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JP7580912B2 - Concentration System - Google Patents
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Description

本発明は、濃縮システムに関する。 The present invention relates to a concentration system.

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)。 For example, in order to reduce the energy required for desalination using reverse osmosis (RO), a membrane separation method (brine concentration) has been studied in which a high-pressure target liquid is passed through a first chamber of a semipermeable membrane module, a low-pressure target liquid is passed through a second chamber, and water contained in the target liquid in the first chamber is transferred to the target liquid in the second chamber via the semipermeable membrane, thereby discharging a concentrated target liquid from the first chamber and a diluted target liquid from the second chamber (see, for example, Patent Document 1: JP 2018-1110 A).

また、ROモジュールから排出される濃縮液をさらに高圧で運転可能な半透膜モジュールの第1室に流して、上記のブラインコンセントレーション(BC)により濃縮液をRO法よりも超高圧条件でさらに濃縮する濃縮システムも検討されている。 A concentration system is also being considered in which the concentrated liquid discharged from the RO module is passed through the first chamber of a semipermeable membrane module that can be operated at even higher pressures, and the concentrated liquid is further concentrated under ultra-high pressure conditions using the above-mentioned brine concentration (BC).

特開2018-1110号公報JP 2018-1110 A

ROモジュールに供給される海水等の原液がスケール成分(炭酸水素塩などの硬質成分)を含んでいる場合、ROモジュールで濃縮される際に、スケール成分が濃縮されて半透膜の表面等にスケール(炭酸塩など)として析出し、半透膜の目詰まり等の問題が生じる。このため、原液がスケール成分を含んでいる場合は、ROモジュール内でスケールが析出しない程度に、原液に対してスケール防止剤の添加等によるスケール成分の析出抑制もしくは低減化処理が施されている。 If the raw solution, such as seawater, supplied to the RO module contains scale components (hard components such as bicarbonate), when it is concentrated in the RO module, the scale components are concentrated and precipitate as scale (carbonate, etc.) on the surface of the semipermeable membrane, causing problems such as clogging of the semipermeable membrane. For this reason, when the raw solution contains scale components, a treatment is applied to the raw solution to suppress or reduce the precipitation of scale components, such as by adding a scale inhibitor, to the extent that scale does not precipitate in the RO module.

ここで、スケール成分の析出抑制もしくは低減化のレベル(スケール防止剤の添加量など)は、ROモジュール内での濃縮によってスケールが析出しないレベルであればよく、原液から完全にスケール成分を除去する必要はない。このため、ROモジュールから排出される濃縮液中には、それ以上濃縮度を上げると容易にスケールが発生するレベルの溶液組成となっている場合がある。 Here, the level of inhibition or reduction of scale component precipitation (such as the amount of scale inhibitor added) needs to be at a level where scale does not precipitate due to concentration in the RO module, and there is no need to completely remove scale components from the raw solution. For this reason, the concentrated solution discharged from the RO module may have a solution composition at a level where scaling would easily occur if the concentration was increased any further.

このため、ROモジュールの後にブラインコンセントレーション(BC)を組み合わせて、更に濃縮を行う濃縮システムにおいては、ROモジュールから排出される濃縮液がさらにBCによって濃縮される際に、BCに用いられる半透膜モジュールでスケールが発生する虞がある。また、BCの際に、液の水温やpHが変動した場合に、スケール(硬質成分)が析出してしまう虞もある。 For this reason, in a concentration system that combines a brine concentration (BC) module after the RO module to further concentrate the solution, there is a risk of scale forming in the semipermeable membrane module used in the BC when the concentrated solution discharged from the RO module is further concentrated by the BC. In addition, if the water temperature or pH of the solution fluctuates during the BC, there is a risk of scale (hard components) precipitating.

BCに用いられる半透膜モジュールにおいて、スケールが析出すると、膜閉塞(目詰まり)等の問題が生じる可能性がある。 If scale precipitates in the semipermeable membrane modules used in BC, problems such as membrane blockage (clogging) may occur.

また、ROモジュールに供給される海水等の原液は濁質成分(有機物、微生物など)を含んでいる場合もある。この濁質成分に対しても、通常は、ROモジュール内で濁質成分による膜閉塞が生じない程度に、原液に対して濁質成分の低減化処理が施されている。しかし、ROモジュールから排出される濃縮液がさらにBCによって濃縮される際に、BCに用いられる半透膜モジュールにおいて、濁質成分が高濃度になることにより、スケール成分と同様の問題を生じる虞がある。 In addition, the raw liquid such as seawater supplied to the RO module may contain turbid components (organic matter, microorganisms, etc.). For these turbid components, the raw liquid is usually subjected to a process to reduce the turbid components to the extent that they do not cause membrane blockage in the RO module. However, when the concentrated liquid discharged from the RO module is further concentrated by the BC, the turbid components may become highly concentrated in the semipermeable membrane module used in the BC, which may cause problems similar to those caused by scale components.

