WO2020179594A1 - Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム - Google Patents

Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2020179594A1
WO2020179594A1 PCT/JP2020/007935 JP2020007935W WO2020179594A1 WO 2020179594 A1 WO2020179594 A1 WO 2020179594A1 JP 2020007935 W JP2020007935 W JP 2020007935W WO 2020179594 A1 WO2020179594 A1 WO 2020179594A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
chamber
water
reverse osmosis
concentrated water
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/007935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昌平 合田
大樹 河野
崇人 中尾
Original Assignee
東洋紡株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東洋紡株式会社 filed Critical 東洋紡株式会社
Priority to JP2021504009A priority Critical patent/JPWO2020179594A1/ja
Publication of WO2020179594A1 publication Critical patent/WO2020179594A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/58—Multistep processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/76—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with halogens or compounds of halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a Zero Liquid Discharge system for coating, printing, chemical factory drainage, final landfill leachate, etc., which contains organic and inorganic components as target components.
  • wastewater was discharged after being treated to meet the water quality standards of the place where it was discharged.
  • regulations on wastewater treatment have become strict, and reuse in business establishments has been recommended and regulated, and establishment of wastewater reuse system and water circulation system in business establishments is required.
  • wastewater has a wide variety of components, such as containing one or both of an organic component and an inorganic component, it can be said that it is a standard practice to go through a plurality of processes for the treatment method.
  • the ZLD system separates the target component in the wastewater from the water, deposits the target component in the wastewater and collects the precipitate (solid matter, slurry), and the water in the wastewater evaporates or is cleaned. It is a wastewater treatment system that collects as water and reuses it in the office.
  • Patent Document 1 a floc forming device that forms a floc of a heavy metal compound by adding a floc forming agent containing a pH adjuster that adjusts the pH value of the heavy metal-containing wastewater to the heavy metal-containing wastewater, and the heavy metal compound
  • An apparatus for membrane-treating wastewater containing heavy metals in which flocs are formed using an immersion membrane (MBR), an apparatus for concentrating treated water that has permeated through the membrane in the membrane separation treatment by a reverse osmosis membrane, and an evaporative concentration apparatus , Wastewater treatment methods are disclosed.
  • the ZLD system deposits the target component by a precipitation device such as evaporation concentration or crystallization after concentration by a membrane (removal of water from wastewater).
  • a precipitation device such as evaporation concentration or crystallization after concentration by a membrane (removal of water from wastewater).
  • impurities such as membrane fouling, clogging, and scale adhesion in the equipment
  • An object of the present invention is to provide a ZLD system that removes and concentrates target components from wastewater containing various target components such as those containing organic and inorganic components, and also includes more efficient membrane concentration than before. is there.
  • the present invention has the following configurations. 1. A wastewater treatment system that removes and separates target components from wastewater containing organic and inorganic components as target components, A biological treatment device that performs biological treatment on the wastewater to remove organic components and discharge the first treated water, A membrane pretreatment device for removing the membrane clogging component from the first treated water and discharging the second treated water, A reverse osmosis concentrator that pressurizes the second treated water and supplies it to a reverse osmosis membrane module, and discharges the first concentrated water concentrated by the second osmosis method by a reverse osmosis method, A semipermeable membrane and a semipermeable membrane module having a first chamber and a second chamber partitioned by the semipermeable membrane are included, and a part of the first concentrated water is placed in the first chamber of the semipermeable membrane module.
  • the first chamber By supplying the second chamber with another part of the first concentrated water and pressurizing the pressure of the first chamber so as to be higher than the pressure of the second chamber, the first chamber is supplied. By transferring the water contained in the first concentrated water in one chamber to the second chamber via the semipermeable membrane, the concentrated second concentrated water of the first concentrated water and the first concentrated water are concentrated.
  • a precipitation device for recovering the precipitate by precipitating the target component by heating or cooling the second concentrated water or by evaporating the water,
  • a Zero Liquid Discharge system comprising. 2. 2. The Zero Liquid Discharge system according to 1, which has a flow path for returning at least a part of the diluted water to the first treated water or the second treated water. 3.
  • the Zero Liquid Discharge system according to 1 or 2, wherein a pressure source for supplying the first concentrated water to the first chamber and the second chamber is an application unit to the reverse osmosis membrane module. 4.
  • the membrane pretreatment device is a membrane separation device using a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, etc., a coagulating sedimentation device, an ion exchange device, a pH adjusting device, a temperature adjusting device, an ultraviolet sterilizing device, an ozone sterilizing device.
  • the Zero Liquid Discharge system according to any one of 1 to 4, which is one or more selected from the group consisting of a chlorine sterilizer and a wet decomposition device. 6.
  • the Zero Liquid Discharge system according to any one of 1 to 6 wherein the reverse osmosis membrane module includes a reverse osmosis membrane having a maximum working pressure of 3 MPa or less and / or a reverse osmosis membrane having a maximum working pressure of more than 3 MPa.
  • the semipermeable membrane has a pore size of 1 ⁇ m or less.
  • the target component can be removed and concentrated from the wastewater containing various target components such as organic components and inorganic components, and the concentration of the target component is high at low pressure and the concentration of the film is high.
  • the energy for removing water from the concentrating and precipitating apparatus can be reduced.
  • drainage includes drainage containing both organic and inorganic components. Specifically, as mentioned above, painting, printing, chemical plant drainage, final landfill leachate, etc. may be mentioned.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a ZLD system according to an embodiment of the present invention.
  • the wastewater treatment (ZLD) system of the present embodiment includes a biological treatment device 10, a membrane pretreatment device 20, a reverse osmosis concentration device 30, a brine cocentration device 40, and a precipitation device 50. The details of the wastewater treatment process and the function of each device will be described below.
  • the wastewater 1 is first supplied to the biological treatment device 10.
  • the biological treatment apparatus 10 is an apparatus using a microbial decomposition method, in which organic components contained in wastewater are decomposed and removed by microbial decomposition, and first treated water containing a large amount of inorganic components is discharged.
  • the biological treatment apparatus 10 is not particularly limited, but a standard activated sludge treatment apparatus including an activated sludge tank in which microorganisms are acclimatized and a sedimentation tank for statically separating sludge and water, and a carrier such as a gel for fixing microorganisms
  • a fixed activated sludge device for liquefaction and biological treatment and a membrane separation activated sludge treatment device (MBR) that can separate sludge and water by membrane separation by immersing a microfiltration membrane module in an activated sludge tank. It may be selected appropriately in consideration of.
  • the membrane pretreatment device 20 is a device for discharging the second treated water from which the membrane clogging component contained in the first treated water has been removed, and by this treatment, a reverse osmosis concentrating device 30 and a brine co-centration device described later. It is possible to suppress clogging of the film used in No. 40.
  • the membrane clogging component is an organic substance, which is accumulated on the membrane surface including an inorganic substance, for example, an increase in pressure loss and a substance having an effect of reducing the amount of permeated water, specifically, microorganisms, fine particles, water-soluble silica, Calcium carbonate, calcium sulfate, calcium fluoride, etc.
  • the membrane pretreatment device 20 is a membrane separation device using a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a coagulation sedimentation device, an ion exchange device, a pH adjustment device, a temperature adjustment device, an ultraviolet sterilization device, an ozone sterilization device. , Chlorine sterilizer, wet decomposition device, which is a device composed of at least one.
  • the shape of the membrane used for membrane separation used in the membrane pretreatment apparatus 20 is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a tubular membrane.
  • the material constituting the membrane is not particularly limited, and examples thereof include a cellulosic resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin.
  • the wastewater (concentrated water, washing water) generated in the process of membrane separation may be supplied (mixed) to the supply water of the biological treatment apparatus 10.
  • the membrane pretreatment device 20 may be a combination of the above-mentioned devices.
  • the first treated water contains water-soluble silica
