JP6414528B2 - 水の脱塩処理方法および装置 - Google Patents
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Description
塩類を含有する被処理水と、浸透圧剤を水に溶解し前記被処理水よりも浸透圧の高い誘引溶液とを半透膜を介して接触させ、前記被処理水中の水を前記半透膜を通して前記誘引溶液に移動させ、水で希釈された希釈誘引溶液と膜濃縮水を得る正浸透工程と、
前記希釈誘引溶液を浸透圧剤を主体とする濃厚溶液相と、少量の浸透圧剤を含有する希薄溶液相とに相分離する相分離工程と、
前記相分離工程で分離された濃厚溶液を前記正浸透工程へ循環し、誘引溶液として再使用する循環工程と、
前記相分離工程で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収工程を有する水の脱塩処理方法であって、
前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液各々の流量を測定し、それらの流量差が予め設定された設定値よりも低い場合は、前記誘引溶液の流量を増加し、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合は、前記誘引溶液の流量を減少させることを特徴とする水の脱塩処理方法と、
前記浸透圧剤が下限臨界温度を有する温度感応性薬剤であり、前記相分離工程が前記希釈誘引溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温工程を有しており、かつ
前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液の流量差が予め設定された設定値よりも低い場合に、前記誘引溶液の流量を増加するとともに、前記加温工程での加温温度を上昇させる、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合に、前記誘引溶液の流量を減少させるとともに、前記加温工程での加温温度を低下させることを特徴とする上記の水の脱塩処理方法と、
前記浸透圧剤が無機塩であり、前記相分離工程の前段で前記希釈誘引溶液に下限臨界温度を有する温度感応性薬剤を混合する温度感応性薬剤混合工程を有するとともに、前記相分離工程で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収工程が、前記希薄溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温工程と、前記加温工程に続き温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤溶液相と、淡水を主体とし少量の温度感応性薬剤を含有する淡水相とに相分離する第2相分離工程を有しており、
かつ、前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液の流量差が予め設定された設定値よりも低い場合に、前記誘引溶液の流量を増加するとともに、前記加温工程での加温温度を上昇させる、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合に、前記誘引溶液の流量を減少させるとともに、前記加温工程での加温温度を低下させることを特徴とする上記の水の脱塩処理方法と、
これらの方法に係る装置を提供するものである。
正浸透工程では、塩類を含有する被処理水と、浸透圧剤を水に溶解し前記被処理水よりも浸透圧の高い誘引溶液とを半透膜を介して接触させ、前記被処理水中の水を前記半透膜を通して前記誘引溶液に移動させ、水で希釈された希釈誘引溶液と膜濃縮水を得る。
加温工程
正浸透工程で被処理水から水が移動して温度感応性薬剤が希釈された希釈誘引溶液を下限臨界温度以上の温度まで加温して、温度感応性薬剤の少なくとも一部を凝集させる。この凝集は、温度感応性薬剤の濃厚溶液が分相したものである。
加温工程で分相した温度感応性薬剤を主体とする濃厚溶液相と水を主体とし少量の温度感応性薬剤を含有する希薄溶液相に重力沈降により分離する。この重力分離は下限臨界温度以上の液温で相分離槽内で静置することによって行うことができる。
循環工程は、相分離工程で分離された濃厚溶液を正浸透工程へ循環し、誘引溶液として再使用する工程である。この循環手段にはポンプや配管が用いられる。相分離工程で分離された濃厚溶液は、まず、これを誘引溶液の下限臨界温度より低い温度に冷却することで水に溶解させて誘引溶液に再生する。この温度は広い範囲で採用可能であるが、経済性を考慮すると常温かそれより高い温度が好ましい。この冷却熱源としては、被処理水あるいは正浸透工程において得られた希釈誘引溶液を用いることがエネルギーの効率利用の点で好ましい。この冷却が不充分な場合には、正浸透工程で被処理水から移動してくる水によって濃度が下がるので下限臨界温度を発現して相分離し、浸透圧が失われてしまう。
