特開 2022-14703 被処理液の膜処理方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022014703

(43)【公開日】2022-01-20

(54)【発明の名称】被処理液の膜処理方法および装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20220113BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20220113BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20220113BHJP

   B01D 61/06 20060101ALI20220113BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 A

B01D61/00 500

B01D61/02

B01D61/06

B01D61/58

C02F1/44 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020117207

(22)【出願日】2020-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000143972

【氏名又は名称】株式会社ササクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110001597

【氏名又は名称】特許業務法人アローレインターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】早水 基頼

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006GA14

4D006JA57Z

4D006JA58Z

4D006JA71

4D006KA14

4D006KA54

4D006KA55

4D006KA57

4D006KE06Q

4D006MA01

4D006MA03

4D006PA02

4D006PB03

(57)【要約】

【課題】 被処理液を高濃度で効率良く濃縮することができる被処理液の膜処理装置を提供する。
【解決手段】 被処理液をナノろ過膜１１に通水して透過液を生成するＮＦ膜ユニット１０と、生成された透過液の少なくとも一部を被処理液に半透膜２１を介して接触させることにより被処理液を濃縮する膜濃縮装置２０とを備える被処理液の膜処理装置である。ＮＦ膜ユニット１０は、膜濃縮装置２０で濃縮前の被処理液をナノろ過膜１１に通水して、ナノろ過膜１１を透過せずに濃縮された被処理液を膜濃縮装置２０で濃縮することができる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理液をナノろ過膜に通水して透過液を生成するＮＦ膜通水工程と、
生成された透過液の少なくとも一部を被処理液に半透膜を介して接触させることにより被処理液を濃縮する膜濃縮工程とを備える被処理液の膜処理方法。

【請求項2】

前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮前の被処理液をナノろ過膜に通水する工程を備え、
前記ナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液に対して前記膜濃縮工程が行われる請求項１に記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項3】

前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮後の被処理液をナノろ過膜に通水する工程を備える請求項１に記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項4】

前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮前の被処理液を第１のナノろ過膜に通水する工程と、前記膜濃縮工程で濃縮後の被処理液を第２のナノろ過膜に通水する工程とを備え、
前記第１のナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液に対して前記膜濃縮工程が行われる請求項１に記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項5】

被処理液を昇圧して逆浸透膜に通水するＲＯ膜通水工程を更に備え、
前記ＲＯ膜通水工程で濃縮後の被処理液に対して前記ＮＦ膜通水工程および前記膜濃縮工程が行われる請求項１から４のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項6】

前記膜濃縮工程は、前記半透膜を備える膜濃縮装置を複数配置して、前記各膜濃縮装置に対して、被処理液を直列に供給すると共に透過液を直列または並列に供給する工程を備える請求項１から５のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項7】

前記ＮＦ膜通水工程および前記膜濃縮工程により濃縮された被処理液を追加濃縮する追加濃縮工程を更に備え、
前記追加濃縮工程は、追加濃縮後の被処理液の一部を、追加濃縮前の被処理液に半透膜を介して接触させて追加濃縮を行った後、前記膜濃縮工程で使用される透過液に合流させる工程を備える請求項１から６のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項8】

前記膜濃縮工程は、前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液の一部を透過液に合流させて被処理液の濃縮に使用する工程を備える請求項１から７のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項9】

前記ＮＦ膜通水工程と前記膜濃縮工程とを交互に複数繰り返す請求項１から８のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項10】

前記膜濃縮工程は、前記ＮＦ膜通水工程で生成された透過液の一部を前記半透膜に供給せずにバイパスさせ、前記半透膜をバイパスさせる透過液の流量を調節して前記半透膜への透過液の供給流量を制御する工程を備える請求項１から９のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項11】

前記ＮＦ膜通水工程は、被処理液を前記ナノろ過膜への通水前に減圧する工程を備える請求項１から１０のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項12】

前記膜濃縮工程は、濃縮前の被処理液を昇圧する工程を備える請求項１から１１のいずれかに記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項13】