  • the water-soluble silica is precipitated as a solid by coagulation precipitation or pH adjustment, and the water turbidized by the ultrafiltration membrane is used as the second treated water. Therefore, it is possible to suppress film clogging due to water-soluble silica in the reverse osmosis concentrator 30.
  • the device selection of the membrane pretreatment device 20 may be appropriately selected according to the required water quality of the devices after the reverse osmosis concentrating device 30.
  • the reverse osmosis concentrating device 30 is a device that concentrates a target component such as an inorganic component contained in the second treated water and discharges the first concentrated water.
  • the reverse osmosis concentrator 30 has a reverse osmosis membrane module 34 having a first chamber 32 and a second chamber 33 partitioned by a reverse osmosis membrane 31, and a second chamber is provided in the first chamber 32 of the reverse osmosis membrane module 34. Since water is permeated through the reverse osmosis membrane 31 by pressurizing and supplying the treated water, the first concentrated water in which the target component is concentrated is discharged from the first chamber 32 and the permeated water is discharged from the second chamber 33. To.
  • the reverse osmosis membrane 31 to be used has a maximum working pressure of 3 MPa or less (super low pressure reverse osmosis membrane to medium pressure reverse osmosis membrane) and/or a maximum working pressure of more than 3 MPa (high pressure reverse osmosis membrane to ultra high pressure reverse osmosis membrane). Is preferable.
  • the pressure applied to the first chamber 32 in the reverse osmosis concentrator 30 is 0.1 MPa to 3.0 MPa in the case of a reverse osmosis membrane having a maximum working pressure of 3 MPa or less, and 3 in the case of a reverse osmosis membrane having a maximum working pressure of more than 3 MPa. It is 0.0 MPa to 10.0 MPa.
  • the application means includes pumps and the like, but may be appropriately selected.
  • the shape of the reverse osmosis membrane 31 used in the reverse osmosis concentrator 30 is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a tubular membrane.
  • the material constituting the membrane is also not particularly limited, and examples thereof include a cellulosic resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin.
  • a specific reverse osmosis membrane 31 is a reverse osmosis membrane having a single-layer structure, which is entirely composed of a cellulosic resin.
  • the monolayer structure referred to here does not have to be a film in which the entire layer is homogeneous, and may be, for example, a film inhomogeneous in the thickness direction. Specifically, it has a dense layer on the outer peripheral surface, and this dense layer is a separation active layer that substantially defines the pore diameter of the hollow fiber membrane, and the inner peripheral surface side seems to have a lower density than the dense layer. It may be a thin film.
  • the reverse osmosis membrane has a pore size of about 2 nm or less, and the nanofiltration membrane has a relatively low rejection rate of monovalent ions and salts among the reverse osmosis membrane.
  • the nanofiltration membrane has a pore size of about 1 to It is 2 nm.
  • the pore diameter of the ultrafiltration membrane is about 2 to 100 nm, and the pore diameter of the microfiltration membrane is about 0.1 ⁇ m or more.
  • the salt removal rate of the reverse osmosis membrane or the nanofiltration membrane is preferably 90% or more.
  • the reverse osmosis membrane module 34 used in the reverse osmosis concentrating device 30 when a hollow fiber membrane is used, a module in which the hollow fiber membrane is straightly arranged or a crosswind in which the hollow fiber membrane is wound around a core tube is used. Examples include type modules. When a flat membrane is used, a laminated module in which flat membranes are stacked, a spiral type module in which the flat membranes are enveloped and wound around a core tube, and the like can be given.
  • the brine concentration device 40 is a device that concentrates a target component such as an inorganic component contained in the first concentrated water and discharges the second concentrated water that is more concentrated than the first concentrated water.
  • the brine concentration device 40 has a semipermeable membrane module 44 having a first chamber 42 and a second chamber 43 partitioned by a semipermeable membrane 41, and the first chamber 42 has a part of the first concentrated water. To supply the other part of the first concentrated water to the second chamber 43 and pressurize the first chamber 42 so that the pressure is higher than that of the second chamber 43.
  • the water contained in the first concentrated water of 42 is permeated into the first concentrated water to the second chamber 43 through the semipermeable membrane 41.
  • the second concentrated water which is more concentrated than the first concentrated water, is discharged from the first chamber 42, and the diluted water in which the first concentrated water is diluted is discharged from the second chamber 43.
  • the target solution (first concentrated water) flowing into the first chamber 42 and the second chamber 43 of the semipermeable membrane module 44 is the same liquid, it has basically the same osmotic pressure. Therefore, unlike the reverse osmosis method, there is no need for high pressure for causing reverse osmosis against the high osmotic pressure difference between the concentrated liquid (brine) and the fresh water (permeate), and a relatively low pressure is applied. According to this, concentration and dilution of the first concentrated water can be performed (a part of the first concentrated water can be concentrated and a part of the other first concentrated water can be diluted).
  • the osmotic pressure difference (absolute value) is supplied to the first chamber 42. If the pressure is lower than the pressure of the target solution (first concentrated water) to be used, the brine concentration is theoretically possible.
  • the difference between the osmotic pressure of the first concentrated water flowing into the first chamber 42 (pressurized side) and the osmotic pressure of the target solution (first concentrated water) supplied to the second chamber 43 is the first chamber 42. It is 30% or less of the predetermined pressure of the first concentrated water supplied to the water.
  • the target component can be concentrated to near the saturation concentration within the pressure resistance range of the semipermeable membrane 41, regardless of the concentration of the target component.
  • the shape of the semipermeable membrane used in the brine concentration device 40 is preferably a hollow fiber membrane.
  • the hollow fiber membrane is advantageous in that it has a smaller membrane thickness than that of a flat membrane, the membrane area per module can be increased, and the permeation efficiency can be increased.
  • the material constituting the membrane is not particularly limited, and examples thereof include cellulose-based resins, polysulfone-based resins, and polyamide-based resins.
  • the semipermeable membrane is preferably composed of a material containing at least one of a cellulose resin and a polysulfone resin.
  • the cellulosic resin is preferably a cellulosic 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-based resin is preferably cellulose acetate, and more preferably tricellulose triacetate from the viewpoint of durability.
  • a specific semipermeable membrane 41 is a membrane having a single-layer structure, which is entirely composed of a cellulosic resin.
  • the monolayer structure referred to here does not have to be a film in which the entire layer is homogeneous, and may be, for example, a film inhomogeneous in the thickness direction. Specifically, it has a dense layer on the outer peripheral surface, and this dense layer is a separation active layer that substantially defines the pore diameter of the hollow fiber membrane, and the inner peripheral surface side seems to have a lower density than the dense layer. It may be a thin film.
  • the pore size of the semipermeable membrane 41 is appropriately selected depending on the size of the object to be concentrated, and is not particularly limited. If the pore size of the semipermeable membrane 41 is too large compared to the size of the object to be concentrated, the object cannot be concentrated. On the other hand, if the pore size of the semipermeable membrane 41 is too small compared to the size of the object to be concentrated, the cost of concentration (dehydration) increases. In the concentration of the waste water according to the present invention, the pore diameter of the semipermeable membrane 41 is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or less, still more preferably 0.01 ⁇ m or less.
  • the semipermeable membrane module 44 used in the brine concentration device 40 when a hollow fiber membrane is used, a module in which the hollow fiber membrane is straightly arranged or a crosswind in which the hollow fiber membrane is wound around a core tube is used. Examples include type modules. When a flat membrane is used, a laminated module in which flat membranes are stacked, a spiral type module in which the flat membranes are enveloped and wound around a core tube, and the like can be given.
  • the membrane used in the brine cocentration device 40 is a hollow fiber membrane
  • the first chamber 42 is outside the hollow fiber membrane and the second chamber 43 is inside the hollow fiber membrane. ..
  • the pressure loss may increase and it may be difficult to sufficiently pressurize the hollow fiber membrane.
  • the structure of the hollow fiber membrane itself has a structure against external pressure. This is because it is easy to hold and the membrane may rupture when a high internal pressure is applied.
  • a hollow fiber membrane having a small pressure loss that is, having a large inner diameter and a large pressure resistance to the internal pressure is used, there is no problem even if the first chamber 42 is inside the hollow fiber membrane.
  • (Brine concentration device) 2 and 3 are schematic diagrams showing an example of the brine concentration device 40 in the embodiment.
  • a multi-stage multi-stage using a plurality of semipermeable membrane modules 44 as shown in FIG. It differs in that it is a device. Other than that, it is the same as that of the embodiment.
  • the brine concentration device 44 is a multi-stage brine concentration device using a plurality of semipermeable membrane modules 44A, 44B, 44C which are the above-mentioned semipermeable membrane modules.
  • the first chambers 42A1, 42B1, 42C1 are connected in series.
