(57)【要約】【課題】ドロー溶液の濃度を低エネルギーで高めることができる濃縮システムを提供する。【解決手段】濃縮システム１０は、正浸透膜装置２、逆浸透膜装置３、第１半透膜装置４及び第２半透膜装置５を備える。第１半透膜装置４は、第一室４１に逆浸透膜装置３からのドロー溶液と正浸透膜装置２で希釈されたドロー溶液とが供給され、かつ、第一室４１内のドロー溶液を加圧して逆浸透法により濃縮する。第２半透膜装置５は、第一室５１及び第二室５２に第１半透膜装置４の第一室４１で濃縮されたドロー溶液がそれぞれ供給され、かつ、第一室５１内のドロー溶液を加圧して濃縮する。正浸透膜装置２は、第１半透膜装置４の第一室４１及び第２半透膜装置５の第一室５１で濃縮されたドロー溶液が供給され、逆浸透膜装置３は、第２半透膜装置５の第二室５２で希釈されたドロー溶液が第１半透膜装置４の第二室４２に戻され該第二室４２でさらに希釈された状態で供給される。【選択図】図３
2020199430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液よりも浸透圧の高いドロー溶液が半透膜を介して被処理液に接触することにより被処理液を濃縮する正浸透膜装置と、
ドロー溶液を濃縮する逆浸透膜装置と、
半透膜によって分けられた第一室及び第二室を有する第１半透膜装置と、を備え、
前記第１半透膜装置は、前記第一室に前記逆浸透膜装置からドロー溶液が供給されるとともに、前記第二室に前記正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液に由来するドロー溶液が供給され、かつ、前記第一室内のドロー溶液を加圧して逆浸透法により濃縮するように構成され、
前記正浸透膜装置は、前記第１半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液が供給されるように構成され、
前記逆浸透膜装置は、前記第１半透膜装置の第二室で希釈されたドロー溶液が供給されるように構成される、濃縮システム。
【請求項２】
前記逆浸透膜装置、前記第１半透膜装置の第一室及び前記正浸透膜装置が往路により直列的に接続され、
前記正浸透膜装置、前記第１半透膜装置の第二室及び前記逆浸透膜装置が復路により直列的に接続されている、請求項１に記載の濃縮システム。
【請求項３】
前記第１半透膜装置がドロー溶液の流れる方向に沿って複数並べて配置され、
複数の前記第１半透膜装置は、前記逆浸透膜装置からのドロー溶液が流れる方向で上流側の端に位置する第１半透膜装置が前記逆浸透膜装置に接続され、下流側の端に位置する第１半透膜装置が前記正浸透膜装置に接続され、隣接する２つの前記第１半透膜装置が前記第一室同士及び前記第二室同士がそれぞれ流路で直列に接続されている、請求項２に記載の濃縮システム。
【請求項４】
半透膜によって分けられた第一室及び第二室を有する第２半透膜装置をさらに備え、
前記第１半透膜装置は、前記第一室に前記逆浸透膜装置からのドロー溶液とともに前記正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液が供給されるように構成され、
前記第２半透膜装置は、前記第一室及び前記第二室に前記第１半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液がそれぞれ供給され、かつ、該第２半透膜装置の第一室内のドロー溶液を加圧して濃縮するように構成され、
前記正浸透膜装置は、前記第２半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液が供給されるように構成され、
前記逆浸透膜装置は、前記第２半透膜装置の第二室で希釈されたドロー溶液が前記第１半透膜装置の第二室に戻されて前記第１半透膜装置の第二室でさらに希釈された状態で供給されるように構成されている、請求項１に記載の濃縮システム。
【請求項５】
フィード溶液とドロー溶液とが同種である、請求項１〜４のいずれかに記載の濃縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透膜装置を用いた液体の濃縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば海水から淡水を分離して回収する際には海水を高濃度に濃縮するが、水分を含む液体を濃縮する方法として従来から膜分離法が知られている。この膜分離法として、特許文献１には、正浸透膜装置を用いた液体の濃縮システムが開示されている。
【０００３】
正浸透膜装置を用いた液体の濃縮システムの概略構成を図６に示す。図６の濃縮システム１００は、正浸透膜装置１０１と、フィード溶液（被処理液）を正浸透膜装置１０１の第一室１０２に供給するための流路Ｌ１０１と、正浸透膜装置１０１の第一室１０２から濃縮されたフィード溶液を排出するための流路Ｌ１０２と、フィード溶液よりも浸透圧の高いドロー溶液を正浸透膜装置１０１の第二室１０３に供給するための流路Ｌ１０３と、正浸透膜装置１０１の第二室１０３から希釈されたドロー溶液を排出するための流路Ｌ１０４とを備えている。正浸透膜装置１０１では、第一室１０２に供給されるフィード溶液と第二室１０３に供給されるドロー溶液との浸透圧の違いにより、フィード溶液中の水分の一部が、第一室１０２から半透膜１０４を透過して第二室１０３に移動する。これにより、第一室１０２のフィード溶液は濃縮され、第二室１０３のドロー溶液は希釈される。