濃縮前の被処理液の昇圧が、濃縮後の被処理液との圧力交換により行われる請求項１２に記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項14】

被処理液をナノろ過膜に通水して透過液を生成するＮＦ膜ユニットと、
生成された透過液の少なくとも一部を被処理液に半透膜を介して接触させることにより被処理液を濃縮する膜濃縮装置とを備える被処理液の膜処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理液の膜処理方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１７６９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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

【0005】

そこで、本発明は、被処理液を高濃度で効率良く濃縮することができる被処理液の膜処理方法および装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の前記目的は、被処理液をナノろ過膜に通水して透過液を生成するＮＦ膜通水工程と、生成された透過液の少なくとも一部を被処理液に半透膜を介して接触させることにより被処理液を濃縮する膜濃縮工程とを備える被処理液の膜処理方法により達成される。

【0007】

この被処理液の膜処理方法において、前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮前の被処理液をナノろ過膜に通水する工程を備えることができ、前記ナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液に対して前記膜濃縮工程を行うことができる。

【0008】

あるいは、前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮後の被処理液をナノろ過膜に通水する工程を備えることができる。

【0009】

あるいは、前記ＮＦ膜通水工程は、前記膜濃縮工程で濃縮前の被処理液を第１のナノろ過膜に通水する工程と、前記膜濃縮工程で濃縮後の被処理液を第２のナノろ過膜に通水する工程とを備えることができ、前記第１のナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液に対して前記膜濃縮工程を行うことができる。

【0010】

上記の被処理液の膜処理方法においては、被処理液を昇圧して逆浸透膜に通水するＲＯ膜通水工程を更に備えることができ、前記ＲＯ膜通水工程で濃縮後の被処理液に対して前記ＮＦ膜通水工程および前記膜濃縮工程を行うことができる。

【0011】

前記膜濃縮工程は、前記半透膜を備える膜濃縮装置を複数配置して、前記各膜濃縮装置に対して、被処理液を直列に供給すると共に透過液を直列または並列に供給する工程を備えることができる。

【0012】

前記ＮＦ膜通水工程および前記膜濃縮工程により濃縮された被処理液を追加濃縮する追加濃縮工程を更に備えることが可能であり、前記追加濃縮工程は、追加濃縮後の被処理液の一部を、追加濃縮前の被処理液に半透膜を介して接触させて追加濃縮を行った後、前記膜濃縮工程で使用される透過液に合流させる工程を備えることができる。

【0013】

前記膜濃縮工程は、前記ＮＦ膜通水工程で前記ナノろ過膜を透過せずに濃縮された被処理液の一部を透過液に合流させて被処理液の濃縮に使用する工程を備えることができる。

【0014】

前記ＮＦ膜通水工程と前記膜濃縮工程とは、交互に複数繰り返してもよい。

【0015】

前記膜濃縮工程は、前記ＮＦ膜通水工程で生成された透過液の一部を前記半透膜に供給せずにバイパスさせ、前記半透膜をバイパスさせる透過液の流量を調節して前記半透膜への透過液の供給流量を制御する工程を備えることができる。

【0016】

前記ＮＦ膜通水工程は、被処理液を前記ナノろ過膜への通水前に減圧する工程を備えることができる。

【0017】

前記膜濃縮工程は、濃縮前の被処理液を昇圧する工程を備えることができる。濃縮前の被処理液の昇圧は、濃縮後の被処理液との圧力交換により行うことができる。

【0018】

また、本発明の前記目的は、被処理液をナノろ過膜に通水して透過液を生成するＮＦ膜ユニットと、生成された透過液の少なくとも一部を被処理液に半透膜を介して接触させることにより被処理液を濃縮する膜濃縮装置とを備える被処理液の膜処理装置により達成される。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、被処理液を高濃度で効率良く濃縮することができる被処理液の膜処理方法および装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図2】本発明の他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図3】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図4】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図5】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図6】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図7】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図8】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図9】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図10】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図11】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図12】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図13】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図14】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の概略構成図である。