ここで、図2に示されるように、半透膜モジュール1の第1室11から排出される対象液(BCにより濃縮された濃縮液)を圧力を低下させて半透膜モジュール1の第2室12に流し、かつ、半透膜モジュール1の第2室12から排出される対象液(BCにより希釈された希釈液)が対象液の原液の少なくとも一部として再利用される場合は、このような問題が濃縮システム全体に亘り継続的に生じることになる。 Here, as shown in FIG. 2, if the target liquid (concentrated liquid concentrated by BC) discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is passed through the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 with reduced pressure, and the target liquid (diluted liquid diluted by BC) discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is reused as at least a part of the original target liquid, such a problem will occur continuously throughout the entire concentration system.

したがって、本発明は、逆浸透(RO)モジュールから排出される濃縮原液をブラインコンセントレーション(BC)によりさらに濃縮する濃縮システムにおいて、半透膜モジュール1の第1室11から排出される濃縮液を圧力を低下させて半透膜モジュール1の第2室12に流し、かつ、半透膜モジュール1の第2室12から排出される希釈液が対象液の原液の少なくとも一部として再利用される場合に、BCに用いられる半透膜モジュールおよびROモジュールにおける膜閉塞等を抑制することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to suppress membrane blockages and the like in the semipermeable membrane module and RO module used in BC in a concentration system in which concentrated stock solution discharged from a reverse osmosis (RO) module is further concentrated by brine concentration (BC), in which the pressure of the concentrated solution discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is reduced and the concentrated solution is passed through the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1, and the diluted solution discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is reused as at least a part of the stock solution of the target liquid.

(1) 所定の圧力に昇圧された原液から逆浸透膜を介して水を分離および回収し、濃縮された前記原液である第1対象液を排出する、逆浸透モジュールと、
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、前記第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、を備え、
前記第1室から排出される濃縮液の少なくとも一部が、前記第2対象液として第2室に流され、
前記希釈液は、前記原液の少なくとも一部として再利用される、濃縮システムであって、
前記第1対象液、前記濃縮液、前記第2対象液および前記希釈液の少なくともいずれかから硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかを除去する浄化装置をさらに備える、濃縮システム。
(1) a reverse osmosis module that separates and recovers water from a stock solution pressurized to a predetermined pressure via a reverse osmosis membrane, and discharges a first target liquid that is the concentrated stock solution;
a semipermeable membrane module having a semipermeable membrane and a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane, wherein the first target liquid is caused to flow into the first chamber at a predetermined pressure and the second target liquid is caused to flow into the second chamber at a pressure lower than the predetermined pressure, thereby transferring water contained in the first target liquid in the first chamber to the second target liquid in the second chamber via the semipermeable membrane, discharging a concentrated liquid from the first chamber, and discharging a diluted liquid from the second chamber;
At least a portion of the concentrated liquid discharged from the first chamber is caused to flow into the second chamber as the second target liquid;
1. A concentrating system, wherein the diluent is reused as at least a portion of the original solution,
The concentration system further comprises a purification device that removes at least one of hard components and turbid components from at least one of the first target liquid, the concentrated liquid, the second target liquid, and the diluted liquid.

(2) 前記浄化装置は、少なくとも前記濃縮液から、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかを除去する、(1)に記載の濃縮システム。 (2) The concentration system described in (1), in which the purification device removes at least one of hard components and turbid components from at least the concentrated liquid.

(3) 前記浄化装置は、前記第1対象液、前記濃縮液、前記第2対象液および前記希釈液の少なくともいずれかから、濁質成分および硬質成分をこの順で除去する、(1)または(2)に記載の濃縮システム。 (3) The concentration system according to (1) or (2), in which the purification device removes turbid components and hard components in this order from at least one of the first target liquid, the concentrated liquid, the second target liquid, and the diluted liquid.

