WO2024203309A1 - 有機溶剤含有水の濃縮システム、及び有機溶剤含有水の濃縮方法 - Google Patents

有機溶剤含有水の濃縮システム、及び有機溶剤含有水の濃縮方法 Download PDF

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    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties

Definitions

  • the present invention relates to a system for concentrating water containing an organic solvent and a method for concentrating water containing an organic solvent.
  • Patent Document 1 discloses a method in which a dilute solution of dimethylformamide in water as a solvent is treated and concentrated using a reverse osmosis membrane method, and the resulting concentrate is concentrated using a distillation method to recover dimethylformamide.
  • Patent Document 1 combines reverse osmosis membrane method and evaporation method, but since evaporation method requires a large amount of energy, if energy reduction is also taken into consideration, it is desirable to use reverse osmosis method as much as possible. Therefore, for example, a system can be considered in which reverse osmosis membranes are configured in multiple stages to further concentrate the obtained concentrated liquid. However, in such a system, the more concentrated the liquid, the higher the operating pressure required, and the operating pressure may exceed the pressure limit of the reverse osmosis membrane. For this reason, there are limitations to concentration using the conventional reverse osmosis membrane method.
  • one aspect of the present invention aims to provide a concentration system that can concentrate organic solvents to high concentrations using reverse osmosis membrane technology.
  • One aspect of the present invention is a system for concentrating organic solvent-containing water, comprising a first reverse osmosis membrane device that concentrates the liquid to be treated, which is organic solvent-containing water, to obtain a first concentrated liquid, and a second reverse osmosis membrane device that further concentrates the first concentrated liquid to obtain a second concentrated liquid, in which the rejection rate of the reverse osmosis membrane of the second reverse osmosis membrane device is lower than the rejection rate of the reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device, and the difference between the osmotic pressure of the liquid on the supply side and the osmotic pressure of the liquid on the permeation side in the second reverse osmosis membrane device is lower than the operating pressure of the concentration system.
  • a concentration system that can concentrate organic solvents to high concentrations using reverse osmosis membrane technology.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a concentration system according to one embodiment of the present invention.
  • the concentration system according to one embodiment of the present invention is a system for treating a liquid to be treated, which is water containing an organic solvent, and concentrating the organic solvent in the liquid to be treated.
  • a liquid to be treated which is water containing an organic solvent
  • the system according to this embodiment is suitable for concentrating water-soluble organic solvents, particularly aprotic polar solvents.
  • organic solvents include N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, acetone, 2-butanone, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, acetonitrile, ethyl acetate, dichloromethane, propylene carbonate, and hexamethylphosphoric acid triamide.
  • the concentration system of this embodiment is particularly suitable for treating water containing one or more of the aprotic polar solvents N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide.
  • the organic solvent concentrated by the system of this embodiment may be one type or two or more types.
  • the liquid to be treated by the concentration system of this embodiment may be, for example, water containing organic solvents produced in factories for the textile/chemical, pharmaceutical, food, semiconductor, etc.
  • the concentration system 100 has a two-stage or more configuration including at least a first reverse osmosis membrane device 10 and a second reverse osmosis membrane device 20.
  • the first reverse osmosis membrane device 10 and the second reverse osmosis membrane device 20 are devices including reverse osmosis membranes, and separate the supplied supply liquid into a concentrated liquid and a permeated liquid by the reverse osmosis membrane.
  • the first reverse osmosis membrane device 10 includes a first reverse osmosis membrane, and the supply liquid is concentrated by the first reverse osmosis membrane to obtain a first concentrated liquid and a first permeated liquid.
  • the second reverse osmosis membrane device 20 includes a second reverse osmosis membrane, and the supply liquid is concentrated by the second reverse osmosis membrane to obtain a second concentrated liquid and a second permeated liquid. As shown in FIG. 1, the first reverse osmosis membrane device 10 and the second reverse osmosis membrane device 20 are connected so that the first concentrated liquid obtained from the first reverse osmosis membrane device 10 is supplied to the second reverse osmosis membrane device 20.
  • each of the first reverse osmosis membrane and the second reverse osmosis membrane is not particularly limited, but it is preferable that both are membranes having a configuration including a substrate, a porous support layer provided on the substrate, and a separation function layer (skin layer) provided on the porous support layer.
  • the porous support layer is a layer for supporting the separation function layer, and may be made of a resin such as polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyetherimide, polyacrylonitrile, polyester, polyphenylene sulfone, cellulose acetate, etc.
  • the separation function layer may be, for example, a crosslinked polyamide layer or a cellulose triacetate layer, but since the pH of organic solvent-containing water may vary due to the organic solvent or decomposition products of the organic solvent, a crosslinked polyamide layer that can be used at pH 1 to 13 is preferable.
  • the crosslinked polyamide layer can be used in the neutral to alkaline range of pH 7 to 12, and is therefore particularly preferable when treating organic solvent-containing water that contains an aprotic polar solvent that is prone to thermal decomposition.
