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JP2019147078A - Water treatment apparatus and water treatment method - Google Patents

Water treatment apparatus and water treatment method Download PDF

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JP2019147078A JP2018032166A JP2018032166A JP2019147078A JP 2019147078 A JP2019147078 A JP 2019147078A JP 2018032166 A JP2018032166 A JP 2018032166A JP 2018032166 A JP2018032166 A JP 2018032166A JP 2019147078 A JP2019147078 A JP 2019147078A
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Abstract

【課題】冷却用の含水溶液を取水することなく、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、プロセスにおけるエネルギーの収支を安定化すること。【解決手段】溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させてドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透手段と、希釈ドロー溶液を曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱された希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離手段と、液体を冷却して冷却液として流出する冷却手段と、冷却手段から流出した冷却液と水分離手段から流出したドロー溶液との間で熱交換を行う流入側熱交換手段と、正浸透手段から流出した希釈ドロー溶液と水分離手段から流出した水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換手段と、を備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize the energy balance in a process by suppressing energy consumption required for cooling and heating without taking water-containing aqueous solution for cooling. SOLUTION: Water is moved from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point through a semi-permeable membrane to flow out as a diluted draw solution obtained by diluting the draw solution, and the aqueous solution is concentrated. The water content of the positive permeation means discharged as a concentrated aqueous solution, the heating means for heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point, and the diluted draw solution heated by the heating means are higher than those of the water-rich solution and the water-rich solution. Heat exchange is performed between the water separation means that separates into a low draw solution, the cooling means that cools the liquid and flows out as a coolant, and the coolant that flows out of the cooling means and the draw solution that flows out of the water separation means. The inflow side heat exchange means and the outflow side heat exchange means for exchanging heat between the diluted draw solution flowing out from the positive infiltration means and the water-rich solution flowing out from the water separation means are provided. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出する水処理装置および水処理方法に関する。   The present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method for extracting water from an aqueous solution containing water as a solvent.

従来、海水、河川水、または工業排水などを被処理水(フィード溶液)とし、被処理水よりも浸透圧の高い液体を誘引溶液(ドロー溶液)として、半透膜を介してドロー溶液と被処理水とを接触させることにより、被処理水から淡水をドロー溶液に透過させる水処理システムが知られている。   Conventionally, seawater, river water, industrial wastewater, or the like is treated water (feed solution), and a liquid having a higher osmotic pressure than the treated water is used as an attracting solution (draw solution). There is known a water treatment system that allows fresh water to permeate through a draw solution from water to be treated by bringing the water into contact with the treated water.

この水処理システムにおいて、ドロー溶液として温度感応性物質を用いる場合、淡水が移動されて希釈された希釈ドロー溶液を加熱して、加熱による分相によって希釈ドロー溶液から淡水を分離する。淡水が分離されて引き抜かれたドロー溶液は、冷却された後に改めて被処理水と接触される再生ドロー溶液として再利用される。例えば、特許文献1には、低温の希釈ドロー溶液と、高温の再生ドロー溶液および淡水との間で熱交換を行う水処理装置が開示されている。   In this water treatment system, when a temperature sensitive substance is used as the draw solution, the diluted draw solution diluted by moving the fresh water is heated, and the fresh water is separated from the diluted draw solution by phase separation by heating. The draw solution from which the fresh water has been separated and drawn is reused as a regenerated draw solution that is brought into contact with the water to be treated again after being cooled. For example, Patent Document 1 discloses a water treatment apparatus that performs heat exchange between a low-temperature diluted draw solution, a high-temperature regenerated draw solution, and fresh water.

特開2017−18952号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2017-18895

しかしながら、上述した従来技術による水処理装置においては、冷却機構が設けられておらず、高温になった再生ドロー溶液の冷却が不十分になるという問題があった。そこで、別途取水した含水溶液を用いて、高温になった再生ドロー溶液を冷却する方法が考えられた。ところが、この場合においては、含水溶液を新たに取水する必要があり、水処理装置に要するエネルギーが増加してランニングコストが増加するという問題が生じる。そのため、水処理装置において、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化できる技術が求められていた。   However, the above-described water treatment apparatus according to the prior art has a problem in that the cooling mechanism is not provided and cooling of the regenerated draw solution at a high temperature becomes insufficient. In view of this, a method of cooling the regenerated draw solution at a high temperature using an aqueous solution separately taken in water has been considered. However, in this case, it is necessary to newly take the aqueous solution, which causes a problem that the energy required for the water treatment apparatus increases and the running cost increases. Therefore, there has been a demand for a technology that can stabilize energy balance by suppressing energy consumption required for cooling and heating in a water treatment apparatus.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却用の含水溶液を取水することなく、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、プロセスにおけるエネルギーの収支を安定化できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to stabilize the energy balance in the process by suppressing the energy consumption required for cooling and heating without taking water-containing aqueous solution for cooling. It is providing the water treatment apparatus and water treatment method which can be performed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理装置は、溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透手段と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い前記ドロー溶液とに分離する水分離手段と、液体を冷却して冷却液として流出する冷却手段と、前記冷却手段から流出した前記冷却液と前記水分離手段から流出したドロー溶液との間で熱交換を行う流入側熱交換手段と、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液と前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a water treatment apparatus according to one embodiment of the present invention supplies water through a semipermeable membrane from an aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point. A normal osmosis means for discharging and discharging the concentrated aqueous solution as a concentrated aqueous solution containing the concentrated aqueous solution, and heating the diluted draw solution to a temperature equal to or higher than the cloud point. Heating means, water separation means for separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water-rich solution and the draw solution having a lower water content than the water-rich solution, and cooling the liquid as a cooling liquid An outflow cooling means, an inflow heat exchange means for exchanging heat between the cooling liquid flowing out from the cooling means and the draw solution flowing out from the water separation means, and flowing from the forward osmosis means. Characterized in that it comprises the a and outlet side heat exchange means for exchanging heat between the dilute draw solution to the water-rich solution flowing out from the water separating means.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理手段をさらに備えることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記水リッチ溶液の流れ方向に沿って、前記流出側熱交換手段の下流側かつ前記分離処理手段の上流側に、前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液と、前記冷却手段から流出した前記冷却液との間で熱交換する、最終処理前熱交換手段を備えることを特徴とする。また、本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記分離処理手段が、前記生成水と分離させた分離処理排液を前記冷却手段に供給可能に構成されていることを特徴とする。さらに、本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the water treatment apparatus further includes a separation treatment unit that obtains generated water from the water-rich solution. In this configuration, the water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is configured such that the water separation unit is disposed downstream of the outflow side heat exchange unit and upstream of the separation treatment unit along the flow direction of the water-rich solution. It is characterized by comprising heat exchange means before final treatment for exchanging heat between the water-rich solution that has flowed out of the water and the coolant that has flowed out of the cooling means. Further, in this configuration, the water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is configured such that the separation treatment unit can supply the separation treatment waste liquid separated from the generated water to the cooling unit. And Furthermore, the water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is characterized in that, in this configuration, the separation treatment means includes a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is the above-described invention, wherein the latter stage heat exchange means performs heat exchange between the draw solution flowing out from the water separation means and the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means. Is further provided.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記流出側熱交換手段の上流側において、前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above aspect, wherein the draw solution that has flowed out of the water separation unit and the positive flow are upstream of the outflow side heat exchange unit along the flow direction of the diluted draw solution. It further comprises a pre-stage heat exchange means for exchanging heat with the diluted draw solution flowing out from the permeation means.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記冷却手段と前記流入側熱交換手段との間において、前記冷却液を循環可能に構成されていることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the coolant is circulated between the cooling means and the inflow side heat exchange means.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換器が並列して構成された並列熱交換手段によってそれぞれ熱交換可能に構成され、分岐されて前記並列熱交換手段によって熱交換された前記希釈ドロー溶液を、前記加熱手段の上流側において合流させるように構成されていることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記並列熱交換手段において、前記希釈ドロー溶液が分岐された一方の希釈ドロー溶液が前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液と熱交換されるとともに、前記希釈ドロー溶液が分岐された他方の希釈ドロー溶液が前記水分離手段から流出したドロー溶液と熱交換されるように構成されていることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is the water treatment apparatus according to the above-described invention, wherein the diluted draw solution that has flowed out of the forward osmosis means is branched, and at least two heat exchangers are configured in parallel. Each of the diluted draw solutions branched and heat-exchanged by the parallel heat exchanging means is joined at the upstream side of the heating means. In this configuration, the water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is configured such that, in the parallel heat exchange unit, the diluted draw solution branched from the diluted draw solution and the water-rich solution and the heat that flowed out of the water separation unit. While being exchanged, the other diluted draw solution branched from the diluted draw solution is configured to be heat exchanged with the draw solution flowing out from the water separation means.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。   In the water treatment apparatus according to one aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point.

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。   The water treatment apparatus according to one embodiment of the present invention is characterized in that, in the above invention, the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.

本発明の一態様に係る水処理方法は、溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透工程と、前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離工程と、液体を冷却して冷却液を生成する冷却液生成工程と、前記冷却液生成工程によって得られた前記冷却液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う流入側熱交換工程と、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換工程と、を含むことを特徴とする。   The water treatment method according to one aspect of the present invention is a diluted draw solution obtained by diluting the draw solution by moving water through a semipermeable membrane from a water-containing solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point. A normal osmosis step of flowing out and discharging the concentrated aqueous solution as a concentrated aqueous solution, a heating step of heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point, and the diluted draw heated in the heating step A water separation process for separating the solution into a water-rich solution and a draw solution having a lower water content than the water-rich solution, a cooling liquid generation process for cooling the liquid to generate a cooling liquid, and the cooling liquid generation process. An inflow-side heat exchange step for exchanging heat between the obtained cooling liquid and the draw solution obtained by the water separation step, and the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the previous And the outflow side heat exchange step for exchanging heat between the water-rich solution obtained by the water separation step, characterized in that it comprises a.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理工程をさらに含むことを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記分離処理工程の前に、前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液と、前記冷却液生成工程によって得られた前記冷却液との間で熱交換する、最終処理前熱交換工程をさらに含むことを特徴とする。また、本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記分離処理工程によって前記生成水と分離された分離処理排液を、前記冷却液生成工程に用いることを特徴とする。さらに、本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記分離処理工程を、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする。   The water treatment method according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the method further includes a separation treatment step of obtaining produced water from the water-rich solution. In this configuration, the water treatment method according to an aspect of the present invention includes the water-rich solution obtained by the water separation step and the coolant obtained by the coolant production step before the separation treatment step. And a heat exchange step before final processing for exchanging heat with each other. Moreover, the water treatment method which concerns on 1 aspect of this invention is used for the said cooling fluid production | generation process in this structure, using the separation processing waste liquid isolate | separated from the said produced | generated water by the said separation treatment process. Furthermore, the water treatment method according to an aspect of the present invention is characterized in that, in this configuration, the separation treatment step is performed using a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane. To do.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記流出側熱交換工程の前に、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする。   The water treatment method according to one aspect of the present invention is the water treatment method according to the above-described invention, wherein the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the draw solution obtained by the water separation step before the outflow side heat exchange step. It further includes a pre-stage heat exchange step for exchanging heat with each other.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水分離工程によって得られたドロー溶液と前記流出側熱交換工程において熱交換された前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする。   In the water treatment method according to an aspect of the present invention, in the above invention, heat exchange is performed between the draw solution obtained by the water separation step and the diluted draw solution heat-exchanged in the outflow side heat exchange step. The method further includes a subsequent heat exchange step to be performed.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記流入側熱交換工程において熱交換された後の前記冷却液を、前記冷却液生成工程において冷却することを特徴とする。   The water treatment method according to an aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the coolant after heat exchange in the inflow side heat exchange step is cooled in the coolant generation step.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換器において並列して熱交換を行う並列熱交換工程をさらに含み、前記並列熱交換工程の後かつ前記加熱工程の前に、前記分岐された希釈ドロー溶液を合流させることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記並列熱交換工程において、前記希釈ドロー溶液が分岐された一方の希釈ドロー溶液を前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液と熱交換するとともに、前記希釈ドロー溶液が分岐された他方の希釈ドロー溶液を前記水分離工程によって得られたドロー溶液と熱交換することを特徴とする。   The water treatment method according to one aspect of the present invention is the above-described invention, wherein the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step is branched and heat is exchanged in parallel in at least two heat exchangers. The method further includes an exchange step, and the branched diluted draw solution is merged after the parallel heat exchange step and before the heating step. In this configuration, the water treatment method according to an aspect of the present invention is configured such that, in the parallel heat exchange step, the diluted draw solution branched from the diluted draw solution is the water-rich solution obtained by the water separation step. Heat exchange is performed, and the other diluted draw solution branched from the diluted draw solution is heat exchanged with the draw solution obtained by the water separation step.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする。   In the water treatment method according to an aspect of the present invention, in the above invention, the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point.

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。   The water treatment method according to one embodiment of the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.

本発明に係る水処理装置および水処理方法によれば、冷却用の含水溶液を別途取水することなく、冷却や加熱に要する消費エネルギーを抑制して、エネルギーの収支を安定化することが可能になる。   According to the water treatment apparatus and the water treatment method of the present invention, energy consumption required for cooling and heating can be suppressed and energy balance can be stabilized without separately taking water-containing aqueous solution for cooling. Become.

図1は、本発明の第1の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図2は、比較例による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to a comparative example. 図3は、本発明の第2の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第3の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第4の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第5の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below.

(第1の実施形態)
(水処理装置)
まず、本発明の第1の実施形態による水処理装置について説明する。図1は、この第1の実施形態による水処理装置1を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、この第1の実施形態による水処理装置1は、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、冷却機構15、および熱交換器21,22を備えて構成される。
(First embodiment)
(Water treatment equipment)
First, the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment includes a membrane module 11, a heater 12, a separation tank 13, a final treatment unit 14, a cooling mechanism 15, and heat exchangers 21 and 22. Configured.

