JP2018143970A - Concentration system and concentration method - Google Patents
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Abstract
【課題】ファウリングを発生させ易い高濃度の対象液を、膜分離を用いて濃縮することが可能な、濃縮システムおよび濃縮方法を提供すること。【解決手段】水と水以外の成分とを含む対象液を濃縮するための濃縮システムであって、対象液を収容する処理槽と、処理槽内の対象液に浸漬される浸漬型正浸透モジュールと、膜分離モジュールと、を備え、浸漬型正浸透モジュールは、半透膜を有し、半透膜の一方の面は対象液に接し、半透膜の他方の面はドロー溶質を含むドロー溶液に接するように構成され、膜分離モジュールは、分離膜と、分離膜で仕切られた第1室および第2室と、を有し、第1室にドロー溶液の一部を流し、第2室にドロー溶液の他の一部を流して、第1室のドロー溶液を加圧することで、第1室内のドロー溶液に含まれる水を分離膜を介して第2室内のドロー溶液に移行させ、濃縮されたドロー溶液を第1室から排出し、希釈されたドロー溶液を第2室から排出するように構成されている、濃縮システム。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration system and a concentration method capable of concentrating a high-concentration target liquid which easily causes fouling by using membrane separation. A concentration system for concentrating a target solution containing water and a component other than water, a treatment tank containing the target solution and an immersion type forward osmosis module immersed in the target solution in the treatment tank. The immersion type forward osmosis module has a semi-transparent film, one surface of the semi-transparent film is in contact with the target liquid, and the other surface of the semi-transparent film contains a draw solute. The membrane separation module, which is configured to be in contact with the solution, has a separation membrane and first and second chambers separated by the separation membrane, and a part of the draw solution is poured into the first chamber, and the second chamber is used. By flowing another part of the draw solution through the chamber and pressurizing the draw solution in the first chamber, the water contained in the draw solution in the first chamber is transferred to the draw solution in the second chamber via the separation membrane. A concentration system configured to drain the concentrated draw solution from the first chamber and drain the diluted draw solution from the second chamber. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、濃縮システムおよび濃縮方法に関する。 The present invention relates to a concentration system and a concentration method.
水処理分野においては、逆浸透(RO:reverse osmosis)を用いる水処理方法が従来から知られている。逆浸透とは、分離膜の一方側に流される対象液に対して人為的に高い圧力を加えることにより、対象液中の水が分離膜を介して分離膜の他方側に浸透する現象である。これにより、対象液中から水が取り出され、対象液が濃縮される。しかし、逆浸透では、対象液の浸透圧より高い圧力を加える必要がある。このため、実際のROシステムにおいては、ポンプの加圧能力に応じて、濃縮可能な対象液の濃度には上限がある。 In the field of water treatment, a water treatment method using reverse osmosis (RO) is conventionally known. Reverse osmosis is a phenomenon in which water in the target liquid permeates the other side of the separation membrane through the separation membrane by artificially applying high pressure to the target liquid flowing on one side of the separation membrane. . Thereby, water is taken out from the target liquid and the target liquid is concentrated. However, in reverse osmosis, it is necessary to apply a pressure higher than the osmotic pressure of the target liquid. For this reason, in an actual RO system, there is an upper limit to the concentration of the target liquid that can be concentrated, depending on the pressurization capability of the pump.
そこで、近年、分離膜の両側に同じ濃度の対象液(同じ浸透圧の液)を流して、分離膜の一方側の対象液を加圧することにより、その分離膜の一方側の対象液中の水を分離膜を介して分離膜の他方側に浸透させて、分離膜の一方側の対象液を濃縮する方法(以下、「等圧膜分離法」と呼ぶ。)が提案されている(例えば、特許文献1(米国特許出願公開第2016/0339390号明細書)参照)。この等圧膜分離法によれば、対象液の濃度が高くなっても、分離膜の両側での浸透圧差が基本的に生じないため、必要な加圧の圧力が高くならず、RO法よりも高濃度の対象液を濃縮することが可能となる。 Therefore, in recent years, the target liquid of the same concentration (liquid with the same osmotic pressure) is flowed on both sides of the separation membrane, and the target liquid on one side of the separation membrane is pressurized, so that There has been proposed a method (hereinafter referred to as “isobaric membrane separation method”) in which water is permeated through the separation membrane to the other side of the separation membrane to concentrate the target liquid on one side of the separation membrane (hereinafter referred to as “isobaric membrane separation method”). , Patent Document 1 (see US Patent Application Publication No. 2016/0339390). According to this isobaric membrane separation method, even if the concentration of the target liquid increases, the osmotic pressure difference between the two sides of the separation membrane does not basically occur. It is also possible to concentrate a high concentration target liquid.