  • the first reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device 10 and the second reverse osmosis membrane of the second reverse osmosis membrane device 20 have different rejections.
  • the first reverse osmosis membrane can be a high rejection membrane
  • the second reverse osmosis membrane can be a low rejection membrane. More specifically, the rejection of the organic solvent of the second reverse osmosis membrane in the latter stage is lower than that of the first reverse osmosis membrane in the former stage.
  • the high or low rejection refers to the high or low rejection of reverse osmosis membranes when compared under the same conditions, and is not necessarily synonymous with the commonly used terms such as high rejection and low rejection.
  • the rejection of the second reverse osmosis membrane is lower than that of the first reverse osmosis membrane when the rejections of the same specified organic solvent are calculated and compared under the same conditions.
  • the rejection (%) is expressed as follows, assuming that the concentration of the feed liquid (raw liquid) is Cf and the concentration of the permeate is Cp: (1-Cp/Cf) ⁇ 10 It is.
  • the difference in rejection rate of the reverse osmosis membranes is also related to the difference in permeation flux. Therefore, when the permeation flux is calculated and compared under the same conditions for the same specified organic solvent, the permeation flux of the second reverse osmosis membrane may be greater than the permeation flux of the first reverse osmosis membrane. Furthermore, such a difference in rejection rate of the reverse osmosis membrane is obtained by the difference in the density of the separation functional layer in the reverse osmosis membrane. Therefore, a denser membrane can be used as the first reverse osmosis membrane, and a coarser membrane can be used as the second reverse osmosis membrane.
  • the difference in rejection rate of the reverse osmosis membrane can also be obtained by modifying the reverse osmosis membrane.
  • one of two reverse osmosis membranes of the same configuration can be modified with a chemical or the like to be used as the first reverse osmosis membrane with a high rejection rate, and the other can be used untreated as the second reverse osmosis membrane with a low rejection rate.
  • the first concentrated liquid obtained by treating the liquid to be treated that has flowed into the concentration system 100 in the first reverse osmosis membrane device 10 is further concentrated in the second reverse osmosis membrane device 20 equipped with a second reverse osmosis membrane.
  • the organic solvent concentration in the first concentrated liquid is higher than the organic solvent concentration (initial concentration) in the liquid to be treated.
  • the solute concentration of the liquid on the permeate side can be made relatively high. This makes it possible to reduce the difference between the osmotic pressure of the liquid on the supply side and the osmotic pressure of the liquid on the permeate side, making it possible to further concentrate the high concentration liquid without significantly increasing the operating pressure.
  • the organic solvent rejection rate of the first reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device 10 may be preferably 65% or more and 99% or less, more preferably 70% or more and 98% or less, and even more preferably 75% or more and 96% or less.
  • the organic solvent rejection rate of the second reverse osmosis membrane of the second reverse osmosis membrane device 20 is not limited as long as it is lower than the rejection rate of the first reverse osmosis membrane, but may be preferably 45% to 90%, more preferably 50% to 88%, and even more preferably 60% to 85%.
  • the operating pressure in the second reverse osmosis membrane device can be appropriately reduced to reduce the pressure burden on the membrane, and good concentration efficiency can be maintained without the concentration of the organic solvent in the permeate becoming excessively high.
  • the "rejection rate" of a reverse osmosis membrane may be, for example, the maximum rejection rate when organic solvent-containing water containing 3% by mass of organic solvent is treated under dead-end filtration conditions at 25°C and an operating pressure (operating pressure) of 3.8 MPa for 0.5 hours.
  • the difference between the rejection rate of the first reverse osmosis membrane and the rejection rate of the second reverse osmosis membrane may be preferably 1% to 35%, more preferably 2% to 30%, and even more preferably 3% to 25%.
  • first reverse osmosis membrane for example, "SWC4-LD” manufactured by Nitto Denko Corporation, “SWC5-LD” manufactured by Nitto Denko Corporation, “PRO-LF1” manufactured by Nitto Denko Corporation, “PRO-XP1” manufactured by Nitto Denko Corporation, etc.
  • second reverse osmosis membrane for example, "ESPA2-LD” manufactured by Nitto Denko Corporation, "CPA5-LD” manufactured by Nitto Denko Corporation, “CPA7-LD” manufactured by Nitto Denko Corporation, “PRO-XR1” manufactured by Nitto Denko Corporation, etc.
  • the reverse osmosis membrane according to this embodiment can be realized in either a hollow fiber or flat membrane configuration, but is preferably in the flat membrane configuration.
  • the flat composite semipermeable membrane according to this embodiment can be used in a spiral membrane module configured by winding the composite semipermeable membrane in a spiral shape around the outside of a water collection pipe, and can also be used in a disk tube composite semipermeable membrane module configured by stacking a plurality of disk-shaped (flat) composite semipermeable membranes, particularly in a disk tube reverse osmosis (DTRO) module.