【図15】本発明の更に他の実施形態に係る被処理液の膜処理装置の要部を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る被処理液の膜処理装置（以下、単に「膜処理装置」という）の概略構成図である。図１に示すように、膜処理装置１－１は、ＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０を主な構成要素として備えている。

【0022】

ＮＦ膜ユニット１０は、ケーシング内にＮＦ膜（ナノろ過膜）１１を備えるＮＦ膜モジュールからなり、被処理液をＮＦ膜１１に通水することにより透過液を生成する。ＮＦ膜の形状としては、平膜や中空糸膜等を例示することができる。

【0023】

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

【0024】

次に、上記の構成を備える膜処理装置１－１による被処理液の膜処理方法（以下、単に「膜処理方法」という）を説明する。まず、海水等の被処理液を高圧ポンプ２によりＮＦ膜ユニット１０に供給することにより、被処理液をＮＦ膜１１に通水して透過液を生成するＮＦ膜通水工程を行う。高圧ポンプ２は、例えばインバータ制御が可能なポンプとすることで、省エネルギー化を図ることができる。

【0025】

ＮＦ膜通水工程で生成された透過液は、膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給される一方、ＮＦ膜通水工程で濃縮された被処理液は、昇圧部６で昇圧された後、高圧室２２に供給される。高圧室２２の圧力を低圧室２３の圧力よりも高く維持することで、半透膜２１を介した高圧室２２から低圧室２３への水の移動が促され、高圧室２２を通過する被処理液を濃縮する膜濃縮工程を行うことができる。膜濃縮工程で濃縮前の被処理液を昇圧する昇圧部６としては、昇圧ポンプやエネルギー回収装置等を例示することができる。昇圧ポンプは、インバータ制御が可能なポンプであることが好ましく、モータ回転数の制御によって被処理液の流量や圧力を容易に制御することができると共に、流路の絞りが不要になるため省エネルギー化を図ることができる。高圧室２２と低圧室２３との間で必要になる圧力差は、例えば半透膜２１の面積を増大させることで低減可能であり、昇圧部６が無い状態で必要な圧力差を確保できる場合には、昇圧部６を備えない構成にすることもできる。ＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０で濃縮された被処理液は、濃縮液として回収することができ、例えば、正浸透発電、製塩蒸発濃縮による淡水化などの他のプロセスで利用することができる。

【0026】

昇圧部６としてエネルギー回収装置を使用する場合、例えば、図１０に示す膜処理装置１－１０の構成にすることができる。図１０に示すエネルギー回収装置８は、昇圧部６と減圧部７との間で圧力交換が行われるターボチャージャからなり、膜濃縮装置２０の高圧室２２を通過して減圧部７に供給された被処理液によりタービンを回転させ、この動力を利用して昇圧部６に供給される被処理液を昇圧する。図１０に示す膜処理装置１－１０によれば、被処理液を減圧部７で減圧して、低圧で回収することができる。エネルギー回収装置８の構成は、膜濃縮装置２０での濃縮後に減圧部７に供給される被処理液のエネルギーを回収して、膜濃縮装置２０での濃縮前に昇圧部６に供給される被処理液を昇圧可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、タービン型以外にロータ型やピストン型などの他のエネルギー回収装置であってもよい。

【0027】

図１に示す膜処理装置１－１において、ＮＦ膜１１は、海水等の被処理液に含まれる２価以上のイオンの透過を抑制する一方で、１価イオンは透過し易い性質を有するため、ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液は、特に１価イオンの濃度低下が抑制される。したがって、膜濃縮装置２０の高圧室２２および低圧室２３にそれぞれ供給される被処理液および透過液の浸透圧差を小さくすることができるので、高圧室２２の圧力を過度に高めることなく被処理液の濃縮を確実に行うことができる。

