JP7736288B2 - 溶液の膜処理方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶液の膜処理方法および装置に関する。

海水等の溶液を膜処理する装置として、特許文献１には、海水を第１逆浸透膜モジュールに供給することにより淡水を分離して濃縮塩水を排出する一方、低浸透圧水を第２逆浸透膜モジュールに供給することにより淡水を分離して濃縮低浸透圧水を排出し、排出された濃縮塩水および濃縮低浸透圧水を正浸透膜モジュールに供給して、正浸透膜を介して濃縮低浸透圧水から供給される水により濃縮塩水を希釈する造水システムが開示されている。

特開２０１７－１７６９２９号公報

上記の造水システムは、造水量の増加を主な目的としており、第１逆浸透膜モジュールで生成された濃縮海水を正浸透膜モジュールにおいて希釈させるように構成されているため、溶液を濃縮する際の濃縮率を高める上で検討の余地があった。

そこで、本発明は、溶液の高濃縮を効率良く行うことができる溶液の膜処理方法および装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、第１溶液を、前記第１溶液よりも低圧の第２溶液に半透膜を介して接触させて濃縮する膜濃縮工程を備える溶液の膜処理方法であって、前記第２溶液を加熱する第２溶液加熱工程を更に備え、前記膜濃縮工程による濃縮前または濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として使用し、前記第２溶液加熱工程により前記第２溶液の温度を前記第１溶液の温度よりも高温にして前記膜濃縮工程を行う溶液の膜処理方法により達成される。

この溶液の膜処理方法は、前記第１溶液を昇圧して逆浸透膜に通水することにより濃縮するＲО膜通水工程を更に備えることが好ましく、前記膜濃縮工程は、前記ＲО膜通水工程により濃縮された第１溶液を更に濃縮することが好ましい。

前記ＲО膜通水工程を備える溶液の膜処理方法において、前記膜濃縮工程は、前記膜濃縮工程による濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱することができる。この場合、前記第１溶液をナノろ過膜に通水するＮＦ膜通水工程を更に備えることが可能であり、前記ＲО膜通水工程は、前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過した前記第１溶液の少なくとも一部を濃縮することができる。あるいは、前記膜濃縮工程は、前記ＲО膜通水工程を行う前の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱することができる。

また、前記膜濃縮工程は、前記半透膜を備える膜濃縮装置を複数配置して、前記各膜濃縮装置に対して第１溶液を直列に供給すると共に前記第２溶液を直列または並列に供給することが可能であり、前記第２溶液加熱工程は、少なくともいずれかの前記膜濃縮装置に供給される前記第２溶液を加熱することができる。

また、前記第１溶液をナノろ過膜に通水するＮＦ膜通水工程を更に備えることが可能であり、前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過した前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱することができる。

前記膜濃縮工程は、濃縮前に前記第２溶液が分岐した後の前記第１溶液を冷却して、前記第２溶液に半透膜を介して接触させることができる。

また、本発明の前記目的は、第１溶液を、前記第１溶液よりも低圧の第２溶液に半透膜を介して接触させて濃縮する膜濃縮装置を備える溶液の膜処理装置であって、前記第２溶液を加熱する第２溶液加熱装置を更に備え、前記膜濃縮装置による濃縮前または濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として使用し、前記第２溶液加熱装置により前記第２溶液の温度を前記第１溶液の温度よりも高温にして前記膜濃縮装置による膜濃縮を行う溶液の膜処理装置により達成される。

本発明によれば、溶液の高濃縮を効率良く行うことができる溶液の膜処理方法および装置を提供することができる。

本発明に係る溶液の膜処理装置の原理図である。 本発明に係る溶液の膜処理装置の他の原理図である。 本発明の一実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係る溶液の膜処理装置の概略構成図である。

図１は、本発明に係る溶液の膜処理装置（以下、単に「膜処理装置」という）の原理図である。図１に示す膜処理装置１－１は、膜濃縮装置２０と、第２溶液加熱装置３０とを備えている。

膜濃縮装置２０は、室内が半透膜２１で仕切られることにより高圧室２２および低圧室２３が形成されている。高圧室２２には、第１溶液が導入される一方、低圧室２３には、第１溶液よりも低圧の第２溶液が導入される。高圧室２２および低圧室２３にそれぞれ導入された第１溶液および第２溶液は、半透膜２１を介して接触した後に外部に排出される。膜濃縮装置２０を通過した第１溶液の少なくとも一部は、第２溶液として使用される。第２溶液加熱装置３０は、第２溶液を加熱する。加熱された第２溶液は、高圧室２２に供給される第１溶液よりも高温の状態で低圧室２３に供給される。

