JP4840974B2 - 逆浸透濃縮方法 - Google Patents

Description

本発明は逆浸透濃縮方法に関する。野菜汁や果実汁等の被濃縮物を複数の管状膜型モジュールを直列に接続した濃縮ユニットへ供給して高圧下に一過式で流過させることにより逆浸透濃縮する方法が知られている。本発明はかかる逆浸透濃縮方法の改良に関する。

従来、前記のような逆浸透濃縮方法として、濃縮ユニットの入口側における被濃縮物の流路に供給ポンプを取付け、また該濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に圧力制御弁を取付けて、通常はかかる圧力制御弁の開度を調節することにより濃縮ユニットにかかる圧力を制御しつつ、被濃縮物を供給ポンプで濃縮ユニットの管状膜型モジュール内へ供給して高圧下に流下させることにより逆浸透濃縮する方法が知られている（例えば特許文献１参照）、しかし、かかる従来の逆浸透濃縮方法には、利用可能な膜圧力の幅が狭いという問題がある。濃縮ユニットの管状膜型モジュールにかかる膜圧力は通常６．５ＭＰａ程度以下となるように制御されているが、圧力制御弁よりも下流側における濃縮物の流路による圧損を見込む必要があるため、例えばこの圧損が２．０ＭＰａ程度であるとすると、利用可能な膜圧力の幅は４．５ＭＰａ程度になってしまうのである。濃縮ユニットの管状膜型モジュールにかかる膜圧力は、逆浸透濃縮の進行に伴う被濃縮物の濃縮度の上昇や膜面の汚れ等の影響で経時的に上昇するので、利用可能な膜圧力の幅が狭いと、それだけ逆浸透濃縮を長時間安定して行なうことが難しくなる。

前記のような問題を改善するため、濃縮ユニットの入口側における被濃縮物の流路に供給ポンプ（昇圧ポンプ）を取付けると共に、該濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に排出ポンプ（昇圧ポンプ）を取付け、被濃縮物を供給ポンプで濃縮ユニットの管状膜型モジュール内へ供給して逆浸透濃縮しつつ、その濃縮物を排出ポンプで排出する方法も知られている（例えば特許文献２参照）。しかし、かかる従来の逆浸透濃縮方法には、濃縮ユニットの管状膜型モジュールにかかる膜圧力が変動し易く、実際のところこれを制御するのが難しいという問題がある。膜圧力が変動し易いと、それだけ逆浸透濃縮が不安定となり、例えば野菜汁や果実汁を逆浸透濃縮して所定濃度の濃縮物を得ることが難しくなる。
特開２００１−７８７３２号公報 特開２００１−３４７１４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、濃縮ユニットの直列に接続した複数の管状膜型モジュールにかかる膜圧力を制御しつつその利用可能な範囲を広くし、よって逆浸透濃縮を長時間安定して行ない、所望通りに濃縮した濃縮物を得ることができる逆浸透濃縮方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、被濃縮物を複数の管状膜型モジュールを直列に接続した濃縮ユニットへ供給して高圧下に一過式で流下させることにより逆浸透濃縮する方法において、濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に圧力制御弁を取付けると共に該圧力制御弁の下流側における濃縮物の流路にブーストポンプを取付け、また該圧力制御弁と該ブーストポンプとの間における濃縮物の流路に圧力計を接続すると共に該圧力計と該ブーストポンプとをインバーターを介して接続し、該圧力計による圧力の測定値が１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持されるように該インバーターを介して該ブーストポンプの作動を制御することを特徴とする逆浸透濃縮方法に係る。

本発明に係る逆浸透濃縮方法でも、濃縮ユニットの入口側における被濃縮物の流路に供給ポンプを取付け、また該濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に圧力制御弁を取付けて、かかる濃縮ユニットの管状膜型モジュールにかかる圧力を制御しつつ、被濃縮物を供給ポンプで濃縮ユニットの直列に接続した複数の管状膜型モジュール内へ供給して高圧下に一過式で流下させることにより逆浸透濃縮する。

濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に取付ける圧力制御弁は、その種類乃至形式を特に制限されないが、無制御下では開放状態となる圧力制御弁を用いるのが好ましい。ここで無制御下というのは結果として制御していない状態を意味し、圧力制御弁がかかる無制御下となる代表的な事態は故障時や停電時等である。またここで開放状態となるというのは結果として圧力制御弁の一次側すなわち供給側（入側）と二次側すなわち排出側（出側）とが連通状態になることを意味し、これには無制御下でも開放状態を維持する場合と無制御下では開放状態にする場合とが含まれる。無制御下でも開放状態を維持する圧力制御弁の代表例としては、ねじスピンドルを有するリフト弁等が挙げられる。また無制御下では開放状態にする圧力制御弁はノーマルオープンタイプの圧力制御弁であり、無制御下では閉鎖状態にするノーマルクローズタイプの圧力制御弁と区別される。前者のタイプの圧力制御弁としては、例えば米国スウェージロック社製のニードルバルブで商品名ＳＳ−１８ＲＭ８やＳＳ−１６ＤＫＦ４、同じく米国スウェージロック社製のダイヤフラムバルブで商品名ＳＳ−ＤＬＳ８ＭＭ等、後者のタイプの圧力制御弁としては、例えばフジキン社製の商品名ＳＲ１００の市販品を使用できるが、圧力制御用のニードル弁が好ましく、なかでも圧力変化によるダイヤフラムの伸縮を受けて弁体としてのニードルが進退する方式のものが特に好ましい。

本発明に係る逆浸透濃縮方法では、前記のような圧力制御弁よりも下流側における濃縮物の流路にブーストポンプを取付ける。ブーストポンプは、上流側に対しては供給ポンプにかかる負荷を低減すると同時に、下流側に対しては搬送ポンプ又は新たな供給ポンプとして機能する。濃縮ユニットの入口側における供給ポンプについても同様であるが、かかるブーストポンプとしては、往復式ポンプ、回転式ポンプ、スネークポンプ等、それ自体は公知の各種の形式のものを使用できるが、回転式ポンプ又はスネークポンプが好ましい。

そして本発明に係る逆浸透濃縮方法では、前記のような圧力制御弁とブーストポンプとの間における濃縮物の流路に圧力計を接続すると共に該圧力計とブーストポンプとをインバーターを介して接続し、該圧力計による測定値が設定値すなわち１．１ＭＰａ以下の揚圧、好ましくは０．２〜０．５ＭＰａの揚圧となるように該インバーターを介して該ブーストポンプの作動を制御する。ブーストポンプの作動制御はインバーターを介して該ブーストポンプの駆動用モータの回転数を制御することにより行なうが、本発明に係る逆浸透濃縮方法では、インバーターを介したかかるブーストポンプの作動制御により、その上流側に位置する圧力制御弁と該ブーストポンプとの間の濃縮物の流路を１．１ＭＰａ以下の揚圧状態、好ましくは０．２〜０．５ＭＰａの揚圧状態に保持するのである。圧力制御弁とブーストポンプとの間の濃縮物の流路を１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持する場合、１．１ＭＰａ以下の揚圧状態は圧力制御弁よりも下流側における圧損に相当するので、前記のように濃縮ユニットの管状膜型モジュールにかかる膜圧力を６．５ＭＰａ程度以下とすると、利用可能な膜圧力の幅は最大で６．４ＭＰａ程度、また最小でも５．４ＭＰａ程度となって広くなり、それだけ逆浸透濃縮を長時間安定して行なうことができる。本発明において、圧力を表示するＭＰａは、ゲージ圧ではなく、絶対圧を意味し、また揚圧状態というのは大気圧以上の状態を意味する。

本発明に係る逆浸透濃縮方法においては、前記のような圧力制御弁とブーストポンプとの間における濃縮物の流路に第１分岐路を設け、該第１分岐路に吸気弁を取付けて、かかる圧力制御弁と第１分岐路との間における濃縮物の流路を、前記と同様にして１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持するのが好ましい。吸気弁は一次側すなわち第１分岐路の圧力が一定値以下の負圧になったときに弁が開いて大気を吸い込むようになっている。かかる吸気弁は、何らかの原因で濃縮ユニットの管状膜型モジュール内が異常な負圧になろうとするとき、弁が開いて大気を吸い込むことによりかかる負圧になるのを防止し、よって逆浸透膜の性能低下をきたすような変形、ひびや割れの発生を防止する。吸気弁は、圧力制御弁よりも上流側における濃縮物の流路に第１分岐路を設け、かかる第１分岐路に取付けることもできるが、この場合には相応に耐圧性を有する高価なものが必要となるので、圧力制御弁よりも下流側であってブーストポンプよりも上流側における濃縮物の流路に第１分岐路を設け、かかる第１分岐路に取付けるのが好ましいのである。

