特開 2023-181602 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】P2023181602

(43)【公開日】2023-12-25

(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 20230101AFI20231218BHJP

   B01D 61/04 20060101ALI20231218BHJP

   B01D 61/08 20060101ALI20231218BHJP

   B01D 61/12 20060101ALI20231218BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 D

B01D61/04

B01D61/08

B01D61/12

B01D61/58

C02F1/44 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094816

(22)【出願日】2022-06-13

(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】弁理士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

4D006HA01

4D006HA41

4D006JA53Z

4D006JA58A

4D006JA70Z

4D006KA12

4D006KA17

4D006KA52

4D006KA53

4D006KA54

4D006KA56

4D006KA57

4D006KA63

4D006KA72

4D006KE02P

4D006KE03P

4D006KE07P

4D006KE07Q

4D006KE19P

4D006KE23Q

4D006MA01

4D006MA03

4D006PA01

4D006PA02

4D006PB03

4D006PB05

(57)【要約】

【課題】 被処理液の膜処理を低コストで効率良く行うことができる被処理液の膜処理方法を提供する。
【解決手段】 被処理液をＮＦ膜１１に通水するＮＦ膜処理工程と、前記ＮＦ膜処理工程によりＮＦ膜１１を透過したＮＦ膜透過液をＲＯ膜２１に通水するＲＯ膜処理工程とを備える被処理液の膜処理方法であって、ＲＯ膜２１を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を、ＮＦ膜１１に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈工程と、希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる塩濃度調整工程とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理液をＮＦ膜に通水するＮＦ膜処理工程と、
前記ＮＦ膜処理工程により前記ＮＦ膜を透過したＮＦ膜透過液をＲＯ膜に通水するＲＯ膜処理工程とを備える被処理液の膜処理方法であって、
前記ＲＯ膜を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を、前記ＮＦ膜に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈工程と、
希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる塩濃度調整工程とを備える被処理液の膜処理方法。

【請求項2】

前記ＲＯ膜処理工程は、前記ＲＯ膜を備えるＲＯ膜ユニットを複数配置して、前段の前記ＲＯ膜ユニットのＲＯ膜濃縮液を後段の前記ＲＯ膜ユニットに順次通水する工程を備え、
前記希釈工程は、最後段の前記ＲＯ膜ユニットのＲＯ膜透過液の少なくとも一部を希釈液として使用する請求項１に記載の被処理液の膜処理方法。

【請求項3】

被処理液をＮＦ膜に通水するＮＦ膜処理装置と、
前記ＮＦ膜処理装置の前記ＮＦ膜を透過したＮＦ膜透過液をＲＯ膜に通水するＲＯ膜処理装置とを備える被処理液の膜処理装置であって、
前記ＲＯ膜を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を、前記ＮＦ膜に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈流路と、
希釈後の被処理液の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、
希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる制御装置とを備える被処理液の膜処理装置。

【請求項4】

希釈後の被処理液を加圧して前記ＮＦ膜処理装置に供給する高圧ポンプを更に備え、
前記制御装置は、前記ＮＦ膜に通水する被処理液の圧力に基づき前記高圧ポンプの流量をインバータ制御する請求項３に記載の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し、より詳しくは、ＮＦ膜およびＲＯ膜を利用した被処理液の膜処理方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の被処理液の膜処理装置として、特許文献１には、ＮＦ膜（ナノろ過膜）またはＲＯ膜（逆浸透膜）を有する第１の膜ろ過装置および第２の膜ろ過装置に原水タンクの原水を順次通水して、純水を製造する装置が開示されている。原水タンクには、第２の膜ろ過装置を透過した純水の一部が、第１の膜ろ過装置の濃縮水の一部と共に還流され、濃縮水の還流量を純水の還流量と同じか少なくすることにより、第１の膜ろ過装置のスケールリスクの抑制が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－８９０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示された装置は、原水タンクに供給される原水の濃度変化には対応できないため、原水の塩濃度が増加した場合には、第１の膜ろ過装置の膜面にスケールが発生し易いだけでなく、高圧での膜処理が必要になるため、エネルギーコストが増加すると共に、膜負荷が増加して耐久性が低下する等の問題が生じる。

【0005】

そこで、本発明は、被処理液の膜処理を低コストで効率良く行う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ＮＦ膜に通水するＮＦ膜処理工程と、前記ＮＦ膜処理工程により前記ＮＦ膜を透過したＮＦ膜透過液をＲＯ膜に通水するＲＯ膜処理工程とを備える被処理液の膜処理方法であって、前記ＲＯ膜を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を、前記ＮＦ膜に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈工程と、希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる塩濃度調整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】

前記ＲＯ膜処理工程は、前記ＲＯ膜を備えるＲＯ膜ユニットを複数配置して、前段の前記ＲＯ膜ユニットのＲＯ膜濃縮液を後段の前記ＲＯ膜ユニットに順次通水する工程を備えることが好ましく、前記希釈工程は、最後段の前記ＲＯ膜ユニットのＲＯ膜透過液の少なくとも一部を希釈液として使用することが好ましい。

