrane separation device;
  • a deposition system comprising.
  • the target solution contains a concentrated component that is a component other than the target component,
  • the target solution For the deposit containing the target component deposited by the deposition device, the target solution, water discharged from the second chamber of the reverse osmosis module, or the second liquid of the semipermeable membrane module.
  • the precipitate is recovered after rinsing to such an extent that the target component is not dissolved by using a part of the target solution diluted indoors as a rinse liquid. Deposition system.
  • the space outside the hollow fiber membrane is the first chamber, and the space inside the hollow fiber membrane is the second chamber, (7) ..
  • the membrane separation device is a multistage membrane separation device including a plurality of semipermeable membrane modules including the semipermeable membrane module, The plurality of semipermeable membrane modules are connected in series with respect to the flow direction of the first chamber, The plurality of semipermeable membrane modules are a final module that is the semipermeable membrane module located on the most downstream side in the flow direction of the first chamber, and at least one upstream that is the semipermeable membrane module other than the final module.
  • Consists of modules and The target solution passes through the first chamber of the upstream module, a part of the target solution passed through the first chamber of the upstream module passes through the first chamber of the final module, and another part Is passed through the second chamber of the final module, and the target solution passed through the second chamber of the final module is configured to pass through the second chamber of the upstream module, (1) to The deposition system according to any one of (8).
  • a precipitation method for precipitating the target component for a target solution in which at least one target component is dissolved in water A reverse osmosis step of separating water from the target solution whose pressure has been increased to a predetermined pressure through a reverse osmosis membrane and concentrating the target solution, The target solution concentrated in the reverse osmosis step is cooled to a specified temperature to precipitate the target component, a precipitation step, Using the semipermeable membrane and the semipermeable membrane module having the first chamber and the second chamber partitioned by the semipermeable membrane, the target solution after precipitating the target component in the precipitation step is treated with the first solution.
  • the first chamber By flowing into each of the first chamber and the second chamber and pressurizing the target solution in the first chamber so as to have a pressure higher than the pressure of the target solution in the second chamber, the first chamber The water contained in the solution of interest is transferred into the second chamber through the semipermeable membrane to concentrate the solution of interest in the first chamber and dilute the solution of interest in the second chamber. Separation process, A first returning step of returning the target solution concentrated in the first chamber of the semipermeable membrane module to the precipitation step in the membrane separation step; A second returning step of returning the target solution diluted in the second chamber of the semipermeable membrane module to the reverse osmosis step in the membrane separation step; And a deposition method.
  • the present invention it is possible to provide a precipitation system and a precipitation method capable of improving the precipitation efficiency of a target component in a target solution.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a membrane separation device in Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the membrane separation device in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the deposition system of the first embodiment.
  • the precipitation system of the present embodiment is a precipitation system that precipitates a target component in a target solution in which at least one target component is dissolved in water.
  • the deposition system includes a reverse osmosis module 3, a deposition device 2, a membrane separation device including the semipermeable membrane module 1, a first return means (first return flow path) 41, and a second return means (second return flow). 42).
  • the target solution is concentrated by the reverse osmosis module 3 (reverse osmosis process).
  • the target solution precipitates the target component from the target solution by the precipitation device 2 (precipitation step).
  • the target solution is concentrated to a high concentration by a membrane separation device (membrane separation step: BC) including the semipermeable membrane module 1.
  • the target solution (BC concentrate) concentrated in the membrane separation device is returned to the deposition device by the first returning means 41.
  • the target solution (BC diluted solution) diluted in the membrane separation device is returned to the reverse osmosis module by the second returning means 42.
  • At least one of these reverse osmosis step, precipitation step and membrane separation step may be repeated.
  • at least one of the reverse osmosis step, the precipitation step, and the membrane separation step may be repeated until a desired amount of the target component is precipitated.
  • performing each step may be repeated, and one kind of step is continuously repeated and then another step is performed. May be repeated continuously.
  • the target solution is a solution in which at least one target component is dissolved in water.
  • the target component is a component that can be precipitated by cooling the target solution to a specified temperature (reducing the temperature of the target solution).
  • the target component is preferably an inorganic salt, more preferably a metal salt.
  • Specific target components include, for example, potassium azide, lithium azide, potassium nitrite, barium nitrite, sodium nitrite, lithium nitrite, ammonium sulfite, potassium benzoate, zinc chloride, ammonium chloride, potassium chloride, chloride.
  • the target component is preferably potassium salt or sodium salt.
  • the potassium salt is preferably potassium sulfate.
  • the sodium salt is preferably sodium sulfate.
  • target solution may contain components other than the above target components.
  • the target components other than inorganic salts include, for example, sugars such as sucrose and amino acids such as sodium glutamate.
  • the reverse osmosis module 3 is a device that separates water from the target solution whose pressure has been increased to a predetermined pressure through the reverse osmosis membrane 30 and concentrates the target solution.
  • the reverse osmosis module 3 is not particularly limited, and various known reverse osmosis modules can be used.
  • the initial target solution and the target solution (BC diluent) diluted in the membrane separator (semipermeable membrane module 1) returned by the second returning means 42.
  • the mixed liquid of and is supplied while being pressurized to a predetermined pressure.
  • water in the target solution in the first chamber 11 permeates to the second chamber 12 side through the semipermeable membrane.
  • the initial target solution is the target solution before being mixed with the BC diluted solution.
  • the precipitation system of the present embodiment it is possible to precipitate the target component from the target solution by repeating concentration (BC) by the membrane separator and precipitation by the precipitation device without using the RO module 3.
  • the target solution (BC diluted solution) diluted by the membrane separation device is discarded, and the target component and concentrated component (see Embodiment 2) can be recovered from this target solution.
  • the recovery rate of the target component and the concentrated component is reduced accordingly. Therefore, like the deposition apparatus of the present embodiment, the reverse osmosis module 3 is also used to reverse the target solution (BC diluted solution) diluted in the membrane separation apparatus (semipermeable membrane module 1) by the second returning means 42. By returning to the first chamber 31 of the permeation module 3, the recovery rate of the target component and the concentrated component can be improved.
  • the precipitation device 2 is a device that cools a mixed solution of the target solution concentrated in the reverse osmosis module 3 and a BC concentrate described later to a specified temperature to precipitate the target component.
  • the specified temperature is set so that the target component is precipitated at that temperature. If necessary, the precipitated target component may be collected or removed.
  • the membrane separation device includes a semipermeable membrane 10 and a semipermeable membrane module 1 having a first chamber 11 and a second chamber 12 partitioned by the semipermeable membrane 10.
  • the membrane separation apparatus causes the target solution (supernatant solution) after the target component has been precipitated in the precipitation apparatus 2 to flow into each of the first chamber 11 and the second chamber 12, and the pressure of the target solution in the first chamber 11 Is pressurized to be higher than the pressure of the target solution in the second chamber 12, so that the water contained in the target solution in the first chamber 11 is transferred into the second chamber 12 through the semipermeable membrane 10.
  • the target solution in the first chamber 11 can be concentrated and the target solution in the second chamber 12 can be diluted. Thereby, the target solution can be concentrated to such a high concentration that the osmotic pressure of the target solution exceeds the operating pressure of the semipermeable membrane or the maximum pressure of the pump.
  • membrane separation step: BC membrane separation step
  • BC membrane separation method
  • BC by flowing the target solution also on the other side (low pressure side) of the semipermeable membrane, the osmotic pressure difference between both sides of the semipermeable membrane is reduced, and the pressure of pressurizing the target solution on the high pressure side is reduced. You can Therefore, by using BC, the target solution can be concentrated to a high concentration such that the osmotic pressure of the target solution exceeds the operating pressure of the semipermeable membrane, the maximum pressure of the pump, or the like.
  • the supernatant liquid (saturated concentration solution) of the precipitation device is a high-concentration solution (particularly, when the osmotic pressure of the supernatant liquid exceeds the operating pressure of the RO membrane or the maximum pressure of the pump), the supernatant liquid is high. It is possible to concentrate at a concentration ratio, and a high-concentration BC concentrate can be obtained. By returning this BC concentrated solution to the precipitation device, the target component can be precipitated again from the target solution.
  • BC if the target solution is concentrated until the dissolved component reaches the saturation concentration, the semipermeable membrane is clogged due to the precipitation of the component reaching the saturation concentration. Therefore, in BC, it is usually possible to concentrate the target solution up to a concentration slightly lower than the saturation concentration.