正浸透手段としての膜モジュール11は、内部に半透膜11aが設置された、例えば円筒形または箱形の容器である。膜モジュール11の内部は、半透膜11aによって2つの室に仕切られる。膜モジュール11の形態は、例えばスパイラルモジュール型、積層モジュール型、中空糸モジュール型などの種々の形態を挙げることができる。膜モジュール11としては、公知の半透膜装置を用いることができ、市販品を用いることもできる。   The membrane module 11 as the normal osmosis means is, for example, a cylindrical or box-shaped container in which a semipermeable membrane 11a is installed. The inside of the membrane module 11 is partitioned into two chambers by a semipermeable membrane 11a. Examples of the form of the membrane module 11 include various forms such as a spiral module type, a laminated module type, and a hollow fiber module type. As the membrane module 11, a known semipermeable membrane device can be used, and a commercially available product can also be used.

膜モジュール11に設けられた半透膜11aは、水を選択的に透過できるものが好ましく、正浸透(FO:Forward Osmosis)膜が用いられるが、逆浸透(RO:Reverse Osmosis)膜を用いても良い。半透膜11aの分離層の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。半透膜11aは、分離層に用いられる材質を1種類(1層)のみから構成してもよく、分離層を物理的に支持して実質的に分離に寄与しない支持層を有する2層以上から構成しても良い。支持層としてはポリスルホン系、ポリケトン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタラート系、一般的な不織布などの材質を挙げることができる。なお、半透膜11aの形態についても限定されるものではなく、平膜、管状膜、または中空糸などの種々の形態の膜を用いることができる。   The semipermeable membrane 11a provided in the membrane module 11 is preferably one that can selectively permeate water, and a forward osmosis (FO) membrane is used, but a reverse osmosis (RO) membrane is used. Also good. The material of the separation layer of the semipermeable membrane 11a is not particularly limited, and examples thereof include materials such as cellulose acetate, polyamide, polyethyleneimine, polysulfone, and polybenzimidazole. The semipermeable membrane 11a may be composed of only one type (one layer) of materials used for the separation layer, and has two or more layers having a support layer that physically supports the separation layer and does not substantially contribute to separation. You may comprise. Examples of the support layer include materials such as polysulfone, polyketone, polyethylene, polyethylene terephthalate, and general nonwoven fabrics. The form of the semipermeable membrane 11a is not limited, and various forms of membranes such as a flat membrane, a tubular membrane, or a hollow fiber can be used.

膜モジュール11の内部において、半透膜11aによって仕切られた一方の室に含水溶液を流すことができ、他方の室に吸水溶液としてのドロー溶液を流すことができる。ドロー溶液の膜モジュール11への導入圧力は、0.1MPa以上0.5MPa以下、この第1の実施形態においては例えば0.2MPaである。含水溶液は、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水、もしくは必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液である。   Inside the membrane module 11, the aqueous solution can be flowed into one chamber partitioned by the semipermeable membrane 11a, and the draw solution as the water absorbing solution can be flowed into the other chamber. The introduction pressure of the draw solution to the membrane module 11 is 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less, and in this first embodiment, for example, 0.2 MPa. The aqueous solution is, for example, seawater, brackish water, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage, or an aqueous solution containing water as a solvent obtained by subjecting these waters to filtration if necessary.

ドロー溶液としては、少なくとも1つの曇点を有するポリマーからなる温度感応性吸水剤を主体とする溶液が用いられる。温度感応性吸水剤とは、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度の上昇にしたがって吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し、溶解度が低下する物質である。温度感応性吸水剤は、各種界面活性剤、分散剤、または乳化剤などとして利用される。   As the draw solution, a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent made of a polymer having at least one cloud point is used. A temperature-sensitive water-absorbing agent is hydrophilic at low temperatures and dissolves well in water, increasing the amount of water absorption.On the other hand, the amount of water absorption decreases as the temperature rises. It is a substance. The temperature sensitive water-absorbing agent is used as various surfactants, dispersants, or emulsifiers.

第1の実施形態において温度感応性吸水剤は、少なくとも疎水部および親水部が含まれ、基本骨格にエチレンオキシド群とプロピレンオキシドおよびブチレンオキシドからなる少なくとも一方の群とを含む、ブロック共重合体またはランダム共重合体が好ましい。基本骨格は、例えばグリセリン骨格や炭化水素骨格などが挙げられる。この第1の実施形態において温度感応性吸水剤は、例えばエチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドの重合体を有する薬剤が用いられる。このような温度感応性吸水剤において、水溶性と水不溶性とが変化する温度は曇点と呼ばれる。ドロー溶液の温度が上昇して曇点に達すると、疎水性化した温度感応性吸水剤が凝集して白濁が生じる。   In the first embodiment, the temperature-sensitive water-absorbing agent includes at least a hydrophobic part and a hydrophilic part, and includes a block copolymer or a random copolymer containing an ethylene oxide group and at least one group consisting of propylene oxide and butylene oxide in a basic skeleton. A copolymer is preferred. Examples of the basic skeleton include a glycerin skeleton and a hydrocarbon skeleton. In the first embodiment, as the temperature-sensitive water-absorbing agent, for example, an agent having a polymer of ethylene oxide and propylene oxide is used. In such a temperature-sensitive water-absorbing agent, the temperature at which water solubility and water insolubility change is called a cloud point. When the temperature of the draw solution rises and reaches the cloud point, the hydrophobized temperature-sensitive water-absorbing agent aggregates and white turbidity occurs.

この第1の実施形態において、ドロー溶液は、含水溶液から水を誘引する誘引物質として用いられる。これにより、膜モジュール11においては、含水溶液からドロー溶液に水が誘引されて、希釈されたドロー溶液(希釈ドロー溶液)が流出される。一方、膜モジュール11において、ドロー溶液に水が移動して濃縮された含水溶液(濃縮含水溶液)が流出する。   In this first embodiment, the draw solution is used as an attractant that attracts water from the aqueous solution. Thereby, in the membrane module 11, water is attracted from the aqueous solution to the draw solution, and the diluted draw solution (diluted draw solution) flows out. On the other hand, in the membrane module 11, the aqueous solution (concentrated aqueous solution) concentrated by moving water into the draw solution flows out.

ドロー溶液の加熱手段としての加熱器12は、ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽13の上流側に設けられる。加熱器12は、膜モジュール11から流出して熱交換器22によって熱交換された希釈ドロー溶液を、曇点の温度以上に加熱する。加熱器12によって曇点の温度以上に加熱された希釈ドロー溶液は、水とポリマーである温度感応性吸水剤とに分相される。   A heater 12 as a heating means for the draw solution is provided on the upstream side of the separation tank 13 along the flow direction of the draw solution. The heater 12 heats the diluted draw solution that has flowed out of the membrane module 11 and heat-exchanged by the heat exchanger 22 to a temperature higher than the cloud point. The diluted draw solution heated above the cloud point temperature by the heater 12 is phase-separated into water and a temperature-sensitive water-absorbing agent that is a polymer.

水分離手段としての分離槽13においては、加熱器12によって分相された希釈ドロー溶液が、水を主体とする溶液(水リッチ溶液)と、水リッチ溶液より含水率が低く温度感応性吸水剤を主体とするドロー溶液とに分離される。水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液は、再利用されるドロー溶液(以下、再生ドロー溶液)として熱交換器21を介して膜モジュール11に供給される。   In the separation tank 13 as the water separation means, the diluted draw solution phase-separated by the heater 12 is a water-based solution (water-rich solution) and a temperature-sensitive water-absorbing agent having a lower water content than the water-rich solution. Into a draw solution mainly composed of A draw solution having a moisture content lower than that of the water-rich solution is supplied to the membrane module 11 through the heat exchanger 21 as a reused draw solution (hereinafter, regenerated draw solution).

分離処理手段としての最終処理ユニット14は、例えばコアレッサー、活性炭吸着ユニット、限外ろ過膜(UF膜)ユニット、ナノろ過膜(NF膜)ユニット、または逆浸透膜(RO膜)ユニットから構成される。最終処理ユニット14は、分離槽13から流出した水リッチ溶液から残存する温度感応性吸水剤を分離させて、生成水としての淡水を生成する。最終処理ユニット14は、生成水が分離された温度感応性吸水剤を含むポリマー溶液の少なくとも一部または全部を、30℃以上50℃以下の例えば45℃の温度の分離処理排液として後段の冷却機構15に供給可能に構成される。   The final processing unit 14 as a separation processing unit is configured by, for example, a coalescer, an activated carbon adsorption unit, an ultrafiltration membrane (UF membrane) unit, a nanofiltration membrane (NF membrane) unit, or a reverse osmosis membrane (RO membrane) unit. The The final processing unit 14 separates the temperature-sensitive water-absorbing agent remaining from the water-rich solution that has flowed out of the separation tank 13 to generate fresh water as generated water. The final treatment unit 14 uses at least a part or the whole of the polymer solution containing the temperature-sensitive water-absorbing agent from which the produced water has been separated as a separation treatment effluent at a temperature of 30 ° C. to 50 ° C., for example, 45 ° C. The mechanism 15 can be supplied.

冷却手段としての冷却機構15は、例えば、外部から供給された水などの液体(以下、回収液)を、供給時の温度より低い温度に冷却した液体(以下、冷却液)として流出可能に構成される。すなわち、冷却機構15は、例えば冷却水などの冷却液を流出可能に構成される。冷却機構15としては、例えば冷却塔などが挙げられる。具体的に冷却塔としては、種々の冷却塔を採用できる。例えば、冷却ファンを回転させるのに伴って、充填材によって飛散された温水などの液体に対して、冷却ファンによって外部から吸引した空気を接触させて液体を空気によって冷却する、冷却塔を挙げることができる。ここで、回収液の温度は、35℃以上60℃以下の例えば45℃程度であり、冷却機構15によって、冷却液の温度として、15℃以上45℃以下の例えば35℃程度に冷却される。なお、冷却機構15としては、冷却塔に限定されず、液体を冷却可能な種々の冷却器を採用することが可能である。   The cooling mechanism 15 as a cooling means is configured to be able to flow out, for example, a liquid such as water (hereinafter referred to as recovered liquid) supplied from the outside as a liquid (hereinafter referred to as cooling liquid) cooled to a temperature lower than the temperature at the time of supply. Is done. That is, the cooling mechanism 15 is configured to be able to flow out a cooling liquid such as cooling water. Examples of the cooling mechanism 15 include a cooling tower. Specifically, various cooling towers can be adopted as the cooling tower. For example, a cooling tower that cools the liquid by air by bringing the air sucked from outside by the cooling fan into contact with liquid such as hot water scattered by the filler as the cooling fan rotates. Can do. Here, the temperature of the recovered liquid is, for example, about 45 ° C. between 35 ° C. and 60 ° C., and the cooling mechanism 15 cools the temperature of the cooling liquid to, for example, about 35 ° C. between 15 ° C. and 45 ° C. The cooling mechanism 15 is not limited to the cooling tower, and various coolers that can cool the liquid can be employed.

この第1の実施形態において冷却機構15には、最終処理ユニット14によって得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部が供給される。分離処理排液は、蒸発やブローダウンなどによって減少した冷却液の不足分を補うための、補給液として使用される。すなわち、最終処理ユニット14から供給される分離処理排液の流量を制御して、分離処理排液を補給液とすることによって、冷却機構15から流出される冷却液を所定の流量に維持できる。なお、冷却機構15において、過剰となった冷却水の過剰分をブローするようにしても良い。冷却機構15は、図1中符号Aで示すように、冷却液を例えば送水ポンプ(図示せず)を用いて熱交換器21に供給する。一方、冷却機構15には、図1中符号Bに示すように、熱交換器21を通過した冷却液が戻されて回収液として流入する。これにより、冷却機構15は、送水ポンプを用いて、熱交換器21との間において液体を冷却液および回収液として循環可能に構成されている。   In the first embodiment, the cooling mechanism 15 is supplied with at least a part or all of the separation processing effluent obtained by the final processing unit 14. The separation processing waste liquid is used as a replenishing liquid to make up for the shortage of the cooling liquid that has decreased due to evaporation or blowdown. That is, by controlling the flow rate of the separation process waste liquid supplied from the final processing unit 14 and using the separation process waste liquid as a replenishment liquid, the coolant flowing out from the cooling mechanism 15 can be maintained at a predetermined flow rate. Note that the cooling mechanism 15 may blow excess cooling water. The cooling mechanism 15 supplies the coolant to the heat exchanger 21 using, for example, a water pump (not shown), as indicated by reference numeral A in FIG. On the other hand, as shown by a symbol B in FIG. 1, the cooling liquid that has passed through the heat exchanger 21 is returned to the cooling mechanism 15 and flows into the recovered liquid. Thereby, the cooling mechanism 15 is comprised so that a liquid can be circulated as a cooling fluid and a collection | recovery liquid between the heat exchangers 21 using a water pump.

流入側熱交換手段としての熱交換器21は、再生ドロー溶液の流れ方向に沿って、膜モジュール11の上流側、かつ分離槽13の下流側に設けられる。熱交換器21には、冷却機構15から流出される冷却液が流入される。これにより、熱交換器21は、分離槽13から流出した高温の再生ドロー溶液と、冷却機構15から流出した低温の冷却液との間で、熱交換を行う。熱交換器21を通過した再生ドロー溶液によって昇温された冷却液は、再び冷却機構15に戻される。熱交換器21に流入される冷却液の流量は、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液の温度が所定温度になるように制御される。具体的に、熱交換器21における冷却液が通過する流路にバイパス弁(図示せず)を設けて、バイパス弁を流れる冷却液の流量を制御することによって、再生ドロー溶液の温度を所定温度に制御する。膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液は、所定温度として25℃以上50℃以下の例えば40℃程度に温度制御される。   The heat exchanger 21 as the inflow side heat exchange means is provided upstream of the membrane module 11 and downstream of the separation tank 13 along the flow direction of the regenerated draw solution. The coolant that flows out of the cooling mechanism 15 flows into the heat exchanger 21. Thereby, the heat exchanger 21 performs heat exchange between the high-temperature regenerated draw solution that has flowed out of the separation tank 13 and the low-temperature coolant that has flowed out of the cooling mechanism 15. The coolant heated by the regenerated draw solution that has passed through the heat exchanger 21 is returned to the cooling mechanism 15 again. The flow rate of the coolant flowing into the heat exchanger 21 is controlled so that the temperature of the regenerated draw solution supplied to the membrane module 11 becomes a predetermined temperature. Specifically, a bypass valve (not shown) is provided in a flow path through which the coolant in the heat exchanger 21 passes, and the flow rate of the coolant flowing through the bypass valve is controlled, whereby the temperature of the regenerated draw solution is set to a predetermined temperature. To control. The temperature of the regenerated draw solution supplied to the membrane module 11 is controlled to a predetermined temperature, for example, about 40 ° C. between 25 ° C. and 50 ° C.

