JP7587973B2

JP7587973B2 - 無機塩回収装置および無機塩回収方法

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Publication number: JP7587973B2
Application number: JP2020203261A
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Inventors: 聖若山; 明広高田
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Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
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Also published as: JP2022090763A

Description

本発明は、無機塩含有水から無機塩を回収するための無機塩回収装置および無機塩回収方法に関する。

無機塩含有水から無機塩を結晶物として回収する方法として、無機塩を含有する排水を逆浸透膜処理装置等の濃縮装置を用いて濃縮したり、エバポレータ等の蒸発装置を用いて濃縮し、その濃縮液から晶析装置により無機塩を結晶化させて回収する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

逆浸透膜処理では、例えば水への溶解度が低い物質を濃縮する場合、溶解度が律速となり、濃縮濃度を高くすることができない問題がある。また、エバポレータ等の高濃縮可能な蒸発装置を使用する場合は、必要な熱エネルギーが増大し、エネルギーコストが増大する問題がある。そのため、エネルギーコストを低減し、例えば水への溶解度の低い物質を含む排水を高濃度に濃縮する技術が必要となっている。また、晶析装置の設置スペースや熱エネルギーコストも必要となる。

特許第６６５３７３６号公報特許第４７８１３７４号公報

本発明の目的は、エネルギーコストを低減し、無機塩含有水を高濃度に濃縮して無機塩を回収することができる無機塩回収装置および無機塩回収方法を提供することにある。

本発明は、無機塩を含有する被処理水を３０℃～４０℃の範囲に加熱して加熱水を得る加熱手段と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記加熱水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記加熱水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記加熱水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、前記濃縮水を１５℃から２５℃の範囲に冷却して前記無機塩を結晶化させる冷却手段と、を備え、前記無機塩は、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり０．５ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質である、無機塩回収装置である。

前記無機塩回収装置において、前記加熱手段は、第１熱媒体との熱交換によって前記被処理水を加熱するものであり、前記冷却手段は、第２熱媒体との熱交換によって前記濃縮水を冷却するものであり、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体とを熱交換するヒートポンプ手段をさらに備えることが好ましい。

前記無機塩回収装置において、前記冷却手段の後段に、前記結晶化させた無機塩を固液分離する固液分離手段をさらに備えることが好ましい。

前記無機塩回収装置において、前記固液分離手段で得られた固液分離水の少なくとも一部を前記加熱工程の前段に返送する返送手段をさらに備えることが好ましい。

前記無機塩回収装置において、前記濃縮水中の無機塩の濃度は、前記濃縮水の水温での前記無機塩の溶解度の７０～９５％の範囲の濃度であることが好ましい。

前記無機塩回収装置において、前記加熱手段の前段に第１の逆浸透膜処理手段をさらに備え、前記被処理水を逆浸透膜処理して第１のＲＯ濃縮水と第１のＲＯ透過水とを得て、前記第１のＲＯ濃縮水を前記加熱手段で加熱することが好ましい。

前記無機塩回収装置において、前記半透膜処理手段の後段に第２の逆浸透膜処理手段をさらに備え、前記希釈水を逆浸透膜処理して第２のＲＯ濃縮水と第２のＲＯ透過水とを得ることが好ましい。

本発明は、無機塩を含有する被処理水を３０℃～４０℃の範囲に加熱して加熱水を得る加熱工程と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記加熱水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記加熱水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記加熱水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、前記濃縮水を１５℃から２５℃の範囲に冷却して前記無機塩を結晶化させる冷却工程と、を含み、前記無機塩は、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり０．５ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質である、無機塩回収方法である。
装置である。

前記無機塩回収方法において、前記加熱工程において、第１熱媒体との熱交換によって前記被処理水を加熱し、前記冷却工程において、第２熱媒体との熱交換によって前記濃縮水を冷却し、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体とを熱交換するヒートポンプ工程をさらに含むことが好ましい。

前記無機塩回収方法において、前記冷却工程の後段に、前記結晶化させた無機塩を固液分離する固液分離工程をさらに含むことが好ましい。

前記無機塩回収方法において、前記固液分離工程で得られた固液分離水の少なくとも一部を前記加熱工程の前段に返送する返送工程をさらに含むことが好ましい。

前記無機塩回収方法において、前記濃縮水中の無機塩の濃度は、前記濃縮水の水温での前記無機塩の溶解度の７０～９５％の範囲の濃度であることが好ましい。

前記無機塩回収方法において、前記加熱工程の前段に第１の逆浸透膜処理工程をさらに含み、前記被処理水を逆浸透膜処理して第１のＲＯ濃縮水と第１のＲＯ透過水とを得て、前記第１のＲＯ濃縮水を前記加熱工程で加熱することが好ましい。

前記無機塩回収方法において、前記半透膜処理工程の後段に第２の逆浸透膜処理工程をさらに含み、前記希釈水を逆浸透膜処理して第２のＲＯ濃縮水と第２のＲＯ透過水とを得ることが好ましい。

本発明によって、エネルギーコストを低減し、無機塩含有水を高濃度に濃縮して無機塩を回収することができる無機塩回収装置および無機塩回収方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る無機塩回収装置の一例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置における半透膜処理装置の一例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置における半透膜処理装置の他の例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置における半透膜処理装置の他の例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置における半透膜処理装置の他の例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置における半透膜処理装置の他の例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置の他の例を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る無機塩回収装置の他の例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る無機塩回収装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

無機塩回収装置１は、無機塩を含有する被処理水を加熱して加熱水を得る加熱手段として、加熱装置１０と、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、加熱水を第一空間に通水し、第一空間を加圧して加熱水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間に、加熱水の一部または濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、半透膜処理装置１２と、濃縮水を冷却して無機塩を結晶化させる冷却手段として、冷却装置１４と、を備える。無機塩回収装置１は、冷却装置１４の後段に、結晶化させた無機塩を固液分離する固液分離手段として、固液分離装置１６を備えてもよい。

