WO2021149446A1 - 濃縮システム - Google Patents

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WO2021149446A1
WO2021149446A1 PCT/JP2020/048147 JP2020048147W WO2021149446A1 WO 2021149446 A1 WO2021149446 A1 WO 2021149446A1 JP 2020048147 W JP2020048147 W JP 2020048147W WO 2021149446 A1 WO2021149446 A1 WO 2021149446A1
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chamber
target liquid
liquid
semipermeable membrane
membrane
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Inventor
佑己 三浦
昌平 合田
崇人 中尾
Original Assignee
東洋紡株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a concentration system.
  • a high-pressure target liquid is flowed through the first chamber of the semipermeable membrane module, and a low-pressure target is flowed into the second chamber.
  • a membrane separation method for discharging the target liquid diluted from the above has been studied (see, for example, Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-1110).
  • an object of the present invention is to suppress an increase in pressure loss in the semipermeable membrane module used for BC in a concentration system using brine concentration (BC).
  • the water contained in the first target liquid in the first chamber is passed through the semipermeable membrane to the second target liquid in the second chamber.
  • a semipermeable membrane module that discharges the concentrated liquid from the first chamber and discharges the diluted liquid from the second chamber.
  • a temperature control device that controls the temperature of at least one of the first target liquid and the second target liquid. Concentration system.
  • the concentrating system according to any one of (1) to (5), further comprising a heat exchanger for exchanging.
  • the concentration system of the present embodiment includes a semipermeable membrane module 1 and a temperature control device 3.
  • the semipermeable membrane module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 partitioned by the semipermeable membrane, and the first target liquid is allowed to flow into the first chamber 11 at a predetermined pressure.
  • the second target liquid By flowing the second target liquid through the second chamber 12 at a pressure lower than a predetermined pressure (pressure of the first target liquid), the water contained in the first target liquid in the first chamber 11 is semipermeable membrane.
  • the liquid is transferred to the second target liquid in the second chamber 12 through the chamber 12, the concentrated liquid is discharged from the first chamber 11, and the diluted liquid is discharged from the second chamber 12.
  • the temperature control device 3 controls the temperature of at least one of the first target liquid and the second target liquid. That is, it is heated or cooled so that at least one of the first target liquid and the second target liquid has a temperature within a predetermined range. For example, heating is performed in order to raise the temperature of the liquid (first target liquid, second target liquid) whose viscosity decreases by raising the temperature. Further, even when treating a low-temperature target liquid such as river water in a cold region, the viscosity of the target liquid tends to increase. Therefore, in order to raise the temperature of such a liquid, it is heated by a temperature control device. May be done. For high-temperature liquids such as beverages after heat sterilization, the liquid may be cooled according to the heat resistance of the semipermeable membrane.
  • the temperature control device 3 includes, for example, at least one of a heater and a chiller in order to perform the above temperature control. Further, the temperature control device 3 may include a control circuit such as a thermostat.
  • the temperature control device 3 preferably controls the temperature of the first target liquid supplied to the first chamber 11. That is, it is preferable to control the temperature of the first target liquid on the upstream side of the first chamber 11. This is because reducing the pressure loss of the first target liquid in the first chamber 11, which has the highest flow rate, is effective for reducing the energy cost of the concentration system and operating the normal system.
  • the semipermeable membrane module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 partitioned by the semipermeable membrane 10.
  • the first target liquid flows into the first chamber 11 at a predetermined pressure
  • the second target liquid flows into the second chamber 12 at a pressure lower than the predetermined pressure.
  • the water contained in the first target liquid in the first chamber 11 is transferred to the second target liquid in the second chamber 12 via the semipermeable membrane 10, and is concentrated (concentrated) from the first chamber 11.
  • the first target liquid) is discharged, and the diluted liquid (diluted second target liquid) is discharged from the second chamber 12.
  • the first target liquid is not particularly limited as long as it is a liquid containing water, and may be either a solution or a suspension.
  • the liquid containing water include seawater, river water, brackish water, wastewater, food (beverage) or pharmaceutical composition.
  • wastewater include industrial wastewater, domestic wastewater, oil field or gas field wastewater, and the like.