【０００４】
流路Ｌ１０３及び流路Ｌ１０４の間には、ドロー溶液を再生するための逆浸透膜装置１１０が設けられている。逆浸透膜装置１１０は、正浸透膜装置１０１の第二室１０３から排出される希釈されたドロー溶液を濃縮し、ドロー溶液の濃度を高めて再び第二室１０３に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示す濃縮システム１００では、ドロー溶液の再生に逆浸透膜装置１１０を用いている。しかし、逆浸透膜装置１１０は、ドロー溶液に半透膜を介して浸透圧の極めて低い水溶液を接触させ、浸透圧の高いドロー溶液側に両溶液の浸透圧差を超える高い圧力を印加することで、浸透圧の高いドロー溶液側から浸透圧の低い水溶液側へ水を逆行して透過させるため、非常に高いエネルギーが必要となる。よって、逆浸透膜装置１１０だけの再生では、ドロー溶液の濃度をより大きく高めることが困難であり、再生後のドロー溶液の濃度が低いと、正浸透膜装置１０１でのフィード溶液との浸透圧差が低下するため、フィード溶液を高濃度に濃縮することが困難になるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ドロー溶液の濃度を低エネルギーで高めることができる濃縮システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被処理液よりも浸透圧の高いドロー溶液が半透膜を介して被処理液に接触することにより被処理液を濃縮する正浸透膜装置と、ドロー溶液を濃縮する逆浸透膜装置と、半透膜によって分けられた第一室及び第二室を有する第１半透膜装置と、を備え、前記第１半透膜装置は、前記第一室に前記逆浸透膜装置からドロー溶液が供給されるとともに、前記第二室に前記正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液に由来するドロー溶液が供給され、かつ、前記第一室内のドロー溶液を加圧して逆浸透法により濃縮するように構成され、前記正浸透膜装置は、前記第１半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液が供給されるように構成され、前記逆浸透膜装置は、前記第１半透膜装置の第二室で希釈されたドロー溶液が供給されるように構成される濃縮システムを提供する。
【０００９】
本発明の濃縮システムにおいて、「前記正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液に由来するドロー溶液」とは、正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液そのものであってもよく、また、正浸透膜装置で希釈された後、他の半透膜装置を経由したドロー溶液であってもよい。すなわち、正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液の全部又は一部が直接、第１半透膜装置の第二室に供給されてもよいし、正浸透膜装置で希釈された後、他の半透膜装置を経由したドロー溶液の全部又は一部が第１半透膜装置の第二室に供給されてもよい。
【００１０】
本発明の濃縮システムの一態様は、前記逆浸透膜装置、前記第１半透膜装置の第一室及び前記正浸透膜装置が往路により直列的に接続され、前記正浸透膜装置、前記第１半透膜装置の第二室及び前記逆浸透膜装置が復路により直列的に接続されている。
【００１１】
本発明の濃縮システムの一態様においては、前記第１半透膜装置がドロー溶液の流れる方向に沿って複数並べて配置され、複数の前記第１半透膜装置は、前記逆浸透膜装置からのドロー溶液が流れる方向で上流側の端に位置する第１半透膜装置が前記逆浸透膜装置に接続され、下流側の端に位置する第１半透膜装置が前記正浸透膜装置に接続され、隣接する２つの前記第１半透膜装置が前記第一室同士及び前記第二室同士がそれぞれ流路で直列に接続されていることがより好ましい。
【００１２】
本発明の濃縮システムの他の一態様は、半透膜によって分けられた第一室及び第二室を有する第２半透膜装置をさらに備え、前記第１半透膜装置は、前記第一室に前記逆浸透膜装置からのドロー溶液とともに前記正浸透膜装置で希釈されたドロー溶液が供給されるように構成され、前記第２半透膜装置は、前記第一室及び前記第二室に前記第１半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液がそれぞれ供給され、かつ、該第２半透膜装置の第一室内のドロー溶液を加圧して濃縮するように構成され、前記正浸透膜装置は、前記第２半透膜装置の第一室で濃縮されたドロー溶液が供給されるように構成され、前記逆浸透膜装置は、前記第２半透膜装置の第二室で希釈されたドロー溶液が前記第１半透膜装置の第二室に戻されて前記第１半透膜装置の第二室でさらに希釈された状態で供給されるように構成されている。
【００１３】