膜濃縮装置２０においては、高圧室２２の圧力を低圧室２３の圧力よりも高くすることで、高圧室２２から半透膜２１を介して低圧室２３に水を移動させ、高圧室２２を通過する第１溶液を濃縮する膜濃縮工程が行われる。この膜濃縮工程においては、高圧室２２に供給される第１溶液が高濃度になると、濃度分極が増加して、水フラックスが低下するおそれがある。

本発明の溶液の膜処理方法（以下、単に「膜処理方法」という）は、低圧室２３に供給される第２溶液を加熱する第２溶液加熱工程を備えることにより、上記の膜濃縮工程において、第２溶液の温度を第１溶液の温度よりも高温にすることができるので、第２溶液の浸透圧が増加することにより半透膜２１の膜透過フラックスが改善される。更に、第２溶液の温度上昇により第２溶液の密度が低下すると、半透膜２１の膜面での流速が上昇するため、濃度分極の低下を図ることができ、これによっても膜フラックスが改善される。これらの理由から、半透膜２１の耐久性に悪影響を与えない範囲で第２溶液の温度を高めることで、高圧室２２から低圧室２３に向けた半透膜２１の透水性を向上させて、高圧室２２を通過する第１溶液の高濃縮を効率良く行うことができる。

図１に示す膜処理装置１－１は、膜濃縮工程による濃縮後の第１溶液の一部を第２溶液として使用しているが、図２に示す膜処理装置１－２のように、高圧室２２に導入される前（すなわち、膜濃縮工程による濃縮前）の第１溶液の一部を第２溶液として使用し、この第２溶液を第２溶液加熱装置３０で加熱して、高圧室２２に導入される第１溶液よりも高温にしてもよい。この場合も、第１溶液を高圧ポンプ２ａ等の昇圧手段で昇圧し、低圧室２３を高圧室２２よりも低圧に維持することで、第１溶液の高濃縮を効率良く行うことができる。また、第１溶液の温度が高い場合等においては、第２溶液が分岐した後の第１溶液を冷却水との熱交換等により冷却する冷却手段を設けてもよく、膜濃縮工程における第１溶液と第２溶液との温度差をより容易に確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る膜処理装置の概略構成図である。図３に示すように、膜処理装置１－３は、ＲО膜ユニット１０、膜濃縮装置２０および回収液加熱装置３０を備えている。以下の各実施形態においては、図１および図２に示す第１溶液を、被処理液とし、第２溶液を、被処理液から水を回収する回収液として説明する。但し、本発明は、このような具体例に限定されるものではない。被処理液としては、海水等の無機塩の溶液を好ましく例示することができるが、有機溶液等であってもよい。

ＲＯ膜ユニット１０は、ケーシング内にＲＯ膜（逆浸透膜）１１を備えるＲＯ膜モジュールからなり、被処理液をＲＯ膜１１に通水することにより製造水（淡水）を生成する。ＲＯ膜１１の形状は、平膜や中空糸膜等を例示することができる。ＲＯ膜ユニット１０のＲＯ膜１１を透過せずに濃縮された被処理液は、膜濃縮装置２０に供給される。図３に示すＲＯ膜ユニット１０は、１段の構成としているが、複数段の構成にすることもできる。

膜濃縮装置２０は、ケーシング内が半透膜２１で仕切られることにより高圧室２２および低圧室２３が形成されている。高圧室２２には、ＲＯ膜ユニット１０においてＲＯ膜１１を透過せずに濃縮された被処理液が導入される一方、低圧室２３には、後述する回収液が導入される。高圧室２２および低圧室２３にそれぞれ導入された被処理液および回収液は、半透膜２１を介して接触した後に外部に排出される。半透膜２１は、平膜以外に中空糸膜であってもよい。半透膜２１は、ＲＯ膜（逆浸透膜）を好適に使用することができるが、ＦＯ膜（正浸透膜）などの他の半透膜であってもよい。