  • Foods or beverages include coffee extracts, juices, fruit juices, dairy products, soup stocks, tea extracts, flavor emulsions, food oil emulsions or sweeteners.
  • the first target liquid may be these liquids after being concentrated in the reverse osmosis (RO) module.
  • RO reverse osmosis
  • the first target liquid is supplied to the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 by the booster pump 1a.
  • a pretreatment device (not shown) may be provided on the upstream side of the booster pump 1a in order to remove turbid substances (fine particles, microorganisms, scale components, etc.) contained in the first target liquid.
  • the pretreatment device include a sand filtration device, a filtration device using a UF (Ultrafiltration) membrane, an MF (Microfiltration) membrane, etc., chlorine, sodium hypochlorite, a flocculant, and scale.
  • Examples include an addition device such as an inhibitor and a pH adjustment device.
  • the scale inhibitor is an additive having an action of preventing or suppressing the precipitation of scale components in the liquid as scale.
  • the anti-scale agent include compounds such as polyphosphoric acid-based, phosphonic acid-based, phosphinic acid-based, and polycarboxylic acid-based compounds.
  • the first target liquid and the second target liquid may be the same liquid.
  • a part of the concentrated liquid having a predetermined pressure (concentrated first target liquid) discharged from the first chamber 11 passes through the pressure lowering device 4, thereby performing the above. It may be flown into the second chamber 12 at a pressure lower than a predetermined pressure.
  • the amount of the concentrated liquid flowing into the second chamber 12 and the amount of the concentrated liquid discharged can be adjusted by adjusting the opening degree of the valve 41.
  • the pressure lowering device 4 for example, a flow dividing valve and a pressure reducing device capable of allowing a first target liquid having a predetermined pressure to flow separately into a flow path to the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 and another flow path.
  • Examples include a vessel or an energy recovery device.
  • the pressure lowering device 4 (flow dividing valve) has a function of reducing the pressure of the second target liquid flowing into the second chamber 12 to a pressure lower than a predetermined pressure.
  • the target liquids flowing into the first chamber 11 and the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 are the same liquid, they basically have the same osmotic pressure. Therefore, unlike the RO method, a high pressure for causing reverse osmosis against the high osmotic pressure difference between the target liquid (high osmotic liquid) and fresh water is not required, and pressure is applied at a relatively low pressure. Membrane separation of the target solution can be performed (some target solutions can be diluted and some other target solutions can be concentrated).
  • the second target liquid supplied to the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 may be a liquid independent of the first target liquid supplied to the first chamber 11.
  • the first target liquid flowing through the first chamber 11 and the second target liquid flowing through the second chamber 12 are different liquids, and even if the concentrations differ between the two, the osmotic pressure difference (absolute value) is the first.
  • membrane separation by BC is feasible if the pressure is lower than the pressure of the first target liquid supplied to the chamber 11.
  • the difference between the osmotic pressure of the first target liquid flowing into the first chamber 11 (high pressure side) and the osmotic pressure of the second target liquid supplied to the second chamber 12 (low pressure side) is the first chamber 11 It is preferably 30% or less of the predetermined pressure of the first target liquid supplied to the water.
  • the BC process may be a one-stage process using one semipermeable membrane module 1 as shown in FIG. 1, but is a multi-stage process using a plurality of semipermeable membrane modules. May be good.
  • BC may be carried out by a multi-step process using a plurality of semipermeable membrane modules for the purpose of stepwise concentration step and reducing the pressure required for BC.
  • BC by such a multi-step process is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-069198.
  • the semipermeable membrane examples include a semipermeable membrane called a reverse osmosis (RO) membrane, a forward osmosis (FO) membrane, and a nanofiltration (NF) membrane.
  • RO reverse osmosis
  • FO forward osmosis
  • NF nanofiltration
  • the pressure of the first target liquid supplied to the first chamber 11 is preferably 6 to 10 MPa.
  • the pore diameter of the RO membrane and the FO membrane is about 2 nm or less, and the pore diameter of the UF membrane is about 2 to 100 nm.