  • the target solution (supernatant solution) after the target component is precipitated in the precipitation device 2 is preferably heated and then supplied to the membrane separation device (semipermeable membrane module 1). Since the supernatant of the precipitation device 2 is a saturated solution, at the temperature as it is, the semi-permeable membrane module 1 is precipitated by being concentrated by the membrane separation device, which causes a problem such as clogging of the semi-permeable membrane 10. Because it will occur. By heating the supernatant liquid to raise the temperature, the solubility of the target component increases, so that it is possible to prevent precipitation when concentrated in the membrane separation device.
  • the heating means for heating includes, for example, an electric heater, a heat exchange type heater, and the like. In order to increase the heating efficiency, heat may be exchanged with the BC concentrate in a heat exchanger and then heated by the above heating means.
  • the semipermeable membrane 10 may be, for example, a reverse osmosis membrane (RO membrane: Reverse Osmosis Membrane), a forward osmosis membrane (FO membrane: Forward Osmosis Membrane), or a nanofiltration membrane (NF membrane: Nanofiltration Membrane).
  • the semipermeable membrane is preferably a reverse osmosis membrane, a forward osmosis membrane or a nanofiltration membrane, more preferably a reverse osmosis membrane or a forward osmosis membrane.
  • the pressure of the target solution in the first chamber 11 is preferably 0.5 to 10.0 MPa.
  • the pore size of RO membrane and FO membrane is about 2 nm or less, and the pore diameter of UF membrane is about 2 to 100 nm.
  • the NF membrane is a RO membrane having a relatively low rejection of ions and salts, and the pore diameter of the NF membrane is usually about 1 to 2 nm.
  • the RO film, the FO film, or the NF film preferably has a salt removal rate of 90% or more.
  • the material forming the semipermeable membrane is not particularly limited, but examples thereof include cellulose resin, polysulfone resin, and polyamide resin.
  • the semipermeable membrane is preferably composed of a material containing at least one of a cellulose resin and a polysulfone resin.
  • the cellulose resin is preferably a cellulose acetate resin.
  • Cellulose acetate-based resin is resistant to chlorine, which is a bactericide, and is characterized by being able to suppress the growth of microorganisms.
  • the cellulose acetate resin is preferably cellulose acetate, and more preferably cellulose triacetate from the viewpoint of durability.
  • the polysulfone resin is preferably a polyether sulfone resin.
  • the polyether sulfone resin is preferably sulfonated polyether sulfone.
  • the shape of the semipermeable membrane 10 is not particularly limited, but examples thereof include a flat membrane, a spiral membrane or a hollow fiber membrane.
  • a flat membrane is illustrated in a simplified manner as the semipermeable membrane 10, but the shape is not limited to such a shape, and a hollow fiber membrane is preferable.
  • Hollow fiber membranes (hollow fiber type semipermeable membranes) have a smaller film thickness than spiral type semipermeable membranes, and in addition, the membrane area per module can be increased and permeation efficiency can be improved. It is advantageous.
  • the semipermeable membrane module preferably includes a plurality of hollow fiber membranes, and each of the plurality of hollow fiber membranes has openings at both ends.
  • the first chamber 11 is preferably outside the hollow fiber membrane and the second chamber 12 is preferably inside the hollow fiber membrane.
  • the solution outside the hollow fiber membranes is preferably pressurized. Even if the solution flowing inside the hollow fiber membrane (hollow part) is pressurized, the pressure loss may increase and it may be difficult to pressurize sufficiently.
  • the structure of the hollow fiber membrane itself is This is because it is easy to hold and the membrane may burst when a high internal pressure is applied.
  • a hollow fiber membrane having a small pressure loss that is, a large inner diameter and a large pressure resistance against the internal pressure is used, there is no problem even if the first chamber 11 is inside the hollow fiber membrane.
  • the reverse osmosis membrane 30 of the reverse osmosis module 3 described above may be a hollow fiber membrane.
  • the deposition system of the present embodiment further includes a first returning device and a second returning device.
  • the first returning means returns the target solution (BC concentrate) concentrated in the first chamber of the semipermeable membrane module in the membrane separation device to the deposition device (that is, the BC concentrate and the target concentrated in the RO module 3). It is a means (such as a flow path) for supplying a mixed solution with a solution to the deposition apparatus 2.
  • the second returning means returns the target solution (BC diluent) diluted in the second chamber of the semipermeable membrane module in the membrane separator to the RO module 3 (that is, the BC diluent and the initial target solution are mixed). It is a means (flow path etc.) for supplying the liquid to the first chamber 31 of the RO module 3.
  • the precipitation system is provided with the first returning means 41 for returning the BC concentrate to the precipitation device 2, so that the target component is concentrated and precipitated by the membrane separation device (semipermeable membrane module 1) and the precipitation device 2. Since the above can be repeated, a desired amount of the target component can be precipitated from the target solution.
  • the precipitation system is provided with the second returning means 42 for returning the BC diluted solution to the RO module 3, so that the BC diluted solution is concentrated in the RO module 3 without being discharged and is used for precipitation in the precipitation apparatus 2. Therefore, the precipitation efficiency (recovery rate) of the target component from the target solution can be increased.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of the membrane separation device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the membrane separation device according to the first embodiment.
  • a plurality of semipermeable membrane modules 1 as shown in FIG. 3 or 4 are used instead of the one-stage membrane separation device using one semipermeable membrane module 1 as shown in FIG. It is different from the first embodiment in that it is a multi-stage device. The other points are similar to those of the first embodiment.
  • the membrane separation device is a multi-stage membrane separation device using a plurality of semipermeable membrane modules 1A, 1B, 1C that are the above-mentioned semipermeable membrane modules. is there.
  • the plurality of semipermeable membrane modules 1A, 1B, 1C are connected in series in the flow direction of the first chambers 1A1, 1B1, 1C1,
  • the plurality of semipermeable membrane modules 1A, 1B, 1C include a final module 1C, which is a semipermeable membrane module located on the most downstream side in the flow direction of the first chambers 1A1, 1B1, 1C1, and a semipermeable membrane module other than the final module. And at least one upstream module 1A, 1B.
  • the target solution has passed through the first chambers 1A1 and 1B1 of the upstream modules 1A and 1B, and a part of the target solution 51 that has passed through the first chamber 1B1 of the upstream module 1B is the final module 1C.
  • the target solution 52 that has passed through the second chamber 1C2 of the final module 1C and the other part has passed through the first chamber 1C1 of the upstream module 1B, 1A Configured to pass through chambers 1B2, 1A2, or As shown in FIG.
  • the target solution passes through the first chambers 1A1 and 1B1 of the upstream modules 1A and 1B, and the target solution 51 that passes through the first chamber 1B1 of the upstream module 1B is the first chamber 1C1 of the final module 1C. It is preferable that a part of the concentrated liquid of the final module 1C passes through the second chamber 1C2 of the final module 1C and passes through the second chambers 1B2, 1A2 of the upstream modules 1B, 1A.
  • a multi-stage membrane separation device when a plurality of semipermeable membrane modules are connected in series and the target solution is flowed in the same direction on the first chamber side and the second chamber side, in the upstream semipermeable membrane module,
  • the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane (the first chamber and the second chamber) is small, but the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane gradually increases as the semipermeable membrane module is located on the downstream side. Therefore, it is necessary to apply a pressure that overcomes this osmotic pressure to the target solution in the first chamber.
  • the multi-stage membrane separation device this modification
  • the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane is reduced in the upstream and downstream semipermeable membrane modules. There is an advantage that the required pressure applied to the target solution in the first chamber can be reduced.
  • a target solution (BC concentrated solution) that is finally concentrated to a high concentration from the target solution and flows out from the first chamber 1C1 of the final module 1C, Only the finally diluted target solution (BC diluted solution) flowing out from the second chamber 1A2 of the most upstream upstream module 1A is obtained. Therefore, when the target solution is concentrated to a high concentration by the membrane separation device, generation of a plurality of diluting liquids having different concentrations is suppressed. As a result, the target solution (supernatant of the precipitation device) can be concentrated with a simple membrane separation device (membrane separation step: BC).
  • the target solution contains a concentrated component as a component other than the target component.
  • the concentrated component is a component that can be concentrated by the precipitation system (precipitation method) of the present embodiment. That is, according to the precipitation system (precipitation method) of the present embodiment, the target component in the target solution can be precipitated and the concentrated component that is another component in the target solution can be concentrated.
  • the target component is preferably a component that precipitates before cooling the concentrated component by cooling the target solution.
  • the solubility of the target component is preferably lower than that of the concentrated component.
  • the target solution further contains a concentrated component in addition to the target component, at the specified temperature, the target component precipitates at that temperature, and the concentrated component does not precipitate, or the precipitation amount of the concentrated component is It is set so as to be less than the precipitation amount of the target component.