熱交換器22は、膜モジュール11に対して、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられる。熱交換器22は、分離槽13に対して、分離槽13によって得られる水リッチ溶液の流れ方向に沿った下流側に設けられる。熱交換器22は、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液と、分離槽13によって得られる水リッチ溶液との間で、熱交換を行う。   The heat exchanger 22 is provided on the downstream side of the membrane module 11 along the flow direction of the diluted draw solution. The heat exchanger 22 is provided on the downstream side of the separation tank 13 along the flow direction of the water-rich solution obtained by the separation tank 13. The heat exchanger 22 performs heat exchange between the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 and the water-rich solution obtained by the separation tank 13.

(水処理方法)
次に、以上のように構成された第1の実施形態による水処理装置1を用いた、水処理方法について説明する。
(Water treatment method)
Next, a water treatment method using the water treatment apparatus 1 according to the first embodiment configured as described above will be described.

(正浸透工程)
正浸透手段としての膜モジュール11においては、正浸透工程が行われる。すなわち、膜モジュール11において、含水溶液と再生ドロー溶液とを半透膜11aを介して接触させる。これによって、膜モジュール11内において、浸透圧差により含水溶液中の水が半透膜11aを通過して再生ドロー溶液に移動する。すなわち、膜モジュール11内の含水溶液が供給される一方の室からは、再生ドロー溶液に水が移動することによって濃縮された濃縮含水溶液が流出する。再生ドロー溶液が供給される他方の室からは、含水溶液から水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。ここで、膜モジュール11においては熱交換も行われ、含水溶液の流入側から濃縮含水溶液の流出側に向かって温度が上昇する一方、再生ドロー溶液の流入側から希釈ドロー溶液の流出側に向かって温度が下降する。
(Forward osmosis process)
In the membrane module 11 as the forward osmosis means, the forward osmosis step is performed. That is, in the membrane module 11, the aqueous solution and the regenerated draw solution are brought into contact with each other through the semipermeable membrane 11a. Thereby, in the membrane module 11, the water in the aqueous solution passes through the semipermeable membrane 11a and moves to the regenerated draw solution due to the osmotic pressure difference. That is, from one chamber to which the aqueous solution containing the membrane module 11 is supplied, the concentrated aqueous solution containing water that has been concentrated as the water moves into the regenerated draw solution flows out. From the other chamber to which the regenerated draw solution is supplied, the diluted draw solution diluted by the movement of water from the aqueous solution flows out. Here, heat exchange is also performed in the membrane module 11, and the temperature rises from the inflow side of the aqueous solution to the outflow side of the concentrated aqueous solution, while from the inflow side of the regenerated draw solution to the outflow side of the diluted draw solution. Temperature decreases.

(流入側熱交換工程)
流入側熱交換手段としての熱交換器21においては、流入側熱交換工程が行われる。すなわち、冷却機構15から供給される冷却液が熱交換器21に供給される。一方、熱交換器21には、分離槽13から流出した再生ドロー溶液が供給される。第1の実施形態においては、熱交換器21によって、再生ドロー溶液を、25℃以上50℃以下の例えば40℃程度の所定温度に調整する。再生ドロー溶液を所定温度に降温させるために、熱交換器21において熱交換に供される、冷却機構15から供給される冷却液の流量が調整される。すなわち、熱交換器21において、再生ドロー溶液は冷却液によって冷却される。一方、熱交換器21において、冷却液は再生ドロー溶液によって加熱される。なお、熱交換器21に調整弁としてのバイパス弁(図示せず)を設けて、熱交換器21に流入させる冷却液の流量を調整しても良い。熱交換器21において熱交換されて降温された再生ドロー溶液は、膜モジュール11の他方の室に供給される。一方、図1中、符号Bに示すように、熱交換器21において熱交換されて、35℃以上60℃以下の例えば45℃の温度に昇温された冷却液は、回収液として冷却機構15に戻される。
(Inflow side heat exchange process)
In the heat exchanger 21 as the inflow side heat exchange means, an inflow side heat exchange step is performed. That is, the coolant supplied from the cooling mechanism 15 is supplied to the heat exchanger 21. On the other hand, the regenerated draw solution flowing out from the separation tank 13 is supplied to the heat exchanger 21. In the first embodiment, the regenerated draw solution is adjusted to a predetermined temperature of, for example, about 40 ° C. between 25 ° C. and 50 ° C. by the heat exchanger 21. In order to lower the regenerated draw solution to a predetermined temperature, the flow rate of the coolant supplied from the cooling mechanism 15 provided for heat exchange in the heat exchanger 21 is adjusted. That is, in the heat exchanger 21, the regenerated draw solution is cooled by the coolant. On the other hand, in the heat exchanger 21, the coolant is heated by the regenerated draw solution. Note that a bypass valve (not shown) as an adjustment valve may be provided in the heat exchanger 21 to adjust the flow rate of the coolant flowing into the heat exchanger 21. The regenerated draw solution cooled by the heat exchange in the heat exchanger 21 is supplied to the other chamber of the membrane module 11. On the other hand, as shown by reference numeral B in FIG. 1, the cooling liquid that has been heat-exchanged in the heat exchanger 21 and has been heated to a temperature of, for example, 45 ° C. between 35 ° C. and 60 ° C. Returned to

(冷却液生成工程)
冷却手段としての冷却機構15においては、冷却液生成工程が行われる。すなわち、熱交換器21において、分離槽13から流出した再生ドロー溶液を冷却液によって冷却することによって、冷却液は昇温される。冷却機構15には、熱交換器21を通過した昇温された冷却液が、回収液として供給される。回収液の温度は、35℃以上60℃以下の例えば45℃であり、流量は、例えば2500〜4800L/hである。冷却機構15においては、回収液を、15℃以上45℃以下の例えば35℃まで冷却して冷却液を生成する。さらに、冷却機構15には、最終処理ユニット14から供給された分離処理排液が供給される。供給される分離処理排液の温度は、例えば30℃以上50℃以下の例えば45℃であり、流量は、例えば5L/h以上500L/h以下の例えば85L/hである。なお、最終処理ユニット14から供給される分離処理排液の流量は、冷却機構15において、ブローや蒸発などによって外部に放出される液体量に応じて調整制御される。
(Cooling liquid production process)
In the cooling mechanism 15 as a cooling means, a cooling liquid production | generation process is performed. That is, in the heat exchanger 21, the temperature of the coolant is raised by cooling the regenerated draw solution that has flowed out of the separation tank 13 with the coolant. The cooled cooling liquid that has passed through the heat exchanger 21 is supplied to the cooling mechanism 15 as a recovered liquid. The temperature of the recovered liquid is, for example, 45 ° C. between 35 ° C. and 60 ° C., and the flow rate is, for example, 2500-4800 L / h. In the cooling mechanism 15, the recovered liquid is cooled to 15 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, for example, 35 ° C. to generate a cooling liquid. Further, the separation processing waste liquid supplied from the final processing unit 14 is supplied to the cooling mechanism 15. The temperature of the supplied separation treatment effluent is, for example, 45 ° C., for example, 30 ° C. or more and 50 ° C. or less, and the flow rate is, for example, 85 L / h, for example, 5 L / h or more, 500 L / h or less. Note that the flow rate of the separation processing waste liquid supplied from the final processing unit 14 is adjusted and controlled in the cooling mechanism 15 in accordance with the amount of liquid discharged to the outside by blow or evaporation.

(加熱工程)
加熱手段としての加熱器12においては、加熱工程が行われる。すなわち、正浸透工程によって再生ドロー溶液が希釈されて得られた希釈ドロー溶液を、後述する流出側熱交換工程において昇温した後に、加熱器12によってさらに曇点以上の温度まで加熱する。これにより、温度感応性吸水剤の少なくとも一部が凝集されて、相分離が行われる。加熱工程における加熱温度は、加熱器12を制御することによって調整可能である。なお、加熱温度は、水の沸点以下であって、大気圧の場合に100℃以下が好ましく、第1の実施形態においては、曇点以上100℃以下の例えば88℃である。
(Heating process)
In the heater 12 as a heating means, a heating process is performed. That is, after the temperature of the diluted draw solution obtained by diluting the regenerated draw solution in the forward osmosis step is raised in the outflow side heat exchange step described later, the heater 12 is further heated to a temperature equal to or higher than the cloud point. Thereby, at least a part of the temperature-sensitive water-absorbing agent is agglomerated and phase separation is performed. The heating temperature in the heating process can be adjusted by controlling the heater 12. The heating temperature is not higher than the boiling point of water and is preferably 100 ° C. or lower in the case of atmospheric pressure. In the first embodiment, the heating temperature is, for example, 88 ° C. from the cloud point to 100 ° C.

(水分離工程)
水分離手段としての分離槽13においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽13において、希釈ドロー溶液は、水分を多く含有する水リッチ溶液と、温度感応性吸水剤を高濃度に含む濃縮された再生ドロー溶液とに分離される。なお、分離槽13における圧力は、例えば大気圧である。水リッチ溶液と再生ドロー溶液との相分離は、液温を曇点以上として静置することによって行うことができる。第1の実施形態において分離槽13における液温は、曇点以上100℃以下の例えば88℃である。希釈ドロー溶液から分離されて濃縮されたドロー溶液は、再生ドロー溶液として、熱交換器21を介して膜モジュール11に供給される。再生ドロー溶液のドロー濃度は、例えば60〜95%である。一方、希釈ドロー溶液から分離された水リッチ溶液は、熱交換器22を介して最終処理ユニット14に供給される。水リッチ溶液は例えば、ドロー濃度が1%であって水が99%である。
(Water separation process)
In the separation tank 13 as water separation means, a water separation step is performed. That is, in the separation tank 13, the diluted draw solution is separated into a water-rich solution containing a large amount of water and a concentrated regenerated draw solution containing a temperature-sensitive water-absorbing agent at a high concentration. The pressure in the separation tank 13 is, for example, atmospheric pressure. The phase separation between the water-rich solution and the regenerated draw solution can be performed by allowing the liquid temperature to stand above the cloud point. In 1st Embodiment, the liquid temperature in the separation tank 13 is 88 degreeC of the cloud point or more and 100 degrees C or less, for example. The concentrated draw solution separated from the diluted draw solution is supplied to the membrane module 11 via the heat exchanger 21 as a regenerated draw solution. The draw concentration of the regenerated draw solution is, for example, 60 to 95%. On the other hand, the water-rich solution separated from the diluted draw solution is supplied to the final processing unit 14 via the heat exchanger 22. For example, the water-rich solution has a draw concentration of 1% and water of 99%.

(流出側熱交換工程)
流出側熱交換手段としての熱交換器22においては、流出側熱交換工程が行われる。すなわち、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器22に供給される。一方、熱交換器22には、分離槽13において得られた水リッチ溶液が供給される。第1の実施形態においては、熱交換器22によって、水リッチ溶液を所定温度、具体的に30℃以上50℃以下の例えば45℃程度の温度に調整する。上述したように、分離槽13においては、液温を曇点以上100℃以下として水分離工程が行われる。そのため、分離槽13から流出する水リッチ溶液は、熱交換器21において降温され、さらに膜モジュール11において降温されて流出する希釈ドロー溶液よりも高温である。一方、後段の最終処理ユニット14における処理温度は、例えば20℃以上50℃以下、好適には35℃以上45℃以下、この第1の実施形態においては、例えば45℃である。そこで、熱交換器22において、水リッチ溶液を最終処理ユニット14の処理温度まで降温させる温度調整が行われる。すなわち、熱交換器22において、水リッチ溶液は希釈ドロー溶液によって冷却される一方、希釈ドロー溶液は水リッチ溶液によって加熱される。
(Outflow side heat exchange process)
In the heat exchanger 22 as the outflow side heat exchange means, an outflow side heat exchange step is performed. That is, the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 is first supplied to the heat exchanger 22. On the other hand, the water-rich solution obtained in the separation tank 13 is supplied to the heat exchanger 22. In the first embodiment, the heat exchanger 22 adjusts the water-rich solution to a predetermined temperature, specifically, a temperature of about 30 ° C. to 50 ° C., for example, about 45 ° C. As described above, in the separation tank 13, the water separation step is performed with the liquid temperature set to the cloud point or higher and 100 ° C. or lower. Therefore, the water-rich solution that flows out from the separation tank 13 is lowered in temperature in the heat exchanger 21 and is higher in temperature than the diluted draw solution that is lowered in temperature in the membrane module 11 and flows out. On the other hand, the processing temperature in the latter final processing unit 14 is, for example, 20 ° C. or more and 50 ° C. or less, preferably 35 ° C. or more and 45 ° C. or less, and in this first embodiment, for example, 45 ° C. Therefore, temperature adjustment is performed in the heat exchanger 22 to lower the temperature of the water-rich solution to the processing temperature of the final processing unit 14. That is, in the heat exchanger 22, the water rich solution is cooled by the diluted draw solution, while the diluted draw solution is heated by the water rich solution.