また、本発明の濃縮システムにおいては、フィード溶液とドロー溶液とが同種であってもよいし、同種でなくてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１半透膜装置において、逆浸透膜装置で濃縮したドロー溶液をさらに濃縮している。よって、正浸透膜装置には高濃度（高浸透圧）のドロー溶液が供給される。これにより、正浸透膜装置では、被処理液が高濃度に濃縮されるため、被処理液の濃度を上げることができる。また、正浸透膜装置で希釈された後のドロー溶液は、濃度（浸透圧）が高くなり得るものの、第１半透膜装置の第二室で希釈された後に逆浸透膜装置に戻されるので、逆浸透膜装置に供給される際のドロー溶液の濃度（浸透圧）は低下している。よって、逆浸透膜装置において省エネルギーで被処理液を濃縮することができる。また、第１半透膜装置においては、第一室内のドロー溶液と第二室内のドロー溶液との濃度差が小さいため、両溶液の浸透圧差が小さい。よって、第一室内のドロー溶液に大きな物理的圧力を加えなくても、第一室内のドロー溶液を濃縮することができるので、省エネルギーで正浸透膜装置の第二室に供給するドロー溶液の濃度を上げることができる。
【００１５】
上述した通り、本発明によれば、濃度の高い高浸透圧のドロー溶液を低エネルギーで再生することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の濃縮システムの変形例の概略構成を示す模式図である。
【図３】第１実施形態の濃縮システムの変形例の概略構成を示す模式図である。
【図４】第１実施形態の濃縮システムの変形例の概略構成を示す模式図である。
【図５】第２実施形態の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】従来例の濃縮システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の濃縮システムは、水分を含む液体（被処理液）から水分を分離して該液体を濃縮する際に用いられるものであり、正浸透膜装置を用いた液体の濃縮システムに関する。正浸透膜装置は、被処理液（フィード液）よりも浸透圧の高いドロー溶液を半透膜を介して被処理液に接触させることにより、被処理液を濃縮する装置である。
【００１８】
被処理液には、例えば海水などの、無機塩類を含有する水溶液を挙げることができる。無機塩類としては、特に限定されるものではないが、例えば、塩酸、硫酸、フッ酸、リン酸などの強酸と、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属との無機塩類を挙げることができる。
【００１９】
その他、被処理液としては、例えば経口液体や外用液体を挙げることができる。経口液体は、人又は動物が口にするものを意味しており、例えば、濃縮ジュースや清涼飲料などの飲料、麺つゆ・各種出汁・調味料・スープのような液状の食べ物、液状の健康補助食品、経口医薬品などが挙げられる。また、外用液体は、人又は動物の体に塗る液状のものを総称しており、例えば、化粧水やローション、液状ハンドクリームのような液状化粧料、皮膚や口中に塗布又は散布する液状医薬品などが挙げられる。さらに、経口液体にしても外用液体にしても、消費者又は患者が最終的に使用するものには限らず、原料になるものも含んでいる。
【００２０】
ドロー溶液としては、従来から公知のものを用いることができ、例えば塩化ナトリウムを溶質とする溶液（食塩水）の他、塩化カリウム、硝酸カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、炭酸水素ナトリウムと水酸化アンモニウムとの混合物を溶質とする溶液、感温性物質を溶質とする溶液を用いることができる。本実施形態では、ドロー溶液は、被処理液と異種（異なる成分）の溶液が用いられている。
【００２１】
本発明の濃縮システムは、濃度の高い高浸透圧のドロー溶液を低エネルギーで再生することを目的とするために、正浸透膜装置と逆浸透膜装置との間に１又は複数の半透膜装置を介在させていることを特徴としている。以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態の濃縮システム１の概略構成を示す模式図である。濃縮システム１は、正浸透膜装置２と、逆浸透膜装置３と、第１半透膜装置４とを備えている。
【００２３】
正浸透膜装置２は、従来から公知の構造のものを用いることができ、その内部が半透膜２０により２つの室２１，２２に仕切られている。半透膜２０は、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、アクアポリン（蛋白質）などの従来から公知の素材のものを用いることができ、一般に正浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましい。また、半透膜２０は、例えば平膜、中空糸膜などの従来から公知の構造のものを用いることができる。半透膜２０が平膜である場合、半透膜２０を例えば網状の支持体によって姿勢を保持することができる。
【００２４】
正浸透膜装置２の第一室２１には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ１が接続されており、被処理液を貯留するタンク６から被処理液が流路Ｌ１を通って供給される。一方、第二室２２には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ３が接続されており、ドロー溶液が流路Ｌ３を通って供給される。この流路Ｌ３は、正浸透膜装置２の第二室２２と後述する第１半透膜装置４の第一室４１とを繋いでいる。