本発明によれば、逆浸透(RO)モジュールから排出される濃縮原液をブラインコンセントレーション(BC)によりさらに濃縮する濃縮システムにおいて、半透膜モジュール1の第1室11から排出される濃縮液を圧力を低下させて半透膜モジュール1の第2室12に流し、かつ、半透膜モジュール1の第2室12から排出される希釈液が対象液の原液の少なくとも一部として再利用される場合に、BCに用いられる半透膜モジュールおよびROモジュールにおける膜閉塞等を抑制することができる。 According to the present invention, in a concentration system in which concentrated stock solution discharged from a reverse osmosis (RO) module is further concentrated by brine concentration (BC), when the concentrated solution discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is passed through the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 with the pressure reduced, and when the diluted solution discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is reused as at least a part of the stock solution of the target liquid, it is possible to suppress membrane blockages and the like in the semipermeable membrane module and the RO module used in BC.

実施形態の濃縮システムを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a concentration system according to an embodiment. 従来の濃縮システムを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional concentration system.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in the drawings, the same reference symbols represent the same or corresponding parts. Furthermore, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth have been changed as appropriate to clarify and simplify the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

<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、主に、逆浸透モジュール2と、半透膜モジュール1と、浄化装置3と、を備える。
<Embodiment 1>
Referring to FIG. 1, the concentration system of this embodiment mainly includes a reverse osmosis module 2, a semipermeable membrane module 1, and a purification device 3.

逆浸透モジュール2では、所定の圧力に昇圧された原液から逆浸透膜20を介して水を分離および回収し、濃縮された原液である第1対象液(濃縮原液)を排出する。
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。
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12に流され、かつ、第2室12から排出される希釈液は、原液の少なくとも一部として再利用される。
浄化装置3では、第1対象液、濃縮液、第2対象液および希釈液の少なくともいずれかから硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかが除去される。
In the reverse osmosis module 2, water is separated and recovered from the raw liquid pressurized to a predetermined pressure via the reverse osmosis membrane 20, and a first target liquid (concentrated raw liquid), which is a concentrated raw liquid, is discharged.
The semipermeable membrane module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 separated by the semipermeable membrane. By flowing a first target liquid into the first chamber 11 at a predetermined pressure and flowing a second target liquid into the second chamber 12 at a pressure lower than a predetermined pressure (the pressure of the first target liquid), 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, and the concentrated liquid is discharged from the first chamber 11 and the diluted liquid is discharged from the second chamber 12.
At least a part of the concentrated liquid discharged from the first chamber 11 flows into the second chamber 12 as the second target liquid, and the diluted liquid discharged from the second chamber 12 is reused as at least a part of the original liquid.
In the purification device 3, at least one of hard components and turbid components is removed from at least one of the first target liquid, the concentrated liquid, the second target liquid and the diluted liquid.

尚、浄化装置3において、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかを「除去する」とは、必ずしも硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかを完全に除去する必要はなく、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかの少なくとも一部を除去すればよい。すなわち、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかの量を低減することができればよい。 In addition, in the purification device 3, "removing" at least one of the hard components and the turbid components does not necessarily mean completely removing at least one of the hard components and the turbid components, but rather it is sufficient to remove at least a portion of at least one of the hard components and the turbid components. In other words, it is sufficient to be able to reduce the amount of at least one of the hard components and the turbid components.

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。 The details of the concentration system of this embodiment are described below.

〔逆浸透モジュール〕
本実施形態の濃縮システムは、逆浸透(RO)モジュール2の上流側に、高圧ポンプ2aを備える。高圧ポンプ2aは、原液を所定の圧力に昇圧してROモジュール2の第1室21に供給する。ROモジュール2は、所定の圧力に昇圧された原液から逆浸透(RO)膜20を介して水(透過水)を第2室22側へ分離することで、濃縮された原液である濃縮原液(第1対象液)を第1室21から排出し、水を第2室22から排出する。
[Reverse Osmosis Module]
The concentration system of this embodiment includes a high-pressure pump 2a upstream of a reverse osmosis (RO) module 2. The high-pressure pump 2a pressurizes the stock solution to a predetermined pressure and supplies it to a first chamber 21 of the RO module 2. The RO module 2 separates water (permeate) from the stock solution pressurized to the predetermined pressure via a reverse osmosis (RO) membrane 20 and sends it to a second chamber 22, thereby discharging a concentrated stock solution (first target liquid) that is a concentrated stock solution from the first chamber 21 and discharging water from the second chamber 22.