無機塩回収装置１において、加熱装置１０の入口には、配管１８が接続されている。加熱装置１０の出口と半透膜処理装置１２の入口とは、配管２０により接続されている。半透膜処理装置１２の濃縮水出口と冷却装置１４の入口とは、配管２２により接続されている。半透膜処理装置１２の希釈水出口には、配管２４が接続されている。冷却装置１４の出口と固液分離装置１６の入口とは、配管２６により接続されている。固液分離装置１６の回収無機塩出口には、配管２８が接続され、固液分離水出口には、配管３０が接続されている。

本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置１の動作について説明する。

無機塩を含有する被処理水は、配管１８を通して加熱装置１０へ送液され、加熱装置１０において被処理水が加熱されて加熱水が得られる（加熱工程）。加熱水は、配管２０を通して半透膜処理装置１２へ送液され、半透膜処理装置１２において、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、加熱水が第一空間に通水され、第一空間を加圧して加熱水に含まれる水が半透膜を透過されることによって濃縮水が得られるとともに、第二空間に、加熱水の一部または濃縮水の少なくとも一部が通水されて希釈水が得られる（半透膜処理工程）。希釈水は、配管２４を通して排出される。濃縮水は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液され、冷却装置１４において濃縮水が冷却されて無機塩が結晶化される（冷却工程）。冷却工程で得られた冷却水は、必要に応じて配管２６を通して固液分離装置１６へ送液され、固液分離装置１６において、結晶化された無機塩が固液分離されて回収無機塩と固液分離水とが得られる（固液分離工程）。回収無機塩は、配管２８を通して排出される。固液分離水は、配管３０を通して排出される。

本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置では、半透膜処理の前段で加熱装置１０によって被処理水の水温を上げて無機塩の被処理水への溶解度を高めた状態で、半透膜処理によってその水温での無機塩の溶解度付近まで濃縮し、得られた濃縮水を半透膜処理の後段で水温を下げて結晶化した無機塩を回収する。これによって、エネルギーコストを低減し、無機塩含有水を高濃度に濃縮して無機塩を回収することができる。半透膜処理の後段で水温を下げた後に固液分離工程を設け、結晶化した無機塩を回収してもよい。

加熱工程において、被処理水は、例えば、３０℃～４０℃の範囲に加熱され、３２℃～３８℃の範囲に加熱されることが好ましい。加熱水の温度が３０℃未満であると、無機塩の回収効率が悪くなる場合があり、４０℃を超えると、半透膜モジュールが劣化する場合がある。

半透膜処理工程において、濃縮水中の無機塩の濃度は、その濃縮水の水温での無機塩の溶解度の７０～９５％の範囲の濃度であることが好ましく、７０～９０％の範囲の濃度であることがより好ましく、８０～９０％の範囲の濃度であることがさらに好ましい。半透膜処理工程において濃縮水の水温での無機塩の溶解度の７０～９５％の範囲まで濃縮することによって、冷却工程において無機塩が結晶化され易くなる。濃縮水中の無機塩の濃度が濃縮水の水温での無機塩の溶解度の７０％未満であると、冷却工程において無機塩が結晶化されにくい場合があり、９５％を超えると、半透膜モジュール内で無機塩が析出し、膜が閉塞する場合がある。

半透膜処理装置１２の濃縮水の出口、例えば、配管２２に濃縮水中の無機塩の濃度の測定する無機塩濃度測定手段として無機塩濃度測定装置を設置して、濃縮水中の無機塩の濃度を監視してもよい。無機塩濃度測定装置としては、濃縮水中の無機塩の濃度の測定することができるもの、または無機塩の濃度を推定できる指標を測定することができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、導電率計、ＴＤＳ（ＴｏｔａｌＤｉｓｓｏｌｖｅｄＳｏｌｉｄ：総溶解固形分）計等が挙げられる。

冷却工程において、濃縮水は、例えば、１５℃～２５℃の範囲に冷却され、１５℃～２０℃の範囲に冷却されることが好ましい。冷却水の温度が１５℃未満であると、析出する無機塩の粒径が不均一になる場合や、冷却のためのエネルギーが多量に必要となる場合があり、２５℃を超えると、無機塩が結晶化されにくい場合がある。

被処理水は、無機塩を含有する水であればよく、特に制限はないが、例えば、半導体工場から排出される排水、化学工場から排出される排水等が挙げられる。

回収の対象となる、被処理水に含まれる無機塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化カルシウム等が挙げられる。回収の対象となる無機塩としては、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり０．５ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質であることが好ましく、０．８ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質であることがより好ましく、１．０ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質であることがさらに好ましい。硫酸ナトリウムは、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり１．４ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ高くなる物質である。このように水温によって溶解度が大きく変わる無機塩を回収する場合に、本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置を好適に適用することができる。

被処理水に含まれる無機塩の２０℃の水に対する溶解度は、７０ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以下であることが好ましく、３０ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以下であることがより好ましい。硫酸ナトリウムの２０℃の水に対する溶解度は、１９ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏである。このように水に溶解しにくい無機塩を回収する場合に、本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置を好適に適用することができる。

加熱装置１０としては、被処理水を加熱して加熱水を得ることができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、被処理水と熱媒体との熱交換を行う熱交換器、ヒーター等が挙げられる。エネルギーコストを低減できる等の点から、熱交換器が好ましい。

冷却装置１４としては、濃縮水を冷却して無機塩を結晶化させることができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、濃縮水と熱媒体との熱交換を行う熱交換器、冷却器等が挙げられる。エネルギーコストを低減できる等の点から、熱交換器が好ましい。