【００２５】
正浸透膜装置２では、被処理液に対して被処理液よりも浸透圧の高いドロー溶液が半透膜２０を介して接触しているため（浸透圧ａ＜ｄ、ｂ＜ｃ）、両溶液の浸透圧の違いにより、被処理液中の水分の一部が、第一室２１から半透膜２０を透過して第二室２２に移動する。これにより、第一室２１内の被処理液は濃縮され、第二室２２内のドロー溶液は希釈される。なお、正浸透膜装置２は、図示では横置き方式になっており、第一室２１が上で第二室２２が下になっているが、第一室２１が下で第二室２２が上になっていてもよい。また、正浸透膜装置２は縦向きの姿勢で配置してもよい。
【００２６】
正浸透膜装置２の第一室２１には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ２が接続されており、第一室２１で濃縮された被処理液が流路Ｌ２を通って排出される。一方、第二室２２には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ４が接続されており、第二室２２で希釈されたドロー溶液が流路Ｌ４を通って排出される。この流路Ｌ４は、正浸透膜装置２の第二室２２と後述する第１半透膜装置４の第二室４２とを繋いでいる。
【００２７】
次に、逆浸透膜装置３は、正浸透膜装置２の第二室２２から排出される希釈後のドロー溶液から水を分離してドロー溶液を濃縮し、ドロー溶液の濃度を高めるためのものである。この逆浸透膜装置３は、従来から公知の構造のものを用いることができ、その内部が半透膜３０により２つの室３１，３２に仕切られている。半透膜３０は、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、アクアポリン（蛋白質）などの従来から公知の素材のものを用いることができ、一般に逆浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましい。また、半透膜３０は、例えば平膜、中空糸膜などの従来から公知の構造のものを用いることができる。半透膜３０が平膜である場合、半透膜３０を例えば網状の支持体によって姿勢を保持することができる。
【００２８】
逆浸透膜装置３の第一室３１には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ５が接続されており、流路Ｌ５からドロー溶液の原液が逆浸透膜装置３の第一室３１に供給される。この流路Ｌ５には、逆浸透膜装置３の第一室３１と後述する第１半透膜装置４の第二室４２とを繋ぐ流路Ｌ６が合流しており、逆浸透膜装置３の第一室３１に供給されるドロー溶液には、正浸透膜装置２の第二室２２から排出された希釈後のドロー溶液が、流路Ｌ４を通って後述する第１半透膜装置４の第二室４２を通過した後、混合される。
【００２９】
逆浸透膜装置３では、第一室３１内のドロー溶液に物理的圧力を加えられることで、ドロー溶液中の水分の一部が第一室３１から半透膜３０を透過して第二室３２に移動する。その結果、ドロー溶液は第一室３１を流れるに伴い水が分離することにより濃縮されて濃度が高くなる。なお、物理的圧力を第一室３１内のドロー溶液に加える方法としては、特に限定されるものではなく、逆浸透法において用いられている種々の方法を用いることができる。
【００３０】
逆浸透膜装置３の第一室３１には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ７が接続されており、逆浸透膜装置３で濃縮されたドロー溶液が流路Ｌ６を通って排出される。この流路Ｌ７は、逆浸透膜装置３の第一室３１と後述する第１半透膜装置４の第一室４１とを繋いでおり、ドロー溶液は、後述する第１半透膜装置４の第一室４１を通過した後、流路Ｌ３を通って再び正浸透膜装置２の第二室２２に供給される。一方、逆浸透膜装置３の第二室３２には、半透膜３０を透過した透過水を排出する流路Ｌ８が接続されており、透過水は流路Ｌ８を通って回収され、淡水として利用される。
【００３１】
第１実施形態の濃縮システム１では、ドロー溶液は、正浸透膜装置２の第二室２２で希釈された後、逆浸透膜装置３に供給されて濃縮され、再び正浸透膜装置２の第二室２２に供給されることで、正浸透膜装置２及び逆浸透膜装置３の間を循環している。このドロー溶液の循環に際して、第１実施形態の濃縮システム１では、正浸透膜装置２と逆浸透膜装置３との間に第１半透膜装置４が介在しており、正浸透膜装置２の第二室２２でドロー溶液を希釈した後、一旦、流路Ｌ４により第１半透膜装置４の第二室４２に供給し、その後に逆浸透膜装置３の第一室３１に供給している。そして、逆浸透膜装置３の第一室３１でドロー溶液を濃縮した後は、一旦、流路Ｌ７により第１半透膜装置４の第一室４１に供給し、その後に正浸透膜装置２の第二室２２に供給している。つまり、逆浸透膜装置３の第一室３１、第１半透膜装置４の第一室４１及び正浸透膜装置２の第二室２２が、流路Ｌ７，Ｌ３からなる往路により直列的に接続され、正浸透膜装置２の第二室２２、第１半透膜装置４の第二室４２及び逆浸透膜装置３の第一室３１が、流路Ｌ４，Ｌ６からなる復路により直列的に接続されている。