一方、相分離工程で分離された希薄溶液は、ナノろ過膜や逆浸透膜などで膜ろ過して、そこに残存している温度感応性薬剤を除去する。膜ろ過水は淡水であり、飲料水などに利用できる。膜ろ過されないで残った膜濃縮水は、温度感応性薬剤が含まれているので、相分離工程に循環するのがよい。あるいは、濃縮して誘引溶液として正浸透工程に直接返送することもできる。
一方、浸透圧剤に無機塩を用いた場合には、希釈誘引溶液を加温しても分相しないので、相分離工程の前段で前記希釈誘引溶液に下限臨界温度を有する温度感応性薬剤を混合する温度感応性薬剤混合工程を設ける。
温度感応性薬剤は前述のもののなかから選択して用いればよい。混合工程においては、温度感応性薬剤が淡水を希釈誘引溶液から吸水して希釈誘引溶液を濃縮する必要がある。そのため、吸水後における温度感応性薬剤の浸透圧が濃縮された誘引溶液の浸透圧を上回るように、温度感応性薬剤の濃度・量を設定する必要がある。
この工程で混合される温度感応性薬剤は、通常は、浸透圧剤に無機塩を用いた場合の淡水回収工程における第2相分離工程で分離された温度感応性薬剤溶液が循環使用される。
希釈誘引溶液に温度感応性薬剤を混合した液は、無機塩を主体とする濃厚溶液相と温度感応性薬剤を主体とする希薄溶液相に重力沈降によって分離する。一般に温度感応性薬剤は塩分の共存下で曇点が低下するため、この相分離工程においては加温せずとも温度感応性薬剤が凝集する。但し、無機塩と温度感応性薬剤の組合せによっては常温で明確な相分離が行われないことがある。無機塩として硫酸マグネシウム、リン酸2水素ナトリウムやリン酸水素2ナトリウムを用いた場合には多くの場合に常温で層分離するが、その他の場合には層分離のために加温が必要な場合もある。この温度は無機塩の温度感応性薬剤の種類や濃度によって異なるため,別途実験的に求める必要がある。
この重力分離は相分離槽内で静置することによって行うことができる。
浸透圧剤に無機塩を用いた場合には、相分離工程で分離される希薄溶液が温度感応性薬剤を主体とする液であるので、まず、加温工程で温度感応性薬剤を分相させて、これを第2相分離工程で相分離する。
相分離工程で分離された、温度感応性薬剤を主体とする希薄溶液を温度感応性薬剤の下限臨界温度以上の温度まで加温して、温度感応性薬剤の少なくとも一部を凝集させる。加温温度は、例えば熱交換器へ導入する熱媒体の流量の調整で制御される。
加温工程で分相した温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤溶液相と水を主体とし少量の温度感応性薬剤を含有する淡水相に重力沈降により分離する。この重力分離は下限臨界温度以上の液温で相分離槽内で静置することができる。
循環工程は、相分離工程で分離された濃厚溶液を正浸透工程へ循環し、誘引溶液として再使用する工程である。この循環手段にはポンプや配管が用いられる。
本発明は、このような水の脱塩処理方法において、前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液各々の流量を測定し、それらの流量差が予め設定された設定値よりも低い場合は、前記誘引溶液の流量を増量し、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合は、前記誘引溶液の流量を減少させることを特徴としている。
図1の実験装置を用いた。
誘引溶液(DS):温度感応性薬剤(ポリエチレングリコールとポリプロピレンのランダム共重合体)水溶液
正浸透(FO)膜:CTA製、膜面積60m2、設計造水量2.5m3/day
加熱器:プレート型熱交換器(熱交換面積7.2m2)、熱媒体:100℃シリコンオイル
冷却器:プレート型熱交換器(熱交換面積4.0m2)、熱媒体:5℃冷水
相分離槽:横流式沈殿槽(容積40L)
2.運転条件および運転結果
(1)RUN1(通常運転)
FS濃度は一般的な海水塩濃度を模擬した。希釈DS分離温度は、工場の冷却器排気等の低温廃熱利用を想定して80℃に設定した。DS濃度は分離温度によって一義的に決まる値であり、本実験に用いたDSの濃度80.2%は海水より充分高い浸透圧を有する。
FSとDSの流量は、予め予備実験を実施し、FSからの淡水の回収率が33%となるように設定した。
(2)RUN2(高濃度FS1)
表3にFS濃度を3.5wt%から3.7wt%に上昇させた場合の運転条件と運転結果を示す。
FS濃度を3.5wt%から3.7wt%に上昇させた場合、RUN1と同一の運転条件では造水量が2.3m3/dayと8%ほど低下した。FSの浸透圧が上昇したことが原因と考えられる。閉鎖性水域の渇水期などにこのような濃度変化の生じることが想定される。
(3)RUN3(DS流量増加)
(4)RUN4(高濃度FS2)
(5)RUN5(希釈DS分離温度上昇)
2 膜濃縮水
3 半透膜
4 誘引溶液
5 希釈誘引溶液
6 希薄溶液
7 熱交換器
8 誘引溶液流量計
9 希釈誘引溶液流量計
10 正浸透膜処理装置
11 相分離槽
12 加熱器
13 冷却器
14 混合槽
15 誘引溶液再生槽
16 希釈温度感応性薬剤溶液
17 温度感応性薬剤溶液
Claims (6)
- 塩類を含有する被処理水と、浸透圧剤を水に溶解し前記被処理水よりも浸透圧の高い誘引溶液とを半透膜を介して接触させ、前記被処理水中の水を前記半透膜を通して前記誘引溶液に移動させ、水で希釈された希釈誘引溶液と膜濃縮水を得る正浸透工程と、