(最終処理工程)
最終処理ユニット14においては、分離処理工程としての最終処理工程が行われる。すなわち、分離槽13において分離された水リッチ溶液には、温度感応性吸水剤が残存している可能性がある。そこで、最終処理ユニット14において、水リッチ溶液から分離処理排液となるポリマー溶液を分離させる。これにより、淡水などの生成水が得られる。水リッチ溶液から分離された生成水は、含水溶液から得られた最終生成物として、外部の必要な用途に供給される。なお、最終処理ユニット14において、生成水と分離された分離処理排液は、ドロー濃度が0.5〜25%程度のポリマー溶液であり、少なくとも一部は、冷却機構15に供給される。冷却機構15に供給されない残部の分離処理排液が存在する場合、残部の分離処理排液は、外部に廃棄したり、加熱器12または熱交換器22の上流側において希釈ドロー溶液に導入したりできる。
(Final treatment process)
In the final processing unit 14, a final processing step as a separation processing step is performed. That is, the temperature sensitive water-absorbing agent may remain in the water-rich solution separated in the separation tank 13. Therefore, in the final processing unit 14, the polymer solution that becomes the separation processing waste liquid is separated from the water-rich solution. Thereby, produced water such as fresh water is obtained. The product water separated from the water-rich solution is supplied to the required external use as a final product obtained from the aqueous solution. In the final treatment unit 14, the separation treatment waste liquid separated from the generated water is a polymer solution having a draw concentration of about 0.5 to 25%, and at least a part thereof is supplied to the cooling mechanism 15. When there is a remaining separation process waste liquid that is not supplied to the cooling mechanism 15, the remaining separation process waste liquid is discarded outside or introduced into the diluted draw solution upstream of the heater 12 or the heat exchanger 22. it can.

(実施例および比較例)
次に、以上のように構成された水処理装置1の第1実施例および従来技術による比較例について説明する。なお、第1実施例においては、水処理装置を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(Examples and Comparative Examples)
Next, the first embodiment of the water treatment apparatus 1 configured as described above and a comparative example according to the prior art will be described. In the first embodiment, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using a water treatment device will be described as an example.

(第1実施例)
第1実施例においては、水処理装置1に外部から25℃程度の温度で導入された海水を膜モジュール11に供給する。海水は膜モジュール11において昇温されつつ濃縮される。濃縮された海水(濃縮海水)は、30℃程度の温度に昇温されて、715L/hの流量で膜モジュール11から排出される。すなわち、膜モジュール11において、水の移動が385L/hの流量で行われる。
(First embodiment)
In the first embodiment, seawater introduced to the water treatment apparatus 1 from the outside at a temperature of about 25 ° C. is supplied to the membrane module 11. Seawater is concentrated while being heated in the membrane module 11. Concentrated seawater (concentrated seawater) is heated to a temperature of about 30 ° C. and discharged from the membrane module 11 at a flow rate of 715 L / h. That is, in the membrane module 11, the water is moved at a flow rate of 385 L / h.

冷却機構15において冷却された冷却水は、2500〜4800L/hの流量で熱交換器21に供給される。再生ドロー溶液は、熱交換器21に供給され、低温の35℃の冷却水と熱交換されて、88℃から40℃まで降温される。降温された再生ドロー溶液は、膜モジュール11に供給されて水の移動によって希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。ここで、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液の流量は、1100L/hである。   The cooling water cooled in the cooling mechanism 15 is supplied to the heat exchanger 21 at a flow rate of 2500 to 4800 L / h. The regenerated draw solution is supplied to the heat exchanger 21, is heat-exchanged with low-temperature 35 ° C. cooling water, and is lowered from 88 ° C. to 40 ° C. The regenerated draw solution whose temperature has been lowered is supplied to the membrane module 11, diluted by the movement of water, and flows out as a diluted draw solution. Here, the flow rate of the regenerated draw solution supplied to the membrane module 11 is 1100 L / h.

膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が35℃であって流量が1485L/hである。希釈ドロー溶液は、熱交換器22において88℃の水リッチ溶液と熱交換されて、35℃から48.6℃の温度まで昇温される。昇温された希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、48.6℃から88℃の温度まで昇温される。88℃の温度の希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1100L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が385L/hである。   The diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 has a temperature of 35 ° C. and a flow rate of 1485 L / h. The diluted draw solution is heat-exchanged with the 88 ° C. water-rich solution in the heat exchanger 22 and is heated to a temperature of 35 ° C. to 48.6 ° C. The diluted draw solution whose temperature has been raised is supplied to the heater 12 and further heated to raise the temperature from 48.6 ° C. to 88 ° C. The diluted draw solution having a temperature of 88 ° C. is supplied to the separation tank 13 and phase-separated into a regenerated draw solution and a water-rich solution. The regenerated draw solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 1100 L / h. The water-rich solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 385 L / h.

分離槽13から流出した水リッチ溶液は、熱交換器22に供給されて35℃の希釈ドロー溶液と熱交換されて、88℃から45℃まで降温された後に最終処理ユニット14に供給される。最終処理ユニット14においては、85L/hの流量で分離処理排液が分離されて、300L/hの流量で生成水が得られる。得られた分離処理排液の少なくとも一部は、冷却機構15に供給される。冷却機構15においては、所定量の水がブローや蒸発によって消費され、消費された水と略同量の分離処理排液が供給される。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   The water-rich solution that has flowed out of the separation tank 13 is supplied to the heat exchanger 22, exchanged with the 35 ° C. diluted draw solution, and cooled to 88 ° C. to 45 ° C., and then supplied to the final processing unit 14. In the final processing unit 14, the separation processing waste liquid is separated at a flow rate of 85 L / h, and product water is obtained at a flow rate of 300 L / h. At least a part of the obtained separation processing waste liquid is supplied to the cooling mechanism 15. In the cooling mechanism 15, a predetermined amount of water is consumed by blowing or evaporation, and approximately the same amount of separation processing waste liquid as the consumed water is supplied. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

(比較例)
第1の実施形態に基づく第1実施例と比較するために、従来の水処理装置として再生ドロー溶液を冷却する冷却機構を設けた例を比較例とする。なお、比較例においては、水処理装置を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。図2は、比較例による水処理装置100を模式的に示すブロック図である。
(Comparative example)
In order to compare with the first example based on the first embodiment, an example in which a cooling mechanism for cooling the regenerated draw solution is provided as a conventional water treatment apparatus is used as a comparative example. In the comparative example, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using a water treatment device will be described as an example. FIG. 2 is a block diagram schematically showing a water treatment apparatus 100 according to a comparative example.

図2に示すように、比較例による水処理装置100は、半透膜101aが内部に設けられた膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、冷却器104、および最終処理ユニット105を備えて構成される。膜モジュール101、加熱器102、分離槽103、および最終処理ユニット105はそれぞれ、第1の実施形態における、膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、および最終処理ユニット14と同様である。一方、水処理装置1と異なり、水処理装置100においては、再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽103の下流側に、冷却器104が設けられている。冷却器104は、分離槽103から流出した再生ドロー溶液を、取水ポンプなどによって別途取水した例えば30℃程度の海水などによって冷却するための熱交換器である。   As shown in FIG. 2, the water treatment apparatus 100 according to the comparative example includes a membrane module 101 in which a semipermeable membrane 101a is provided, a heater 102, a separation tank 103, a cooler 104, and a final treatment unit 105. Composed. The membrane module 101, the heater 102, the separation tank 103, and the final processing unit 105 are respectively the same as the membrane module 11, the heater 12, the separation tank 13, and the final processing unit 14 in the first embodiment. On the other hand, unlike the water treatment apparatus 1, in the water treatment apparatus 100, a cooler 104 is provided on the downstream side of the separation tank 103 along the flow direction of the regenerated draw solution. The cooler 104 is a heat exchanger for cooling the regenerated draw solution that has flowed out of the separation tank 103 with, for example, seawater at about 30 ° C. that has been separately taken in by a water intake pump or the like.

比較例による水処理装置100においては、原海水温度、または例えば40℃の温度に調整された海水を膜モジュール101に供給する。膜モジュール101によって濃縮海水は、715L/hの流量で膜モジュール101から排出される。すなわち、膜モジュール101において、385L/hの流量で水の移動が行われる。   In the water treatment apparatus 100 according to the comparative example, the raw seawater temperature or seawater adjusted to a temperature of, for example, 40 ° C. is supplied to the membrane module 101. The concentrated seawater is discharged from the membrane module 101 by the membrane module 101 at a flow rate of 715 L / h. That is, in the membrane module 101, water is moved at a flow rate of 385 L / h.

一方、再生ドロー溶液は、冷却器104によって40℃の温度に調整された後に膜モジュール101に供給されて希釈され、1485L/hの流量で希釈ドロー溶液として流出する。膜モジュール101から流出される希釈ドロー溶液の温度は、40℃である。希釈ドロー溶液は、加熱器102に供給されて加熱され、88℃の温度まで昇温される。88℃の温度の希釈ドロー溶液は、分離槽103に供給されて相分離され、88℃の温度の再生ドロー溶液と、88℃の温度の水リッチ溶液とに分離される。88℃の温度の再生ドロー溶液は、冷却器104によって40℃まで降温される。88℃の温度の水リッチ溶液も同様に、必要に応じて冷却器(図示せず)によって45℃程度にまで冷却された後に、最終処理ユニット105に供給される。最終処理ユニット105においては、300L/hの流量で生成水が得られるとともに、85L/hの流量で分離された分離処理排液が排出される。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   On the other hand, the regenerated draw solution is adjusted to a temperature of 40 ° C. by the cooler 104 and then supplied to the membrane module 101 to be diluted, and flows out as a diluted draw solution at a flow rate of 1485 L / h. The temperature of the diluted draw solution flowing out from the membrane module 101 is 40 ° C. The diluted draw solution is supplied to the heater 102 and heated, and the temperature is raised to a temperature of 88 ° C. The diluted draw solution having a temperature of 88 ° C. is supplied to the separation tank 103 and phase-separated, and separated into a regenerated draw solution having a temperature of 88 ° C. and a water-rich solution having a temperature of 88 ° C. The regenerated draw solution having a temperature of 88 ° C. is lowered to 40 ° C. by the cooler 104. Similarly, the water-rich solution having a temperature of 88 ° C. is supplied to the final processing unit 105 after being cooled to about 45 ° C. by a cooler (not shown) if necessary. In the final treatment unit 105, the produced water is obtained at a flow rate of 300 L / h, and the separation treatment waste liquid separated at a flow rate of 85 L / h is discharged. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

比較例においては、分離槽103によって分離された再生ドロー溶液を冷却器104によって冷却した後に、膜モジュール101に供給している。冷却器104には、取水ポンプを用いて海水が供給されている。そのため、冷却器104に海水を供給するための取水ポンプの設備、および取水ポンプを稼働させるための電力が必要になる。これに対し、第1実施例においては、冷却機構15によって冷却した冷却水を、送水ポンプを用いて熱交換器21に供給して、再生ドロー溶液を冷却している。ここで、海水を別途取水するための取水ポンプに要する電力等のエネルギーは、冷却水を送水する送水ポンプに要するエネルギーに比して、2〜3倍程度である。海水を別途取水する場合においても水処理装置1において送水ポンプを使用する点を考慮すると、第1実施例においては、比較例に比して、エネルギーの消費を1/4〜1/2程度にまで低減することができる。これにより、取水ポンプを設ける場合に比して、設備コストを低減できるとともに、電力コストの低減を実現できる。   In the comparative example, the regenerated draw solution separated by the separation tank 103 is cooled by the cooler 104 and then supplied to the membrane module 101. Seawater is supplied to the cooler 104 using a water intake pump. Therefore, an intake pump facility for supplying seawater to the cooler 104 and electric power for operating the intake pump are required. On the other hand, in 1st Example, the cooling water cooled with the cooling mechanism 15 is supplied to the heat exchanger 21 using a water pump, and the reproduction | regeneration draw solution is cooled. Here, the energy such as electric power required for the water intake pump for separately taking seawater is about 2 to 3 times the energy required for the water supply pump for supplying the cooling water. Considering the point of using a water pump in the water treatment apparatus 1 even when taking seawater separately, in the first embodiment, energy consumption is reduced to about 1/4 to 1/2 compared to the comparative example. Can be reduced. Thereby, compared with the case where a water intake pump is provided, equipment cost can be reduced and reduction in power cost can be realized.

また、第1実施例、および比較例において用いられるポリマー水溶液の比熱および密度はそれぞれ、3.2kJ/kg・Kおよび1.05kg/Lである。これにより、ドロー溶液を88℃まで加熱する場合に必要なエネルギーを算出できる。なお、比熱については、ポリマー水溶液として40〜88℃における平均比熱を使用しているため、ドロー溶液の濃度に依存しない。また、密度については、ドロー溶液の濃度および温度の寄与が極めて小さいことから、濃度および温度の影響は無視できるほど小さい。   The specific heat and density of the polymer aqueous solution used in the first example and the comparative example are 3.2 kJ / kg · K and 1.05 kg / L, respectively. Thereby, energy required when heating a draw solution to 88 degreeC is computable. In addition, about specific heat, since the average specific heat in 40-88 degreeC is used as polymer aqueous solution, it does not depend on the density | concentration of a draw solution. Further, since the contribution of the concentration and temperature of the draw solution is extremely small, the influence of the concentration and temperature is negligibly small.

比較例においては、40℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器102によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を40℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
比較例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−40℃)=)2.40×105kJ/h
この場合、加熱器102に必要な投入エネルギーは、66.5kWであった。
In the comparative example, the diluted draw solution having a temperature of 40 ° C. is heated by the heater 102 to a temperature of 88 ° C. In this case, the energy required to heat the diluted draw solution at a flow rate of 1485 L / h from 40 ° C. to 88 ° C. is as follows.
Comparative example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.-40 ° C.) =) 2.40 × 10 5 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 102 was 66.5 kW.

これに対し、第1実施例においては、48.6℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を48.6℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第1実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−48.6℃)=)1.96×105kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、54.6kWであり、比較例に比して、20%程度低減できることが分かった。
In contrast, in the first embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 48.6 ° C. is heated by the heater 12 to a temperature of 88 ° C. In this case, the energy required to heat the diluted draw solution at a flow rate of 1485 L / h from 48.6 ° C. to 88 ° C. is as follows.
First Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.−48.6 ° C.) =) 1.96 × 10 5 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 12 was 54.6 kW, which was found to be reduced by about 20% compared to the comparative example.