【００３２】
第１半透膜装置４は、閉じたタンク（又はハウジングやケーシングなど）の構造であり、金属又は合成樹脂により形成される。第１半透膜装置４の内部は、半透膜４０により第一室４１と第二室４２とに仕切られている。なお、第１半透膜装置４は、図示では横置き方式になっており、第一室４１が上で第二室４２が下になっているが、第一室４１が下で第二室４２が上になっていてもよい。また、第１半透膜装置４は縦向きの姿勢で配置してもよい。
【００３３】
半透膜４０は、水を透過させる性質を有する膜であり、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、アクアポリン（蛋白質）などの従来から公知の素材のものを用いることができ、一般に逆浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましい。また、半透膜４０は、例えば平膜や中空糸膜、その他にも従来から公知の構造のものを用いることができる。半透膜４０が平膜である場合、半透膜４０を例えば網状の支持体によって姿勢を保持することができる。
【００３４】
第１半透膜装置４においては、逆浸透膜装置３で濃縮されたドロー溶液が第一室４１に供給される一方で、正浸透膜装置２で希釈されたドロー溶液が第二室４２に直接供給されており、第一室４１内のドロー溶液に対して該ドロー溶液よりも浸透圧（濃度）の低い第二室４２内のドロー溶液が半透膜４０を介して接触している（浸透圧ｅ＞ｆ、ｃ＞ｄ）。そして、この浸透圧差よりも大きな物理的圧力が第一室４１内のドロー溶液に加えられることで、逆浸透法により第一室４１内のドロー溶液中の水分の一部が半透膜４０を透過して第二室４２に移動する。その結果、第一室４１内のドロー溶液は水が分離することで濃縮されて濃度が高くなる一方、第二室４２内のドロー溶液は水を吸収することにより希釈されて濃度が低くなる。第一室４１で濃縮されたドロー溶液は正浸透膜装置２に供給され、第二室４２で希釈されたドロー溶液は逆浸透膜装置３に供給される。なお、物理的圧力を第一室４１内のドロー溶液に加える方法としては、特に限定されるものではなく、逆浸透法において用いられている種々の方法を用いることができる。
【００３５】
このように、第１実施形態の濃縮システム１では、正浸透膜装置２と逆浸透膜装置３との間に第１半透膜装置４が介在しており、第１半透膜装置４の第一室４１において、逆浸透膜装置３で濃縮したドロー溶液をさらに濃縮している。よって、正浸透膜装置２の第二室２２には、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて、高濃度のドロー溶液が供給される。これにより、正浸透膜装置２では、より高濃度のドロー溶液が半透膜２０を介して被処理液に接触するため、両液の浸透圧差が大きくなり、正浸透法により第一室２１から半透膜２０を透過して第二室２２に移動する透過水量が増加する。その結果、正浸透膜装置２では、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて被処理液が高濃度に濃縮されるため、被処理液の濃度を上げることができる。
【００３６】
また、正浸透膜装置２の第二室２２で希釈された後のドロー溶液は、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて濃度（浸透圧）が高くなり得るものの、第１半透膜装置４の第二室４２で希釈された後に逆浸透膜装置３に戻されるので、逆浸透膜装置３に供給される際のドロー溶液の濃度（浸透圧）は低下している。よって、逆浸透膜装置３において省エネルギーで被処理液を濃縮することができる。
【００３７】
また、第１半透膜装置４においては、第一室４１内のドロー溶液と第二室４２内のドロー溶液との濃度差が小さいため、両溶液の浸透圧差が小さい。よって、第一室４１内のドロー溶液に大きな物理的圧力を加えなくても、第一室４１から半透膜４０を介して第二室４２に透過水を移動させることができるので、省エネルギーで正浸透膜装置２の第二室２２に供給するドロー溶液の濃度を上げることができる。
【００３８】
上述した通り、第１実施形態の濃縮システム１によれば、濃度の高い高浸透圧のドロー溶液を低エネルギーで再生することが可能である。
【００３９】
以上、第１実施形態の濃縮システム１について説明したが、第１実施形態の濃縮システム１は上記内容に限定されるものではない。例えば第１実施形態の濃縮システム１は、ドロー溶液に被処理液と同種（同じ成分）の溶液を用いることができる。ドロー溶液と被処理液とを同種とした場合には、図２に示すように、タンク６から被処理液を流路Ｌ１を介して正浸透膜装置２の第一室２１に供給するとともに、流路Ｌ５を介して逆浸透膜装置３の第一室３１にドロー溶液として供給することができる。
【００４０】
また、第１実施形態の濃縮システム１は、図３に示すように、第１半透膜装置４がドロー溶液の流れる方向に沿って複数並べて配置されていてもよい。図３に示す濃縮システム１では、複数の第１半透膜装置４のうち、逆浸透膜装置３からのドロー溶液が流れる方向で上流側の端（図示では左端）に位置する第１半透膜装置４が逆浸透膜装置３と流路Ｌ６，Ｌ７により接続され、下流側の端（図示では右端）に位置する第１半透膜装置４が正浸透膜装置２に流路Ｌ３，Ｌ４により接続されている。そして、隣接する２つの第１半透膜装置４は、第一室４１同士が流路で直列に接続され、第二室４２同士が流路で直列に接続されている。