固液分離装置１６としては、結晶化させた無機塩を固液分離して回収無機塩と固液分離水とを得ることができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、自然沈降による沈殿槽、遠心分離装置、フィルタープレス脱水機、スクリュープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、膜ろ過装置（例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等）、スクリーンろ過装置等が挙げられる。また、これらの固液分離装置を組み合わせて用いてもよい。エネルギーコストを低減できる等の点から、自然沈降による沈殿槽が好ましい。冷却装置１４、固液分離装置１６として、冷却と固液分離とをともに行うことができる冷却装置と固液分離装置とを組み合わせた装置を用いてもよい。

無機塩が不均一な粒径で結晶化する場合には、結晶化させた無機塩を破砕する破砕手段として、破砕装置を設置してもよい。破砕装置としては、結晶化させた無機塩を破砕することができるものであればよく、特に制限はなく、例えば、粉砕機等が挙げられる。

半透膜処理装置１２としては、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを備えるものであればよく、特に制限はない。半透膜処理装置１２の例を図２、図３に挙げて説明する。

図２に示す半透膜処理装置１２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する半透膜モジュールを用いて、無機塩を含有する被処理水（加熱水）を第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間に、被処理水の一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、膜モジュール５０を備える。膜モジュール５０は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する。半透膜処理装置１２は、被処理水を貯留する被処理水槽を備えてもよい。

図２の半透膜処理装置１２において、膜モジュール５０の第一空間入口には、ポンプ５８を介して配管２０が接続され、ポンプ５８の下流側で配管２０から分岐した配管６６がバルブ６２を介して膜モジュール５０の第二空間入口に接続されている。膜モジュール５０の第一空間出口にはバルブ６４を介して配管２２が接続され、膜モジュール５０の第二空間出口には配管２４が接続されている。

ポンプ５８は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、被処理水を吸入して膜モジュール５０に加圧吐出する加圧ポンプである。ポンプ５８には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数をポンプ５８に出力するインバーター６０が設置されている。バルブ６２、バルブ６４は、例えば、手動または自動で開閉度を調節可能なバルブである。

図２の半透膜処理装置１２は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する膜モジュール５０を用い、被処理水を膜モジュール５０の第一空間入口から第一空間５４と第二空間入口から第二空間５６とに通水し、第一空間５４を加圧することによって、その第一空間５４の被処理水に含まれる水を半透膜５２を介して第二空間５６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、半透膜処理装置１２において、半透膜５２を用いて被処理水が濃縮される。半透膜処理装置１２は、膜モジュール５０の第一空間５４と第二空間５６の両方に被処理水を供給して濃縮処理を行う装置である。

半透膜処理装置１２において、無機塩を含有する被処理水（加熱水）は、バルブ６４が開状態で、ポンプ５８により配管２０を通して、膜モジュール５０の第一空間入口から第一空間５４へ加圧送液され、通水される。また、被処理水は、バルブ６２が開状態で、配管２０から分岐した配管６６を通して、膜モジュール５０の第二空間入口から第二空間５６へ送液され、通水される。加圧された被処理水に含まれる水の一部は半透膜５２を介して第一空間５４から第二空間５６に向かって透過する。このとき、無機塩の大部分は半透膜５２を透過することができないので、半透膜５２を透過しなかった第一空間５４内の水が濃縮される。一方、第二空間５６では、配管６６を通して通水された被処理水の一部と、半透膜５２を透過した無機塩の濃度の低い透過水とが合流するため、希釈効果が働く。第一空間５４で得られた濃縮水は、第一空間出口から配管２２を通して排出され、第二空間５６で得られた希釈水は、第二空間出口から配管２４を通して排出される。ここで、膜モジュール５０において、第一空間５４が加圧されてその第一空間５４の被処理水に含まれる水が半透膜５２を介して第二空間５６に透過され、第一空間５４で濃縮水が得られる（濃縮工程）とともに、第二空間５６で希釈水が得られる（希釈工程）。第一空間５４で得られた濃縮水は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液される。

ここで、配管２０，６６、ポンプ５８等が、膜モジュール５０の第一空間５４と第二空間５６の両方に被処理水を供給する供給手段として機能する。

第二空間５６で得られた希釈水は、配管２４を通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

以上のようにして、処理対象である、無機塩を含有する被処理水（加熱水）から、無機塩が濃縮された処理水（濃縮水）と、希釈水とが得られ、被処理水の濃縮が行われる。

膜モジュール５０の第一空間５４と第二空間５６に無機塩を含む被処理水を通水することによって、半透膜５２の第一空間５４側と第二空間５６側の浸透圧差を小さくし、より少ない消費エネルギーで被処理水中の無機塩を濃縮することができる。すなわち、無機塩を含む被処理水を低コストで濃縮可能である。

被処理水の第一空間５４側、第二空間５６側への供給を別々のポンプにより行ってもよい。別々のポンプによって被処理水の供給を行う場合には、個々のポンプに駆動周波数を制御するインバーターを設けてもよい。

第一空間５４側と第二空間５６側の両方に対して同一または近い濃度の被処理水を通水することによって、半透膜５２により生じる浸透圧を低減し、必要圧力を低減することができる。その結果、従来の逆浸透膜法では濃縮することができなかった濃度の被処理水を濃縮することができる。

図３に示す半透膜処理装置１２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する半透膜モジュールを用いて、無機塩を含有する被処理水（加熱水）を第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、第二空間に、濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、膜モジュール５０を備える。膜モジュール５０は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する。半透膜処理装置１２は、被処理水を貯留する被処理水槽を備えてもよい。

図３の半透膜処理装置１２において、膜モジュール５０の第一空間入口には、ポンプ５８を介して配管２０が接続されている。膜モジュール５０の第一空間出口にはバルブ６４を介して配管２２が接続されている。バルブ６４の上流側で配管２２から分岐した配管７０がバルブ６８を介して膜モジュール５０の第二空間入口に接続されている。膜モジュール５０の第二空間出口には配管２４が接続されている。