しかし、例えば、分離膜のファウリングを発生させ易い、スケール成分等を多く含む高濃度の対象液(廃液、果汁、牛乳など)に対して、等圧膜分離法を適用する場合、ファウリング(スケール生成)により分離膜が目詰まり等を生じ易い。このため、ファウリングを発生させ易い対象液に対して、等圧膜分離法をそのまま適用することは困難であった。 However, for example, when the isobaric membrane separation method is applied to a high-concentration target liquid (waste liquid, fruit juice, milk, etc.) that is likely to cause fouling of the separation membrane and contains a large amount of scale components, fouling ( The separation membrane is likely to be clogged due to scale generation. For this reason, it is difficult to apply the isobaric membrane separation method as it is to a target liquid that easily causes fouling.
一方、ファウリングを発生させ易い対象液に対して、浸漬型正浸透モジュールを用いた処理を行うことが知られている(例えば、特許文献2(特開2011−173040号公報)参照)。浸漬型正浸透モジュールでは、半透膜の対象液側が開放されているため、逆洗操作などにより、半透膜に生成したスケールを除去し、半透膜の性能を維持することが容易である。 On the other hand, it is known to perform a process using a submerged forward osmosis module on a target liquid that easily causes fouling (see, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-173040)). In the immersion type forward osmosis module, since the target liquid side of the semipermeable membrane is opened, it is easy to remove the scale generated in the semipermeable membrane and maintain the performance of the semipermeable membrane by a backwash operation or the like. .
ただし、高濃度の対象液に対して浸漬型正浸透モジュールによる処理を実施する場合、対象液よりも浸透圧が高い非常に高濃度のドロー溶液(DS)が必要になる。そして、DSは通常、濃縮して再利用されるが、特許文献2では、高濃度のDSを再利用(再濃縮)するために、ROモジュールを用いている。しかし、ROに用いられるポンプの加圧能力の制限から、ROモジュールにより高濃度のDSを再濃縮することは難しいと考えられる。
However, when a high concentration target liquid is processed by the immersion type forward osmosis module, a very high concentration draw solution (DS) having a higher osmotic pressure than the target liquid is required. The DS is normally concentrated and reused. However, in
したがって、本発明の課題は、ファウリングを発生させ易い高濃度の対象液を、膜分離を用いて濃縮することが可能な、濃縮システムおよび濃縮方法を提供することである。 Therefore, the subject of this invention is providing the concentration system and the concentration method which can concentrate the high concentration object liquid which is easy to generate | occur | produce a fouling using membrane separation.
本発明者らは、ファウリングを発生させ易い高濃度の対象液を浸漬型正浸透モジュールにより濃縮し、その際に使用される高濃度のドロー溶液を等圧膜分離法で濃縮して再利用することで、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下のとおりである。 The inventors of the present invention concentrate a high concentration target liquid that is likely to generate fouling with an immersion type forward osmosis module, and concentrate and reuse the high concentration draw solution used at that time by an isobaric membrane separation method. As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved, and have reached the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1] 水と水以外の成分とを含む対象液を濃縮するための濃縮システムであって、
対象液を収容する処理槽と、処理槽内の対象液に浸漬される浸漬型正浸透モジュールと、膜分離モジュールと、を備え、
浸漬型正浸透モジュールは、半透膜を有し、半透膜の一方の面は対象液に接し、半透膜の他方の面はドロー溶質を含むドロー溶液に接するように構成され、
膜分離モジュールは、分離膜と、分離膜で仕切られた第1室および第2室と、を有し、
第1室にドロー溶液の一部を流し、第2室にドロー溶液の他の一部を流して、第1室のドロー溶液を加圧することで、第1室内のドロー溶液に含まれる水を分離膜を介して第2室内のドロー溶液に移行させ、濃縮されたドロー溶液を第1室から排出し、希釈されたドロー溶液を第2室から排出するように構成されている、濃縮システム。
[1] A concentration system for concentrating a target liquid containing water and components other than water,
A treatment tank containing the target liquid, an immersion type forward osmosis module immersed in the target liquid in the treatment tank, and a membrane separation module,
The immersion type forward osmosis module has a semipermeable membrane, one surface of the semipermeable membrane is in contact with the target liquid, and the other surface of the semipermeable membrane is configured to be in contact with the draw solution containing the draw solute,
The membrane separation module has a separation membrane, and a first chamber and a second chamber partitioned by the separation membrane,
By flowing a part of the draw solution into the first chamber, flowing another part of the draw solution into the second chamber, and pressurizing the draw solution in the first chamber, water contained in the draw solution in the first chamber is discharged. A concentration system configured to transfer to a draw solution in a second chamber through a separation membrane, discharge the concentrated draw solution from the first chamber, and discharge the diluted draw solution from the second chamber.