前記希釈誘引溶液を浸透圧剤を主体とする濃厚溶液相と、少量の浸透圧剤を含有する希薄溶液相とに相分離する相分離工程と、
前記相分離工程で分離された濃厚溶液を前記正浸透工程へ循環し、誘引溶液として再使用する循環工程と、
前記相分離工程で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収工程を有する水の脱塩処理方法であって、
前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液各々の流量を測定し、それらの流量差が予め設定された設定値よりも低い場合は、前記誘引溶液の流量を増加し、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合は、前記誘引溶液の流量を減少させることを特徴とする水の脱塩処理方法。 - 前記浸透圧剤が下限臨界温度を有する温度感応性薬剤であり、前記相分離工程が前記希釈誘引溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温工程を有しており、かつ
前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液の流量差が予め設定された設定値よりも低い場合に、前記誘引溶液の流量を増加するとともに、前記加温工程での加温温度を上昇させる、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合に、前記誘引溶液の流量を減少させるとともに、前記加温工程での加温温度を低下させることを特徴とする請求項1に記載の水の脱塩処理方法。 - 前記浸透圧剤が無機塩であり、前記相分離工程の前段で前記希釈誘引溶液に下限臨界温度を有する温度感応性薬剤を混合する温度感応性薬剤混合工程を有するとともに、前記相分離工程で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収工程が、前記希薄溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温工程と、前記加温工程に続き温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤溶液相と、淡水を主体とし少量の温度感応性薬剤を含有する淡水相とに相分離する第2相分離工程を有しており、
かつ、前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液の流量差が予め設定された設定値よりも低い場合に、前記誘引溶液の流量を増加するとともに、前記加温工程での加温温度を上昇させる、また、前記流量差が予め設定された設定値よりも高い場合に、前記誘引溶液の流量を減少させるとともに、前記加温工程での加温温度を低下させることを特徴とする請求項1に記載の水の脱塩処理方法。 - 塩類を含有する被処理水と、浸透圧剤を水に溶解し前記被処理水よりも浸透圧の高い誘引溶液とを半透膜を介して接触させ、前記被処理水中の水を前記半透膜を通して前記誘引溶液に移動させ、水で希釈された希釈誘引溶液と膜濃縮水を得る正浸透膜処理装置と、
前記希釈誘引溶液を浸透圧剤を主体とする濃厚溶液相と、少量の浸透圧剤を含有する希薄溶液相とに相分離する相分離槽と、
前記相分離槽で分離された濃厚溶液を前記正浸透膜処理装置へ循環し、誘引溶液として再使用する循環手段と、
前記相分離槽で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収装置を有する水の脱塩処理装置であって、
前記希釈誘引溶液の流量測定手段と、前記誘引溶液の流量測定手段と、それらの流量測定手段により測定された前記希釈誘引溶液と前記誘引溶液との流量差と予め設定された前記流量差の設定値との較差に応じて、前記誘引溶液の流量を調整する流量調整手段を有することを特徴とする水の脱塩処理装置。 - 前記浸透圧剤が下限臨界温度を有する温度感応性薬剤であり、前記相分離槽の前段に前記希釈誘引溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温手段を有しており、かつ前記較差に応じて、前記加温手段による加温温度を調整する加温温度調整手段も有することを特徴とする請求項4に記載の水の脱塩処理装置。
- 前記浸透圧剤が無機塩であり、前記相分離槽の前段で前記希釈誘引溶液に下限臨界温度を有する温度感応性薬剤を混合する温度感応性薬剤混合手段を有するとともに、前記相分離槽で分離された希薄溶液から淡水を得る淡水回収装置が、前記希薄溶液を前記誘引溶液の曇点以上の温度まで加温する加温手段と、前記加温手段の後段に温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤溶液相と、淡水を主体とし少量の温度感応性薬剤を含有する淡水相とに相分離する第2相分離槽を有しており、
かつ、前記較差に応じて、前記加温手段による加温温度を調整する加温温度調整手段も有することを特徴とする請求項4に記載の水の脱塩処理装置。
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