  • the first concentrated water passes through the first chambers 42A1 and 42B1 of the modules 44A and 44B, and a part of the concentrated water 45 discharged from the first chamber 42B1 of the module 44B is introduced into the first chamber 42C1 of the module 44C.
  • the other part of the concentrated water 45 is introduced into the second chamber 43C2 of the module 44C, and the diluted water 46 discharged from the second chamber 43C2 of the module 44C is introduced into the second chamber 43B2, 43A2 of the modules 44B, 44A.
  • the first concentrated water passes through the first chambers 42A1, 42B1, 42C1 of the modules 44A, 44B, 44C, and a part of the concentrated water 47 discharged from the first chamber 42C1 of the module 44C is a part of the module 44C.
  • the diluted water 46 introduced into the two chambers 43C2 and discharged from the second chamber 43C2 is configured to pass through the second chambers 43B2 and 43A2 of the modules 44B and 44A.
  • a multi-stage brine concentration device when a plurality of semipermeable membrane modules are connected in series and the target solution (first concentrated water) flows in the same direction on the first chamber side and the second chamber side, the upstream side In the semipermeable membrane module, the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane (first chamber and second chamber) is small, but the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane is smaller in the downstream semipermeable membrane module. It gets bigger gradually. Therefore, it is necessary to apply a pressure that overcomes this osmotic pressure to the target solution (first concentrated water) in the first chamber.
  • the multi-stage brine concentration apparatus as shown in FIGS.
  • the osmotic pressure difference between the liquids on both sides of the semipermeable membrane is reduced in the upstream and downstream semipermeable membrane modules, and thus the first
  • the pressure applied to the target solution (first concentrated water) in the chamber can be reduced.
  • the concentrated water concentrated to a high concentration discharged from the first chamber 42C1 of the module 44C and the second chamber 43A2 of the module 44A are discharged. Only the finally diluted diluted water is obtained. Therefore, when the target solution (first concentrated water) is concentrated to a high concentration by the brine concentration device, it is possible to suppress the generation of a plurality of concentrated solutions or diluted solutions having different concentrations. Thereby, the target solution (first concentrated water) can be concentrated with a simple brine concentration device.
  • the depositing device 50 is a device that further concentrates a target component such as an inorganic component contained in the concentrated water 47 to precipitate the target component, separate it from water, and collect the deposit.
  • a target component such as an inorganic component contained in the concentrated water 47
  • the depositing device 50 is a device that further concentrates a target component such as an inorganic component contained in the concentrated water 47 to precipitate the target component, separate it from water, and collect the deposit.
  • a target component such as an inorganic component contained in the concentrated water 47 to precipitate the target component, separate it from water, and collect the deposit.
  • evaporative concentrators that use a heat source to evaporate water in concentrated water
  • cooling crystallization devices that can recover precipitates by lowering the solubility of the target component using a heating or cooling source. is there.
  • These precipitation devices may be appropriately selected according to the water quality of the liquid to be treated, the amount of precipitates collected, and the like, and these precipitation devices may be combined.
  • the recovered precipitates
  • the target components (organic components and inorganic components) in the wastewater are decomposed / removed or recovered as precipitates by the series of devices described above.
  • the permeated water obtained from the reverse osmosis concentrating device 30 and the water separated from the precipitation device 50 can be recovered and reused in the business establishment.
  • the brine concentration device 40 as a part of the concentrating device, the energy required for the precipitation of the precipitation device 50 can be reduced. It is possible to increase the equipment cost and energy efficiency required for processing.
  • the diluted water discharged from the brine concentration device 40 is mixed with the second treated water discharged from the membrane pretreatment device 20 and returned to be treated again by the reverse osmosis concentrating device 30. Further, the diluted water may be mixed with the first treated water discharged from the biological treatment device 10 and treated again by the membrane pretreatment device 20.
  • the diluting water is water in which the target component is diluted with water, and can have a processable concentration and osmotic pressure from the viewpoint of the pressure resistance of the semipermeable membrane 31, so the diluting water is separately processed and concentrated. No means is required.
  • the pressure source for supplying the first concentrated water to the first chamber 42 and the second chamber 43 of the brine concentration device 40 is the means for applying the first concentrated water to the reverse osmosis membrane module 34 in the reverse osmosis concentrating device 30.
  • the other part of the first concentrated water may be adjusted to a pressure lower than a predetermined pressure by installing a pressure reducing device such as a decompressor in the middle of the flow path communicating with the second chamber 43. Good.
  • a membrane pretreatment device 20 may be installed in front of each device after the reverse osmosis concentrating device 30 as needed.
  • the membrane clogging component contained in the wastewater (target wastewater) is removed by the membrane pretreatment device 20 as described above, but the slightly remaining membrane clogging component passes through concentration after the reverse osmosis concentrator 30. This is because it is possible to suppress film clogging and blockage of the flow path (scale adhesion).
  • Comparative Embodiment 1 differs from Embodiment 1 in that it has a forward osmosis concentrating device 60 instead of the brine concentration device 40.
  • the first concentrated water concentrated by the reverse osmosis concentrator 30 is supplied to the forward osmosis concentrator 60.
  • the forward osmosis concentrating device 60 includes a semipermeable membrane module 64 having a first chamber 62 and a second chamber 63 partitioned by a forward osmosis membrane 61, and a draw solution regenerator 65. Concentrated water is passed through, and a draw solution (having an osmotic pressure higher than that of the first concentrated water) is passed through the second chamber to allow water to permeate (normal osmosis) through the forward osmosis membrane 61.
  • This is a device for discharging the diluted draw solution from the first chamber 62 or the forward osmosis concentrated water (corresponding to the second concentrated water in the first embodiment) and the second chamber 63. The diluted draw solution is regenerated by concentrating it with the draw solution regenerator 65, and is re-supplied to the second chamber 63.
  • solutes in the draw solution include sugars, proteins, synthetic polymers, and stimulus-responsive polymers are also known.
  • the stimulus-responsive polymer include temperature-responsive polymer, pH-responsive polymer, photoresponsive polymer, magnetic responsive polymer, etc., and are used by stimuli such as heat, pH, light, and magnetism. It is known that the draw solution is regenerated.
  • the shape of the forward osmosis membrane 61 is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a tubular membrane.
  • the material constituting the membrane is also not particularly limited, and examples thereof include a cellulosic resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin.
  • ⁇ Normal osmosis concentration is a method in which two types of liquids with different osmotic pressures are passed through both sides of the membrane, and water is moved using the difference in osmotic pressure.
  • a draw solution having a higher osmotic pressure than drainage may be used.
  • the forward osmosis concentration does not require a high-pressure pump for liquid feeding, but requires a means for supplying a draw solution separately, and further requires a regenerating device for regenerating the draw solution.
  • Comparative Form 2 The concentrator used in Comparative Form 2 is different from the concentrator of the first embodiment in that it has an ultrahigh pressure reverse osmosis concentrator 70 instead of the brine concentration device 40.
  • the first concentrated water concentrated by the reverse osmosis concentrator 30 is supplied to the ultrahigh pressure reverse osmosis concentrator 70.
  • the ultrahigh pressure reverse osmosis concentrator 70 has a semipermeable membrane module 74 having a first chamber 72 and a second chamber 73 partitioned by a reverse osmosis membrane 71, and allows the first concentrated water to pass through the first chamber 72.
  • the shape of the reverse osmosis membrane 71 is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a tubular membrane.
  • the material constituting the membrane is also not particularly limited, and examples thereof include a cellulosic resin, a polysulfone resin, and a polyamide resin.
  • the applied pressure in the ultrahigh pressure reverse osmosis concentrator 70 is 10 MPa to 20 MPa, preferably 10 MPa to 15 MPa.
  • the ultra-high pressure reverse osmosis concentrator is a method of pressurizing and concentrating the target solution under ultra-high pressure ( ⁇ 10 MPa) conditions. Since it can apply a higher pressure than the conventional reverse osmosis membrane, It is possible to further increase the concentration rate.
  • the ultra-high pressure reverse osmosis treatment requires a pump with ultra-high pressure specifications, and the membrane itself must have ultra-high pressure resistance and is expensive, so that the cost for concentration increases.
  • the ZLD system of the present invention has a brine concentration device, it is possible to reduce the cost and increase the concentration as compared with the conventional wastewater (wastewater) treatment system. Therefore, it is important to contribute to the development of industry.