[2] [1]に記載の濃縮システムを用いた対象液の濃縮方法であって、
浸漬型正浸透モジュールを、処理槽内の対象液に浸漬して、半透膜の対象液と反対側に、ドロー溶質を含むドロー溶液を流すことで、対象液中に含まれる水を半透膜を通してドロー溶液に移動させる、対象液濃縮工程と、
膜分離モジュールにおいて、第1室にドロー溶液の一部を流し、第2室にドロー溶液の他の一部を流して、第1室のドロー溶液を加圧することで、第1室内のドロー溶液に含まれる水を分離膜を介して第2室内のドロー溶液に移行させ、濃縮されたドロー溶液を第1室から排出し、希釈されたドロー溶液を第2室から排出する、ドロー溶液濃縮工程と、
濃縮されたドロー溶液を浸漬型正浸透モジュールで再利用する、ドロー溶液再利用工程と、を含む、
濃縮方法。
[2] A method for concentrating a target liquid using the concentration system according to [1],
By immersing the immersion type forward osmosis module in the target liquid in the treatment tank and flowing the draw solution containing the draw solute on the opposite side of the target liquid of the semipermeable membrane, the water contained in the target liquid is semipermeable. A target liquid concentration step, which is transferred to a draw solution through a membrane;
In the membrane separation module, a part of the draw solution is allowed to flow in the first chamber, the other part of the draw solution is allowed to flow in the second chamber, and the draw solution in the first chamber is pressurized, thereby allowing the draw solution in the first chamber to be pressurized. The concentration of the water contained in the water is transferred to the draw solution in the second chamber through the separation membrane, the concentrated draw solution is discharged from the first chamber, and the diluted draw solution is discharged from the second chamber. When,
Reusing the concentrated draw solution in a submerged forward osmosis module;
Concentration method.
本発明によれば、ファウリングを発生させ易い高濃度の対象液を、膜分離を用いて濃縮することが可能な、濃縮システムおよび濃縮方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the concentration system and concentration method which can concentrate the high concentration target liquid which is easy to generate | occur | produce a fouling using membrane separation can be provided.
<濃縮システム>
本実施形態の濃縮システムは、対象液を濃縮するための濃縮システムである。対象液は、水と水以外の成分を含む液体である。対象液は、好ましくはファウリングを発生させ易い高濃度の液体である。このような対象液としては、例えば、工業用、生活用等の廃水、および、果汁、牛乳等の飲料用の液体、河川水などが挙げられる。なお、ファウリング成分(ファウラント)としては、例えば、シリカ、アルミニウム、鉄、カルシウム、マンガン等の粘土質成分やタンパク質等の有機物、スライムなどが挙げられる。
<Concentration system>
The concentration system of this embodiment is a concentration system for concentrating a target liquid. The target liquid is a liquid containing water and components other than water. The target liquid is preferably a high-concentration liquid that easily causes fouling. Examples of such target liquids include industrial and domestic wastewater, liquids for beverages such as fruit juice and milk, river water, and the like. Examples of the fouling component (foulant) include clayey components such as silica, aluminum, iron, calcium, and manganese, organic materials such as proteins, and slime.