  • the NF membrane has a relatively low inhibition rate of ions and salts among the RO membranes, and the pore size of the NF membrane is usually about 1 to 2 nm.
  • the salt removal rate of the RO membrane, the FO membrane, or the NF membrane is preferably 90% or more.
  • the material constituting the semipermeable membrane is not particularly limited, and examples thereof include cellulosic resins, polysulfone resins, and polyamide resins.
  • the semipermeable membrane is preferably composed of a material containing at least one of a cellulosic resin and a polysulfone resin.
  • the cellulosic resin is preferably a cellulosic acetate resin.
  • Cellulose acetate-based resins are resistant to chlorine, which is a bactericidal agent, and have the characteristic of 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.
  • the polysulfone resin is preferably a polyether sulfone resin.
  • the polyether sulfone-based resin is preferably a sulfonated polyether sulfone.
  • the shape of the semipermeable membrane 10 is not particularly limited, and examples thereof include a flat membrane and a hollow fiber membrane.
  • the semipermeable membrane 10 is a simplified drawing of the flat membrane, but the shape is not particularly limited to such a shape.
  • the hollow fiber membrane (hollow fiber type semipermeable membrane) is advantageous in that the membrane area per module can be increased and the permeation efficiency can be improved as compared with a spiral type semipermeable membrane or the like.
  • the form of the semipermeable membrane module 1 is not particularly limited, but when a hollow fiber membrane is used, a module in which the hollow fiber membrane is arranged straight, a crosswind type module in which the hollow fiber membrane is wound around a core tube, or the like is used. Can be mentioned.
  • a flat film examples thereof include a laminated module in which flat films are stacked, and a spiral module in which the flat film is wound around a core tube in an envelope shape.
  • An example of a specific hollow fiber membrane is a single-layered membrane made entirely of cellulosic resin.
  • the monolayer structure referred to here does not have to be a uniform film as a whole, and has, for example, a dense layer in the vicinity of the outer peripheral surface as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-115835. It is preferable that the dense layer is a separation active layer that substantially defines the pore size of the hollow fiber membrane.
  • the hollow fiber membrane As another specific example of the hollow fiber membrane, a two-layer structure having a dense layer made of a polyphenylene resin (for example, sulfonated polyether sulfone) on the outer peripheral surface of a support layer (for example, a layer made of polyphenylene oxide).
  • a support layer for example, a layer made of polyphenylene oxide.
  • Membrane is mentioned.
  • Another example is a two-layered film having a dense layer made of a polyamide resin on the outer peripheral surface of a support layer (for example, a layer made of polysulfone or polyethersulfone).
  • the high-concentration target liquid has a low pressure in the second chamber. It may be flushed (lower pressure than the first chamber). Therefore, if the pressure loss in the second chamber becomes large, the flow of the liquid in the second chamber may be blocked, and the processing efficiency by BC may be significantly reduced. Therefore, the enrichment system of this embodiment is particularly useful in such cases.
  • the concentration system of this embodiment is particularly useful when the semipermeable membrane is a hollow fiber membrane.
  • the outside of the hollow fiber membrane is the first chamber and the inside of the hollow fiber membrane (hollow portion) is the second chamber. This is because even if the fluid flowing inside the hollow fiber membrane is pressurized, the pressure loss becomes large and it is difficult for the pressurization to work sufficiently.
  • the semipermeable membrane is a hollow fiber membrane
  • the outside of the hollow fiber membrane is the first chamber
  • the inside of the hollow fiber membrane is the second chamber
  • the enrichment system of this embodiment may further include a heat exchanger 31.
  • the heat exchanger 31 is between the first target liquid supplied to the first chamber and the discharged liquid (at least one of the concentrated liquid discharged from the first chamber and the diluted liquid discharged from the second chamber). Then, heat exchange is performed. Thereby, for example, by heating the first target liquid by using the heat from the discharged liquid, the energy consumption in the temperature control device 3 or the like for heating can be reduced.
  • the heat exchanger 31 may replace the temperature control device 3. That is, the temperature of the first target liquid supplied to the first chamber may be controlled by using only the heat exchanger 31, and in this case, the heat exchanger corresponds to the temperature control device in the present invention.