  • DTRO disk tube reverse osmosis
  • the difference ⁇ (sometimes simply referred to as the osmotic pressure difference) between the osmotic pressure of the liquid on the supply side (primary side) of the second reverse osmosis membrane provided in the second reverse osmosis membrane device 20 and the osmotic pressure of the liquid on the permeation side (secondary side) is made not to exceed the operating pressure Pop of the concentration system.
  • the operating pressure Pop of the concentration system can be the pressure (initial pressure) of the liquid to be treated supplied to the first reverse osmosis membrane device 10.
  • the operating pressure Pop can be the pressure of the liquid to be treated after it has been pressurized by the pump 11 (FIG. 1) placed upstream of the first reverse osmosis membrane device 10.
  • a separate pump may be placed in front of the second reverse osmosis membrane device 20 to pressurize the supply liquid to the second reverse osmosis membrane device 20 immediately before the second reverse osmosis membrane device 20 (the first concentrated liquid obtained from the first reverse osmosis membrane device 10 may be pressurized).
  • the second reverse osmosis membrane device 20 by configuring the second reverse osmosis membrane device 20 so that the difference in osmotic pressure between the liquid on the supply side (primary side) and the liquid on the permeation side (secondary side) does not exceed the operating pressure of the concentration system, the second reverse osmosis membrane device 20 can function without pressurizing the liquid in the stage before the second reverse osmosis membrane device 20.
  • the concentration system according to this embodiment can be configured without a pressurizing means such as a pump in the stage after the first reverse osmosis membrane device 10, and the entire device can be configured compactly.
  • a means for adjusting the osmotic pressure difference for example, a method of separately adding a solute to the permeation side or flowing a part of the supply liquid to the permeation side is possible, but compared to such methods, this embodiment can avoid the complication of the equipment configuration of the concentration system and the complication of the operation in the concentration process.
  • the difference (osmotic pressure difference) ⁇ between the osmotic pressure of the liquid on the supply side of the second reverse osmosis membrane in the second reverse osmosis membrane device 20 and the osmotic pressure of the liquid on the permeation side can be set to preferably 0.1 MPa or more and 8.4 MPa or less, more preferably 0.5 MPa or more and 5.0 MPa or less.
  • the osmotic pressure difference can be adjusted by setting and selecting the organic solvent concentration in the liquid to be treated, the pressure of the liquid to be treated, the blocking performance of the first reverse osmosis membrane, the blocking performance of the second reverse osmosis membrane, etc.
  • the operating pressure Pop of the concentration system may be preferably 0.5 MPa or more and 12 MPa or less, more preferably 1.0 MPa or more and 8.4 MPa or less.
  • the difference (Pop- ⁇ ) between the operating pressure Pop of the concentration system and the difference (osmotic pressure difference) ⁇ between the osmotic pressure of the liquid on the supply side of the second reverse osmosis membrane and the osmotic pressure of the liquid on the permeation side in the second reverse osmosis membrane device 20 described above may be preferably 0.01 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 7.0 MPa or less.
  • the organic solvent can be efficiently concentrated in the second reverse osmosis membrane device 20, and the pressure burden on the second reverse osmosis membrane of the second reverse osmosis membrane device 20 can also be reduced.
  • the difference (osmotic pressure difference) between the osmotic pressure of the liquid on the supply side of the second reverse osmosis membrane in the second reverse osmosis membrane device 20 and the osmotic pressure of the liquid on the permeation side is lower than the pressure of the supply liquid to the second reverse osmosis membrane device 20 (the pressure of the liquid measured immediately before the second reverse osmosis membrane device 20).
  • a two-stage configuration including a first reverse osmosis membrane device 10 and a second reverse osmosis membrane device 20 has been mainly described, but this configuration can also be three or more stages.
  • a third reverse osmosis membrane device including a third reverse osmosis membrane having a lower rejection rate than the first reverse osmosis membrane included in the first reverse osmosis membrane device 10 may be additionally provided.
  • the third reverse osmosis membrane device may be a device located downstream of the second reverse osmosis membrane device 20, that is, a device for further concentrating the second concentrated liquid obtained from the second reverse osmosis membrane device 20.
  • the rejection rate of the third reverse osmosis membrane is lower than the rejection rate of the second reverse osmosis membrane included in the second reverse osmosis membrane device.
  • the third reverse osmosis membrane device may be connected in parallel with the second reverse osmosis membrane device 20.
  • the organic solvent concentration of the treated liquid treated by the concentration system according to this embodiment i.e., the organic solvent concentration in the organic solvent-containing water supplied to the first reverse osmosis membrane device 10, is not particularly limited, but can be 10 mass% or less. According to this embodiment, it is possible to concentrate and recover the organic solvent even from such a treated liquid having a low organic solvent concentration.
  • the organic solvent concentration in the concentrate obtained by the concentration system using two or more stages of reverse osmosis membranes according to this embodiment can be, for example, more than 10 mass%, preferably 11 mass% or more, and more preferably 15 mass% or more.
  • the organic solvent concentration may be 40 mass% or less from the viewpoint of the concentration limit of the membrane and preventing the concentration system from becoming excessively complicated.