以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、水処理装置において、再生ドロー溶液を冷却液によって冷却するために熱交換器21を設け、冷却機構15によって冷却液を循環させることによって、再生ドロー溶液を冷却している。これにより、分離槽13から流出した再生ドロー溶液を冷却するために、冷却用の含水溶液を取水するための取水ポンプを別途設ける必要がなくなるとともに、水処理装置1におけるエネルギー収支を安定化できる。したがって、含水溶液の取水に必要なエネルギーを低減できるとともに、加熱器12によって加熱されるエネルギーの消費を低減できる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, in the water treatment apparatus, the heat exchanger 21 is provided to cool the regenerated draw solution with the cooling liquid, and the cooling liquid is circulated by the cooling mechanism 15. In this way, the regenerated draw solution is cooled. Thereby, in order to cool the regenerated draw solution which flowed out from the separation tank 13, it is not necessary to separately provide a water intake pump for taking water-containing aqueous solution for cooling, and the energy balance in the water treatment apparatus 1 can be stabilized. Therefore, the energy required for taking the aqueous solution can be reduced, and the consumption of energy heated by the heater 12 can be reduced.

また、上述した第1の実施形態によれば、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて、膜モジュール11に供給される再生ドロー溶液を所望の温度に調整している。これにより、膜モジュール11において含水溶液の温度とドロー溶液の温度とを近い温度にできるので、膜モジュール11における処理を安定させることができる。さらに、分離槽13に供給する希釈ドロー溶液を加熱器12によって曇点以上100℃以下の温度に加熱する前に、分離槽13から流出した高温の水リッチ溶液を用いて、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を昇温させている。これにより、希釈ドロー溶液を加熱する際に加熱器12によって昇温させる温度幅を小さくできるので、加熱器12による加熱に必要なエネルギーを低減できる。以上のことから、水処理装置1において、再生ドロー溶液を冷却したり、希釈ドロー溶液を加熱したりするために消費するエネルギーを低減でき、水処理に必要となるエネルギーを最小化することができる。   Further, according to the first embodiment described above, the regenerated draw solution supplied to the membrane module 11 is adjusted to a desired temperature using the cooling liquid cooled by the cooling mechanism 15. Thereby, since the temperature of the aqueous solution and the temperature of the draw solution can be made close to each other in the membrane module 11, the treatment in the membrane module 11 can be stabilized. Further, before the diluted draw solution to be supplied to the separation tank 13 is heated to a temperature not lower than the cloud point and not higher than 100 ° C. by the heater 12, the high temperature water-rich solution flowing out from the separation tank 13 is used to flow out from the membrane module 11. The diluted draw solution is heated. Thereby, when heating a dilution draw solution, since the temperature range heated up with the heater 12 can be made small, the energy required for the heating by the heater 12 can be reduced. From the above, in the water treatment apparatus 1, the energy consumed for cooling the regenerated draw solution or heating the diluted draw solution can be reduced, and the energy required for water treatment can be minimized. .

さらに、膜モジュール11における水の移動量を増加させるためには、含水溶液の浸透圧は低い方が望ましい。含水溶液の浸透圧を低くするためには、膜モジュール11に流入する含水溶液の温度は低い方が好ましい。この点に関して、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて再生ドロー溶液を冷却していることにより、膜モジュール11に流入する含水溶液を用いて再生ドロー溶液を冷却する必要がないことから、外部から供給される含水溶液の温度を低温の状態で膜モジュール11に流入させることができる。   Furthermore, in order to increase the amount of water movement in the membrane module 11, it is desirable that the osmotic pressure of the aqueous solution is low. In order to reduce the osmotic pressure of the aqueous solution, it is preferable that the temperature of the aqueous solution flowing into the membrane module 11 is low. In this regard, since the regenerated draw solution is cooled using the cooling liquid cooled by the cooling mechanism 15, it is not necessary to cool the regenerated draw solution using the aqueous solution flowing into the membrane module 11. It is possible to allow the aqueous solution supplied from the outside to flow into the membrane module 11 at a low temperature.

(第2の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態による水処理装置2を示す。図3に示すように、水処理装置2は、第1の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、冷却機構15、および熱交換器21,22,23を備える。
(Second Embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a water treatment device 2 according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the water treatment apparatus 2 includes a membrane module 11 having a semipermeable membrane 11a provided therein, a heater 12, a separation tank 13, a final treatment unit 14, a cooling unit, as in the first embodiment. A mechanism 15 and heat exchangers 21, 22, and 23 are provided.

第2の実施形態による水処理装置2においては、第1の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った熱交換器22の下流側で加熱器12の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽13の下流側で熱交換器21の上流側に、熱交換器23が設けられている。後段熱交換手段としての熱交換器23によって、後段熱交換工程が行われる。すなわち、第2の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、まず、熱交換器22において高温の水リッチ溶液との間で熱交換される。続いて、後段熱交換工程として、希釈ドロー溶液は、熱交換器23において水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。その後、希釈ドロー溶液は、加熱器12によって、曇点以上100℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。   In the water treatment device 2 according to the second embodiment, unlike the first embodiment, the downstream side of the heat exchanger 22 along the flow direction of the diluted draw solution, the upstream side of the heater 12, and the regenerated draw solution. A heat exchanger 23 is provided on the downstream side of the separation tank 13 along the flow direction and on the upstream side of the heat exchanger 21. A post-stage heat exchange step is performed by the heat exchanger 23 as the post-stage heat exchange means. That is, in the water treatment method according to the second embodiment, the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 is first heat-exchanged with the high-temperature water-rich solution in the heat exchanger 22. Subsequently, as a post-stage heat exchange step, the diluted draw solution is heated in the heat exchanger 23 between the regenerated draw solution having the same temperature as the water-rich solution and heated. Thereafter, the diluted draw solution is heated by the heater 12 to a temperature not lower than the cloud point and not higher than 100 ° C. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(第2実施例)
次に、以上のように構成された水処理装置2の第2実施例について説明する。なお、第2実施例においては、水処理装置を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the water treatment apparatus 2 configured as described above will be described. In the second embodiment, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using a water treatment device will be described as an example.

第2実施例においては、水処理装置2に外部から25℃程度の温度で導入された海水を膜モジュール11に供給する。一方、熱交換器21において冷却水によって熱交換された40℃の温度の再生ドロー溶液は、1100L/hの流量で膜モジュール11に供給されて希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。膜モジュール11においては、海水からドロー溶液への水の移動が行われるとともに、ドロー溶液から海水に熱が移動する。海水は膜モジュール11において再生ドロー溶液によって昇温されつつ濃縮される。濃縮海水は、30℃程度の温度に昇温されて、715L/hの流量で膜モジュール11から排出される。一方、膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が35℃、流量が1485L/hである。すなわち、膜モジュール11において、水の移動が385L/hの流量で行われる。熱交換器21においては、分離槽13から排出されて熱交換器23を通過した再生ドロー溶液と、冷却機構15から2500〜4800L/hの流量で供給される冷却水とが熱交換される。   In the second embodiment, seawater introduced to the water treatment device 2 from the outside at a temperature of about 25 ° C. is supplied to the membrane module 11. On the other hand, the regenerated draw solution having a temperature of 40 ° C. that has been heat-exchanged by the cooling water in the heat exchanger 21 is supplied to the membrane module 11 at a flow rate of 1100 L / h, diluted, and flows out as a diluted draw solution. In the membrane module 11, water is transferred from the seawater to the draw solution, and heat is transferred from the draw solution to the seawater. Seawater is concentrated in the membrane module 11 while being heated by the regenerated draw solution. The concentrated seawater is heated to a temperature of about 30 ° C. and discharged from the membrane module 11 at a flow rate of 715 L / h. On the other hand, the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 has a temperature of 35 ° C. and a flow rate of 1485 L / h. That is, in the membrane module 11, the water is moved at a flow rate of 385 L / h. In the heat exchanger 21, heat is exchanged between the regenerated draw solution discharged from the separation tank 13 and passed through the heat exchanger 23 and the cooling water supplied from the cooling mechanism 15 at a flow rate of 2500 to 4800 L / h.

その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器22によって加熱されて48.6℃の温度まで昇温された後、熱交換器23に供給される。希釈ドロー溶液は、熱交換器23によって88℃の再生ドロー溶液と熱交換されて加熱される。熱交換器23によって、希釈ドロー溶液は48.6℃から71℃の温度まで昇温される。続いて、希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、71℃から88℃の温度まで昇温される。   Thereafter, the diluted draw solution is heated by the heat exchanger 22 and heated to a temperature of 48.6 ° C., and then supplied to the heat exchanger 23. The diluted draw solution is heated by heat exchange with the regenerated draw solution at 88 ° C. by the heat exchanger 23. With the heat exchanger 23, the diluted draw solution is heated from 48.6 ° C. to 71 ° C. Subsequently, the diluted draw solution is supplied to the heater 12 and further heated to raise the temperature from 71 ° C. to 88 ° C.

その後、希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1100L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が385L/hである。再生ドロー溶液は、熱交換器23によって88℃から55℃以上88℃未満の所定温度に降温された後、熱交換器21によって40℃まで降温される。水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から45℃まで降温された後、最終処理ユニット14に供給される。最終処理ユニット14においては、300L/hの流量で生成水が得られる。生成水と分離して得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部は、冷却機構15に供給される。分離処理排液の流出する流量は85L/hである。冷却機構15においては、冷却水が蒸発によって所定量だけ消費され、冷却水が過剰に存在した場合にはブローされる。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   Thereafter, the diluted draw solution is supplied to the separation tank 13 and phase-separated into a regenerated draw solution and a water-rich solution. The regenerated draw solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 1100 L / h. The water-rich solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 385 L / h. The regenerated draw solution is lowered from 88 ° C. to a predetermined temperature of 55 ° C. or higher and lower than 88 ° C. by the heat exchanger 23, and then lowered to 40 ° C. by the heat exchanger 21. The water rich solution is cooled from 88 ° C. to 45 ° C. by the heat exchanger 22 and then supplied to the final processing unit 14. In the final treatment unit 14, product water is obtained at a flow rate of 300 L / h. At least a part or all of the separation processing waste liquid obtained by separating from the generated water is supplied to the cooling mechanism 15. The flow rate at which the separation processing waste liquid flows out is 85 L / h. In the cooling mechanism 15, the cooling water is consumed by a predetermined amount by evaporation, and is blown when the cooling water is excessive. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

第2実施例においては、71℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を71℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第2実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−71℃)=)8.48×104kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、23.2kWであり、上述した比較例に比して(23.2/66.5=)約1/3倍程度、第1実施例に比して(23.2/54.6=)約1/2倍程度になることが分かる。
In the second embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 71 ° C. is heated by the heater 12 to a temperature of 88 ° C. In this case, the energy required to heat the diluted draw solution with a flow rate of 1485 L / h from 71 ° C. to 88 ° C. is as follows.
Second Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.-71 ° C.) =) 8.48 × 10 4 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 12 is 23.2 kW, which is about 1/3 times (23.2 / 66.5 =) compared to the above-described comparative example, compared with the first example. (23.2 / 54.6 =) is about 1/2 times.

第2の実施形態によれば、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて熱交換器21によって熱交換を行うとともに、熱交換器22によって水リッチ溶液と希釈ドロー溶液との熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器23によって、分離槽13を流出した再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、分離槽13に供給するための希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、加熱器12によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を、第1の実施形態に比してさらに小さくできる。したがって、加熱器12による加熱に必要なエネルギーをさらに低減でき、水処理装置2において、加熱に消費するエネルギーをより一層低減できる。   According to the second embodiment, heat exchange is performed by the heat exchanger 21 using the coolant cooled by the cooling mechanism 15, and heat exchange between the water-rich solution and the diluted draw solution is performed by the heat exchanger 22. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, the temperature of the diluted draw solution to be supplied to the separation tank 13 is raised by the heat exchanger 23 while the temperature of the regenerated draw solution flowing out of the separation tank 13 is lowered by the heat exchanger 23. The temperature range for raising the temperature when the diluted draw solution is heated can be further reduced as compared with the first embodiment. Therefore, the energy required for heating by the heater 12 can be further reduced, and the energy consumed for heating can be further reduced in the water treatment device 2.

(第3の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4は、第3の実施形態による水処理装置3を示す。図4に示すように、水処理装置3は、第1の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、冷却機構15、および熱交換器21,22,24を備える。
(Third embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a water treatment device 3 according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the water treatment apparatus 3 includes a membrane module 11 having a semipermeable membrane 11a provided therein, a heater 12, a separation tank 13, a final treatment unit 14, a cooling unit, as in the first embodiment. A mechanism 15 and heat exchangers 21, 22, and 24 are provided.

第3の実施形態による水処理装置3においては、第1の実施形態と異なり、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った膜モジュール11の下流側で熱交換器22の上流側、かつ再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽13の下流側で熱交換器21の上流側に、熱交換器24が設けられている。前段熱交換手段としての熱交換器24によって、前段熱交換工程が行われる。すなわち、第3の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、前段熱交換工程として、熱交換器24において分離槽13から供給された高温の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。続いて、希釈ドロー溶液は、熱交換器22において分離槽13から供給された高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。その後、希釈ドロー溶液は、加熱器12によって曇点以上100℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。   In the water treatment device 3 according to the third embodiment, unlike the first embodiment, the downstream side of the membrane module 11 along the flow direction of the diluted draw solution, the upstream side of the heat exchanger 22, and the regenerated draw solution. A heat exchanger 24 is provided on the downstream side of the separation tank 13 along the flow direction and on the upstream side of the heat exchanger 21. The pre-stage heat exchange process is performed by the heat exchanger 24 as the pre-stage heat exchange means. That is, in the water treatment method according to the third embodiment, the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 is combined with the high-temperature regenerated draw solution supplied from the separation tank 13 in the heat exchanger 24 as a pre-stage heat exchange step. Heat is exchanged between them and the temperature is raised. Subsequently, the diluted draw solution is heated by exchanging heat with the high-temperature water-rich solution supplied from the separation tank 13 in the heat exchanger 22. Thereafter, the diluted draw solution is heated to a temperature not lower than the cloud point and not higher than 100 ° C. by the heater 12. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(第3実施例)
次に、以上のように構成された水処理装置3の第3実施例について説明する。なお、第3実施例においては、水処理装置を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(Third embodiment)
Next, a description will be given of a third embodiment of the water treatment apparatus 3 configured as described above. In the third embodiment, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using a water treatment device will be described as an example.