Abstract

【課題】有機成分および無機成分を含むような多様な対象成分を含む排水から対象成分を除去および濃縮すると共に、従来に対して、効率的な膜濃縮を含むＺＬＤシステムを提供することにある。 【解決手段】排水より有機成分を除去する生物処理装置と、膜目詰まり成分を除去する膜前処理装置と、逆浸透法によって濃縮水を得る逆浸透濃縮装置と、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の前記第１室に前記濃縮水の一部を供給し、前記第２室に前記濃縮水の他の一部を供給し、前記第１室の圧力が前記第２室の圧力よりも高くなるように加圧することで濃縮された濃縮水を得るブラインコンセントレーション装置と、前記濃縮された濃縮水を加熱、冷却もしくは水を蒸発させることで析出物を回収する析出装置とを備える、Ｚｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。

Description

Ｚｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム
　本発明は、対象成分として有機成分および無機成分を含む、塗装、印刷、化学工場の排水、最終処分場の浸出水などに対するＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステムに関する。
技術背景
　従来、排水は、放流する場所の水質基準を満たす処理をして放流されていた。しかし近年、排水処理に関する規制が厳しくなり、事業所内での再利用が推奨、規制化され始めており、事業所内での排水再利用システム、水循環システムの確立が要求されている。また、排水といっても、有機成分と無機成分の片方、および両方を含むなど、多岐にわたっているため、その処理方法には、複数のプロセスを経ることが定石といえる。
　近年、ＺＬＤ（Ｚｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）システムの技術確立が進められている。ＺＬＤシステムとは、排水中の対象成分と水を分離させることで、排水中の対象成分は析出させて析出物（固形物、スラリー）をとして回収し、排水中の水は蒸発、もしくは清浄な水として回収して事業所内で再利用する排水処理システムである。
　特許文献１には、重金属含有排水に、該重金属含有排水のｐＨ値を調整するｐＨ調整剤を含むフロック形成剤を添加して、重金属化合物のフロックを形成させるフロック形成装置と、前記重金属化合物のフロックが形成された重金属含有排水を浸漬膜（ＭＢＲ）を用いて膜分離処理する装置と、前記膜分離処理で膜を透過した処理水を逆浸透膜により濃縮する装置および蒸発濃縮装置とを含む、排水処理方法が開示されている。
　先行技術文献の通り、ＺＬＤシステムは、膜による濃縮（排水からの水の除去）を経て、蒸発濃縮や晶析などの析出装置による対象成分の析出が知られている。また、膜ファウリング、目詰まり、装置内のスケール付着等の不純物対策として、膜前処理を付帯させたり、有機成分を多く含む場合は、活性汚泥法などの生物処理を付帯させることも、広く知られている。
特開２００３－３４０４５０号公報
IDA DESALINATION YEAR BOOK 2015-2016　P.16
　従来のＺＬＤシステムの課題の一つとして、膜濃縮の効率化がある。上記の通り、従来のＺＬＤシステムの膜濃縮に採用される逆浸透濃縮は、濃縮度が大きくなるにつれて浸透圧が高くなるので、供給圧を高めなければならない、逆浸透膜の耐圧以上の濃縮ができないなどの課題があった。また、逆浸透膜処理による濃縮の後段に正浸透を利用した濃縮方法を組合せる場合は、ドロー溶液を再生するための熱源確保や付帯設備の追加、ドロー溶液の薬品コスト等が発生する。その結果、上記の析出装置においても大量の水を除去するエネルギーも多大となるので、ＺＬＤシステム全体としてもエネルギーコストを要する課題があった。
　本発明の目的は、有機成分および無機成分を含むような多様な対象成分を含む排水から対象成分を除去および濃縮すると共に、従来に対して効率的な膜濃縮を含むＺＬＤシステムを提供することにある。
　本発明は以下の構成を有する。
１．　対象成分として有機成分と無機成分を含む排水から、対象成分を除去および分離する排水処理システムであって、
　前記排水に生物処理を施し有機成分を除去して第一処理水を排出する生物処理装置と、
　前記第一処理水から膜目詰まり成分を除去して第二処理水を排出する膜前処理装置と、
　前記第二処理水を加圧して逆浸透膜モジュールに供給し、逆浸透法によって前記第二処理水の濃縮された第一濃縮水を排出する逆浸透濃縮装置と、
　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、前記半透膜モジュールの前記第１室に前記第一濃縮水の一部を供給し、前記第２室に前記第一濃縮水の他の一部を供給し、かつ、前記第１室の圧力を前記第２室の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記第一濃縮水に含まれる水を、前記半透膜を介して前記第２室内に移行させることで、前記第一濃縮水の濃縮された第二濃縮水と、前記第一濃縮水の希釈された希釈水を排出させる、ブラインコンセントレーション装置と、
　前記第二濃縮水を加熱もしくは冷却もしくは水を蒸発させることで対象成分を析出させて析出物を回収する析出装置と、
を備える、Ｚｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
２．　前記希釈水の少なくとも一部を、前記第一処理水もしくは前記第二処理水に戻す流路を有する、１に記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
３．　前記第１室および前記第２室へ前記第一濃縮水を供給する際の加圧源は、前記逆浸透膜モジュールへの印加手段である、１または２に記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
４．　前記生物処理装置は、膜分離活性汚泥処理または標準活性汚泥処理である、１から３のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
５．　前記膜前処理装置は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜等を使用した膜分離装置、凝集沈殿装置、イオン交換装置、ｐＨ調整装置、温度調整装置、紫外線殺菌装置、オゾン殺菌装置、塩素殺菌装置、湿式分解装置からなる群から選ばれる1種以上である、１から４のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
６．　前記逆浸透膜モジュールは、孔径が２ｎｍ以下の逆浸透膜を含む、１から５のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
７．　前記逆浸透膜モジュールは、最高使用圧力が３ＭＰａ以下の逆浸透膜および／または最高使用圧力が３ＭＰａ超の逆浸透膜を含む、１から６のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
８．　前記半透膜は、孔径が１μｍ以下である、１から７のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
