WO2024203159A1 - 回分式濃縮装置 - Google Patents

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WO2024203159A1
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一輝 石井
高明 中馬
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Kurita Water Industries Ltd
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Kurita Water Industries Ltd
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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
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • 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
    • 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
    • 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 batch-type concentration device that uses a reverse osmosis membrane device (RO device).
  • RO device reverse osmosis membrane device
  • Patent Document 1 describes a filtration treatment device in which multiple reverse osmosis membrane modules are connected in series, contaminated water in a contaminated water tank is passed through the reverse osmosis membrane modules in sequence, concentrated water from the final reverse osmosis membrane module is returned to the contaminated water tank, and permeated water from the reverse osmosis membrane module of each stage is taken out.
  • the module differential pressure increases, and the effective pressure of the subsequent module decreases.
  • the water pressure of the water being treated is higher in the upstream reverse osmosis module and lower in the downstream reverse osmosis membrane module.
  • the membrane surface of the downstream reverse osmosis membrane module is more likely to become clogged with dirt, and the reduction in effective pressure leads to a decrease in the removal rate.
  • the osmotic pressure of the wastewater increases as it is concentrated, so the effective pressure on the membrane when it reaches the concentration level is smaller than at the beginning of operation, and the reduction in effective pressure further reduces the removal rate. This causes the quality of the permeate to deteriorate as it is concentrated.
  • SS suspended solids
  • the objective of the present invention is to provide a batch concentration device that can prevent clogging of the back pressure control valve for applying back pressure to the concentrated water line.
  • the gist of the present invention is as follows:
  • a batch type concentration apparatus having a raw water tank, a reverse osmosis membrane device through which water in the raw water tank is passed, a concentrated water line that returns concentrated water from the reverse osmosis membrane device to the raw water tank, and a back pressure control valve provided on the concentrated water line, a control valve for controlling the concentration of the concentrated water from the batchwise concentration of the water;
  • the batch concentration apparatus of the present invention is provided with an orifice upstream of the valve installed in the concentrated water line, so that sufficient back pressure can be applied to the RO apparatus without excessively reducing the valve lift of the back pressure control valve. In this way, there is no need to excessively reduce the valve lift of the back pressure control valve, so clogging of the back pressure control valve is prevented.
  • using an orifice can be considered as a valve with a 100% opening, so providing an orifice is preferable to providing multiple valves.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing the configuration of a batch-type concentrating apparatus according to an embodiment.
  • Raw water (water to be treated) is introduced into raw water tank 2 through pipe 1, and a predetermined amount of raw water is stored in raw water tank 2.
  • the water in the raw water tank 2 is pumped by pump 5 through piping 3 at the bottom, valve 4, and supplied to the first reverse osmosis membrane device (hereinafter sometimes referred to as the RO device) 11 via valve 6 and piping 7.
  • the RO device first reverse osmosis membrane device
  • the concentrated water from the first RO device 11 is supplied to the second RO device 12 via pipe 11a, the concentrated water from the second RO device 12 is supplied to the third RO device 13 via pipe 12a, and the concentrated water from the third RO device 13 is supplied to the fourth RO device 14 via pipe 13a.
  • the concentrated water from the fourth RO device 14 is sent to the raw water tank 2 via pipe 15, orifice 16, back pressure control valve 17, and pipe 18.
  • back pressure control valves 17 can be used, such as piston type and diaphragm type.
  • pressure gauges can be installed between the concentrated water outlet of the last stage of the RO device (the fourth RO device 14 in Figure 1) and the orifice 16, and between the orifice 16 and the back pressure control valve 17, to manage pressure or identify the location of blockage (either the orifice or the back pressure control valve).
  • the orifices 16 are installed in two stages, but they may be installed in one stage or three or more stages (up to about five stages). If there are more than five stages, it becomes complicated to manage the pressure between the orifices, as read from a pressure gauge installed at the end of the reverse osmosis membrane and between the orifice and the control valve, so one to five stages, and especially two to five stages, are desirable.
  • the orifices commercially available orifices can be used, but they are not particularly limited as long as they have the function of narrowing the flow path. If the concentrated water contains suspended solids with a particle size exceeding 10 mm, an inflow prevention member such as punched metal may be installed.
  • the permeated water that has permeated the RO membranes of each of the RO devices 11 to 14 is introduced into the permeated water tank 21 via the permeated water pipes 11b, 12b, 13b, and 14b and the merging permeated water pipe 20.
  • the permeated water in the permeated water tank 21 is removed via the valve 22 and pipe 23.
  • a pipe 8 branches off from the pipe 3, and a valve 9 is provided on the pipe 8.
  • the valve 9 is opened only when water (e.g., concentrated liquid) is discharged from the raw water tank 2, and is otherwise closed.
  • Reverse osmosis membranes can be made of a variety of materials, including cellulose acetate, aromatic polyamide, polyacrylonitrile, and composite membranes, but cellulose acetate is preferable when the raw water contains oil or surfactants.
  • Reverse osmosis membrane modules can be of any type, including tubular, disk, flat membrane, hollow fiber, and spiral types. Examples of reverse osmosis membranes that can be set to a high membrane linear flow rate include tubular and disk types.
  • the present invention there is no particular limitation on the raw water to be treated.
  • the present invention can also treat wastewater that was difficult to treat using conventional batch-type concentrators, such as CMP slurry wastewater and oil-containing wastewater.
  • RO concentrated water can be sufficiently treated even when the surfactant concentration is 1500 mg/L or more, the SS concentration is 14000 mg/L or more, and the CODmn concentration is 10000 mg/L or more.