【００４１】
この図３に示す濃縮システム１によれば、逆浸透膜装置３からのドロー溶液が複数の第１半透膜装置４の各第一室４１を順次通過することで高濃度に濃縮されるため、正浸透膜装置２の第二室２２に供給するドロー溶液の濃度をさらに上げることができる。あるいは、逆浸透膜装置３においてドロー溶液の濃度を大きく高めなくても、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて高濃度のドロー溶液を正浸透膜装置２の第二室２２に供給可能であり、逆浸透膜装置３における省エネルギー性を向上することができる。なお、図３では、２つの第１半透膜装置４がドロー溶液の流れる方向に沿って並べられているが、３つ以上であってもよい。
【００４２】
図３に示す濃縮システム１においては、図４に示すように、ドロー溶液の流れる方向に沿って並べられる各第１半透膜装置４は、それぞれが並列的に複数配置されていてもよい。図４に示す濃縮システム１においては、逆浸透膜装置３からのドロー溶液が流れる方向で上流側から２つの第１半透膜装置４のグループが配置されており、上流側の端（図示では左端）に位置するグループでは第１半透膜装置４が２つ並列的に配置されており、下流側の端（図示では左端）に位置するグループでは第１半透膜装置４は１つだけ配置されている。なお、図４に示す濃縮システム１においては、上流側の端のグループと下流側の端のグループとの間に、１つ以上の第１半透膜装置４が１つだけ配置されるグループが配置されていてもよい。
【００４３】
また、図４に示す濃縮システム１においては、図示は省略するが、上流側の端のグループでは第１半透膜装置４が３つ以上並列的に配置され、これより下流側のグループでは第１半透膜装置４が並列的に配置される数が１つずつ減っていってもよい。このように、第１半透膜装置４は、逆浸透膜装置３からのドロー溶液が流れる方向で上流側のグループほど数多く並列的に配置され、下流側のグループは並列配置される数が順次減ることが好ましい。
【００４４】
（２）第２実施形態
図５は、第２実施形態の濃縮システム１０の概略構成を示す模式図である。濃縮システム１０は、正浸透膜装置２と、逆浸透膜装置３と、第１半透膜装置４と、第２半透膜装置５とを備えている。なお、上記第１実施形態の濃縮システム１と同様の構成については、同一の符号を付すことでここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
正浸透膜装置２の第一室２１には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ１１が接続されており、被処理液を貯留するタンク６から被処理液が流路Ｌ１１を通って供給される。一方、第二室２２には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ１３が接続されており、被処理液よりも浸透圧の高いドロー溶液が流路Ｌ１３を通って供給される。この流路Ｌ１３は、正浸透膜装置２の第二室２２と後述する第２半透膜装置５の第一室５１とを繋いでいる。
【００４６】
また、正浸透膜装置２の第一室２１には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ１２が接続されており、第一室２１で濃縮された被処理液が流路Ｌ１２を通って排出される。一方、第二室２２には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ１４が接続されており、第二室２２で希釈されたドロー溶液が流路Ｌ１４を通って排出される。この流路Ｌ１４は、正浸透膜装置２の第二室２２と第１半透膜装置４の第一室４１とを繋いでいる。
【００４７】
逆浸透膜装置３の第一室３１には、一端側（図示では左端側）に流路Ｌ１５が接続されており、流路Ｌ１５からドロー溶液の原液が逆浸透膜装置３の第一室３１に供給される。この流路Ｌ１５には、逆浸透膜装置３の第一室３１と後述する第１半透膜装置４の第二室４２とを繋ぐ流路Ｌ１６が合流している。
【００４８】
また、逆浸透膜装置３の第一室３１には、他端側（図示では右端側）に流路Ｌ１７が接続されており、逆浸透膜装置３で濃縮されたドロー溶液が流路Ｌ１７を通って排出される。この流路Ｌ１７は、逆浸透膜装置３の第一室３１と第１半透膜装置４の第一室４１とを繋いでいる。逆浸透膜装置３の第二室３２には、半透膜３０を透過した透過水を排出する流路Ｌ１８が接続されており、透過水は流路Ｌ１８を通って回収され、淡水として利用される。
【００４９】
第２実施形態の濃縮システム１０では、正浸透膜装置２と逆浸透膜装置３との間に、第１半透膜装置４と第２半透膜装置５とが直列的に配置されている。
【００５０】
第１半透膜装置４及び第２半透膜装置５では、詳細は後述するが、第一室４１，５１に供給されるドロー溶液中の水分の一部が、第一室４１，５１から半透膜４０，５０を透過して第二室４２，５２に移動する。これにより、第一室４１，５１内のドロー溶液は濃縮され、第二室４２，５２内のドロー溶液吸水液は希釈される。なお、第１半透膜装置４及び第２半透膜装置５は、図示ではともに横置き方式になっており、第一室４１，５１が上で第二室４２，５２が下になっているが、第一室４１，５２が下で第二室４２，５２が上になっていてもよい。また、第１半透膜装置４及び第２半透膜装置５はともに縦向きの姿勢で配置されていてもよい。