本明細書において、「原液」は、ROモジュール2に供給される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。原液としては、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。 In this specification, the "raw liquid" is not particularly limited as long as it is a liquid containing water supplied to the RO module 2, and may be either a solution or a suspension. Examples of raw liquid include seawater, river water, brackish water, and wastewater. Examples of wastewater include industrial wastewater, domestic wastewater, and wastewater from oil or gas fields.

なお、高圧ポンプ2aの上流側には、原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。 A pretreatment device (not shown) may be provided upstream of the high-pressure pump 2a to remove turbid matter (particulates, microorganisms, scale components, etc.) contained in the raw liquid. Examples of pretreatment devices include a sand filter, a filtration device using a UF (Ultrafiltration) membrane, an MF (Microfiltration) membrane, etc., an addition device for chlorine, sodium hypochlorite, a coagulant, a scale inhibitor, etc., and a pH adjustment device. A scale inhibitor is an additive that prevents or inhibits the precipitation of scale components in the liquid as scale. Examples of scale inhibitors include polyphosphate-based, phosphonic acid-based, phosphinic acid-based, polycarboxylic acid-based compounds, etc.

本実施形態において、ROモジュール2(第1室21)の下流側に半透膜モジュール1が接続される。ROモジュール2の第1室21から排出される濃縮原液は、高い圧力を有しているため、その圧力によって半透膜モジュール1側へ送られる。すなわち、ROモジュール2の第1室21から排出される濃縮原液が、半透膜モジュール1の第1室11に供給される第1対象液である。 In this embodiment, the semipermeable membrane module 1 is connected downstream of the RO module 2 (first chamber 21). The concentrated stock solution discharged from the first chamber 21 of the RO module 2 has a high pressure, and is sent to the semipermeable membrane module 1 side by that pressure. In other words, the concentrated stock solution discharged from the first chamber 21 of the RO module 2 is the first target liquid to be supplied to the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1.

〔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。
[Semipermeable membrane module]
The semipermeable membrane module 1 has a semipermeable membrane 10 and a first chamber 11 and a second chamber 12 separated by the semipermeable membrane 10 .

第1対象液(濃縮原液)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。 The first target liquid (concentrated undiluted liquid) flows into the first chamber 11 at a predetermined pressure, and the second target liquid flows into the second chamber 12 at a pressure lower than the predetermined pressure. As a result, the water contained in the first target liquid in the first chamber 11 transfers through the semipermeable membrane 10 to the second target liquid in the second chamber 12, and the concentrated liquid (concentrated first target liquid) is discharged from the first chamber 11, and the diluted liquid (diluted second target liquid) is discharged from the second chamber 12.

ここで、本実施形態において、第1室から排出される濃縮液の少なくとも一部は、第2対象液として第2室に流される。なお、図1では、第1室から排出される濃縮液の少なくとも一部が、後述する浄化装置3を介して、第2対象液として第2室に流されているが、浄化装置3の位置はこの位置に限定されない。 Here, in this embodiment, at least a portion of the concentrated liquid discharged from the first chamber is made to flow into the second chamber as the second target liquid. Note that in FIG. 1, at least a portion of the concentrated liquid discharged from the first chamber is made to flow into the second chamber as the second target liquid via the purification device 3 described below, but the position of the purification device 3 is not limited to this position.

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)。 In the case of FIG. 1, the target liquid flowing into the first chamber 11 and the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is the same liquid, and therefore has essentially the same osmotic pressure. Therefore, unlike the RO method, high pressure is not required to cause reverse osmosis against the high osmotic pressure difference between the target liquid (high osmotic pressure liquid) and fresh water, and membrane separation of the target liquid can be performed by applying a relatively low pressure (a portion of the target liquid can be diluted and another portion of the target liquid can be concentrated).

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対象液以外の液を含んでいてもよい。 However, in this embodiment, the second target liquid supplied to the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 may contain a liquid other than the first target liquid supplied to the first chamber 11.

この場合、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。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。 In this case, even if the concentrations of the first target liquid flowing into the first chamber 11 and the second target liquid flowing into the second chamber 12 are different, if the osmotic pressure difference (absolute value) is smaller than the pressure of the first target liquid supplied to the first chamber 11, membrane separation by BC is theoretically possible. It is preferable that 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 30% or less of the predetermined pressure of the first target liquid supplied to the first chamber 11.