図1を参照して、本実施形態の濃縮システムは、対象液(フィード溶液:FS)を収容する処理槽1と、処理槽1内の対象液に浸漬される浸漬型正浸透モジュール2と、膜分離モジュール3と、を備える。
With reference to FIG. 1, the concentration system of the present embodiment includes a processing tank 1 that stores a target liquid (feed solution: FS), a submerged
(浸漬型正浸透モジュール)
浸漬型正浸透モジュール2は、半透膜21を有する。図1を参照して、浸漬型正浸透モジュール2は、半透膜21の一方の面(複数の中空糸膜の外側の面)は対象液(FS)に接し、半透膜21の他方の面(複数の中空糸膜の中空部の内壁面)はドロー溶質を含むドロー溶液(DS)に接するように構成されている。
(Immersion type forward osmosis module)
The immersion type
半透膜としては、例えば、通常、逆浸透膜(RO膜:Reverse Osmosis Membrane)、正浸透膜(FO膜:Forward Osmosis Membrane)、ナノろ過膜(NF膜:Nanofiltration Membrane)、限外ろ過膜(UF膜:Ultrafiltration Membrane)、精密ろ過膜(MF膜:Microfiltration Membrane)と呼ばれている半透膜が挙げられる。半透膜は、好ましくはRO膜、FO膜、NF膜またはUF膜である。通常、RO膜およびFO膜の孔径は約2nm以下であり、UF膜の孔径は約2〜100nm、MF膜の孔径は約0.1〜10μmである。NF膜は、RO膜のうちイオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、NF膜の孔径は約1〜2nmである。 As the semipermeable membrane, for example, usually a reverse osmosis membrane (RO membrane: Reverse Osmosis Membrane), a forward osmosis membrane (FO membrane: Forward Osmosis Membrane), a nanofiltration membrane (NF membrane: Nanofiltration Membrane), an ultrafiltration membrane ( Examples thereof include a semipermeable membrane called a UF membrane (Ultrafiltration Membrane) and a microfiltration membrane (MF membrane: Microfiltration Membrane). The semipermeable membrane is preferably an RO membrane, FO membrane, NF membrane or UF membrane. Usually, the pore size of the RO membrane and the FO membrane is about 2 nm or less, the pore size of the UF membrane is about 2 to 100 nm, and the pore size of the MF membrane is about 0.1 to 10 μm. The NF membrane has a relatively low rejection rate of ions and salts among the RO membrane, and the pore size of the NF membrane is usually about 1 to 2 nm.
半透膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、中空糸膜、スパイラル膜、平膜などが挙げられる。なお、図1では、半透膜21として、中空部を有する糸状の半透膜(中空糸膜)が描かれているが、特にこのような形状に限定されない。なお、中空糸膜は、スパイラル膜、平膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。なお、図1に示されるように半透膜21が中空糸膜である場合、中空糸膜は、中空部内にDSを流すために、両端に中空部と連通する開口を有する両端開口型の中空糸膜であることが好ましい。
The shape of the semipermeable membrane is not particularly limited, and examples thereof include a hollow fiber membrane, a spiral membrane, and a flat membrane. In FIG. 1, a thread-like semipermeable membrane (hollow fiber membrane) having a hollow portion is depicted as the
半透膜が中空糸膜である場合、浸漬型正浸透モジュールは、(クロスワインド型に対して)平行配置型の中空糸膜モジュールであることが好ましい。平行配置型の中空糸膜モジュールでは、複数の中空糸膜が並列的に所定の間隔を開けて配置される。平行配置型の中空糸膜モジュールを用いることで、処理槽内の対象液が、中空糸膜モジュールの内部まで行き渡り易く、処理効率が高くなる。なお、このような平行配置型の中空糸膜モジュールは、従来公知の方法を用いて製造することができ、例えば、特開平10−192661号公報に開示されるような方法により製造することができる。 When the semipermeable membrane is a hollow fiber membrane, the immersion type forward osmosis module is preferably a parallel arrangement type hollow fiber membrane module (relative to the crosswind type). In the parallel arrangement type hollow fiber membrane module, a plurality of hollow fiber membranes are arranged in parallel at predetermined intervals. By using a parallel-arranged hollow fiber membrane module, the target liquid in the treatment tank can easily reach the inside of the hollow fiber membrane module, and the processing efficiency is increased. Such a parallel-arranged hollow fiber membrane module can be manufactured by a conventionally known method, for example, by a method as disclosed in JP-A-10-192661. .