回収液加熱装置３０は、回収液を排熱との熱交換により加熱する熱交換器からなり、図１および図２の第２溶液加熱装置に対応する。回収液加熱装置３０の熱源は、特に限定されるものではなく、排熱以外に、太陽光等の自然エネルギーや、その他の熱源を利用してもよい。

次に、上記の構成を備える膜処理装置１－３による膜処理方法を説明する。まず、海水等の被処理液を高圧ポンプ２ａにより昇圧してＲＯ膜ユニット１０に供給することにより、被処理液をＲＯ膜１１に通水して濃縮するＲＯ膜通水工程を行う。高圧ポンプ２ａは、例えばインバータ制御が可能なポンプとすることで、省エネルギー化を図ることができる。

ＲＯ膜通水工程により濃縮された被処理液は、膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給されて濃縮された後、膜濃縮装置２０から排出される。膜濃縮装置２０から排出された被処理液は、一部が分岐されて回収液として使用される。回収液は、回収液加熱装置３０により加熱する回収液加熱工程により昇温された後、膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給される。低圧室２３に供給される回収液は、膜濃縮装置２０の通過により減圧されるため、高圧室２２に供給される被処理液よりも低圧であると共に、被処理液よりも高温である。したがって、半透膜２１を介した高圧室２２から低圧室２３への水の移動を促すことができ、高圧室２２を通過する被処理液を高濃度で濃縮することができる。

膜濃縮装置２０で濃縮された被処理液のうち、回収液として使用されない残部は、濃縮液として使用することができ、例えば、正浸透発電、製塩蒸発濃縮による淡水化などの他のプロセスで利用することができる。膜濃縮装置２０で水を回収した回収液は、高圧ポンプ２ａの上流側で被処理液に合流されて、ＲＯ膜ユニット１０に再び供給される。これにより、ＲＯ膜ユニット１０における製造水の製造効率を高めることができると共に、被処理液が希釈されて浸透圧が低下することにより、ＲＯ膜ユニット１０に低圧で供給することができ、高圧ポンプ２ａの省エネルギー化を図ることができる。更に、被処理液に合流する回収液は回収液加熱装置３０により加熱されているため、膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給される被処理液を、低圧室２３に供給される回収液の温度を超えない範囲で昇温することができる。これにより、高圧室２２における被処理液の粘度が低下するので、被処理液を低圧力で濃縮することができる。

図４に示す膜処理装置１－４は、図３に示す膜処理装置１－３において、低圧室２３に導入される全ての回収液を回収液加熱装置３０により加熱するのではなく、一部の回収液を、バイパス流路３により回収液加熱装置３０に供給せずにバイパスさせるものである。バイパス流路３によりバイパスされる回収液の流量は、流量制御弁４の開度調節により制御することができる。この構成によれば、回収液の昇温が必要最小限となるように容易に制御できるため、省エネルギー化を図ることができる。なお、図４において図３と同様の構成部分には同一の符号を付している（以下の図面においても同様）。

図５に示す膜処理装置１－５は、図３に示す膜処理装置１－３において、ＮＦ膜ユニット４０を追加したものである。ＮＦ膜ユニット４０は、ケーシング内にＮＦ膜（ナノろ過膜）４１を備えるＮＦ膜モジュールからなり、被処理液をＮＦ膜４１に通水することにより透過液を生成する。ＮＦ膜の形状としては、平膜や中空糸膜等を例示することができる。ＮＦ膜ユニット４０は、１段に構成する代わりに複数段に構成してもよい。

図５に示す膜処理装置１－５によれば、海水等の被処理液を中圧ポンプ２ｂによりＮＦ膜ユニット４０に供給することにより、被処理液をＮＦ膜４１に通水するＮＦ膜通水工程を行う。ＮＦ膜４１を透過した被処理液は、一部が高圧ポンプ２ａにより昇圧されて、ＲＯ膜ユニット１０に供給される。この後の工程は、図４に示す膜処理装置１－４による膜処理方法と同様である。

図６に示す膜処理装置１－６は、図３に示す膜処理装置１－３において、膜濃縮装置２０による濃縮後の被処理液を回収液として使用する代わりに、膜濃縮装置２０による濃縮前の被処理液の一部を分岐させて、回収液として使用するものである。回収液は、供給ポンプ２ｃにより回収液加熱装置３０に供給されて加熱された後、膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給される。低圧室２３から排出された回収液は、被処理液に合流されて被処理液として使用され、高圧ポンプ２ａによりＲＯ膜ユニット１０に供給される。