  • the concentration of the target component in the target liquid decreases, so that the concentrated component can be concentrated at a higher concentration ratio than the target component. That is, the concentrated component can be selectively concentrated in the target solution.
  • the target solution to be recovered may be, for example, the target solution (supernatant solution) after the target component is precipitated in the precipitation device 2, and is concentrated in the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 in the membrane separation device.
  • the target solution (BC concentrated solution) may be used. Since the supernatant liquid after the precipitation of the target component has a higher purity of the concentrated component than the BC concentrated liquid, the target solution to be recovered is preferably the supernatant liquid.
  • the target solution, permeated water (water discharged from the second chamber 32 of the RO module 3) or BC dilution liquid (for the precipitate containing the target component deposited by the deposition apparatus) It is preferable to use a part of the target solution diluted in the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 as a rinse liquid, perform a rinse to such an extent that the target component is not dissolved, and then collect the precipitate. In this case, it is preferable to include a third returning means (third returning flow passage) 43 for returning the rinse liquid used for the rinse to the reverse osmosis module. Since the liquid containing the concentrated component is attached to the deposit deposited by the depositing device 2 and the concentrated component is transferred to the rinse liquid by rinsing, the concentrated component can be recovered again, and the recovery rate of the concentrated component is further increased. Because you can.
  • a method of contacting the deposit with the rinse liquid and then separating the deposit and the rinse liquid can be mentioned.
  • a method of bringing the deposit into contact with the rinse liquid for example, a method of adding the rinse liquid into a container containing the deposit and stirring the deposit in the rinse liquid can be mentioned.
  • the method of separating the deposit and the rinse liquid include a method of separating the deposit and the rinse liquid by a solid-liquid separation method such as standing or centrifugation.
  • the precipitation system includes the first returning means 41, whereby the concentration and precipitation of the target component by the membrane separation device (semipermeable membrane module 1) and the precipitation device 2 can be repeated, and in the target solution.
  • the concentrated component can be concentrated at a higher concentration ratio than the target component, and the concentrated component can be selectively concentrated.
  • the precipitation system includes the second returning means 42 for returning the BC diluted solution to the RO module 3
  • the BC diluted solution can be concentrated in the RO module 3 and supplied to the precipitation apparatus 2 without being discharged.
  • the recovery rate of the concentrated component from the target solution can be increased.
  • Example 1 Using the precipitation system as shown in FIG. 1, precipitation of the target component (potassium sulfate) was carried out under the following operating conditions.
  • the membrane separation device is a one-stage membrane separation device having one semipermeable membrane module 1 as shown in FIG.
  • an aqueous solution containing 8 mass% potassium sulfate was used as the target component.
  • a mixed solution of an initial target solution (flow rate: 30 g/min) and a target solution (BC diluted solution) diluted in the second chamber 12 of the membrane separation device described later is prepared.
  • a mixed solution of the target solution concentrated in the RO module 3 and the target solution (BC concentrated solution) concentrated in the first chamber of the semipermeable membrane module 1 of the membrane separation device described later is supplied to the deposition device 2.
  • potassium sulfate was precipitated (crystallized) from the target solution, and a solid precipitate was recovered.
  • the supernatant liquid is transferred from the precipitation device 2 and heated to 40° C., and then supplied to the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 of the membrane separation device at a pressure of 6.5 MPa and a flow rate of 48 g/min. At the same time, it was supplied to the second chamber 12 at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 8 g/min.
  • the concentrated target solution (BC concentrated solution) discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is mixed with the target solution concentrated in the RO module. And is supplied to the deposition apparatus 2. Further, the diluted target solution (BC diluted solution) discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is mixed with the initial target solution and supplied to the first chamber 31 of the RO module 3.
  • the potassium sulfate concentration of each liquid was measured.
  • the concentration of potassium sulfate in the liquid (permeated water) discharged from the second chamber 32 of the RO module 3 was 0.1% by mass or less, and the RO module could remove water from the target solution.
  • the concentration of potassium sulfate in the supernatant of the precipitation device 2 is 8.5% by mass, which is the saturated concentration of potassium sulfate at the cooling temperature (set temperature of the precipitation device 2) of 10°C.
  • the concentration of potassium sulfate in the BC concentrated liquid discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 was 13.5% by mass, and the supernatant liquid could be concentrated to such a high concentration.
  • the recovery rate was 90% by mass or more, and potassium sulfate could be recovered with high efficiency.
  • the supernatant of the precipitation device 2 was heated to increase the saturated solubility of potassium sulfate, and then the supernatant was measured with a membrane separator (semipermeable membrane module 1) at a saturated concentration of potassium sulfate at 10°C.
  • a membrane separator semipermeable membrane module 1
  • Example 2 In this example, an aqueous solution containing 8% by mass of potassium sulfate as a target component and 1% by mass of lithium sulfate as a concentrated component was used as a target solution. Otherwise, the system similar to the precipitation system of Example 1 was used, and the target component (potassium sulfate) was precipitated and the concentrated component (lithium sulfate) was concentrated under the same conditions as in Example 1.
  • the recovery rate of potassium sulfate (ratio to the total amount of potassium sulfate contained in the initial target solution) was 90% by mass, and potassium sulfate could be recovered with high efficiency. Further, since the concentration of potassium sulfate in the BC concentrated liquid discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is 12% by mass, the saturated solubility of the BC concentrated liquid and potassium sulfate at 10° C. (8. 5% by mass) can be recovered as a precipitate of potassium sulfate in the precipitation device 2.
  • the concentration of lithium sulfate in the recovered liquid was 7.1% by mass, and lithium sulfate could be concentrated at a high concentration ratio of 7.1 times.
  • the osmotic pressure of the target solution was higher than the operating pressure of the semipermeable membrane, the maximum pressure of the pump, etc., so that the water permeated from the target solution in the first chamber 11 to the second chamber 12 side through the semipermeable membrane. Since the target solution could not be concentrated and the target solution was not concentrated, and the concentration of the target solution discharged from the membrane separation device was not more than the saturated concentration of potassium sulfate (8.5% by mass) at 10° C., the membrane separation device It is considered that the target liquid returned from the reactor to the depositing device had almost no deposit.
  • the concentration of lithium sulfate in the recovered liquid was 1.3% by mass or less, and the concentration ratio of lithium sulfate was 1.3 times or less. It is considered that the reason why the concentration ratio of lithium sulfate was lower than that in Example 2 was that the target solution was hardly concentrated in the membrane separation device as in the case of potassium sulfate.
  • 1 semi-permeable membrane module 1A, 1B upstream module (semi-permeable membrane module), 1C final module (semi-permeable membrane module) 10, 1A0, 1B0, 1C0 semi-permeable membrane, 11, 1A1, 1B1, 1C1 first chamber, 12, 1A2, 1B2, 1C2 2nd chamber, 2 deposition device, 3 reverse osmosis (RO) module, 30 reverse osmosis (RO) membrane, 31 1st chamber, 32 2nd chamber, 41 1st return means, 42 2nd Returning means, 43 Third returning means, 51, 52 Target solution.