本実施形態において、半透膜モジュール1の第2室12から排出される希釈液は、原液の少なくとも一部として再利用される。これにより、濃縮システムから外部に排出される液は、最も濃縮された状態の半透膜モジュール1の第1室11から排出される濃縮液と、ROモジュール2の第2室22から排出される水だけとなる。この場合、濃縮液は更に処理が施され、そのまま海洋、河川等の外部環境中に排出されることはなく、水だけが外部環境中に排出されるため、半透膜モジュール1の第2室12から排出される希釈液のように、原液よりは濃縮された状態の液を外部環境中に排出することがなく、環境への悪影響を防止することができる。 In this embodiment, the diluted solution discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is reused as at least a part of the original solution. As a result, the only liquids discharged from the concentration system to the outside are the concentrated solution discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 in the most concentrated state and the water discharged from the second chamber 22 of the RO module 2. In this case, the concentrated solution is further treated and is not discharged directly into the external environment such as the ocean or river, but only the water is discharged into the external environment. Therefore, a liquid in a state more concentrated than the original solution, such as the diluted solution discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1, is not discharged into the external environment, and adverse effects on the environment can be prevented.

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。 The BC process may be a single-stage process using one semipermeable membrane module 1 as shown in FIG. 1, but it may also be a multi-stage process using multiple semipermeable membrane modules.

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。 In the brine concentration (BC) which is a membrane separation process in the semipermeable membrane module 1, in order to transfer water from the first chamber 11 to the second chamber 12 through the semipermeable membrane 10 of the semipermeable membrane module 1, the pressure of the first target liquid supplied to the first chamber 11 must be greater than the osmotic pressure difference between the first target liquid and the second target liquid flowing on both sides of the semipermeable membrane 10. Therefore, in order to highly concentrate the first target liquid in a single step (one semipermeable membrane module), it is necessary to supply it at a correspondingly high pressure, which has disadvantages such as increased energy costs for operating the pump. For this reason, BC may be carried out by a multi-step process using multiple semipermeable membrane modules in order to perform the concentration process in stages and reduce the pressure required for BC. Such BC by a multi-step process is disclosed, for example, in JP 2018-069198 A.

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。 Examples of semipermeable membranes include those called reverse osmosis (RO) membranes, forward osmosis (FO) membranes, and nanofiltration (NF) membranes. When a reverse osmosis membrane, forward osmosis membrane, or nanofiltration membrane is used as the semipermeable membrane, the pressure of the first target liquid supplied to the first chamber 11 is preferably 6 to 10 MPa.

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。 Typically, the pore size of RO and FO membranes is approximately 2 nm or less, and the pore size of UF membranes is approximately 2 to 100 nm. Among RO membranes, NF membranes have a relatively low rejection rate for ions and salts, and typically the pore size of NF membranes is approximately 1 to 2 nm. When an RO membrane, FO membrane, or NF membrane is used as the semipermeable membrane, the salt rejection rate of the RO membrane, FO membrane, or NF membrane is preferably 90% or more.

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。 The material constituting the semipermeable membrane is not particularly limited, but examples include cellulose-based resin, polysulfone-based resin, polyamide-based resin, etc. It is preferable that the semipermeable membrane is composed of a material containing at least one of cellulose-based resin and polysulfone-based resin.

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。 The cellulose-based resin is preferably a cellulose acetate-based resin. Cellulose acetate-based resins are resistant to chlorine, a disinfectant, and have the characteristic of being able to inhibit the growth of microorganisms. The cellulose acetate-based resin is preferably cellulose acetate, and from the viewpoint of durability, is more preferably cellulose triacetate.

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。 The polysulfone resin is preferably a polyethersulfone resin. The polyethersulfone resin is preferably a sulfonated polyethersulfone.

半透膜10(および上述の逆浸透膜20)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。 The shape of the semipermeable membrane 10 (and the reverse osmosis membrane 20 described above) is not particularly limited, but examples include a flat membrane and a hollow fiber membrane. Note that in FIG. 1, the semipermeable membrane 10 is depicted as a simplified flat membrane, but is not particularly limited to this shape. Note that hollow fiber membranes (hollow fiber type semipermeable membranes) are advantageous in that they can increase the membrane area per module compared to spiral type semipermeable membranes and the like, thereby increasing the permeation efficiency.

また、半透膜モジュール1(および上述の逆浸透モジュール2)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。 The form of the semipermeable membrane module 1 (and the above-mentioned reverse osmosis module 2) is not particularly limited, but when hollow fiber membranes are used, examples include a module in which the hollow fiber membranes are arranged in a straight line, and a cross-wound type module in which the hollow fiber membranes are wound around a core tube. When flat membranes are used, examples include a stacked type module in which flat membranes are stacked, and a spiral type module in which flat membranes are wrapped around a core tube in an envelope shape.