ポンプ５８は、例えば、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動され、被処理水を吸入して膜モジュール５０に加圧吐出する加圧ポンプである。ポンプ５８には、例えば、入力された指令信号に対応する駆動周波数をポンプ５８に出力するインバーター６０が設置されている。バルブ６４、バルブ６８は、例えば、手動または自動で開閉度を調節可能なバルブである。

図３の半透膜処理装置１２は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する膜モジュール５０を用い、被処理水を膜モジュール５０の第一空間入口から第一空間５４に通水するとともに、膜モジュール５０の第一空間５４の第一空間出口から排出された濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール５０の第二空間入口から第二空間５６に通水し、第一空間５４を加圧することによって、その第一空間５４の被処理水に含まれる水を半透膜５２を介して第二空間５６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、半透膜処理装置１２において、半透膜５２を用いて被処理水が濃縮される。半透膜処理装置１２は、膜モジュール５０の第一空間５４に被処理水を供給し、第一空間５４の出口から得られた濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール５０の第二空間５６に供給して濃縮処理を行う装置である。

半透膜処理装置１２において、無機塩を含有する被処理水（加熱水）は、バルブ６４が開状態で、ポンプ５８により配管２０を通して、膜モジュール５０の第一空間入口から第一空間５４へ加圧送液され、通水される。加圧された被処理水に含まれる水の一部は半透膜５２を介して第一空間５４から第二空間５６に向かって透過する。このとき、無機塩の大部分は半透膜５２を透過することができないので、半透膜５２を透過しなかった第一空間５４内の水が濃縮される。一方、第二空間５６では、配管７０を通して通水された濃縮水の一部と、半透膜５２を透過した無機塩の濃度の低い透過水とが合流するため、希釈効果が働く。第一空間５４で得られた濃縮水は、第一空間出口から配管２２を通して排出され、濃縮水の少なくとも一部は、バルブ６８が開状態で、配管２２から分岐した配管７０を通して、膜モジュール５０の第二空間入口から第二空間５６へ送液され、通水される。第二空間５６で得られた希釈水は、第二空間出口から配管２４を通して排出される。ここで、膜モジュール５０において、第一空間５４が加圧されてその第一空間５４の被処理水に含まれる水が半透膜５２を介して第二空間５６に透過され、第一空間５４で濃縮水が得られる（濃縮工程）とともに、第二空間５６で希釈水が得られる（希釈工程）。第一空間５４で得られた濃縮水の一部は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液される。濃縮水の少なくとも一部は、上記の通り膜モジュール５０の第二空間５６へ配管２２，７０を通して送液、通水される。

ここで、配管２０，２２，７０、ポンプ５８等が、膜モジュール５０の第一空間５４に被処理水を供給し、第一空間５４の出口から得られた濃縮水の少なくとも一部を膜モジュール５０の第二空間５６に供給する供給手段として機能する。

半透膜処理装置１２において、直列に接続された多段式の半透膜モジュールを用いてもよい。このような構成の半透膜処理装置の例を図４、図５、図６に示す。図４、図５、図６に示す半透膜処理装置は、半透膜モジュールが直列で３段に組み合わせた構造を有している。

図４に示す半透膜処理装置１２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、無機塩を含有する被処理水（加熱水）を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、被処理水の一部または濃縮水の一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール５０ａ、２段目膜モジュール５０ｂ、３段目膜モジュール５０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する。半透膜処理装置１２は、１段目膜モジュール５０ａからの希釈水を貯留する希釈水槽、２段目膜モジュール１０ｂからの希釈水を貯留する希釈水槽、３段目膜モジュール１０ｃからの希釈水を貯留する希釈水槽を備えてもよい。半透膜処理装置１２は、第１段の膜モジュールの第一空間および第二空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および第二空間に供給して濃縮処理を行う装置である。

図４の半透膜処理装置１２において、１段目膜モジュール５０ａの第一空間入口にはポンプ５８を介して配管２０が接続されている。配管２０のポンプ５８の下流側から分岐した配管６６ａがバルブ６２ａを介して膜モジュール５０ａの第二空間入口に接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第二空間出口には、配管２４ａが接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール５０ｂの第一空間入口とは、配管８２により接続されている。配管８２から分岐した配管６６ｂがバルブ６２ｂを介して２段目膜モジュール５０ｂの第二空間入口に接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間出口には、配管２４ｂが接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール５０ｃの第一空間入口とは、配管８４により接続されている。配管８４から分岐した配管６６ｃがバルブ６２ｃを介して３段目膜モジュール５０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間出口には、配管２４ｃが接続されている。３段目膜モジュール５０ｃの第一空間出口には、バルブ６４を介して配管２２が接続されている。

半透膜処理装置１２は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間および第二空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および第二空間に供給し、各段の第一空間５４を加圧することによってその第一空間５４に含まれる水を半透膜５２を介して第二空間５６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、半透膜処理装置１２において、半透膜５２を用いて被処理水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜５２を用いて濃縮される。

具体的には、半透膜処理装置１２において、無機塩を含有する被処理水（加熱水）は、バルブ６４が開状態で、ポンプ５８により配管２０を通して、１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａへ送液され、配管２０から分岐された被処理水は、バルブ６２ａが開状態で、配管６６ａを通して、１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａへ送液される。１段目膜モジュール５０ａにおいて、第一空間５４ａが加圧されてその第一空間５４ａに含まれる水が半透膜５２ａを介して第二空間５６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間５６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａで得られた希釈水は、配管２４ａを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａで得られた濃縮水は、配管８２を通して、２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂへ送液され、配管８２から分岐された濃縮水は、バルブ６２ｂが開状態で、配管６６ｂを通して、２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂへ送液される。２段目膜モジュール５０ｂにおいて、第一空間５４ｂが加圧されてその第一空間５４ｂに含まれる水が半透膜５２ｂを介して第二空間５６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間５６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂで得られた希釈水は、配管２４ｂを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂで得られた濃縮水は、配管８４を通して、３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃへ送液され、配管８４から分岐された濃縮水は、バルブ６２ｃが開状態で、配管６６ｃを通して、３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃへ送液される。３段目膜モジュール５０ｃにおいて、第一空間５４ｃが加圧されてその第一空間５４ｃに含まれる水が半透膜５２ｃを介して第二空間５６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間５６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））。３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃで得られた濃縮水は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液される。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃで得られた希釈水は、配管２４ｃを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