図1において、浸漬型正浸透モジュール2は、上記の平行配置型の中空糸膜モジュールである。浸漬型正浸透モジュール2は、中空糸膜(半透膜21)の両端において、複数の中空糸膜を所定の間隔を開けて固定するための固定樹脂22a,22bを備えている。固定樹脂22aは、中空糸膜の一端の開口を介して、複数の中空糸膜の中空部に連通する分配室を有している。分配室は流入口を有している。固定樹脂22bは、中空糸膜の一端の開口を介して、複数の中空糸膜の中空部に連通する集合室を有している。集合室は流出口を有している。したがって、固定樹脂22aの流入口にDSを流入させることで、中空糸膜の中空部にDSを流すことができ、中空糸膜の中空部を通過することで正浸透によって希釈されたDSが、固定樹脂22bの流出口から排出される。
In FIG. 1, an immersion type
半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびスルホン化ポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。 Although it does not specifically limit as a material which comprises a semipermeable membrane, For example, a cellulose resin, a polysulfone resin, a polyamide resin etc. are mentioned. The semipermeable membrane is preferably composed of a material containing at least one of a cellulose resin and a sulfonated polysulfone resin.
セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。 The cellulose resin is preferably a cellulose acetate resin. Cellulose acetate resin is resistant to chlorine, which is a bactericidal agent, and has a feature that it can suppress the growth of microorganisms. The cellulose acetate resin is preferably cellulose acetate, and more preferably cellulose triacetate from the viewpoint of durability.
ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。 The polysulfone resin is preferably a polyethersulfone resin. The polyethersulfone resin is preferably a sulfonated polyethersulfone.
(膜分離モジュール)
膜分離モジュール3は、分離膜30と、分離膜30で仕切られた第1室31および第2室32と、を有する。
(Membrane separation module)
The membrane separation module 3 includes a
膜分離モジュール3においては、第1室31にDS(浸漬型正浸透モジュール2で希釈されたDS)の一部を流し、第2室32にDSの他の一部を流して、第1室31内のDSを加圧する。これにより、第1室31内のDSに含まれる水が、分離膜を介して第2室32内のDSに移行する。そして、濃縮されたDSが第1室31から排出され、希釈されたDSが第2室32から排出される。
In the membrane separation module 3, a part of DS (DS diluted by the immersion type forward osmosis module 2) is allowed to flow in the
第1室31内のDSの加圧(昇圧)は、第1室31を外部から加圧することにより実施することができる(図1)。なお、ポンプ4(送液用ポンプ)とは別に、第1室31の上流側付近の流路に加圧用ポンプを設置し、この加圧用ポンプによって、第1室31内のDSを加圧してもよい。
Pressurization (pressure increase) of the DS in the
分離膜30としては、上記の正浸透モジュール2の半透膜21と同様の膜を使用することができ、例えば、逆浸透膜(RO膜)、正浸透膜(FO膜)、ナノろ過膜(NF膜)、限外ろ過膜(UF膜)、精密ろ過膜(MF膜)と呼ばれる膜が挙げられる。分離膜30は、好ましくはRO膜、FO膜、NF膜またはUF膜である。なお、分離膜30としてRO膜、FO膜、NF膜またはUF膜を用いる場合、第1室31内のDSに対する加圧の圧力は、好ましくは0.5〜6.5MPaである。
As the
分離膜の形状も、上記の正浸透モジュール2の半透膜21と同様であり、例えば、中空糸膜、スパイラル膜、平膜などが挙げられる。なお、図1では、分離膜30として平膜を簡略化して描いているが、特にこのような形状に限定されるものではない。中空糸膜は、スパイラル膜、平膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。
The shape of the separation membrane is the same as that of the
なお、分離膜が中空糸膜である場合、通常は、中空糸膜の外側が第1室であり、中空糸膜の内側(中空部内)が第2室となる。中空糸膜の内側の流体を加圧しても、圧力損失が大きいため、加圧が十分に働き難いためである。 When the separation membrane is a hollow fiber membrane, the outside of the hollow fiber membrane is usually the first chamber, and the inside of the hollow fiber membrane (inside the hollow portion) is the second chamber. This is because even if the fluid inside the hollow fiber membrane is pressurized, the pressure loss is large, so that the pressurization does not work sufficiently.