  • various known heat exchangers can be used. For example, a multi-tube heat exchanger, a spiral heat exchanger, a plate heat exchanger, a double-tube heat exchanger and the like can be used. Can be mentioned.
  • 1 Semipermeable membrane module 1a Booster pump, 10 Semipermeable membrane, 11 1st chamber, 12 2nd chamber, 3 Temperature control device, 31 Heat exchanger, 4 Pressure lowering device, 41 Valve.

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Abstract

半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、第１対象液を所定の圧力で前記第１室に流し、第２対象液を前記所定の圧力よりも低い圧力で前記第２室に流すことで、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行させ、前記第１室から濃縮液を排出し、前記第２室から希釈液を排出する、半透膜モジュールと、前記第１室に供給される前記第１対象液の温度を制御する、温度制御装置と、を備える、濃縮システム。

Description

濃縮システム
　本発明は、濃縮システムに関する。
　例えば、逆浸透（ＲＯ）法を用いた淡水化処理に必要なエネルギーを低下させること等を目的として、半透膜モジュールの第１室に高圧の対象液を流し、第２室に低圧の対象液を流して、第１室内の対象液に含まれる水を半透膜を介して第２室内の対象液に移行させることで、第１室から濃縮された対象液を排出し、第２室から希釈された対象液を排出する膜分離方法（ブラインコンセントレーション）が検討されている（例えば、特許文献１：特開２０１８－１１１０号公報参照）。
特開２０１８－１１１０号公報
　例えば、飲料等の対象液を濃縮する場合、濃縮により対象液の濃度が上がるにつれて対象液の粘度は増加する。このような粘度が高い対象液に対してブラインコンセントレーション（ＢＣ）による膜処理を実施する場合、半透膜モジュール内の圧力損失が非常に高くなる可能性がある。圧力損失が高くなるとＢＣによる処理効率が大幅に低下する。
　このような問題は、ＢＣを用いることで、対象液を従来よりも高濃度に濃縮することが可能になったことに起因して、特に課題として重視する必要性が生じている。
　したがって、本発明は、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）を用いた濃縮システムにおいて、ＢＣに用いられる半透膜モジュールにおける圧力損失の上昇を抑制することを目的とする。
　（１）　半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、第１対象液を所定の圧力で前記第１室に流し、第２対象液を前記所定の圧力よりも低い圧力で前記第２室に流すことで、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行させ、前記第１室から濃縮液を排出し、前記第２室から希釈液を排出する、半透膜モジュールと、
　前記第１対象液および前記第２対象液の少なくともいずれかの温度を制御する、温度制御装置と、
　を備える、濃縮システム。
　（２）　前記温度制御装置は、前記第１室に供給される前記第１対象液の温度を制御する、（１）に記載の濃縮システム。
　（３）　前記第１対象液から排出される濃縮液の少なくとも一部が、前記第２対象液として前記第２室に流される、（１）または（２）に記載の濃縮システム。
　（４）　前記半透膜は中空糸膜である、（１）～（３）のいずれかに記載の濃縮システム。
　（５）　前記中空糸膜の外側が第１室であり、前記中空糸膜の内側が第２室である、（４）に記載の濃縮システム。
　（６）　前記第１室に供給される前記第１対象液と、前記第１室から排出される濃縮液および前記第２室から排出される前記希釈液の少なくともいずれかと、の間で、熱交換を行う、熱交換器をさらに備える、（１）～（５）のいずれかに記載の濃縮システム。
　本発明によれば、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）を用いた濃縮システムにおいて、ＢＣに用いられる半透膜モジュールにおける圧力損失の上昇を抑制することができる。
実施形態１の濃縮システムを示す模式図である。 実施形態１の濃縮システムの変形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を参照して、本実施形態の濃縮システムは、半透膜モジュール１と、温度制御装置３と、を備える。