【0008】

また、本発明の前記目的は、被処理液をＮＦ膜に通水するＮＦ膜処理装置と、前記ＮＦ膜処理装置の前記ＮＦ膜を透過したＮＦ膜透過液をＲＯ膜に通水するＲＯ膜処理装置とを備える被処理液の膜処理装置であって、前記ＲＯ膜を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を、前記ＮＦ膜に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈流路と、希釈後の被処理液の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる制御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。

【0009】

この被処理液の膜処理装置は、希釈後の被処理液を加圧して前記ＮＦ膜処理装置に供給する高圧ポンプを更に備えることが好ましく、前記制御装置は、前記ＮＦ膜に通水する被処理液の圧力に基づき前記高圧ポンプの流量をインバータ制御することが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明の被処理液の膜処理方法および装置によれば、被処理液の膜処理を低コストで効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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は、被処理液をＮＦ膜（ナノろ過膜）に通水するＮＦ膜処理装置１０と、ＮＦ膜処理装置１０のＮＦ膜を透過したＮＦ膜透過液を高圧ポンプ２の作動によりＲＯ膜（逆浸透膜）に通水するＲＯ膜処理装置２０と、ＲＯ膜処理装置２０のＲＯ膜を透過したＲＯ膜透過液の少なくとも一部を被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈流路３０とを備えており、希釈液により希釈された被処理液が、高圧ポンプ３の作動によりＮＦ膜処理装置１０に供給されるように構成されている。希釈流路３０には流量調整弁４０が設けられており、流量調整弁４０の操作により希釈液の流量を調整することができる。

【0013】

ＮＦ膜処理装置１０は、ケーシング内にＮＦ膜１１が配置された単一のＮＦ膜ユニットを備えており、ＮＦ膜１１を透過しない非透過液がＮＦ膜濃縮液として排出される。ＮＦ膜濃縮液を排出する排出ラインには、流量調整弁４１が設けられている。ＮＦ膜処理装置１０は、２段以上の複数段のＮＦ膜ユニットを備えることも可能であり、前段のＮＦ膜ユニットでＮＦ膜を透過しないＮＦ膜濃縮液を後段のＮＦ膜ユニットのＮＦ膜に通水し、各段のＮＦ膜ユニットのＮＦ膜透過液をＲＯ膜処理装置２０に供給するように構成してもよい。

【0014】

ＲＯ膜処理装置２０は、２段のＲＯ膜ユニット２０－１，２０－２を備える。各ＲＯ膜ユニット２０－１，２０－２は、それぞれケーシング内にＲＯ膜２１－１，２１－２を備えており、前段のＲＯ膜ユニット２０－１でＲＯ膜２１－１を透過しない非透過液を、後段のＲＯ膜ユニット２０－２のＲＯ膜２１－２に通水し、各段のＲＯ膜ユニット２０－１，２０－２からＲＯ膜透過液を排出する。後段のＲＯ膜２１－２を透過しない非透過液は、ＲＯ膜濃縮液として回収される。回収したＲＯ膜濃縮液は、例えば蒸発や膜濃縮等により製塩に利用することができる。ＲＯ膜処理装置２０は、単一のＲＯ膜ユニットにより構成してもよく、あるいは３段以上のＲＯ膜ユニットにより構成してもよい。

【0015】

ＮＦ膜１１およびＲＯ膜２１－１，２１－２の材質は特に限定されるものではなく、公知のものを適宜使用することができる。ＮＦ膜１１およびＲＯ膜２１－１，２１－２の形状についても特に限定されず、平膜や中空糸膜等を例示することができる。

【0016】

また、膜処理装置１は、電気伝導度計５０，５１と、流量計６０，６１，６２，６３と、制御装置７０とを更に備えている。電気伝導度計５０，５１は、希釈流路３０を通過する希釈液（ＲＯ膜透過液）、および、希釈後の被処理液の電気伝導度を、それぞれ計測する。流量計６０，６１，６２，６３は、希釈液、希釈後の被処理液、ＮＦ膜濃縮液、ＮＦ膜透過液の流量を、それぞれ測定する。電気伝導度計５０，５１および流量計６０，６１，６２，６３の測定値は、制御装置７０に入力される。制御装置７０は、流量調整弁４０，４１および高圧ポンプ２，３の作動を制御する。

【0017】

次に、上記の構成を備える膜処理装置１を用いた被処理液の膜処理方法を説明する。まず、被処理液を高圧ポンプ３の作動により昇圧してＮＦ膜処理装置１０に供給し、ＮＦ膜１１に通水するＮＦ膜処理工程を行う。高圧ポンプ３は、流量や圧力を省電力で容易に制御することができるインバータ制御が可能なポンプであることが好ましく、ＮＦ膜１１に通水する被処理液の圧力を高圧ポンプ３の下流側に設けられた圧力計４により検出し、圧力計４の検出圧力が所定値以下に維持されるように制御装置７０によりインバータ制御されることで、ＮＦ膜処理工程を安全に行うことができる。

