(57)【要約】【課題】高濃度溶液を高回収率での多連システムで逆浸透膜の処理する場合、高効率な処理が可能な処理方法を提供することを目的とする。特に、海水淡水化時に効率的なホウ素除去が可能な処理方法の提供を目的とする。【解決手段】高濃度原水を逆浸透膜モジュールの２連システムで処理する場合、２連目の逆浸透膜モジュールの本数を１連目の逆浸透膜モジュールの本数より多くするか、または２連目の逆浸透膜モジュールの総膜面積を１連目の逆浸透膜モジュールの総膜面積より大きくして処理することを特徴とする高濃度溶液の処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度原水を逆浸透膜モジュールの２連システムで処理し、高濃度の濃縮水と低濃度の透過水とに分離する処理方法であって、１連目の逆浸透膜モジュールで分離された高濃度の濃縮水が２連目の逆浸透膜モジュールに供給されるように配設され、２連目の逆浸透膜モジュールが１連目の逆浸透膜モジュールより多い本数で処理することを特徴とする高濃度溶液の処理方法。
【請求項２】
２連目の逆浸透膜モジュールの本数が１連目の逆浸透膜モジュールの本数の１１０％から２００％であることを特徴とする請求項１記載の高濃度溶液の処理方法。
【請求項３】
高濃度原水を逆浸透膜モジュールの２連システムで処理し、高濃度の濃縮水と低濃度の透過水とに分離する処理方法であって、１連目の逆浸透膜モジュールで分離された高濃度の濃縮水が２連目の逆浸透膜モジュールに供給されるように配設され、２連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和が１連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和より多い状態で処理することを特徴とする高濃度溶液の処理方法。
【請求項４】
２連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和が１連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和の１１０％から２００％であることを特徴とする請求項３記載の高濃度溶液の処理方法。
【請求項５】
逆浸透膜が中空糸膜型であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の高濃度溶液の処理方法。
【請求項６】
中空糸型逆浸透膜が酢酸セルロース系高分子からなることを特徴とする請求項５記載の高濃度溶液の処理方法。
【請求項７】
高濃度原水が海水であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の高濃度溶液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度溶液の逆浸透処理に関する発明であり、特に海水の淡水化などを目的とする分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
逆浸透法は、海水及びかん水の淡水化、半導体工業及び医薬品工業用の純水、超純水の製造、都市排水処理等の幅広い分野で利用されている。蒸発法、電気透析法と比較して省エネルギーの点で有利であり、広く普及が進んでいる。特に、中空糸型逆浸透膜は、単位容積当たりの膜面積を大きくできるため、膜分離操作に適した形状であり、例えば、逆浸透膜による海水淡水化分野では広く用いられている。
【０００３】
逆浸透法での処理において、近年、より高回収率での処理が求められている。特に、高濃度溶液の処理においては、膜への負担軽減や、膜表面への濃度分極層の低減のために一旦、逆浸透膜モジュール処理された濃縮水を別の逆浸透膜モジュールへ供給して処理する多連システムが採用されている。
【０００４】
従来、１連目の逆浸透膜処理された濃縮水が２連目の逆浸透膜で処理される場合、２連目の逆浸透膜モジュールの本数が少ない状態での処理方法が開示されている。（例えば、非特許文献１、２参照。）これは、逆浸透膜モジュール本数が同じであれば、逆浸透膜モジュール内を流れる流量は１連目より２連目の方が少なくなり、逆浸透膜モジュール内の流量が少ないと逆浸透膜モジュール内に偏流が生じたり、膜表面濃度分極の増大によるなど逆浸透膜モジュール性能低下の原因となるため、２連目以降の逆浸透膜モジュール本数を少なくすることで２連目の逆浸透膜モジュール内の流量を維持するためと考えられている。このように、逆浸透膜やナノろ過膜などのクロスフローで処理する逆浸透膜モジュールに関しては、２連目の逆浸透膜モジュールの濃縮水をさらに３連目の逆浸透膜モジュールに供給するような多連システムにおいても、下流の逆浸透膜モジュール本数が少なく配置することはいわゆるクリスマスツリー方式として開示されている。  （例えば、非特許文献１、２参照。）これらは、一般的には、低濃度溶液の逆浸透膜処理を高回収率で実施する場合に適用されている。
【０００５】