ここで、ポンプ５８、配管２０，８２，８４，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ等が、各段の膜モジュール５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第一空間５４ａ，５４ｂ，５４ｃ、第二空間５６ａ，５６ｂ，５６ｃに被処理水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。

図５に示す半透膜処理装置１２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、無機塩を含有する被処理水（加熱水）を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール５０ａ、２段目膜モジュール５０ｂ、３段目膜モジュール５０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する。半透膜処理装置１２は、１段目膜モジュール５０ａからの希釈水を貯留する希釈水槽、２段目膜モジュール５０ｂからの希釈水を貯留する希釈水槽、３段目膜モジュール５０ｃからの希釈水を貯留する希釈水槽を備えてもよい。半透膜処理装置１２は、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および自身の第二空間に供給して濃縮処理を行う装置である。

図５の半透膜処理装置１２において、１段目膜モジュール５０ａの第一空間入口にはポンプ５８を介して配管２０が接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール５０ｂの第一空間入口とは、配管８２により接続されている。配管８２から分岐した配管７０ａがバルブ６８ａを介して膜モジュール５０ａの第二空間入口に接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第二空間出口には、配管２４ａが接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール５０ｃの第一空間入口とは、配管８４により接続されている。配管８４から分岐した配管７０ｂがバルブ６８ｂを介して膜モジュール５０ｂの第二空間入口に接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間出口には、配管２４ｂが接続されている。３段目膜モジュール１０ｃの第一空間出口には、バルブ６４を介して配管２２が接続されている。バルブ６４の上流側で配管２２から分岐した配管７０ｃがバルブ６８ｃを介して膜モジュール５０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間出口には、配管２４ｃが接続されている。

半透膜処理装置１２は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間および自身の第二空間に供給し、各段の第一空間５４を加圧することによってその第一空間５４に含まれる水を半透膜５２を介して第二空間５６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、半透膜処理装置１２において、半透膜５２を用いて被処理水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜５２を用いて濃縮される。

具体的には、半透膜処理装置１２において、無機塩を含有する被処理水（加熱水）は、バルブ６４が開状態で、ポンプ５８により配管２０を通して、１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａへ送液される。１段目膜モジュール５０ａにおいて、第一空間５４ａが加圧されてその第一空間５４ａに含まれる水が半透膜５２ａを介して第二空間５６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間５６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａで得られた濃縮水は、配管８２を通して、２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂへ送液され、配管８２から分岐された濃縮水は、バルブ６８ａが開状態で、配管７０ａを通して、１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａへ送液される。１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａで得られた希釈水は、配管２４ａを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

２段目膜モジュール５０ｂにおいて、第一空間５４ｂが加圧されてその第一空間５４ｂに含まれる水が半透膜５２ｂを介して第二空間５６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間５６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂで得られた濃縮水は、配管８４を通して、３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃへ送液され、配管８４から分岐された濃縮水は、バルブ６８ｂが開状態で、配管７０ｂを通して、２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂへ送液される。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂで得られた希釈水は、配管２４ｂを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

３段目膜モジュール５０ｃにおいて、第一空間５４ｃが加圧されてその第一空間５４ｃに含まれる水が半透膜５２ｃを介して第二空間５６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間５６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））。３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃで得られた濃縮水は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液される。配管２２から分岐された濃縮水は、バルブ６８ｃが開状態で、配管７０ｃを通して、３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃへ送液される。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃで得られた希釈水は、配管２４ｃを通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

ここで、ポンプ５８、配管２０，８２，８４，２２，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ等が、各段の膜モジュール５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第一空間５４ａ，５４ｂ，５４ｃ、第二空間５６ａ，５６ｂ，５６ｃに被処理水または濃縮水を供給する供給手段として機能する。

多段式の膜モジュールを用いる場合、第二空間側の通水を直列的に行ってもよい。このような構成の半透膜処理装置の一例を図６に示す。図６に示す半透膜処理装置１２は、半透膜で仕切られた第一空間（濃縮側）と第二空間（透過側）とを有する、複数段に接続された半透膜モジュールを用いて、無機塩を含有する被処理水（加熱水）を第１段の半透膜モジュールの第一空間に通水し、第一空間を加圧して被処理水に含まれる水を半透膜を透過させることによって濃縮水を得て、その濃縮水をさらに次段以降の半透膜モジュールを用いて濃縮水を得るとともに、各段の半透膜モジュールの第二空間に、濃縮水の少なくとも一部または他の半透膜モジュールから得られる希釈水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段として、例えば、１段目膜モジュール５０ａ、２段目膜モジュール５０ｂ、３段目膜モジュール５０ｃを備える。それぞれの膜モジュールは、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する。半透膜処理装置１２は、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間に供給して濃縮処理を行う装置である。

図６の半透膜処理装置１２において、１段目膜モジュール５０ａの第一空間入口にはポンプ５８を介して配管２０が接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第一空間出口と２段目膜モジュール５０ｂの第一空間入口とは、配管８２により接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第一空間出口と３段目膜モジュール５０ｃの第一空間入口とは、配管８４により接続されている。３段目膜モジュール５０ｃの第一空間出口には、バルブ６４を介して配管２２が接続されている。バルブ６４の上流側で配管２２から分岐した配管８６がバルブ６８を介して膜モジュール５０ｃの第二空間入口に接続されている。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間出口と２段目膜モジュール５０ｂの第二空間入口とは、配管８８により接続されている。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間出口と１段目膜モジュール５０ａの第二空間入口とは、配管９０により接続されている。１段目膜モジュール５０ａの第二空間出口には、配管２４が接続されている。