  • the first permeate obtained from the first reverse osmosis membrane device 10 may be recovered and reused either untreated or after a prescribed treatment, or may be further treated by a separately provided reverse osmosis membrane device 60 for treating permeated water (FIG. 1, described in detail later).
  • the second permeate obtained from the second reverse osmosis membrane device 20 may be returned upstream of the concentration system as shown in FIG. 1, and may be added to the liquid to be treated for retreatment, for example.
  • organic solvent-containing water is concentrated using at least two stages of reverse osmosis membrane devices.
  • concentration process using reverse osmosis membranes can reduce power consumption (energy consumption) compared to concentration processes using a distillation device or the like, and the concentration system can also be configured compactly.
  • a distillation device may be used to further concentrate the concentrate concentrated by the two or more stages of reverse osmosis membrane devices.
  • the second concentrate obtained from the second reverse osmosis membrane device 20 can be supplied to a distillation device 50, and the desired organic solvent can be concentrated and recovered by distillation.
  • a certain degree of concentration can be performed using two or more stages of reverse osmosis membranes, so a simplified distillation device with fewer stages can be used compared to concentration using a distillation device alone.
  • a distillation device is included in the concentration system, the overall size of the system can be made compact, and the energy required for system operation can be reduced.
  • the organic solvent concentration in the final concentrated liquid obtained can be 90% by mass or more, preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, even more preferably 99.5% by mass or more, and even more preferably 99.9% by mass or more, depending on the type of organic solvent.
  • the organic solvent recovered in this manner can be reused either untreated or after a prescribed treatment. Therefore, for example, by installing a concentration system according to this embodiment in a facility that discharges organic solvent-containing water as waste liquid, the organic solvent can be concentrated from the waste liquid and reused in the facility.
  • the first permeate obtained from the first reverse osmosis membrane device 10 may be recovered and reused untreated or after a predetermined treatment.
  • the concentration system 100 may be equipped with a permeate treatment reverse osmosis membrane device 60 for treating the first permeate obtained from the first reverse osmosis membrane device 10.