【0028】

ＮＦ膜ユニット１０から膜濃縮装置２０に透過液を供給する供給ライン３にはバイパスライン４が分岐接続されており、バイパスライン４に流量制御弁５が設けられている。膜濃縮装置２０への透過液の供給流量は、流量制御弁５の開度変化によりバイパスライン４にバイパスさせる透過液の流量を調節して、制御することができ、これによって膜濃縮工程を確実に行うことができる。ＮＦ膜通水工程で生成された透過液は、少なくとも一部が膜濃縮工程において使用されればよく、流量制御弁５を全閉にした状態でも高圧室２２と低圧室２３との間で所望の圧力差が生じる場合には、バイパスライン４および流量制御弁５を設けずに、ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液の全量を膜濃縮装置２０に供給してもよい。

【0029】

図１に示す膜処理装置１－１による膜処理方法は、ＮＦ膜通水工程が、膜濃縮工程で濃縮される前の被処理液をＮＦ膜１１に通水する工程を備えており、ＮＦ膜１１を透過せずに濃縮された被処理液に対して膜濃縮工程が行われる。これに対し、図２に示す膜処理装置１－２による膜処理方法は、ＮＦ膜通水工程が、膜濃縮工程で濃縮後の被処理液をＮＦ膜１１に通水する工程を備えることができる。以下の各図においては、図面間で同様の構成部分に同一の符号を付している。

【0030】

図２に示す膜処理装置１－２は、図１に示す膜処理装置１－１と同様にＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０を備えるものであるが、図１に示す膜処理装置１－１とは異なり、海水等の被処理液が膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給された後、減圧弁等からなる減圧部７で減圧されて、ＮＦ膜ユニット１０に供給される。減圧部７は、減圧弁以外にエネルギー回収装置であってもよい。減圧部７としてエネルギー回収装置を使用する場合、例えば、図１１に示す膜処理装置１－１１の構成にすることができる。図１１に示すエネルギー回収装置８－１は、図１０に示すエネルギー回収装置８と同様に昇圧部６－１と減圧部７－１との間で圧力交換が行われる構成であり、昇圧部６－１で昇圧された被処理液が、膜濃縮装置２０の高圧室２２を通過した後、減圧部７－１で減圧される。減圧部７－１により被処理液の圧力が低くなり過ぎる場合には、昇圧ポンプ等からなる昇圧部６’を適宜設けることにより被処理液の圧力を回復することが可能であり、エネルギー回収装置８－２の昇圧部６－２で被処理液を更に昇圧して、ＮＦ膜ユニット１０に供給することができる。ＮＦ膜ユニット１０で濃縮された被処理液は、減圧部７－２で減圧された後、濃縮液として回収される。

【0031】

図２に示す膜処理装置１－２の減圧部７としては、発電機能を有するタービンを使用することも可能であり、回収した電気エネルギーを高圧ポンプ２等の動力として利用することができる。ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液は、膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給されて、高圧室２２を通過する被処理液を濃縮する。低圧室２３に供給される透過液の流量は、バイパスライン４にバイパスさせる透過液の流量を流量制御弁５の開度変化により調節して、制御することができる。バイパスライン４および流量制御弁５は必須の構成ではなく、ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液の全量を膜濃縮装置２０に供給してもよい。減圧部７はＮＦ膜ユニット１０の運転圧力に応じて所望の減圧を行うことができる一方、ＮＦ膜ユニット１０の下流側に背圧をかける等して減圧部７を備えない構成にすることもできる。ＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０の運転圧力は、被処理液に含まれる１価イオンおよび２価イオンのバランス等によって異なるが、例えば、ＮＦ膜ユニット１０の運転圧力を１０～３０ｂａｒとすることができ、あるいは、ＮＦ膜１１の最高使用圧力まで昇圧することができる。膜濃縮装置２０の運転圧力は、例えば４０～７０ｂａｒである。昇圧部６および減圧部７は、ＮＦ膜ユニット１０や膜濃縮装置２０の運転圧力を考慮して被処理液を昇圧または減圧するように、必要に応じて配置される（以下の各実施形態においても同様）。