第3実施例においては、水処理装置3に外部から25℃程度の温度で導入された海水を膜モジュール11に供給する。膜モジュール11において濃縮された濃縮海水は、715L/hの流量で排出される。一方、熱交換器21において冷却水によって熱交換されて40℃の温度に降温された再生ドロー溶液は、1100L/hの流量で膜モジュール11に供給されて海水からの水の移動によって希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。すなわち、膜モジュール11において、385L/hの流量で水の移動が行われる。膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が35℃、流量が1485L/hである。熱交換器21においては、冷却機構15から2500〜4800L/hの流量で供給される冷却水と、分離槽13から排出されて熱交換器24を通過した1100L/hの流量の再生ドロー溶液とが熱交換される。   In the third embodiment, seawater introduced into the water treatment device 3 from the outside at a temperature of about 25 ° C. is supplied to the membrane module 11. The concentrated seawater concentrated in the membrane module 11 is discharged at a flow rate of 715 L / h. On the other hand, the regenerated draw solution heat-exchanged by the cooling water in the heat exchanger 21 and lowered to a temperature of 40 ° C. is supplied to the membrane module 11 at a flow rate of 1100 L / h and diluted by the movement of water from seawater. It flows out as a diluted draw solution. That is, in the membrane module 11, water is moved at a flow rate of 385 L / h. The diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 has a temperature of 35 ° C. and a flow rate of 1485 L / h. In the heat exchanger 21, cooling water supplied from the cooling mechanism 15 at a flow rate of 2500 to 4800 L / h, and a regenerated draw solution having a flow rate of 1100 L / h discharged from the separation tank 13 and passed through the heat exchanger 24 Is heat exchanged.

その後、希釈ドロー溶液は、熱交換器24において、分離槽13から供給された88℃の再生ドロー溶液と熱交換して59.4℃の温度まで昇温される。昇温された希釈ドロー溶液は、熱交換器24から熱交換器22に供給される。希釈ドロー溶液は、熱交換器22において分離槽13から供給された88℃の水リッチ溶液と熱交換されて、66.7℃の温度まで昇温される。続いて、希釈ドロー溶液は、加熱器12に供給されてさらに加熱され、66.7℃から88℃の温度まで昇温される。88℃の希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて、再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。   Then, the diluted draw solution is heated to a temperature of 59.4 ° C. in the heat exchanger 24 by exchanging heat with the 88 ° C. regenerated draw solution supplied from the separation tank 13. The heated diluted draw solution is supplied from the heat exchanger 24 to the heat exchanger 22. The diluted draw solution is heat-exchanged with the 88 ° C. water-rich solution supplied from the separation tank 13 in the heat exchanger 22 and is heated to a temperature of 66.7 ° C. Subsequently, the diluted draw solution is supplied to the heater 12 and further heated to raise the temperature from 66.7 ° C. to 88 ° C. The diluted draw solution at 88 ° C. is supplied to the separation tank 13 and phase-separated into a regenerated draw solution and a water-rich solution.

分離槽13において分離された再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1100L/hである。一方で、分離された水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が385L/hである。再生ドロー溶液は、分離槽13から熱交換器24に供給されて、88℃から78℃まで降温された後、熱交換器21により濃縮海水と熱交換されて、78℃から40℃まで降温される。水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から62.6℃まで降温された後、最終処理ユニット14に供給される。なお、最終処理ユニット14として膜処理装置を用いる場合などのように、最終処理ユニット14における耐熱性が低い場合には、熱交換器22と最終処理ユニット14との間に、さらに冷却手段(図示せず)を設置することによって、水リッチ溶液を所定の温度まで冷却してもよい。最終処理ユニット14においては、300L/hの流量で生成水が得られる。生成水と分離して得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部は、冷却機構15に供給される。分離処理排液の流出する流量は85L/hである。冷却機構15においては、冷却水が蒸発によって所定量だけ消費され、冷却水が過剰に存在した場合にはブローされる。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   The regenerated draw solution separated in the separation tank 13 has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 1100 L / h. On the other hand, the separated water-rich solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 385 L / h. The regenerated draw solution is supplied from the separation tank 13 to the heat exchanger 24 and lowered in temperature from 88 ° C. to 78 ° C., then heat exchanged with the concentrated seawater by the heat exchanger 21 and lowered in temperature from 78 ° C. to 40 ° C. The The water rich solution is cooled from 88 ° C. to 62.6 ° C. by the heat exchanger 22 and then supplied to the final processing unit 14. In addition, when the heat resistance in the final processing unit 14 is low, such as when a film processing apparatus is used as the final processing unit 14, a cooling means (see FIG. 5) is further provided between the heat exchanger 22 and the final processing unit 14. The water-rich solution may be cooled to a predetermined temperature by installing (not shown). In the final treatment unit 14, product water is obtained at a flow rate of 300 L / h. At least a part or all of the separation processing waste liquid obtained by separating from the generated water is supplied to the cooling mechanism 15. The flow rate at which the separation processing waste liquid flows out is 85 L / h. In the cooling mechanism 15, the cooling water is consumed by a predetermined amount by evaporation, and is blown when the cooling water is excessive. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

第3実施例においては、71℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。この場合、1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を71℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第3実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−66.7℃)=)1.06×10kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、29.5kWであり、上述した比較例に比して(29.5/66.5=)約2/5倍程度、第1実施例に比して(29.5/54.6=)約1/2倍程度になることが分かる。
In the third embodiment, the diluted draw solution having a temperature of 71 ° C. is heated by the heater 12 to a temperature of 88 ° C. In this case, the energy required to heat the diluted draw solution with a flow rate of 1485 L / h from 71 ° C. to 88 ° C. is as follows.
Third Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.-66.7 ° C.) =) 1.06 × 10 5 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 12 is 29.5 kW, which is about 2/5 times (29.5 / 66.5 =) that of the above-described comparative example, compared with the first embodiment. (29.5 / 54.6 =) is about ½ times.

第3の実施形態によれば、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて熱交換器21によって熱交換を行うとともに、熱交換器22によって水リッチ溶液と希釈ドロー溶液との熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器24によって、膜モジュール11に供給するための再生ドロー溶液の温度を降温させつつ、希釈ドロー溶液の温度を昇温させていることにより、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。   According to the third embodiment, heat exchange is performed by the heat exchanger 21 using the coolant cooled by the cooling mechanism 15, and heat exchange between the water-rich solution and the diluted draw solution is performed by the heat exchanger 22. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, the temperature of the diluted draw solution is raised while the temperature of the regenerated draw solution to be supplied to the membrane module 11 is lowered by the heat exchanger 24, so that the same effect as in the second embodiment can be obtained. Can be obtained.

(第4の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図5は、第4の実施形態による水処理装置4を示す。図5に示すように、水処理装置4は、第1の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、冷却機構15、および熱交換器21,22,25を備える。
(Fourth embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a water treatment device 4 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the water treatment apparatus 4 includes a membrane module 11 having a semipermeable membrane 11a provided therein, a heater 12, a separation tank 13, a final treatment unit 14, a cooling unit, as in the first embodiment. A mechanism 15 and heat exchangers 21, 22, and 25 are provided.

水処理装置4においては、第1の実施形態と異なり、再生ドロー溶液の流れ方向に沿った分離槽13の下流側で熱交換器21の上流側に、熱交換器25が設けられている。さらに、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った膜モジュール11の下流側の配管に、分岐点P0が設けられている。分岐点P0においては、希釈ドロー溶液が少なくとも2方向に分岐されて一方の配管が熱交換器22に連結されているとともに、他方の配管が熱交換器25に連結されている。一方、希釈ドロー溶液の流れ方向に沿って、加熱器12の上流側の配管に、熱交換器22,25を通過した希釈ドロー溶液が合流する合流点P1が設けられている。合流点P1においては、分岐された希釈ドロー溶液が合流する。すなわち、並列熱交換手段としての熱交換器22,25はそれぞれ、希釈ドロー溶液を他の溶液と熱交換可能に構成される。熱交換器22,25によって並列熱交換工程が行われる。 In the water treatment device 4, unlike the first embodiment, a heat exchanger 25 is provided on the downstream side of the separation tank 13 along the flow direction of the regenerated draw solution and on the upstream side of the heat exchanger 21. Further, a branch point P 0 is provided in the piping on the downstream side of the membrane module 11 along the flow direction of the diluted draw solution. At the branch point P 0 , the diluted draw solution is branched in at least two directions and one pipe is connected to the heat exchanger 22 and the other pipe is connected to the heat exchanger 25. On the other hand, along the flow direction of the diluted draw solution, a junction P 1 where the diluted draw solution that has passed through the heat exchangers 22 and 25 merges is provided in the pipe on the upstream side of the heater 12. At the junction P 1 , the dilute diluted draw solution joins. That is, each of the heat exchangers 22 and 25 as the parallel heat exchanging means is configured to be able to exchange heat between the diluted draw solution and other solutions. A parallel heat exchange process is performed by the heat exchangers 22 and 25.

すなわち、第4の実施形態による水処理方法においては、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、熱交換器22,25の上流側における配管の分岐点P0において分岐される。分岐された一方の配管を流れる希釈ドロー溶液は、熱交換器22に供給されて高温の水リッチ溶液との間で熱交換されて昇温される。分岐点P0において分岐された他方の配管を流れる希釈ドロー溶液は、熱交換器25に供給されて、水リッチ溶液と同程度の温度の再生ドロー溶液との間で熱交換されて昇温される。換言すると、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液は、並列熱交換工程として、分岐点P0において分岐された後、熱交換器22,25に並列に通過されて、それぞれ水リッチ溶液および再生ドロー溶液と熱交換される。これにより、再生ドロー溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量、および水リッチ溶液によって昇温させる希釈ドロー溶液の流量を、第2,第3の実施形態に比して低減でき、昇温させる温度幅を拡大できる。 That is, in the water treatment method according to the fourth embodiment, the diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 is branched at the branch point P 0 of the piping upstream of the heat exchangers 22 and 25. The diluted draw solution flowing through one of the branched pipes is supplied to the heat exchanger 22 and heat-exchanged with the high-temperature water-rich solution to raise the temperature. The diluted draw solution flowing through the other pipe branched at the branch point P 0 is supplied to the heat exchanger 25, and is heat-exchanged with the regenerated draw solution having the same temperature as that of the water-rich solution to be heated. The In other words, the diluted draw solution that has flowed out of the membrane module 11 is branched at the branch point P 0 as a parallel heat exchange process, and then is passed in parallel to the heat exchangers 22 and 25 to respectively produce a water-rich solution and a regeneration draw. Heat exchange with solution. Accordingly, the flow rate of the diluted draw solution that is heated by the regenerated draw solution and the flow rate of the diluted draw solution that is heated by the water-rich solution can be reduced as compared to the second and third embodiments, and the temperature that is raised. The width can be expanded.

熱交換器22,25を並列して通過した希釈ドロー溶液は、熱交換器22,25の下流側、かつ加熱器12の上流側における合流点P1において合流する。ここで、分岐点P0において分岐される、一方の希釈ドロー溶液と他方の希釈ドロー溶液との流量比率は、分岐点P0の近傍に設けられた調節弁(図示せず)によって調整される。具体的に、希釈ドロー溶液における分岐点P0での流量比率は、合流点P1において一方の希釈ドロー溶液の温度と他方の希釈ドロー溶液との温度が略等しくなるように、調整弁によって調整される。合流点P1において合流した希釈ドロー溶液は、加熱器12によって、曇点以上100℃以下の温度にまで加熱される。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。 The diluted draw solution that has passed through the heat exchangers 22 and 25 in parallel joins at a junction P 1 on the downstream side of the heat exchangers 22 and 25 and on the upstream side of the heater 12. Where it is branched at the branch point P 0, the flow rate ratio of one dilute draw solution and the other dilute draw solution is adjusted by the control valve provided in the vicinity of the branch point P 0 (not shown) . Specifically, the flow rate ratio at the branch point P 0 in the diluted draw solution is adjusted by the adjusting valve so that the temperature of one diluted draw solution and the temperature of the other diluted draw solution are substantially equal at the junction P 1 . Is done. The diluted draw solution merged at the merge point P 1 is heated by the heater 12 to a temperature not lower than the cloud point and not higher than 100 ° C. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(第4実施例)
次に、以上のように構成された水処理装置4の第4実施例について説明する。なお、第4実施例においては、水処理装置4を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the 4th Example of the water treatment apparatus 4 comprised as mentioned above is described. In the fourth embodiment, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using the water treatment device 4 will be described as an example.

第4実施例においては、水処理装置4に外部から25℃程度の温度の導入された海水を膜モジュール11に供給する。膜モジュール11によって濃縮された濃縮海水は、715L/hの流量で排出される。一方、熱交換器21において冷却水によって熱交換されて40℃の温度に降温された再生ドロー溶液は、1100L/hの流量で膜モジュール11に供給されて海水からの水の移動によって希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。すなわち、膜モジュール11において、385L/hの流量で水の移動が行われる。膜モジュール11から流出される希釈ドロー溶液は、温度が35℃、流量が1485L/hである。熱交換器21においては、冷却機構15から900L/hの流量で供給される冷却水と、分離槽13から排出されて熱交換器25を通過した1100L/hの流量の再生ドロー溶液とが熱交換される。   In the fourth embodiment, seawater having a temperature of about 25 ° C. introduced into the water treatment device 4 from the outside is supplied to the membrane module 11. The concentrated seawater concentrated by the membrane module 11 is discharged at a flow rate of 715 L / h. On the other hand, the regenerated draw solution heat-exchanged by the cooling water in the heat exchanger 21 and lowered to a temperature of 40 ° C. is supplied to the membrane module 11 at a flow rate of 1100 L / h and diluted by the movement of water from seawater. It flows out as a diluted draw solution. That is, in the membrane module 11, water is moved at a flow rate of 385 L / h. The diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 has a temperature of 35 ° C. and a flow rate of 1485 L / h. In the heat exchanger 21, the cooling water supplied from the cooling mechanism 15 at a flow rate of 900 L / h and the regenerated draw solution at a flow rate of 1100 L / h discharged from the separation tank 13 and passed through the heat exchanger 25 are heated. Exchanged.