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。 A specific example of a hollow fiber membrane is a membrane with a single layer structure that is entirely made of a cellulose-based resin. However, the single layer structure mentioned here does not necessarily mean that the entire layer is a uniform membrane, and it is preferable that the membrane has a dense layer near the outer peripheral surface, as disclosed in JP 2012-115835 A, for example, and that this dense layer is essentially the separation active layer that determines the pore size of the hollow fiber membrane.

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。 Another specific example of a hollow fiber membrane is a two-layer membrane having a dense layer of polyphenylene resin (e.g., sulfonated polyethersulfone) on the outer surface of a support layer (e.g., a layer made of polyphenylene oxide). Another example is a two-layer membrane having a dense layer of polyamide resin on the outer surface of a support layer (e.g., a layer made of polysulfone or polyethersulfone).

なお、中空糸膜を用いた半透膜モジュールにおいて、通常は、中空糸膜の外側が第1室となる。中空糸膜の内側(中空部)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。 In a semipermeable membrane module using hollow fiber membranes, the outside of the hollow fiber membrane is usually the first chamber. This is because even if the fluid flowing inside the hollow fiber membrane (hollow portion) is pressurized, the pressure loss becomes large and it becomes difficult to apply pressure sufficiently.

〔浄化装置〕
浄化装置3では、第1対象液、濃縮液、第2対象液および希釈液の少なくともいずれかから、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかが除去される。
これにより、ROモジュールから排出される濃縮原液をBCによりさらに濃縮する濃縮システムにおいて、半透膜モジュール1の第1室11から排出される濃縮液を圧力を低下させて半透膜モジュール1の第2室12に流し、かつ、半透膜モジュール1の第2室12から排出される希釈液が対象液の原液の少なくとも一部として再利用される場合に、BCに用いられる半透膜モジュールおよびROモジュールにおける膜閉塞等を抑制することができる。
[Purification device]
In the purification device 3, at least one of hard components and turbid components is removed from at least one of the first target liquid, the concentrated liquid, the second target liquid, and the diluted liquid.
As a result, in a concentration system in which the concentrated stock solution discharged from the RO module is further concentrated by BC, when the concentrated solution discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is passed through the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 with the pressure reduced, and when the diluted solution discharged from the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 is reused as at least a part of the stock solution of the target liquid, it is possible to suppress membrane blockage and the like in the semipermeable membrane module and the RO module used in BC.

硬質成分の除去は、例えば、後述する軟水化装置によって実施される。
濁質成分の除去は、例えば、後述する濁質除去装置によって実施される。
すなわち、浄化装置3には、例えば、これらの軟水化装置、濁質除去装置などが含まれる。
The removal of hard components is carried out, for example, by a water softening device, which will be described later.
The removal of the turbidity components is carried out, for example, by a turbidity removal device described below.
That is, the purification device 3 includes, for example, a water softening device, a suspended solids removal device, and the like.

浄化装置3では、硬質成分または濁質成分のいずれか一方が除去されてもよく、硬質成分および濁質成分の両方が除去されてもよい。
すなわち、浄化装置3は、軟水化装置のみを含んでいてもよく、濁質除去装置のみを含んでいてもよく、軟水化装置および濁質除去装置の両方を含んでいてもよい。
In the purification device 3, either the hard components or the turbid components may be removed, or both the hard components and the turbid components may be removed.
That is, the purification device 3 may include only a water softening device, may include only a turbidity removal device, or may include both a water softening device and a turbidity removal device.

なお、浄化装置3で、濃縮原液から硬質成分および濁質成分の両方が除去される場合、濃縮原液から濁質成分および硬質成分がこの順で除去されて、第1対象液として排出されることが好ましい。すなわち、浄化装置3が軟水化装置および濁質除去装置の両方を含む場合、濃縮原液の流れの上流側から順に、濁質除去装置および軟水化装置がこの順で設けられていることが好ましい。
硬質成分の除去では、例えばナノろ過膜等のより微細な多孔を有する膜が使用され、膜閉塞が生じやすいため、先に濁質成分を除去した方が、硬質成分の除去の際の膜閉塞等の問題が生じにくいためである。
In addition, when both hard components and turbid components are removed from the concentrated stock solution in the purification device 3, it is preferable that the turbid components and hard components are removed from the concentrated stock solution in this order and discharged as the first target liquid. In other words, when the purification device 3 includes both a water softener and a turbidity remover, it is preferable that the turbidity remover and the water softener are provided in this order from the upstream side of the flow of the concentrated stock solution.
When removing hard components, membranes with finer pores, such as nanofiltration membranes, are used, which are prone to membrane clogging. Therefore, removing the turbid components first is less likely to cause problems such as membrane clogging when removing the hard components.