【0032】

図３に示す膜処理装置１－３は、図１に示す膜処理装置１－１と、図２に示す膜処理装置１－２とを組み合わせた構成であり、第１のＮＦ膜ユニット１０－１、第２のＮＦ膜ユニット１０－２、および膜濃縮装置２０とを備えている。第１のＮＦ膜ユニット１０－１および第２のＮＦ膜ユニット１０－２は、図１および図２に示すＮＦ膜ユニット１０と同様に構成されており、それぞれ第１のＮＦ膜１１－１および第２のＮＦ膜１１－２を備えている。

【0033】

図３に示す膜処理装置１－３による膜処理方法は、ＮＦ膜通水工程が、膜濃縮装置２０で濃縮される前の被処理液を第１のＮＦ膜１１－１に通水する工程と、膜濃縮装置２０で濃縮された後の被処理液を第２のＮＦ膜１１－２に通水する工程とを備えることができ、第２のＮＦ膜１１－２の通水によって生成された透過液を、膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給することができる。膜濃縮装置２０に供給される透過液の流量は、供給ライン３からバイパスライン４にバイパスさせる透過液の流量を流量制御弁５の開度変化により調節して、制御することができる。バイパスライン４および流量制御弁５は必須の構成ではなく、第２のＮＦ膜ユニット１０－２で生成された透過液の全量を膜濃縮装置２０に供給してもよい。膜濃縮装置２０の低圧室２３に供給される透過液は、第１のＮＦ膜ユニット１０－１で生成された透過液の少なくとも一部であってもよい。

【0034】

第１のＮＦ膜ユニット１０－１で濃縮された被処理液は、昇圧部６－１と減圧部７－１との間で圧力交換が行われるエネルギー回収装置８－１の昇圧部６－１で昇圧された後、膜濃縮装置２０の高圧室２２を通過して、減圧部７－１で減圧される。減圧部７－１で減圧された被処理液は、必要に応じて設けられる昇圧部６’により圧力が回復した後、エネルギー回収装置８－２の昇圧部６－２で更に昇圧されて、第２のＮＦ膜ユニット１０－２に供給される。第２のＮＦ膜ユニット１０－２で濃縮された被処理液は、減圧部７－２で減圧された後、濃縮液として回収される。

【0035】

図４に示す膜処理装置１－４は、図１に示す膜処理装置１－１において、ＲＯ膜ユニット３０を更に備えるものであり、海水等の被処理液が高圧ポンプ２により昇圧されてＲＯ膜ユニット３０に供給される。ＲＯ膜ユニット３０は、ケーシング内にＲＯ膜（逆浸透膜）３１を備えるＲＯ膜モジュールからなり、被処理液をＲＯ膜３１に通水することにより製造水（淡水）を生成する。ＲＯ膜３１の形状は、平膜や中空糸膜等を例示することができる。ＲＯ膜ユニット３０のＲＯ膜３１を透過せずに濃縮された被処理液は、減圧部７で減圧された後、ＮＦ膜ユニット１０に供給される。

【0036】

図４に示す膜処理装置１－４による膜処理方法は、被処理液を昇圧してＲＯ膜に通水するＲＯ膜通水工程を備えることができ、ＲＯ膜通水工程で濃縮後の被処理液に対して、ＮＦ膜通水工程および膜濃縮工程を行うことができるので、回収される濃縮液の濃縮率をより高めることができる。ＲＯ膜ユニット３０は、図２に示す膜処理装置１－２に設けてもよく、この場合は、ＲＯ膜ユニット３０で濃縮された被処理液が、膜濃縮装置２０の高圧室２２に供給される構成にすることができる。

【0037】

図５に示す膜処理装置１－５は、図２に示す膜処理装置１－２において、ＲＯ膜ユニット３０を更に備えると共に、膜濃縮装置２０を複数配置して、第１の膜濃縮装置２０－１と、第２の膜濃縮装置２０－２とを備える構成にしたものである。ＲＯ膜ユニット３０で濃縮された被処理液は、第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２の高圧室２２－１，２２－２を直列に通過した後、減圧部７で減圧されて、ＮＦ膜ユニット１０に供給される。ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液は、第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２の低圧室２３－１，２３－２を並列に通過した後、被処理液に合流されて、ＲＯ膜ユニット３０に再び供給される。

