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JP7777821B2 - membrane separation equipment - Google Patents
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JP7777821B2 - membrane separation equipment - Google Patents

membrane separation equipment

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JP7777821B2 JP2022181935A JP2022181935A JP7777821B2 JP 7777821 B2 JP7777821 B2 JP 7777821B2 JP 2022181935 A JP2022181935 A JP 2022181935A JP 2022181935 A JP2022181935 A JP 2022181935A JP 7777821 B2 JP7777821 B2 JP 7777821B2
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Description

本発明は、膜分離装置に関する。 The present invention relates to a membrane separation device.

工場排水等の被処理水を複数の工程により順次処理し、浄化水を回収して再利用する水処理システムが提案されている。水処理システムには、一般に、逆浸透法を用いた逆浸透膜分離装置が設けられ、前処理した被処理水側の圧力を浸透圧よりも高くすることで、被処理水中の水を、逆浸透膜に透過させて分離している。また、水の有効利用と環境保全の観点から、液体排出をゼロにするZLD(すなわち、Zero Liquid Discharge)の導入が進められている。その場合には、最終段において、排水を蒸発させて回収する蒸留工程が設けられることになり、消費エネルギが高くなる課題がある。 Water treatment systems have been proposed that treat water such as industrial wastewater through multiple processes, recovering the purified water for reuse. Water treatment systems typically include a reverse osmosis membrane separator that uses reverse osmosis, increasing the pressure on the pretreated water to a level higher than the osmotic pressure, forcing the water in the water to pass through the reverse osmosis membrane for separation. Furthermore, from the perspective of efficient water utilization and environmental conservation, the introduction of ZLD (Zero Liquid Discharge), which eliminates liquid discharge, is being promoted. In this case, a distillation process is required in the final stage to evaporate and recover the wastewater, which poses the problem of high energy consumption.

蒸留工程の負担低減のためには、前段の膜分離工程において、排水の高濃縮化を図ることが求められる。ただし、逆浸透法では、被処理水が高濃度になると、逆浸透膜に加わる圧力をより高くする必要があり、逆浸透膜の耐圧に限界がある。そこで、膜分離工程において、異なる方式を併用して、被処理水を高濃度化することが考えられる。例えば、熱駆動方式で消費エネルギが比較的低い膜蒸留法を用いることが検討されており、実用化に際し、被処理水の浄化効率を高めることが重要となる。 To reduce the burden on the distillation process, it is necessary to highly concentrate the wastewater in the upstream membrane separation process. However, with reverse osmosis, as the concentration of the water to be treated increases, the pressure applied to the reverse osmosis membrane must be increased, and there is a limit to the pressure that reverse osmosis membranes can withstand. Therefore, it is possible to use different methods in combination in the membrane separation process to highly concentrate the water to be treated. For example, the use of membrane distillation, which is a heat-driven method with relatively low energy consumption, is being considered, and when it is put into practical use, it will be important to increase the purification efficiency of the water to be treated.

浄化効率を高めるには、分離膜の処理面積を増加させることが有効であり、そのための手段として、例えば、平膜をらせん状に巻き回して多層構造とした装置や、平膜を重ねて平板状の積層構造とした装置が知られている。前者としては、例えば、特許文献1に記載されるように、細長い膜箔を所定長で折り返しながら、支持管の周りに巻き取って円筒形装置としたものがあり、2つの箔層の間にスペーサが配置されて流路が形成される。具体的には、スペーサは樹脂製のメッシュ状層を備え、その両端を管状支持体で保持することにより、膜箔に張力を与え、流路全体に流体が流れるように構成される。後者としては、例えば、平膜の周囲をフレームで保持したものを積層して、層間に流路を形成した装置があり、それぞれ巻き数や積層数に応じた処理能力を有する。 Increasing the processing area of the separation membrane is an effective way to improve purification efficiency. Known methods for this include devices in which flat membranes are spirally wound into a multi-layer structure, and devices in which flat membranes are stacked into a flat laminate structure. An example of the former, as described in Patent Document 1, is a cylindrical device in which a long, thin membrane foil is folded over a predetermined length and wound around a support tube, with a spacer positioned between the two foil layers to form a flow path. Specifically, the spacer comprises a resin mesh layer, both ends of which are held by tubular supports, applying tension to the membrane foil and allowing fluid to flow throughout the entire flow path. An example of the latter is a device in which flat membranes held by a frame are stacked to form a flow path between the layers, with each device having a processing capacity that corresponds to the number of windings or layers.

国際公開第2013/144004号International Publication No. 2013/144004

特許文献1に記載される装置は、所定のらせん形に加工するために、一般に、加工性の良好な樹脂材料が用いられる。樹脂材料は、被処理水となる排水が、酸やアルカリ等の薬液を含む場合には、薬液との化学反応により劣化するおそれがある。また、柔らかい薄膜を加工して構成されることから、流体の流れ等によって変形が生じやすくなり、局所ストレスが発生したり、安定した処理ができなくなったりする懸念がある。その結果、耐久性が低下し、または、処理能力が十分発揮できずに、浄化効率が低下する。あるいは、耐久性や処理能力を高めようとして、装置構成が複雑となったり大型化したりする。 The device described in Patent Document 1 generally uses a resin material that is easy to process in order to process it into the specified spiral shape. When the wastewater to be treated contains chemicals such as acids or alkalis, the resin material may deteriorate due to chemical reactions with the chemicals. Furthermore, because it is made by processing a soft thin film, it is prone to deformation due to fluid flow, etc., which raises concerns about localized stress and the inability to perform stable treatment. As a result, durability decreases, or treatment capacity cannot be fully utilized, resulting in reduced purification efficiency. Alternatively, attempts to improve durability or treatment capacity result in the device configuration becoming more complex and larger.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、膜蒸留を利用した分離膜の耐久性と処理能力を高め、浄化水の回収率を向上させることができる膜分離装置を提供しようとするものである。 The present invention was made in consideration of these issues, and aims to provide a membrane separation device that can improve the durability and processing capacity of separation membranes that use membrane distillation, thereby improving the recovery rate of purified water.

本発明の一態様は、
被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、上記被処理水から分離される浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなり、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されると共に、上記第2流路となる上記セルに対して、上記第1流路となる上記セルと反対側に隣接する上記セルを、冷媒流路(13)に連通する第3流路(43)としており、
上記疎水性多孔質壁は、多数の細孔(32)を有するセラミック基材(31)と、上記セラミック基材の表面を被覆する疎水膜(33)とを有し、
上記セラミック構造体は、上記第1流路となる上記セルを、両端が開口する開放セルとし、上記セラミック構造体の一方の端面において上記供給流路と接続して、上記被処理水を上記セラミック構造体の上記一方の端面側から他方の端面側へ向けて供給し、
上記第2流路及び上記第3流路となる上記セルを、両端が閉鎖された栓詰めセルとし、上記第2流路と上記回収流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第1開口部(24)を介して接続すると共に、上記第3流路と上記冷媒流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第2開口部(25)を介して接続して、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と上記第2流路に面する側との温度差により発現する蒸気圧差によって、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置にある。
本発明の他の態様は、
被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなり、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されると共に、上記第2流路となる上記セルに対して、上記第1流路となる上記セルと反対側に隣接する上記セルを、冷媒流路(13)に連通する第3流路(43)としており、
上記疎水性多孔質壁は、多数の細孔(32)を有するセラミック基材(31)と、上記セラミック基材の表面を被覆する疎水膜(33)とを有し、
上記セルは上記軸方向から見た形状が四角形状である四角形セルであり、上記軸方向から見て四角形セルの一辺と平行な第1の方向(y)に、上記第1流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第2流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第3流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記軸方向から見て、上記第1の方向と直交する第2の方向(z)には、上記第1流路となる上記セルの列を挟んで両側に、上記第2流路となる上記セルの列が配置され、それら両側の上記セルの列の外側に、上記第3流路となる上記セルの列が配置されると共に、
上記第2流路となる上記セルの列、及び、上記第3流路となる上記セルの列において、隣り合う上記セルは、セル壁を貫通する連通口(23、26)を介して、互いに連通しており、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と上記第2流路に面する側との温度差により発現する蒸気圧差によって、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ、水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置にある。
本発明のさらに他の態様は、
被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなると共に、上記セラミック構造体は、ケーシング(6)に収容されており、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されており、
上記ケーシング内は、上記供給流路に連通する常圧室(63)と、上記回収流路に連通する減圧室(64)とに区画されると共に、上記第1流路となる上記セルは、少なくとも上記常圧室に連通し、上記第2流路となる上記セルは、上記減圧室のみに連通するように配置されており、
上記常圧室は、上記減圧室に対して鉛直方向の上方に配置されており、
上記セラミック構造体は、上記第1流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面及び上記減圧室に面する端面に開口する開放セルとし、上記第2流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面が閉鎖され上記減圧室に面する端面が開口する片栓詰めセルとすると共に、上記常圧室に面する端面において、開口部と閉鎖部が互い違いとなるように、上記第1流路となる上記セルと上記第2流路となる上記セルとを互いに隣接して配置しており、
上記膜蒸留部は、上記回収流路に設けられた真空ポンプ(P4)により、上記第2流路となる上記セルが減圧されており、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と、上記第2流路に面する側との圧力差により、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ、水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置にある。
One aspect of the present invention is
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) separated from the water to be treated is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer shell (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are disposed adjacent to each other via a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3), and the cell adjacent to the cell forming the second flow path on the opposite side to the cell forming the first flow path is formed as a third flow path (43) communicating with a refrigerant flow path (13) ,
The hydrophobic porous wall has a ceramic substrate (31) having a large number of pores (32) and a hydrophobic film (33) covering the surface of the ceramic substrate,
The ceramic structure has an open cell having both ends open as the cell that becomes the first flow path, and is connected to the supply flow path at one end face of the ceramic structure, so that the water to be treated is supplied from the one end face side to the other end face side of the ceramic structure,
The cells that become the second flow path and the third flow path are plugged cells with both ends closed, and the second flow path and the recovery flow path are connected via a first opening (24) that opens into a side surface of the ceramic structure, and the third flow path and the refrigerant flow path are connected via a second opening (25) that opens into a side surface of the ceramic structure,
The hydrophobic porous wall is configured to allow water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path due to a vapor pressure difference generated by a temperature difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path, thereby separating the water to be treated into the purified water and concentrated water (d).
Another aspect of the present invention is
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer shell (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are disposed adjacent to each other via a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3), and the cell adjacent to the cell forming the second flow path on the opposite side to the cell forming the first flow path is formed as a third flow path (43) communicating with a refrigerant flow path (13),
The hydrophobic porous wall has a ceramic substrate (31) having a large number of pores (32) and a hydrophobic film (33) covering the surface of the ceramic substrate,
The cell is a quadrangular cell having a quadrangular shape as viewed from the axial direction, and a plurality of the cells that form the first flow path are aligned adjacent to each other in a first direction (y) that is parallel to one side of the quadrangular cell as viewed from the axial direction,
A plurality of the cells that form the second flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
a plurality of the cells that form the third flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
When viewed from the axial direction, in a second direction (z) perpendicular to the first direction, rows of cells that become the second flow path are arranged on both sides of the row of cells that become the first flow path, and rows of cells that become the third flow path are arranged outside the rows of cells on both sides,
In the row of cells forming the second flow path and the row of cells forming the third flow path, adjacent cells are in communication with each other via communication ports (23, 26) penetrating cell walls,
The hydrophobic porous wall is configured to allow water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path due to a vapor pressure difference generated by a temperature difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path, thereby separating the water to be treated into the purified water and concentrated water (d).
Yet another aspect of the present invention is a method for producing a semiconductor device comprising:
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer skin (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x), and the ceramic structure is housed in a casing (6),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are adjacently disposed with a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3) interposed therebetween,
The inside of the casing is partitioned into an atmospheric pressure chamber (63) communicating with the supply flow path and a reduced pressure chamber (64) communicating with the recovery flow path, and the cell forming the first flow path is arranged so as to communicate with at least the atmospheric pressure chamber, and the cell forming the second flow path is arranged so as to communicate only with the reduced pressure chamber,
the atmospheric pressure chamber is disposed vertically above the decompression chamber,
In the ceramic structure, the cells that form the first flow paths are open cells that open on an end face facing the atmospheric pressure chamber and an end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the second flow paths are single-stoppered cells that close the end face facing the atmospheric pressure chamber and open the end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the first flow paths and the cells that form the second flow paths are arranged adjacent to each other so that the openings and the closed portions are staggered on the end face facing the atmospheric pressure chamber,
In the membrane distillation section, the cell serving as the second flow path is depressurized by a vacuum pump (P4) provided in the recovery flow path,
The hydrophobic porous wall is configured to separate the water to be treated into purified water and concentrated water (d) by allowing water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path due to a pressure difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path.

上記構成の膜分離装置において、膜蒸留部の第1流路へ被処理水が供給されると、隣接する第2流路との間の疎水性多孔質壁を、蒸気圧差又は圧力差により水蒸気が透過して、第2流路から浄化水として回収される。水蒸気が分離された被処理水は、濃縮水として回収される。このとき、膜蒸留部の第1、第2流路及び疎水性多孔質壁が、セラミック構造体にて構成されているので、耐圧強度が向上し、被処理水に含まれる薬液等との反応による劣化のおそれも小さい。また、セラミック構造体は、多数のセルの内部空間を、第1、第2流路としており、それらを区画する疎水性多孔質壁が分離膜となるので、蒸留面積が増加する。これらにより、膜蒸留部の耐久性が向上し、また、被処理水の処理能力が向上して、浄化効率を高めることが可能になる。 In a membrane separation device configured as described above, when water to be treated is supplied to the first flow path of the membrane distillation unit, steam permeates the hydrophobic porous wall between the first flow path and the adjacent second flow path due to the vapor pressure difference or pressure difference, and is recovered as purified water from the second flow path. The water to be treated from which the steam has been separated is recovered as concentrated water. Because the first and second flow paths and the hydrophobic porous wall of the membrane distillation unit are constructed from a ceramic structure, pressure resistance is improved and there is little risk of deterioration due to reactions with chemicals or other substances contained in the water to be treated. Furthermore, the ceramic structure defines the internal spaces of numerous cells as the first and second flow paths, and the hydrophobic porous wall that separates them acts as a separation membrane, increasing the distillation area. These features improve the durability of the membrane distillation unit and the treatment capacity of the water to be treated, enabling increased purification efficiency.