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Abstract

原水槽２に所定量の原水を貯留させた後、バルブ４、６を開とし、ポンプ５を作動させる。原水槽２内の水は、配管３、７を介して第１～第４ＲＯ装置１１～１４に順次に通水され、第４ＲＯ装置１４からの濃縮水が配管１５、オリフィス１６、背圧制御バルブ１７及び配管１８を介して原水槽２に返送される。透過水は透過水配管２０及び透過水槽２１を介して取り出される。オリフィス１６を設けているので、背圧制御バルブ１７の弁リフトを過度に小さくすることなく、ＲＯ装置１４を含む各ＲＯ装置１１～１４に十分に背圧をかけることができる。そのため、背圧制御バルブ１７の閉塞を防止することができる。

Description

回分式濃縮装置
　本発明は、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）を用いた回分式濃縮装置に関する。
　被処理水を回分式に濃縮する回分式濃縮装置として、特許文献１に、複数の逆浸透膜モジュールを直列に接続し、汚染水タンク内の汚染水を順次に逆浸透膜モジュールに通水し、最終段の逆浸透膜モジュールからの濃縮水を汚染水タンクに返送し、各段の逆浸透膜モジュールの透過水を取り出すようにした濾過処理装置が記載されている。
特開２０１９－１２６７６７号公報
　直列に配置した膜モジュールに対し高線速の流速で通水した場合、モジュール差圧が大きくなり、後段モジュールの有効圧力が低下する。すなわち、被処理水の水圧は、上流側の逆浸透モジュールの方が高く、下流側の逆浸透膜モジュールの方が低くなる。そのため、下流側の逆浸透膜モジュールの方が、膜面が汚れで詰まりやすくなるとともに、有効圧力の低下による除去率の低下を招く。特に、廃液を回分濃縮する場合においては、濃縮に伴い廃液の浸透圧が増加することで、濃縮到達時の膜にかかる有効圧力は運転初期と比べて小さくなり、有効圧力の低下によって除去率がさらに低下する。そのため、濃縮に伴い透過水水質が悪化する。
　また、高濃度のＳＳ（懸濁固形物）を含む排水を循環処理する場合においては、配管やバルブ（例えば背圧制御バルブ）内においてＳＳが滞留しないような構造を有することが望ましい。
　本発明は、濃縮水ラインに設けられた背圧をかけるための背圧制御バルブにおける閉塞を防止することができる回分式濃縮装置を提供することを課題とする。
　本発明は、以下を要旨とする。
［１］　原水槽と、該原水槽内の水が通水される逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置からの濃縮水を該原水槽に返送する濃縮水ラインと、該濃縮水ラインに設けられた背圧制御バルブとを有する回分式濃縮装置において、
　該濃縮水ラインの該制御バルブの上流側にオリフィスを設置したことを特徴とする回分式濃縮装置。
［２］　前記オリフィスを２～５段設けた、［１］の回分式濃縮装置。
［３］　前記逆浸透膜装置を直列に２～５段設置した、［１］又は［２］の回分式濃縮装置。
　本発明の回分式濃縮装置は、濃縮水ラインに設けたバルブの上流側にオリフィスを備えているので、背圧制御バルブの弁リフトを過度に小さくすることなく、ＲＯ装置に十分に背圧をかけることができる。このように背圧制御バルブの弁リフトを過度に小さくすることが不要であるので、背圧制御バルブの閉塞が防止される。複数のバルブを用いることで単段のバルブを設けることよりも弁リフトを過度に小さくすることを抑制する方法もあるが、オリフィスを用いることの方が開度１００％のバルブと捉えることができるため、バルブを複数もうけることよりもオリフィスを設けることの方が望ましい。
実施の形態に係る回分式濃縮装置の構成を示すフロー図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
　原水（被処理水）は、配管１から原水槽２に導入され、原水槽２内に所定量の原水が貯留される。
　原水槽２内の水は、底部の配管３からバルブ４を経てポンプ５により送出され、バルブ６及び配管７を介して第１の逆浸透膜装置（以下、ＲＯ装置ということがある。）１１に供給される。
　第１のＲＯ装置１１の濃縮水は配管１１ａを介して第２のＲＯ装置１２に供給され、第２のＲＯ装置１２の濃縮水は配管１２ａを介して第３のＲＯ装置１３に供給され、第３のＲＯ装置１３の濃縮水は配管１３ａを介して第４のＲＯ装置１４に供給される。第４のＲＯ装置１４の濃縮水は、配管１５、オリフィス１６、背圧制御バルブ１７及び配管１８を介して原水槽２に送水される。