【００５１】
第２半透膜装置５は、閉じたタンク（又はハウジングやケーシングなど）の構造であり、金属又は合成樹脂により形成される。第２半透膜装置５の内部は、半透膜５０により第一室５１と第二室５２とに仕切られている。半透膜５０は、水を透過させる性質を有する膜であり、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、アクアポリン（蛋白質）などの従来から公知の素材のものを用いることができ、一般に逆浸透膜と呼ばれる半透膜を用いることが好ましい。また、半透膜５０は、例えば平膜や中空糸膜、その他にも従来から公知の構造のものを用いることができる。半透膜５０が平膜である場合、半透膜５０を例えば網状の支持体によって姿勢を保持することができる。
【００５２】
第１半透膜装置４と第２半透膜装置５とは流路Ｌ１９〜Ｌ２１により繋がれている。流路Ｌ１９は、第１半透膜装置４の第一室４１と第２半透膜装置５の第一室５１とを繋いでいる。流路Ｌ２０は、流路Ｌ１９から分岐して第１半透膜装置４の第一室４１と第２半透膜装置５の第二室５２とを繋いでいる。流路Ｌ２１は、第２半透膜装置５の第二室５２と第１半透膜装置４の第二室４２とを繋いでいる。
【００５３】
第２実施形態の濃縮システム１０では、ドロー溶液は、正浸透膜装置２の第二室２２で希釈された後、流路Ｌ１４を通って第１半透膜装置４の第一室４１及び第２半透膜装置５の第一室５１を通過し、その後、流路Ｌ１３を通って正浸透膜装置２の第二室２２に供給される。流路Ｌ１４、流路Ｌ１９及び流路Ｌ１３は、正浸透膜装置２の第二室２２から排出されたドロー溶液を正浸透膜装置２の第二室２２に循環するための循環路を構成している。第１半透膜装置４の第一室４１を通過したドロー溶液の一部は、流路Ｌ２０を通って第２半透膜装置５の第二室５２を通過し、流路Ｌ２１を通って第１半透膜装置４の第二室４２を通過した後、流路Ｌ１６を通って逆浸透膜装置３の第一室３１に供給される。流路Ｌ２０及び流路Ｌ２１は、正浸透膜装置２の第二室２２から排出されたドロー溶液の一部を、逆浸透膜装置３の第一室３１に戻すための戻し流路を構成している。
【００５４】
また、逆浸透膜装置３で濃縮されたドロー溶液は、流路Ｌ１７を通って第１半透膜装置４の第一室４１に供給され、正浸透膜装置２の第二室２２で希釈されたドロー溶液と一緒に一部が第２半透膜装置５の第一室５１を通過した後、正浸透膜装置２の第二室２２に供給され、一部が第２半透膜装置５の第二室５２、さらには第１半透膜装置４の第二室４２を通過し、その後、逆浸透膜装置３の第一室３１に供給される。
【００５５】
第１半透膜装置４においては、第一室４１に、逆浸透膜装置３で濃縮されたドロー溶液と正浸透膜装置２で希釈されたドロー溶液との混合液が供給される一方で、第二室４２に、第一室４１を通過しかつ第２半透膜装置５の第二室５２を通過したドロー溶液が供給される。第２半透膜装置５の第二室５２では、詳細は後述するがドロー溶液が希釈されるため、第１半透膜装置４においては、第一室４１内のドロー溶液に対して該ドロー溶液よりも浸透圧（濃度）の高い第二室４２内のドロー溶液が半透膜４０を介して接触している（浸透圧ｇ＞ｈ、ｅ´＞ｆ）。そして、この浸透圧差よりも大きな物理的圧力が第一室４１内のドロー溶液に加えられることで、逆浸透法により第一室４１内のドロー溶液中の水分の一部が半透膜４０を透過して第二室４２に移動する。その結果、第一室４１内のドロー溶液は水が分離することで濃縮されて濃度が高くなる一方、第二室４２内のドロー溶液は水を吸収することにより希釈されて濃度が低くなる。第一室４１で濃縮されたドロー溶液は第２半透膜装置５に供給され、第二室４２で希釈されたドロー溶液は逆浸透膜装置３に供給される。なお、物理的圧力を第一室４１内のドロー溶液に加える方法としては、特に限定されるものではなく、逆浸透法において用いられている種々の方法を用いることができる。
【００５６】
第２半透膜装置５においては、第一室５１及び第二室５２に、第１半透膜装置４の第一室４１から同じ濃度のドロー溶液が供給される。そのため、第一室５１及び第二室５２の流入口では、両溶液の浸透圧が実質的に等しく（浸透圧ｇ＝ｇ）、物理的圧力が第一室４１内のドロー溶液に加えられることで、第一室５１内のドロー溶液中の水分の一部が半透膜５０を透過して第二室５２に移動する。その結果、第一室５１内のドロー溶液は水が分離することで濃縮されて濃度が高くなる一方、第二室５２内のドロー溶液は水を吸収することにより希釈されて濃度が低くなる（浸透圧ｃ＞ｈ）。第一室５１で濃縮されたドロー溶液は正浸透膜装置２に供給され、第二室５２で希釈されたドロー溶液は第１半透膜装置４に戻される。なお、物理的圧力を第一室５１内のドロー溶液に加える方法としては、特に限定されるものではなく、逆浸透法において用いられている種々の方法を用いることができる。
【００５７】
