JP6840364B2 - 濃縮処理方法、及び濃縮処理装置 - Google Patents
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Description
駆動溶液DSとしては、塩の種類として、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化リチウム(LiCl)、グルコース(Glucose)、硫酸マグネシウム(MgSO4)を採用した。塩化ナトリウムについては、0.3mol/L、0.6mol/L、1.2mol/L(ナトリウムイオン濃度基準)の三種類の濃度に調整した。塩化リチウムについては、0.6mol/L(リチウムイオン濃度基準)、グルコースについては、1.2mol/L(炭素濃度基準)、硫酸マグネシウムについては、1.2mol/L(マグネシウムイオン濃度基準)とし、各駆動溶液DSが0.6mol/Lの塩化ナトリウムと同じ浸透圧を有するように調整した。後述する表1中では、「mol/L」を「M」として表記している。
アンモニウムイオン中の窒素濃度が30mg/Lとなるように調整した被処理水FSを使用した。
正浸透膜FOとしては、Hydration Technology Innovation社製、CTA−ES膜を使用した。
アンモニアの阻止率は以下の式によって算出した。
Rej=(1−Cp/Cb)×100
Rej :アンモニアの阻止率[%]
Cp :透過液のアンモニア濃度[mg/L]
Cb :被処理水FS中のアンモニア濃度[mg/L]
塩の透過流束Jsの算出方法について説明する。以下、説明の都合上、駆動溶液DSについてはDS、被処理水FSについてはFSと表記するものとする。
塩の透過流束Js[mmol/m2・h]=(FSへの塩の透過量[mmol])/(膜面積[m2]×時間[h])
具体的には、濃縮処理前のFS中の塩濃度(DSに使用している塩(≒漏れてくる塩)の種類に応じて測定イオン種は異なる)をイオンクロマトグラフィーで測定し、測定された濃度に濃縮処理前のFS液量を掛けることで濃縮処理前のFS中の塩量を求める。同様に、濃縮処理後のFS中の塩量を求め、その差分により、濃縮処理中にDSからFSへ流入した塩量(塩の透過量)が求まる。この流入した塩量を濃縮処理時間および膜面積で除すことで、塩の透過流束Jsが求まる。
アンモニアの透過流束JNH4の算出方法について説明する。
アンモニアの透過流束JNH4[mmol/m2・h]=(DSへのアンモニウムイオンの透過量[mmol])/(膜面積[m2]×時間[h])
具体的には、濃縮処理前のDS中のアンモニウムイオン濃度をイオンクロマトグラフィーで測定し、測定された濃度に濃縮処理前のDS液量を掛けることで濃縮処理前のDS中のアンモニウムイオンの量を求める。同様に、濃縮処理後のDS中のアンモニウムイオンの量を求め、その差分により、濃縮処理中にFSからDSへ流入したアンモニウムイオンの量(アンモニウムイオンの透過量)が求まる。この流入したアンモニウムイオンの量を濃縮処理時間、及び膜面積で除すことで、アンモニアの透過流束JNH4が求まる。
表1のa〜cを参照すると、AL−FS、及びAL−DSの両ケースにおいて、塩濃度の上昇に伴って塩の透過流束Jsが上昇していることが分かる。また、アンモニアの透過流束JNH4については、AL−FSでは0.3Mと0.6Mとの間に顕著な差が見られないものの、0.6Mから1.2Mへ濃度が上昇するに伴って、4.8から2.7へ大幅に減少した。これに対して、AL−DSでは、塩濃度の上昇に伴ってアンモニアの透過流束JNH4が明らかに減少した。また、AL−FS、及びAL−DSの両ケースにおいて、アンモニアの阻止率Rejは、塩濃度の上昇に伴って上昇した。即ち、塩の透過流束Jsとアンモニアの透過流束JNH4との関係(図2参照)及び塩の透過流束Jsとアンモニアの阻止率Rejとの関係(図3参照)を見てみると、塩の透過流束Jsが大きいほどアンモニアの透過流束JNH4が減少し、且つアンモニアの阻止率Rejが上昇することが分かる。
表1のb、d〜fを参照すると、AL−FS、及びAL−DSの両ケースにおいて、同じ浸透圧の下では、塩の種類によって塩の透過流束Jsが大きく相違することが分かる。塩化ナトリウム及び塩化リチウムは、AL−FS、及びAL−DSの両ケースにおいて、グルコース及び硫酸マグネシウムに比べて塩の透過流束Jsが大きく、アンモニアの阻止率Rejも、グルコース及び硫酸マグネシウムに比べて大きい。言い換えると、グルコース及び硫酸マグネシウムの塩の透過流束Jsが極端に低くなっており、アンモニアの阻止率Rejも50%を下回る。この値は、後述するように、海水SWにおけるアンモニアの阻止率Rej(50%前後)よりも小さいため、グルコース及び硫酸マグネシウムは、塩化ナトリウム及び塩化リチウムと比較して、アンモニアを阻止する性能が劣ることが分かる。ここで、塩の透過流束Jsとアンモニアの透過流束JNH4との関係(図2参照)及び塩の透過流束Jsとアンモニアの阻止率Rejとの関係(図3参照)を見てみると、塩の透過流束Jsが大きいほどアンモニアの透過流束JNH4が減少し、且つアンモニアの阻止率Rejが上昇する傾向があることが分かる。
表1から、AL−FSとAL−DSの塩の透過流束Jsを比較すると、a〜fの全てのケースでAL−DSの塩の透過流束JsがAL−FSの塩の透過流束Jsよりも大きくなった。また、アンモニアの阻止率Rejについても、a〜fの全てのケースでAL−DSのアンモニアの阻止率RejがAL−FSのアンモニアの阻止率Rejよりも大きくなった。このことからも、塩の透過流束Jsが大きいほどアンモニアの阻止率Rejが大きくなることが分かる。
Claims (5)
- アンモニア態窒素を含有した被処理水と塩を含有した駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることで前記被処理水を濃縮処理する濃縮処理方法であって、前記塩の前記正浸透膜に対する透過流束が30mmol/m2・h以上である、濃縮処理方法。
- 前記塩の透過流束は、30mmol/m2・h以上80mmol/m2・h以下である、請求項1に記載の濃縮処理方法。
- 前記正浸透膜は、溶質を分離する活性層と、該活性層を支持する支持層と、を備え、前記活性層が駆動溶液に接して、且つ前記支持層が前記被処理水に接するように配置する、請求項1又は2に記載の濃縮処理方法。
- 前記被処理水を濃縮処理することで得られた希釈された駆動溶液と海水とを逆浸透膜を介して接触させて、前記希釈された駆動溶液を濃縮処理し、該濃縮処理された駆動溶液を、前記被処理水を濃縮処理するための駆動溶液として再利用する、請求項1〜3の何れか1項に記載の濃縮処理方法。
- アンモニア態窒素を含有した被処理水と塩を含有した駆動溶液とを正浸透膜を介して接触させることで前記被処理水を濃縮処理する濃縮処理装置であって、前記塩の前記正浸透膜に対する透過流束が30mmol/m2・h以上である、濃縮処理装置。
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