以上のごとく、上記態様によれば、膜蒸留を利用した分離膜の耐久性と処理能力を高め、浄化水の回収率を向上させることができる膜分離装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above-described aspect, it is possible to provide a membrane separation device that can improve the durability and processing capacity of a separation membrane that utilizes membrane distillation, and can improve the recovery rate of purified water.
In addition, the symbols in parentheses in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and do not limit the technical scope of the present invention.

実施形態1における、膜分離装置を構成する膜蒸留部の正面図及び断面図。1A and 1B are a front view and a cross-sectional view of a membrane distillation section constituting a membrane separation device in embodiment 1. 実施形態1における、膜分離装置を構成する膜蒸留部の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a membrane distillation unit constituting a membrane separation device in the first embodiment. 実施形態1における、膜蒸留部の流路構成の説明図及びその部分拡大図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the flow path configuration of the membrane distillation unit in the first embodiment and a partially enlarged view thereof. 実施形態1における、膜分離装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a membrane separation device according to a first embodiment. 実施形態1における、膜分離装置を適用した水処理システムの説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a water treatment system to which a membrane separation device is applied in a first embodiment. 実施形態1における、膜分離装置の他の構成例を示す概略図。FIG. 4 is a schematic diagram showing another configuration example of the membrane separation device in the first embodiment. 実施形態1における、膜蒸留部のセル形状の他の例を示す模式図。FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of the cell shape of the membrane distillation section in the first embodiment. 実施形態1における、膜蒸留部のスリット位置の他の例を示す模式図。FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of the slit position of the membrane distillation section in the first embodiment. 実施形態2における、膜蒸留部の正面図及び断面図。FIG. 10 is a front view and a cross-sectional view of a membrane distillation unit in a second embodiment. 図9のA部拡大断面図及びそのX-X線矢視断面図。10 is an enlarged cross-sectional view of part A in FIG. 9 and a cross-sectional view taken along line XX. 実施形態2における、膜分離装置の概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a membrane separation device according to a second embodiment. 図9のB部拡大断面図及びその部分拡大図。10 is an enlarged cross-sectional view of part B in FIG. 9 and a partially enlarged view thereof. 図10のY-Y線矢視断面図及びZ-Z線矢視断面図。11A and 11B are cross-sectional views taken along the lines YY and ZZ in FIG. 10. 図10のC部拡大断面図。FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of part C in FIG. 10 . 図14のD部拡大断面図。FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of part D in FIG. 14 . 実施形態2における、膜蒸留部の被処理水の流れを説明するための図。FIG. 10 is a diagram illustrating the flow of water to be treated in the membrane distillation unit in the second embodiment. 実施形態2における、膜蒸留部の冷媒の流れを説明するための図。FIG. 10 is a diagram illustrating the flow of refrigerant in the membrane distillation section in the second embodiment. 図16のS-S線矢視断面図。17 is a cross-sectional view taken along the line S-S in FIG. 16. 実施形態3における、膜分離装置の概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a membrane separation device according to a third embodiment. 実施形態3における、膜蒸留部の流路構成の説明図及びその部分拡大図。FIG. 10 is an explanatory diagram of the flow path configuration of the membrane distillation section in embodiment 3 and a partially enlarged view thereof. 実施形態3における、膜蒸留部の端面の栓詰め構造を示す概略図。10 is a schematic diagram showing the plugging structure of the end face of the membrane distillation section in embodiment 3. FIG. 実施形態4における、膜分離装置の概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a membrane separation device according to a fourth embodiment. 実施形態4における、膜蒸留部の流路構成の説明図及びその部分拡大図。FIG. 10 is an explanatory diagram of the flow path configuration of the membrane distillation section in embodiment 4 and a partially enlarged view thereof. 実施形態4における、膜蒸留部の端面の栓詰め構造を示す概略図。10 is a schematic diagram showing the plugging structure of the end face of the membrane distillation section in embodiment 4. FIG.

(実施形態1)
膜分離装置に係る実施形態について、図1~図8を参照して説明する。
図2に示すように、本形態の膜分離装置1は、膜分離法の1つである膜蒸留法に基づくもので、被処理水d0が供給される供給流路11と、被処理水d0から分離される浄化水cが回収される回収流路12と、それらの間に設けられる膜蒸留部10とを備える。膜蒸留部10は、分離膜及び流路を構成するセラミック構造体2からなる。セラミック構造体2は、筒状の外皮21内が、軸方向xに延びる多数のセル22に区画されており、各セル22の内部空間は、被処理水d0又は浄化水c等の流体が流通する流路となっている。
(Embodiment 1)
An embodiment of a membrane separation device will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
As shown in Figure 2, the membrane separation device 1 of this embodiment is based on membrane distillation, which is one type of membrane separation method, and includes a supply flow path 11 to which water to be treated d0 is supplied, a recovery flow path 12 to which purified water c separated from the water to be treated d0 is recovered, and a membrane distillation unit 10 provided therebetween. The membrane distillation unit 10 is made of a ceramic structure 2 that constitutes a separation membrane and a flow path. The ceramic structure 2 has a cylindrical outer shell 21 that is partitioned into a number of cells 22 extending in the axial direction x, and the internal space of each cell 22 forms a flow path through which a fluid such as the water to be treated d0 or the purified water c flows.

図1に示すように、セラミック構造体2において、多数のセル22は、供給流路11に連通する第1流路41と、回収流路12に連通する第2流路42とを構成する。第1流路41となるセル22と、第2流路42となるセル22とは、セル壁となる疎水性多孔質壁3を介して、隣接して配置されている。疎水性多孔質壁3は、膜蒸留のためのセラミック分離膜として機能すると共に、多数のセル22を区画している。セラミック構造体2において、多数のセル22は、外皮21の近傍を除いて、セル壁となる疎水性多孔質壁3に囲まれて、同じ断面形状を有している。 As shown in FIG. 1, in the ceramic structure 2, a large number of cells 22 form a first flow path 41 that communicates with the supply flow path 11 and a second flow path 42 that communicates with the recovery flow path 12. The cells 22 that form the first flow path 41 and the cells 22 that form the second flow path 42 are arranged adjacent to each other via a hydrophobic porous wall 3 that serves as the cell wall. The hydrophobic porous wall 3 functions as a ceramic separation membrane for membrane distillation and also partitions the large number of cells 22. In the ceramic structure 2, the large number of cells 22 are surrounded by the hydrophobic porous wall 3 that serves as the cell wall, except for the vicinity of the outer skin 21, and have the same cross-sectional shape.

図2、図3に示すように、疎水性多孔質壁3は、第1流路41に面する側から、第2流路42に面する側へ、蒸気圧差により、水蒸気vを透過させて、被処理水d0を浄化水cと濃縮水dとに分離するよう構成されている。疎水性多孔質壁3は、好適には、多数の細孔32を有するセラミック基材31と、セラミック基材31の表面を被覆する疎水膜33とを有し、液体を透過させずに、水蒸気vを透過させるよう構成されている。セラミック基材31は、セラミック構造体2の基材を構成するものであり、その形状を維持しつつ水蒸気vの透過を妨げない、所定の多孔質に構成される。多数の細孔32は、隣接するセル22間を連通して、透過する水蒸気vの通路を形成する。 As shown in Figures 2 and 3, the hydrophobic porous wall 3 is configured to allow water vapor v to permeate from the side facing the first flow path 41 to the side facing the second flow path 42 due to the vapor pressure difference, separating the water to be treated d0 into purified water c and concentrated water d. The hydrophobic porous wall 3 preferably has a ceramic substrate 31 with numerous pores 32 and a hydrophobic membrane 33 covering the surface of the ceramic substrate 31, and is configured to allow water vapor v to permeate while not allowing liquid to permeate. The ceramic substrate 31 constitutes the base material of the ceramic structure 2 and is configured with a predetermined porosity that does not hinder the permeation of water vapor v while maintaining its shape. The numerous pores 32 connect adjacent cells 22, forming paths for the permeating water vapor v.

このように、膜蒸留部10の第1、第2流路41、42及び疎水性多孔質壁3が、セラミック構造体2にて構成されているので、耐圧強度が向上し、薬液等との反応による劣化のおそれも小さい。また、セラミック構造体2の多数のセル22の内部を流路とし、それらを区画する疎水性多孔質壁3が分離膜となるので、蒸留面積が増加し、耐久性及び処理能力が向上する。 In this way, the first and second flow paths 41, 42 and hydrophobic porous wall 3 of the membrane distillation section 10 are constructed from the ceramic structure 2, which improves pressure resistance and reduces the risk of deterioration due to reactions with chemicals, etc. Furthermore, the interiors of the numerous cells 22 of the ceramic structure 2 serve as flow paths, and the hydrophobic porous wall 3 that separates them serves as a separation membrane, increasing the distillation area and improving durability and processing capacity.

疎水膜33は、少なくとも第1流路41に面するセラミック基材31の表面を被覆して、セラミック基材31に疎水性を付与し、液体状の水(以下、液水と称する)が細孔32内に浸入することを阻止する。好適には、セラミック基材31を構成するセラミック粒子表面のほぼ全体が、疎水膜33にて被覆されることにより、セラミック基材31の細孔32にて形成される水蒸気vの通路の疎水性が向上する。 The hydrophobic film 33 coats at least the surface of the ceramic substrate 31 facing the first flow path 41, imparting hydrophobic properties to the ceramic substrate 31 and preventing liquid water (hereinafter referred to as liquid water) from penetrating into the pores 32. Preferably, almost the entire surface of the ceramic particles that make up the ceramic substrate 31 is coated with the hydrophobic film 33, thereby improving the hydrophobicity of the passages for water vapor v formed in the pores 32 of the ceramic substrate 31.

セラミック基材31は、例えば、アルミナ、シリカ、SiC、ジルコニア、コージェライト等のセラミック材料によって構成することができる。疎水膜33は、疎水性材料、好適には、炭化水素系又はフッ素系の撥水性材料によって構成することができる。疎水性多孔質壁3は、セラミック基材31となるセラミック材料の孔は微細であり、かつ、その表面に接触角が大きい疎水性材料の疎水膜33が形成されるため、液体が侵入するために必要な圧力が高くなる。そのため、疎水性多孔質壁3の内部へ、被処理水d0が液体の状態で浸み込み、反対側へ透過することはない。 The ceramic substrate 31 can be made of a ceramic material such as alumina, silica, SiC, zirconia, or cordierite. The hydrophobic membrane 33 can be made of a hydrophobic material, preferably a hydrocarbon-based or fluorine-based water-repellent material. The hydrophobic porous wall 3 has fine pores in the ceramic material that forms the ceramic substrate 31, and a hydrophobic membrane 33 made of a hydrophobic material with a large contact angle is formed on its surface, so the pressure required for liquid penetration is high. As a result, the water to be treated d0 penetrates the hydrophobic porous wall 3 in a liquid state and does not permeate to the other side.

好適には、図1において、第2流路42となるセル22に対して、第1流路41となるセル22とは反対側に隣接するセル22にて、被処理水d0よりも低温の冷媒rが流通する第3流路43を設けることができる。これにより、第1流路41と第2流路42との間に温度差が付与され、両流路に面する疎水性多孔質壁3の両側に蒸気圧差が生じる。そして、この蒸気圧差によって、冷媒rよりも高温の被処理水d0から蒸発した水蒸気vが、疎水性多孔質壁3を透過する(図3の左図参照)。水蒸気vは、第2流路42において、第3流路43に隣接する壁面に到達すると、低温の冷媒rによって冷却された壁面で冷やされ、凝縮して液水wとなる。 Preferably, in Figure 1, a third flow path 43 through which a refrigerant r having a lower temperature than the water to be treated d0 flows can be provided in the cell 22 adjacent to the cell 22 that forms the second flow path 42 on the opposite side from the cell 22 that forms the first flow path 41. This creates a temperature difference between the first flow path 41 and the second flow path 42, resulting in a vapor pressure difference on both sides of the hydrophobic porous wall 3 facing both flow paths. This vapor pressure difference causes water vapor v evaporated from the water to be treated d0, which is hotter than the refrigerant r, to permeate the hydrophobic porous wall 3 (see the left diagram in Figure 3). When the water vapor v reaches the wall surface adjacent to the third flow path 43 in the second flow path 42, it is cooled by the wall surface cooled by the low-temperature refrigerant r and condenses into liquid water w.

より詳細には、第1流路41内の高温の被処理水d0が、第1流路41に隣接する第2流路42内の空気を温めると、その中に多くの水蒸気vが存在することとなる。第3流路43内の冷媒rが、第3流路43に隣接する第2流路42内の空気を冷やすことで、冷やされた空気温度における飽和蒸気量を超えた水蒸気vが凝縮して液水wとなる。 More specifically, when the high-temperature water to be treated d0 in the first flow path 41 heats the air in the second flow path 42 adjacent to the first flow path 41, a large amount of water vapor v is present therein. The refrigerant r in the third flow path 43 cools the air in the second flow path 42 adjacent to the third flow path 43, causing the water vapor v, which exceeds the saturated vapor amount at the cooled air temperature, to condense and become liquid water w.

これにより、被処理水d0は、第1流路41を通過する間に、水蒸気vが分離されて、より濃縮された濃縮水dとなる。第2流路42の液水wは、壁面を伝って移動し回収される。このように、被処理水d0が流通する第1流路41と、冷媒rが流通する第3流路43との間に、エアギャップとなる第2流路42が配置される方式は、エアギャップ膜蒸留法(AGMD)と称される。 As a result, water vapor v is separated from the water to be treated d0 as it passes through the first flow path 41, turning it into more concentrated water d. The liquid water w in the second flow path 42 moves along the wall surface and is recovered. This method, in which the second flow path 42, which acts as an air gap, is arranged between the first flow path 41 through which the water to be treated d0 flows and the third flow path 43 through which the refrigerant r flows, is called air gap membrane distillation (AGMD).