　本発明によれば、有機成分および無機成分を含むような多様な対象成分を含む排水から対象成分を除去および濃縮できると共に、低圧で尚且つ膜による濃縮度が大きいので、従来に対して、膜濃縮および析出装置にかかる水の除去エネルギーを削減できる。
本発明のＺＬＤシステムの一例を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるブラインコンセントレーション装置の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるブラインコンセントレーション装置の変形例を示す模式図である。 従来のＺＬＤシステムの一例を示す模式図である。 従来のＺＬＤシステムの他の一例を示す模式図である。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。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。
　本発明において、排水（対象排水）としては、有機成分および無機成分の両方を含む排水が挙げられる。具体的には、前述の通り、塗装、印刷、化学工場の排水、最終処分場の浸出水等が挙げられる。
（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態に係るＺＬＤシステムの模式図である。本実施形態の排水処理（ＺＬＤ）システムは、生物処理装置１０、膜前処理装置２０、逆浸透濃縮装置３０、ブラインコセントレーション装置４０、析出装置５０、とで構成されている。以下に、排水の処理工程および各装置の機能について、詳細を説明する。
　排水１は、まず生物処理装置１０に供給される。生物処理装置１０は、微生物分解法を用いた装置であり、微生物分解によって排水中に含まれる有機成分が分解・除去され、無機成分を多く含む第一処理水を排出する。生物処理装置１０としては、特に限定されないが、微生物が馴養された活性汚泥槽および汚泥と水を静置分離させる沈降槽などで構成される標準活性汚泥処理装置や、ゲルなど担体の微生物を固定化させて生物処理させる固定化活性汚泥装置や、活性汚泥槽に精密ろ過膜モジュールが浸漬され膜分離によって汚泥と水を分離できる膜分離活性汚泥処理装置（ＭＢＲ）などがあり、排水の水質などを考慮して適宜選定すれば良い。
　次いで、生物処理装置１０から排出された第一処理水は、膜前処理装置２０に供給される。膜前処理装置２０は、第一処理水に含まれる膜目詰まり成分が除去された第二処理水を排出する装置であり、この処理によって、後述の逆浸透濃縮装置３０およびブラインコセントレーション装置４０で使用する膜の目詰りを抑制することが可能となる。膜目詰まり成分とは、有機物、無機物を含めた膜表面に蓄積され、例えば圧損上昇や、透過水量を低下させるといった影響を与える物質をいい、具体的には、微生物、微粒子、水溶性シリカ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、フッ化カルシウムなどである。
　膜前処理装置２０は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜等を使用した膜分離装置、凝集沈殿装置、イオン交換装置、ｐＨ調整装置、温度調整装置、紫外線殺菌装置、オゾン殺菌装置、塩素殺菌装置、湿式分解装置から少なくとも一つで構成された装置である。
　本発明において、膜前処理装置２０に用いられる膜分離に使用される膜の形状としては、特に限定されず、例えば、平膜、中空糸膜または管状膜が挙げられる。また、膜を構成する材料も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。また、膜分離の過程で発生した排水（濃縮水、洗浄水）は、生物処理装置１０の供給水へ供給（混合）しても良い。
　また、膜前処理装置２０は、前述の装置の組合せでも良い。例えば、第一処理水に水溶性シリカが含まれる場合、凝集沈殿もしくはｐＨ調整によって、水溶性シリカを固形物として析出させ、限外ろ過膜で除濁された水を第二処理水とすることで、逆浸透濃縮装置３０における水溶性シリカによる膜詰りを抑制することができる。膜前処理装置２０の装置選定は、逆浸透濃縮装置３０以降の装置の要求水質に応じて、適宜選定すれば良い。
　次いで、膜前処理装置２０から排出された第二処理水は、逆浸透濃縮装置３０へ供給される。逆浸透濃縮装置３０は、第二処理水に含まれる無機成分などの対象成分を濃縮して、第一濃縮水を排出する装置である。逆浸透濃縮装置３０は、逆浸透膜３１で仕切られた第１室３２、第２室３３を有する逆浸透膜モジュール３４を有しており、逆浸透膜モジュール３４の第１室３２に第二処理水を加圧して供給することによって、逆浸透膜３１を水が透過されるので、第１室３２より対象成分の濃縮された第一濃縮水と、第２室３３より透過水が排出される。
　使用する逆浸透膜３１は、最高使用圧力が３ＭＰａ以下（超低圧逆浸透膜～中圧逆浸透膜）および／または最高使用圧力が３ＭＰａ超（高圧逆浸透膜～超高圧逆浸透膜）を用いるのが好ましい。
　逆浸透濃縮装置３０における第１室３２への印加圧力は、最高使用圧力が３ＭＰａ以下の逆浸透膜の場合、０．１ＭＰａ～３．０ＭＰａ、最高使用圧力が３ＭＰａ超の逆浸透膜の場合３．０ＭＰａ～１０．０ＭＰａである。印加手段はポンプ類などがあるが、適宜選定すれば良い。
　本発明において、逆浸透濃縮装置３０に用いられる逆浸透膜３１の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、中空糸膜または管状膜が挙げられる。膜を構成する材料も、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。
　具体的な逆浸透膜３１の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の逆浸透膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均質な膜である必要はなく、例えば、厚み方向に不均質な膜であってもよい。具体的には、外周表面に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となっており、内周表面側は緻密層よりも密度が低いような膜であってもよい。
　通常、逆浸透膜の孔径は約２ｎｍ以下であり、ナノろ過膜は逆浸透膜のうち一価イオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、ナノろ過膜の孔径は約１～２ｎｍである。また、限外濾過膜の孔径は約２～１００ｎｍであり、精密ろ過膜の孔径は約０．１μｍ以上である。半透膜として逆浸透膜、ナノろ過膜を用いる場合、逆浸透膜、ナノろ過膜の塩除去率は好ましくは９０％以上である。
　また、逆浸透濃縮装置３０に用いられる逆浸透膜モジュール３４の形態としては、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置したモジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。