半透膜処理装置１２は、半透膜５２で仕切られた第一空間５４および第二空間５６を有する多段式の膜モジュールを用い、第１段の膜モジュールの第一空間に被処理水を供給し、その濃縮水を順次次段の膜モジュールの第一空間に直列的に通水し、最終段の膜モジュールの濃縮水の少なくとも一部を自身の第二空間に供給し、得られる希釈水をその前段の膜モジュールの第二空間に直列的に通水し、各段の第一空間５４を加圧することによってその第一空間５４に含まれる水を半透膜５２を介して第二空間５６に透過させて水を濃縮する装置である。すなわち、半透膜処理装置１２において、半透膜５２を用いて被処理水が濃縮され、その濃縮水がさらに次の段の半透膜５２を用いて濃縮される。

具体的には、半透膜処理装置１２において、無機塩を含有する被処理水（加熱水）は、バルブ６４が開状態で、ポンプ５８により配管２０を通して、１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａへ送液される。一方、後述する３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃ、２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂを経由して送液された希釈水が配管９０を通して、１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａへ送液される。１段目膜モジュール５０ａにおいて、第一空間５４ａが加圧されてその第一空間５４ａに含まれる水が半透膜５２ａを介して第二空間５６ａに透過される（濃縮工程（１段目））とともに、第二空間５６ａで希釈水が得られる（希釈工程（１段目））。１段目膜モジュール５０ａの第一空間５４ａで得られた濃縮水は、配管８２を通して、２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂへ送液される。１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａで得られた希釈水は、配管２４を通して排出される。

２段目膜モジュール５０ｂにおいて、後述する３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃを経由して送液された希釈水が配管８８を通して、２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂへ送液される。第一空間５４ｂが加圧されてその第一空間５４ｂに含まれる水が半透膜５２ｂを介して第二空間５６ｂに透過される（濃縮工程（２段目））とともに、第二空間５６ｂで希釈水が得られる（希釈工程（２段目））。２段目膜モジュール５０ｂの第一空間５４ｂで得られた濃縮水は、配管８４を通して、３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃへ送液される。２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂで得られた希釈水は、配管９０を通して１段目膜モジュール５０ａの第二空間５６ａへ送液される。

３段目膜モジュール５０ｃにおいて、下記の通り３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃで得られた濃縮水が、配管２２，８６を通して第二空間５６ｃへ送液される。第一空間５４ｃが加圧されてその第一空間５４ｃに含まれる水が半透膜５２ｃを介して第二空間５６ｃに透過される（濃縮工程（３段目））とともに、第二空間５６ｃで希釈水が得られる（希釈工程（３段目））。３段目膜モジュール５０ｃの第一空間５４ｃで得られた濃縮水の一部は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液される。配管２２から分岐された濃縮水は、バルブ６８が開状態で、配管８６を通して、３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃへ送液される。３段目膜モジュール５０ｃの第二空間５６ｃで得られた希釈水は、配管８８を通して２段目膜モジュール５０ｂの第二空間５６ｂへ送液される。

ここで、ポンプ５８、配管２０，８２，８４，２２，８６，８８，９０等が、各段の膜モジュール５０ａ，５０ｂ，５０ｃの第一空間５４ａ，５４ｂ，５４ｃ、第二空間５６ａ，５６ｂ，５６ｃに被処理水または濃縮水または希釈水を供給する供給手段として機能する。

膜モジュール５０ａの第二空間５６ａで得られた希釈水は、配管２４を通して系外へ排出されてもよいし、必要に応じて希釈水槽へ送液されて貯留された後、系外へ排出されてもよい。希釈水の少なくとも一部について、さらに逆浸透膜処理等の他の処理が行われてもよい。

多段式の膜モジュールを用いる場合、膜モジュールの段数は、目的の処理水の濃度等によって決めればよい。例えば、より薄い濃度の被処理水からより濃い濃度の処理水を得たい場合には、膜モジュールユニットの段数を増やせばよい。

各段の膜モジュールとして、並列的に接続された複数本の膜モジュールを備える膜モジュールユニットを用いてもよい。各膜モジュールユニットにおける膜モジュールの本数は、被処理水の流量等によって決めればよい。

１つ以上の段の膜モジュールに、濃縮水槽や希釈水槽を設けてもよいし、各段の膜モジュールに、濃縮水槽や希釈水槽を設けてもよい。

膜モジュールが備える半透膜５２としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）、正浸透膜（ＦＯ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）等の半透膜が挙げられる。半透膜は、逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜が好ましい。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、第一空間５４の被処理水の圧力は、好ましくは０．５～１０．０ＭＰａである。

半透膜５２を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース系樹脂等のセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂等のポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。

半透膜５２の形状としては、平膜、中空糸膜、スパイラル膜等が挙げられる。半透膜の表面積を大きくすることができる等の点から中空糸膜が好ましい。

本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置において、加熱装置１０および冷却装置１４として熱交換器を用い、ヒートポンプをさらに備えてもよい。また、固液分離装置１６で得られた固液分離水の少なくとも一部を加熱工程の前段に返送してもよい。このような構成の例を図７に示す。

図７に示す無機塩回収装置２において、加熱装置１０は、第１熱媒体との熱交換によって被処理水を加熱する装置であり、冷却装置１４は、第２熱媒体との熱交換によって濃縮水を冷却する装置である。無機塩回収装置２は、第１熱媒体と第２熱媒体とを熱交換するヒートポンプ手段として、ヒートポンプ３２をさらに備える。

