WO2023037877A1 - 正浸透処理方法および正浸透処理装置 - Google Patents

正浸透処理方法および正浸透処理装置 Download PDF

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WO2023037877A1
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forward osmosis
chamber
tank
supplied
semipermeable membrane
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佑己 三浦
洋幸 吉田
秀樹 三原
幹夫 勝部
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東洋紡株式会社
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a forward osmosis processing method and a forward osmosis processing apparatus.
  • a forward osmosis treatment method for recovering fresh water from a liquid to be treated (feed solution) such as seawater, river water, or wastewater using the forward osmosis phenomenon.
  • a draw solution (hereinafter sometimes abbreviated as "DS") having a higher osmotic pressure than a feed solution (hereinafter sometimes abbreviated as "FS”) is used.
  • FS feed solution
  • FS feed solution
  • F Forward Osmosis
  • Fresh water can be recovered from the DS after passing through the forward osmosis module (that is, the DS in which water has been recovered from the FS) using various methods.
  • Clogging due to contaminants such as biofouling, organic fouling, and scaling is a phenomenon that reduces the permeation performance of semipermeable membranes used in forward osmosis treatment.
  • Bio-fouling is fouling (dirt) caused by the formation of biofilms by microorganisms.
  • Organic fouling is fouling (dirt) caused by extracellular metabolites and the like produced by microorganisms contained in seawater and the like.
  • Scaling is a phenomenon in which inorganic components dissolved in seawater precipitate on the membrane surface and clog the semipermeable membrane.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-166420 describes a method of cleaning a forward osmosis module using a chlorine-based disinfectant.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-188787 describes a method of cleaning a forward osmosis module by adding a chlorine-based disinfectant to FS or DS.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-131095 describes a cleaning method for a forward osmosis module in which a cleaning liquid flows through both the FS channel and the DS channel.
  • Patent Literature 1 has a problem that the chlorine-based disinfectant promotes the oxidation reaction of the forward osmosis membrane, deteriorating the performance of the forward osmosis membrane.
  • the cleaning method described in Patent Document 2 there is a problem that the constituent members of the DS flow path are also subjected to chemical oxidation by the chlorine-based disinfectant.
  • the cleaning method described in Patent Document 3 since the DS supply operation is temporarily stopped, the operating rate is lowered due to the operation of discharging the DS from the part to be cleaned, and the operating state of the DS is stabilized after restarting. There is a problem that it takes time to
  • the present invention effectively suppresses clogging of the semipermeable membrane due to contaminants, etc., without the need for additional complicated devices, etc., and can suppress performance deterioration of the semipermeable membrane. It is an object of the present invention to provide a processing method and a forward osmosis processing apparatus.
  • An infiltration treatment method In the forward osmosis step, a feed solution is supplied to the first chamber, a draw solution having a higher osmotic pressure than the feed solution is supplied to the second chamber, and the feed solution and the draw solution are passed through a semipermeable membrane. water contained in the feed solution is transferred into the draw solution by contacting the feed solution through the first chamber, a concentrate that is the concentrated feed solution is discharged from the first chamber, and at least a portion of the concentrate is discharged from the first chamber.
  • a forward osmosis treatment method wherein the semipermeable membrane is washed by
  • the concentrated liquid stored in the tank is filtered to remove suspended solids contained in the concentrated liquid, and then supplied to the first chamber of [1] to [5].
  • the forward osmosis treatment method according to any one of the above.
  • a forward osmosis treatment apparatus used in the forward osmosis treatment method according to any one of [1] to [7], The semipermeable membrane, a first chamber to which the feed solution is supplied, and a second chamber to which the draw solution is supplied, wherein the first chamber and the second chamber are separated by the semipermeable membrane a forward osmosis module, partitioned; and a tank for storing the concentrate.
  • the forward osmosis treatment apparatus according to [8] or [9], further comprising a flow control valve for adjusting the flow rate of the concentrated liquid supplied from the tank to the first chamber.
  • the channel connecting the tank and the first chamber further comprises a filtering device for filtering the concentrated liquid stored in the tank.
  • a filtering device for filtering the concentrated liquid stored in the tank.
  • a processing method and forward osmosis processing apparatus can be provided.
  • FIG. 1 It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the forward osmosis module (hollow fiber membrane module) used for the forward osmosis processing method and forward osmosis processing apparatus of embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram which shows another example of the forward osmosis module (hollow fiber membrane module) used for the forward osmosis processing method and forward osmosis processing apparatus of embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram which shows another example of the forward osmosis module (hollow fiber membrane module) used for the forward osmosis processing method and forward osmosis processing apparatus of embodiment.
  • the forward osmosis treatment method of this embodiment includes: A forward osmosis step (S1) using the forward osmosis module 1; and a cleaning step (S2) for cleaning the semipermeable membrane 10 (see FIG. 4).
  • the forward osmosis step (S1) is performed using the forward osmosis module 1 as described above.
  • the forward osmosis module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 partitioned by the semipermeable membrane 10 .
  • a feed solution (FS) is supplied to the first chamber 11 of the forward osmosis module 1, and a draw solution (DS) having a higher osmotic pressure than the feed solution is supplied to the second chamber 12 of the forward osmosis module 1.
  • a draw solution (DS) having a higher osmotic pressure than the feed solution is supplied to the second chamber 12 of the forward osmosis module 1. to bring FS and DS into contact with each other through a semipermeable membrane.
  • the water contained in the FS is moved into the DS by the forward osmosis phenomenon, and the concentrated liquid, which is the concentrated FS, is discharged from the first chamber 11 of the forward osmosis module 1 .
  • the diluted DS is discharged from the second chamber 12 of the forward osmosis module 1 .
  • At least part of the concentrated liquid (concentrated FS) discharged from the first chamber 11 of the forward osmosis module 1 is (through the introduction flow path for introducing the concentrated liquid into the tank 2, ) is stored in the tank 2 while being overflowed, for example.
  • semipermeable membrane examples include semipermeable membranes called reverse osmosis (RO) membranes, forward osmosis (FO) membranes, or nanofiltration (NF) membranes.
  • RO reverse osmosis
  • FO forward osmosis
  • NF nanofiltration
  • the pore size of RO membranes and FO membranes is about 2 nm or less, and the pore size of UF membranes is about 2 to 100 nm.
  • the NF membrane has a relatively low rejection rate of ions and salts, and the pore size of the NF membrane is usually about 1 to 2 nm.
  • the salt removal rate of the RO membrane, FO membrane, or NF membrane is preferably 90% or more.