  • the reverse osmosis membrane of the permeate treatment reverse osmosis membrane device 60 may have a rejection rate equal to or higher than that of the first reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device 10.
  • the permeate obtained by processing with the permeate treatment reverse osmosis membrane device 60 can be recovered and reused untreated or after a predetermined treatment according to the purpose of use.
  • the concentrated liquid obtained by the permeate treatment reverse osmosis membrane device 60 may be returned upstream of the concentration system and, for example, added to the liquid to be treated and reprocessed (FIG. 1).

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Abstract

有機溶剤含有水である被処理液を濃縮して第１濃縮液を得る第１逆浸透膜装置と、前記第１濃縮液をさらに濃縮して第２濃縮液を得る第２逆浸透膜装置と、を備える、有機溶剤含有水の濃縮システムであって、前記第２逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率が、前記第１逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率より低く、前記第２逆浸透膜装置における供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧との差が、当該濃縮システムの運転圧よりも低い、濃縮システム。

Description

有機溶剤含有水の濃縮システム、及び有機溶剤含有水の濃縮方法
　本発明は、有機溶剤含有水の濃縮システム、及び有機溶剤含有水の濃縮方法に関する。
　従来、逆浸透膜を利用して有機溶剤の濃縮及び回収を行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、水を溶媒とするジメチルホルムアミドの希薄溶液を逆浸透膜法により処理して濃縮し、得られた濃縮液を蒸留法により濃縮してジメチルホルムアミドを回収する方法が開示されている。
特許第２８８９３４６号公報
　特許文献１に開示の技術では逆浸透膜法と蒸発法とを組み合わせているが、蒸発法は所要エネルギーが大きいため、エネルギー削減をさらに考慮するならば、逆浸透法をできるだけ多く利用することが望ましい。よって、例えば、逆浸透膜を多段に構成して、得られた濃縮液をさらに濃縮していくシステムが考えられる。しかしながら、このようなシステムでは、濃縮が進むほど高い運転圧が要求されるため、運転圧が逆浸透膜の耐圧限界を超えてしまうこともある。そのため、従来の逆浸透膜法による濃縮には限界があった。
　上記に鑑み、本発明の一態様は、逆浸透膜法を利用して有機溶剤を高濃度に濃縮できる濃縮システムを提供することを課題とする。
　本発明の一態様は、有機溶剤含有水である被処理液を濃縮して第１濃縮液を得る第１逆浸透膜装置と、前記第１濃縮液をさらに濃縮して第２濃縮液を得る第２逆浸透膜装置と、を備える、有機溶剤含有水の濃縮システムであって、前記第２逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率が、前記第１逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率より低く、前記第２逆浸透膜装置における供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧との差が、当該濃縮システムの運転圧よりも低い、濃縮システムである。
　本発明の一態様によれば、逆浸透膜法を利用して有機溶剤を高濃度に濃縮できる濃縮システムが提供される。
本発明の一実施形態による濃縮システムの模式図を示す。
　本発明の一実施形態による濃縮システムは、有機溶剤含有水である被処理液を処理して、被処理液中の有機溶剤を濃縮するためのシステムである。有機溶剤は特に限定されないが、本形態によるシステムは、水溶性有機溶剤の濃縮、特に非プロトン性極性溶媒の濃縮に好適である。
　有機溶剤の具体例としては、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアセトアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、Ｎ－エチル－２－ピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、２－ブタノン、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジクロロメタン、炭酸プロピレン、ヘキサメチルリン酸トリアミド等が挙げられる。上記の有機溶剤のうち、本形態による濃縮システムは、特に非プロトン性極性溶媒、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドの１以上を含有する水の処理用に適している。
　なお、本形態のシステムにより濃縮される有機溶剤は、１種であってもよいし、２種以上であってもよい。
　また、本形態による濃縮システムによって処理される被処理液は、例えば、繊維・化学、医薬品、食品、半導体等の工場で生じる有機溶剤含有水であってよい。