具体的には、セラミック構造体2において、例えば、第1流路41又は第3流路43となるセル22は、両端が開口している開放セルであり、第2流路42となるセル22は、両端が閉鎖された栓詰めセルとして構成することができる。セラミック構造体2の一方の端面において、第1流路41には、一方の端部開口に供給流路11が接続される。供給流路11から供給される被処理水d0は、セラミック構造体2の一方の端面側から他方の端面側へ向けて流れ、第1流路41の他方の端部開口から導出流路11aへ、濃縮された被処理水d0(すなわち、濃縮水d)が導出される。第3流路43は、例えば、第1流路41と流れ方向を逆方向としており、被処理水d0の導出側に設けられる一方の端部開口を、冷媒流路13の導入側として、冷媒流路13の導出側が接続される、他方の端部開口へ向けて、冷媒rが供給される構成とすることができる。 Specifically, in the ceramic structure 2, for example, the cells 22 that form the first flow path 41 or the third flow path 43 can be open cells with both ends open, while the cells 22 that form the second flow path 42 can be plugged cells with both ends closed. At one end face of the ceramic structure 2, a supply flow path 11 is connected to one end opening of the first flow path 41. The water to be treated d0 supplied from the supply flow path 11 flows from one end face of the ceramic structure 2 to the other end face, and concentrated water to be treated d0 (i.e., concentrated water d) is discharged from the other end opening of the first flow path 41 to the discharge flow path 11a. The third flow path 43 can, for example, flow in the opposite direction to the first flow path 41. One end opening provided on the discharge side of the water to be treated d0 can serve as the inlet side of the refrigerant flow path 13, and the refrigerant r can be supplied toward the other end opening connected to the discharge side of the refrigerant flow path 13.

より具体的には、セラミック構造体2のセル22は、例えば、軸方向xから見た形状が四角形状である四角形セルとすることができ、四角形の隣り合う二辺に対応する方向(例えば、図1中に示す水平方向y及び垂直方向z)において、互いに平行に整列して配置されている。具体的には、軸方向xから見て四角形セルの一辺と平行な第1の方向(ここでは、水平方向y)において、第1流路41となる複数のセル22は、互いに隣接して整列している。なお、ここでいう「水平」は便宜的な表現であり、必ずしも図1における水平方向yを水平にした状態で、セラミック構造体2が用いられることを示すものではない。 More specifically, the cells 22 of the ceramic structure 2 can be, for example, quadrangular cells that are rectangular when viewed from the axial direction x, and are aligned parallel to each other in directions corresponding to two adjacent sides of the quadrangle (for example, the horizontal direction y and vertical direction z shown in FIG. 1). Specifically, in a first direction (here, the horizontal direction y) parallel to one side of the quadrangular cell when viewed from the axial direction x, the multiple cells 22 that form the first flow path 41 are aligned adjacent to each other. Note that "horizontal" here is a convenient expression and does not necessarily indicate that the ceramic structure 2 is used with the horizontal direction y in FIG. 1 horizontal.

また、第1の方向と直交する第2の方向(ここでは、垂直方向z)において、第1流路41又は第3流路43となるセル22は、第2流路42となるセル22を挟んで、交互に配置されており、第2流路42となるセル22のみ、両端が栓詰めされている。なお、水平方向yにおいて、第2流路42となる複数のセル22は、互いに隣接して整列しており、同様に、第3流路43となる複数のセル22も、互いに隣接して整列している。 In addition, in a second direction (here, the vertical direction z) perpendicular to the first direction, the cells 22 that become the first flow path 41 or the third flow path 43 are arranged alternately, sandwiching the cells 22 that become the second flow path 42, and only the cells 22 that become the second flow path 42 are plugged at both ends. In the horizontal direction y, the multiple cells 22 that become the second flow path 42 are aligned adjacent to one another, and similarly, the multiple cells 22 that become the third flow path 43 are aligned adjacent to one another.

第2流路42となるセル22は、例えば、隣り合う他のセル22との間のセル壁に形成された、連通口としてのスリット23を介して、当該他のセル22と連通している。水平方向yに隣接する複数のセル22が、言い換えれば、第1流路41と第3流路43との間に挟まれる各列のセル22同士が、互いにスリット23を介して連通する構成とすることができる。スリット23は、具体的には、各列において隣り合うセル22間を、凝縮水が流通可能となるように、セル壁を貫通して設けられる。好適には、セル壁の強度を維持可能な適度な大きさに形成される。 Cells 22 forming the second flow paths 42 are in communication with other adjacent cells 22, for example, via slits 23 formed in the cell walls between the adjacent cells 22 as communication ports. A configuration can be adopted in which multiple adjacent cells 22 in the horizontal direction y, in other words, the cells 22 in each row sandwiched between the first flow path 41 and the third flow path 43, are in communication with each other via the slits 23. Specifically, the slits 23 are provided through the cell walls so that condensed water can flow between adjacent cells 22 in each row. Preferably, the slits 23 are formed to an appropriate size that can maintain the strength of the cell walls.

第2流路42のスリット23は、各列の複数のセル22について、それぞれ軸方向xの同等位置に、同等幅及び長さで設けられ、凝縮した液水wを、セラミック構造体2の外部へ導出するための流路となる。好適には、各セル22の軸方向xにおいて、低温の冷媒rの供給側(すなわち、被処理水d0の導出側)の端部に近い位置において、セル壁を切り欠いて、軸方向xに延びるスリット23を形成することができる。より低温となる供給側の冷媒rと接する位置に、スリット23が配置されることにより、水蒸気vを効率よく凝縮させて回収することができる。 The slits 23 of the second flow path 42 are provided in each row of multiple cells 22 at equivalent positions in the axial direction x, with equivalent widths and lengths, and serve as flow paths for conducting condensed liquid water w to the outside of the ceramic structure 2. Preferably, the slits 23 extending in the axial direction x can be formed by cutting out the cell wall at a position in the axial direction x of each cell 22 near the end on the supply side of the low-temperature refrigerant r (i.e., the outlet side of the water to be treated d0). By locating the slits 23 at a position in contact with the supply-side refrigerant r, which has a lower temperature, the water vapor v can be efficiently condensed and recovered.

図2において、セラミック構造体2の外周側面となる外皮21には、各列のスリット23に対応する位置に略同等形状のスリットからなる第1開口部24が設けられる。第2流路42において凝縮した液水wは、各列のスリット23を経て第1開口部24から導出されて、浄化水cとして回収流路12へ回収される。液水wの凝縮熱は、第3流路43を通過する冷媒rが受け取り、ある程度温められて、セラミック構造体2の外部へ導出される。 In Figure 2, the outer skin 21, which forms the outer peripheral side of the ceramic structure 2, has first openings 24 consisting of slits of approximately the same shape at positions corresponding to each row of slits 23. Liquid water w condensed in the second flow path 42 passes through each row of slits 23 and is discharged from the first openings 24 and recovered as purified water c into the recovery flow path 12. The heat of condensation of the liquid water w is received by the refrigerant r passing through the third flow path 43, where it is warmed to a certain extent and discharged to the outside of the ceramic structure 2.

図4に示すように、膜分離装置1は、好適には、被処理水d0を加熱する加熱部5を、さらに有する。加熱部5は、第3流路43を通過後かつ第1流路41に導入前の被処理水d0を加熱するように配置されている。これにより、加熱された被処理水d0を供給流路11へ供給して、冷媒rとの温度差を大きくすることができる。さらに、加熱前の被処理水d0を、冷媒rとして使用することができる。図中には、膜蒸留部10に設けられる流路への流体の流れを模式的に示しており、被処理水d0は、まず、冷媒流路13に供給され、膜蒸留部10の第3流路43において、常温の冷媒rとして使用された後に、加熱部5を経由して、供給流路11へ供給される。なお、図中に白抜矢印で示すように、膜蒸留部10において、熱移動が生じ、水蒸気vが凝縮して液水wとなる際の凝縮熱にて、冷媒rが温められる。 As shown in FIG. 4, the membrane separation device 1 preferably further includes a heating unit 5 that heats the water to be treated d0. The heating unit 5 is positioned to heat the water to be treated d0 after it has passed through the third flow path 43 and before it is introduced into the first flow path 41. This allows the heated water to be treated d0 to be supplied to the supply flow path 11, increasing the temperature difference with the refrigerant r. Furthermore, the water to be treated d0 before it is heated can be used as the refrigerant r. The figure schematically shows the fluid flow through the flow paths provided in the membrane distillation unit 10. The water to be treated d0 is first supplied to the refrigerant flow path 13 and used as room-temperature refrigerant r in the third flow path 43 of the membrane distillation unit 10. After that, it is supplied to the supply flow path 11 via the heating unit 5. Note that, as indicated by the hollow arrows in the figure, heat transfer occurs in the membrane distillation unit 10, and the refrigerant r is warmed by the heat of condensation generated when water vapor v condenses into liquid water w.

第3流路43の導入側において、冷媒流路13には、バルブV1及びポンプP1が配置されて、バルブV1により流量を調整しながら、被処理水d0を膜蒸留部10へ送出している。前述したように、膜蒸留部10において、被処理水d0が流通する第1流路41と、冷媒rが流れる第3流路43とは、第2流路42を挟んで対向すると共に、流れ方向は、逆方向となっている。第2流路42に接続される回収流路12には、浄化水cを送り出すポンプP2が設けられる。 A valve V1 and a pump P1 are arranged in the refrigerant flow path 13 on the inlet side of the third flow path 43, and the water to be treated d0 is sent to the membrane distillation unit 10 while the flow rate is adjusted by the valve V1. As described above, in the membrane distillation unit 10, the first flow path 41 through which the water to be treated d0 flows and the third flow path 43 through which the refrigerant r flows are opposite each other across the second flow path 42, and flow in opposite directions. A pump P2 that sends out purified water c is provided in the recovery flow path 12 connected to the second flow path 42.

加熱部5は、冷媒流路13の導出側と、供給流路11との間に設けられて、被処理水d0を所望の温度となるように、例えば、40℃以上に加熱する。さらに好ましくは、被処理水d0を、60℃以上に加熱する。これにより、第1流路41と第2流路42との間に、膜蒸留の発現に必要な所望の温度差が付与される。加熱部5の具体的な構成例については、後述する。このようにすると、膜分離装置1に供給される被処理水d0を利用して、エアギャップ膜蒸留方式の膜蒸留部10を構成し、効率よく浄化水cを回収できる。ここで、所望の温度差とは、第2流路42内の温められた空気が冷やされることにより、空気内の水蒸気vが凝縮して所望の量の液水wが得られる温度差である。 The heating unit 5 is located between the outlet side of the refrigerant flow path 13 and the supply flow path 11 and heats the water to be treated d0 to a desired temperature, for example, 40°C or higher. More preferably, the water to be treated d0 is heated to 60°C or higher. This creates the desired temperature difference between the first flow path 41 and the second flow path 42 required for membrane distillation. Specific configuration examples of the heating unit 5 will be described later. In this way, the water to be treated d0 supplied to the membrane separation device 1 is used to form a membrane distillation unit 10 using an air gap membrane distillation method, allowing for efficient recovery of purified water c. Here, the desired temperature difference is the temperature difference at which the heated air in the second flow path 42 is cooled, causing the water vapor v in the air to condense and obtain the desired amount of liquid water w.

このような膜分離装置1は、図5に示す水処理システム100に適用されて、膜分離工程に用いられるセラミック膜分離装置300を構成することができる。膜分離工程には、セラミック膜分離装置300の前段に、逆浸透膜分離装置200が設けられる。水処理システム100は、例えば、工場Fから排出される工場排水等を浄化処理するシステムとして構成されるものであり、セラミック膜分離装置300には、逆浸透膜分離装置200で処理された1次濃縮水d1が、被処理水d0として供給される。なお、工場排水に限らず、工場Fにおける各種工程で使用される洗浄液の分離・回収のためのシステムや、さらには、海水淡水化のためのシステム等に適用することもできる。 Such a membrane separation device 1 can be applied to the water treatment system 100 shown in Figure 5 to form a ceramic membrane separation device 300 used in the membrane separation process. In the membrane separation process, a reverse osmosis membrane separation device 200 is provided upstream of the ceramic membrane separation device 300. The water treatment system 100 is configured as a system for purifying industrial wastewater discharged from a factory F, for example, and the ceramic membrane separation device 300 is supplied with primary concentrated water d1 treated in the reverse osmosis membrane separation device 200 as water to be treated d0. Note that the system can also be applied to systems for separating and recovering cleaning solutions used in various processes in the factory F, as well as systems for desalination of seawater, in addition to industrial wastewater.

工場排水等の被処理水d0は、前処理装置101にて前処理された後に、前処理水dpとして逆浸透膜分離装置200へ供給され、第1浄化水c1が回収されると共に、分離された1次濃縮水d1が、セラミック膜分離装置300に供給される。ここでは、逆浸透膜分離装置200とセラミック膜分離装置300との間に、加熱部5を配置しているが、便宜的なものであり、前述した図4のように、セラミック膜分離装置300の内部に組み込むことができる。いずれの場合も、加熱された1次濃縮水d1が、被処理水d0として膜蒸留部10に供給され、膜蒸留部10において、第2浄化水c2が回収される。被処理水d0から第2浄化水c2が分離された濃縮水dは、2次濃縮水d2として、後段の蒸発装置400及び晶析装置500に順次送られる。 Water to be treated d0, such as industrial wastewater, is pretreated in a pretreatment device 101 and then supplied to a reverse osmosis membrane separation device 200 as pretreated water dp. The first purified water c1 is recovered, and the separated primary concentrated water d1 is supplied to a ceramic membrane separation device 300. Here, a heating unit 5 is placed between the reverse osmosis membrane separation device 200 and the ceramic membrane separation device 300. This is for convenience; as shown in Figure 4, it can be incorporated into the ceramic membrane separation device 300. In either case, the heated primary concentrated water d1 is supplied to a membrane distillation unit 10 as water to be treated d0, and second purified water c2 is recovered in the membrane distillation unit 10. The concentrated water d, obtained by separating the second purified water c2 from the water to be treated d0, is then sent sequentially to a downstream evaporator 400 and crystallizer 500 as secondary concentrated water d2.