加熱装置１０の循環加熱水出口とヒートポンプ３２の凝縮器４２の循環加熱水入口とは、配管３４により接続されている。凝縮器４２の循環加熱水出口と加熱装置１０の循環加熱水入口とは、配管３６により接続されている。冷却装置１４の循環冷却水出口とヒートポンプ３２の蒸発器４４の循環冷却水入口とは、配管３８により接続され、蒸発器４４の循環冷却水出口と冷却装置１４の循環冷却水入口とは、配管４０により接続されている。凝縮器４２の冷媒出口と蒸発器４４の冷媒入口とは、膨張弁４５を介して配管４７により接続され、蒸発器４４の冷媒出口と凝縮器４２の冷媒入口とは、圧縮機４６を介して配管４８により接続されている。また、固液分離装置１６の固液分離水出口と配管１８とは、配管３０により接続されている。

循環加熱水は、配管３４を通してヒートポンプ３２の凝縮器４２に送液され、凝縮器４２において圧縮機４６から送液されてきた高温、高圧の冷媒と熱交換され、水温が上昇した加熱水となり、配管３６を通して加熱装置１０へ送液される。加熱装置１０において循環加熱水によって被処理水が加熱される（加熱工程）。循環加熱水は被処理水を加熱して熱交換されて水温が低下した加熱水となって、配管３４を通してヒートポンプ３２の凝縮器４２に送液され、循環加熱水が循環される。

一方、ヒートポンプ３２において、循環加熱水と熱交換されて温度が低下した冷媒は、配管４７を通して膨張弁４５に送液される。膨張弁４５において、凝縮器４２から送液されてきた高圧の冷媒が減圧されることによって、膨張して温度がさらに低下して低温、低圧の液体に変化する。膨張して温度がさらに低下した冷媒は、配管４７を通して蒸発器４４に送液される。蒸発器４４において、膨張弁４５から送液されてきた冷媒は、冷却装置１４から配管３８を通して送液されてきた循環冷却水と熱交換され、蒸発されて低温、低圧の気体に変化する。冷媒と熱交換されて温度が低下した循環冷却水は、配管４０を通して冷却装置１４に送液される。冷却装置１４において循環冷却水によって濃縮水が冷却される（冷却工程）。循環冷却水は濃縮水を冷却して熱交換されて水温が上昇した冷却水となって、配管３８を通してヒートポンプ３２の蒸発器４４に送液され、循環冷却水が循環される。循環冷却水と熱交換された気体となった冷媒は、配管４８を通して圧縮機４６に送液される。圧縮機４６において、冷媒が圧縮されることによって、高温、高圧の気体に変化する。高温、高圧の冷媒は、配管４８を通して凝縮器４２に送液され、凝縮→膨張→蒸発→圧縮のサイクルが繰り返される。

半透膜モジュールとヒートポンプとを組み合わせたシステムにより外部からの必要加温エネルギーを低減し、省スペースで無機塩を含有する被処理水からの無機塩の回収を行うことができる。

固液分離装置１６において得られた固液分離水の少なくとも一部は、配管３０を通して加熱装置１０の前段である配管１８に返送される（返送工程）。ここで、配管３０が固液分離装置１６で得られた固液分離水の少なくとも一部を加熱工程の前段に返送する返送手段として機能する。

固液分離水の少なくとも一部を加熱装置１０（加熱工程）の前段に返送することによって、無機塩の回収率を向上することができる。

本実施形態に係る無機塩回収方法および無機塩回収装置において、加熱装置１０の前段に第１の逆浸透膜処理手段をさらに備えてもよい。また、半透膜処理装置１２の後段に第２の逆浸透膜処理手段をさらに備えてもよい。このような構成の例を図８に示す。

図８に示す無機塩回収装置３は、無機塩を含有する被処理水を逆浸透膜処理して第１のＲＯ濃縮水と第１のＲＯ透過水とを得る第１の逆浸透膜処理手段として、第１逆浸透膜処理装置７１を備える。また、希釈水を逆浸透膜処理して第２のＲＯ濃縮水と第２のＲＯ透過水とを得る第２１の逆浸透膜処理手段として、第２逆浸透膜処理装置７２を備える。

無機塩回収装置３において、第１逆浸透膜処理装置７１の入口に配管７４が接続されている。第１逆浸透膜処理装置７１のＲＯ透過水出口には、配管７６が接続されている。第１逆浸透膜処理装置７１のＲＯ濃縮水出口と加熱装置１０の入口とは、配管１８により接続されている。加熱装置１０の出口と半透膜処理装置１２の入口とは、配管２０により接続されている。半透膜処理装置１２の濃縮水出口と冷却装置１４の入口とは、配管２２により接続されている。半透膜処理装置１２の希釈水出口と第２逆浸透膜処理装置７２の入口とは、配管２４により接続されている。第２逆浸透膜処理装置７２のＲＯ透過水出口には、配管８０が接続されている。第２逆浸透膜処理装置７２のＲＯ濃縮水出口と配管１８とは、配管７８により接続されている。冷却装置１４の出口と固液分離装置１６の入口とは、配管２６により接続されている。固液分離装置１６の回収無機塩出口には、配管２８が接続されている。固液分離装置１６の固液分離水出口と配管１８における配管７８の接続点の下流側とは、配管３０により接続されている。

加熱装置１０の循環加熱水出口とヒートポンプ３２の凝縮器４２の循環加熱水入口とは、配管３４により接続されている。凝縮器４２の循環加熱水出口と加熱装置１０の循環加熱水入口とは、配管３６により接続されている。冷却装置１４の循環冷却水出口とヒートポンプ３２の蒸発器４４の循環冷却水入口とは、配管３８により接続され、蒸発器４４の循環冷却水出口と冷却装置１４の循環冷却水入口とは、配管４０により接続されている。