  • RO reverse osmosis

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Abstract

少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、対象成分を析出させる、析出システム。対象溶液を濃縮する逆浸透モジュールと、対象溶液を規定温度まで冷却し対象成分を析出させる析出装置と、半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールを含み、析出装置において対象成分を析出させた後の対象溶液を第１室および第２室の各々に流し、かつ、第１室内の対象溶液を加圧することで水を半透膜を介して第２室内に移行させ、第１室内の対象溶液を濃縮すると共に第２室内の対象溶液を希釈する、膜分離装置と、膜分離装置で濃縮された対象溶液を析出装置に返送するための第１返送手段と、膜分離装置で希釈された対象溶液を逆浸透モジュールに返送するための第２返送手段と、を備える。

Description

析出システムおよび析出方法
　本発明は、析出システムおよび析出方法に関する。
　従来、対象溶液（被処理溶液）中の対象成分を析出させて回収する装置が知られている。例えば、対象溶液を冷却して対象成分の水への溶解度を低減させることで、飽和濃度を超える分の対象成分を析出（晶析）させることで、固体として回収するシステムが知られている。
　一方、対象溶液中の成分の濃縮装置としては、逆浸透（Reverse　Osmosis：ＲＯ）法を用いたＲＯ装置が知られている。例えば、半透膜であるＲＯ膜で二室に仕切られたＲＯモジュールに対して、半透膜（二室）の一方側へ対象成分の浸透圧以上の供給圧力で対象溶液を供給することにより、対象溶液中の水のみをＲＯ膜を介して半透膜の他方側へ透過させることで、対象溶液中の対象成分を濃縮することができる。
　特許文献１（特開２０１３－４３８６０号公報）には、ＲＯ装置によって濃縮された乳酸カルシウムを含む溶液を冷却することで、乳酸カルシウムを晶析（析出）させて除去する析出システムが開示されている。このシステムでは、晶析装置の上澄み液をさらにＲＯ装置で濃縮し、濃縮された液を晶析装置へ返送することで、対象成分の析出効率を向上させている。
特開２０１３－４３８６０号公報
　ＲＯのように、対象溶液が加圧される半透膜の一方側（高圧側）だけに浸透圧を有する対象溶液を供給する場合、半透膜の他方側は基本的に浸透圧を有さない水だけであるため、半透膜の両側間の浸透圧差が大きく、これにより生じる圧力に打ち勝つ高い圧力で対象溶液を加圧する必要がある。しかし、加圧の圧力は、半透膜（ＲＯ膜）の運転圧力（限界圧力）や使用するポンプの最大圧力によって制限される。したがって、ＲＯでは、対象溶液の浸透圧がＲＯ膜の運転圧力やポンプの最大圧力等を超えるような高濃度まで、対象溶液を濃縮することはできない。
　特許文献１に開示されるシステムでは、析出装置の上澄み液は飽和濃度溶液であり、比較的高濃度の溶液である場合も多い。その場合、ＲＯ装置による上澄み液の濃縮倍率は低く、ＲＯ装置で濃縮した上澄み液を析出装置に返送しても、返送された液からの対象成分の析出量は少なく、あまり析出効率を向上させることはできないと考えられる。特に、特許文献１に開示されるシステムでは、上澄み液の浸透圧がＲＯ膜の運転圧力やポンプの最大圧力等を超える場合は、上澄み液をＲＯ装置で濃縮することも原理的に不可能であると考えられる。
　したがって、本発明は、対象溶液中の対象成分の析出効率を向上させることのできる、析出システムおよび析出方法を提供することを目的とする。
　（１）　少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、前記対象成分を析出させる、析出システムであって、
　所定の圧力に昇圧された前記対象溶液から逆浸透膜を介して水を分離し、前記対象溶液を濃縮する、逆浸透モジュールと、
　前記逆浸透モジュールにおいて濃縮された前記対象溶液を規定温度まで冷却し、前記対象成分を析出させる、析出装置と、
　半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールを含み、前記析出装置において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液を前記第１室および前記第２室の各々に流し、かつ、前記第１室内の前記対象溶液の圧力が前記第２室内の前記対象溶液の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離装置と、
　前記膜分離装置において前記半透膜モジュールの前記第１室で濃縮された前記対象溶液を前記析出装置に返送するための第１返送手段と、
　前記膜分離装置において前記半透膜モジュールの前記第２室で希釈された前記対象溶液を前記逆浸透モジュールに返送するための第２返送手段と、
　を備える、析出システム。
　（２）　前記析出装置において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液は、加熱された後に前記膜分離装置に供給される、（１）に記載の析出システム。
　（３）　前記対象溶液は、前記対象成分以外の成分である濃縮成分を含み、
　前記対象成分が析出すると共に、前記濃縮成分が濃縮される、（１）または（２）に記載の析出システム。
　（４）　前記対象溶液中の前記濃縮成分の濃度が規定濃度以上になった場合に、前記対象溶液の一部を回収する、（３）に記載の析出システム。
　（５）　前記析出装置で析出した前記対象成分を含む析出物に対して、前記対象溶液、前記逆浸透モジュールの前記第２室から排出される水、または、前記半透膜モジュールの前記第２室内で希釈された対象溶液の一部をリンス液として用いて、前記対象成分が溶解しない程度にリンスを実施した後、前記析出物を回収する、（１）～（４）のいずれかに記載の析出システム。
　（６）　前記リンスに使用された後の前記リンス液を前記逆浸透モジュールに返送するための第３返送手段を備える、（５）に記載の析出システム。
　（７）　前記半透膜モジュールの前記半透膜が中空糸膜である、（１）～（６）のいずれかに記載の析出システム。
　（８）　前記半透膜モジュールにおいて、前記中空糸膜の外側の空間が前記第１室であり、前記中空糸膜の内側の空間が前記第２室である、（７）に記載の析出システム。
　（９）　前記膜分離装置は、前記半透膜モジュールからなる複数の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置であり、
　前記複数の半透膜モジュールは、前記第１室の流れ方向に対して直列的に接続され、
　前記複数の半透膜モジュールは、前記第１室の流れ方向の最も下流側に位置する前記半透膜モジュールである最終モジュールと、前記最終モジュール以外の前記半透膜モジュールである少なくとも１つの上流モジュールと、からなり、
　前記対象溶液が前記上流モジュールの前記第１室を通過し、前記上流モジュールの前記第１室を通過した前記対象溶液の一部が前記最終モジュールの前記第１室を通過し、他の一部が前記最終モジュールの前記第２室を通過し、前記最終モジュールの前記第２室を通過した前記対象溶液が、前記上流モジュールの前記第２室を通過するように構成される、（１）～（８）のいずれかに記載の析出システム。
　（１０）　少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、前記対象成分を析出させる、析出方法であって、
　所定の圧力に昇圧された前記対象溶液から逆浸透膜を介して水を分離し、前記対象溶液を濃縮する、逆浸透工程と、
　前記逆浸透工程において濃縮された前記対象溶液を規定温度まで冷却し、前記対象成分を析出させる、析出工程と、
　半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールを用いて、前記析出工程において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液を前記第１室および前記第２室の各々に流し、かつ、前記第１室内の前記対象溶液の圧力が前記第２室内の前記対象溶液の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離工程と、
　前記膜分離工程において前記半透膜モジュールの前記第１室で濃縮された前記対象溶液を前記析出工程に返送する、第１返送工程と、
　前記膜分離工程において前記半透膜モジュールの前記第２室で希釈された前記対象溶液を前記逆浸透工程に返送する、第２返送工程と、
　を備える、析出方法。
　本発明によれば、対象溶液中の対象成分の析出効率を向上させることのできる、析出システムおよび析出方法を提供することができる。
実施形態１の析出システムを示す模式図である。 実施形態１の析出システムの変形例を示す模式図である。 実施形態１における膜分離装置の一例を示す模式図である。 実施形態１における膜分離装置の別の一例を示す模式図である。
　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ものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
　＜実施形態１＞
　図１は、実施形態１の析出システムを示す模式図である。図１を参照して、本実施形態の析出システムは、少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、対象成分を析出させる、析出システムである。析出システムは、逆浸透モジュール３と、析出装置２と、半透膜モジュール１を含む膜分離装置と、第１返送手段（第１返送流路）４１と、第２返送手段（第２返送流路）４２と、を備える。
　対象溶液は、逆浸透モジュール３（逆浸透工程）によって濃縮される。また、対象溶液は、析出装置２（析出工程）によって、対象溶液から対象成分が析出する。また、対象溶液は、半透膜モジュール１を含む膜分離装置（膜分離工程：ＢＣ）によって高濃度に濃縮される。膜分離装置において濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）は第１返送手段４１により析出装置に返送される。膜分離装置において希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）は第２返送手段４２により逆浸透モジュールに返送される。