  • the material constituting the semipermeable membrane is not particularly limited, but examples thereof include cellulose-based resins, polysulfone-based resins, and polyamide-based resins.
  • the semipermeable membrane is preferably made of a material containing at least one of cellulose resin and polysulfone resin.
  • the cellulose resin is preferably cellulose acetate resin.
  • Cellulose acetate-based resins are resistant to chlorine, which is a disinfectant, 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 cellulose triacetate from the viewpoint of durability.
  • the polysulfone-based resin is preferably a polyethersulfone-based resin.
  • the polyethersulfone-based resin is preferably sulfonated polyethersulfone.
  • the shape of the semipermeable membrane 10 is not particularly limited, but examples thereof include a hollow fiber membrane and a flat membrane.
  • a flat membrane is simply drawn as the semipermeable membrane 10, but the shape is not particularly limited to such a shape.
  • Hollow fiber membranes are advantageous in that the membrane area per module can be increased and the membrane separation efficiency per volume can be increased compared to flat membranes and the like. .
  • the form of the forward osmosis module 1 is not particularly limited, but when hollow fiber membranes are used, a module in which the hollow fiber membranes are arranged straight, a cross-winding module in which the hollow fiber membranes are wound around a core tube, or the like. mentioned.
  • a flat membrane When a flat membrane is used, a laminate type module in which flat membranes are stacked, a spiral type module in which an envelope-shaped flat membrane is wound around a core tube, and the like can be used.
  • a specific example of a hollow fiber membrane is a membrane with a single-layer structure entirely composed of cellulose resin.
  • the term “single-layer structure” as used herein does not mean that the entire layer must be a uniform film. It may be a separation active layer that defines the pore size of the membrane.
  • a specific hollow fiber membrane is a two-layer structure having a dense layer made of a polyphenylene resin (for example, sulfonated polyethersulfone) 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.
  • membranes are also examples.
  • a two-layer membrane having a dense layer made of a polyamide-based resin on the outer peripheral surface of a support layer eg, a layer made of polysulfone or polyethersulfone).
  • feed solution draw solution
  • the feed solution is not particularly limited as long as it contains water.
  • Feed solutions include, for example, seawater, river water, brackish water, and waste water.
  • Wastewater includes, for example, industrial wastewater, domestic wastewater, and wastewater from oil fields or gas fields.
  • the feed solution may contain undissolved components.
  • the draw solution is not particularly limited as long as it has a higher osmotic pressure than the feed solution.
  • the draw solution includes, for example, an inorganic salt solution, a sugar solution, a gas highly soluble in water (ammonia, carbon dioxide, etc.), or a liquid containing organic matter, magnetic fine particles, or the like.
  • the draw solution may contain undissolved components.
  • the osmotic pressure difference ( ⁇ ) between the draw solution (DS) and the feed solution (FS) before being introduced into the forward osmosis module is preferably 0.5. It is 1 MPa or more and 38 MPa or less, more preferably 1 MPa or more and 15 MPa or less.
  • DS preferably has a high osmotic pressure necessary for further concentrating the concentrate (concentrated FS) in the washing step described later.
  • the hydrostatic pressure (not including osmotic pressure) of FS and DS is generally the same, but the amount of permeated water (the amount of water that passes through the semipermeable membrane from FS and moves to DS)
  • the FS may be pressurized such that the hydrostatic pressure (not including the osmotic pressure) of the FS is higher than the DS.
  • the supply of concentrate from the tank 2 to the discharge side of the first chamber 11 of the forward osmosis module 1, as shown in FIG. It may be implemented via a channel separate from the channel, or may be implemented via a channel including at least part of the introduction channel.
  • the draw solution is supplied to the second chamber.
  • This supply of draw solution is preferably carried out in the same manner as the forward osmosis step prior to carrying out the washing step.
  • the diluted DS discharged from the second chamber is treated, for example, by a reverse osmosis module to recover water, or treated to reuse the DS after the water has been recovered. .
  • the DS often circulates through the second chamber 12 of the forward osmosis module 1 and the complicated processing path. It takes extra time and money to get it back to normal. Therefore, it is preferable not to stop the circulation flow of DS as much as possible.
  • the supply of the draw solution to the second chamber is continued in the same manner as the forward osmosis step before the washing step, and the circulating flow of the DS is stopped. It has the advantage that the cleaning step can be performed without
  • the DS supply flow rate during the washing process is usually the same as that used in the forward osmosis process. However, since the amount of water transferred from the highly concentrated liquid to the DS is smaller than that during the forward osmosis process, the flow rate of the DS may be reduced from the viewpoint of power reduction during cleaning. In addition, the DS flow rate may be increased in order to maintain a certain degree of water recovery from the concentrate, such as by increasing the supply flow rate of the concentrate during washing compared to the FS supply flow rate during the forward osmosis process. good.
  • the concentrated liquid is further concentrated in the first chamber 11 and becomes a highly concentrated (high osmotic pressure) liquid.
  • the osmotic shock due to the osmotic pressure difference produces a sterilizing effect against microorganisms adhering to the semipermeable membrane 10 (mainly on the first chamber 11 side of the semipermeable membrane 10), and the semipermeable membrane 10 is washed.
  • the FS inflow side (concentrated liquid discharge side) is more concentrated in the FS in the permeation process and the washing process than the FS discharge side (concentrated liquid inflow side).
  • the difference in osmotic pressure with the liquid increases. Therefore, in the first chamber 11, the cleaning effect due to the osmotic pressure difference, such as the sterilization effect due to the osmotic pressure shock, is considered to be higher on the FS inflow side (concentrate discharge side).
  • the FS inflow side of the first chamber 11 has a large osmotic pressure difference between FS and DS in the forward osmosis process, and clogging is likely to occur due to a large amount of permeated water. It is possible to efficiently wash the semipermeable membrane of
  • the DS supplied to the second chamber is a DS having a high osmotic pressure (higher osmotic pressure than the concentrate) for further concentrating the concentrate, which is the feed solution concentrated in the forward osmosis step.
  • a high osmotic pressure high osmotic pressure than the concentrate
  • the washing process is intermittently performed, for example, during the forward osmosis process.
  • the cleaning step (S2) is performed.
  • the next forward osmosis step (S1) is continuously performed for a predetermined time. In this manner, the forward osmosis step (S1) and the washing step (S2) are usually alternately repeated.
  • the flow rate of the concentrated liquid supplied from the tank 2 to the first chamber 11 of the FO module 1 is preferably adjusted by the pump 4 or the like.
  • the flow rate of the concentrate can be optimized so that the cleaning effect of the cleaning process is enhanced.