図７に示す膜処理装置１－７は、図５に示す膜処理装置１－５において、膜濃縮工程が行われる前後の被処理液間で圧力交換を行うエネルギー回収装置６０を備えると共に、膜濃縮装置２０が、３段の膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３により構成されたものである。各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の構成は、図５に示す膜濃縮装置２０と同様であり、それぞれの高圧室２２には、ＲＯ膜ユニット１０で濃縮された被処理液が直列に供給される。ＮＦ膜ユニット４０のＮＦ膜４１を透過せずに濃縮された被処理液は、回収液として使用され、供給ポンプ２ｃの作動により回収液加熱装置３０を経て、各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の低圧室２３に並列に供給される。ＮＦ膜４１を透過しない被処理液は、溶質の濃度上昇により浸透圧が高くなるため、これを回収液とすることで、膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３において被処理液との浸透圧差を小さく維持することができる。

図７に示す膜処理装置１－７は、低圧の回収液の圧力損失を軽減して、各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３に確実に供給することができると共に、回収液を被処理液よりも高温にして、被処理液の濃縮率を高めることができる。各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の低圧室２３に供給される回収液の流量は、流量制御弁４－１，４－２，４－３の開度調節により個別に制御することができ、これによって膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３ごとに回収液を適切な流量で供給することができる。各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の段数は、特に限定されない。回収液加熱装置３０は、複数段の膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の少なくともいずれかに供給される回収液を加熱すればよく、例えば、最前段の膜濃縮装置２０－１、あるいは、最後段の膜濃縮装置２０－３に供給される回収液のみを加熱する構成にしてもよい。

図７に示す膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３において、被処理液から水を回収した回収液は、合流された後に一部が循環ポンプ２ｅにより各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３に個別に循環される。これにより、系外に排出される回収液をより希釈することができる。各膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３への循環流量は、流量制御弁４－４，４－５，４－６の開度調節により個別に制御することができる。循環ポンプ２ｅにより回収液を循環させる構成は、各段の少なくともいずれかの膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３から排出される回収液を、各段の少なくともいずれかの膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３に供給される回収液に合流させる構成であればよい。

図７に示す膜処理装置１－７において、エネルギー回収装置６０は、ターボチャージャからなり、再後段の膜濃縮装置２０－３から排出された濃縮液によりタービンを回転させ、この動力を利用して、最前段の膜濃縮装置２０－１に供給される被処理液を昇圧する。エネルギー回収装置６０の構成は、濃縮液のエネルギーを回収して被処理液を昇圧可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、タービン型以外にロータ型やピストン型などの他のエネルギー回収装置であってもよい。膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３で濃縮された被処理液は、エネルギー回収装置６０の通過により、自身が減圧されると共に、膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３に供給される被処理液を昇圧するため、高圧室２２と低圧室２３との圧力差をより大きくして高濃縮を行うことができる。

図８に示す膜処理装置１－８は、図７に示す膜処理装置１－７において、膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３により被処理液が濃縮されて系外に排出される濃縮液の一部を、ＮＦ膜ユニット４０のＮＦ膜４１を透過せずに濃縮された被処理液に合流させて、回収液として使用するものであり、その他の構成は、図７に示す膜処理装置１－７と同様である。このように、膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３で濃縮された濃縮液の少なくとも一部を回収液として使用する膜処理装置の具体例を、図９から図１２に示す。

図９に示す膜処理装置１－９は、図７に示す膜処理装置１－７において、ＮＦ膜ユニット４０を備えない構成にしたものである。ＲＯ膜ユニット１０で濃縮された被処理液は、昇圧ポンプ２ｄおよびエネルギー回収装置６０により昇圧されて、２段の膜濃縮装置２０－１，２０－２に供給される。一方、２段の膜濃縮装置２０－１，２０－２を並列に通過した回収液は、一部が高圧ポンプ２ａの上流側で被処理液に合流される一方、残部が循環ポンプ２ｅにより循環される。

図１０に示す膜処理装置１－１０は、３段の膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３を備える構成において、後段側の２つの膜濃縮装置２０－２，２０－３に並列に供給した回収液を合流した後、昇圧ポンプ２ｄの作動によって昇圧し、前段側の膜濃縮装置２０－１に供給するように構成されている。膜濃縮装置２０－２，２０－３を通過後に合流された回収液の圧力が十分な場合には、昇圧ポンプ２ｄを備えない構成であってもよい。