<濃縮方法>
本実施形態の濃縮方法は、上記の濃縮システムを用いた対象液の濃縮方法である。図2を参照して、本発明の濃縮方法は、以下に説明する対象液濃縮工程(正浸透工程)と、ドロー溶液濃縮工程(等圧膜分離工程)と、ドロー溶液再利用工程と、を少なくとも含む。なお、これらの各工程は、上記の濃縮システムにおいて同時に進行してもよい。
<Concentration method>
The concentration method of the present embodiment is a method for concentrating a target liquid using the above-described concentration system. Referring to FIG. 2, the concentration method of the present invention includes a target liquid concentration step (forward osmosis step), a draw solution concentration step (isobaric membrane separation step), and a draw solution reuse step described below. Including at least. In addition, you may advance these each process simultaneously in said concentration system.
(対象液濃縮工程)
図1を参照して、対象液濃縮工程(正浸透工程)では、浸漬型正浸透モジュール2を、処理槽1内の対象液(FS)に浸漬して、半透膜21の対象液と反対側(中空糸膜の中空部)に、ドロー溶質を含むドロー溶液(DS)を流すことで、対象液中に含まれる水を半透膜21を通してDSに移動させる。これにより、対象液が濃縮される。
(Target liquid concentration process)
Referring to FIG. 1, in the target liquid concentration process (forward osmosis process), the immersion type
なお、対象液(FS)は、連続式で処理されてもよく、バッチ式で処理されてもよい。すなわち、連続的に処理槽1にFSを供給しながら、濃縮されたFSを回収してもよく、または、処理槽1を所定量のFSで満たして対象液濃縮工程を実施し、所定時間の対象液濃縮工程の終了後に、処理槽1内で濃縮された対象液を全て回収する操作を繰り返してもよい。 The target liquid (FS) may be processed in a continuous manner or a batch manner. That is, the concentrated FS may be collected while continuously supplying FS to the treatment tank 1, or the target liquid concentration process is performed by filling the treatment tank 1 with a predetermined amount of FS, and for a predetermined time. You may repeat operation which collect | recovers all the target liquid concentrated in the processing tank 1 after completion | finish of a target liquid concentration process.
なお、対象液濃縮工程では、半透膜21に対して、逆洗操作、振動等の物理的操作などを行うことにより、半透膜に付着したファウラント、目詰まりしたファウラント等を除去し、半透膜の性能を維持(回復)することができる。また、図1に示されるように、処理槽1の底壁の上部に設けられたエア吹き出し口(図示せず)から気体を吹き出すことにより、対象液中に気泡1aを発生させてもよい。これにより、気泡1aが対象液を撹拌し、また中空糸膜を揺らすことで、中空糸膜にファウラントが付着したり、中空糸膜が目詰まりしたりすることを抑制し、中空糸膜の性能低下を抑制することができる。
In the target liquid concentration step, the foulant adhering to the semipermeable membrane, the clogged foulant, etc. are removed by performing a physical operation such as backwashing or vibration on the
上記工程によって、希釈されたDSの一部は、ドロー溶液濃縮工程により濃縮される。ドロー溶液濃縮工程で濃縮されたDSは、ドロー溶液再利用工程により浸漬型正浸透モジュール2で再利用される。
A part of the diluted DS by the above process is concentrated by the draw solution concentration process. The DS concentrated in the draw solution concentration step is reused in the immersion type
ドロー溶液(DS)の浸透圧は、溶質の分子量等にもよるが、好ましくは0.5〜20MPaである。ドロー溶質としては、例えば、糖類、タンパク質、合成高分子などが挙げられる。ドロー溶質(特に低分子のドロー溶質)は、対象液へ浸透する可能性があるため、その点を考慮して使用するドロー溶質の種類を選択することが望ましい。例えば、対象液が果汁などの飲料用の液である場合、ドロー溶質として塩などを用いると液がしょっぱくなる虞があるため、ドロー溶質として糖類などを選択することが好ましい。 The osmotic pressure of the draw solution (DS) is preferably 0.5 to 20 MPa, although it depends on the molecular weight of the solute. Examples of the draw solute include saccharides, proteins, and synthetic polymers. Since draw solutes (especially low molecular draw solutes) may penetrate into the target solution, it is desirable to select the type of draw solute to be used in consideration of this point. For example, when the target liquid is a liquid for beverages such as fruit juice, it is preferable to select a saccharide or the like as the draw solute because salt may be used when the salt is used as the draw solute.