　次いで、逆浸透濃縮装置３０で濃縮された第一濃縮水は、ブラインコンセントレーション装置４０へ供給される。ブラインコンセントレーション装置４０は、第一濃縮水に含まれる無機成分などの対象成分を濃縮し、第一濃縮水よりもさらに濃縮された第二濃縮水を排出する装置である。ブラインコンセントレーション装置４０は、半透膜４１で仕切られた第１室４２、第２室４３を有する半透膜モジュール４４を有しており、第１室４２に前記第一濃縮水の一部を供給し、第２室４３に第一濃縮水の他の一部を供給して、なおかつ、第１室４２を第２室４３よりも圧力が高くなるように加圧することで、第１室４２の第一濃縮水に含まれる水を半透膜４１介して第２室４３への第一濃縮水に透過させる。この手法によって、第１室４２より第一濃縮水よりもさらに濃縮された第二濃縮水が排出され、第２室４３より第一濃縮水が希釈された希釈水が排出される。
　ここで、半透膜モジュール４４の第１室４２と第２室４３とに流入する対象溶液（第一濃縮水）は、同じ液であるため、基本的に等しい浸透圧を有する。このため、逆浸透法のように、濃縮液（ブライン）と淡水（透過液）との間の高い浸透圧差に逆らって逆浸透を起こさせるための高い圧力が必要なく、比較的低圧の加圧によって、第一濃縮水の濃縮および希釈を実施することができる（一部の第一濃縮水を濃縮し、他の一部の第一濃縮水を希釈することができる）。
　ただし、第１室４２に流される第一濃縮水と第２室４３に流される第一濃縮水との間で濃度が異なる場合でも、その浸透圧差（絶対値）が第１室４２に供給される対象溶液（第一濃縮水）の圧力よりも小さければ、理論上、ブラインコンセントレーションは実施可能である。好ましくは、第１室４２（加圧側）に流入する第一濃縮水の浸透圧と第２室４３に供給される対象溶液（第一濃縮水）の浸透圧との差は、第１室４２に供給される第一濃縮水の所定の圧力の３０％以下である。
　かかる半透膜モジュール４４への第一濃縮水の供給方法を採用することにより、第１室４２と第２室４３における浸透圧差がなくなるため、印加圧力に応じた水の透過が可能となる。よって、対象成分の濃度に依存なく、かつ半透膜４１の耐圧範囲で、対象成分を飽和濃度付近まで濃縮することができる。
　本発明において、ブラインコンセントレーション装置４０に用いられる半透膜の形状としては、中空糸膜が好ましい。中空糸膜は、平膜などに比べて、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。また、膜を構成する材料としても、特に限定しないが、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。
　具体的な半透膜４１の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均質な膜である必要はなく、例えば、厚み方向に不均質な膜であってもよい。具体的には、外周表面に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となっており、内周表面側は緻密層よりも密度が低いような膜であってもよい。
　本発明において、半透膜４１の細孔径は、濃縮すべき対象のサイズにより適宜選択されるものであり特に限定されない。濃縮すべき対象のサイズに比して半透膜４１の細孔径が大きすぎると、対象物を濃縮することができない。一方、濃縮すべき対象のサイズに比して半透膜４１の細孔径が小さすぎると、濃縮（脱水）にかかるコストが高くなる。本発明にかかる排水の濃縮においては、半透膜４１の細孔径は好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下、さらに好ましくは０．０１μｍ以下である。
　また、ブラインコンセントレーション装置４０に用いられる半透膜モジュール４４の形態としては、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置したモジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。
　本発明において、ブラインコセントレーション装置４０に用いられる膜が中空糸膜である場合、第１室４２は中空糸膜の外側であり、第２室４３は中空糸膜の内側であることが好ましい。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４２を中空糸膜の内側としても、なんら問題はない。
（ブラインコンセントレーション装置）
　図２および図３は、実施形態におけるブラインコンセントレーション装置４０の一例を示す模式図である。本例では、図１に示されるような１つの半透膜モジュール４４を用いた一段のブラインコンセントレーション装置の代わりに、図２に示されるような複数の半透膜モジュール４４を用いた多段の装置である点で異なる。それ以外の点は、実施形態と同様である。
　図２を参照して、ブラインコンセントレーション装置４４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４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃを用いた多段のブラインコンセントレーション装置である。
　複数の半透膜モジュール４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃは、第１室４２Ａ１，４２Ｂ１，４２Ｃ１が直列的に接続されている。第一濃縮水は、モジュール４４Ａ，４４Ｂの第１室４２Ａ１，４２Ｂ１を通過し、モジュール４４Ｂの第１室４２Ｂ１から排出された濃縮水４５の一部はモジュール４４Ｃの第１室４２Ｃ１に導入され、濃縮水４５の他の一部はモジュール４４Ｃの第２室４３Ｃ２に導入され、モジュール４４Ｃの第２室４３Ｃ２から排出された希釈水４６は、モジュール４４Ｂ，４４Ａの第２室４３Ｂ２，４３Ａ２に導入されるように構成される。
　図３は、第一濃縮水がモジュール４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃの第１室４２Ａ１，４２Ｂ１，４２Ｃ１を通過し、モジュール４４Ｃの第１室４２Ｃ１から排出された濃縮水４７の一部がモジュール４４Ｃの第２室４３Ｃ２に導入され、第２室４３Ｃ２から排出された希釈水４６がモジュール４４Ｂ，４４Ａの第２室４３Ｂ２，４３Ａ２を通過するように構成される。
　なお、多段のブラインコンセントレーション装置において、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（第一濃縮水）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（第一濃縮水）に加える必要がある。これに対して、図２、３に示されるような多段のブラインコンセントレーション装置では、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（第一濃縮水）に加える圧力を低減することができる利点がある。
　また、図２、３に示されるような多段のブラインコンセントレーション装置においては、モジュール４４Ｃの第１室４２Ｃ１から排出される高濃度に濃縮された濃縮水と、モジュール４４Ａの第２室４３Ａ２から排出される最終的に希釈された希釈水だけが得られる。したがって、対象溶液（第一濃縮水）をブラインコンセントレーション装置により高濃度に濃縮する際に、濃度が異なる複数の濃縮液や希釈液が生成されることを抑制できる。これにより、簡便なブラインコンセントレーション装置で対象溶液（第一濃縮水）の濃縮を実施することができる。