【非特許文献１】
最新の膜処理技術とその応用  （株）フジテクノシステム発行  （第３３  ４頁、図−１）
【非特許文献２】
水道膜ろ過法入門  日本水道新聞社発行  （第２４頁、図−２．３−１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高濃度溶液を高回収率での多連システムで逆浸透膜の処理する場合、２連目以降の逆浸透膜モジュールの本数が、１連目と同じ場合やそれ以下である場合より、高効率な処理が可能な処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を克服すべく鋭意検討を重ねた結果、海水淡水化のような高濃度溶液の２連システムでの処理の場合、驚くべきことに、２連目の逆浸透膜モジュール本数が１連目の逆浸透膜モジュール本数より少ない場合より多い場合の方が、２連システムトータルの性能、特に、海水淡水化でのホウ素の除去率がよくなることを見出し、本発明に至った。すなわち、本願発明は下記の構成を有するものである。
（１）  高濃度原水を逆浸透膜モジュールの２連システムで処理し、高濃度の濃縮水と低濃度の透過水とに分離する処理方法であって、１連目の逆浸透膜モジュールで分離された高濃度の濃縮水が２連目の逆浸透膜モジュールに供給されるように配設され、２連目の逆浸透膜モジュールが１連目の逆浸透膜モジュールより多い本数で処理することを特徴とする高濃度溶液の処理方法。
（２）  ２連目の逆浸透膜モジュールの本数が１連目の逆浸透膜モジュールの本数の１１０％から２００％であることを特徴とする（１）記載の高濃度溶液の処理方法。
（３）  高濃度原水を逆浸透膜モジュールの２連システムで処理し、高濃度の濃縮水と低濃度の透過水とに分離する処理方法であって、１連目の逆浸透膜モジュールで分離された高濃度の濃縮水が２連目の逆浸透膜モジュールに供給されるように配設され、２連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和が１連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和より多い状態で処理することを特徴とする高濃度溶液の処理方法。
（４）  ２連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和が１連目の逆浸透膜モジュールの膜面積の総和の１１０％から２００％であることを特徴とする（３）記載の高濃度溶液の処理方法。
（５）  逆浸透膜が中空糸膜型であるであることを特徴とする（１）〜（４）いずれか記載の高濃度溶液の処理方法。
（６）中空糸型逆浸透膜が酢酸セルロース系高分子からなることを特徴とする（５）記載の高濃度溶液の処理方法。
（７）  高濃度原水が海水であることを特徴とする（１）〜（６）いずれか記載の高濃度溶液の処理方法。
【０００８】
本発明における高濃度原水とは、逆浸透処理が可能な溶質の溶解液体であり、濃度はその浸透圧から逆浸透処理が可能な範囲であるものである。例えば、海水などがあげられ、回収率によっても異なるが、逆浸透膜では、５．４ＭＰａから１０ＭＰａで淡水化処理が可能である。また、他の一例としては、食品関係の高濃度糖類の溶液などがあげられる。
【０００９】
本発明における逆浸透膜とは、数十ダルトンの分子量の分離特性を有する領域の分離膜であり、具体的には、０．５ＭＰａ以上の操作圧力で、食塩を９０％以上、除去可能であるものである。海水淡水化に使用される中空糸型逆浸透膜は、操作圧力が大きく、また、食塩の除去率は９９％以上が一般的である。
【００１０】
本発明における逆浸透膜モジュールとは、逆浸透膜からなる膜モジュールであれば特に限定されない。例えば、膜形状からは、平膜型逆浸透膜モジュール、スパイラル型逆浸透膜モジュール、中空糸型逆浸透膜モジュール、管状型逆浸透膜モジュールなどがあげられるが、逆浸透膜モジュールの容積あたりの膜面積が大きく取れる中空糸型逆浸透膜モジュールが好ましい。
【００１１】
本発明における逆浸透膜モジュールの２連システムでの処理とは、原水を一度、逆浸透処理した際に生じる濃縮水をそのまま排水せずに、再度、逆浸透処理する処理方法であり、１連目逆浸透膜モジュールと２連目逆浸透膜モジュールの間には昇圧操作があってもかまわないが、使用エネルギーの点から昇圧操作がない方が好ましい。
【００１２】
本発明において、２連目の逆浸透膜モジュールの本数が１連目の逆浸透膜モジュールの本数より多いとは、逆浸透膜モジュールの大きさ、仕様、性能が基本的には同様の場合についてである。１連目に対して１１０％以上で２００％以下が好ましい。これより低いと効果が小さく、これより大きすぎると、２連目の逆浸透膜モジュール内の流量が極端に低下し、逆浸透膜モジュール内の偏流や膜表面の濃度分極が拡大し所期の効果が得られない可能性がある。より好ましくは１１５％以上、１８０％以下、さらに好ましくは１２０％以上、１６０％以下である。逆浸透膜モジュールの大きさが異なる場合は、逆浸透膜モジュールの膜面積が１１０％から２００％が好ましい。より好ましくは１１５％以上、１８０％以下、さらに好ましくは１２０％以上、１６０％以下である。