また本発明に係る逆浸透濃縮方法においては、前記のような圧力制御弁と第１分岐路との間における濃縮物の流路に圧力緩衝部材、更には安全弁を接続し、かかる圧力緩衝部材と第１分岐路との間における濃縮物の流路を、前記と同様にして１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持するのが好ましい。圧力緩衝部材は濃縮物の流路の圧力変動を低減するもので、かかる圧力緩衝部材としてはマニュホールドやベローズ等を使用できる。供給ポンプや圧力制御弁としてどのような形式のものを用いるかによっても程度の差はあるが、いずれにしても脈動は避けられず、これにより濃縮物の流路に圧力変動が生じるので、かかる圧力変動を圧力緩衝部材により低減すると、圧力制御弁よりも下流側における濃縮物の流路を所望通りの揚圧状態に安定して保持できる。更に安全弁を接続するときは、前記のような圧力制御弁と圧力緩衝部材との間における濃縮物の流路に第２分岐路を設け、該第２分岐路に安全弁を取付けるのが好ましい。かかる安全弁は、一次側すなわち第２分岐路の圧力が一定値以上になったときに弁が開いて濃縮物を逃がすようになっており、何らかの原因で濃縮ユニットの管状膜型モジュール内等が異常な高圧になるのを防止する。

以上、本発明に係る逆浸透濃縮方法について説明したが、濃縮物の流路、具体的には圧力制御弁とブーストポンプとの間における濃縮物の流路、またこの流路に第１分岐路を設けて吸気弁を取付けた場合にはかかる圧力制御弁と第１分岐路との間における濃縮物の流路、更にこの流路に圧力緩衝部材を接続した場合にはかかる圧力緩衝部材と第１分岐路との間における濃縮物の流路をより安定して確実に１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持するためには、以上のような濃縮物の流路に圧力計を接続すると共に該圧力計とブーストポンプとをインバーターを介して接続し、該圧力計による測定値が設定値すなわち１．１ＭＰａ以下の揚圧、好ましくは０．２〜０．５ＭＰａの揚圧となるように該インバーターを介して該ブーストポンプの作動を制御するのである。

以上説明した本発明に係る逆浸透濃縮方法によると、濃縮ユニットの直列に接続した複数の管状膜型モジュールにかかる膜圧力を制御しつつその利用可能な範囲を広くし、よって逆浸透濃縮を長時間安定して行ない、所望通りに濃縮した濃縮物を得ることができるという効果がある。

図１は本発明に係る逆浸透濃縮方法の一実施状態を略示する系統図である。逆浸透膜モジュールとして複数の管状膜型モジュール（図示しない、以下同じ）を直列に接続した濃縮ユニット１１が１段で設置されており、濃縮ユニット１１の入口側（上流側）における被濃縮物の流路２１に供給ポンプ３１が取付けられている。濃縮ユニット１１の出口側（下流側）における濃縮物の流路２２にはノーマルオープンタイプの圧力制御弁４１が取付けられており、ノーマルオープンタイプの圧力制御弁４１の下流側における濃縮物の流路２２にブーストポンプ３２が取付けられている。またノーマルオープンタイプの圧力制御弁４１とブーストポンプ３２との間における濃縮物の流路２２には、下流側に第１分岐路５１が設けられており、また上流側に第２分岐路５２が設けられていて、第１分岐路５１に吸気弁６１が取付けられ、また第２分岐路５２に安全弁６２が取付けられている。更に第１分岐路５１と第２分岐路５２との間における濃縮物の流路２２にはマニュホールド６３が接続されている。吸気弁６１、安全弁６２及びマニュホールド６３の機能については前記した通りである。そして第１分岐路５１とマニュホールド６３との間における濃縮物の流路２２に圧力計７１が接続されており、圧力計７１はインバーター７２に接続されていて、インバーター７２はブーストポンプ３２の駆動用モータ（図示しない、以下同じ）に接続されている。

図１の場合には、被濃縮物の逆浸透濃縮に際して、ノーマルオープンタイプの圧力制御弁４１の開度を調節することにより濃縮ユニット１１の管状膜型モジュールにかかる膜圧力を制御しつつ、同時に圧力計７１の測定値が設定値、すなわち１．１ＭＰａ以下の揚圧状態、具体的には例えば０．３５ＭＰａとなるようインバーター７２を介してブーストポンプ３２の駆動用モータの回転数を制御している。