その後、希釈ドロー溶液は、分岐点P0において分岐される。一方の希釈ドロー溶液は、熱交換器22に供給されて88℃の温度の水リッチ溶液と熱交換され、35℃から75℃にまで昇温される。他方の希釈ドロー溶液は、熱交換器25に供給されて、水リッチ溶液と同程度の88℃の温度の再生ドロー溶液と熱交換され、35℃から75℃まで昇温される。加熱器12の上流側における希釈ドロー溶液の温度が、第1〜第3実施例に比して高温であるのは、次のような理由である。すなわち、希釈ドロー溶液は、途中で分岐されて並列に熱交換されていることから、熱交換器22,25の1台当たりの昇温する希釈ドローの流量が低減し、昇温できる温度幅が拡大するためである。並列に75℃まで昇温された希釈ドロー溶液は、合流点P1において合流した後、加熱器12に供給されてさらに加熱され、75℃から88℃の温度まで昇温される。 Thereafter, the diluted draw solution is branched at branch point P 0 . One diluted draw solution is supplied to the heat exchanger 22 to exchange heat with a water-rich solution having a temperature of 88 ° C., and the temperature is raised from 35 ° C. to 75 ° C. The other diluted draw solution is supplied to the heat exchanger 25 and is heat-exchanged with a regenerated draw solution having a temperature of about 88 ° C., which is about the same as the water-rich solution, and the temperature is raised from 35 ° C. to 75 ° C. The temperature of the diluted draw solution on the upstream side of the heater 12 is higher than that in the first to third embodiments for the following reason. That is, since the diluted draw solution is branched in the middle and heat-exchanged in parallel, the flow rate of the diluted draw that increases the temperature per unit of the heat exchangers 22 and 25 is reduced, and the temperature range in which the temperature can be increased is obtained. This is to enlarge. The diluted draw solutions heated in parallel to 75 ° C. are merged at the merge point P 1 , then supplied to the heater 12 and further heated to raise the temperature from 75 ° C. to 88 ° C.

その後、希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1100L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が385L/hである。再生ドロー溶液は、熱交換器25によって88℃から50℃以上88℃未満の所定温度に降温された後、熱交換器21によって40℃まで降温される。水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から45℃まで降温された後、最終処理ユニット14に供給される。   Thereafter, the diluted draw solution is supplied to the separation tank 13 and phase-separated into a regenerated draw solution and a water-rich solution. The regenerated draw solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 1100 L / h. The water-rich solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 385 L / h. The regenerated draw solution is lowered from 88 ° C. to a predetermined temperature of 50 ° C. or more and lower than 88 ° C. by the heat exchanger 25, and then lowered to 40 ° C. by the heat exchanger 21. The water rich solution is cooled from 88 ° C. to 45 ° C. by the heat exchanger 22 and then supplied to the final processing unit 14.

最終処理ユニット14においては、300L/hの流量で生成水が得られる。生成水と分離して得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部は、冷却機構15に供給される。分離処理排液の流出する流量は85L/hである。冷却機構15においては、冷却水が蒸発によって所定量だけ消費され、冷却水が過剰に存在した場合にはブローされる。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   In the final treatment unit 14, product water is obtained at a flow rate of 300 L / h. At least a part or all of the separation processing waste liquid obtained by separating from the generated water is supplied to the cooling mechanism 15. The flow rate at which the separation processing waste liquid flows out is 85 L / h. In the cooling mechanism 15, the cooling water is consumed by a predetermined amount by evaporation, and is blown when the cooling water is excessive. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

第4実施例においては、75℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を75℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第4実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−75℃)=)6.49×104kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、18.0kWであり、上述した比較例に比して(18.0/66.5=)約2/7倍程度、第1実施例に比して(18.0/54.6=)約1/3倍程度、第2実施例に比して(18.0/23.2=)約3/4倍程度、第3実施例に比して(18.0/29.5=)約3/5倍程度になることが分かる。
In the fourth embodiment, a diluted draw solution having a temperature of 75 ° C. is heated to a temperature of 88 ° C. by the heater 12. The energy required to heat the diluted draw solution at a flow rate of 1485 L / h from 75 ° C. to 88 ° C. is as follows.
Fourth Example: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.-75 ° C.) =) 6.49 × 10 4 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 12 is 18.0 kW, which is about 2/7 times (18.0 / 66.5 =) that of the comparative example described above, compared with the first embodiment. (18.0 / 54.6 =) about 1/3 times as much as the second embodiment (18.0 / 23.2 =) about 3/4 times as much as the third embodiment. (18.0 / 29.5 =) is about 3/5 times.

第4の実施形態によれば、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて熱交換器21において熱交換を行うとともに、熱交換器22によって水リッチ溶液と希釈ドロー溶液との熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を分岐させて、熱交換器25において再生ドロー溶液と熱交換させるとともに、熱交換器22において水リッチ溶液と熱交換させて、並列して昇温させている。これにより、加熱器12の上流側において、希釈ドロー溶液を第2,第3の実施形態に比してより一層高温にできるので、加熱器12によって希釈ドロー溶液を加熱する際に昇温させる温度幅を、第2,第3の実施形態に比してさらに小さくできる。したがって、加熱器12による加熱に必要なエネルギーをさらに低減でき、水処理装置4において、加熱に消費するエネルギーをさらに低減できる。   According to the fourth embodiment, heat exchange is performed in the heat exchanger 21 using the coolant cooled by the cooling mechanism 15, and heat exchange between the water-rich solution and the diluted draw solution is performed by the heat exchanger 22. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, the dilute draw solution flowing out from the membrane module 11 is branched and heat-exchanged with the regenerated draw solution in the heat exchanger 25 and heat-exchanged with the water-rich solution in the heat exchanger 22 to raise the temperature in parallel. ing. Accordingly, since the diluted draw solution can be further heated at the upstream side of the heater 12 as compared with the second and third embodiments, the temperature to be raised when the diluted draw solution is heated by the heater 12. The width can be further reduced as compared with the second and third embodiments. Therefore, the energy required for heating by the heater 12 can be further reduced, and the energy consumed for heating in the water treatment device 4 can be further reduced.

(第5の実施形態)
(水処理装置および水処理方法)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図6は、第5の実施形態による水処理装置5を示す。図6に示すように、水処理装置5は、第4の実施形態と同様に、内部に半透膜11aが設けられた膜モジュール11、加熱器12、分離槽13、最終処理ユニット14、冷却機構15、および熱交換器21,22,25,26を備える。
(Fifth embodiment)
(Water treatment apparatus and water treatment method)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a water treatment device 5 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 6, the water treatment device 5 includes a membrane module 11 having a semipermeable membrane 11 a provided therein, a heater 12, a separation tank 13, a final treatment unit 14, a cooling device, as in the fourth embodiment. A mechanism 15 and heat exchangers 21, 22, 25, and 26 are provided.

水処理装置5においては、第4の実施形態と異なり、水リッチ溶液の流れ方向に沿った熱交換器22の下流側で最終処理ユニット14の上流側に、最終処理前熱交換手段としての熱交換器26が設けられている。熱交換器26は、冷却機構15から供給される冷却液と、熱交換器22を通過した水リッチ溶液との間で熱交換して、水リッチ溶液を最終処理ユニット14に供給する。熱交換器26によって、最終処理前熱交換工程が行われる。すなわち、第5の実施形態による水処理方法においては、分離槽13から流出した88℃程度の水リッチ溶液を、熱交換器22において、30℃以上50℃以下の例えば45℃に降温する。その後、最終処理前熱交換工程として、水リッチ溶液を、熱交換器26によって、30℃以上45℃以下の例えば35℃に降温した後、最終処理ユニット14に供給する。その他の構成は、第4の実施形態と同様である。   In the water treatment device 5, unlike the fourth embodiment, heat as heat exchange means before final treatment is provided downstream of the heat exchanger 22 along the flow direction of the water-rich solution and upstream of the final treatment unit 14. An exchanger 26 is provided. The heat exchanger 26 exchanges heat between the coolant supplied from the cooling mechanism 15 and the water-rich solution that has passed through the heat exchanger 22, and supplies the water-rich solution to the final processing unit 14. The heat exchanger 26 performs a heat exchange process before final processing. That is, in the water treatment method according to the fifth embodiment, the water-rich solution at about 88 ° C. flowing out from the separation tank 13 is lowered to, for example, 45 ° C. between 30 ° C. and 50 ° C. in the heat exchanger 22. Thereafter, as a heat exchange step before final processing, the water-rich solution is cooled to 30 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, for example, 35 ° C. by the heat exchanger 26 and then supplied to the final processing unit 14. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.

(第5実施例)
次に、以上のように構成された水処理装置5の第5実施例について説明する。なお、第5実施例においては、水処理装置5を用いて、1時間当たり1100L(1100L/h)の海水から300L(300L/h)の淡水を生成する場合を例に説明する。
(5th Example)
Next, a description will be given of a fifth embodiment of the water treatment device 5 configured as described above. In the fifth embodiment, a case where 300 L (300 L / h) of fresh water is generated from 1100 L (1100 L / h) of seawater per hour using the water treatment device 5 will be described as an example.

第5実施例においては、水処理装置5に外部から25℃程度の温度の導入された海水を膜モジュール11に供給する。膜モジュール11によって濃縮された濃縮海水は、715L/hの流量で排出される。一方、熱交換器21において冷却水によって熱交換されて40℃の温度に降温された再生ドロー溶液は、1100L/hの流量で膜モジュール11に供給されて海水からの水の移動によって希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。すなわち、膜モジュール11において、385L/hの流量で水の移動が行われる。膜モジュール11から流出する希釈ドロー溶液は、温度が35℃、流量が1485L/hである。熱交換器21においては、冷却機構15から500L/hの流量で供給される冷却水と、分離槽13から流出されて熱交換器25を通過した1100L/hの流量の再生ドロー溶液とが熱交換される。   In the fifth embodiment, seawater having a temperature of about 25 ° C. introduced from the outside to the water treatment device 5 is supplied to the membrane module 11. The concentrated seawater concentrated by the membrane module 11 is discharged at a flow rate of 715 L / h. On the other hand, the regenerated draw solution heat-exchanged by the cooling water in the heat exchanger 21 and lowered to a temperature of 40 ° C. is supplied to the membrane module 11 at a flow rate of 1100 L / h and diluted by the movement of water from seawater. It flows out as a diluted draw solution. That is, in the membrane module 11, water is moved at a flow rate of 385 L / h. The diluted draw solution flowing out from the membrane module 11 has a temperature of 35 ° C. and a flow rate of 1485 L / h. In the heat exchanger 21, the cooling water supplied from the cooling mechanism 15 at a flow rate of 500 L / h and the regenerated draw solution having a flow rate of 1100 L / h that has flowed out of the separation tank 13 and passed through the heat exchanger 25 are heated. Exchanged.

その後、希釈ドロー溶液は、分岐点P0において分岐される。一方の希釈ドロー溶液は、熱交換器22に供給されて88℃の温度の水リッチ溶液と熱交換され、35℃から75℃にまで昇温される。他方の希釈ドロー溶液は、熱交換器25に供給されて、水リッチ溶液と同程度の88℃の温度の再生ドロー溶液と熱交換され、35℃から75℃まで昇温される。並列して75℃まで昇温された希釈ドロー溶液は、合流点P1において合流した後、加熱器12に供給されてさらに加熱され、75℃から88℃の温度まで昇温される。 Thereafter, the diluted draw solution is branched at branch point P 0 . One diluted draw solution is supplied to the heat exchanger 22 to exchange heat with a water-rich solution having a temperature of 88 ° C., and the temperature is raised from 35 ° C. to 75 ° C. The other diluted draw solution is supplied to the heat exchanger 25 and is heat-exchanged with a regenerated draw solution having a temperature of about 88 ° C., which is about the same as the water-rich solution, and the temperature is raised from 35 ° C. to 75 ° C. The diluted draw solutions heated in parallel to 75 ° C. are merged at the junction P 1 , then supplied to the heater 12 and further heated, and the temperature is raised from 75 ° C. to 88 ° C.

その後、希釈ドロー溶液は、分離槽13に供給されて再生ドロー溶液と水リッチ溶液とに相分離される。再生ドロー溶液は、温度が88℃、流量が1100L/hである。水リッチ溶液は、温度が88℃、流量が385L/hである。再生ドロー溶液は、熱交換器25によって88℃から50℃以上88℃未満の所定温度に降温された後、熱交換器21によって40℃まで降温される。一方、水リッチ溶液は、熱交換器22によって88℃から45℃まで降温された後、熱交換器26によって35℃まで降温される。熱交換器26においては、冷却機構15から400L/hの流量で冷却水が供給され、水リッチ溶液と熱交換される。降温された水リッチ溶液は、最終処理ユニット14に供給される。   Thereafter, the diluted draw solution is supplied to the separation tank 13 and phase-separated into a regenerated draw solution and a water-rich solution. The regenerated draw solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 1100 L / h. The water-rich solution has a temperature of 88 ° C. and a flow rate of 385 L / h. The regenerated draw solution is lowered from 88 ° C. to a predetermined temperature of 50 ° C. or more and lower than 88 ° C. by the heat exchanger 25, and then lowered to 40 ° C. by the heat exchanger 21. On the other hand, the water-rich solution is lowered from 88 ° C. to 45 ° C. by the heat exchanger 22 and then lowered to 35 ° C. by the heat exchanger 26. In the heat exchanger 26, cooling water is supplied from the cooling mechanism 15 at a flow rate of 400 L / h, and heat exchange with the water-rich solution is performed. The cooled water-rich solution is supplied to the final processing unit 14.