前処理装置101は、被処理水d0中の多種の含有物質を除去する装置であり、例えば、工場排水の場合には、油分分離、生物処理、凝集処理、分離膜等の種々の処理を、適宜行うことができる。工場排水中の含有物質としては、例えば、油、高COD物質、重金属、フッ化物、リン酸化合物、Cl、SO4、Na、Mg、CaCO3(炭酸カルシウム)等がある。なお、高COD物質は、化学的酸素要求量(COD)が高い物質をいう。前処理装置101によって工場排水から含有物質を一定程度以上除去した後の前処理水dpが、逆浸透膜分離装置200に供給される。この前処理水dpには、主として塩分が含有されており、この塩分を、逆浸透膜分離装置200以降の工程において除去する。 The pretreatment device 101 is a device for removing various substances contained in the water to be treated d0. For example, in the case of industrial wastewater, various treatments such as oil separation, biological treatment, coagulation treatment, and membrane separation can be performed as appropriate. Substances contained in industrial wastewater include, for example, oil, high COD substances, heavy metals, fluoride, phosphate compounds, Cl, SO 4 , Na, Mg, and CaCO 3 (calcium carbonate). High COD substances refer to substances with a high chemical oxygen demand (COD). After removing a certain amount of substances from the industrial wastewater using the pretreatment device 101, the pretreated water dp is supplied to the reverse osmosis membrane separation device 200. This pretreated water dp mainly contains salt, which is removed in processes following the reverse osmosis membrane separation device 200.

逆浸透膜分離装置200は、例えば、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド等の有機膜を、逆浸透膜として備える。逆浸透膜分離装置200においては、前処理水dp側であって1次濃縮水d1側の圧力を、浸透圧よりも高くするように加圧することで、前処理水dp中の水を、逆浸透膜に透過させる。これにより、第1浄化水c1を得る。ただし、1次濃縮水d1の濃度が高くなると、浸透圧が高くなるため、逆浸透膜の耐圧強度等を考慮すると、1次濃縮水d1の濃縮には限界がある。それゆえ、1次濃縮水d1における塩分濃度は、一定程度(例えば約8%)までしか高められない。 The reverse osmosis membrane separation device 200 uses an organic membrane, such as cellulose acetate or aromatic polyamide, as the reverse osmosis membrane. In the reverse osmosis membrane separation device 200, the pressure on the pretreated water dp side and the primary concentrated water d1 side is increased so that it is higher than the osmotic pressure, causing the water in the pretreated water dp to pass through the reverse osmosis membrane. This produces first purified water c1. However, as the concentration of the primary concentrated water d1 increases, the osmotic pressure also increases. Therefore, considering the pressure resistance of the reverse osmosis membrane, there is a limit to how much the primary concentrated water d1 can be concentrated. Therefore, the salt concentration in the primary concentrated water d1 can only be increased to a certain level (e.g., approximately 8%).

そこで、水処理システム100において、逆浸透膜分離装置200の後段に、セラミック膜分離装置300として、本形態の膜分離装置1を設けている。前述したように、膜分離装置1は、セラミック構造体2を膜蒸留部10に用いて、1次濃縮水d1から蒸発した水蒸気vを疎水性多孔質壁3に透過させ、第2浄化水c2を得ている。セラミック構造体2のセル22内を流路とし、セル22を区画するセル壁を疎水性多孔質壁3とすることにより、耐圧強度に優れると共に、処理面積が大きい膜分離装置とすることができる。 Therefore, in the water treatment system 100, the membrane separation device 1 of this embodiment is provided as a ceramic membrane separation device 300 downstream of the reverse osmosis membrane separation device 200. As described above, the membrane separation device 1 uses the ceramic structure 2 in the membrane distillation section 10, and allows water vapor v evaporated from the primary concentrated water d1 to pass through the hydrophobic porous wall 3, obtaining second purified water c2. By using the cells 22 of the ceramic structure 2 as a flow path and using the hydrophobic porous wall 3 as the cell walls that separate the cells 22, a membrane separation device with excellent pressure resistance and a large treatment area can be achieved.

これにより、2次濃縮水d2の濃度を高めて、後段の蒸発工程の負担を低減することができる。蒸発装置400は、加熱又は減圧することによって、あるいは加熱と減圧とを組み合わせることによって、2次濃縮水d2を蒸発させ、蒸留水c3として回収する。晶析装置500は、蒸留水c3が蒸発した後に残った3次濃縮水d3を、加熱することによって蒸発させ、蒸留水c4として回収する。 This increases the concentration of the secondary concentrated water d2, reducing the burden on the subsequent evaporation process. The evaporation device 400 evaporates the secondary concentrated water d2 by heating or reducing the pressure, or by combining heating and reducing the pressure, and recovers it as distilled water c3. The crystallization device 500 heats and evaporates the tertiary concentrated water d3 remaining after the distilled water c3 has evaporated, and recovers it as distilled water c4.

水処理システム100の各装置において取り出された第1浄化水c1、第2浄化水c2、蒸留水c3、蒸留水c4は、回収されて再利用することができる。なお、晶析装置500では、蒸留水c4が蒸発した後に、不純物d4の結晶が残る。不純物d4としては種々の物質が残り得るので、その種類によって、有価物として利用したり、産業廃棄物として廃棄したりすることができる。 The first purified water c1, second purified water c2, distilled water c3, and distilled water c4 extracted from each device in the water treatment system 100 can be recovered and reused. In the crystallization device 500, after the distilled water c4 evaporates, crystals of impurities d4 remain. Various substances can remain as impurities d4, and depending on the type, they can be used as valuable resources or disposed of as industrial waste.

図6に変形例として示すように、好適には、上記図4に示した膜分離装置1において、膜蒸留部10から導出される濃縮水d(2次濃縮水d2)を循環させる、循環式のエアギャップ膜蒸留方式の装置とすることができる。具体的には、被処理水d0(1次濃縮水d1)が供給される流路のバルブV1とポンプP1との間に、被処理水d0を貯留するタンクT1と、被処理水d0を所定の低温の冷媒rとするためのチラーC1とが設けられる。タンクT1には、導出流路11aが接続され、被処理水d0の循環流路11bを形成する。1次濃縮水d1と2次濃縮水d2を貯留するタンクを別々に設けることもできる。 As shown as a modified example in Figure 6, the membrane separation device 1 shown in Figure 4 above can preferably be configured as a circulating air-gap membrane distillation system in which the concentrated water d (secondary concentrated water d2) extracted from the membrane distillation section 10 is circulated. Specifically, between the valve V1 and pump P1 in the flow path to which the water to be treated d0 (primary concentrated water d1) is supplied, a tank T1 for storing the water to be treated d0 and a chiller C1 for converting the water to be treated d0 into a predetermined low-temperature refrigerant r are provided. An outlet flow path 11a is connected to the tank T1, forming a circulation flow path 11b for the water to be treated d0. Separate tanks for storing the primary concentrated water d1 and the secondary concentrated water d2 can also be provided.

これにより、被処理水d0を膜蒸留部10へ送る前に、チラーC1にて常温より低い一定温度に維持し、より低温の冷媒rとして冷媒流路13から第3流路43へ送り出すことができる。冷媒rは、膜蒸留部10において、第2流路42との間のセル壁を冷却し、水蒸気vが凝縮する際の凝縮熱を受け取り、さらに、加熱部5において、所望の温度となるように温められる。加熱部5は、例えば、熱交換器51や電気式ヒータ等の加熱器52であり、いずれか一方又は両方が設けられる。熱交換器51において、冷媒rと熱交換を行う熱交換媒体には、例えば、水処理システム100又は外部の装置にて発生する廃熱を含む流体が用いられる。そして、温められた冷媒rは再び第1流路41に供給され、被処理水d0として機能する。 As a result, before sending the water to be treated d0 to the membrane distillation unit 10, the chiller C1 maintains the water at a constant temperature lower than room temperature, allowing it to be sent from the refrigerant flow path 13 to the third flow path 43 as a lower-temperature refrigerant r. In the membrane distillation unit 10, the refrigerant r cools the cell wall between the membrane distillation unit 10 and the second flow path 42, receives the heat of condensation when the water vapor v condenses, and is then heated to the desired temperature in the heating unit 5. The heating unit 5 is, for example, a heat exchanger 51 or a heater 52 such as an electric heater, and either one or both may be provided. In the heat exchanger 51, the heat exchange medium that exchanges heat with the refrigerant r is, for example, a fluid containing waste heat generated in the water treatment system 100 or an external device. The heated refrigerant r is then supplied back to the first flow path 41 and functions as the water to be treated d0.

第2流路42で凝縮した液水wは、浄化水c(2次浄化水c2)として回収され、被処理水d0は、凝縮した液水wの分だけ濃縮されて、濃縮水d(2次濃縮水d2)として、タンクTへ戻される。このようにして、被処理水d0を濃縮して膜蒸留部10へ循環させることができ、これを繰り返すことで、さらに濃縮された濃縮水dとすることができ、浄化水cの回収効率を高めることができる。また、冷媒rとして第3流路43へ循環させる際に、チラーC1で冷却することにより、加熱部5を通過して、第1流路41へ供給される被処理水d0との温度差をより大きくして、浄化水cの回収効率を高めることができる。 The liquid water w condensed in the second flow path 42 is recovered as purified water c (secondary purified water c2), and the water to be treated d0 is concentrated by the amount of the condensed liquid water w and returned to the tank T as concentrated water d (secondary concentrated water d2). In this way, the water to be treated d0 can be concentrated and circulated to the membrane distillation unit 10. By repeating this process, even more concentrated concentrated water d can be obtained, thereby increasing the recovery efficiency of purified water c. In addition, by cooling the refrigerant r with the chiller C1 when circulating it to the third flow path 43, the temperature difference with the water to be treated d0 that passes through the heating unit 5 and is supplied to the first flow path 41 can be further increased, thereby increasing the recovery efficiency of purified water c.

このように、本形態の膜分離装置1は、エアギャップ膜蒸留方式の装置として構成され、疎水性多孔質壁3を水蒸気vが通過する際の駆動力として、温水側の蒸気圧と冷水側の蒸気圧との差を利用する。すなわち、エアギャップとなる第2流路42の両側に、高温の被処理水d0が流れる第1流路41と、冷媒r(低温の被処理水d0)が流れる第3流路43とを配置して、疎水性多孔質壁3の第1流路41側の界面で生じる水蒸気vを、第2流路42側へ透過させて、膜蒸留を行う。これにより、安定した処理を継続して行うことができ、浄化効率を向上させることができる。 In this way, the membrane separation device 1 of this embodiment is configured as an air-gap membrane distillation device, and uses the difference in vapor pressure between the hot water side and the cold water side as the driving force when water vapor v passes through the hydrophobic porous wall 3. That is, a first flow path 41 through which high-temperature water to be treated d0 flows and a third flow path 43 through which refrigerant r (low-temperature water to be treated d0) flows are arranged on both sides of the second flow path 42, which serves as an air gap. Water vapor v generated at the interface on the first flow path 41 side of the hydrophobic porous wall 3 is permeated to the second flow path 42 side, performing membrane distillation. This allows for stable, continuous treatment and improves purification efficiency.

また、本形態では、被処理水d0を冷却して冷媒rとして機能させ、さらに冷媒rを加熱して被処理水d0として機能させる循環式の膜分離装置1としている。これにより、被処理水d0と別の冷媒rを用意する必要がないという効果以外にも、以下の効果を奏する。すなわち、被処理水d0は、第1流路41を通過するにつれて、温度が低下するため、その被処理水d0を冷媒rとして機能させるようにするために、被処理水d0に追加して与える冷却エネルギを少なくできる。さらに冷媒rは、第3流路43を通過するにつれて、潜熱で温度がある程度上昇しているため、その冷媒rを被処理水d0として機能させるようにするために、冷媒rに追加して与える加熱エネルギを少なくできる。これにより、浄化水cを回収する水処理システム100における消費エネルギを低減することができる。 In addition, this embodiment uses a circulation-type membrane separation device 1 that cools the water to be treated d0 to function as refrigerant r, and then heats the refrigerant r to function as the water to be treated d0. This not only eliminates the need to prepare a refrigerant r separate from the water to be treated d0, but also provides the following advantages. Because the temperature of the water to be treated d0 decreases as it passes through the first flow path 41, less cooling energy needs to be added to the water to be treated d0 to enable it to function as refrigerant r. Furthermore, because the temperature of the refrigerant r rises to a certain extent due to latent heat as it passes through the third flow path 43, less heating energy needs to be added to the refrigerant r to enable it to function as the water to be treated d0. This reduces energy consumption in the water treatment system 100 that recovers purified water c.

図7に示すように、膜蒸留部10に形成される第1~第3流路41~43の流路形状は、四角形に限らず、例えば、六角形とすることもできる。その場合にも、第1流路41と第2流路42との間の疎水性多孔質壁3において、膜蒸留により水蒸気v透過させて回収することができる。このように、膜蒸留部10の流路形状、すなわち、セラミック構造体2のセル22の断面形状は、四角形、六角形等の多角形、円形その他、任意の断面形状とすることができる。 7, the flow path shapes of the first to third flow paths 41 to 43 formed in the membrane distillation unit 10 are not limited to a rectangle, but can also be, for example, a hexagon. In this case, water vapor v can be passed through the hydrophobic porous wall 3 between the first flow path 41 and the second flow path 42 and recovered by membrane distillation. In this way, the flow path shape of the membrane distillation unit 10, i.e., the cross-sectional shape of the cells 22 of the ceramic structure 2, can be any cross-sectional shape, such as a polygon such as a rectangle or hexagon, or a circle.

また、膜蒸留部10の第2流路42に形成されるスリット23の配置も、特に制限されるものではなく、例えば、図8に示すように、スリット23を、軸方向xの複数個所に設けてもよい。ここでは、一例として、軸方向xの一方の端部側の2個所を切り欠いて、同等形状のスリット23を配置した例を示している。第3流路43を挟んで、隣り合う第2流路42についても、同等位置にスリット23が配置される。なお、連通口としては、切り欠き状のスリット23に限らず、例えば、スリット23と同等の開口面積を有する長方形穴、楕円形穴、円形穴等の任意形状の貫通穴としてもよい。このように、連通口の形状や個数は、隣り合うセル22間を連通して、所望の開口面積又は流量が確保されるように、任意に設定することができる。その場合には、外皮21に設けられる第1開口部24も同等形状とすることができる。 Furthermore, the arrangement of the slits 23 formed in the second flow path 42 of the membrane distillation unit 10 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 8, the slits 23 may be provided at multiple locations in the axial direction x. Here, as an example, an example is shown in which two notches are cut out at one end of the axial direction x and slits 23 of the same shape are arranged. Slits 23 are also arranged at equivalent positions in the adjacent second flow paths 42 across the third flow path 43. Note that the communication openings are not limited to notched slits 23; for example, they may be through-holes of any shape, such as rectangular, elliptical, or circular holes, with an opening area equivalent to that of the slits 23. In this way, the shape and number of the communication openings can be set as desired to connect adjacent cells 22 and ensure the desired opening area or flow rate. In this case, the first openings 24 provided in the outer skin 21 can also be of the same shape.