　図１に、一実施形態による濃縮システム１００の模式図を示す。本形態による濃縮システム１００は、少なくとも第１逆浸透膜装置１０と第２逆浸透膜装置２０とを備えた２段以上の構成となっている。第１逆浸透膜装置１０及び第２逆浸透膜装置２０はそれぞれ、逆浸透膜を含む装置であって、供給された供給液を逆浸透膜によって濃縮液と透過液とに分離する。より具体的には、第１逆浸透膜装置１０は第１逆浸透膜を備え、当該第１逆浸透膜により供給液が濃縮されて、第１濃縮液と第１透過液とが得られる。また、第２逆浸透膜装置２０は第２逆浸透膜を備え、当該第２逆浸透膜により供給液が濃縮され、第２濃縮液と第２透過液とが得られる。また、図１に示すように、第１逆浸透膜装置１０と第２逆浸透膜装置２０とは、第１逆浸透膜装置１０から得られた第１濃縮液が第２逆浸透膜装置２０に供給されるように接続されている。
　第１逆浸透膜及び第２逆浸透膜のそれぞれの構成は特に限定されないが、いずれも、基材と、基材に設けられた多孔質支持層と、多孔質支持層上に設けられた分離機能層（スキン層）とを備えた構成の膜であると好ましい。多孔質支持層は分離機能層を支持するための層であり、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエステル、ポリフェニレンスルホン、酢酸セルロース等の樹脂を用いて構成されていてよい。また、分離機能層は例えば架橋ポリアミド層、三酢酸セルロース層であってよいが、有機溶剤含有水は有機溶剤又は有機溶剤の分解物によりｐＨが変動することがあるため、ｐＨ１～１３で使用可能な架橋ポリアミド層が好ましい。当該架橋ポリアミド層は、ｐＨ７～１２の中性からアルカリ性領域で使用できることから、特に、熱分解を起こしやすい非プロトン性極性溶媒を含む有機溶剤含有水を処理する場合にも、好ましい。
　本形態の濃縮システムにおいて、第１逆浸透膜装置１０の第１逆浸透膜と、第２逆浸透膜装置２０の第２逆浸透膜とでは、互いに阻止率が異なっている。第１逆浸透膜は高阻止率膜、第２逆浸透膜は低阻止率膜とすることができる。より具体的には、後段の第２逆浸透膜の有機溶剤の阻止率は、前段の第１逆浸透膜の有機溶剤の阻止率よりも低い。なお、本明細書において、阻止率の高低は、同じ条件で比較した場合の逆浸透膜同士の阻止率の高低であって、一般的に使用される高阻止率、低阻止率といった語と必ずしも同義ではなく、同じ所定の有機溶剤について同じ条件下で阻止率を求めて比較した場合に、第２逆浸透膜の阻止率が、第１逆浸透膜の阻止率より低くなっていればよい。なお、阻止率（％）は、供給液（原液）の濃度をＣｆ、透過液の濃度をＣｐとした場合、
　　（１－Ｃｐ／Ｃｆ）×１０
である。
　上記の逆浸透膜の阻止率の相違は、透過流束の相違にも関連する。よって、同じ所定の有機溶剤について同じ条件下で透過流束を求めて比較した場合、第２逆浸透膜の透過流束は、第１逆浸透膜の透過流束より大きくなっていてよい。また、このような逆浸透膜の阻止率の相違は、逆浸透膜における分離機能層の緻密さの相違によって得られる。よって、第１逆浸透膜としてより緻密な膜を、第２逆浸透膜としてより粗い膜を用いることができる。さらに、逆浸透膜の阻止率の相違は、逆浸透膜の改質等によっても得られる。例えば、同じ構成の２つの逆浸透膜のうち１つを薬剤等によって改質処理して高阻止率の第１逆浸透膜として使用し、もう一方を未処理で低阻止率の第２逆浸透膜として使用できる。
　本形態では、上述のように、濃縮システム１００に流入させた被処理液を第１逆浸透膜装置１０にて処理して得られた第１濃縮液を、第２逆浸透膜を備えた第２逆浸透膜装置２０においてさらに濃縮する。第１濃縮液中の有機溶剤濃度は、被処理液中の有機溶剤濃度（初期濃度）よりも高くなっている。ここで、一般に、逆浸透膜法による処理では、逆浸透膜の供給側（一次側）の液の浸透圧と透過側（二次側）の液の浸透圧との差を超える運転圧（操作圧）を掛ける必要がある。よって、同じ阻止率の逆浸透膜で比較した場合、供給側の液中の溶質濃度が高いほど（供給側の浸透圧が高いほど）、運転圧を上昇させる必要がある。しかしながら、溶質濃度の高さに合わせて上昇させた運転圧が逆浸透膜の耐圧限界を超えてしまう場合もあり、そうすると、膜が破損する、或いは破損しなかったとしても膜に負担が掛かって膜寿命が短くなることもある。これに対し、本形態では、より高濃度の液の処理を行う後段の装置における第２逆浸透膜として阻止率のより低い逆浸透膜を用いる。低阻止率の第２逆浸透膜では、透過側にも溶質がある程度逃がされ、透過側の液の溶質濃度を比較的高くできるので、上述の供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧との差を小さくすることができ、運転圧を大きく上昇させずとも高濃度液の更なる濃縮処理が可能となる。
　第１逆浸透膜装置１０が備える第１逆浸透膜の有機溶剤の阻止率は、好ましくは６５％以上９９％以下、より好ましくは７０％以上９８％以下、さらに好ましくは７５％以上９６％以下であってよい。第１逆浸透膜として上記範囲の有機溶剤阻止率を有する膜を使用することで、有機溶剤濃度の低い被処理液を初期段階で効果的に濃縮できる。
　また、第２逆浸透膜装置２０が備える第２逆浸透膜の有機溶剤の阻止率は、第１逆浸透膜の阻止率より低ければ限定されないが、好ましくは４５％以上９０％以下、より好ましくは５０％以上８８％以下、さらに好ましくは６０％以上８５％以下であってよい。第２逆浸透膜として、上記範囲の有機溶剤阻止率を有する膜を用いることで、第２逆浸透膜装置における運転圧を適度に低減して膜への圧負担を減らすことができ、且つ透過液中の有機溶剤の濃度も過度に大きくならずに良好な濃縮効率を維持できる。
　なお、本明細書において、逆浸透膜の「阻止率」は、例えば、有機溶剤を３質量％で含有する有機溶剤含有水を、２５℃、運転圧（操作圧）３．８ＭＰａで０．５時間、全量ろ過の条件下で処理した場合の最大阻止率であってよい。
　第１逆浸透膜の阻止率と第２逆浸透膜の阻止率との差は、好ましくは１％以上３５％以下、より好ましくは２％以上３０％以下、さらに好ましくは３％以上２５％以下であってよい。第１逆浸透膜と第２逆浸透膜との間での阻止率の差を上記範囲とすることで、高濃度液の更なる濃縮処理が可能となる。