　半透膜モジュール１では、半透膜１０と、半透膜で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有し、第１対象液を所定の圧力で第１室１１に流し、第２対象液を所定の圧力（第１対象液の圧力）よりも低い圧力で第２室１２に流すことで、第１室１１内の第１対象液に含まれる水を半透膜を介して第２室１２内の第２対象液に移行させ、第１室１１から濃縮液を排出し、第２室１２から希釈液を排出する。
　温度制御装置３では、第１対象液および第２対象液の少なくともいずれかの温度を制御する。すなわち、第１対象液および第２対象液の少なくともいずれかが所定範囲の温度となるように加温または冷却する。
　例えば、温度を上げることにより粘性が下がる液体（第１対象液，第２対象液）の温度を上昇させるために加温を行うこと等が挙げられる。また、寒冷地の河川水などの低温の対象液を処理する場合においても、対象液の粘度の上昇等が生じやすいため、このような液体の温度を上昇させるために、温度制御装置により加温を行ってもよい。
　なお、加熱殺菌後の飲料等の高温の液体に対しては、半透膜の耐熱性に応じて、液体を冷却してもよい。
　温度制御装置３は、上記の温度制御を行うために、例えば、ヒーターおよびチラーの少なくともいずれかを備える。さらに、温度制御装置３は、サーモスタット等の制御回路を備えていてもよい。
　温度制御装置３は、第１室１１に供給される第１対象液の温度を制御することが好ましい。すなわち、第１室１１の上流側で第１対象液の温度を制御することが好ましい。最も高流量になる第１室１１の第１対象液の圧力損失を低下させることが、濃縮システムのエネルギーコストの削減や正常なシステムの運転のために有効だからである。
　以下、本実施形態の濃縮システムの詳細について説明する。
　〔半透膜モジュール〕
　半透膜モジュール１は、半透膜１０と、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有する。
　第１対象液は、所定の圧力で第１室１１に流入し、第２対象液は、所定の圧力よりも低い圧力で第２室１２に流入する。これにより、第１室１１内の第１対象液に含まれる水は半透膜１０を介して第２室１２内の第２対象液に移行し、第１室１１から濃縮液（濃縮された第１対象液）が排出され、第２室１２から希釈液（希釈された第２対象液）が排出される。
　第１対象液は、水を含む液体であれば特に限定されず、溶液および懸濁液のいずれであってもよい。水を含む液体としては、例えば、海水、河川水、汽水、排水、食品（飲料）または医薬組成物などが挙げられる。排水としては、例えば、工業排水、生活排水、油田またはガス田の排水などが挙げられる。食品または飲料としては、コーヒー抽出液、ジュース、果汁、乳製品、出汁、茶抽出液、香料乳化物、食品油乳化物または甘味料などが挙げられる。また、第１対象液は、逆浸透（ＲＯ）モジュールで濃縮された後のこれらの液であってもよい。
　図１において、第１対象液は昇圧ポンプ１ａによって、半透膜モジュール１の第１室１１に供給される。昇圧ポンプ１ａの上流側には、第１対象液中に含まれる濁質（微粒子、微生物、スケール成分等）を除去するために、図示しない前処理装置を備えていてもよい。前処理装置としては、例えば、砂ろ過装置やＵＦ（Ultrafiltration：限外ろ過）膜、ＭＦ（Microfiltration：精密ろ過）膜等を用いたろ過装置や、塩素、次亜塩素酸ナトリウム、凝集剤、スケール防止剤等の添加装置や、ｐＨの調整装置などが挙げられる。なお、スケール防止剤とは、液中のスケール成分がスケールとして析出することを防止または抑制する作用を有する添加剤である。スケール防止剤としては、例えば、ポリリン酸系、ホスホン酸系、ホスフィン酸系、ポリカルボン酸系などの化合物が挙げられる。
　なお、第１対象液と第２対象液とは同じ液であってもよい。例えば、図１に示されるように、第１室１１から排出された所定の圧力を有する濃縮液（濃縮された第１対象液）の一部が、圧力低下装置４を通過することによって、上記所定の圧力よりも低い圧力で第２室１２に流されてもよい。なお、第２室１２に流される濃縮液と排出される濃縮液のそれぞれの量は、バルブ４１の開度によって調整することができる。
　圧力低下装置４としては、例えば、所定の圧力を有する第１対象液を、半透膜モジュール１の第２室１２への流路と他の流路に分けて流すことのできる分流弁、減圧器またはエネルギー回収装置などが挙げられる。ここで、圧力低下装置４（分流弁）は、第２室１２に流される第２対象液を所定の圧力より低い圧力に減圧する機能を有している。
　図１の場合、半透膜モジュール１の第１室１１と第２室１２とに流入する対象液は、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、ＲＯ法のように、対象液（高浸透圧液）と淡水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、対象液の膜分離を実施することができる（一部の対象液を希釈し、他の一部の対象液を濃縮することができる）。
　ただし、本実施形態において、半透膜モジュール１の第２室１２に供給される第２対象液は、第１室１１に供給される第１対象液とは独立の液であってもよい。