スリット23を介して互いに連通する各列の複数の第2流路42については、軸方向xにおけるスリット23は、同等位置に設けられる。このようにすると、スリット23の配置が偏らず、あるいは、軸方向xに配置されるスリット23の数を増加させて、セラミック構造体2の外周側面に設けられる第1開口部24から、効率よく浄化水cを回収することができる。なお、スリット23は、一対の第1開口部24の間に貫通流路が形成されるよう配置してもよいし、流路が貫通しない配置でもよい。後者の場合には、一対の第1開口部24の一方と連通する2つの流路が形成されるように、スリット23が配置される。例えば、水平方向yの中間位置のセル壁の1つにスリット23を設けない構成とすると、中間位置を挟んで両側へ、第2流路42で凝縮した液水wが流れる2つの流路となる。この2つの流路は、必ずしも一直線上に配置されている必要はなく、軸方向xにおいて、異なる位置にあってもよい。その場合には、スリット23を設けないセル壁を、中間位置に設けず、例えば、2つの流路が軸方向xに重なるように配置してもよい。このように、連通口及び第1開口部24にて形成される流路は、浄化水cを回収流路12へ回収できるように構成されていればよい。 For each row of multiple second flow paths 42 that communicate with each other via the slits 23, the slits 23 are positioned at equal positions in the axial direction x. This arrangement ensures that the slits 23 are not unevenly positioned, or the number of slits 23 positioned in the axial direction x can be increased, allowing for efficient recovery of purified water c from the first openings 24 formed on the outer circumferential side of the ceramic structure 2. The slits 23 may be positioned so that a through flow path is formed between a pair of first openings 24, or they may be positioned so that no flow path penetrates through. In the latter case, the slits 23 are positioned so that two flow paths are formed that communicate with one of the pair of first openings 24. For example, if a slit 23 is not provided in one of the cell walls at a central position in the horizontal direction y, two flow paths will be formed through which liquid water w condensed in the second flow paths 42 flows to both sides of the central position. These two flow paths do not necessarily need to be positioned in a straight line and may be positioned at different positions in the axial direction x. In this case, the cell wall without the slit 23 may not be located in the middle position, and the two flow paths may be arranged so that they overlap in the axial direction x. In this way, the flow path formed by the communication port and the first opening 24 only needs to be configured so that the purified water c can be recovered into the recovery flow path 12.

(実施形態2)
本形態は、図9~図18に示すごとく、膜分離装置1の詳細構成例である。本形態においても、膜分離装置1は、エアギャップ膜蒸留法を利用した膜蒸留部10を備えており、前述した図5の水処理システム100におけるセラミック膜分離装置300として、好適である。ここでは、前述した図6の循環式の装置構成へ適用した例として、以下、相違点を中心に説明する。その他の膜分離装置1の基本構成は、実施形態1と同様である。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Embodiment 2)
This embodiment is an example of a detailed configuration of a membrane separation apparatus 1, as shown in Figures 9 to 18. In this embodiment, the membrane separation apparatus 1 also includes a membrane distillation section 10 that utilizes an air gap membrane distillation method, and is suitable as the ceramic membrane separation apparatus 300 in the water treatment system 100 shown in Figure 5. Here, as an example of application to the circulation-type apparatus configuration shown in Figure 6, differences will be mainly described below. The rest of the basic configuration of the membrane separation apparatus 1 is the same as in embodiment 1.
Note that, among the symbols used in the second and subsequent embodiments, the same symbols as those used in the previous embodiments represent the same components, etc. as those in the previous embodiments, unless otherwise specified.

図9、図10に示すように、本形態において、膜蒸留部10を構成するセラミック構造体2は、内部に形成される流路のうち第1流路41のみが、両端が開口する開放セルにて構成される。第2流路42及び第3流路43は、両端が閉鎖された栓詰めセルにて構成される。セラミック構造体2の側面には、第2流路42に連通する第1開口部24に加えて、第3流路43に連通する第2開口部25が設けられる。セラミック構造体2の内部には、第2流路42となるセル22のスリット23に加えて、第3流路43となるセル22に、複数のスリット26が設けられる。 As shown in Figures 9 and 10, in this embodiment, the ceramic structure 2 constituting the membrane distillation unit 10 has flow paths formed therein, and only the first flow path 41 is composed of open cells with both ends open. The second flow path 42 and the third flow path 43 are composed of plugged cells with both ends closed. In addition to a first opening 24 communicating with the second flow path 42, a second opening 25 communicating with the third flow path 43 is provided on the side of the ceramic structure 2. Inside the ceramic structure 2, in addition to slits 23 in the cells 22 that form the second flow path 42, multiple slits 26 are provided in the cells 22 that form the third flow path 43.

図11に示すように、膜蒸留部10を構成するセラミック構造体2の全体が、ケーシング6に収容されている。ケーシング6は一端閉鎖の筒状体である本体部61と、本体部61の開口側外周に覆着固定される蓋状の大径部62とからなる。大径部62の内部には、セラミック構造体2の一方の端面側にテーパ状の流路14が形成されている。テーパ状の流路14の小径側には、供給流路11となる配管が接続される。流路14の大径側は、セラミック構造体2の外径と概略一致する大きさを有し、流路14を介して、セラミック構造体2内部の多数の第1流路41(図略)と、供給流路11とが連通する。流路14との接続端部外周には、シール部材S1が装着されて液密封止される。 As shown in Figure 11, the entire ceramic structure 2 that constitutes the membrane distillation section 10 is housed in a casing 6. The casing 6 consists of a main body 61, which is a cylindrical body closed at one end, and a lid-like large-diameter section 62 that is fixed to the outer periphery of the open side of the main body 61. A tapered flow path 14 is formed inside the large-diameter section 62 on one end face of the ceramic structure 2. A pipe that serves as the supply flow path 11 is connected to the small-diameter side of the tapered flow path 14. The large-diameter side of the flow path 14 has a size that roughly matches the outer diameter of the ceramic structure 2, and the supply flow path 11 communicates with multiple first flow paths 41 (not shown) inside the ceramic structure 2 via the flow path 14. A seal member S1 is attached to the outer periphery of the connection end with the flow path 14 to provide a liquid-tight seal.

セラミック構造体2の外周には、本体部61が取り付けられる。本体部61の閉鎖端面には、中央部を貫通する開口部にて、第1流路41の導出側に連通する導出流路11aが設けられる。本体部61には、閉鎖側の端部外周に開口し、第1開口部24を介して第2流路42(図略)に連通する流路15が設けられ、図示しない回収流路12と接続される。これにより、第2流路42の第1開口部24から導出される浄化水cは、セラミック構造体2の外周面と本体部61の内周面との間の空間部を介して、流路15から回収流路12へ回収される。 A main body 61 is attached to the outer periphery of the ceramic structure 2. An outlet flow path 11a is provided on the closed end surface of the main body 61, communicating with the outlet side of the first flow path 41 at an opening that penetrates the center. The main body 61 is provided with a flow path 15 that opens on the outer periphery of the closed end and communicates with the second flow path 42 (not shown) via the first opening 24, and is connected to the recovery flow path 12 (not shown). As a result, purified water c that is discharged from the first opening 24 of the second flow path 42 is recovered from the flow path 15 to the recovery flow path 12 via the space between the outer periphery of the ceramic structure 2 and the inner periphery of the main body 61.

また、本体部61の筒部外周には、対向位置に、冷媒流路13となる一対の配管が取り付けられ、その一方から他方へ向けて冷媒rが供給される。筒部内周面と、セラミック構造体2の外周面との間には、第3流路43の第2開口部25に連通する空間部が形成され、この空間部に供給される冷媒rが、第3流路43を流通して、反対側から導出される。なお、第3流路43と連通する空間部と、第1流路41と連通する空間部との間は、セラミック構造体2の外周に装着されるシール部材S2によって、液密的に区画されている。また、セラミック構造体2は、導出流路11a側の端面外周にもシール部材S3が装着されて、液密封止されている。 A pair of pipes that form the refrigerant flow path 13 are attached to the outer periphery of the cylindrical portion of the main body 61 at opposing positions, and refrigerant r is supplied from one of the pipes to the other. A space that communicates with the second opening 25 of the third flow path 43 is formed between the inner circumferential surface of the cylindrical portion and the outer circumferential surface of the ceramic structure 2, and the refrigerant r supplied to this space flows through the third flow path 43 and is discharged from the opposite side. The space that communicates with the third flow path 43 and the space that communicates with the first flow path 41 are liquid-tightly separated by a seal member S2 attached to the outer periphery of the ceramic structure 2. A seal member S3 is also attached to the outer periphery of the end face of the ceramic structure 2 on the outlet flow path 11a side, providing a liquid-tight seal.

図10において、具体的には、セラミック構造体2の端面に、3列おきに第1流路41となる開放セルが配置されており、第1流路41を挟んでその両側に、第2流路42となる栓詰めセルが配置されている。第2流路42を挟んで、第1流路41と反対側には、第3流路43となる栓詰めセルが配置されている。3つの流路の位置関係は、例えば、図12に示すようになっている。また、第2流路42には、軸方向xの一方の端部側に、軸方向xに延びるスリット23が形成され、隣接する第2流路42が、スリット23を介して互いに連通している(例えば、図13の右図参照)。さらに、第1開口部24及び空間部を介して、回収流路12に接続される流路15に連通する。 Specifically, in Figure 10, open cells that become first flow paths 41 are arranged every third row on the end face of the ceramic structure 2, and plugged cells that become second flow paths 42 are arranged on both sides of the first flow path 41. On the opposite side of the second flow path 42 from the first flow path 41, plugged cells that become third flow paths 43 are arranged. The positional relationship of the three flow paths is, for example, as shown in Figure 12. Furthermore, each second flow path 42 has a slit 23 extending in the axial direction x at one end side in the axial direction x, and adjacent second flow paths 42 communicate with each other via the slit 23 (see, for example, the right diagram in Figure 13). Furthermore, each second flow path 42 communicates with a flow path 15 that is connected to the recovery flow path 12 via a first opening 24 and a space.

また、第3流路43には、軸方向xの複数個所に、軸方向xに延びるスリット26が均等配置され、対向する位置に第2開口部25が配置される(例えば、図9では、5個所)。これにより、同じ列の第3流路43が、スリット26を介して互いに連通すると共に(例えば、図13の左図参照)。第2開口部25及び空間部を介して、冷媒流路13に連通している。なお、軸方向xにおいて、第3流路43のスリット26は、第2流路42のスリット23と、重ならない位置に設けられ、流体の流通経路の分離が容易となるようにしている。スリット26に代えて、任意形状の貫通穴からなる連通口を設けてもよく、第2開口部25の形状を同様に変更することもできる。 Furthermore, the third flow paths 43 have slits 26 extending in the axial direction x evenly spaced at multiple locations in the axial direction x, with second openings 25 arranged at opposing positions (for example, five locations in Figure 9). This allows the third flow paths 43 in the same row to communicate with each other via the slits 26 (for example, see the left diagram in Figure 13). They also communicate with the refrigerant flow path 13 via the second openings 25 and spaces. In the axial direction x, the slits 26 of the third flow paths 43 are positioned so as not to overlap with the slits 23 of the second flow paths 42, facilitating separation of the fluid flow paths. Instead of the slits 26, communication ports consisting of through-holes of any shape may be provided, and the shape of the second openings 25 can be similarly modified.

図12に示すように、セラミック構造体2は、円筒状の外皮21に隣接する部分を除いて、概略正方形の四角形の断面形状を有するセル22からなる。第2、第3流路42、43の端部を封止する栓は、端面から内方にある一定の深さとしており、剥離等が生じず、膜蒸留の処理面積が確保できる長さに設定される(例えば、2mm程度)。セラミック構造体2、セル22のサイズは、例えば、以下のようにした。
セラミック構造体2:直径102mm、長さ200mmの円柱状
外皮21の厚み:1mm
セル22の壁厚b:63.5μm(2.5mil;milli inch length)
セルピッチc:0.847mm(900cpsi;cells per square inch)
セル22の一辺の長さa:c-b
12, the ceramic structure 2 is composed of cells 22 each having a roughly square rectangular cross section, excluding the portion adjacent to the cylindrical outer skin 21. The plugs sealing the ends of the second and third flow paths 42, 43 are set to a certain depth inward from the end faces, and are set to a length (e.g., about 2 mm) that will not peel off and will ensure a sufficient processing area for membrane distillation. The sizes of the ceramic structure 2 and the cells 22 are, for example, as follows:
Ceramic structure 2: cylindrical with a diameter of 102 mm and a length of 200 mm. Thickness of outer skin 21: 1 mm.
Wall thickness b of cell 22: 63.5 μm (2.5 mil; milli inch length)
Cell pitch c: 0.847 mm (900 cpsi; cells per square inch)
Length of one side of cell 22 a:c-b

このとき、第2流路42に設けられるスリット23、第3流路43に設けられるスリット26の高さ(垂直方向zの長さ)は、流路の高さ、すなわち、セル22の一辺の長さaよりも小さく、長さaの1/2よりも大きいことが好ましい(例えば、0.5mm)。長さaの1/2よりも小さいと、流体の通過する際の圧力損失が高くなる。また、スリット23、スリット26の幅(軸方向xの長さ)は、広いと強度が低下し、狭いと流路面積が確保しにくいので、これらが両立するように、適宜設定される(例えば、20mm)。複数のスリット26の間隔(軸方向xの長さ)は、広いとスリット26の流路面積が確保しにくくなり、狭いと強度が低下するので、これらが両立するように、適宜設定される(例えば、10mm)。スリット23が複数設けられる場合や、スリット23とスリット26の間隔も、同様に設定される。 In this case, the height (length in the vertical direction z) of the slits 23 provided in the second flow path 42 and the slits 26 provided in the third flow path 43 is preferably smaller than the height of the flow path, i.e., the length a of one side of the cell 22, and greater than 1/2 of the length a (e.g., 0.5 mm). If it is smaller than 1/2 of the length a, the pressure loss when the fluid passes through increases. Furthermore, the width (length in the axial direction x) of the slits 23 and 26 is set appropriately to achieve both of these goals (e.g., 20 mm), as a wider slit reduces strength and a narrower slit makes it difficult to ensure a sufficient flow path area. The spacing (length in the axial direction x) between multiple slits 26 is set appropriately to achieve both of these goals (e.g., 10 mm), as a wider slit reduces the flow path area of the slit 26 and a narrower slit reduces strength. When multiple slits 23 are provided, the spacing between the slits 23 and 26 is set similarly.