(ドロー溶液濃縮工程)
ドロー溶液濃縮工程(等圧膜分離工程)では、膜分離モジュール3において、第1室31にDS(対象液濃縮工程において希釈された後のDS)の一部を流し、第2室32にDSの他の一部を流して、第1室31のDSを加圧する。これにより、第1室31内のDSに含まれる水が、分離膜を介して第2室32内のDSに移行する。したがって、第1室31内のDSが濃縮され、濃縮されたDSが第1室31から排出される。一方、第2室32内のDSは希釈され、希釈されたDSが第2室32から排出される。
(Draw solution concentration process)
In the draw solution concentration step (isobaric membrane separation step), in the membrane separation module 3, a part of DS (the DS after being diluted in the target liquid concentration step) is allowed to flow in the
ここで、膜分離モジュール3において、分離膜30の一方側(第1室31)と他方側(第2室32)に流入するDSは、同じものであるため、基本的に浸透圧は等しい。このため、RO法のように、高い浸透圧差に逆らって逆浸透を起こさせるための高い圧力が必要なく、比較的低圧の加圧によって、高濃度のDSを濃縮することができる(DSの一部を濃縮し、DSの他の一部を希釈することができる)。
Here, in the membrane separation module 3, since the DS flowing into one side (first chamber 31) and the other side (second chamber 32) of the
ただし、分離膜30の一方側(第1室31)に流されるDSと、他方側(第2室32)に流されるDSとは、必ずしも同一の液である必要はない。第1室31に流されるDSと、第2室32に流されるDSとの浸透圧差(絶対値)が、第1室を加圧する圧力の10%以下程度であれば、膜分離工程は実施可能である。
However, the DS flowing to one side (first chamber 31) of the
なお、膜分離工程は、図1に示されるように1つの膜分離モジュール3を用いた1段の工程であってもよいが、複数の膜分離モジュールを用いた多段の工程であってもよい。膜分離工程において、最終的な分離膜の両側のDSの浸透圧差は、膜分離モジュールの第1室への加圧の圧力以上にはならないため、1段の工程(1つの膜分離モジュール)によるDSの濃縮率には限界がある。このため、膜分離工程を2段以上の工程とすることで、DSの濃縮率をさらに高めることが可能である。 The membrane separation process may be a one-stage process using one membrane separation module 3 as shown in FIG. 1, or may be a multi-stage process using a plurality of membrane separation modules. . In the membrane separation process, the difference in the osmotic pressure of the DS on both sides of the final separation membrane does not exceed the pressure of the pressure applied to the first chamber of the membrane separation module, and therefore the one-stage process (one membrane separation module) There is a limit to the DS concentration rate. For this reason, it is possible to further increase the DS concentration rate by making the membrane separation step into two or more steps.
(ドロー溶液再利用工程)
ドロー溶液再利用工程では、濃縮されたドロー溶液を浸漬型正浸透モジュール2で再利用する。具体的には、図1を参照して、膜分離工程において、膜分離モジュール3の第1室31から排出される濃縮後のDSが、浸漬型正浸透モジュール2の固定樹脂22aの流入口(集合室)を介して、中空糸膜の中空部内(半透膜21の対象液FSと反対側)にDSとして供給される。
(Draw solution reuse process)
In the draw solution reuse step, the concentrated draw solution is reused in the immersion
(他の工程)
ドロー溶液濃縮工程において、第2室32から排出される希釈されたDSは、逆浸透(RO)法を用いて濃縮されてもよい。第2室32から排出される希釈されたDSは、対象液濃縮工程において希釈されたDS(1次希釈DS)がさらに希釈された液(2次希釈DS)であり、1次希釈DSよりも浸透圧が低い。このため、1次希釈DSの浸透圧が高く、RO法による濃縮が可能な浸透圧(例えば、1〜6MPa程度)を超えている場合でも、2次希釈DSの浸透圧が、RO法による濃縮が可能な浸透圧であれば、RO法による濃縮が可能である。
(Other processes)
In the draw solution concentration step, the diluted DS discharged from the
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 処理槽、1a 気泡、2 浸漬型正浸透モジュール、21 半透膜、22a,22b 固定樹脂、3 膜分離モジュール、30 分離膜、31 第1室、32 第2室、4 ポンプ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Treatment tank, 1a bubble, 2 immersion type forward osmosis module, 21 semipermeable membrane, 22a, 22b fixing resin, 3 membrane separation module, 30 separation membrane, 31 1st chamber, 32 2nd chamber, 4 pumps.