　必要に応じて、これらの逆浸透工程、析出工程および膜分離工程の少なくとも１つの工程を繰り返してもよい。例えば、所望の量の対象成分が析出するまで、逆浸透工程、析出工程および膜分離工程の少なくとも１つの工程を繰り返してもよい。なお、逆浸透工程、析出工程および膜分離工程のうちの複数の工程を繰り返す場合、例えば、各工程を順に実施することを繰り返してもよく、一種の工程を連続的に繰り返した後に他の工程を連続的に繰り返してもよい。
　（対象溶液）
　対象溶液は、少なくとも１種の対象成分が水に溶解した溶液である。対象成分は、対象溶液の規定温度まで冷却する（対象溶液の温度を低下させる）ことにより、析出させることが可能な成分である。対象成分は、好ましくは無機塩であり、より好ましくは金属塩である。
　具体的な対象成分としては、例えば、アジ化カリウム、アジ化リチウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸バリウム、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、亜硫酸アンモニウム、安息香酸カリウム、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化コバルト(II)、塩化水銀(II)、塩化ストロンチウム、塩化セシウム、塩化鉄(II)、塩化銅(II)、塩化ニッケル(II)、塩化ネオジム(III)、塩化バリウム、塩化マンガン(II)、塩化リチウム、塩化ルビジウム、塩素酸カドミウム、塩素酸カリウム、塩素酸銀、塩素酸コバルト(II)、塩素酸セシウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸ニッケル(II)、塩素酸マグネシウム、塩素酸バリウム、塩素酸リチウム、塩素酸ルビジウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カドミウム、過塩素酸銀、過塩素酸タリウム(I)、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸ニッケル(II)、過塩素酸リチウム、過マンガン酸カリウム、過ヨウ素酸ナトリウム、ギ酸カドミウム、ギ酸カリウム、ギ酸ストロンチウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸リチウム、ギ酸ルビジウム、クロム酸アンモニウム、クロム酸カリウム、クロム酸ナトリウム、クロム酸ルビジウム、五酸化ヒ素、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸鉛(II)、酢酸バリウム、酢酸マグネシウム、酢酸リチウム、臭化アンモニウム、臭化カルシウム、臭化カドミウム、臭化カリウム、臭化ストロンチウム、臭化鉄(II)、臭化銅(II)、臭化ナトリウム、臭化ニッケル(II)、臭化バリウム、臭化マグネシウム、臭化マンガン(II)、臭化リチウム、臭化ルビジウム、シュウ酸、シュウ酸カリウム、臭素酸ガドリニウム(III)、臭素酸カリウム、臭素酸サマリウム、臭素酸テルビウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸ネオジム(III)、臭素酸プラセオジム(III)、臭素酸リチウム、酒石酸アンモニウム、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウム、硝酸イットリウム(III)、硝酸ウラニル、硝酸カリウム、硝酸カルシウム四水和物、硝酸銀、硝酸コバルト(II)、硝酸ストロンチウム、硝酸セシウム、硝酸タリウム(I)、硝酸銅(II)、硝酸ナトリウム、硝酸鉛(II)、硝酸バリウム、硝酸ベリリウム、硝酸マグネシウム、硝酸リチウム、硝酸ルビジウム、水酸化カリウム、水酸化タリウム(I)、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、スクロース、セレン酸アンモニウム、セレン酸カリウム、セレン酸銅(II)、セレン酸ナトリウム、セレン酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、チオシアン酸アンモニウム、チオシアン酸カリウム、二クロム酸アンモニウム、二クロム酸カリウム、二クロム酸ナトリウム、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、フッ化カリウム、フッ化銀、ヘキサフルオロケイ酸アンモニウム、ヘキサフルオロケイ酸銅(II)、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ニッケル(II)、ヨウ化リチウム、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、硫化バリウム、硫酸亜鉛、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸コバルト(II)、硫酸セシウム、硫酸鉄(II)七水和物、硫酸銅(II)五水和物、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸ルビジウム、リン酸カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、などが挙げられる。これらの対象成分は、１０℃と４０℃との溶解度差が５質量％以上である。
　対象成分は好ましくはカリウム塩またはナトリウム塩である。対象成分がカリウム塩である場合、カリウム塩は好ましくは硫酸カリウムである。対象成分がナトリウム塩である場合、ナトリウム塩は好ましくは硫酸ナトリウムである。
　なお、対象溶液は、上記対象成分以外の成分を含んでいてもよい。
　無機塩以外の対象成分としては、例えば、スクロース等の糖類、グルタミン酸ナトリウム等のアミノ酸等が挙げられる。
　（逆浸透モジュール）
　逆浸透モジュール３は、所定の圧力に昇圧された対象溶液から逆浸透膜３０を介して水を分離し、対象溶液を濃縮する装置である。逆浸透モジュール３としては、特に限定されず、種々公知の逆浸透モジュールを用いることができる。
　例えば、逆浸透モジュール３の第１室３１には、初期の対象溶液と、第２返送手段４２により返送される膜分離装置（半透膜モジュール１）において希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）と、の混合液が、所定の圧力に昇圧された状態で供給される。これにより、第１室１１中の対象溶液中の水が半透膜を介して第２室１２側へ透過する。なお、初期の対象液とは、ＢＣ希釈液との混合前の対象溶液である。
　なお、本実施形態の析出システムにおいて、ＲＯモジュール３を用いずに膜分離装置による濃縮（ＢＣ）と析出装置による析出を繰り返すことにより、対象溶液から対象成分を析出させることも考えられる。しかし、この場合は、膜分離装置によって希釈される対象溶液（ＢＣ希釈液）を廃棄することになり、この分の対象溶液から対象成分や濃縮成分（実施形態２参照）を回収することができず、対象成分や濃縮成分の回収率がその分低下する。したがって、本実施形態の析出装置のように、逆浸透モジュール３を併用して、膜分離装置（半透膜モジュール１）において希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）を第２返送手段４２により逆浸透モジュール３の第１室３１に返送することにより、対象成分や濃縮成分の回収率を向上させることができる。
　（析出装置）
　析出装置２は、逆浸透モジュール３において濃縮された対象溶液と後述するＢＣ濃縮液との混合液を規定温度まで冷却し、対象成分を析出させる装置である。ここで、規定温度は、その温度において、対象成分が析出するように設定される。なお、必要に応じて、析出した対象成分は回収または除去してもよい。
　（膜分離装置）
　膜分離装置は、半透膜１０、並びに、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２を有する半透膜モジュール１を含む。
　膜分離装置は、析出装置２において対象成分を析出させた後の対象溶液（上澄み液）を第１室１１および第２室１２の各々に流し、かつ、第１室１１内の対象溶液の圧力が第２室１２内の対象溶液の圧力よりも高くなるように加圧することで、第１室１１内の対象溶液に含まれる水を半透膜１０を介して第２室１２内に移行させ、第１室１１内の対象溶液を濃縮すると共に、第２室１２内の対象溶液を希釈することができる。これにより、対象溶液の浸透圧が半透膜の運転圧力やポンプの最大圧力等を超えるような高濃度まで、対象溶液を濃縮することができる。
　このような膜分離装置（膜分離工程：ＢＣ）は、ＲＯ法よりも必要なエネルギーが少ない膜分離方法（ブラインコンセントレーション）（以下、「ＢＣ」と略す場合がある）として、例えば、特開２０１８－６５１１４号公報に開示されている。
　ＢＣでは、半透膜の他方側（低圧側）にも対象溶液を流すことで、半透膜の両側間の浸透圧差を低減し、高圧側の対象溶液への加圧の圧力を低減することができる。このため、ＢＣを用いることで、対象溶液の浸透圧が半透膜の運転圧力やポンプの最大圧力等を超えるような高濃度まで、対象溶液を濃縮することが可能となる。
　したがって、析出装置の上澄み液（飽和濃度溶液）が高濃度の溶液である場合（特に、上澄み液の浸透圧がＲＯ膜の運転圧力やポンプの最大圧力等を超える場合）でも、上澄み液を高い濃縮倍率で濃縮することができ、高濃度のＢＣ濃縮液を得ることができる。このＢＣ濃縮液を析出装置に返送することにより、対象溶液から再び対象成分を析出させることができる。
　なお、ＢＣでは、対象溶液を溶解成分が飽和濃度に達するまで濃縮すると、飽和濃度に達した成分の析出により半透膜の目詰まり等が発生してしまう。このため、ＢＣでは、通常、対象溶液を最大で飽和濃度より若干低い濃度まで濃縮することが可能である。
　析出装置２において対象成分を析出させた後の対象溶液（上澄み液）は、加熱された後に膜分離装置（半透膜モジュール１）に供給されることが好ましい。析出装置２の上澄み液は飽和溶液であるため、そのままの温度では、膜分離装置で濃縮されることにより半透膜モジュール１に析出が生じてしまい、半透膜１０の目詰まり等の問題が生じるからである。上澄み液を加熱して温度を上昇させることにより、対象成分の溶解度が増加するため、膜分離装置で濃縮されたときの析出を防止することができる。