【0018】

ＮＦ膜１１は、主に一価イオンを透過させる一方で、二価以上の多価イオンは透過しない性質を有することから、一価イオンおよび多価イオンを含む被処理液に対してＮＦ膜処理工程を行うことで、一価イオンを含むＮＦ膜透過液を選択的に回収することができる。被処理液としては、海水やかん水を好ましく例示することができるが、その他の無機塩溶液等であってもよい。本実施形態では、取水後の海水を前処理によりろ過したろ過海水を被処理液としている。

【0019】

ついで、上記のＮＦ膜処理工程によりＮＦ膜１１を透過したＮＦ膜透過液を高圧ポンプ２の作動により昇圧してＲＯ膜処理装置２０に供給し、ＲＯ膜２１－１，２１－２に通水するＲＯ膜処理工程を行う。

【0020】

この後、上記のＲＯ膜処理工程によりＲＯ膜２１－１，２１－２を透過したＲＯ膜透過液の一部を希釈流路３０に通過させて、ＮＦ膜１１に通水する前の被処理液に希釈液として合流させて希釈する希釈工程を行う。希釈液として使用しないＲＯ膜透過液の残部は、例えば製造水として使用することができる。希釈工程においては、必要に応じて、ＲＯ膜処理工程で生成されたＲＯ膜透過液の全部を希釈液として使用してもよい。希釈工程により被処理液の塩濃度が低下するため、上記のＮＦ膜処理工程において、ＮＦ膜１１でのスケール発生が抑制されるだけでなく、低圧での膜処理を可能にして、エネルギーコストの低減、膜透過性の向上、膜負荷の軽減による長寿命化等を図ることができる。

【0021】

希釈流路３０により被処理液に合流させる希釈液は、本実施形態では、２つのＲＯ膜２１－１，２１－２の透過液を合流させたものとしているが、２つのＲＯ膜２１－１，２１－２のいずれ一方の透過液であってもよい。通常は、前段のＲＯ膜２１－１の透過液の水質よりも後段のＲＯ膜２１－２の透過液の水質が悪いことから、希釈液は、少なくとも後段のＲＯ膜２１－２の透過液を含むことが好ましい。ＲＯ膜処理装置２０が３段以上のＲＯ膜ユニットを備える場合には、希釈液は、少なくとも最後段のＲＯ膜ユニットのＲＯ膜透過液を含むことが好ましい。

【0022】

希釈流路３０を通過する希釈液の被処理液に対する流量割合は、制御装置７０が流量計６０，６１，６２，６３の出力から必要な測定値を用いてリアルタイムに演算することにより、常時一定となるように制御することができる。但し、被処理液の塩濃度が上昇した場合には、上記の流量制御によっては、ＮＦ膜処理装置１０に供給される被処理液の塩濃度を十分低減できないおそれがある。

【0023】

そこで、本実施形態の被処理液の膜処理方法は、希釈液による希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると、被処理液に対する希釈液の流量割合を増加させる塩濃度調整工程を備えており、これによって、被処理液の塩濃度が上昇した場合でも、ＮＦ膜処理装置１０に供給される被処理液の塩濃度の上昇を抑制することができる。上記の塩濃度調整工程においては、希釈液による希釈後の被処理液の電気伝導度が低下すると、被処理液に対する希釈液の流量割合を減少させることが好ましく、これによって系外でのＲＯ膜透過液の利用率を高めることができる。

【0024】

本実施形態においては、制御装置７０が、電気伝導度計５１による希釈後の被処理液の電気伝導度の検出に基づいて、流量調整弁４０の開度調整を行うことにより、上記の塩濃度調整工程を自動で行うことができる。流量調整弁４０の操作による希釈液の流量割合の調整は、希釈後の被処理液の電気伝導度が所望の値になるように、電気伝導度計５１の検出に加えて、電気伝導度計５０による希釈液の電気伝導度の検出に基づいて行ってもよい。

【0025】

また、制御装置７０は、電気伝導度計５１により検出された希釈後の被処理液の電気伝導度に基づき、流量調整弁４１の開度調整を行ってもよく、流量計６２により検出されるＮＦ膜濃縮液の流量が所望の値になるように制御することができる。例えば、希釈後の被処理液の電気伝導度が増加すると、流量調整弁４１の開度を大きくしてＮＦ膜透過液の流量を減少させる一方、希釈後の被処理液の電気伝導度が低下すると、流量調整弁４１の開度を小さくしてＮＦ膜透過液の流量を増加させることができる。

【0026】

本発明の被処理液の膜処理方法および装置は、海水の淡水化、製塩、濃縮等の用途に好適であるが、必ずしもこの用途に限定されるものではなく、例えば、被処理液からの有価物の回収や、被処理液の減容化等、種々の用途に使用することができる。

【符号の説明】

【0027】

１ 膜処理装置
１０ ＮＦ膜処理装置
１１ ＮＦ膜
２０ ＲＯ膜処理装置
２１－１，２１－２ ＲＯ膜
３０ 希釈流路
５０，５１ 電気伝導度計
６０，６１，６２，６３ 流量計
７０ 制御装置

【図1】