　第１室１１に流される第１対象液と第２室１２に流される第２対象液とが異なる液であり、両者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１１に供給される第１対象液の圧力よりも小さければ、理論上、ＢＣによる膜分離は実施可能である。この場合、第１室１１（高圧側）に流入する第１対象液の浸透圧と第２室１２（低圧側）に供給される第２対象液の浸透圧との差は、第１室１１に供給される第１対象液の所定の圧力の３０％以下であることが好ましい。
　なお、ＢＣの工程は、図１に示されるように１つの半透膜モジュール１を用いた１段の工程であってもよいが、複数の半透膜モジュールを用いた多段の工程であってもよい。
　半透膜モジュール１での膜分離処理であるブラインコンセントレーション（ＢＣ）において、半透膜モジュール１の半透膜１０を介して第１室１１から第２室１２に水を移行させるためには、第１室１１に供給される第１対象液の圧力を、半透膜１０の両側を流れる第１対象液と第２対象液との浸透圧差より大きくする必要がある。このため、１段の工程（１つの半透膜モジュール）で第１対象液を高度に濃縮するためには、それに応じた高い圧力での供給が必要になり、ポンプの稼動のためのエネルギーコストが増加する等のデメリットがある。このため、濃縮工程を段階的にし、ＢＣに必要な圧力を低下させること等を目的として、ＢＣを複数の半透膜モジュールを用いた多段の工程により実施してもよい。このような多段の工程によるＢＣについては、例えば、特開２０１８－０６９１９８号公報に開示されている。
　半透膜としては、例えば、逆浸透（ＲＯ）膜、正浸透（ＦＯ）膜、ナノろ過（ＮＦ）膜と呼ばれる半透膜が挙げられる。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に供給される第１対象液の圧力は好ましくは６～１０ＭＰａ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、特にこのような形状に限定されるものではない。なお、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、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、半透膜モジュール１の形態としては、特に限定されないが、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。
　具体的な中空糸膜の一例としては、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、層全体が均一な膜である必要はなく、例えば、特開２０１２－１１５８３５号公報に開示されるように、外周表面近傍に緻密層を有し、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いることが好ましい。
　具体的な中空糸膜の別の例としては、支持層（例えば、ポリフェニレンオキサイドからなる層）の外周表面にポリフェニレン系樹脂（例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン）からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。また、他の例として、支持層（例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンからなる層）の外周表面にポリアミド系樹脂からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。
　図１に示されるように、第１室１１から排出される濃縮液の少なくとも一部が第２対象液として第２室に供給される場合には、第２室に高濃度の対象液が低圧（第１室よりも低い圧力）で流される可能性がある。したがって、第２室における圧力損失が大きくなると、第２室の液の流れが滞り、ＢＣによる処理効率が大幅に低下する可能性がある。したがって、本実施形態の濃縮システムは、このような場合に特に有用である。
　また、半透膜が中空糸膜である場合は、中空糸膜の中空部は圧力損失が高くなりやすい。したがって、本実施形態の濃縮システムは、半透膜が中空糸膜である場合に特に有用である。
　なお、中空糸膜を用いた半透膜モジュールにおいて、中空糸膜の外側が第１室であり、中空糸膜の内側（中空部）が第２室であることが好ましい。中空糸膜の内側を流れる流体を加圧しても、圧力損失が大きくなり加圧が十分に働き難いためである。
　ただし、半透膜が中空糸膜であり、中空糸膜の外側が第１室であり中空糸膜の内側が第２室である場合でも、第１室１１から排出される濃縮液の少なくとも一部が第２対象液として第２室（中空部）に供給される場合には、圧力損失が生じやすい中空部に高濃度の液が低圧で流されるため、第２室（中空部）における圧力損失が非常に大きくなって液の流れが滞り、ＢＣによる処理効率が大幅に低下する可能性がある。したがって、本実施形態の濃縮システムは、このような場合に特に有用である。
　（熱交換器）
　図２を参照して、本実施形態の濃縮システムは、熱交換器３１をさらに備えていてもよい。
　熱交換器３１は、第１室に供給される第１対象液と、排出液（第１室から排出される濃縮液および第２室から排出される希釈液の少なくともいずれか）と、の間で、熱交換を行う。