無機塩を含有する被処理水は、配管７４を通して第１逆浸透膜処理装置７１へ送液され、第１逆浸透膜処理装置７１において、被処理水について逆浸透膜処理が行われ、第１ＲＯ濃縮水と第１ＲＯ透過水とが得られる（第１逆浸透膜処理工程）。第１ＲＯ透過水は、配管７６を通して排出される。第１ＲＯ濃縮水は、配管１８を通して加熱装置１０へ送液され、加熱装置１０において第１ＲＯ濃縮水が加熱されて加熱水が得られる（加熱工程）。加熱水は、配管２０を通して半透膜処理装置１２へ送液され、半透膜処理装置１２において、半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、加熱水が第一空間に通水され、第一空間を加圧して加熱水に含まれる水が半透膜を透過されることによって濃縮水が得られるとともに、第二空間に、加熱水の一部または濃縮水の少なくとも一部が通水されて希釈水が得られる（半透膜処理工程）。濃縮水は、配管２２を通して冷却装置１４へ送液され、冷却装置１４において濃縮水が冷却されて無機塩が結晶化される（冷却工程）。冷却工程で得られた冷却水は、必要に応じて配管２６を通して固液分離装置１６へ送液され、固液分離装置１６において、結晶化された無機塩が固液分離されて回収無機塩と固液分離水とが得られる（固液分離工程）。回収無機塩は、配管２８を通して排出される。固液分離水の少なくとも一部は、配管３０を通して加熱装置１０の前段である配管１８に返送される（返送工程）。

半透膜処理工程で得られた希釈水は、配管２４を通して第２逆浸透膜処理装置７２へ送液され、第２逆浸透膜処理装置７２において、希釈水について逆浸透膜処理が行われ、第２ＲＯ濃縮水と第２ＲＯ透過水とが得られる（第２逆浸透膜処理工程）。第２ＲＯ透過水は、配管８０を通して排出される。第２ＲＯ濃縮水は、配管７８を通して加熱装置１０の前段である配管１８に送液される。

加熱装置１０（加熱工程）の前段に無機塩を含有する被処理水を逆浸透膜処理する第１逆浸透膜処理装置７１（第１逆浸透膜処理工程）を有することによって、半透膜処理工程に必要な膜の本数を低減することができる。

半透膜処理装置１２（半透膜処理工程）の後段に希釈水を逆浸透膜処理する第２逆浸透膜処理装置７２（第２逆浸透膜処理工程）を有することによって、水回収率を向上することができ、また無機塩の回収率を向上することができる。

１，２，３無機塩回収装置、１０加熱装置、１２半透膜処理装置、１４冷却装置、１６固液分離装置、１８，２０，２２，２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２６，２８，３０，３４，３６，３８，４０，４７，４８，６６，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７４，７６，７８，８０，８２，８４，８６，８８，９０配管、３２ヒートポンプ、４２凝縮器、４４蒸発器、４５膨張弁、４６圧縮機、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ膜モジュール、５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ半透膜、５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ第一空間、５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ第二空間、５８ポンプ、６０インバーター、６２，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６４，６８，６８ａ，６８ｂ，６８ｃバルブ、７１第１逆浸透膜処理装置、７２第２逆浸透膜処理装置。

Claims

無機塩を含有する被処理水を３０℃～４０℃の範囲に加熱して加熱水を得る加熱手段と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記加熱水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記加熱水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記加熱水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理手段と、
前記濃縮水を１５℃から２５℃の範囲に冷却して前記無機塩を結晶化させる冷却手段と、
を備え、
前記無機塩は、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり０．５ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質であることを特徴とする無機塩回収装置。
請求項１に記載の無機塩回収装置であって、
前記加熱手段は、第１熱媒体との熱交換によって前記被処理水を加熱するものであり、
前記冷却手段は、第２熱媒体との熱交換によって前記濃縮水を冷却するものであり、
前記第１熱媒体と前記第２熱媒体とを熱交換するヒートポンプ手段をさらに備えることを特徴とする無機塩回収装置。
請求項１または２に記載の無機塩回収装置であって、
前記冷却手段の後段に、前記結晶化させた無機塩を固液分離する固液分離手段をさらに備えることを特徴とする無機塩回収装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の無機塩回収装置であって、
前記加熱手段の前段に第１の逆浸透膜処理手段をさらに備え、前記被処理水を逆浸透膜処理して第１のＲＯ濃縮水と第１のＲＯ透過水とを得て、前記第１のＲＯ濃縮水を前記加熱手段で加熱することを特徴とする無機塩回収装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の無機塩回収装置であって、
前記半透膜処理手段の後段に第２の逆浸透膜処理手段をさらに備え、前記希釈水を逆浸透膜処理して第２のＲＯ濃縮水と第２のＲＯ透過水とを得ることを特徴とする無機塩回収装置。
無機塩を含有する被処理水を３０℃～４０℃の範囲に加熱して加熱水を得る加熱工程と、
半透膜で仕切られた第一空間と第二空間とを有する半透膜モジュールを用いて、前記加熱水を前記第一空間に通水し、前記第一空間を加圧して前記加熱水に含まれる水を前記半透膜を透過させることによって濃縮水を得るとともに、前記第二空間に、前記加熱水の一部または前記濃縮水の少なくとも一部を通水して希釈水を得る半透膜処理工程と、
前記濃縮水を１５℃から２５℃の範囲に冷却して前記無機塩を結晶化させる冷却工程と、
を含み、
前記無機塩は、水に対する溶解度が１５℃から４０℃の範囲で水温１℃当たり０．５ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以上高くなる物質であることを特徴とする無機塩回収方法。
請求項６に記載の無機塩回収方法であって、
前記加熱工程において、第１熱媒体との熱交換によって前記被処理水を加熱し、
前記冷却工程において、第２熱媒体との熱交換によって前記濃縮水を冷却し、
前記第１熱媒体と前記第２熱媒体とを熱交換するヒートポンプ工程をさらに含むことを特徴とする無機塩回収方法。
請求項６または７に記載の無機塩回収方法であって、
前記冷却工程の後段に、前記結晶化させた無機塩を固液分離する固液分離工程をさらに含むことを特徴とする無機塩回収方法。