実施例
図１について前記した実施状態にしたがい、次のように２０℃でのＢｒｉｘ５％のトマトジュースを１８時間連続して逆浸透濃縮した。食塩阻止率９９％の逆浸透膜を装着した管状膜型モジュール（１本当たりの膜面積２．６ｍ^２）を３本直列に接続し、これを濃縮ユニット１１とした。トマトジュースを、供給ポンプ３１により、入口流量２５０Ｌ／時、入口圧力５〜６ＭＰａで濃縮ユニット１１へ供給し、一過式で流下させた。同時に、圧力計７１の設定値を０．３５ＭＰａとし、圧力計７１の測定値が設定値となるようインバーター７２を介してブーストポンプ３２の駆動用モータの回転数を制御した。運転時間（時）の経過に対する濃縮ユニット１１の入口側における被濃縮物（トマトジュース）の流路２１の圧力（ＭＰａ）、圧力計７１の測定圧力（ＭＰａ）及び得られた濃縮物の濃度（２０℃でのＢｒｉｘ．％）を図２〜４に白抜き丸印とこれを結ぶ実線で示した。

比較例
ブーストポンプ３２を省略し、したがってその回転数制御も行なわなかったこと以外は実施例と同様にトマトジュースを逆浸透濃縮した。実施例と同様に、運転時間（時）の経過に対する濃縮ユニット１１の入口側における被濃縮物（トマトジュース）の流路２１の圧力（ＭＰａ）及び得られた濃縮物の濃度（２０℃でのＢｒｉｘ．％）を図２及び図４に黒塗り丸印とこれを結ぶ破線で示した。

図２〜４の結果からも明らかなように、本発明に係る逆浸透濃縮方法によると、濃縮ユニットの逆浸透膜モジュールすなわち直列に接続した複数の管状膜型モジュールにかかる膜圧力を制御しつつその利用可能な範囲を広くし、よって逆浸透濃縮を長時間安定して行ない、所望通りに濃縮した濃縮物を得ることができるという効果がある。

本発明に係る逆浸透濃縮方法の一実施状態を略示する系統図。 図１の一実施状態等において運転時間（時）に対する濃縮ユニットの入口側の圧力（ＭＰａ）の変化を示すグラフ。 図１の一実施状態において運転時間（時）に対する圧力計の測定圧力（ＭＰａ）の変化を示すグラフ。 図１の一実施状態等において運転時間（時）に対する得られた濃縮物の濃度（２０℃でのＢｒｉｘ．％）の変化を示すグラフ。

１１ 濃縮ユニット
２１ 被濃縮物の流路
２２ 濃縮物の流路
３１ 供給ポンプ
３２ ブーストポンプ
４１ ノーマルオープンタイプの圧力制御弁
５１ 第１分岐路
５２ 第２分岐路
６１ 吸気弁
６２ 安全弁
６３ マニュホールド
７１ 圧力計
７２ インバーター
８１〜８３ 実施例の結果を示す折れ線
９１，９２ 比較例の結果を示す折れ線

Claims (6)

1. 被濃縮物を複数の管状膜型モジュールを直列に接続した濃縮ユニットへ供給して高圧下に一過式で流下させることにより逆浸透濃縮する方法において、濃縮ユニットの出口側における濃縮物の流路に圧力制御弁を取付けると共に該圧力制御弁の下流側における濃縮物の流路にブーストポンプを取付け、また該圧力制御弁と該ブーストポンプとの間における濃縮物の流路に圧力計を接続すると共に該圧力計と該ブーストポンプとをインバーターを介して接続し、該圧力計による圧力の測定値が１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持されるように該インバーターを介して該ブーストポンプの作動を制御することを特徴とする逆浸透濃縮方法。
2. 更に圧力制御弁とブーストポンプとの間における濃縮物の流路に第１分岐路を設け、該第１分岐路に吸気弁を取付けて、該圧力制御弁と該第１分岐路との間における濃縮物の流路を、該ブーストポンプの作動を制御することにより、１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持する請求項１記載の逆浸透濃縮方法。
3. 更に圧力制御弁と第１分岐路との間における濃縮物の流路に圧力緩衝部材を接続し、該圧力緩衝部材と該第１分岐路との間における濃縮物の流路を、ブーストポンプの作動を制御することにより、１．１ＭＰａ以下の揚圧状態に保持する請求項２記載の逆浸透濃縮方法。
4. 圧力制御弁が無制御下では開放状態となる圧力制御弁である請求項１〜３のいずれか一つの項記載の逆浸透濃縮方法。
5. 無制御下では開放状態となる圧力制御弁がノーマルオープンタイプの圧力制御弁である請求項４記載の逆浸透濃縮方法。
6. 濃縮物の流路の圧力を０．２〜０．５ＭＰａの範囲内に保持する請求項１〜５のいずれか一つの項記載の逆浸透濃縮方法。

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