【0038】

図５に示す膜処理装置１－５による膜処理方法は、膜濃縮工程が、第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２に対して被処理液を直列に供給し透過液を並列に供給する工程を備えることができ、それぞれの膜濃縮装置２０－１，２０－２において、被処理液を濃縮することができる。低圧室２３－１，２３－２に供給される透過液の流量は、低圧室２３－１，２３－２をバイパスさせる透過液の流量を流量制御弁５－１，５－２の開度変化により調節して個別に制御することができ、低圧室２３－１を通過する透過液については濃度制御を行うこともできる。ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液は、低圧室２３－１，２３－２に直列に供給してもよく、この場合は、低圧室２３－２，２３－１の順で透過液が通過することが好ましい。また、低圧室２３－１，２３－２をバイパスさせずに、透過液の全量を各低圧室２３－１，２３－２に直列または並列に供給してもよい。流量制御弁５－１，５－２の個数や配置は特に限定されず、各低圧室２３－１，２３－２に対する流量制御や濃度制御を容易に行えるように適宜設定すればよい。

【0039】

図５に示す第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２は、図１に示す膜処理装置１－１に適用することも可能であり、図１に示す膜処理装置１－１において、膜濃縮装置２０を複数配置した構成にすることができる。

【0040】

図５に示すＲＯ膜ユニット３０は、例えば図１１に示す膜処理装置１－１１に設けて、図１２に示す膜処理装置１－１２の構成にすることができる。図１２の膜処理装置１－１２は、エネルギー回収装置８－１の昇圧部６－１で昇圧された被処理液が、ＲＯ膜ユニット３０に供給されて濃縮された後、膜濃縮装置２０の高圧室２２を通過して、減圧部７－１で減圧されるように構成されている。

【0041】

図１３に示す膜処理装置１－１３は、図５に示す膜処理装置１－５の減圧部７にエネルギー回収装置８を使用したものであり、このエネルギー回収装置８の昇圧部６は、第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２の高圧室２２－１，２２－２に供給される前の被処理液の昇圧に利用される。

【0042】

図６に示す膜処理装置１－６は、図１に示す膜処理装置１－１において、膜濃縮装置２０で濃縮された被処理液を更に濃縮する追加濃縮装置４０を更に備えるものである。追加濃縮装置４０は、ケーシング内が半透膜４１で仕切られることにより高圧室４２および低圧室４３が形成されている。半透膜４１の形状は、平膜や中空糸膜等を例示することができる。

【0043】

図６に示す膜処理装置１－６による膜処理方法は、ＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０で濃縮された被処理液を追加濃縮装置４０の高圧室４２に供給すると共に、高圧室４２を通過した被処理液の一部を低圧室４３に供給することにより、高圧室４２と低圧室４３との間で生じる圧力差を利用して被処理液の追加濃縮を行う追加濃縮工程を備えることができる。追加濃縮工程は、高圧室４２を通過して追加濃縮された被処理液の一部を、高圧室４２で追加濃縮される前の被処理液に半透膜４１を介して接触させて追加濃縮を行った後、膜濃縮装置２０に供給される透過液に合流させる工程を備えることができる。高圧室４２で追加濃縮された被処理液の残部は、濃縮液として回収される。

【0044】

追加濃縮装置４０は、図２に示す膜処理装置１－２に適用することも可能である。すなわち、図２に示す膜処理装置１－２において、膜濃縮装置２０で濃縮された被処理液を追加濃縮装置４０の高圧室４２に供給し、高圧室４２を通過して追加濃縮された被処理液の一部が低圧室４３を通過して、膜濃縮装置２０に供給される透過液に合流する構成にすることができる。高圧室４２で追加濃縮された被処理液の残部は、ＮＦ膜ユニット１０に供給して濃縮液を回収することができる。