　加熱するための加熱手段としては、例えば、電気ヒーター、熱交換式ヒーターなどが挙げられる。加熱効率を高めるために、ＢＣ濃縮液と熱交換器にて熱交換後、上記の加熱手段で加熱してもよい。
　（半透膜モジュール）
　半透膜モジュール１において、半透膜１０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、正浸透膜またはナノろ過膜であり、より好ましくは逆浸透膜または正浸透膜である。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１１内の対象溶液の圧力は、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。
　半透膜１０の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図１では、半透膜１０として平膜を簡略化して描いているが、このような形状に限定されるものではなく、中空糸膜であることが好ましい。中空糸膜（中空糸型半透膜）は、スパイラル型半透膜などに比べて、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。この場合、半透膜モジュールは、複数の中空糸膜を含み、複数の中空糸膜の各々は両端に開口部を有することが好ましい。
　半透膜１０が中空糸膜である場合、第１室１１は中空糸膜の外側であり、第２室１２は中空糸膜の内側であることが好ましい。中空糸膜の外側の溶液が加圧されることが好ましい。中空糸膜の内側（中空部）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るほか、中空糸膜自体の構造が、外圧に対して構造を保持しやすく、高い内圧を付与すると膜が破裂することがあるからである。しかしながら、圧力損失が小さい、つまり大きな内径を持ち、内圧に対する耐圧が大きい中空糸膜を使用する場合は、第１室１１を中空糸膜の内側としても、なんら問題はない。
　また、半透膜モジュール１の半透膜１０と同様に、上述の逆浸透モジュール３の逆浸透膜３０も中空糸膜であってよい。
　（第１返送手段、第２返送手段）
　本実施形態の析出システムは、さらに第１返送手段と、第２返送手段と、を備える。
　第１返送手段は、膜分離装置において半透膜モジュールの第１室で濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）を析出装置に返送する（すなわち、ＢＣ濃縮液とＲＯモジュール３で濃縮された対象溶液との混合液を析出装置２に供給する）ための手段（流路など）である。
　第２返送手段は、膜分離装置において半透膜モジュールの第２室で希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）をＲＯモジュール３に返送する（すなわち、ＢＣ希釈液と初期の対象溶液との混合液をＲＯモジュール３の第１室３１に供給する）ための手段（流路など）である。
　本実施形態では、析出システムがＢＣ濃縮液を析出装置２に返送する第１返送手段４１を備えることにより、膜分離装置（半透膜モジュール１）と析出装置２とによる対象成分の濃縮と析出を繰り返すことができるため、対象溶液から所望の量の対象成分を析出させることができる。
　さらに、析出システムがＢＣ希釈液をＲＯモジュール３に返送する第２返送手段４２を備えることにより、ＢＣ希釈液を排出せずにＲＯモジュール３で濃縮して、析出装置２での析出に供することができるため、対象溶液中からの対象成分の析出効率（回収率）を高めることができる。
　（変形例）
　図３は、実施形態１における膜分離装置の一例を示す模式図である。図４は、実施形態１における膜分離装置の別の一例を示す模式図である。本変形例では、図１に示されるような１つの半透膜モジュール１を用いた一段の膜分離装置の代わりに、図３または図４に示されるような複数の半透膜モジュール１を用いた多段の装置である点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は、実施形態１と同様である。
　図３および図４を参照して、本変形例の一例において、膜分離装置は、上記の半透膜モジュールからなる複数の半透膜モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用いた多段の膜分離装置である。
　複数の半透膜モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、第１室１Ａ１，１Ｂ１，１Ｃ１の流れ方向に対して直列的に接続され、
　複数の半透膜モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、第１室１Ａ１，１Ｂ１，１Ｃ１の流れ方向の最も下流側に位置する半透膜モジュールである最終モジュール１Ｃと、最終モジュール以外の半透膜モジュールである少なくとも１つの上流モジュール１Ａ，１Ｂと、からなる。
　そして、図３に示されるように、対象溶液が上流モジュール１Ａ，１Ｂの第１室１Ａ１，１Ｂ１を通過し、上流モジュール１Ｂの第１室１Ｂ１を通過した対象溶液５１の一部が最終モジュール１Ｃの第１室１Ｃ１を通過し、他の一部が最終モジュール１Ｃの第２室１Ｃ２を通過し、最終モジュール１Ｃの第２室１Ｃ２を通過した対象溶液５２が、上流モジュール１Ｂ，１Ａの第２室１Ｂ２，１Ａ２を通過するように構成されるか、または、
　図４に示されるように、対象溶液が上流モジュール１Ａ，１Ｂの第１室１Ａ１，１Ｂ１を通過し、上流モジュール１Ｂの第１室１Ｂ１を通過した対象溶液５１が最終モジュール１Ｃの第１室１Ｃ１を通過し、最終モジュール１Ｃの濃縮液の一部が最終モジュール１Ｃの第２室１Ｃ２を通過し、上流モジュール１Ｂ，１Ａの第２室１Ｂ２，１Ａ２を通過するように構成されることが好ましい。
　なお、多段の膜分離装置において、複数の半透膜モジュールを直列に接続して、第１室側と第２室側で同方向に対象溶液を流す場合、上流側の半透膜モジュールでは、半透膜の両側（第１室と第２室）の液の浸透圧差は小さいが、下流側の半透膜モジュールほど、半透膜の両側の液の浸透圧差が徐々に大きくなる。このため、この浸透圧に打ち勝つ圧力を第１室の対象溶液に加える必要がある。これに対して、図３に示されるような多段の膜分離装置（本変形例）では、上流側と下流側の半透膜モジュールで半透膜の両側の液の浸透圧差が減少するため、第１室の対象溶液に加える必要な圧力を低減することができる利点がある。
　また、図３に示されるような多段の膜分離装置においては、対象溶液から、最終モジュール１Ｃの第１室１Ｃ１から流出する最終的に高濃度に濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）と、最も上流側の上流モジュール１Ａの第２室１Ａ２から流出する最終的に希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）と、だけが得られる。したがって、対象溶液を膜分離装置により高濃度に濃縮する際に、濃度が異なる複数の希釈液が生成することが抑制される。これにより、簡便な膜分離装置（膜分離工程：ＢＣ）で対象溶液（析出装置の上澄み液）の濃縮を実施することができる。
　＜実施形態２＞
　本実施形態の析出システムの基本的構成は、実施形態１と同様の図１に示されるような析出システムである。
　本実施形態においては、対象溶液は、対象成分以外の成分として濃縮成分を含んでいる。濃縮成分とは、本実施形態の析出システム（析出方法）によって濃縮することのできる成分である。すなわち、本実施形態の析出システム（析出方法）によれば、対象溶液中の対象成分を析出させると共に、対象溶液中の別の成分である濃縮成分を濃縮することができる。
　本実施形態において、対象成分は、対象溶液を冷却することにより濃縮成分より先に析出する成分であることが好ましい。また、対象成分の溶解度は、濃縮成分より溶解度が小さいことが好ましい。
　本実施形態では対象溶液が対象成分に加えてさらに濃縮成分を含むため、規定温度は、その温度において、対象成分は析出し、かつ、濃縮成分が析出しないか、または、濃縮成分の析出量が対象成分の析出量より少ないように設定される。
　これにより、対象液中の対象成分の濃度が低下するため、濃縮成分を対象成分よりも高い濃縮倍率で濃縮することができる。すなわち、対象溶液において濃縮成分を選択的に濃縮することができる。
　本実施形態においては、対象溶液中の濃縮成分の濃度が規定濃度以上になった場合に、対象溶液の一部を回収することが好ましい。これにより、濃縮成分を高濃度で含む液を回収することができる。回収される対象溶液は、例えば、析出装置２において対象成分を析出させた後の対象溶液（上澄み液）であってもよく、膜分離装置において半透膜モジュール１の第１室１１で濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）であってもよい。なお、対象成分を析出させた後の上澄み液の方が、ＢＣ濃縮液よりも濃縮成分の純度が高いため、回収される対象溶液は上澄み液であることが好ましい。
　また、図２に示されるように、析出装置で析出した対象成分を含む析出物に対して、対象溶液、透過水（ＲＯモジュール３の第２室３２から排出される水）またはＢＣ希釈液（半透膜モジュール１の第２室１２内で希釈された対象溶液）の一部をリンス液として用いて、対象成分が溶解しない程度にリンスを実施した後、析出物を回収することが好ましい。この場合、リンスに使用された後のリンス液を逆浸透モジュールに返送するための第３返送手段（第３返送流路）４３を備えることが好ましい。析出装置２で析出した析出物中には、濃縮成分を含む液が付着しており、濃縮成分はリンスによってリンス液に移行するので、濃縮成分を再回収でき、より濃縮成分の回収率を高めることができるからである。
　リンスの具体的な方法としては、例えば、析出物をリンス液に接触させた後に、析出物とリンス液とを分離する方法が挙げられる。析出物をリンス液に接触させる方法としては、例えば、析出物が収容された容器中にリンス液を加えて、リンス液中の析出物を撹拌する方法が挙げられる。析出物とリンス液とを分離する方法としては、静置、遠心分離等の固液分離法によって析出物とリンス液とを分離する方法が挙げられる。