このように、第２実施形態の濃縮システム１０では、正浸透膜装置２と逆浸透膜装置３との間に第１半透膜装置４及び第２半透膜装置５が介在しており、第１半透膜装置４の第一室４１及び第２半透膜装置５の第一室５１において、逆浸透膜装置３で濃縮したドロー溶液をさらに濃縮している。よって、正浸透膜装置２の第二室２２には、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて、高濃度のドロー溶液が供給される。これにより、正浸透膜装置２では、より高濃度のドロー溶液が半透膜２０を介して被処理液に接触するため、両液の浸透圧差が大きくなり、正浸透法により第一室２１から半透膜２０を透過して第二室２２に移動する透過水量が増加する。その結果、正浸透膜装置２では、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて被処理液が高濃度に濃縮されるため、被処理液の濃度を上げることができる。さらに、逆浸透膜装置３においてドロー溶液の濃度を大きく高めなくても、高濃度のドロー溶液を正浸透膜装置２の第二室２２に供給可能であるため、逆浸透膜装置３における省エネルギー性を向上することができる。
【００５８】
また、正浸透膜装置２の第二室２２で希釈された後のドロー溶液は、図６に示す従来例の濃縮システム１００と比べて濃度（浸透圧）が高くなりえるものの、第２半透膜装置５の第二室５２及び第１半透膜装置４の第二室４２で希釈された後に逆浸透膜装置３に戻されるので、逆浸透膜装置３に供給される際のドロー溶液の濃度（浸透圧）は低下している。よって、逆浸透膜装置３において省エネルギーで被処理液を濃縮することができる。
【００５９】
また、第１半透膜装置４においては、第一室４１内のドロー溶液と第二室４２内のドロー溶液との濃度差が小さいため、両溶液の浸透圧差が小さい。よって、第一室４１内のドロー溶液に大きな物理的圧力を加えなくても、第一室４１から半透膜４０を介して第二室４２に透過水を移動させることができるので、省エネルギーで正浸透膜装置２の第二室２２に供給するドロー溶液の濃度を上げることができる。
【００６０】
また、第２半透膜装置５においては、第一室５１内のドロー溶液と第二室５２内のドロー溶液との濃度が実質的に同じであるため、両溶液の浸透圧差がほぼない。よって、第一室５１内のドロー溶液に加える物理的圧力が小さくても、第一室５１から半透膜５０を介して第二室５２に透過水を移動させることができるので、省エネルギーで正浸透膜装置２の第二室２２に供給するドロー溶液の濃度を上げることができる。
【００６１】
以上、第２実施形態の濃縮システム１０について説明したが、第２実施形態の濃縮システム１０は上記内容に限定されるものではない。例えばドロー溶液に被処理液と同種（同じ成分）の溶液を用いることができる。この場合には、図示は省略するが、第１実施形態の濃縮システム１と同様に、タンク６から被処理液を流路Ｌ１１を介して正浸透膜装置２の第一室２１に供給するとともに、流路Ｌ１５を介して逆浸透膜装置３の第一室３１にドロー溶液として供給することができる。
【００６２】
また、第２実施形態の濃縮システム１０は、図示は省略するが、第１実施形態の濃縮システム１と同様に、第１半透膜装置４がドロー溶液の流れる方向に沿って複数並べて配置されていてもよい。さらに、ドロー溶液の流れる方向に沿って並べられる各第１半透膜装置４は、それぞれが並列的に複数配置されていてもよい。これによれば、正浸透膜装置２の第二室２２に供給するドロー溶液の濃度をさらに上げることができる。
【００６３】
また、第２実施形態の濃縮システム１０は、図示は省略するが、第２半透膜装置５がドロー溶液の流れる方向に沿って複数並べて配置されていてもよい。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記第１、第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６５】
例えば、上記実施形態の濃縮システム１，１０において、貯留タンク６と正浸透膜装置２との間にナノ濾過膜装置を配置してもよい。ナノ濾過膜装置は、被処理液に含まれる主に２価イオンを排除する機能を有する。被処理液が海水などの無機塩類を含む水溶液である場合には、ナノ濾過膜装置は、特に硫酸イオンを高く排除するものが好ましい。これにより、被処理液中に含まれるスケール成分を高い割合で除去することができる。被処理液からスケール成分を事前に除去しておくことで、正浸透装置２で被処理液を高濃度に濃縮した際に、溶解度の小さい硫酸カルシウムなどのスケールが析出して、半透膜２０が懸濁物質や結晶などで閉塞することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０  濃縮システム
２    正浸透膜装置
３    逆浸透膜装置
４    第１半透膜装置
５    第２半透膜装置
４０  第１半透膜装置の半透膜
４１  第１半透膜装置の第一室
４２  第１半透膜装置の第二室
５０  第２半透膜装置の半透膜
５１  第２半透膜装置の第一室
５２  第２半透膜装置の第二室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020199430.tif 000007
【図６】
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