【0045】

図７に示す膜処理装置１－７は、図５に示す膜処理装置１－５において、ＮＦ膜ユニット１０を複数設けて第１のＮＦ膜ユニット１０－１および第２のＮＦ膜ユニット１０－２を備えると共に、第３の膜濃縮装置２０－３を追加したものである。第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２で濃縮された被処理液は、第１のＮＦ膜ユニット１０－１に供給されて濃縮された後、第３の膜濃縮装置２０－３および第２のＮＦ膜ユニット１０－２に供給されて更に濃縮される。

【0046】

図７に示す膜処理装置１－７による膜処理方法は、膜濃縮工程が、第２のＮＦ膜ユニット１０－２で濃縮された被処理液の一部を、減圧弁等からなる減圧部７’で減圧させた後、第２のＮＦ膜ユニット１０－２で生成された透過液に合流させて、第３の膜濃縮装置２０－３に供給し、被処理液の濃縮に使用する工程を備えることができる。透過液に合流させる被処理液の流量を調節することで、透過液の流量や濃度を制御することができる。

【0047】

上記のように、膜濃縮工程において、ＮＦ膜通水工程で濃縮された被処理液の一部を透過液に合流させて被処理液の濃縮に使用する工程は、図７に示す膜処理装置１－７以外でも行うことができる。例えば、図１に示す膜処理装置１－１や、図２に示す膜処理装置１－２において、ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液に、ＮＦ膜ユニット１０で濃縮された被処理液の一部を合流させて、膜濃縮装置２０に供給する構成にすることができる。図１に示す膜処理装置１－１においては、ＮＦ膜ユニット１０で濃縮された被処理液の一部を、膜濃縮装置２０に供給する前に透過液に合流させてもよく、あるいは、膜濃縮装置２０の通過後に透過液に合流させてもよい。

【0048】

図７に示す膜処理装置１－７は、第１のＮＦ膜ユニット１０－１で生成された透過液を第１の膜濃縮装置２０－１に供給し、第２のＮＦ膜ユニット１０－２で生成された透過液を第２の膜濃縮装置２０－２および第３の膜濃縮装置２０－３に供給しているが、例えば、第１のＮＦ膜ユニット１０－１の透過液を第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２に供給し、第２のＮＦ膜ユニット１０－２の透過液を第３の膜濃縮装置２０－３に供給してもよい。あるいは、第２のＮＦ膜ユニット１０－２の透過液を、第１の膜濃縮装置２０－１、第２の膜濃縮装置２０－２および第３の膜濃縮装置２０－３に供給してもよい。

【0049】

図７に示す膜処理装置１－７において、配置するＮＦ膜ユニット１０および膜濃縮装置２０の個数は、特に限定されるものではない。この場合、各ＮＦ膜ユニット１０で生成された透過液の供給先となる膜濃縮装置２０についても特に制限はないが、各ＮＦ膜ユニット１０から前段側の膜濃縮装置２０（すなわち、ＮＦ膜ユニット１０において透過液の生成に使用される被処理液が当該ＮＦ膜ユニット１０に導入される前に通過した膜濃縮装置２０）に透過液を供給することが好ましい。ＮＦ膜ユニット１０から複数の膜濃縮装置２０への透過液の供給は、並列または直列のいずれであってもよく、あるいは、並列と直列とを組み合わせてもよい。

【0050】

図８に示す膜処理装置１－８は、第１のＮＦ膜ユニット１０－１、第２のＮＦ膜ユニット１０－２、第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２を備えており、図１に示す膜処理装置１－１を１つのユニットとして、このユニットを２段に配置したものである。すなわち、第１のＮＦ膜ユニット１０－１で濃縮された被処理液は、昇圧部６－１で昇圧されて第１の膜濃縮装置２０－１で濃縮された後、減圧部７で減圧されて第２のＮＦ膜ユニット１０－２で更に濃縮され、昇圧部６－２で昇圧されて第２の膜濃縮装置２０－２で更に濃縮されて、濃縮液として回収される。図８に示す昇圧部６－２および減圧部７は、図９に示す膜処理装置１－９のように、昇圧部６と減圧部７との間で圧力交換を行うエネルギー回収装置８を使用してもよい。図８および図９に示す膜処理装置１－８，１－９により回収される濃縮液は、昇圧部（６－２または６）で昇圧されて高圧になることから、例えば、浸透圧発電等の用途に好適に利用することができる。