　本実施形態では、析出システムが第１返送手段４１を備えることにより、膜分離装置（半透膜モジュール１）と析出装置２とによる対象成分の濃縮と析出を繰り返すことができると共に、対象溶液中の濃縮成分を対象成分より高い濃縮倍率で濃縮することができ、濃縮成分を選択的に濃縮することができる。
　さらに、析出システムがＢＣ希釈液をＲＯモジュール３に返送する第２返送手段４２を備えることにより、ＢＣ希釈液を排出せずにＲＯモジュール３で濃縮して析出装置２に供することができるため、対象溶液中からの濃縮成分の回収率を高めることができる。
　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。実施例における諸特性の測定方法は次のとおりである。
　〔１〕対象成分の回収率の測定
　回収される析出物の乾燥重量を測定し、次式で対象成分の回収率（Ｒ）を算出した。
　Ｒ（質量％）＝（Ｗ２／Ｗ１）×１００
　ここで、Ｗ１は初期の対象溶液中の対象成分の乾燥重量（ｇ）であり、Ｗ２は析出物中の対象成分の乾燥重量（ｇ）である。
　〔２〕濃縮成分の濃縮倍率の測定
　回収液（濃縮成分が規定濃度以上に濃縮された対象溶液）の対象成分の濃度を測定し、次式で対象成分の濃縮倍率（Ｍ）を算出した。
　Ｍ（質量％）＝（Ｃ２／Ｃ１）×１００
　ここで、Ｃ１は初期の対象溶液中の濃縮成分の濃度（質量％）であり、Ｃ２は回収液中の濃縮成分の濃度（質量％）である。
　〔３〕初期の対象溶液中の対象成分の乾燥重量（Ｗ１）の定量
　対象溶液中の対象成分の濃度を測定し、液量（ｇ）と対象成分の濃度（質量％）の積によりＷ１を算出した。
　〔４〕析出物中の対象成分の乾燥重量（Ｗ２）の定量
　析出物を完全に溶解するまで水に溶解させた溶液を調製し、該溶液中の対象成分の濃度を測定し、該溶液の総量（ｇ）と対象成分の濃度（質量％）の積によりＷ２を算出した。
　〔５〕液中の各成分濃度の定量
　以下の方法でカチオン（カリウムイオン、リチウムイオン）およびアニオン（硫酸イオン）濃度を測定し、液中の各成分（硫酸カリウム、硫酸リチウム）の濃度として算出した。なお、本実施例では、一例とて、硫酸リチウムおよび硫酸カリウムを使用した。
カチオンの測定法：　ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏ－ｍｅｔｒｙ）法
アニオンの測定法：　イオンクロマトグラフ法
　（実施例１）
　図１に示されるような析出システムを使用し、以下の操作条件にて対象成分（硫酸カリウム）の析出を実施した。なお、膜分離装置は、図１に示されるような１つの半透膜モジュール１を有する一段の膜分離装置である。
　ＲＯモジュール３へ供給する液の圧力：　５ＭＰａ
　ＲＯモジュール３へ供給する液の温度：　３０℃
　ＲＯモジュール３の逆浸透膜３０：　中空糸型逆浸透膜（材質：三酢酸セルロース）
　析出装置２の設定温度：　１０℃（本実施例での規定温度）
　膜分離装置の半透膜モジュール１へ供給する液の圧力：　６．５ＭＰａ（第１室）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１ＭＰａ（第２室）
　膜分離装置の半透膜モジュール１へ供給する液の温度：　４０℃
　膜分離装置の半透膜モジュール１の半透膜１０：　中空糸型逆浸透膜（材質：三酢酸セルロース）（なお、膜分離装置の半透膜モジュールとしてＲＯモジュールと同じモジュールを用いた。）
　本実施例では、対象成分として硫酸カリウムを８質量％含む水溶液を対象溶液として用いた。
　まず、ＲＯモジュール３の第１室３１に、初期の対象溶液（流量：３０ｇ／ｍｉｎ）と後述の膜分離装置の第２室１２で希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）との混合液が、７ＭＰａの圧力および５０ｇ／ｍｉｎの流量で供給され、濃縮された。次に、ＲＯモジュール３で濃縮された対象溶液と後述の膜分離装置の半透膜モジュール１の第１室で濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）との混合液が、析出装置２に供給され、冷却された。この操作により対象溶液から硫酸カリウムが析出（晶析）し、固体の析出物が回収された。次に、析出装置２から上澄み液が移送され、４０℃まで加熱された後に、膜分離装置の半透膜モジュール１の第１室１１へ６．５ＭＰａの圧力および４８ｇ／ｍｉｎの流量で供給されると共に、第２室１２へ０．１ＭＰａの圧力および８ｇ／ｍｉｎの流量で供給された。
　なお、本実施例では、図１に示されるとおり、半透膜モジュール１の第１室１１から排出される濃縮された対象溶液（ＢＣ濃縮液）は、ＲＯモジュールで濃縮された対象溶液と混合されて、析出装置２に供給される。また、半透膜モジュール１の第２室１２から排出される希釈された対象溶液（ＢＣ希釈液）は、初期の対象溶液と混合されて、ＲＯモジュール３の第１室３１に供給される。
　上記の操作条件で一定時間運転させた後、各液の硫酸カリウム濃度を測定した。その結果、ＲＯモジュール３の第２室３２から排出される液（透過水）中の硫酸カリウムの濃度は０．１質量％以下であり、ＲＯモジュールにより対象溶液から水分除去ができていた。また、析出装置２の上澄み液中の硫酸カリウムの濃度は８．５質量％であり、これは冷却温度（析出装置２の設定温度）１０℃での硫酸カリウムの飽和濃度である。また、半透膜モジュール１の第１室１１から排出されるＢＣ濃縮液中の硫酸カリウムの濃度は１３．５質量％であり、このような高濃度まで上澄み液を濃縮することができた。
　また、回収した析出物中の硫酸カリウムの乾燥重量を測定し、回収率を算出した結果、回収率は９０質量％以上であり、高効率で硫酸カリウムを回収できた。このように、析出装置２の上澄み液を加温して硫酸カリウムの飽和溶解度を高めた後、上澄み液を膜分離装置（半透膜モジュール１）にて１０℃での硫酸カリウムの飽和濃度より高い濃度に濃縮してから、析出装置２へ返送して冷却することで、ＢＣ濃縮液の濃度と１０℃での硫酸カリウムの飽和溶度（８．５質量％）との差分を、硫酸カリウムの析出物として回収することができる。
　（実施例２）
　本実施例では、対象成分として硫酸カリウムを８質量％含み、さらに濃縮成分として硫酸リチウムを１質量％含む水溶液を対象溶液として用いた。それ以外は実施例１の析出システムと同様のシステムを用いて、実施例１と同様の条件にして、対象成分（硫酸カリウム）の析出および濃縮成分（硫酸リチウム）の濃縮を実施した。
　一定時間運転させた後、析出装置２の上澄み液の一部（流量：１９ｇ／ｍｉｎ）を回収液として回収した。
　さらに一定時間運転させた後、各液の硫酸カリウムおよび硫酸リチウムの濃度を測定した。その結果、ＲＯモジュール３の第２室３２から排出される液（透過水）中の硫酸カリウムの濃度および硫酸リチウムの濃度は共に０．１質量％以下であり、ＲＯモジュールにより対象溶液から水分除去ができていた。
　また、硫酸カリウムの回収率（初期の対象溶液中に含まれる硫酸カリウムの総量に対する比率）は９０質量％であり、高効率で硫酸カリウムを回収できた。また、半透膜モジュール１の第１室１１から排出されるＢＣ濃縮液中の硫酸カリウムの濃度は１２質量％であるため、ＢＣ濃縮液と１０℃での硫酸カリウムの飽和溶度（８．５質量％）との差分を、析出装置２において硫酸カリウムの析出物として回収することができる。
　また、回収液中の硫酸リチウムの濃度は７．１質量％であり、硫酸リチウムを７．１倍という高い濃縮倍率で濃縮することができた。
　（比較例１）
　膜分離装置の半透膜モジュール１において、第２室１２への上澄み液の供給を実施しなかった。それ以外の点は実施例１と同様にして、一定時間運転後、各液の硫酸カリウム濃度を測定した。その結果、析出物としての硫酸カリウムの回収率は５質量％以下であり、実施例１に比べて硫酸カリウムの回収率が低かった。
　これは、対象溶液の浸透圧が半透膜の運転圧力やポンプの最大圧力等より高かったために、第１室１１中の対象溶液から水を半透膜を介して第２室１２側へ透過させることができずに対象溶液が濃縮されず、膜分離装置から排出される対象溶液の濃度が、１０℃での硫酸カリウムの飽和濃度（８．５質量％）以下であったため、膜分離装置から析出装置に返送される対象液については、析出物がほぼ生じなかったためであると考えられる。
　（比較例２）
　膜分離装置の半透膜モジュール１において、第２室１２への上澄み液の供給を実施しなかった。それ以外の点は実施例２と同様にして、一定時間運転後、各液の硫酸カリウムおよび硫酸リチウムの濃度を測定した。その結果、析出物としての硫酸カリウムの回収率は５質量％以下であり、実施例２に比べて硫酸カリウムの回収率が低かった。その理由は比較例１と同様であると考えられる。
　また、回収液中の硫酸リチウムの濃度は１．３質量％以下であり、硫酸リチウムの濃縮倍率は１．３倍以下であった。このように硫酸リチウムの濃縮倍率が実施例２よりも低かった理由は、硫酸カリウムと同様に膜分離装置での対象溶液の濃縮がほぼ生じなかったためであると考えられる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　半透膜モジュール、１Ａ，１Ｂ　上流モジュール（半透膜モジュール）、１Ｃ　最終モジュール（半透膜モジュール）、１０，１Ａ０，１Ｂ０，１Ｃ０　半透膜、１１，１Ａ１，１Ｂ１，１Ｃ１　第１室、１２，１Ａ２，１Ｂ２，１Ｃ２　第２室、２　析出装置、３　逆浸透（ＲＯ）モジュール、３０　逆浸透（ＲＯ）膜、３１　第１室、３２　第２室、４１　第１返送手段、４２　第２返送手段、４３　第３返送手段、５１，５２　対象溶液。

Claims (10)

  1. 　少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、前記対象成分を析出させる、析出システムであって、
    　所定の圧力に昇圧された前記対象溶液から逆浸透膜を介して水を分離し、前記対象溶液を濃縮する、逆浸透モジュールと、
    　前記逆浸透モジュールにおいて濃縮された前記対象溶液を規定温度まで冷却し、前記対象成分を析出させる、析出装置と、
    　半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールを含み、前記析出装置において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液を前記第１室および前記第２室の各々に流し、かつ、前記第１室内の前記対象溶液の圧力が前記第２室内の前記対象溶液の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離装置と、