また、セラミック構造体2の端面と、スリット23、スリット26との距離(軸方向xの長さ)は、栓詰めセルの栓の深さ以上であり、端面部の強度を確保するためにより長い方がよい。ただし、長すぎると、スリットの数が制約されるため、流体を流す十分な面積が得られるように、適宜設定される(例えば、10mm)。このように、スリット23、スリット26を同じ寸法とした場合、セラミック構造体2の長さに対して、最大で6個のスリットを配置することができる。水蒸気vが凝縮した液水wが流れるスリット23は、冷媒rが流れるスリット26よりも、一般に流量が少ないため、より少ない数に設定することができる。 The distance (length in the axial direction x) between the end face of the ceramic structure 2 and the slits 23 and 26 is equal to or greater than the depth of the plugs in the plugged cells, and is preferably longer to ensure the strength of the end face. However, if the distance is too long, the number of slits will be limited, so it should be set appropriately (for example, 10 mm) to ensure a sufficient area for fluid flow. In this way, if the slits 23 and slits 26 are the same size, a maximum of six slits can be arranged along the length of the ceramic structure 2. The slits 23 through which liquid water w, formed by condensation of water vapor v, flows generally have a lower flow rate than the slits 26 through which the refrigerant r flows, so they can be set to fewer in number.

本形態においても、図14、図15に示すように、温水側と冷水側の温度差を駆動力として膜蒸留を発現させ、膜分離を行うことができる。また、図16~図18に、セラミック構造体2内の各流路における流れ方向を矢印で示す。図16に示すように、第1流路41には、軸方向xの一端側から他端側へ、加熱された被処理水d0が供給される。図17、図18に示すように、第3流路43には、冷却された冷媒rが供給され、各流路に面する複数のスリット26を介して一方向へ流れる。これにより、第2流路42を流れる冷却された冷媒rにより、第1流路41と隣接する壁面のほぼ全体を冷却することができる。 In this embodiment, as shown in Figures 14 and 15, membrane distillation can be achieved by using the temperature difference between the hot water side and the cold water side as a driving force, thereby performing membrane separation. Also, in Figures 16 to 18, the flow direction in each flow path within the ceramic structure 2 is indicated by arrows. As shown in Figure 16, heated water to be treated d0 is supplied to the first flow path 41 from one end to the other in the axial direction x. As shown in Figures 17 and 18, cooled refrigerant r is supplied to the third flow path 43 and flows in one direction through multiple slits 26 facing each flow path. This allows the cooled refrigerant r flowing through the second flow path 42 to cool almost the entire wall surface adjacent to the first flow path 41.

図14において、エアギャップとなる第2流路42は、供給流路11に連通する第1流路41と、冷媒流路13に連通する第3流路43との間に配置されている。第1流路41には、図中に矢印で示す方向に、加熱された被処理水d0が流れており、第3流路43には、被処理水d0の流れと交差する方向に、冷却された冷媒rがスリット26を介して流通している。第1流路41と第2流路42の間には、疎水性多孔質壁3が配置されており、膜蒸留用のセラミック分離膜として機能する。このとき、疎水性多孔質壁3における互いに反対面側の面、すなわち、第1流路41側の面と、第2流路42側の面との間には、温度差が生じている。これに伴う蒸気圧差によって、図中に矢印で示すように、疎水性多孔質壁3を水蒸気vが透過する。 In Figure 14, the second flow path 42, which serves as an air gap, is located between the first flow path 41, which communicates with the supply flow path 11, and the third flow path 43, which communicates with the refrigerant flow path 13. Heated water to be treated d0 flows through the first flow path 41 in the direction indicated by the arrow in the figure, and cooled refrigerant r flows through the third flow path 43 via slits 26 in a direction intersecting the flow of the water to be treated d0. A hydrophobic porous wall 3 is located between the first flow path 41 and the second flow path 42 and functions as a ceramic separation membrane for membrane distillation. A temperature difference occurs between the opposing surfaces of the hydrophobic porous wall 3, i.e., the surface on the first flow path 41 side and the surface on the second flow path 42 side. The resulting vapor pressure difference causes water vapor v to permeate the hydrophobic porous wall 3, as indicated by the arrow in the figure.

図15に詳細構造を示すように、疎水性多孔質壁3は、多孔質のセラミック基材31にて構成され、内外表面が疎水性材料にて被覆されることにより、細孔32内への液体の侵入を抑止しながら水蒸気vを透過させることができる。図中に水蒸気vの動きを示すように、第1流路41側で発生した水蒸気vは、細孔32内を透過して、第2流路42側へ移動する。第2流路42では、第3流路43に隣接する壁面が、冷媒rにて冷却されて低温となっており、水蒸気vが冷やされて凝縮し液水wとなる(例えば、図14参照)。この液水wは、壁面を伝って移動し、第2流路42に開口するスリット23から、セラミック構造体2外周の空間部を経て、外部の回収流路12へ移動する。 As shown in Figure 15, the hydrophobic porous wall 3 is made of a porous ceramic substrate 31. The inner and outer surfaces are coated with a hydrophobic material, allowing water vapor (v) to pass through while preventing liquid from entering the pores 32. As shown in the movement of water vapor (v) in the figure, water vapor (v) generated on the first flow path 41 side passes through the pores 32 and moves toward the second flow path 42 side. In the second flow path 42, the wall surface adjacent to the third flow path 43 is cooled by the refrigerant (r) to a low temperature, where the water vapor (v) is cooled and condenses into liquid water (w) (see Figure 14, for example). This liquid water (w) moves along the wall surface, passes through the slits (23) opening into the second flow path 42, passes through the space around the periphery of the ceramic structure 2, and moves to the external recovery flow path 12.

このように、本形態においても、膜分離装置1は、高温の被処理水d0が流れる第1流路41側の蒸気圧と、冷媒r(低温の被処理水d0)が流れる第3流路43側の蒸気圧との差を利用して、膜蒸留を行う。これにより、安定した処理を継続して行うことができ、浄化効率を向上させることができる。また、ケーシング6内にセラミック構造体2を収容して、セラミック構造体2の端面又は外周側面に開口する流路を、ケーシング6の端面又は内周側に設けられる流路を介して、外部の流路に接続する構成としたので、コンパクトな構成で、エアギャップ方式の膜分離装置1を実現し、浄化効率を向上させることが可能になる。 In this way, in this embodiment, the membrane separation device 1 performs membrane distillation by utilizing the difference in vapor pressure between the first flow path 41, through which the high-temperature water to be treated d0 flows, and the third flow path 43, through which the refrigerant r (low-temperature water to be treated d0) flows. This allows for continuous, stable treatment and improved purification efficiency. Furthermore, the ceramic structure 2 is housed within the casing 6, and the flow paths opening on the end face or outer peripheral side of the ceramic structure 2 are connected to external flow paths via flow paths provided on the end face or inner peripheral side of the casing 6. This makes it possible to realize an air-gap type membrane separation device 1 with a compact configuration and improve purification efficiency.

(実施形態3)
本形態は、図19~図21に示すごとく、膜分離装置1の膜蒸留部10と、膜蒸留部10に接続される流路の他の構成例である。特に、本形態においては、膜分離装置1が真空膜蒸留(VMD)を利用するものである場合につき、説明する。真空膜蒸留法では、膜分離装置1が冷媒流路13を有さず、膜蒸留部10は、回収流路12に連通する第2流路42を減圧することにより、圧力差を駆動力として膜蒸留を行う。それ以外の膜分離装置1の基本構成は、上記実施形態と同様であり、前述した水処理システム100において、セラミック膜分離装置300として、好適に用いられる。以下、相違点を中心に説明する。
(Embodiment 3)
As shown in Figures 19 to 21, this embodiment is another example of the configuration of the membrane distillation unit 10 of the membrane separation device 1 and the flow path connected to the membrane distillation unit 10. In particular, this embodiment will be described for the case where the membrane separation device 1 uses vacuum membrane distillation (VMD). In vacuum membrane distillation, the membrane separation device 1 does not have a refrigerant flow path 13, and the membrane distillation unit 10 performs membrane distillation using a pressure difference as a driving force by depressurizing the second flow path 42 that communicates with the recovery flow path 12. The basic configuration of the membrane separation device 1 is otherwise the same as in the above embodiment, and it is suitable for use as the ceramic membrane separation device 300 in the water treatment system 100 described above. The following will focus on the differences.

図19において、本形態の膜分離装置1は、膜蒸留部10を構成するセラミック構造体2の全体が、ケーシング6に収容されている。ケーシング6及びセラミック構造体2は、軸方向xが鉛直方向となるように配置されており、ケーシング6の頂面に、供給流路11が接続されている。ケーシング6内は、軸方向xにおいて、常圧室63及び減圧室64の2室に区画されている。ここでは、鉛直上方を常圧室63、鉛直下方を減圧室64としており、両室の間において、セラミック構造体2の外周には、シール部材65が配置されて2室の間を液密封止している。 In Figure 19, in this embodiment of the membrane separation device 1, the entire ceramic structure 2 that constitutes the membrane distillation section 10 is housed in a casing 6. The casing 6 and ceramic structure 2 are arranged so that the axial direction x is vertical, and a supply flow path 11 is connected to the top surface of the casing 6. The interior of the casing 6 is partitioned in the axial direction x into two chambers: an atmospheric pressure chamber 63 and a reduced pressure chamber 64. Here, the vertically upper chamber is the atmospheric pressure chamber 63, and the vertically lower chamber is the reduced pressure chamber 64. Between the two chambers, a seal member 65 is placed around the outer periphery of the ceramic structure 2, providing a liquid-tight seal between the two chambers.

常圧室63側のケーシング6の頂面には、加熱部5を通過することにより加熱された被処理水d0(1次濃縮水d1)の投入口66が設けられる。また、減圧室64側のケーシング6には、底面に近い端部側壁に、濃縮水d(2次濃縮水d2)の取出口67が設けられ、取出口67よりも上方に、水蒸気vの取出口68が設けられる。被処理水d0の取出口67と、導出流路11aとの間には、液送ポンプP3を備える循環流路11bが接続され、被処理水d0を供給流路11へ循環させるようになっている。これを繰り返すことで、所定の濃縮水dとした後、次工程へ送られる。この濃縮工程は、バッチ式もしくは連続式として行うことができる。 The top surface of the casing 6 on the normal pressure chamber 63 side is provided with an inlet 66 for the water to be treated d0 (primary concentrated water d1) that has been heated by passing through the heating section 5. The casing 6 on the reduced pressure chamber 64 side is provided with an outlet 67 for the concentrated water d (secondary concentrated water d2) on the end side wall near the bottom, and an outlet 68 for steam v is provided above the outlet 67. A circulation flow path 11b equipped with a liquid feed pump P3 is connected between the outlet 67 for the water to be treated d0 and the outlet flow path 11a, circulating the water to be treated d0 back to the supply flow path 11. By repeating this process, the desired concentrated water d is obtained, which is then sent to the next process. This concentration process can be performed batchwise or continuously.

水蒸気vの取出口68は、凝縮器53を介して、真空ポンプP4を備えるタンクT2に接続される。凝縮器53は、水蒸気vの取出口68に続く回収流路12aと供給流路11との間で熱交換を行う熱交換器として構成され、水蒸気vを凝縮した液水wは、浄化水c(2次浄化水c2)としてタンクT2へ回収される。 The outlet 68 for the water vapor v is connected to a tank T2 equipped with a vacuum pump P4 via a condenser 53. The condenser 53 is configured as a heat exchanger that exchanges heat between the recovery flow path 12a leading to the outlet 68 for the water vapor v and the supply flow path 11, and the liquid water w obtained by condensing the water vapor v is recovered into the tank T2 as purified water c (secondary purified water c2).

図20において、セラミック構造体2は、常圧室63及び減圧室64に面する端面に開口する開放セルからなる第1流路41と、常圧室63に面する端面のみ栓詰めされた片栓詰めセルからなる第2流路42と、を有する。このとき、図21に示すように、セラミック構造体2は、常圧室63側の一方の端面において、例えば、開口部と閉鎖部が互い違いとなるように、第1流路41と第2流路42となるセル22が、千鳥格子状に交互に配置される。減圧室64側の他方の端面は、いずれのセル22も栓詰めされない。 In Figure 20, the ceramic structure 2 has a first flow path 41 consisting of open cells that open on the end faces facing the atmospheric pressure chamber 63 and the reduced pressure chamber 64, and a second flow path 42 consisting of single-plugged cells that are plugged only on the end face facing the atmospheric pressure chamber 63. In this case, as shown in Figure 21, on one end face of the ceramic structure 2 facing the atmospheric pressure chamber 63, the cells 22 that become the first flow path 41 and the second flow path 42 are arranged alternately in a staggered pattern, for example, so that the open and closed portions alternate. On the other end face facing the reduced pressure chamber 64, none of the cells 22 are plugged.

このとき、常圧室63側から第1流路41に、加熱された被処理水d0が流入すると、自重により第1流路41を通過して、減圧室64へ流出する。一方、第1流路41と隣接する第2流路42は、減圧室64に連通しており、両流路の間の疎水性多孔質壁3において、第1流路41側の面と第2流路42側の面との間に、圧力差が生じる。これにより、第1流路41側の界面で蒸発した水蒸気vが、疎水性多孔質壁3を透過し、第2流路42へ移動する。 At this time, when heated water to be treated d0 flows into the first flow path 41 from the normal pressure chamber 63 side, it passes through the first flow path 41 due to its own weight and flows out into the reduced pressure chamber 64. Meanwhile, the second flow path 42 adjacent to the first flow path 41 is connected to the reduced pressure chamber 64, and a pressure difference occurs between the surface of the hydrophobic porous wall 3 between the two flow paths on the first flow path 41 side and the surface on the second flow path 42 side. As a result, water vapor v that has evaporated at the interface on the first flow path 41 side permeates the hydrophobic porous wall 3 and moves to the second flow path 42.