  • the concentrated liquid stored in the tank 2 is filtered by a filtering device 3 or the like having a filter capable of removing suspended solids in the concentrated liquid, and the suspended solids contained in the concentrated liquid are removed. is preferably supplied to the In this case, the cleaning effect of the cleaning process is enhanced.
  • the concentrated liquid stored in the tank 2 is preferably supplied to the first chamber 11 after at least one of its pH, temperature and oxidation-reduction potential is adjusted.
  • the properties of the concentrate can be optimized so that the cleaning effect of the cleaning process is enhanced. For example, by adjusting the pH of the concentrate, it is believed that the effects of acid shock and the like may enable dissolution (washing) of scale-like substances under certain conditions.
  • the chlorine-based disinfectant may be intermittently or continuously added to the feed solution supplied to the first chamber. Also, the chlorine-based disinfectant may be added to the concentrate. Bio-fouling of the semipermeable membrane, organic fouling, etc. are further reduced by the bactericidal effect of the chlorine-based disinfectant against microorganisms.
  • the washing process At least one of the addition amount and addition frequency of the chlorine-based disinfectant is preferably adjusted according to the frequency so that the acceleration of the oxidation reaction of the semipermeable membrane by the chlorine-based disinfectant is minimized.
  • the chlorine-based disinfectant is not particularly limited, but examples include chlorine gas, free chlorine such as sodium hypochlorite and calcium hypochlorite, combined chlorine such as monochloramine, and chlorine dioxide.
  • monochloramine or chlorine dioxide as the chlorine-based disinfectant, the production of halogenated organic substances such as trihalomethanes can be suppressed.
  • chlorine it is preferred to use combined chlorine, such as chloramine, as the system disinfectant.
  • chlorine-based disinfectant for example, when the FS is seawater, chlorine gas or sodium hypochlorite generated by a seawater electrolyzer can also be used.
  • the chlorine-based disinfectant may be added continuously or intermittently. However, since the continuous injection of the chlorine-based disinfectant tends to generate by-products such as trihalomethanes, intermittent addition of the chlorine-based disinfectant can suppress the production of trihalomethanes.
  • the forward osmosis processing method using one forward osmosis module was described with reference to FIG. may use a plurality of forward osmosis modules (multi-stage forward osmosis modules) (see FIGS. 2 and 3).
  • the osmotic pressure difference between the FS in the forward osmosis process and the concentrated liquid further concentrated in the washing process increases in the forward osmosis modules on the upstream side of the multiple stages. Therefore, in the forward osmosis module on the upstream side of the multiple stages, it is considered that the cleaning effect due to the osmotic pressure difference, such as the sterilization effect due to the osmotic pressure shock, is high.
  • the diluted DS discharged from the FO module 1 is boosted by a boost pump to a pressure (hydrostatic pressure) higher than the osmotic pressure of the diluted DS and supplied to the RO module.
  • a boost pump to a pressure (hydrostatic pressure) higher than the osmotic pressure of the diluted DS and supplied to the RO module.
  • Water in the diluted DS supplied to the RO module permeates through the RO membrane, so that fresh water can be obtained from the diluted DS.
  • the remaining diluted DS that did not pass through the RO membrane is concentrated, and the concentrated diluted DS can be reused as DS.
  • the draw substance contained in the DS is an inorganic salt, a low melting point substance, or the like
  • the water in the DS may be separated and recovered by crystallization.
  • the draw material is a gas with high solubility in water, gas evolution may separate and recover the water in the DS.
  • the draw material is a stimuli-responsive material such as a temperature-responsive material
  • the water in the DS may be separated and recovered by separation using phase change. For example, when a temperature-responsive polymer is used, the water in the DS is separated by changing the temperature with the cloud point as the change point.
  • the draw substance is magnetic fine particles
  • magnetic separation may be used to separate and recover the water in the DS.
  • the draw material is a sugar solution, nanofiltration (NF) may be used to separate and recover the water in the DS.
  • the forward osmosis treatment method (forward osmosis treatment apparatus) of the present embodiment water can be separated and recovered from the feed solution (FS) by forward osmosis treatment using a semipermeable membrane. That is, the forward osmosis treatment method (forward osmosis treatment apparatus) of the present embodiment can be used, for example, in a seawater desalination method (seawater desalination apparatus) for obtaining fresh water from seawater or the like.
  • ⁇ Forward osmosis treatment device> An example of a forward osmosis treatment apparatus that can be suitably used for the forward osmosis treatment method of the present embodiment will be described.
  • the forward osmosis processing apparatus of this embodiment includes at least a forward osmosis module 1 and a tank 2 for storing a concentrate (concentrated feed solution).
  • the forward osmosis module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 partitioned by the semipermeable membrane 10 .
  • the forward osmosis treatment apparatus preferably further includes a pump 4 for flowing the concentrated liquid stored in the tank 2 to the first chamber 11.
  • the forward osmosis treatment apparatus may further include a flow control valve for adjusting the flow rate of the concentrate supplied from the tank 2 to the first chamber.
  • the forward osmosis treatment apparatus includes a pump (not shown) for transferring the feed solution (FS) to the first chamber 11 of the forward osmosis module 1 and a draw solution (DS) inside the hollow fiber membrane 10 (second chamber). ) 12 with a pump (not shown).
  • the forward osmosis treatment device further includes a filtering device 3 for filtering the concentrated liquid stored in the tank 2 in the channel connecting the tank 2 and the first chamber 11 .
  • microorganisms are killed by osmotic shock due to the difference in osmotic pressure between the feed solution in the forward osmosis process and the concentrate in the washing process, so biofouling and organic fouling are eliminated. ring can be reduced.
  • the forward osmosis treatment method forward osmosis treatment apparatus of the present embodiment
  • clogging of the semipermeable membrane with contaminants can be achieved without the need for additional complicated equipment.
  • contaminants bio-fouling, organic fouling, etc.
  • Hollow fiber membrane module An example of a forward osmosis (FO) module (hollow fiber membrane module) using hollow fiber membranes as semipermeable membranes will be described below with reference to FIGS.
  • FO forward osmosis
  • a draw solution (DS) is supplied to the outside (second chamber) 12 of the hollow fiber membranes 10 of the hollow fiber membrane module (forward osmosis module) 1, and forward osmosis is performed.
  • a feed solution (FS) is supplied into the inside (first chamber) 11 of the hollow fiber membrane 10 of the module 1 .
  • the FS and the DS are brought into contact with each other through the hollow fiber membrane (semipermeable membrane) 10 .