    　前記膜分離装置において前記半透膜モジュールの前記第１室で濃縮された前記対象溶液を前記析出装置に返送するための第１返送手段と、
    　前記膜分離装置において前記半透膜モジュールの前記第２室で希釈された前記対象溶液を前記逆浸透モジュールに返送するための第２返送手段と、
    　を備える、析出システム。
  2. 　前記析出装置において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液は、加熱された後に前記膜分離装置に供給される、請求項１に記載の析出システム。
  3. 　前記対象溶液は、前記対象成分以外の成分である濃縮成分を含み、
    　前記対象成分が析出すると共に、前記濃縮成分が濃縮される、請求項１または２に記載の析出システム。
  4. 　前記対象溶液中の前記濃縮成分の濃度が規定濃度以上になった場合に、前記対象溶液の一部を回収する、請求項３に記載の析出システム。
  5. 　前記析出装置で析出した前記対象成分を含む析出物に対して、前記対象溶液、前記逆浸透モジュールの前記第２室から排出される水、または、前記半透膜モジュールの前記第２室内で希釈された対象溶液の一部をリンス液として用いて、前記対象成分が溶解しない程度にリンスを実施した後、前記析出物を回収する、請求項１～４のいずれか１項に記載の析出システム。
  6. 　前記リンスに使用された後の前記リンス液を前記逆浸透モジュールに返送するための第３返送手段を備える、請求項５に記載の析出システム。
  7. 　前記半透膜モジュールの前記半透膜が中空糸膜である、請求項１～６のいずれか１項に記載の析出システム。
  8. 　前記半透膜モジュールにおいて、前記中空糸膜の外側の空間が前記第１室であり、前記中空糸膜の内側の空間が前記第２室である、請求項７に記載の析出システム。
  9. 　前記膜分離装置は、前記半透膜モジュールからなる複数の半透膜モジュールを含む多段式の膜分離装置であり、
    　前記複数の半透膜モジュールは、前記第１室の流れ方向に対して直列的に接続され、
    　前記複数の半透膜モジュールは、前記第１室の流れ方向の最も下流側に位置する前記半透膜モジュールである最終モジュールと、前記最終モジュール以外の前記半透膜モジュールである少なくとも１つの上流モジュールと、からなり、
    　前記対象溶液が前記上流モジュールの前記第１室を通過し、前記上流モジュールの前記第１室を通過した前記対象溶液の一部が前記最終モジュールの前記第１室を通過し、他の一部が前記最終モジュールの前記第２室を通過し、前記最終モジュールの前記第２室を通過した前記対象溶液が、前記上流モジュールの前記第２室を通過するように構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載の析出システム。
  10. 　少なくとも１種の対象成分が水に溶解した対象溶液について、前記対象成分を析出させる、析出方法であって、
    　所定の圧力に昇圧された前記対象溶液から逆浸透膜を介して水を分離し、前記対象溶液を濃縮する、逆浸透工程と、
    　前記逆浸透工程において濃縮された前記対象溶液を規定温度まで冷却し、前記対象成分を析出させる、析出工程と、
    　半透膜、並びに、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室を有する半透膜モジュールを用いて、前記析出工程において前記対象成分を析出させた後の前記対象溶液を前記第１室および前記第２室の各々に流し、かつ、前記第１室内の前記対象溶液の圧力が前記第２室内の前記対象溶液の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記対象溶液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内に移行させ、前記第１室内の前記対象溶液を濃縮すると共に、前記第２室内の前記対象溶液を希釈する、膜分離工程と、
    　前記膜分離工程において前記半透膜モジュールの前記第１室で濃縮された前記対象溶液を前記析出工程に返送する、第１返送工程と、
    　前記膜分離工程において前記半透膜モジュールの前記第２室で希釈された前記対象溶液を前記逆浸透工程に返送する、第２返送工程と、
    　を備える、析出方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022044363A1 (ja) * 2020-08-31 2022-03-03 オルガノ株式会社 濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置
CN115432876A (zh) * 2021-06-04 2022-12-06 奥加诺株式会社 水处理方法和水处理装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115043475B (zh) * 2022-05-31 2023-06-13 广东邦普循环科技有限公司 含铁氰络合物和草酸盐废水的处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0663362A (ja) * 1992-08-24 1994-03-08 Kurita Water Ind Ltd 膜分離装置
JPH10137758A (ja) * 1996-11-14 1998-05-26 Shinko Pantec Co Ltd 水処理方法及び水処理装置
JP2013043860A (ja) * 2011-08-24 2013-03-04 Hitachi Plant Technologies Ltd 精製乳酸の製造方法
JP2014161826A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Jfe Engineering Corp 水処理方法および装置
JP2018001110A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 東洋紡株式会社 ブラインの処理方法、塩水の淡水化処理方法、ブラインの処理システム、および、塩水の淡水化処理システム
JP2018069198A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 東洋紡株式会社 濃縮方法および濃縮装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002001068A (ja) * 2000-06-21 2002-01-08 Kurita Water Ind Ltd 膜分離方法および装置
AU2008202302A1 (en) * 2008-05-22 2009-12-10 Al-Samadi, Riad Dr High Water Recovery Membrane Purification Process
AU2008202311A1 (en) * 2008-05-22 2009-12-10 Al-Samadi, Riad Dr High Water Recovery Single Stage Membrane Process
JP2013063372A (ja) * 2011-09-15 2013-04-11 Toshiba Corp 淡水化システム
US9259703B2 (en) * 2012-08-13 2016-02-16 Enviro Water Minerals Company, Inc. System for removing selenium from a feed stream
WO2016084905A1 (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 東レ株式会社 造水方法
CN104672286B (zh) * 2015-03-09 2018-04-17 大兴安岭林格贝寒带生物科技股份有限公司 从蓝莓叶中富集纯化α‑熊果苷的方法
JP6862935B2 (ja) * 2017-03-07 2021-04-21 東洋紡株式会社 濃縮システムおよび濃縮方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0663362A (ja) * 1992-08-24 1994-03-08 Kurita Water Ind Ltd 膜分離装置
JPH10137758A (ja) * 1996-11-14 1998-05-26 Shinko Pantec Co Ltd 水処理方法及び水処理装置
JP2013043860A (ja) * 2011-08-24 2013-03-04 Hitachi Plant Technologies Ltd 精製乳酸の製造方法
JP2014161826A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Jfe Engineering Corp 水処理方法および装置
JP2018001110A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 東洋紡株式会社 ブラインの処理方法、塩水の淡水化処理方法、ブラインの処理システム、および、塩水の淡水化処理システム
JP2018069198A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 東洋紡株式会社 濃縮方法および濃縮装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022044363A1 (ja) * 2020-08-31 2022-03-03 オルガノ株式会社 濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置
CN115432876A (zh) * 2021-06-04 2022-12-06 奥加诺株式会社 水处理方法和水处理装置
CN115432876B (zh) * 2021-06-04 2024-04-09 奥加诺株式会社 水处理方法和水处理装置

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