第2流路42へ移動した水蒸気vは、開口側から減圧室64内に流入し、取出口68から回収流路12aへ導出される。取出口68は、ケーシング6の底面から十分離れた位置、例えば、セラミック構造体2の端面近傍に設けられることが望ましい。このようにすると、水蒸気vが、減圧室64から速やかに導出される一方、ケーシング6の底面側に、濃縮水d(2次濃縮水d2)が貯留される十分な空間が形成される。 The water vapor v that has moved to the second flow path 42 flows into the decompression chamber 64 from the opening side and is discharged to the recovery flow path 12a from the outlet 68. The outlet 68 is preferably located sufficiently far from the bottom surface of the casing 6, for example, near the end face of the ceramic structure 2. In this way, the water vapor v is quickly discharged from the decompression chamber 64, while sufficient space is created on the bottom side of the casing 6 to store the concentrated water d (secondary concentrated water d2).

このように、本形態の膜分離装置1は、真空膜蒸留方式の装置として構成され、疎水性多孔質壁3を水蒸気vが通過する際の駆動力として、高温の被処理水d0が流れる第1流路41側の蒸気圧と、減圧された第2流路42側の圧力との差を利用して、膜蒸留を行う。その場合には、膜蒸留部10に冷媒流路13が不要になり、セラミック構造体2の内部にも第3流路43が不要になるので、流路構造を簡易にすることができる。このようにしても、コンパクトな構成で、安定した処理を継続して行うことができ、浄化効率を向上させることができる。 In this way, the membrane separation device 1 of this embodiment is configured as a vacuum membrane distillation device, and performs membrane distillation by utilizing the difference in vapor pressure between the first flow path 41, through which the high-temperature water to be treated d0 flows, and the reduced-pressure second flow path 42, as the driving force when water vapor v passes through the hydrophobic porous wall 3. In this case, the refrigerant flow path 13 is not required in the membrane distillation section 10, and the third flow path 43 is not required inside the ceramic structure 2, so the flow path structure can be simplified. Even in this way, stable processing can be performed continuously with a compact configuration, and purification efficiency can be improved.

(実施形態4)
本形態は、図22~図24に示すごとく、真空膜蒸留(VMD)を利用する膜分離装置1の他の構成例である。本形態においては、実施形態3と同様の膜蒸留部10において、ケーシング6に接続される流路の配置を変更している。それ以外の膜分離装置1の基本構成は、上記実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。
(Embodiment 4)
22 to 24, this embodiment is another configuration example of a membrane separation apparatus 1 that uses vacuum membrane distillation (VMD). In this embodiment, the arrangement of the flow paths connected to the casing 6 in the membrane distillation section 10 is changed, as in embodiment 3. The basic configuration of the membrane separation apparatus 1 is otherwise the same as in the above embodiment, and the following description will focus on the differences.

図22において、膜分離装置1は、膜蒸留部10を構成するセラミック構造体2の全体が、2室に区画されたケーシング6に収容されている。ケーシング6内は、ここでは、鉛直上方を減圧室64、鉛直下方を常圧室63としており、ケーシング6の頂面に、水蒸気vの取出口68を設けている。水蒸気vの取出口68は、回収流路12aに接続され、凝縮器53を介して、真空ポンプP4を備えるタンクT2に接続される。 In Figure 22, the membrane separation device 1 has the entire ceramic structure 2 that constitutes the membrane distillation section 10 housed in a casing 6 that is divided into two chambers. Inside the casing 6, the vertically upper section is a reduced pressure chamber 64 and the vertically lower section is an atmospheric pressure chamber 63, and an outlet 68 for water vapor v is provided on the top surface of the casing 6. The outlet 68 for water vapor v is connected to the recovery flow path 12a and, via a condenser 53, to a tank T2 equipped with a vacuum pump P4.

常圧室63には、底面に近い側壁に被処理水d0の取出口67が設けられ、取出口67よりも上方に、被処理水d0の供給流路11が接続される。取出口67は、加熱部5よりも上流側の供給流路11に、液送ポンプP3を介して接続され、供給流路11へ濃縮された被処理水d0を循環させる循環流路11bが形成されている。これを繰り返した後、濃縮水d(2次濃縮水d2)の導出流路11aから、次工程へ送られる。 An outlet 67 for the water to be treated d0 is provided on the side wall near the bottom of the atmospheric pressure chamber 63, and a supply flow path 11 for the water to be treated d0 is connected above the outlet 67. The outlet 67 is connected to the supply flow path 11 upstream of the heating unit 5 via a liquid transfer pump P3, forming a circulation flow path 11b that circulates the concentrated water to be treated d0 to the supply flow path 11. After repeating this process, the concentrated water d (secondary concentrated water d2) is sent to the next process from the outlet flow path 11a.

図23において、セラミック構造体2は、第1流路41が下方の常圧室63に開口し、減圧室64に面する端面のみ栓詰めされたセル22(片栓詰めセル)からなり、第2流路42が上方の減圧室64に開口し、常圧室63に面する端面のみ栓詰めされたセル22(片栓詰めセル)からなる。このとき、図24に示すように、セラミック構造体2は、例えば、常圧室63側の一方の端面において、開口部と閉鎖部が互い違いとなるように、第1流路41と第2流路42となるセル22が、千鳥格子状に交互に配置される。その場合には、減圧室64側の他方の端面において、開口部と閉鎖部が逆となるように、互い違いの千鳥格子状となる。 In Figure 23, the ceramic structure 2 is configured with cells 22 (single-plugged cells) in which the first flow paths 41 open to the lower atmospheric pressure chamber 63 and only the end face facing the reduced pressure chamber 64 is plugged, and the second flow paths 42 open to the upper reduced pressure chamber 64 and only the end face facing the atmospheric pressure chamber 63 is plugged. In this case, as shown in Figure 24, the ceramic structure 2 has, for example, on one end face facing the atmospheric pressure chamber 63, the cells 22 that become the first flow paths 41 and the second flow paths 42 arranged alternately in a staggered pattern so that the open and closed portions alternate. In this case, on the other end face facing the reduced pressure chamber 64, the cells 22 form an alternating staggered pattern so that the open and closed portions are reversed.

このとき、常圧室63に供給流路11から加熱された被処理水d0が流入すると、常圧室63側で水蒸気vが発生し、常圧室63に開口する第1流路41へ流入する。第1流路41に隣接する第2流路42は、減圧室64に開口しており、疎水性多孔質壁3において、第1流路41側の蒸気圧と減圧室64側の圧力との差により、疎水性多孔質壁3を透過して、第2流路42へ移動する。水蒸気vは、第2流路42内を上昇して、開口側の減圧室64へ流入し、さらに、真空ポンプP4で吸引されて、取出口68から回収流路12aへ導出され、凝縮器53を経て、浄化水c(2次浄化水c2)のタンクT2へ回収される。 At this time, when heated water to be treated d0 flows into the atmospheric pressure chamber 63 from the supply flow path 11, water vapor v is generated on the atmospheric pressure chamber 63 side and flows into the first flow path 41, which opens into the atmospheric pressure chamber 63. The second flow path 42, adjacent to the first flow path 41, opens into the reduced pressure chamber 64. Due to the difference in steam pressure between the first flow path 41 side and the reduced pressure chamber 64 side in the hydrophobic porous wall 3, the water vapor v permeates the hydrophobic porous wall 3 and moves to the second flow path 42. The water vapor v rises within the second flow path 42 and flows into the open reduced pressure chamber 64. It is then sucked by the vacuum pump P4 and discharged from the outlet 68 to the recovery flow path 12a, passes through the condenser 53, and is recovered in the tank T2 for purified water c (secondary purified water c2).

本形態においても、真空膜蒸留法を利用して、被処理水d0から浄化水cを分離して回収することができる。また、水蒸気vの移動方向が、被処理水d0とは反対方向であり、セラミック構造体2の内部を、被処理水d0が流れない構成となっているので、水蒸気vを、被処理水d0から容易に分離して回収することができる。このようにしても、コンパクトな構成で、安定した処理を継続して行うことができ、浄化効率を向上させることができる。 In this embodiment, too, purified water c can be separated and recovered from the water to be treated d0 using vacuum membrane distillation. Furthermore, since the direction of movement of water vapor v is opposite to that of the water to be treated d0 and the water to be treated d0 does not flow through the interior of the ceramic structure 2, water vapor v can be easily separated and recovered from the water to be treated d0. Even in this way, stable treatment can be performed continuously with a compact configuration, and purification efficiency can be improved.

上記実施形態では、膜分離装置1は、エアギャップ膜蒸留法、及び、真空膜蒸留法を利用した膜蒸留部10を備える構成としたが、これらに限らず、蒸気圧差や圧力差に基づく他の膜蒸留法を利用した膜分離装置1とすることもできる。例えば、直接接触膜蒸留法(DCMD)は、供給流路11に連通する第1流路41と、回収流路12に連通する第2流路42とを、疎水性多孔質壁3を介して隣接させると共に、第2流路42に冷媒rを流通させる。このようにしても、疎水性多孔質壁3の両側に温度差を付与して、蒸気圧差を生じさせることができる。あるいは、スイープガス膜蒸留法(SGMD)を利用して、第2流路42にスイープガスを流通させることにより、圧力差を生じさせるようにしてもよい。 In the above embodiment, the membrane separation device 1 is configured with a membrane distillation section 10 that utilizes air gap membrane distillation and vacuum membrane distillation. However, the membrane separation device 1 is not limited to these, and can also utilize other membrane distillation methods based on vapor pressure difference or pressure difference. For example, in direct contact membrane distillation (DCMD), a first flow path 41 communicating with the supply flow path 11 and a second flow path 42 communicating with the recovery flow path 12 are adjacent to each other via a hydrophobic porous wall 3, and a refrigerant r is circulated through the second flow path 42. This also creates a temperature difference on both sides of the hydrophobic porous wall 3, thereby generating a vapor pressure difference. Alternatively, a pressure difference can be generated by circulating a sweep gas through the second flow path 42 using sweep gas membrane distillation (SGMD).

なお、冷媒rを用いる場合には、加熱前の被処理水d0に限らず、水、オイル等の液体であれば、特に限定されるものではない。例えば、膜分離装置1が適用されるシステムにおいて、他の工程等で用いられる流体を利用することもできる。また、工場排水を処理するための水処理システム100への適用例について説明したが、これに限らず、任意の排水その他の水処理に利用することができる。 When using refrigerant r, it is not limited to the water to be treated d0 before heating, and can be any liquid such as water or oil. For example, in a system to which membrane separation device 1 is applied, fluids used in other processes can also be used. Furthermore, while an example of application to a water treatment system 100 for treating industrial wastewater has been described, it is not limited to this, and can be used for treating any wastewater or other water.