【００１３】
２連目の逆浸透膜モジュール本数、膜面積を増やすことにより、トータルの２連システムの性能が向上する理由は明らかではないが、以下のように推測される。すなわち、２連目の逆浸透膜モジュール本数、膜面積を増加すること、逆に１連目の逆浸透膜モジュール本数、膜面積を減少させることにより、１連目の回収率が小さくなる。原水が高濃度（例えば、海水）であれば、浸透圧も大きいため、回収率が透水性能、除去性能に及ぼす影響は大きく、１連目の性能は高くなる。一方、回収率が低いため１連目の濃縮水、すなわち２連目の供給水の溶質濃度が低下し浸透圧が低くなり、２連目の透水性能、除去性能は向上する。これらの傾向は膜が有する性能の溶質濃度の依存性が大きいほど顕著になると推察される。
【００１４】
本発明における逆浸透膜が中空糸膜型であるとは、膜形状が中空状ものであれば、均質構造、非対称構造、複合構造など、膜構造は特に限定されない。中空糸の内径は、中空糸膜の内径と外径とから算出される中空率も考慮して設定することが好ましいが、３０μｍから２００μｍが好ましく、４０μｍから１５０μｍがより好ましい。内径が小さすぎると、中空部内の流動圧損が大きくなりすぎるため好ましくない。一方、内径が大きすぎると、中空糸膜径自体が大きくなるため、容積当たりの膜面積が大きく取れなくなるため、好ましくない。本発明における中空糸膜型逆浸透膜の素材等は特に限定されず、例えば、酢酸セルロース系高分子、ポリアミド系高分子、ポリビニルアルコール系高分子などがあげられ、耐塩素性の点から酢酸セルロース系素材が好ましい。
【００１５】
本発明における酢酸セルロース系高分子とは、酢酸セルロース、三酢酸セルロース、両者の混合物が例としてあげられる。性能面、性能の安定性等から三酢酸セルロースが好ましい。また、これらの素材は耐塩素性に優れるため、供給水に殺菌剤として塩素の添加が可能である。間欠的に注入するほうが、消毒物副生成物の発生量や薬品使用量が小さくなり好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は、一例として１連目には４本の中空糸型逆浸透膜モジュールを配置し、２連目には５本の逆浸透膜モジュールを配置しており、１連目の４本の逆浸透膜モジュールの濃縮水を集めて５本の逆浸透膜モジュールへ供給して分離操作を行う場合を示している。高圧ポンプ４により昇圧された供給水６は１連目の逆浸透膜モジュール１に供給され、濃縮水８は２連目の逆浸透膜モジュール２に供給される。２連目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水１０は排出され、透過水９は１連目の透過水７と合流し生産水１３として得られる。
【００１７】
図２は従来法の一例として、２連目の方が１連目に比べて、逆浸透膜モジュール本数が少ない例である。１連目には５本の中空糸型逆浸透膜モジュールを配置し、２連目には４本の逆浸透膜モジュールを配置しており、１連目の５本の逆浸透膜モジュールの濃縮水を集めて４本の逆浸透膜モジュールへ供給して分離操作を行う場合を示している。高圧ポンプ４により昇圧された供給水６は１連目の逆浸透膜モジュール１に供給され、濃縮水８は２連目の逆浸透膜モジュール２に供給される。２連目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水１０は排出され、透過水９は１連目の透過水７と合流し生産水１３として得られる。
【００１８】
図３は従来法の他の一例として、２連目と１連目が逆浸透膜モジュール本数が同じの場合の例である。１連目には４本の中空糸型逆浸透膜モジュールを配置し、２連目には４本の逆浸透膜モジュールを配置しており、１連目の４本の逆浸透膜モジュールの濃縮水を集めて４本の逆浸透膜モジュールへ供給して分離操作を行う場合を示している。高圧ポンプ４により昇圧された供給水６は１連目の逆浸透膜モジュール１に供給され、濃縮水８は２連目の逆浸透膜モジュール２に供給される。２連目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水１０は排出され、透過水９は１連目の透過水７と合流し生産水１３として得られる。
【００１９】
図４は３連システムでの従来の一例を示す。２連目の方が１連目に比べて、逆浸透膜モジュール本数が少なく、さらに、３連目の方が２連目に比べて逆浸透膜モジュール本数が少ない例である。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。なお、実施例は、海水淡水化用の逆浸透膜の場合を示す。
【００２１】
（実施例１）