  • water contained in the FS permeates the hollow fiber membrane 10 and moves into the DS due to forward osmosis.
  • the FO module (hollow fiber membrane module) 1 is a single-element hollow fiber membrane module in which one pressure vessel 100 is loaded with one hollow fiber membrane element.
  • the forward osmosis module 1 includes a semipermeable membrane (hollow fiber membrane) 10, an exterior (second chamber) 12 of the hollow fiber membrane to which DS is supplied, and an interior (hollow portion) of the hollow fiber membrane to which FS is supplied. : 1st chamber) 11.
  • the first chamber 11 and the second chamber 12 are separated by the hollow fiber membrane 10 .
  • the hollow fiber membrane element includes a porous distribution pipe 13 having a plurality of holes 13a arranged in the center, a plurality of hollow fiber membranes 10 arranged around the porous distribution pipe 13 and the plurality of hollow fiber membranes 10. resin walls (ends 14) fixed at both ends of the .
  • Each of the plurality of hollow fiber membranes 10 has openings 10a and 10b at both ends thereof.
  • the form of the FO module 1 is not particularly limited, and may be a module in which a plurality of hollow fiber membranes are arranged in a straight line, a crosswind module in which a plurality of hollow fiber membranes are wound around a core tube, or the like. good too.
  • the hollow fiber membrane element has a DS supply port 111a and a DS outlet 111b communicating with the interior 11 of the plurality of hollow fiber membranes 10 and the exterior of the hollow fiber membrane module, and the inflow side opening 10a of the hollow fiber membrane 10 is FS. It is connected to the supply port 110a, and the outflow side opening 10b communicates with the FS discharge port 110b.
  • the porous distribution pipe 13 is not particularly limited as long as it is a tubular body having a plurality of holes 13a. Through the porous distribution pipe 13, for example, the DS supplied from the DS supply port 111a into the hollow fiber membrane module can be distributed to the outside 12 of the hollow fiber membrane.
  • the holes 13a are preferably provided radially in each direction with the central axis of the porous distribution pipe as a base point.
  • the porous distribution pipe 13 is preferably positioned substantially at the center of the hollow fiber membrane element.
  • the FS flows into the inside 11 of the hollow fiber membrane 10 from the inflow side opening 10a via the FS supply port 110a, flows out from the outflow side opening 10b, and flows out to the outside via the FS discharge port 110b.
  • the DS flows into the porous distribution pipe 13 through the DS supply port 111a, flows out from the holes 13a, and is supplied to the outside 12 of the hollow fiber membrane 10.
  • the DS that has passed through the outside 12 of the hollow fiber membrane 10 flows out through the DS outlet 111b.
  • the hollow fiber membrane module 1 when using an organic DS (DS containing an organic substance), the hollow fiber membrane module 1 having the configuration as shown in FIGS. 6 and 7 is used to prevent the DS from leaking to the FS side. can also be used.
  • the end portion 14 of the hollow fiber membrane element has a structure in which an outer peripheral ring (not shown) is fitted to the outer peripheral portion of the resin wall that seals and fixes the hollow fiber membrane 10 .
  • the hollow fiber membrane module of FIG. 6 differs from the hollow fiber membrane module of FIG. 5 in that O-ring grooves are provided on the outer peripheral surface of the outer peripheral ring of the outer peripheral portion of the resin wall at both ends of the hollow fiber membrane element. differ. 6 and the hollow fiber membrane module of FIG.
  • FIG. 5 are different in the mounting position of the DS discharge port 111b provided on the side surface of the pressure vessel 100.
  • a groove for an O-ring is provided on the outer peripheral surface of the end portion 14 (peripheral ring) of the hollow fiber membrane element, and the O-ring is installed in the groove, so that the hollow fiber membrane element is placed on the inner peripheral surface of the pressure vessel. They are tightly fixed and can prevent direct contact between FS and DS.
  • the end portion of the hollow fiber membrane element has a structure in which an outer ring (not shown) is fitted to the outer peripheral portion of the end portion 14 composed of a resin wall for sealing and fixing the hollow fiber membrane 10 and an outer ring.
  • the hollow fiber membrane module of FIG. 7 differs from the hollow fiber membrane module of FIG. 6 in that the O-ring groove is provided on the inner peripheral surface of the pressure vessel 100 .
  • the concentrated liquid stored in the tank 2 is supplied to the FS outlet 110b, and the inside of the hollow fiber membrane is The (first chamber) 11 is made to flow from the FS discharge port 110b to the FS supply port 110a (the direction opposite to the arrow).
  • a mode in which DS is supplied to the outside of the hollow fiber membrane and FS is supplied to the inside of the hollow fiber membrane has been described, but it is not limited to this. That is, FS may be supplied to the outside of the hollow fiber membrane and DS may be supplied to the inside of the hollow fiber membrane.
  • 1 forward osmosis module (hollow fiber membrane module), 10 semipermeable membrane (hollow fiber membrane), 10 a inflow side opening, 10 b outflow side opening, 11 first chamber (inside hollow fiber membrane), 12 second chamber ( outside of hollow fiber membrane), 100 pressure vessel, 110a FS supply port, 110b FS outlet, 111a DS supply port, 111b DS outlet, 13 porous distribution pipe, 13a hole, 14 end, 2 tank, 3 filtration device, 4 Pump.