図１１に示す膜処理装置１－１１は、３段の膜処理装置２０－１，２０－２，２０－３を備える構成において、後段側の膜処理装置２０－３に供給した回収液を、昇圧ポンプ２ｄの作動により前段側の２つの膜処理装置２０－１，２０－２に並列に供給するものである。

図１２に示す膜処理装置１－１２は、４段の膜処理装置２０－１，２０－２，２０－３，２０－４を備える構成において、後段側の２つの膜処理装置２０－３，２０－４に並列に供給した回収液を合流して、昇圧ポンプ２ｄの作動により前段側の２つの膜処理装置２０－１，２０－２に並列に供給するものである。

図９から図１２に示す膜処理装置１－９～１－１２のように、各段の膜処理装置に対する回収液の供給について、並列的な供給をベースとして直列的な供給を適宜組み合わせることにより、各膜処理装置に供給される回収液の濃度および流量を容易に調整することができる。この結果、必要となるポンプの台数を低減して大容量化によるポンプ効率の向上を図ることが可能になり、各膜処理装置における膜フラックスの均等化を図ることもできる。図９から図１２に示す構成においても、回収液加熱装置３０は、複数段の膜濃縮装置の少なくともいずれかに供給される回収液を加熱する構成であればよい。

図１３から図１９に示す膜処理装置１－１３～１－１９は、複数段の膜処理装置を備える構成であり、ＮＦ膜ユニット４０を設けて、ＮＦ膜４１を透過した被処理液の少なくとも一部を回収液として使用し、回収液加熱装置３０により加熱する。

図１３に示す膜処理装置１－１３は、図９に示す膜処理装置１－９において、膜濃縮装置２０－１，２０－２を通過した被処理液を、減圧弁５により減圧した後にＮＦ膜ユニット４０に供給し、ＮＦ膜４１を透過した被処理液を回収液として使用するものである。

図１４に示す膜処理装置１－１４は、２段の膜濃縮装置２０－１，２０－２およびＮＦ膜ユニット４０を備える構成において、ＮＦ膜ユニット４０に供給されてＮＦ膜４１を透過した被処理液を回収液として使用し、回収液加熱装置３０－１で加熱した後に、２段の膜濃縮装置２０－１，２０－２の間を通過する回収液に合流させるものである。ＮＦ膜４１を透過せずに濃縮された被処理液は、昇圧ポンプ２ｄで昇圧されて、膜濃縮装置２０－１，２０－２において濃縮され、濃縮後の被処理液の一部が回収液として回収液加熱装置３０－２により加熱される。

図１５に示す膜処理装置１－１５は、図１３に示す膜処理装置１－１３において、単一のＮＦ膜ユニット４０とする代わりに、複数のＮＦ膜ユニット４０－１，４０－２を備えるものである。膜濃縮装置２０－１，２０－２で濃縮された被処理液は、減圧弁５－１を経てＮＦ膜ユニット４０－１に供給されて濃縮された後、膜濃縮装置２０－３およびＮＦ膜ユニット４０－２に供給されて更に濃縮され、ＮＦ膜ユニット４０－２で濃縮された被処理液の一部が、減圧弁５－２を経て回収液として使用される。ＮＦ膜ユニット４０－１を透過した被処理液は、回収液として回収液加熱装置３０－１により加熱された後、流量制御弁４－１の制御により一部が膜濃縮装置２０－１に供給される。また、ＮＦ膜ユニット４０－２を透過した被処理液は、回収液として回収液加熱装置３０－２により加熱された後、流量制御弁４－２の制御により膜濃縮装置２０－２，２０－３に供給される。

図１５に示す膜処理装置１－１５は、ＮＦ膜ユニット４０－１を透過した被処理液を、膜濃縮装置２０－１，２０－２に回収液として供給し、ＮＦ膜ユニット４０－２を透過した被処理液を、膜濃縮装置２０－３に回収液として供給してもよい。あるいは、ＮＦ膜ユニット４０－２を透過した被処理液を、膜濃縮装置２０－１，２０－２，膜濃縮装置２０－３にそれぞれ回収液として供給してもよい。回収液加熱装置３０は、少なくともいずれかの膜濃縮装置２０－１，２０－２，２０－３の回収液を加熱する構成であればよい。