　第１逆浸透膜として、例えば日東電工株式会社製「ＳＷＣ４－ＬＤ」、日東電工株式会社製「ＳＷＣ５－ＬＤ」、日東電工株式会社製「ＰＲＯ－ＬＦ１」、日東電工株式会社製「ＰＲＯ－ＸＰ１」等を用いることができる。また、第２逆浸透膜として、例えば日東電工株式会社製「ＥＳＰＡ２－ＬＤ」、日東電工株式会社製「ＣＰＡ５－ＬＤ」、日東電工株式会社製「ＣＰＡ７－ＬＤ」、日東電工株式会社製「ＰＲＯ－ＸＲ１」等を用いることができる。
　本形態による逆浸透膜は、中空糸状、平膜状のいずれの構成においても実現できるが、平膜上にすることが好ましい。また、本形態による平膜状の複合半透膜は、当該複合半透膜を集水管の外側に渦巻き状に巻き付けて構成されるスパイラル型の膜モジュールにおいて用いることができるし、さらに、ディスク状（平板状）の複合半透膜を複数重ねて配置してなるディスクチューブ型複合半透膜モジュールにおいて、特にディスクチューブ型逆浸透膜（Disk Tube Reverse Osmosis；ＤＴＲＯ）モジュールにおいて用いることができる。
　さらに、本形態による濃縮システムにおいては、第２逆浸透膜装置２０が備える第２逆浸透膜の供給側（一次側）の液の浸透圧と透過側（二次側）の液の浸透圧の差Δπ（単に浸透圧差という場合がある）が、濃縮システムの運転圧Ｐｏｐを超えないようにする。ここで、濃縮システムの運転圧Ｐｏｐとは、第１逆浸透膜装置１０に供給される被処理液の圧力（初期圧力）とすることができる。例えば、運転圧Ｐｏｐは、第１逆浸透膜装置１０に前置されたポンプ１１（図１）によって加圧された後の被処理液の圧力であってよい。
　本形態では、第２逆浸透膜装置２０に別途ポンプを前置して、第２逆浸透膜装置２０の直前で第２逆浸透膜装置２０への供給液を加圧してもよい（第１逆浸透膜装置１０から得られた第１濃縮液を加圧してもよい）。しかしながら、上述のように第２逆浸透膜装置２０における供給側（一次側）の液の浸透圧と透過側（二次側）の液の浸透圧の差が、濃縮システムの運転圧を超えないように構成することで、第２逆浸透膜装置２０の前段で液を加圧せずとも第２逆浸透膜装置２０を機能させることができる。すなわち、本形態による濃縮システムは、第１逆浸透膜装置１０より後段においてポンプ等の加圧手段なしで構成でき、装置全体をコンパクトに構成できる。また、浸透圧差の調整手段としては、例えば透過側に別途溶質を添加したり、透過側に供給液の一部を流したりする手法もあり得るが、そのような手法と比べて、本形態によれば、濃縮システムの設備構成の複雑化及び濃縮プロセスでの操作の煩雑化を回避できる。
　本形態の濃縮システムでは、第２逆浸透膜装置２０における第２逆浸透膜の供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧の差（浸透圧差）Δπは、好ましくは０．１ＭＰａ以上８．４ＭＰａ以下、より好ましくは０．５ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下とするようにできる。上記浸透圧差は、被処理液中の有機溶剤濃度、被処理液の圧力、第１逆浸透膜の阻止性能、第２逆浸透膜の阻止性能等を設定・選択することによって調整できる。上記の逆浸透膜の供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧の差（浸透圧差）Δπは、供給液の浸透圧をπｆ、濃縮液の浸透圧をπｃ、透過液の浸透圧をπｐとして、
　　Δπ＝（πｆ＋πｃ）／２－πｐ
より求めることができる。
　なお、本形態による濃縮システムの運転圧Ｐｏｐは、好ましくは０．５ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下、より好ましくは１．０ＭＰａ以上８．４ＭＰａ以下であってよい。また、濃縮システムの運転圧Ｐｏｐと上記の第２逆浸透膜装置２０における第２逆浸透膜の供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧の差（浸透圧差）Δπとの差（Ｐｏｐ－Δπ）は、好ましくは０．０１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、より好ましくは０．１ＭＰａ以上７．０ＭＰａ以下であってよい。運転圧Ｐｏｐと浸透圧差Δπとの差を上記範囲とすることで、第２逆浸透膜装置２０において有機溶剤を効率良く濃縮できると共に、第２逆浸透膜装置２０の第２逆浸透膜への圧負担も軽減できる。
　また、第２逆浸透膜装置２０における第２逆浸透膜の供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧の差（浸透圧差）は、第２逆浸透膜装置２０の供給液の圧力（第２逆浸透膜装置２０の直前で測定される液の圧力）よりも低いと好ましい。
　上記においては、主として、第１逆浸透膜装置１０と第２逆浸透膜装置２０とを備えた２段の形態について説明したが、本形態は３段以上とすることもできる。例えば、追加的に、第１逆浸透膜装置１０が備える第１逆浸透膜の阻止率よりも低い阻止率を有する第３逆浸透膜を備えた第３逆浸透膜装置を設けてもよい。第３逆浸透膜装置は、第２逆浸透膜装置２０の後段に、すなわち第２逆浸透膜装置２０から得られる第２濃縮液をさらに濃縮するための装置であってよい。その場合、第３逆浸透膜の阻止率は、第２逆浸透膜装置が備える第２逆浸透膜の阻止率より低いと好ましい。なお、第３逆浸透膜装置は、第２逆浸透膜装置２０と並列に接続してもよい。
　本形態による濃縮システムで処理される被処理液の有機溶剤濃度、すなわち第１逆浸透膜装置１０に供給される有機溶剤含有水中の有機溶剤濃度は、特に限定されないが、１０質量％以下とすることができる。本形態によれば、このような有機溶剤濃度の低い被処理液からも有機溶剤を濃縮して回収することが可能である。
　また、本形態による２段以上の逆浸透膜を利用する濃縮システムによって得られる濃縮液中の有機溶剤濃度（２段の場合には第２逆浸透膜装置２０から得られる第２濃縮液中の有機溶剤濃度）は、例えば１０質量％超、好ましくは１１質量％以上、より好ましくは１５質量％以上となり得る。また、当該有機溶剤濃度は、膜の濃縮限界、濃縮システムを過度な複雑化を防ぐといった観点から、４０質量％以下であってよい。