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Abstract

半透膜と半透膜で仕切られた第１室および第２室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透処理工程と、半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法。正浸透処理工程において、フィード溶液を第１室に供給し、フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を第２室に供給し、フィード溶液とドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、フィード溶液中に含まれる水をドロー溶液中に移動させ、濃縮されたフィード溶液である濃縮液を第１室から排出する。濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留する。洗浄工程において、タンクに貯留された濃縮液を、第１室に正浸透工程におけるフィード溶液の流れとは逆方向に流し、ドロー溶液を第２室に供給することにより、半透膜を洗浄する。

Description

正浸透処理方法および正浸透処理装置
　本発明は、正浸透処理方法および正浸透処理装置に関する。
　海水、河川水または排水などの処理対象液（フィード溶液）から、正浸透現象を利用して真水を回収するための正浸透処理方法が知られている。
　正浸透処理では、フィード溶液（Feed　Solution：以下、「ＦＳ」と略す場合がある）より高い浸透圧を有するドロー溶液（Draw　Solution：以下、「ＤＳ」と略す場合がある）が用いられる。正浸透モジュール内において、半透膜を介してＦＳとＤＳとを接触させると、浸透圧の低いＦＳから浸透圧の高いＤＳへ水が移動する。この現象は、正浸透（Forward　Osmosis：以下、「ＦＯ」と略す場合がある）現象と呼ばれる。そして、正浸透モジュールを通過した後のＤＳ（すなわち、ＦＳ中から水を回収したＤＳ）から、種々の手法を用いて真水を回収することができる。
　正浸透処理に用いられる半透膜の透過性能を低下させる現象として、バイオファウリング、有機ファウリング、スケーリング等の汚染物による目詰まりが挙げられる。
　バイオファウリングは、微生物によるバイオフィルムの形成によって生じるファウリング（汚れ）である。有機ファウリングは、海水等の中に含まれる微生物が生成する細胞外代謝産物などによって生じるファウリング（汚れ）である。スケーリングは、海水中に溶存している無機成分が膜面に析出し、半透膜を目詰まりさせる現象である。
　このような半透膜の汚染物により目詰まりを低減するために、正浸透処理装置（正浸透モジュール）を洗浄するための種々の方法が知られている。
　例えば、特許文献１（特開２０１９－１６６４２０号公報）には、塩素系殺菌剤を利用して正浸透モジュールを洗浄する方法が記載されている。また、例えば、特許文献２（特開２０１５－１８８７８７号公報）には、ＦＳまたはＤＳ中に塩素系殺菌剤を添加して正浸透モジュールを洗浄する方法が記載されている。特許文献３（特開２０２０－１３１０９５号公報）には、ＦＳの流路およびＤＳの流路の両方に洗浄液を流す正浸透モジュールの洗浄方法が記載されている。
特開２０１９－１６６４２０号公報 特開２０１５－１８８７８７号公報 特開２０２０－１３１０９５号公報
　しかしながら、特許文献１の洗浄方法は、塩素系殺菌剤により正浸透膜の酸化反応が進行し、正浸透膜の性能が低下する、という問題がある。特許文献２に記載の洗浄方法では、ＤＳの流路の構成部材も塩素系殺菌剤による化学的な酸化作用を受けるという問題がある。また、特許文献３に記載の洗浄方法では、ＤＳの供給運転を一時停止するため、被洗浄部からのＤＳの排出操作による稼働率の低下や、再起動後のＤＳ側の運転状態の安定化に時間を要するという問題がある。
　したがって、本発明は、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり等を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる、正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供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室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透工程と、前記半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法であって、
　前記正浸透工程において、フィード溶液を前記第１室に供給し、前記フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を前記第２室に供給し、前記フィード溶液と前記ドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を前記ドロー溶液中に移動させ、濃縮された前記フィード溶液である濃縮液を前記第１室から排出し、前記濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留し、
　前記洗浄工程において、前記タンクに貯留された前記濃縮液を、前記第１室に前記正浸透工程における前記フィード溶液の流れとは逆方向に流し、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することにより、前記半透膜を洗浄する、正浸透処理方法。
　［２］　前記洗浄工程において、前記第２室への前記ドロー溶液の供給は前記洗浄工程を実施する前の前記正浸透工程と同様に実施される、［１］に記載の正浸透処理方法。
　［３］　前記第１室に供給される前記フィード溶液中に間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加される、［１］または［２］に記載の正浸透処理方法。
　［４］　前記洗浄工程の実施頻度または効果に応じて、前記塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかを調整する、［３］に記載の正浸透処理方法。
　［５］　前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整する、［１］～［４］のいずれかに記載の正浸透処理方法。
　［６］　前記タンクに貯留された前記濃縮液は、ろ過され、前記濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、前記第１室に供給される、［１］～［５］のいずれかに記載の正浸透処理方法。
　［７］　前記タンクに貯留された前記濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、前記第１室に供給される、［１］～［６］のいずれかに記載の正浸透処理方法。
　［８］　［１］～［７］のいずれかに記載の正浸透処理方法に用いられる正浸透処理装置であって、
　前記半透膜、ならびに、前記フィード溶液が供給される第１室、および、前記ドロー溶液が供給される第２室を有し、前記第１室と前記第２室とは前記半透膜で仕切られている、正浸透モジュールと、
　前記濃縮液を貯留するためのタンクと、を備える、正浸透処理装置。
　［９］　前記タンクに貯留された前記濃縮液を前記第１室に流すためのポンプをさらに備える、［８］に記載の正浸透処理装置。
　［１０］　前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備える、［８］または［９］に記載の正浸透処理装置。
　［１１］　前記タンクと前記第１室とを接続する流路に、前記タンクに貯留された前記濃縮液をろ過するためのろ過装置をさらに備える、［８］～［１０］のいずれかに記載の正浸透処理装置。
　本発明によれば、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり等を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる、正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供することができる。