図１６に示す膜処理装置１－１６は、２つのＮＦ膜ユニット４０－１，４０－２、および、２つの膜濃縮装置２０－１，２０－２を備えている。ＮＦ膜ユニット４０－１で濃縮された被処理液は、昇圧ポンプ２ｄ－１で昇圧されて膜濃縮装置２０－１で濃縮された後、減圧弁５を経てＮＦ膜ユニット４０－２で更に濃縮され、昇圧ポンプ２ｄ－２を経て膜濃縮装置２０－２で更に濃縮されて、濃縮液として回収される。回収される濃縮液は高圧になることから、例えば、浸透圧発電等の用途に好適に利用することができる。ＮＦ膜ユニット４０－１，４０－２を透過した被処理液は、回収液として一部が回収液加熱装置３０－１，３０－２により加熱されて、膜濃縮装置２０－１，２０－２に供給される。

図１７に示す膜処理装置１－１７は、図１６に示す膜処理装置１－１６において、減圧弁５および昇圧ポンプ２ｄ－２に代えて、両者の間で圧力交換を行うエネルギー回収装置６０を備えるものである。

図１８に示す膜処理装置１－１８は、図１３に示す膜処理装置１－１３において、減圧弁５に代えて、エネルギー回収装置６０により減圧するものである。膜濃縮装置２０－１，２０－２の高圧室２２に供給される被処理液は、エネルギー回収装置６０により昇圧される。

図１９に示す膜処理装置１－１９は、図１６に示す膜処理装置１－１６において、２つの昇圧ポンプ部２ｄ－１，２ｄ－２に代えて、エネルギー回収装置６０－１，６０－２により昇圧するものである。膜濃縮装置２０－１，２０－２で濃縮された被処理液は、エネルギー回収装置６０－１，６０－２により減圧される。

図２０に示す膜処理装置１－２０は、膜濃縮装置２０およびＮＦ膜ユニット４０を備える構成において、ＮＦ膜ユニット４０のＮＦ膜４１を透過した被処理液を、回収液として回収液加熱装置３０により加熱して膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給する一方、ＮＦ膜ユニット４０のＮＦ膜４１を透過せずに濃縮された被処理液を、昇圧ポンプ２ｄにより昇圧して、膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給するものである。ＮＦ膜４１は、海水等の被処理液に含まれる２価以上のイオンの透過を抑制する一方で、１価イオンは透過し易い性質を有するため、ＮＦ膜４１を透過した被処理液からなる回収液は、特に１価イオンの濃度低下が抑制される。したがって、膜濃縮装置２０の高圧室２２および低圧室２３にそれぞれ供給される被処理液および回収液の浸透圧差を小さくすることができるので、高圧室２２の圧力を過度に高めることなく被処理液の濃縮を確実に行うことができる。図２０に示す膜処理装置１－２０において、膜濃縮装置２０は、図１３等に示す膜処理装置１－１３と同様に、複数段に配置してもよい。

図２０に示す膜処理装置１－２０において、ＮＦ膜ユニット４０を透過した被処理液を回収液加熱装置３０に供給する流路の途中には、バイパス流路３が分岐接続されており、流量制御弁４の開度変化によりバイパス流路３にバイパスさせる透過液の流量を制御することができる。流量制御弁４を全閉にした状態でも高圧室２２と低圧室２３との間で所望の圧力差が生じる場合には、バイパス流路３を設けずに、ＮＦ膜ユニット４０を透過した被処理液の全量を膜濃縮装置２０に供給してもよい。

図２１に示す膜処理装置１－２１は、図６に示す膜処理装置１－６において、膜濃縮装置２０による濃縮前の被処理液から一部を分岐させた回収液を加熱する回収液加熱装置３０に加えて、回収液を分岐する前の被処理液を加熱する被処理液加熱装置７０を備えるものである。被処理液加熱装置７０を備えることにより、膜濃縮装置２０の高圧室２２および低圧室２３にそれぞれ供給される被処理液および回収液がいずれも加熱されるため、膜濃縮装置２０における両者の温度差を確保しつつ、高圧室２２における被処理液の粘度低下により、被処理液を低圧力で濃縮することができる。