　最後に、ブラインコンセントレーション装置４０で濃縮された濃縮水４７は、析出装置５０へ供給される。析出装置５０は、濃縮水４７に含まれる無機成分などの対象成分をさらに濃縮して、対象成分を析出させて水と分離させ析出物を回収する装置である。具体的には、熱源を利用して、濃縮水中の水分を蒸発させる蒸発濃縮装置や、加熱もしくは冷却源を利用して対象成分の溶解度を下げる事で析出物を回収できる冷却晶析装置などがある。処理対象液の水質や析出物の回収量などに応じて、これらの析出装置を適宜選定すれば良く、これらの析出装置を組合せても良い。回収される析出物は、スラリー状、結晶（固形物）などがある。
　以上、説明した一連の装置によって、排水中の対象成分（有機成分および無機成分）は、分解・除去もしくは、析出物として回収される。また、逆浸透濃縮装置３０から得られる透過水や、析出装置５０から分離される水は回収して、事業所内で再利用することができる。
　本発明におけるＺＬＤシステムにおいては、ブラインコンセントレーション装置４０を濃縮装置の一部として採用するにより、析出装置５０の析出にかかるエネルギーを削減することができるが、以下に説明する構成によってさらにＺＬＤシステムの処理にかかる設備コストやエネルギー効率を高めることができる。
　ブラインコンセントレーション装置４０から排出される希釈水は、膜前処理装置２０から排出される第二処理水と混合され、逆浸透濃縮装置３０にて再度処理されるように戻すことが好ましい。また、希釈水は、生物処理装置１０から排出される第一処理水と混合され、膜前処理装置２０にて再度処理されるようにしても良い。希釈水は、前述の通り対象成分が水で希釈された水であり、半透膜３１の耐圧などの観点から処理可能な濃度および浸透圧となりうることから、別途、希釈水を処理・濃縮する手段が不要となる。
　また、ブラインコンセントレーション装置４０の第１室４２および第２室４３への第一濃縮水の供給する際の圧力源は、逆浸透濃縮装置３０における逆浸透膜モジュール３４への印加手段であることが好ましい。第1室４２を加圧するために新たに印加手段を設置する必要がなくなるからである。この場合、第一濃縮水の他の一部は、第２室４３に連通する流路の途中に減圧器などの圧力低下装置を設置するなどして所定の圧力よりも低い圧力に調整すればよい。
　また、本発明において、逆浸透濃縮装置３０以降の各装置前には、必要に応じて膜前処理装置２０を設置してもよい。排水（対象排水）に含まれる膜目詰まり成分は、上述の通り、膜前処理装置２０で除去されるが、わずかに残存する膜目詰まり成分が、逆浸透濃縮装置３０以降の濃縮を経て、膜目詰まりや流路の閉塞（スケール付着）などを抑制できるためである。
（比較形態１）
　比較形態１のＺＬＤシステムは、ブラインコンセントレーション装置４０の代わりに正浸透濃縮装置６０を有する点で、実施形態１とは異なる。
　図４において、逆浸透濃縮装置３０で濃縮された第一濃縮水は、正浸透濃縮装置６０へ供給される。
　正浸透濃縮装置６０は、正浸透膜６１で仕切られた第１室６２および第２室６３を有する半透膜モジュール６４、ドロー溶液再生器６５を有しており、第１室６２に第一濃縮水を通液させ、第２室にドロー溶液（第一濃縮水よりも浸透圧が高い）を通液させることによって、正浸透膜６１を介して水をドロー溶液に透過（正浸透）させることで、第１室６２か正浸透濃縮水（実施形態１でいう第二濃縮水に相当）および第２室６３より希釈ドロー溶液を排出する装置である。希釈ドロー溶液はドロー溶液再生器６５により濃縮することによってドロー溶液を再生し、第２室６３に再供給される。
　ドロー溶液の溶質としては、例えば、糖類、タンパク質、合成高分子などがあり、刺激応答性高分子も知られている。刺激応答性高分子としては、温度応答性高分子、ｐＨ応答性高分子、光応答性高分子、磁気応答性高分子などが挙げられ、熱や、ｐＨ、光、磁気などの刺激によって使用されるドロー溶液は再生されることが知られている。
　正浸透膜６１の形状としては、特に限定しないが、例えば、平膜、中空糸膜または管状膜が挙げられる。膜を構成する材料も、特に限定しないが、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。
　正浸透濃縮は、浸透圧が異なる２種類の液体を膜の両側に通液し、浸透圧差を利用して水を移動させる手法である。排水から水を抜くためには、排水よりも浸透圧が高いドロー溶液を使用すればよい。排水とドロー溶液が正浸透膜を介して接することで、排水側からドロー溶液側に水が移動し、排水が濃縮されていくことになる。正浸透濃縮は、送液のための高圧ポンプを必要としないが、別途ドロー溶液を供給する手段が必要となるし、ドロー溶液を再生するためにはさらに別途再生装置も必要となる。
（比較形態２）
　比較形態２で用いられる濃縮装置は、ブラインコンセントレーション装置４０の代わりに超高圧逆浸透濃縮装置７０を有する点で、実施形態１の濃縮装置とは異なる。
　図５において、逆浸透濃縮装置３０で濃縮された第一濃縮水は、超高圧逆浸透濃縮装置７０へ供給される。
　超高圧逆浸透濃縮装置７０は、逆浸透膜７１で仕切られた第１室７２、第２室７３を有する半透膜モジュール７４を有し、第１室７２に第一濃縮水を通液させ、第２室に水を透過させることによって、第１室７２から超高圧逆浸透濃縮水（実施形態１でいう第二濃縮水に相当）および第２室７３より透過水を排出する装置である。
　逆浸透膜７１の形状としては、特に限定しないが、例えば、平膜、中空糸膜または管状膜が挙げられる。膜を構成する材料も、特に限定しないが、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。
　超高圧逆浸透濃縮装置７０における印加圧力は、１０ＭＰａ～２０ＭＰａであり、好ましくは、１０ＭＰａ～１５ＭＰａである。
　超高圧逆浸透濃縮装置は、超高圧（≧１０ＭＰａ）条件下で対象溶液を加圧濃縮する方法であり、従来の逆浸透膜よりも高い圧力をかけることができるため、逆浸透膜での濃縮よりもさらに濃縮率を高めることが可能である。しかし、超高圧逆浸透処理は、超高圧仕様のポンプを必要とするとか、膜自体も超高圧耐性を有する必要があり高価であることから、濃縮にかかるコストが増大する。
　今回開示された実施形態および実施例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特許請求の範囲によって示され、特許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。
　本発明のＺＬＤシステムは、ブラインコンセントレーション装置を有しているため、従来の廃水（排水）処理システムに比して、低コスト化および高濃縮が可能となる。したがって、産業の発展に寄与することが大である。
１０・・・生物処理装置
２０・・・膜前処理装置
３０・・・逆浸透濃縮装置
３１、７１・・・逆浸透膜
３２、４２、７２・・・第１室（高圧）
３３、４３、７３・・・第２室（低圧）
３４・・・逆浸透膜モジュール
４０・・・ブラインコンセントレーション装置
４１・・・半透膜
４２A2、４２B2、４２C2・・・第１室（高圧）
４３A3、４３B3、４３C3・・・第２室（低圧）
４４、４４A、４４B、４４C・・・半透膜モジュール
５０・・・析出装置
６０・・・正浸透濃縮装置
６１・・・正浸透膜
６２・・・第１室
６３・・・第2室
６４・・・正浸透膜モジュール
６５・・・ドロー溶液再生器
７０・・・超高圧逆浸透濃縮装置
７４・・・超高圧逆浸透膜モジュール
 