実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置を説明するための模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置の変形例を説明するための模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置の別の変形例を説明するための模式図である。 実施形態の正浸透処理方法の工程を示すフロー図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の一例を示す断面模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の他の一例を示す断面模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の他の一例を示す断面模式図である。
　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。
　＜正浸透処理方法＞
　本実施形態の正浸透処理方法は、
　正浸透モジュール１を用いる正浸透工程（Ｓ１）と、
　半透膜１０を洗浄する洗浄工程（Ｓ２）と、を含む（図４参照）。
　〔正浸透工程：Ｓ１〕
　図１を参照して、正浸透工程（Ｓ１）は、上述のような正浸透モジュール１を用いて実施される。正浸透モジュール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。
　正浸透工程（Ｓ１）では、フィード溶液（ＦＳ）を正浸透モジュール１の第１室１１に供給し、フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液（ＤＳ）を正浸透モジュール１の第２室１２に供給し、ＦＳとＤＳとを半透膜を介して接触させる。これにより、正浸透現象によって、ＦＳ中に含まれる水をＤＳ中に移動させ、濃縮されたＦＳである濃縮液を正浸透モジュール１の第１室１１から排出する。また、希釈されたＤＳを正浸透モジュール１の第２室１２から排出する。
　本実施形態において、正浸透モジュール１の第１室１１から排出される濃縮液（濃縮されたＦＳ）の少なくとも一部は、（濃縮液をタンク２に導入するための導入流路を介して、）例えばオーバーフローさせながら、タンク２に貯留される。
　（半透膜）
　半透膜としては、例えば、逆浸透（ＲＯ）膜、正浸透（ＦＯ）膜またはナノろ過（ＮＦ）膜と呼ばれる半透膜が挙げられる。
　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、中空糸膜または平膜が挙げられる。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、平膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、容積当りの膜分離効率を高めることができる点で有利である。
　また、正浸透モジュール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、単一素材でありながら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ものでもよい。
　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。
　（フィード溶液、ドロー溶液）
　フィード溶液は、水を含む溶液であれば特に限定されない。フィード溶液としては、例えば、海水、河川水、汽水、排水などが挙げられる。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。なお、フィード溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。
　ドロー溶液は、フィード溶液より高い浸透圧を有する液体であれば特に限定されない。ドロー溶液としては、例えば、無機塩溶液、糖溶液、または、水に対する溶解度が高い気体（アンモニアや二酸化炭素など）、もしくは、有機物、磁性体微粒子などを含む液体が挙げられる。なお、ドロー溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。
　正浸透モジュールに導入される前のドロー溶液（ＤＳ）とフィード溶液（ＦＳ）との間の浸透圧差（Δπ）（［ＤＳの浸透圧］－［ＦＳの浸透圧］）は、好ましくは０．１ＭＰａ以上３８ＭＰａ以下であり、より好ましくは１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下である。なお、ＤＳは、後述の洗浄工程で濃縮液（濃縮されたＦＳ）をさらに濃縮するために必要な高い浸透圧を有することが好ましい。
　なお、正浸透工程において、通常は、ＦＳとＤＳの静水圧（浸透圧を含まない）は略同じであるが、透過水量（ＦＳから半透膜を透過してＤＳに移行する水の量）を増加させるために、ＦＳの静水圧（浸透圧を含まない）がＤＳよりも高くなるように、ＦＳを加圧してもよい。
　〔洗浄工程（Ｓ２）〕
　図１を参照して、洗浄工程（Ｓ２）では、タンク２に貯留された濃縮液（正浸透工程で濃縮されたフィード溶液）を、第１室に正浸透工程におけるフィード溶液の流れとは逆方向（すなわち、正浸透工程における濃縮液（濃縮されたＦＳ）の排出側からＦＳの供給側へ向かう方向）に流す（図１の点線の矢印参照）。これにより、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することで、濃縮液中の水をドロー溶液へ移動させ、高濃縮液（更に濃縮された上記濃縮液）を半透膜に接触させることで、前記半透膜が洗浄される。
　なお、正浸透工程における第１室へのフィード溶液の供給は、洗浄工程を実施する前に停止される。
　濃縮液のタンク２から正浸透モジュール１の第１室１１の排出側への供給は、図１に示されるように、正浸透モジュール１の第１室１１からタンク２に導入するための導入流路とは別の流路を介して実施されてもよく、導入流路の少なくとも一部を含む流路を介して実施されてもよい。
　一方、第２室には、ドロー溶液が供給される。このドロー溶液の供給は、洗浄工程を実施する前の正浸透工程と同様に実施されることが好ましい。
　第２室から排出される希釈されたＤＳは、例えば、逆浸透モジュールによって水を回収するための処理が施されたり、水が回収された後のＤＳを再利用するため処理を施されたりする。このようにして、ＤＳは、正浸透モジュール１の第２室１２と複雑な処理経路とを循環することが多いため、このＤＳの循環流れを一旦停止すると、再度、ＤＳを循環させて定常的な状態に戻すためには、余計な時間とコストを要する。したがって、ＤＳの循環流れはできる限り停止させないことが好ましい。
　本実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置は、第２室へのドロー溶液の供給を洗浄工程を実施する前の正浸透工程と同様に実施したままで、ＤＳの循環流れを停止させずに洗浄工程を実施できるという利点を有する。なお、前記洗浄工程時のＤＳの供給流量は通常、正浸透工程と同等の流量で運転する。ただし、高濃縮液からＤＳへの水の移動量は、正浸透工程時と比較すると少なくなるので、洗浄時の動力削減の観点からＤＳの流量を減らしても良い。また、洗浄時の濃縮液の供給流量を正浸透工程時のＦＳの供給流量と比較して増大させるなど、濃縮液からの水の回収を一定程度維持させるためにＤＳの流量を増大させても良い。
　洗浄工程においては、第１室１１内で濃縮液がさらに濃縮され、さらに高濃度（高浸透圧）の液体になることで、この液体の浸透圧と、正浸透工程におけるＦＳの浸透圧と、の浸透圧差による浸透圧ショックによって、半透膜１０（主に半透膜１０の第１室１１側）に付着した微生物等に対して殺菌効果を生じて、半透膜１０が洗浄される。
　なお、第１室１１において、ＦＳの排出側（濃縮液の流入側）よりもＦＳの流入側（濃縮液の排出側）の方が、浸透工程でのＦＳと洗浄工程で更に濃縮された濃縮液との間の浸透圧差が大きくなる。このため、第１室１１において、ＦＳの流入側（濃縮液の排出側）ほど、浸透圧ショックによる除菌効果などの浸透圧差による洗浄効果が高いと考えられる。第１室１１のＦＳの流入側は、正浸透工程ではＦＳとＤＳの浸透圧差が大きく、透過水量が多いため目詰まりが生じ易く、上記の洗浄工程によれば、この目詰まりが生じ易い部分の半透膜を効率的に洗浄することが可能である。
　なお、洗浄工程において、第２室に供給されるＤＳは、正浸透工程で濃縮されたフィード溶液である濃縮液を更に濃縮するための高い浸透圧（濃縮液より高い浸透圧）を有するＤＳであることが好ましい。
　洗浄工程は、例えば、正浸透工程の間に間欠的に実施される。例えば、図４を参照して、正浸透工程（Ｓ１）を所定の時間継続的に実施した後、洗浄工程（Ｓ２）が実施される。洗浄工程（Ｓ２）の後、次の正浸透工程（Ｓ１）が所定の時間継続的に実施される。このように、通常は、正浸透工程（Ｓ１）と洗浄工程（Ｓ２）が交互に繰り返して実施される。