図２２に示す膜処理装置１－２２は、図２１に示す膜処理装置１－２１において、被処理液加熱装置７０に代えて、回収液を分岐した後の被処理液を冷却水または冷媒との熱交換により冷却する被処理液冷却装置８０を備えるものである。被処理液冷却装置８０を備えることにより、膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給される被処理液の温度を低下させて、低圧室２３に供給される回収液との温度差を容易に確保することができ、例えば、被処理液の温度が想定よりも高い場合や、ＲＯ膜ユニット１０における脱塩率を上げたい場合等において、有効である。低圧室２３に供給される回収液は、一部または全量を回収液加熱装置３０で加熱せずに、バイパス流路３によりバイパスさせてもよい。図２２に示す被処理液冷却装置８０は、図２３に示すように、分岐した回収液が再び合流した後の被処理液を冷却するように配置してもよく、この場合も、被処理液の温度が想定よりも高い場合や、ＲＯ膜ユニット１０における脱塩率を上げたい場合等に有効である。

１ 膜処理装置
２ａ 高圧ポンプ
２ｂ 中圧ポンプ
２ｃ 供給ポンプ
２ｄ 昇圧ポンプ
２ｅ 循環ポンプ
３ バイパス流路
４ 流量制御弁
５ 減圧弁
１０ ＲＯ膜ユニット
２０ 膜濃縮装置
２１ 半透膜
２２ 高圧室
２３ 低圧室
３０ 回収液加熱装置（第２溶液加熱装置）
４０ ＮＦ膜ユニット
６０ エネルギー回収装置

Claims (9)

1. 第１溶液を、前記第１溶液よりも低圧の第２溶液に半透膜を介して接触させて濃縮する膜濃縮工程を備える溶液の膜処理方法であって、
   前記第２溶液を加熱する第２溶液加熱工程を更に備え、
   前記膜濃縮工程による濃縮前または濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として使用し、前記第２溶液加熱工程により前記第２溶液の温度を前記第１溶液の温度よりも高温にして前記膜濃縮工程を行う溶液の膜処理方法。
2. 前記第１溶液を昇圧して逆浸透膜に通水することにより濃縮するＲО膜通水工程を更に備え、
   前記膜濃縮工程は、前記ＲО膜通水工程により濃縮された第１溶液を更に濃縮する請求項１に記載の溶液の膜処理方法。
3. 前記膜濃縮工程は、前記膜濃縮工程による濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱する請求項２に記載の溶液の膜処理方法。
4. 前記第１溶液をナノろ過膜に通水するＮＦ膜通水工程を更に備え、
   前記ＲО膜通水工程は、前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過した前記第１溶液の少なくとも一部を濃縮する請求項３に記載の溶液の膜処理方法。
5. 前記膜濃縮工程は、前記ＲО膜通水工程を行う前の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱する請求項２に記載の溶液の膜処理方法。
6. 前記膜濃縮工程は、前記半透膜を備える膜濃縮装置を複数配置して、前記各膜濃縮装置に対して第１溶液を直列に供給すると共に前記第２溶液を直列または並列に供給し、
   前記第２溶液加熱工程は、少なくともいずれかの前記膜濃縮装置に供給される前記第２溶液を加熱する請求項１から５のいずれかに記載の溶液の膜処理方法。
7. 前記第１溶液をナノろ過膜に通水するＮＦ膜通水工程を更に備え、
   前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過した前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として、前記第２溶液加熱工程により加熱する請求項１から６のいずれかに記載の溶液の膜処理方法。
8. 前記膜濃縮工程は、濃縮前に前記第２溶液が分岐した後の前記第１溶液を冷却して、前記第２溶液に半透膜を介して接触させる請求項１から７のいずれかに記載の溶液の膜処理方法。
9. 第１溶液を、前記第１溶液よりも低圧の第２溶液に半透膜を介して接触させて濃縮する膜濃縮装置を備える溶液の膜処理装置であって、
   前記第２溶液を加熱する第２溶液加熱装置を更に備え、
   前記膜濃縮装置による濃縮前または濃縮後の前記第１溶液の少なくとも一部を前記第２溶液として使用し、前記第２溶液加熱装置により前記第２溶液の温度を前記第１溶液の温度よりも高温にして前記膜濃縮装置による膜濃縮を行う溶液の膜処理装置。