　背圧制御バルブ１７としては、ピストン式、ダイヤフラム式など各種のものが利用可能である。また、図１には示していないが、ＲＯ装置の最後段（図１では第４のＲＯ装置１４）の濃縮水出口とオリフィス１６との間、及びオリフィス１６と背圧制御バルブ１７の間、に圧力計を設置し、圧力管理または閉塞箇所の特定（オリフィスと背圧制御バルブのいずれか）することも可能である。
　この実施の形態では、オリフィス１６が２段に設置されているが、１段又は３段以上（最大で５段程度）であってもよい。５段より多くなると逆浸透膜の最後尾及びオリフィスと制御バルブの間に設置の圧力計から読み取った、オリフィス間の圧力管理が煩雑となることから１～５段、特に２～５段であることが望ましい。オリフィスとしては市販のオリフィスを用いることができるが、流路を絞る機能を有していればよく、特に限定されない。濃縮水中に粒径が１０ｍｍを超える懸濁物質が含まれる場合には、パンチングメタルのような流入防止部材を設けてもよい。
　各ＲＯ装置１１～１４のＲＯ膜を透過した透過水は、各透過水配管１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂと合流透過水配管２０を介して透過水槽２１に導入される。透過水槽２１内の透過水は、バルブ２２及び配管２３を介して取り出される。
　前記配管３からは配管８が分岐しており、該配管８にバルブ９が設けられている。バルブ９は原水槽２内から水（例えば、濃縮処理済みの液）を排出するときだけ開とされ、その他のときはバルブ９は閉とされている。
　逆浸透膜の材質には、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリアクリロニトル、複合膜などがあり、いずれのものも用いることができるが、原水が油分や界面活性剤を含む場合には、酢酸セルロースであることが望ましい。また逆浸透膜モジュールには管状型（チューブラー型）、ディスク型、平膜型、中空糸型、スパイラル型などがあり、いずれでもよい。なお、膜線流速が高く設定できる逆浸透膜としては、チューブラー型やディスク型があげられる。
　この回分式濃縮装置においては、原水槽２に所定量の原水を貯留させた後、バルブ４、６を開とし、ポンプ５を作動させる。原水槽２内の水は、配管３、７を介して第１～第４ＲＯ装置１１～１４に順次に通水され、第４ＲＯ装置１４からの濃縮水が配管１５、オリフィス１６、背圧制御バルブ１７及び配管１８を介して原水槽２に返送される。透過水は透過水配管１１ｂ～１４ｂ，２０及び透過水槽２１へ取り出される。
　この実施の形態では、オリフィス１６を設けているので、背圧制御バルブ１７の弁リフトを過度に小さくすることなく、ＲＯ装置１４を含む各ＲＯ装置１１～１４に十分に背圧をかけることができる。そのため、背圧制御バルブ１７の閉塞を防止することができる。
　本発明では、処理対象とする原水は、特に限定されない。本発明は、ＣＭＰスラリー廃液、含油廃水など従来の回分式濃縮装置では処理が容易でなかった廃水も処理することができる。
　本発明では、ＲＯ濃縮水が、界面活性剤濃度１５００ｍｇ／Ｌ以上、ＳＳ濃度１４０００ｍｇ／Ｌ以上、ＣＯＤｍｎ濃度１００００ｍｇ／Ｌ以上となる場合であっても十分に処理することができる。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、発明の効果が奏される範囲内で様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０２３年３月２７日付で出願された日本特許出願２０２３－０５０１６４に基づいており、その全体が引用により援用される。
　２　原水槽
　１１～１４　逆浸透膜装置
　１６　オリフィス
　１７　背圧制御バルブ
　２１　透過水槽

 

Claims (3)

  1. 　原水槽と、該原水槽内の水が通水される逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置からの濃縮水を該原水槽に返送する濃縮水ラインと、該濃縮水ラインに設けられた背圧制御バルブとを有する回分式濃縮装置において、
    　該濃縮水ラインの該制御バルブの上流側にオリフィスを設置したことを特徴とする回分式濃縮装置。
  2. 　前記オリフィスを２～５段設けた、請求項１の回分式濃縮装置。
  3. 　前記逆浸透膜装置を直列に２～５段設置した、請求項１又は２の回分式濃縮装置。

     
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