浄化装置3は、図1に示されるように、半透膜モジュール1の第1室11から排出される濃縮液から、硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかを除去することが好ましい。すなわち、浄化装置3は、半透膜モジュール1の第1室11の下流側、かつ、半透膜モジュール1の第2室12の上流側に、設けられていることが好ましい。
この場合、他の第1対象液(濃縮原液)、希釈液等に対して、浄化処理(硬質成分および濁質成分の少なくともいずれかの除去)を行うよりも、半透膜モジュール1から排出される濃縮液に対して浄化処理を行う方が、浄化装置での処理量が少なくて済む。これにより、設備に必要なスペースが小さくて済み、初期投資コストが少なくて済むという利点がある。
1 , the purification device 3 preferably removes at least one of hard components and turbid components from the concentrated liquid discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1. That is, the purification device 3 is preferably provided downstream of the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 and upstream of the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1.
In this case, the amount of processing in the purification device can be reduced by performing purification treatment on the concentrated liquid discharged from the semipermeable membrane module 1, compared to performing purification treatment (removal of at least one of hard components and turbid components) on other first target liquid (concentrated undiluted liquid), dilution liquid, etc. This has the advantage that the space required for the equipment is small and the initial investment cost is low.

浄化装置3は、耐圧性が高くない場合が多いため、半透膜モジュール1の第1室11から排出される高い圧力を有する濃縮液は、例えば、圧力低下装置4により圧力が低下された状態で浄化装置3に供給される。このため、浄化装置3から半透膜モジュール1の第2室12への流路には、第1対象液を半透膜モジュール1の第2室12に送るためのポンプ1aが設けられていてもよい。
なお、圧力低下装置4としては、例えば、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。
Since the purification device 3 does not often have high pressure resistance, the concentrated liquid having high pressure discharged from the first chamber 11 of the semipermeable membrane module 1 is supplied to the purification device 3 in a state where the pressure has been reduced by, for example, a pressure reducing device 4. For this reason, a pump 1a for sending the first target liquid to the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1 may be provided in the flow path from the purification device 3 to the second chamber 12 of the semipermeable membrane module 1.
Examples of the pressure reducing device 4 include a flow dividing valve, a pressure reducer, and an energy recovery device.

エネルギー回収装置としては、例えば、タービン等を用いて電気としてエネルギーを回収する電気式のエネルギー回収装置、または、濃縮液から機械的にエネルギーを回収する機械式のエネルギー回収装置が挙げられる。
機械式のエネルギー回収装置としては、ターボチャージャー、または、高圧ポンプの駆動軸と同軸上に結合された水車を用いて、濃縮液の圧力エネルギーを動力として回収する動力伝達式のエネルギー回収装置が知られている。また、機械式のエネルギー回収装置の別の例として、圧力変換装置(Pressure Exchanger:PX)などの濃縮液の圧力を直接回収する圧力伝達式のエネルギー回収装置を用いることもできる。このようなエネルギー回収装置は、例えば、特開2004-81913号公報、特開平1-123605号公報などに開示されている。
Examples of the energy recovery device include an electrical energy recovery device that recovers energy as electricity using a turbine or the like, and a mechanical energy recovery device that mechanically recovers energy from the concentrated liquid.
As a mechanical energy recovery device, a power transmission type energy recovery device that recovers the pressure energy of the concentrated liquid as power by using a turbocharger or a water wheel that is coaxially coupled to the drive shaft of a high-pressure pump is known. As another example of the mechanical energy recovery device, a pressure transmission type energy recovery device that directly recovers the pressure of the concentrated liquid, such as a pressure exchanger (PX), can also be used. Such energy recovery devices are disclosed, for example, in JP 2004-81913 A and JP 1-123605 A.

(軟水化装置)
軟水化装置は、ROモジュール1から排出された濃縮原液から硬質成分(カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの多価イオン)を除去することにより、硬質成分量が低減化された液を得る装置である。
(Water softener)
The water softener is a device that removes hard components (multivalent ions such as calcium ions and magnesium ions) from the concentrated raw liquid discharged from the RO module 1, thereby obtaining liquid with a reduced amount of hard components.