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。また、各実施形態に記載の内容を組み合わせることもできる。
本発明の特徴を以下の通り示す。
[1]被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなり、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されており、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ、蒸気圧差又は圧力差により水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置。
[2]上記疎水性多孔質壁は、多数の細孔(32)を有するセラミック基材(31)と、セラミック基材31の表面を被覆する疎水膜(33)とを有する、[1]に記載の膜分離装置。
[3]上記セラミック構造体は、上記第2流路となる上記セルに対して、上記第1流路となる上記セルと反対側に隣接する上記セルを、冷媒流路(13)に連通する第3流路(43)としており、上記疎水性多孔質壁は、上記第1流路に面する側と、上記第2流路に面する側との温度差により、蒸気圧差を発現させて水蒸気を透過させる、[1]又は[2]に記載の膜分離装置。
[4]上記冷媒流路の冷媒は、上記供給流路から上記第1流路へ供給される前の上記被処理水である、[3]に記載の膜分離装置。
[5]上記第1流路となる上記セルを、両端が開口する開放セルとして、上記セラミック構造体の一方の端面において上記供給流路と接続し、上記第1流路へ供給される上記被処理水を上記セラミック構造体の他方の端面に向けて流通させ、
上記第2流路及び上記第3流路となる上記セルを、両端が閉鎖された栓詰めセルとし、上記第2流路と上記回収流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第1開口部(24)を介して接続すると共に、上記第3流路と上記冷媒流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第2開口部(25)を介して接続している、[3]又は[4]に記載の膜分離装置。
[6]上記セルは上記軸方向から見た形状が四角形状である四角形セルであり、上記軸方向から見て四角形セルの一辺と平行な第1の方向(y)に、上記第1流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第2流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第3流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記軸方向から見て、上記第1の方向と直交する第2の方向(z)には、上記第1流路となる上記セルの列を挟んで両側に、上記第2流路となる上記セルの列が配置され、それら両側の上記セルの列の外側に、上記第3流路となる上記セルの列が配置されると共に、
上記第2流路となる上記セルの列、及び、上記第3流路となる上記セルの列において、隣り合う上記セルは、セル壁を貫通する連通口(23、26)を介して、互いに連通している、[3]~[5]のいずれか1項に記載の膜分離装置。
[7]上記第1流路から上記濃縮水が導出される導出流路(11a)を、上記供給流路と接続して、上記被処理水を循環させる循環流路(11b)を、さらに有する、[1]~[6]のいずれか1項に記載の膜分離装置。
[8]上記膜蒸留部は、上記回収流路に設けられた真空ポンプ(P4)により、上記第2流路となる上記セルが減圧されており、上記疎水性多孔質壁は、上記第1流路に面する側と、上記第2流路に面する側との圧力差により、水蒸気を透過させる、[1]又は[2]に記載の膜分離装置。
[9]上記セラミック構造体は、ケーシング(6)に収容されており、
上記ケーシング内は、上記供給流路に連通する常圧室(63)と、上記回収流路に連通する減圧室(64)とに区画されると共に、上記第1流路となる上記セルは、少なくとも上記常圧室に連通し、上記第2流路となる上記セルは、上記減圧室のみに連通するように配置されている、請求項[8]に記載の膜分離装置。
[10]
上記常圧室は、上記減圧室に対して鉛直方向の上方に配置されており、
上記セラミック構造体は、上記第1流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面及び上記減圧室に面する端面に開口する開放セルとし、上記第2流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面が閉鎖され上記減圧室に面する端面が開口する片栓詰めセルとすると共に、上記常圧室に面する端面において、開口部と閉鎖部が互い違いとなるように、上記第1流路となる上記セルと上記第2流路となる上記セルとを互いに隣接して配置している、[9]に記載の膜分離装置。
[11]
上記減圧室には、底面側に上記濃縮水が導出される導出流路(11a)が接続され、上記導出流路よりも鉛直方向の上方に、上記回収流路が接続されると共に、上記導出流路を上記供給流路と接続して、上記被処理水を循環させる循環流路(11b)を、さらに有する、[10]に記載の膜分離装置。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the spirit of the present invention. In addition, the contents described in the embodiments can be combined.
The features of the present invention are as follows.
[1] A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer shell (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are adjacently disposed with a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3) interposed therebetween,
The membrane separation device is configured to separate the water to be treated into the purified water and the concentrated water (d) by allowing water vapor (v) to permeate through the hydrophobic porous wall from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path due to a vapor pressure difference or a pressure difference.
[2] The membrane separation device according to [1], wherein the hydrophobic porous wall has a ceramic substrate (31) having a large number of pores (32) and a hydrophobic membrane (33) covering the surface of the ceramic substrate (31).
[3] The ceramic structure has a cell adjacent to the cell that forms the second flow path on the opposite side of the cell that forms the first flow path as a third flow path (43) that communicates with a refrigerant flow path (13), and the hydrophobic porous wall generates a vapor pressure difference due to a temperature difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path, thereby allowing water vapor to pass through. The membrane separation device described in [1] or [2].
[4] The membrane separation device according to [3], wherein the refrigerant in the refrigerant flow path is the water to be treated before being supplied from the supply flow path to the first flow path.
[5] The cell that becomes the first flow path is an open cell with both ends open, and is connected to the supply flow path at one end face of the ceramic structure, and the water to be treated that is supplied to the first flow path is circulated toward the other end face of the ceramic structure,
The membrane separation device according to [3] or [4], wherein the cells that form the second flow path and the third flow path are plugged cells with both ends closed, the second flow path and the recovery flow path are connected via a first opening (24) that opens to a side surface of the ceramic structure, and the third flow path and the refrigerant flow path are connected via a second opening (25) that opens to a side surface of the ceramic structure.
[6] The cell is a quadrangular cell having a quadrangular shape as viewed from the axial direction, and a plurality of the cells that become the first flow path are aligned adjacent to each other in a first direction (y) parallel to one side of the quadrangular cell as viewed from the axial direction,
A plurality of the cells that form the second flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
a plurality of the cells that form the third flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
When viewed from the axial direction, in a second direction (z) perpendicular to the first direction, rows of cells that become the second flow path are arranged on both sides of the row of cells that become the first flow path, and rows of cells that become the third flow path are arranged outside the rows of cells on both sides,
In the row of cells that forms the second flow path and the row of cells that forms the third flow path, adjacent cells are in communication with each other via communication ports (23, 26) that penetrate cell walls. The membrane separation device according to any one of [3] to [5].
[7] The membrane separation device according to any one of [1] to [6], further comprising a circulation flow path (11b) that connects an outlet flow path (11a) through which the concentrated water is discharged from the first flow path to the supply flow path and circulates the water to be treated.
[8] The membrane distillation section is configured such that the cell serving as the second flow path is depressurized by a vacuum pump (P4) provided in the recovery flow path, and the hydrophobic porous wall allows water vapor to pass through due to a pressure difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path. [1] or [2] The membrane separation device described in [1] or [2].
[9] The ceramic structure is housed in a casing (6),
The membrane separation apparatus according to claim [8], wherein the inside of the casing is partitioned into an atmospheric pressure chamber (63) communicating with the supply flow path and a reduced pressure chamber (64) communicating with the recovery flow path, and the cell forming the first flow path is arranged to communicate with at least the atmospheric pressure chamber, and the cell forming the second flow path is arranged to communicate only with the reduced pressure chamber.
[10]
the atmospheric pressure chamber is disposed vertically above the decompression chamber,
The ceramic structure has the cells that form the first flow path as open cells that open on an end face facing the atmospheric pressure chamber and an end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the second flow path as single-plugged cells that close the end face facing the atmospheric pressure chamber and open the end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the first flow path and the cells that form the second flow path are arranged adjacent to each other so that the openings and the closed parts are staggered on the end face facing the atmospheric pressure chamber.
[11]
The membrane separation apparatus according to [10], further comprising: an outlet flow path (11a) through which the concentrated water is discharged connected to the bottom side of the decompression chamber; a recovery flow path connected vertically above the outlet flow path; and a circulation flow path (11b) connecting the outlet flow path to the supply flow path to circulate the water to be treated.

1 膜分離装置
10 膜蒸留部
11 供給流路
12 回収流路
2 セラミック構造体
21 外皮
22 セル
3 疎水性多孔質壁
41 第1流路
42 第2流路
REFERENCE SIGNS LIST 1 membrane separation device 10 membrane distillation section 11 supply flow path 12 recovery flow path 2 ceramic structure 21 outer shell 22 cell 3 hydrophobic porous wall 41 first flow path 42 second flow path

Claims (6)

被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなり、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されると共に、上記第2流路となる上記セルに対して、上記第1流路となる上記セルと反対側に隣接する上記セルを、冷媒流路(13)に連通する第3流路(43)としており、
上記疎水性多孔質壁は、多数の細孔(32)を有するセラミック基材(31)と、上記セラミック基材の表面を被覆する疎水膜(33)とを有し、
上記セラミック構造体は、上記第1流路となる上記セルを、両端が開口する開放セルとし、上記セラミック構造体の一方の端面において上記供給流路と接続して、上記被処理水を上記セラミック構造体の上記一方の端面側から他方の端面側へ向けて供給し、
上記第2流路及び上記第3流路となる上記セルを、両端が閉鎖された栓詰めセルとし、上記第2流路と上記回収流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第1開口部(24)を介して接続すると共に、上記第3流路と上記冷媒流路とを、上記セラミック構造体の側面に開口する第2開口部(25)を介して接続して、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と上記第2流路に面する側との温度差により発現する蒸気圧差によって、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置。
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer shell (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are disposed adjacent to each other via a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3), and the cell adjacent to the cell forming the second flow path on the opposite side to the cell forming the first flow path is formed as a third flow path (43) communicating with a refrigerant flow path (13) ,
The hydrophobic porous wall has a ceramic substrate (31) having a large number of pores (32) and a hydrophobic film (33) covering the surface of the ceramic substrate,
The ceramic structure has an open cell having both ends open as the cell that becomes the first flow path, and is connected to the supply flow path at one end face of the ceramic structure, so that the water to be treated is supplied from the one end face side to the other end face side of the ceramic structure,
The cells that become the second flow path and the third flow path are plugged cells with both ends closed, and the second flow path and the recovery flow path are connected via a first opening (24) that opens into a side surface of the ceramic structure, and the third flow path and the refrigerant flow path are connected via a second opening (25) that opens into a side surface of the ceramic structure,
The membrane separation device is configured to separate the water to be treated into purified water and concentrated water (d) by allowing water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path in the hydrophobic porous wall due to a vapor pressure difference generated by a temperature difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path.
被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなり、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されると共に、上記第2流路となる上記セルに対して、上記第1流路となる上記セルと反対側に隣接する上記セルを、冷媒流路(13)に連通する第3流路(43)としており、
上記疎水性多孔質壁は、多数の細孔(32)を有するセラミック基材(31)と、上記セラミック基材の表面を被覆する疎水膜(33)とを有し、
上記セルは上記軸方向から見た形状が四角形状である四角形セルであり、上記軸方向から見て四角形セルの一辺と平行な第1の方向(y)に、上記第1流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第2流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記第1の方向に、上記第3流路となる複数の上記セルが互いに隣接して整列しており、
上記軸方向から見て、上記第1の方向と直交する第2の方向(z)には、上記第1流路となる上記セルの列を挟んで両側に、上記第2流路となる上記セルの列が配置され、それら両側の上記セルの列の外側に、上記第3流路となる上記セルの列が配置されると共に、
上記第2流路となる上記セルの列、及び、上記第3流路となる上記セルの列において、隣り合う上記セルは、セル壁を貫通する連通口(23、26)を介して、互いに連通しており、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と上記第2流路に面する側との温度差により発現する蒸気圧差によって、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ、水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置。
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer shell (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are disposed adjacent to each other via a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3), and the cell adjacent to the cell forming the second flow path on the opposite side to the cell forming the first flow path is formed as a third flow path (43) communicating with a refrigerant flow path (13) ,
The hydrophobic porous wall has a ceramic substrate (31) having a large number of pores (32) and a hydrophobic film (33) covering the surface of the ceramic substrate,
The cell is a quadrangular cell having a quadrangular shape as viewed from the axial direction, and a plurality of the cells that form the first flow path are aligned adjacent to each other in a first direction (y) that is parallel to one side of the quadrangular cell as viewed from the axial direction,
A plurality of the cells that form the second flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
a plurality of the cells that form the third flow path are aligned adjacent to each other in the first direction,
When viewed from the axial direction, in a second direction (z) perpendicular to the first direction, rows of cells that become the second flow path are arranged on both sides of the row of cells that become the first flow path, and rows of cells that become the third flow path are arranged outside the rows of cells on both sides,
In the row of cells forming the second flow path and the row of cells forming the third flow path, adjacent cells are in communication with each other via communication ports (23, 26) penetrating cell walls,
The membrane separation device is configured to separate the water to be treated into purified water and concentrated water (d) by allowing water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path in the hydrophobic porous wall due to a vapor pressure difference generated by a temperature difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path.
上記冷媒流路の冷媒は、上記供給流路から上記第1流路へ供給される前の上記被処理水である、請求項1又は2に記載の膜分離装置。 The membrane separation device according to claim 1 or 2, wherein the refrigerant in the refrigerant flow path is the water to be treated before being supplied from the supply flow path to the first flow path . 上記第1流路から上記濃縮水が導出される導出流路(11a)を、上記供給流路と接続して、上記被処理水を循環させる循環流路(11b)を、さらに有する、請求項1又は2に記載の膜分離装置。 3. The membrane separation apparatus according to claim 1, further comprising a circulation flow path (11b) that connects an outlet flow path (11a) through which the concentrated water is discharged from the first flow path to the supply flow path and circulates the water to be treated . 被処理水(d0)が供給される供給流路(11)と、浄化水(c)が回収される回収流路(12)との間に、膜蒸留部(10)を備える膜分離装置(1)であって、
上記膜蒸留部は、筒状の外皮(21)内が、軸方向(x)に延びる多数のセル(22)に区画されたセラミック構造体(2)からなると共に、上記セラミック構造体は、ケーシング(6)に収容されており、
上記セラミック構造体において、上記供給流路に連通して第1流路(41)となる上記セルと、上記回収流路に連通して第2流路(42)となる上記セルとが、疎水性多孔質壁(3)からなるセル壁を介して隣接配置されており、
上記ケーシング内は、上記供給流路に連通する常圧室(63)と、上記回収流路に連通する減圧室(64)とに区画されると共に、上記第1流路となる上記セルは、少なくとも上記常圧室に連通し、上記第2流路となる上記セルは、上記減圧室のみに連通するように配置されており、
上記常圧室は、上記減圧室に対して鉛直方向の上方に配置されており、
上記セラミック構造体は、上記第1流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面及び上記減圧室に面する端面に開口する開放セルとし、上記第2流路となる上記セルを、上記常圧室に面する端面が閉鎖され上記減圧室に面する端面が開口する片栓詰めセルとすると共に、上記常圧室に面する端面において、開口部と閉鎖部が互い違いとなるように、上記第1流路となる上記セルと上記第2流路となる上記セルとを互いに隣接して配置しており、
上記膜蒸留部は、上記回収流路に設けられた真空ポンプ(P4)により、上記第2流路となる上記セルが減圧されており、
上記疎水性多孔質壁において、上記第1流路に面する側と、上記第2流路に面する側との圧力差により、上記第1流路に面する側から、上記第2流路に面する側へ、水蒸気(v)を透過させて、上記被処理水を上記浄化水と濃縮水(d)とに分離するよう構成されている、膜分離装置。
A membrane separation device (1) including a membrane distillation section (10) between a supply flow path (11) to which water to be treated (d0) is supplied and a recovery flow path (12) to which purified water (c) is recovered,
The membrane distillation section comprises a ceramic structure (2) in which a cylindrical outer skin (21) is partitioned into a large number of cells (22) extending in an axial direction (x), and the ceramic structure is housed in a casing (6),
In the ceramic structure, the cell communicating with the supply flow path to form a first flow path (41) and the cell communicating with the recovery flow path to form a second flow path (42) are adjacently disposed with a cell wall made of a hydrophobic porous wall (3) interposed therebetween,
The inside of the casing is partitioned into an atmospheric pressure chamber (63) communicating with the supply flow path and a reduced pressure chamber (64) communicating with the recovery flow path, and the cell forming the first flow path is arranged so as to communicate with at least the atmospheric pressure chamber, and the cell forming the second flow path is arranged so as to communicate only with the reduced pressure chamber,
the atmospheric pressure chamber is disposed vertically above the decompression chamber,
In the ceramic structure, the cells that form the first flow paths are open cells that open on an end face facing the atmospheric pressure chamber and an end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the second flow paths are single-stoppered cells that close the end face facing the atmospheric pressure chamber and open the end face facing the reduced pressure chamber, and the cells that form the first flow paths and the cells that form the second flow paths are arranged adjacent to each other so that the openings and the closed portions are staggered on the end face facing the atmospheric pressure chamber,
In the membrane distillation section, the cell serving as the second flow path is depressurized by a vacuum pump (P4) provided in the recovery flow path,
The membrane separation device is configured to separate the water to be treated into purified water and concentrated water (d) by allowing water vapor (v) to pass from the side facing the first flow path to the side facing the second flow path due to a pressure difference between the side facing the first flow path and the side facing the second flow path in the hydrophobic porous wall.
上記減圧室には、底面側に上記濃縮水が導出される導出流路(11a)が接続され、上記導出流路よりも鉛直方向の上方に、上記回収流路が接続されると共に、上記導出流路を上記供給流路と接続して、上記被処理水を循環させる循環流路(11b)を、さらに有する、請求項に記載の膜分離装置。 The membrane separation device according to claim 5, further comprising: an outlet flow path (11a) through which the concentrated water is discharged connected to the bottom side of the decompression chamber; a recovery flow path connected vertically above the outlet flow path; and a circulation flow path (11b) that connects the outlet flow path to the supply flow path and circulates the water to be treated .
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