Claims (2)
前記対象液を収容する処理槽と、前記処理槽内の前記対象液に浸漬される浸漬型正浸透モジュールと、膜分離モジュールと、を備え、
前記浸漬型正浸透モジュールは、半透膜を有し、前記半透膜の一方の面は前記対象液に接し、前記半透膜の他方の面はドロー溶質を含むドロー溶液に接するように構成され、
前記膜分離モジュールは、分離膜と、前記分離膜で仕切られた第1室および第2室と、を有し、
前記第1室に前記ドロー溶液の一部を流し、前記第2室に前記ドロー溶液の他の一部を流して、前記第1室の前記ドロー溶液を加圧することで、前記第1室内の前記ドロー溶液に含まれる水を前記分離膜を介して前記第2室内の前記ドロー溶液に移行させ、濃縮された前記ドロー溶液を前記第1室から排出し、希釈された前記ドロー溶液を前記第2室から排出するように構成されている、
濃縮システム。 A concentration system for concentrating a target liquid containing water and components other than water,
A treatment tank containing the target liquid, a submerged forward osmosis module immersed in the target liquid in the treatment tank, and a membrane separation module,
The immersion type forward osmosis module has a semipermeable membrane, and one surface of the semipermeable membrane is in contact with the target liquid, and the other surface of the semipermeable membrane is in contact with a draw solution containing a draw solute. And
The membrane separation module includes a separation membrane, and a first chamber and a second chamber partitioned by the separation membrane,
By flowing a part of the draw solution into the first chamber, flowing another part of the draw solution into the second chamber, and pressurizing the draw solution in the first chamber, Water contained in the draw solution is transferred to the draw solution in the second chamber through the separation membrane, the concentrated draw solution is discharged from the first chamber, and the diluted draw solution is discharged from the first chamber. Configured to drain from two chambers,
Concentration system.
前記浸漬型正浸透モジュールを、処理槽内の前記対象液に浸漬して、前記半透膜の前記対象液と反対側に、ドロー溶質を含むドロー溶液を流すことで、前記対象液中に含まれる水を前記半透膜を通して前記ドロー溶液に移動させる、対象液濃縮工程と、
前記膜分離モジュールにおいて、前記第1室に前記ドロー溶液の一部を流し、前記第2室に前記ドロー溶液の他の一部を流して、前記第1室の前記ドロー溶液を加圧することで、前記第1室内の前記ドロー溶液に含まれる水を前記分離膜を介して前記第2室内の前記ドロー溶液に移行させ、濃縮された前記ドロー溶液を前記第1室から排出し、希釈された前記ドロー溶液を前記第2室から排出する、ドロー溶液濃縮工程と、
濃縮された前記ドロー溶液を前記浸漬型正浸透モジュールで再利用する、ドロー溶液再利用工程と、を含む、
濃縮方法。 A method for concentrating the target liquid using the concentration system according to claim 1,
Included in the target liquid by immersing the immersion type forward osmosis module in the target liquid in a treatment tank and flowing a draw solution containing a draw solute on the side opposite to the target liquid of the semipermeable membrane. A target liquid concentration step of transferring the water to be drawn to the draw solution through the semipermeable membrane;
In the membrane separation module, by flowing a part of the draw solution into the first chamber, flowing another part of the draw solution into the second chamber, and pressurizing the draw solution in the first chamber The water contained in the draw solution in the first chamber is transferred to the draw solution in the second chamber through the separation membrane, and the concentrated draw solution is discharged from the first chamber and diluted. A draw solution concentration step of discharging the draw solution from the second chamber;
Reusing the concentrated draw solution in the immersion forward osmosis module;
Concentration method.
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