　これにより、例えば、排出液からの熱を利用して第１対象液を加温することで、加温のための温度制御装置３等における消費エネルギーを削減することができる。なお、熱交換器３１が温度制御装置３を代替してもよい。すなわち、熱交換器３１のみを用いて第１室に供給される第１対象液の温度を制御してもよく、この場合は、熱交換器が本発明における温度制御装置に該当する。
　熱交換器３１としては、種々公知の熱交換器を用いることができるが、例えば、多管式熱交換器、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、ニ重管式熱交換器等が挙げられる。
　１　半透膜モジュール、１ａ　昇圧ポンプ、１０　半透膜、１１　第１室、１２　第２室、３　温度制御装置、３１　熱交換器、４　圧力低下装置、４１　バルブ。

Claims (6)

  1. 　半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有し、第１対象液を所定の圧力で前記第１室に流し、第２対象液を前記所定の圧力よりも低い圧力で前記第２室に流すことで、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行させ、前記第１室から濃縮液を排出し、前記第２室から希釈液を排出する、半透膜モジュールと、
    　前記第１対象液および前記第２対象液の少なくとも１つの温度を制御する、温度制御装置と、
    　を備える、濃縮システム。
  2. 　前記温度制御装置は、前記第１室に供給される前記第１対象液の温度を制御する、請求項１に記載の濃縮システム。
  3. 　前記第１対象液から排出される濃縮液の少なくとも一部が、前記第２対象液として前記第２室に流される、請求項１または２に記載の濃縮システム。
  4. 　前記半透膜は中空糸膜である、請求項１～３のいずれか１項に記載の濃縮システム。
  5. 　前記中空糸膜の外側が第１室であり、前記中空糸膜の内側が第２室である、請求項４に記載の濃縮システム。
  6. 　前記第１室に供給される前記第１対象液と、前記第１室から排出される濃縮液および前記第２室から排出される前記希釈液の少なくともいずれかと、の間で、熱交換を行う、熱交換器をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の濃縮システム。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6443304A (en) * 1987-08-06 1989-02-15 Maruyama Mfg Co Method for heating feed water in reverse osmosis process
WO2017038402A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 東洋紡株式会社 水処理方法および水処理システム
JP2017051926A (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 東洋紡株式会社 濃度差エネルギー回収方法、および、それに用いる濃度差エネルギー回収システム
US20170349465A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-07 Battelle Memorial Institute Cross current staged reverse osmosis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5238897B1 (ja) * 2012-06-27 2013-07-17 株式会社神鋼環境ソリューション 排水処理方法及び排水処理装置
JP2015160174A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 三菱レイヨン株式会社 水処理システム
JP7137914B2 (ja) * 2017-07-21 2022-09-15 水ｉｎｇ株式会社 膜ろ過処理装置および膜ろ過処理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6443304A (en) * 1987-08-06 1989-02-15 Maruyama Mfg Co Method for heating feed water in reverse osmosis process
WO2017038402A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 東洋紡株式会社 水処理方法および水処理システム
JP2017051926A (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 東洋紡株式会社 濃度差エネルギー回収方法、および、それに用いる濃度差エネルギー回収システム
US20170349465A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-07 Battelle Memorial Institute Cross current staged reverse osmosis

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