　タンク２からＦＯモジュール１の第１室１１へ供給される濃縮液の流量は、ポンプ４等によって調整されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められるように、濃縮液の流量を最適化することができる。
　タンク２に貯留された濃縮液は、濃縮液中の懸濁物を除去できるフィルターを有するろ過装置３などによってろ過され、濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、第１室１１に供給されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められる。
　タンク２に貯留された濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、第１室１１に供給されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められるように、濃縮液の特性を最適化することができる。例えば、濃縮液のｐＨを調整することで、酸ショック等の効果により、条件によってはスケール様物質の溶解（洗浄）が可能になると考えられる。
　〔塩素系殺菌剤の添加〕
　本実施形態において、第１室に供給されるフィード溶液中に、間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加されてもよい。また、塩素系殺菌剤は、濃縮液中に添加されてもよい。塩素系殺菌剤の微生物に対する殺菌効果により、半透膜のバイオファウリング、有機ファウリング等がさらに低減される。
　ただし、塩素系殺菌剤による半透膜の酸化反応の促進により、半透膜の性能が低下するという問題があるため、塩素系殺菌剤がフィード溶液中に添加される場合は、洗浄工程の実施頻度に応じて、塩素系殺菌剤による半透膜の酸化反応の促進が最小限となるように、塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかが調整されることが好ましい。
　塩素系殺菌剤としては、特に限定されないが、例えば、塩素ガス、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムなどの遊離塩素、モノクロラミンなどの結合塩素、または、二酸化塩素が挙げられる。塩素系殺菌剤として、モノクロラミンまたは二酸化塩素を用いることにより、トリハロメタン等のハロゲン化有機物の生成を抑制することができる。ここで、ＤＳとして炭酸水素アンモニウムなどのアンモニア生成物質を含有する溶液を使用する場合には、塩素系殺菌剤の殺菌力の低下やＤＳの変質（再生困難な変質）を防止するために、塩素系殺菌剤としてクロラミンなどの結合塩素を用いることが好ましい。
　なお、塩素系殺菌剤として、例えば、ＦＳが海水の場合、海水電解装置により発生させた塩素ガスまたは次亜塩素酸ナトリウムを用いることもできる。
　塩素系殺菌剤は、連続的に添加してもよく、間欠的に添加してもよい。ただし、塩素系殺菌剤を連続注入するとトリハロメタン等の副生成物を発生し易くなるため、塩素系殺菌剤を間欠的に添加することにより、トリハロメタンの生成を抑制することができる。
　なお、以上の説明では、図１を参照して１つの正浸透モジュールを用いる正浸透処理方法（正浸透処理装置）について説明したが、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）においては、複数の正浸透モジュール（多段の正浸透モジュール）が用いられてもよい（図２、図３参照）。この場合、多段の上流側の正浸透モジュールほど、正浸透工程でのＦＳと洗浄工程で更に濃縮された濃縮液との間の浸透圧差が大きくなる。このため、多段の上流側の正浸透モジュールにおいて、浸透圧ショックによる除菌効果などの浸透圧差による洗浄効果が高いと考えられる。
　〔正浸透処理後の処理〕
　正浸透モジュール１の第２室１２を通過することにより、正浸透現象によってＦＳ中の水を回収したＤＳ（第２室１２から排出される希釈されたＤＳ）から水を分離および回収する方法としては、例えば、逆浸透処理、蒸留、加熱・冷却操作（熱分離操作）などが挙げられる。
　逆浸透（ＲＯ）処理では、ＦＯモジュール１から排出された希釈ＤＳは、昇圧ポンプによって、希釈ＤＳが有する浸透圧より高い圧力（静水圧）に昇圧されて、ＲＯモジュールに供給される。ＲＯモジュールに供給された希釈ＤＳ中の水がＲＯ膜を透過することで、希釈ＤＳから淡水を得ることができる。なお、ＲＯ膜を透過しなかった残りの希釈ＤＳは濃縮され、濃縮された希釈ＤＳは、ＤＳとして再利用することができる。
　また、ＤＳ中に含まれるドロー物質が無機塩や低融点物質等の場合は、晶析処理によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が水に対する溶解度が高い気体の場合は、ガス放散によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が温度応答性等の刺激応答性物質の場合は、相変化を利用する分離により、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。例えば、温度応答性のポリマーを使用する場合は、曇点を変化点とする温度変化をさせて、ＤＳ中の水を分離する。ドロー物質が磁性体微粒子の場合は、磁気分離によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が糖溶液の場合は、ナノろ過（ＮＦ）によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。
　このように、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）を用いて、フィード溶液（ＦＳ）から半透膜を用いた正浸透処理により水を分離および回収することができる。すなわち、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）は、例えば、海水等から淡水を得る海水淡水化方法（海水淡水化装置）に用いることができる。
　＜正浸透処理装置＞
　本実施形態の正浸透処理方法に好適に用いることのできる正浸透処理装置の一例について説明する。
　図１を参照して、本実施形態の正浸透処理装置は、少なくとも正浸透モジュール１と、濃縮液（濃縮されたフィード溶液）を貯留するためのタンク２とを備える。正浸透モジュール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。
　正浸透処理装置は、タンク２に貯留された濃縮液を第１室１１に流すためのポンプ４をさらに備えることが好ましい。正浸透処理装置は、タンク２から第１室へ供給される濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備えていてもよい。
　正浸透処理装置は、フィード溶液（ＦＳ）を正浸透モジュール１の第１室１１へ移送するためのポンプ（図示せず）と、ドロー溶液（ＤＳ）を中空糸膜１０の内部（第２室）１２へ移送するためのポンプ（図示せず）を備えていてもよい。
　正浸透処理装置は、タンク２と第１室１１とを接続する流路に、タンク２に貯留された濃縮液をろ過するためのろ過装置３をさらに備えることが好ましい。
　本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）によれば、正浸透工程のフィード溶液と洗浄工程の濃縮液の浸透圧差による浸透圧ショックで微生物が死滅するため、バイオファウリングおよび有機ファウリングを低減することができる。
　したがって、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）によれば、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり（バイオファウリング、有機ファウリング等）を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる。
　＜中空糸膜モジュール＞
　以下、図５、図６を参照して、半透膜として中空糸膜を用いた正浸透（ＦＯ）モジュール（中空糸膜モジュール）の１例について説明する。
　正浸透モジュール１が中空糸膜モジュールである場合、例えば、中空糸膜モジュール（正浸透モジュール）１の中空糸膜１０の外部（第２室）１２にドロー溶液（ＤＳ）を供給し、正浸透モジュール１の中空糸膜１０の内部（第１室）１１内にフィード溶液（ＦＳ）を供給する。これにより、ＦＳとＤＳとを中空糸膜（半透膜）１０を介して接触する。この状態で、正浸透現象により、ＦＳ中に含まれる水が、中空糸膜１０を透過してＤＳ中に移動する。