軟水化装置としては、例えば、NF(Nanofiltration:ナノろ過)膜を用いたろ過装置、イオン交換樹脂を用いた処理装置などが挙げられる。尚、このような軟水化装置は、例えば、佐藤長久ら,「改質RO膜を用いた軟水化」,膜(MEMBRANE),38(6),304-309,2013などに開示されている。 Examples of water softening devices include filtration devices using NF (Nanofiltration) membranes and treatment devices using ion exchange resins. Such water softening devices are disclosed, for example, in Sato Nagahisa et al., "Water softening using modified RO membranes," Membrane, 38(6), 304-309, 2013.

なお、濃縮システムの運転停止期間等において、軟水化装置のメンテナンスを実施することが好ましい。メンテナンスとしては、例えば、NF膜を用いたろ過装置の場合は薬品洗浄、イオン交換樹脂を用いた処理装置の場合はイオン交換樹脂の再生処理などが挙げられる。 It is preferable to carry out maintenance on the water softening device during periods when the concentration system is not in operation. Examples of maintenance include chemical cleaning for filtration devices that use NF membranes, and regeneration of ion exchange resins for treatment devices that use ion exchange resins.

(濁質除去装置)
濁質除去装置は、ROモジュール1から排出された濃縮原液から濁質成分(有機物、微生物などの不溶性の物体)を除去することにより、濁質成分量が低減化された液を得る装置である。
(Turbidity removal device)
The turbidity removal device is a device that removes turbidity components (insoluble matter such as organic matter and microorganisms) from the concentrated raw liquid discharged from the RO module 1, thereby obtaining a liquid with a reduced amount of turbidity components.

濁質除去装置としては、例えば、UF(Ultrafiltration:限外ろ過)膜を用いたろ過装置などが挙げられる。 Examples of turbidity removal devices include filtration devices that use UF (Ultrafiltration) membranes.

なお、濃縮システムの運転停止期間等において、濁質除去装置のメンテナンスを実施することが好ましい。メンテナンスとしては、例えば、UF膜を用いたろ過装置の場合は逆圧洗浄、薬品洗浄などが挙げられる。 It is preferable to carry out maintenance of the turbidity removal device during periods when the concentration system is out of operation. For example, in the case of a filtration device using a UF membrane, maintenance may include back pressure cleaning and chemical cleaning.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 半透膜モジュール、1a ポンプ、10 半透膜、11 第1室、12 第2室、2 逆浸透(RO)モジュール、2a 高圧ポンプ、20 逆浸透(RO)膜、21 第1室、22 第2室、3 浄化装置、4 圧力低下装置。 1 Semipermeable membrane module, 1a Pump, 10 Semipermeable membrane, 11 First chamber, 12 Second chamber, 2 Reverse osmosis (RO) module, 2a High pressure pump, 20 Reverse osmosis (RO) membrane, 21 First chamber, 22 Second chamber, 3 Purification device, 4 Pressure reduction device.

Claims (1)

所定の圧力に昇圧された原液から逆浸透膜を介して水を分離および回収し、濃縮された前記原液である第1対象液を排出する、逆浸透モジュールと、
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、前記第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、を備え、
前記第1室から排出される濃縮液の少なくとも一部が、前記第2対象液として第2室に流され、
前記希釈液は、前記原液の少なくとも一部として再利用される、濃縮システムであって、
記濃縮液ら濁質成分および硬質成分をこの順で除去する浄化装置をさらに備える、濃縮システム。
a reverse osmosis module that separates and recovers water from a stock solution pressurized to a predetermined pressure via a reverse osmosis membrane, and discharges a first target liquid that is the concentrated stock solution;
a semipermeable membrane module having a semipermeable membrane and a first chamber and a second chamber separated by the semipermeable membrane, wherein the first target liquid is caused to flow into the first chamber at a predetermined pressure and the second target liquid is caused to flow into the second chamber at a pressure lower than the predetermined pressure, thereby transferring water contained in the first target liquid in the first chamber to the second target liquid in the second chamber via the semipermeable membrane, discharging a concentrated liquid from the first chamber, and discharging a diluted liquid from the second chamber;
At least a portion of the concentrated liquid discharged from the first chamber is caused to flow into the second chamber as the second target liquid;
1. A concentrating system, wherein the diluent is reused as at least a portion of the original solution,
The concentration system further comprises a purification device for removing turbid components and hard components, in that order, from the concentrated liquid.
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