【0051】

図１４に示す膜処理装置１－１４は、図８に示す昇圧部６－１，６－２の双方に、エネルギー回収装置８－１，８－２を使用したものであり、エネルギー回収装置８－１，８－２の減圧部７－１，７－２には、それぞれ第１の膜濃縮装置２０－１および第２の膜濃縮装置２０－２で濃縮後の被処理液が供給される。第１の膜濃縮装置２０－１、ＮＦ膜ユニット１０および第２の膜濃縮装置２０－２の所望の運転圧力が得られるように、それぞれの上流側に昇圧部６’－１，６’－２，６’－３を必要に応じて設けてもよい。

【0052】

図８に示す膜処理装置１－８による膜処理方法は、ＮＦ膜通水工程と膜濃縮工程とを交互に繰り返し行うことで、回収される濃縮液の濃縮率を効率良く高めることができる。図１に示す膜処理装置１－１からなるユニットは、３段以上の多段に配置して、濃縮率をより高めてもよい。また、図２に示す膜処理装置１－２や、図３に示す膜処理装置１－３等についても、これを１つのユニットとして、２段以上の多段に配置することができる。

【0053】

最後段に配置されたＮＦ膜ユニット１０（図８においては、第２のＮＦ膜ユニット１０－２）で生成される透過液は、各ＮＦ膜ユニット１０で生成される透過液の中で最も高濃度であり、この透過液を各膜濃縮装置２０に対して後段側から直列に供給（図８においては、第２の膜濃縮装置２０－２に供給した後に、第１の膜濃縮装置２０－１に供給）することで、各膜濃縮装置２０における被処理液の濃縮を容易且つ確実に行うことができる。

【0054】

第２のＮＦ膜ユニット１０－２で生成されて第２の膜濃縮装置２０－２を通過した透過液には、第１のＮＦ膜ユニット１０－１で生成された透過液、および、第２のＮＦ膜ユニット１０－２で生成されて第２の膜濃縮装置２０－２を通過する前の透過液の、いずれか一方または両方を合流させてもよい。流量制御弁５－１，５－２の開度調節によりこれらの透過液の混合割合を変えることで、第１の膜濃縮装置２０－１に供給される透過液の流量や濃度を制御することができる。

【0055】

上記の各実施形態における昇圧部６は、種々の構成を採用することができるが、例えば、図１４に示す昇圧部６’－２に対して、図１５に示す昇圧部６を適用することができる。図１５に示す昇圧部６は、ＰＸ型と呼ばれる圧力変換型のエネルギー回収装置６ａを備えており、ＮＦ膜ユニット１０に供給される被処理液の一部が、ＮＦ膜ユニット１０で濃縮された被処理液とエネルギー回収装置６ａで圧力交換することにより昇圧され、ブースターポンプ６ｂで更に昇圧されて、ブースターポンプ６ｃで昇圧された残部の被処理液に合流される。ブースターポンプ６ｂの作動は、インバータ制御により流量を精度良く調整して行われることが好ましい。ブースターポンプ６ｃは、本実施形態ではインバータ制御を行わずに、ブースターポンプ６ｃの下流側とブースターポンプ６ｂからの合流部との間に配置した圧力制御弁９で圧力制御を行うことにより、流量調整を行っているが、ブースターポンプ６ｃについてもインバータ制御を行ってもよく、この場合は、圧力制御弁９を備えない構成にすることができる。

【符号の説明】

【0056】

１ 膜処理装置
５ 流量制御弁
６ 昇圧部
７ 減圧部
１０ ＮＦ膜ユニット
１１ ナノろ過膜
２０ 膜濃縮装置
２１ 半透膜
３０ ＲＯ膜ユニット
３１ 逆浸透膜
４０ 追加濃縮装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】