　なお、図５、図６において、ＦＯモジュール（中空糸膜モジュール）１は、１つの圧力容器１００に、１つの中空糸膜エレメントが装填されたシングルエレメント型中空糸膜モジュールである。
　正浸透モジュール１は、半透膜（中空糸膜）１０、ならびに、ＤＳが供給される中空糸膜の外部（第２室）１２、および、ＦＳが供給される中空糸膜の内部（中空部：第１室）１１を有する。第１室１１と第２室１２とは中空糸膜１０で仕切られている。
　中空糸膜エレメントは、中心に配置された複数の孔１３ａを有する多孔分配管１３と、その周囲に配置された複数の中空糸膜１０と、多孔分配管１３および複数の中空糸膜１０をそれらの両端で固定する樹脂壁（端部１４）とを備える。複数の中空糸膜１０の各々はその両端に開口部１０ａ，１０ｂを有している。
　なお、ＦＯモジュール１の形態は、特に限定されず、複数の中空糸膜をストレート配置したモジュールであってもよく、複数の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であってもよい。
　中空糸膜エレメントは、複数の中空糸膜１０の内部１１および中空糸膜モジュールの外部に連通するＤＳ供給口１１１ａおよびＤＳ排出口１１１ｂを有し、中空糸膜１０の流入側開口部１０ａはＦＳ供給口１１０ａに接続され、流出側開口部１０ｂはＦＳ排出口１１０ｂに連通している。
　多孔分配管１３は、複数の孔１３ａを有する管状体であれば特に限定されない。多孔分配管１３により、例えば、ＤＳ供給口１１１ａから中空糸膜モジュール内に供給されたＤＳを中空糸膜の外部１２へ分配することができる。孔１３ａは、多孔分配管の中心軸を基点として放射状に各方向に設けられていることが好ましい。また、多孔分配管１３は、中空糸膜エレメントの略中心部に位置させることが好ましい。
　ＦＳは、ＦＳ供給口１１０ａを介して、流入側開口部１０ａから中空糸膜１０の内部１１に流入し、流出側開口部１０ｂから流出し、ＦＳ排出口１１０ｂを介して外部に流出する。
　ＤＳは、ＤＳ供給口１１１ａを介して多孔分配管１３の内部に流入し、孔１３ａから流出して、中空糸膜１０の外部１２に供給される。中空糸膜１０の外部１２を通過したＤＳは、ＤＳ排出口１１１ｂを介して外部に流出する。
　なお、特に有機系のＤＳ（有機物を含むＤＳ）を用いる場合には、ＤＳがＦＳ側に漏洩することを防止するために、図６および図７に示されるような構成の中空糸膜モジュール１を用いることもできる。中空糸膜エレメントの端部１４は中空糸膜１０を封止固定する樹脂壁の外周部に図示しない外周リングが嵌め込まれる構造となっている。図６の中空糸膜モジュールは、中空糸膜エレメントの両端において、樹脂壁の外周部の外周リングの外周面にＯリングの溝が設けられている点で、図５の中空糸膜モジュールとは相違する。また、図６の中空糸膜モジュールと図５の中空糸膜モジュールとでは、圧力容器１００の側面に設けられたＤＳ排出口１１１ｂの取付位置が相違する。中空糸膜エレメントの端部１４（外周リング）の外周面にＯリング用の溝を設け、前記溝にＯリングを設置することにより、前記中空糸膜エレメントが前記圧力容器の内周面に液密に固定され、ＦＳとＤＳの直接の接触を防止することができる。中空糸膜エレメントの端部は中空糸膜１０を封止固定する樹脂壁および外周リングで構成される端部１４の外周部に図示しない外周リングが嵌め込まれる構造となっている。一方、図７の中空糸膜モジュールは、Ｏリングの溝が圧力容器１００の内周面に設けられている点で図６の中空糸膜モジュールとは相違する。
　図５、図６、および図７に示される中空糸膜モジュールにおいて、上述の洗浄工程（Ｓ２）では、タンク２に貯留された濃縮液は、ＦＳ排出口１１０ｂに供給され、中空糸膜の内部（第１室）１１をＦＳ排出口１１０ｂからＦＳ供給口１１０ａの方向（矢印と逆方向）に流される。
　なお、ここでは、ＤＳが中空糸膜の外側に供給され、ＦＳが中空糸膜の内部に供給される形態について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ＦＳが中空糸膜の外側に供給され、ＤＳが中空糸膜の内部に供給されてもよい。
　１　正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）、１０　半透膜（中空糸膜）、１０ａ　流入側開口部、１０ｂ　流出側開口部、１１　第１室（中空糸膜の内部）、１２　第２室（中空糸膜の外部）、１００　圧力容器、１１０ａ　ＦＳ供給口、１１０ｂ　ＦＳ排出口、１１１ａ　ＤＳ供給口、１１１ｂ　ＤＳ排出口、１３　多孔分配管、１３ａ　孔、１４　端部、２　タンク、３　ろ過装置、４　ポンプ。

Claims (11)

  1. 　半透膜と前記半透膜で仕切られた第１室および第２室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透工程と、前記半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法であって、
    　前記正浸透工程において、フィード溶液を前記第１室に供給し、前記フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を前記第２室に供給し、前記フィード溶液と前記ドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を前記ドロー溶液中に移動させ、濃縮された前記フィード溶液である濃縮液を前記第１室から排出し、前記濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留し、
    　前記洗浄工程において、前記タンクに貯留された前記濃縮液を、前記第１室に前記正浸透工程における前記フィード溶液の流れとは逆方向に流し、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することにより、前記半透膜を洗浄する、正浸透処理方法。
  2. 　前記洗浄工程において、前記第２室への前記ドロー溶液の供給は前記洗浄工程を実施する前の前記正浸透工程と同様に実施される、請求項１に記載の正浸透処理方法。
  3. 　前記第１室に供給される前記フィード溶液中に間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加される、請求項１または２に記載の正浸透処理方法。
  4. 　前記洗浄工程の実施頻度または効果に応じて、前記塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかを調整する、請求項３に記載の正浸透処理方法。
  5. 　前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整する、請求項１～４のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
  6. 　前記タンクに貯留された前記濃縮液は、ろ過され、前記濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、前記第１室に供給される、請求項１～５のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
  7. 　前記タンクに貯留された前記濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、前記第１室に供給される、請求項１～６のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の正浸透処理方法に用いられる正浸透処理装置であって、
    　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、を備える正浸透モジュールと、
    　前記濃縮液を貯留するためのタンクと、を備える、正浸透処理装置。
  9. 　前記タンクに貯留された前記濃縮液を前記第１室に流すためのポンプをさらに備える、請求項８に記載の正浸透処理装置。
  10. 　前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備える、請求項８または９に記載の正浸透処理装置。
  11. 　前記タンクと前記第１室とを接続する流路に、前記タンクに貯留された前記濃縮液をろ過するためのろ過装置をさらに備える、請求項８～１０のいずれか１項に記載の正浸透処理装置。
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