　第１逆浸透膜装置１０から得られた第１透過液は回収されて、未処理で又は所定の処理後に再利用してもよいし、別途設けられた透過水処理用逆浸透膜装置６０（図１、後に詳述）によってさらに処理されてもよい。また、第２逆浸透膜装置２０から得られた第２透過液は、図１に示すように、濃縮システムの上流に戻され、例えば被処理液に加えられて再処理されてもよい。
　このように、本形態では、少なくとも２段の逆浸透膜装置を用いて有機溶剤含有水を濃縮する。このような逆浸透膜を利用する濃縮処理は、蒸留装置等による濃縮処理に比べて消費電力（消費エネルギー）を抑えることができ、また濃縮システムもコンパクトに構成できる。但し、本形態では、２段以上の逆浸透膜装置によって濃縮された濃縮液をさらに濃縮するために、蒸留装置を利用してもよい。例えば、図１に示すように、第２逆浸透膜装置２０から得られる第２濃縮液を蒸留装置５０に供給し、所望の有機溶剤を蒸留によって濃縮し、回収することができる。その場合であっても、２段以上の逆浸透膜を利用してある程度の濃縮を行うことができるので、蒸留装置単独で濃縮する場合に比べてより段数の少ない簡素化された蒸留装置を使用できる。すなわち、濃縮システムに蒸留装置を含めた場合であっても、システム全体のサイズをコンパクトにでき、またシステム稼働に要するエネルギーを低減できる。
　濃縮システムの最終段階で蒸留装置を使用した場合、有機溶剤の種類にもよるが、最終的に得られる最終濃縮液中の有機溶剤濃度は、９０質量％以上、好ましくは９５質量％以上、より好ましくは９９質量％以上、さらに好ましくは９９．５質量％以上、さらに好ましくは９９．９質量％以上にすることができる。このようにして回収された有機溶剤は、未処理で又は所定の処理後、再利用できる。よって、例えば、排液として有機溶剤含有水を排出する施設等に、本形態による濃縮システムを併設しておくことで、排液から有機溶剤を濃縮して再び施設等で再利用することもできる。
　第１逆浸透膜装置１０から得られた第１透過液は回収して、未処理で又は所定の処理後に再利用してもよい。或いは、図１に示すように、濃縮システム１００は、第１逆浸透膜装置１０から得られた第１透過液を処理するための透過液処理用逆浸透膜装置６０を備えていてもよい。透過液処理用逆浸透膜装置６０が備える逆浸透膜は、第１逆浸透膜装置１０が備える第１逆浸透膜と同等の、又は第１逆浸透膜の阻止率より高い阻止率を有していてよい。透過液処理用逆浸透膜装置６０によって第１透過液をさらに濾過することで、得られる透過液中の有機溶剤濃度をさらに低減できる。透過液処理用逆浸透膜装置６０によって処理されて得られた透過液を回収して、未処理で又は利用目的に応じた所定の処理後に再利用することができる。なお、透過液処理用逆浸透膜装置６０によって得られた濃縮液は、濃縮システムの上流に戻され、例えば被処理液に加えられて再処理されてもよい（図１）。
　本出願は、２０２３年３月２７日に出願された日本国特許出願２０２３－０５０３６３号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。
　１０　第１逆浸透膜装置
　１１　ポンプ
　２０　第２逆浸透膜装置
　５０　蒸発装置
　６０　透過液処理用逆浸透膜装置
　１００　濃縮システム

Claims (8)

  1. 　有機溶剤含有水である被処理液を濃縮して第１濃縮液を得る第１逆浸透膜装置と、
    　前記第１濃縮液をさらに濃縮して第２濃縮液を得る第２逆浸透膜装置と、を備える、有機溶剤含有水の濃縮システムであって、
    　前記第２逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率が、前記第１逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率より低く、
    　前記第２逆浸透膜装置における供給側の液の浸透圧と透過側の液の浸透圧との差が、当該濃縮システムの運転圧よりも低い、濃縮システム。
  2. 　前記第２濃縮液中の前記有機溶剤の濃度が１１質量％以上４０質量％以下である、請求項１記載の濃縮システム。
  3. 　前記被処理液中の前記有機溶剤の濃度が１０質量％以下である、請求項１記載の濃縮システム。
  4. 　前記第１逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の、前記有機溶剤の阻止率が７０％以上９８％以下である、請求項１又は２に記載の濃縮システム。
  5. 　前記有機溶剤が、非プロトン性極性溶媒である、請求項１又は２に記載の濃縮システム。
  6. 　前記有機溶剤が、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアセトアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、Ｎ－エチル－２－ピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、２－ブタノン、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジクロロメタン、炭酸プロピレン、及びヘキサメチルリン酸トリアミドからなる群から選択される１以上である、請求項５に記載の濃縮システム。
  7. 　蒸留装置をさらに備える、請求項１又は２に記載の濃縮システム。
  8. 　有機溶剤含有水である被処理液を第１逆浸透膜装置により濃縮して第１濃縮液を得て、
    　前記第１濃縮液を、第２逆浸透膜装置により濃縮して第２濃縮液を得ることを含む、有機溶剤含有水の濃縮方法であって、
    　前記第１逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率が、前記第２逆浸透膜装置が備える逆浸透膜の阻止率より高く、
    　前記第２逆浸透膜装置における供給液の浸透圧と透過液の浸透圧との差が、当該濃縮方法における運転圧よりも低い、濃縮方法。
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