１連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール４本を用い、２連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール５本を用い、図１に示すような、２連システムの逆浸透膜モジュール配置でホウ素含有の海水を処理した。運転条件は以下の通りであった。原水の温度３０℃、塩濃度３．１％、ホウ素濃度４．５ｍｇ／Ｌ、１連目の操作圧力７１ｋｇ／ｃｍ２、回収率６２．５％であった。得られた透過水の流量とホウ素の濃度は、それぞれ、１連目は、１１９ｍ３／日、１．７ｍｇ／Ｌ、２連目が５２ｍ３／日、４．０ｍｇ／Ｌでトータルが１７１ｍ３／日、２．４ｍｇ／Ｌであった。トータルのホウ素の除去率は４７％であった。なお、使用した逆浸透膜モジュールの標準条件の性能は、透水量１６ｍ３／日、塩除去率９９．２％、ホウ素除去率５０％であった。ここでの標準条件は、供給水の温度２５℃、食塩濃度３．５％、ホウ素濃度４．５ｍｇ／Ｌ、供給圧力５５ｋｇ／ｃｍ２、回収率３０％である。１連目、２連目の水質等のデータは表１に示した。なお、除去率は下記の（１）式により定義される。溶質が、塩の場合は塩除去率、食塩の場合は、食塩の除去率、ホウ素の場合はホウ素除去率である。塩、食塩の濃度は電気伝導度の値から求めた。また、ホウ素の濃度は、吸光光度法により求めた。
除去率＝（１−（透過水の溶質濃度／供給水の溶質濃度））ｘ１００（％）  （１）
また、回収率は下記の（２）式で定義される。
回収率＝（透過水流量／供給水流量）ｘ１００（％）    （２）
なお、透過水流量は、通常の面積式流量計で測定し、供給水流量は、透過水流量と濃縮水流量の和として求めた。
【００２２】
（比較例１）
逆浸透膜モジュールの配置が図２であること以外、実施例１と同様の逆浸透膜モジュールを用いてホウ素含有の食塩水を処理した。１連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール５本を用い、２連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール４本を用いている。得られた透過水の流量とホウ素の濃度は、１連目は、１３６ｍ３／日、２．１ｍｇ／Ｌ、２連目が３１ｍ３／日、４．７ｍｇ／Ｌでトータルが１６８ｍ３／日、２．６ｍｇ／Ｌであった。トータルのホウ素の除去率は４２％であり、実施例の場合に比べて低い値となった。１連目、２連目の水質等のデータは表１に示した。
【００２３】
（比較例２）
逆浸透膜モジュールの配置が図３であること以外、実施例１と同様の逆浸透膜モジュールを用いてホウ素含有の食塩水を処理した。１連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール４本を用い、２連目に三酢酸セルロース製の中空糸型逆浸透膜モジュール４本を用いている。得られた透過水の流量とホウ素の濃度は、１連目は、１１４ｍ３／日、１．９ｍｇ／Ｌ、２連目が３６ｍ３／日、４．７ｍｇ／Ｌでトータルが１５０ｍ３／日、２．６ｍｇ／Ｌであった。トータルのホウ素の除去率は４２％であり、実施例の場合に比べて低い値となった。１連目、２連目の水質等のデータは表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【発明の効果】
逆浸透膜で処理した濃縮水を再度逆浸透膜で処理する２連システムの逆浸透膜の処理方法において、２連目の逆浸透膜モジュールの本数を１連目の逆浸透膜モジュールの本数より多くすることにより、より高効率な分離操作、特に海水のホウ素の除去が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法の一例で、１連目の逆浸透膜モジュールが４本で、２連目の逆浸透膜モジュールが５本の場合の２連システムの場合の簡単な構成図を示す。
【図２】従来例の処理方法の一例で１連目の逆浸透膜モジュールが５本で、２連目の逆浸透膜モジュールが４本の場合の２連システムの場合の簡単な構成図を示す。
【図３】従来例の処理方法の他の一例で１連目の逆浸透膜モジュールが４本で、２連目の逆浸透膜モジュールが４本の場合の２連システムの場合の簡単な構成図を示す。
【図４】従来例の処理方法の他の一例で１連目の逆浸透膜モジュールが４本で、２連目の逆浸透膜モジュールが３本で３連目の逆浸透膜モジュールが１本の場合の３連システムの場合の簡単な構成図を示す。
【符号の説明】
１：１連目の逆浸透膜モジュール
２：２連目の逆浸透膜モジュール
３：供給水
４：高圧ポンプ
５：流量調整バルブ
６：昇圧された供給水
７：１連目の逆浸透膜モジュールの透過水
８：１連目の逆浸透膜モジュールの濃縮水
９：２連目の逆浸透膜モジュールの透過水
１０：２連目の逆浸透膜モジュールの濃縮水
１１：３連目の逆浸透膜モジュールの透過水
１２：３連目の逆浸透膜モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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