Claims (8)

  1. 　対象成分として有機成分と無機成分を含む排水から、対象成分を除去および分離する排水処理システムであって、
    　前記排水に生物処理を施し有機成分を除去して第一処理水を排出する生物処理装置と、
    　前記第一処理水から膜目詰まり成分を除去して第二処理水を排出する膜前処理装置と、
    　前記第二処理水を加圧して逆浸透膜モジュールに供給し、逆浸透法によって前記第二処理水の濃縮された第一濃縮水を排出する逆浸透濃縮装置と、
    　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、前記半透膜モジュールの前記第１室に前記第一濃縮水の一部を供給し、前記第２室に前記第一濃縮水の他の一部を供給し、かつ、前記第１室の圧力を前記第２室の圧力よりも高くなるように加圧することで、前記第１室内の前記第一濃縮水に含まれる水を、前記半透膜を介して前記第２室内に移行させることで、前記第一濃縮水の濃縮された第二濃縮水と、前記第一濃縮水の希釈された希釈水を排出させる、ブラインコンセントレーション装置と、
    　前記第二濃縮水を加熱もしくは冷却もしくは水を蒸発させることで対象成分を析出させて析出物を回収する析出装置と、
    を備える、Ｚｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  2. 　前記希釈水の少なくとも一部を、前記第一処理水もしくは前記第二処理水に戻す流路を有する、請求項１に記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  3. 　前記第１室および前記第２室へ前記第一濃縮水を供給する際の加圧源は、前記逆浸透膜モジュールへの印加手段である、請求項１または２に記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  4. 　前記生物処理装置は、膜分離活性汚泥処理または標準活性汚泥処理である、請求項１から３のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  5. 　前記膜前処理装置は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜等を使用した膜分離装置、凝集沈殿装置、イオン交換装置、ｐＨ調整装置、温度調整装置、紫外線殺菌装置、オゾン殺菌装置、塩素殺菌装置、湿式分解装置からなる群から選ばれる1種以上である、請求項１から４のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  6. 　前記逆浸透膜モジュールは、孔径が２ｎｍ以下の逆浸透膜を含む、請求項１から５のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  7. 　前記逆浸透膜モジュールは、最高使用圧力が３ＭＰａ以下の逆浸透膜および／または最高使用圧力が３ＭＰａ超の逆浸透膜を含む、請求項１から６のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
  8. 　前記半透膜は、孔径が１μｍ以下である、請求項１から７のいずれかに記載のＺｅｒｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム。
     
PCT/JP2020/007935 2019-03-01 2020-02-27 Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム WO2020179594A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021504009A JPWO2020179594A1 (ja) 2019-03-01 2020-02-27

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019037349 2019-03-01
JP2019-037349 2019-03-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020179594A1 true WO2020179594A1 (ja) 2020-09-10

Family

ID=72053058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/007935 WO2020179594A1 (ja) 2019-03-01 2020-02-27 Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2020179594A1 (ja)
CN (1) CN211311217U (ja)
WO (1) WO2020179594A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020175319A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 株式会社ササクラ 濃縮システム及び濃縮方法
US11021384B1 (en) * 2020-12-12 2021-06-01 GreenSource Fabrication LLC Zero liquid discharge recycling system for PCB FAB, general metal finishing, and chemical milling
JP7464969B2 (ja) 2019-09-10 2024-04-10 株式会社ササクラ 被処理液の膜処理方法および装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022135710A (ja) * 2021-03-05 2022-09-15 オルガノ株式会社 水処理方法および水処理装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008302333A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Hitachi Plant Technologies Ltd 造水方法及びその装置
JP2012179571A (ja) * 2011-03-02 2012-09-20 Kurita Water Ind Ltd 有機排液の嫌気性生物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
JP2020044457A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 株式会社東芝 水処理装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008302333A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Hitachi Plant Technologies Ltd 造水方法及びその装置
JP2012179571A (ja) * 2011-03-02 2012-09-20 Kurita Water Ind Ltd 有機排液の嫌気性生物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
JP2020044457A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 株式会社東芝 水処理装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020175319A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 株式会社ササクラ 濃縮システム及び濃縮方法
JP7106125B2 (ja) 2019-04-16 2022-07-26 株式会社ササクラ 濃縮システム及び濃縮方法
JP7464969B2 (ja) 2019-09-10 2024-04-10 株式会社ササクラ 被処理液の膜処理方法および装置
US11021384B1 (en) * 2020-12-12 2021-06-01 GreenSource Fabrication LLC Zero liquid discharge recycling system for PCB FAB, general metal finishing, and chemical milling
US11203543B1 (en) 2020-12-12 2021-12-21 GreenSource Fabrication LLC Zero liquid discharge recycling system for PCB FAB, general metal finishing, and chemical milling
US11203544B1 (en) 2020-12-12 2021-12-21 GreenSource Fabrication LLC Zero liquid discharge recycling system for PCB FAB, general metal finishing, and chemical milling
US11597668B2 (en) 2020-12-12 2023-03-07 GreenSource Fabrication LLC Methods and systems for zero liquid discharge recycling of waste generated from manufacturing operations

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020179594A1 (ja) 2020-09-10
CN211311217U (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020179594A1 (ja) Ｚｅｒｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅシステム
JP6834360B2 (ja) 濃縮方法および濃縮装置
US8083942B2 (en) Systems and methods for purification of liquids
JP5549589B2 (ja) 造水システム
CA2788246C (en) Membrane treatment of cooling tower blow down water
JP6269241B2 (ja) 正浸透処理システム
JP2018065114A (ja) 濃縮方法および濃縮装置
US20120255907A1 (en) Water producing system and operation method therefor
JP2018001110A (ja) 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
WO2012098969A1 (ja) 膜モジュールの洗浄方法、造水方法および造水装置
JP2008100220A (ja) 造水方法
JP6183213B2 (ja) 造水方法および造水装置
EP1894612B1 (en) Method for purifying water by means of a membrane filtration unit
JP2000093751A (ja) 逆浸透分離装置及び逆浸透分離方法
JPH09248429A (ja) 分離方法およびその装置
JP4187316B2 (ja) 逆浸透膜分離装置および逆浸透膜分離方法
Wang et al. Study of integrated membrane systems for the treatment of wastewater from cooling towers
WO2021125002A1 (ja) 濃縮システム
CN213446623U (zh) 浓缩系统
JP3963304B2 (ja) 逆浸透分離方法
CN212832953U (zh) 浓缩系统
Maddah Simulating fouling impact on the permeate flux in high-pressure membranes
WO2021241620A1 (ja) 中空糸膜の交換方法
WO2021049621A1 (ja) 濃縮システム
Curcio et al. Membranes for desalination

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20765605

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021504009

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20765605

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1