ここで、冷却機構15から熱交換器21,26のそれぞれに対する冷却水の分配は、それぞれの熱交換器21,26に供給される流量の調整によって行われる。すなわち、冷却機構15の流出側で熱交換器21,26との間に、所定の制御部によって制御可能な調節弁(いずれも図示せず)を設ける。制御部によって調節弁の開度を制御することにより、熱交換器21,26に対する冷却水の流量を任意に制御する。熱交換器21,26への分配率としては、2つの熱交換器21,26においてそれぞれ、再生ドロー溶液や水リッチ溶液を所定温度に冷却するための必要流量から算出される。この第5実施例においては、冷却機構15からそれぞれの熱交換器21,26に供給される冷却水の合計流量を900L/hとしているが、冷却水の合計流量、さらには熱交換器21,26に流入する際の入口温度は可変であり、熱交換器21から流出する再生ドロー溶液、および熱交換器26から流出する水リッチ溶液の出口温度が、所定温度で一定に維持するように制御される。   Here, the distribution of the cooling water from the cooling mechanism 15 to each of the heat exchangers 21 and 26 is performed by adjusting the flow rate supplied to each of the heat exchangers 21 and 26. That is, an adjustment valve (none of which is shown) that can be controlled by a predetermined control unit is provided between the heat exchangers 21 and 26 on the outflow side of the cooling mechanism 15. The flow rate of the cooling water with respect to the heat exchangers 21 and 26 is arbitrarily controlled by controlling the opening degree of the control valve by the control unit. The distribution ratio to the heat exchangers 21 and 26 is calculated from a necessary flow rate for cooling the regenerated draw solution and the water-rich solution to a predetermined temperature in the two heat exchangers 21 and 26, respectively. In the fifth embodiment, the total flow rate of the cooling water supplied from the cooling mechanism 15 to the respective heat exchangers 21 and 26 is set to 900 L / h. The inlet temperature at the time of flowing into the heat exchanger 26 is variable, and the regeneration draw solution flowing out from the heat exchanger 21 and the outlet temperature of the water-rich solution flowing out from the heat exchanger 26 are controlled to be kept constant at a predetermined temperature. Is done.

最終処理ユニット14においては、300L/hの流量で生成水が得られる。生成水と分離して得られた分離処理排液の少なくとも一部または全部は、冷却機構15に供給される。分離処理排液の流出する流量は85L/hである。冷却機構15においては、冷却水が蒸発によって所定量だけ消費され、冷却水が過剰に存在した場合にはブローされる。以上により、1100L/hの流量の海水から、300L/hの流量の生成水が得られる。   In the final treatment unit 14, product water is obtained at a flow rate of 300 L / h. At least a part or all of the separation processing waste liquid obtained by separating from the generated water is supplied to the cooling mechanism 15. The flow rate at which the separation processing waste liquid flows out is 85 L / h. In the cooling mechanism 15, the cooling water is consumed by a predetermined amount by evaporation, and is blown when the cooling water is excessive. As described above, generated water having a flow rate of 300 L / h is obtained from seawater having a flow rate of 1100 L / h.

第5実施例においては、75℃の温度の希釈ドロー溶液を加熱器12によって88℃の温度まで加熱している。1485L/hの流量の希釈ドロー溶液を75℃から88℃まで加熱するために必要なエネルギーは、以下の通りである。
第5実施例:(3.2kJ/kg・K×1.05kg/L×1485L/h×(88℃−75℃)=)6.49×104kJ/h
この場合、加熱器12に必要な投入エネルギーは、18.0kWであり、上述した比較例に比して(18.0/66.5=)約2/7倍程度、第1実施例に比して(18.0/54.6=)約1/3倍程度、第2実施例に比して(18.0/23.2=)約3/4倍程度、第3実施例に比して(18.0/29.5=)約3/5倍程度になることが分かる。
In the fifth embodiment, a diluted draw solution having a temperature of 75 ° C. is heated by the heater 12 to a temperature of 88 ° C. The energy required to heat the diluted draw solution at a flow rate of 1485 L / h from 75 ° C. to 88 ° C. is as follows.
Example 5: (3.2 kJ / kg · K × 1.05 kg / L × 1485 L / h × (88 ° C.-75 ° C.) =) 6.49 × 10 4 kJ / h
In this case, the input energy required for the heater 12 is 18.0 kW, which is about 2/7 times (18.0 / 66.5 =) that of the comparative example described above, compared with the first embodiment. (18.0 / 54.6 =) about 1/3 times as much as the second embodiment (18.0 / 23.2 =) about 3/4 times as much as the third embodiment. (18.0 / 29.5 =) is about 3/5 times.

第5の実施形態によれば、冷却機構15によって冷却された冷却液を用いて熱交換器21において熱交換を行うとともに、熱交換器22によって水リッチ溶液と希釈ドロー溶液との熱交換を行っていることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、膜モジュール11から流出した希釈ドロー溶液を分岐させて、熱交換器25において再生ドロー溶液と熱交換させるとともに、熱交換器22において水リッチ溶液と熱交換させて、並列して昇温させていることにより、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、最終処理ユニット14に供給する水リッチ溶液の温度を低下させていることにより、最終処理ユニット14として膜ろ過装置を用いた場合、ろ過膜の耐久年数は、第4の実施形態において約1年であるのに対し、第5の実施形態において約3年となり、膜ろ過装置の長寿命化が可能になる。   According to the fifth embodiment, heat exchange is performed in the heat exchanger 21 using the coolant cooled by the cooling mechanism 15, and heat exchange between the water-rich solution and the diluted draw solution is performed by the heat exchanger 22. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, the dilute draw solution flowing out from the membrane module 11 is branched and heat-exchanged with the regenerated draw solution in the heat exchanger 25 and heat-exchanged with the water-rich solution in the heat exchanger 22 to raise the temperature in parallel. As a result, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, when the temperature of the water-rich solution supplied to the final treatment unit 14 is lowered, when a membrane filtration device is used as the final treatment unit 14, the durability of the filtration membrane is about 1 in the fourth embodiment. In contrast to the year, it is about 3 years in the fifth embodiment, and the life of the membrane filtration device can be extended.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値や構成要素はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値や構成要素を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible. For example, the numerical values and components listed in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values and components may be used as necessary, and form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. The present invention is not limited by the description and drawings.

例えば、上述した第2の実施形態と第3の実施形態とをともに実施することも可能である。すなわち、熱交換器23の下流側または上流側に、再生ドロー溶液と希釈ドロー溶液との間において熱交換を行う熱交換器24を設けて、前段熱交換工程と後段熱交換工程とをともに実行しても良い。   For example, it is possible to implement both the second embodiment and the third embodiment described above. That is, a heat exchanger 24 that performs heat exchange between the regenerated draw solution and the diluted draw solution is provided on the downstream side or the upstream side of the heat exchanger 23 to perform both the pre-stage heat exchange process and the post-stage heat exchange process. You may do it.

例えば、上述した第1〜第5の実施形態においては、膜モジュール11において移動させる水の流量を385L/hとし、最終的に得られる生成水の流量を300L/hとして、回収率を78%としているが、必ずしもこの回収率に限定されるものではなく、任意に設定することが可能である。   For example, in the first to fifth embodiments described above, the flow rate of water moved in the membrane module 11 is 385 L / h, the flow rate of the finally obtained product water is 300 L / h, and the recovery rate is 78%. However, it is not necessarily limited to this recovery rate, and can be set arbitrarily.

例えば、上述した第5の実施形態における最終処理前熱交換手段としての熱交換器26を、第1〜第3の実施形態による水処理装置1,2,3に適用することも可能である。   For example, the heat exchanger 26 as the heat exchange means before final treatment in the fifth embodiment described above can be applied to the water treatment apparatuses 1, 2, and 3 according to the first to third embodiments.

1,2,3,4,5 水処理装置
11 膜モジュール
11a 半透膜
12 加熱器
13 分離槽
14 最終処理ユニット
15 冷却機構
21,22,23,24,25,26 熱交換器
1, 2, 3, 4, 5 Water treatment device 11 Membrane module 11a Semipermeable membrane 12 Heater 13 Separation tank 14 Final treatment unit 15 Cooling mechanism 21, 22, 23, 24, 25, 26 Heat exchanger

Claims (24)

溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透手段と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低い前記ドロー溶液とに分離する水分離手段と、
液体を冷却して冷却液として流出する冷却手段と、
前記冷却手段から流出した前記冷却液と前記水分離手段から流出したドロー溶液との間で熱交換を行う流入側熱交換手段と、
前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液と前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換手段と、を備える
ことを特徴とする水処理装置。
Concentrated by concentrating the aqueous solution as it flows out from the aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point and moving the water through a semipermeable membrane to dilute the draw solution. Forward osmosis means for discharging as an aqueous solution,
Heating means for heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point;
Water separation means for separating the diluted draw solution heated by the heating means into a water rich solution and the draw solution having a lower water content than the water rich solution;
Cooling means for cooling the liquid and flowing out as a cooling liquid;
Inflow side heat exchange means for exchanging heat between the cooling liquid flowing out from the cooling means and the draw solution flowing out from the water separation means,
An outflow side heat exchanging means for exchanging heat between the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means and the water rich solution flowing out from the water separation means.
前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to claim 1, further comprising a separation treatment unit that obtains generated water from the water-rich solution. 前記水リッチ溶液の流れ方向に沿って、前記流出側熱交換手段の下流側かつ前記分離処理手段の上流側に、前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液と、前記冷却手段から流出した前記冷却液との間で熱交換する、最終処理前熱交換手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の水処理装置。   Along the flow direction of the water-rich solution, on the downstream side of the outflow side heat exchange means and the upstream side of the separation processing means, the water-rich solution that has flowed out of the water separation means, and the flowout of the cooling means The water treatment device according to claim 2, further comprising heat exchange means before final treatment for exchanging heat with the cooling liquid. 前記分離処理手段が、前記生成水と分離させた分離処理排液を前記冷却手段に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の水処理装置。   4. The water treatment apparatus according to claim 2, wherein the separation processing unit is configured to be able to supply a separation processing waste liquid separated from the generated water to the cooling unit. 5. 前記分離処理手段が、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the separation treatment means is made of coalescer, activated carbon, ultrafiltration membrane, nanofiltration membrane, or reverse osmosis membrane. 前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の水処理装置。   The post-stage heat exchange means for performing heat exchange between the draw solution flowing out from the water separation means and the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means is further provided. The water treatment apparatus according to item. 前記希釈ドロー溶液の流れ方向に沿った前記流出側熱交換手段の上流側において、前記水分離手段から流出したドロー溶液と前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の水処理装置。   Heat exchange is performed between the draw solution flowing out from the water separation means and the diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means on the upstream side of the outflow side heat exchange means along the flow direction of the diluted draw solution. The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a front-stage heat exchange means. 前記冷却手段と前記流入側熱交換手段との間において、前記冷却液を循環可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling liquid is configured to be circulated between the cooling means and the inflow side heat exchange means. 前記正浸透手段から流出した前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換器が並列して構成された並列熱交換手段によってそれぞれ熱交換可能に構成され、分岐されて前記並列熱交換手段によって熱交換された前記希釈ドロー溶液を、前記加熱手段の上流側において合流させるように構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の水処理装置。   The diluted draw solution flowing out from the forward osmosis means is branched, and at least two heat exchangers are configured to be able to exchange heat by parallel heat exchange means configured in parallel, respectively, and the parallel heat exchange means are branched. The water treatment device according to any one of claims 1 to 8, wherein the diluted draw solution heat-exchanged by the water is combined on the upstream side of the heating unit. 前記並列熱交換手段において、前記希釈ドロー溶液が分岐された一方の希釈ドロー溶液が前記水分離手段から流出した前記水リッチ溶液と熱交換されるとともに、前記希釈ドロー溶液が分岐された他方の希釈ドロー溶液が前記水分離手段から流出したドロー溶液と熱交換されるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の水処理装置。   In the parallel heat exchanging means, one diluted draw solution branched from the diluted draw solution is heat exchanged with the water rich solution flowing out from the water separating means, and the other diluted diluted dilute solution is branched. The water treatment device according to claim 9, wherein the draw solution is configured to exchange heat with the draw solution flowing out from the water separation unit. 前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point. 前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage. 溶媒として水を含む含水溶液から曇点を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させて前記ドロー溶液を希釈させた希釈ドロー溶液として流出するとともに、前記含水溶液を濃縮させた濃縮含水溶液として排出する正浸透工程と、
前記希釈ドロー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記希釈ドロー溶液を、水リッチ溶液と前記水リッチ溶液より含水率が低いドロー溶液とに分離する水分離工程と、
液体を冷却して冷却液を生成する冷却液生成工程と、
前記冷却液生成工程によって得られた前記冷却液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う流入側熱交換工程と、
前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液との間で熱交換を行う流出側熱交換工程と、を含む
ことを特徴とする水処理方法。
Concentrated by concentrating the aqueous solution as it flows out from the aqueous solution containing water as a solvent to a draw solution having a cloud point and moving the water through a semipermeable membrane to dilute the draw solution. Forward osmosis process to discharge as aqueous solution,
Heating the diluted draw solution to a temperature above the cloud point;
A water separation step of separating the diluted draw solution heated in the heating step into a water-rich solution and a draw solution having a lower water content than the water-rich solution;
A cooling liquid generating step of cooling the liquid to generate a cooling liquid;
An inflow side heat exchange step for exchanging heat between the cooling liquid obtained by the cooling liquid generation step and the draw solution obtained by the water separation step;
An outflow side heat exchange step of performing heat exchange between the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the water rich solution obtained by the water separation step. .
前記水リッチ溶液から生成水を得る分離処理工程をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 13, further comprising a separation treatment step of obtaining product water from the water-rich solution. 前記分離処理工程の前に、前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液と、前記冷却液生成工程によって得られた前記冷却液との間で熱交換する、最終処理前熱交換工程をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の水処理方法。   Prior to the separation treatment step, a heat exchange step before final treatment is further performed to exchange heat between the water-rich solution obtained by the water separation step and the cooling liquid obtained by the cooling liquid generation step. The water treatment method according to claim 14, further comprising: 前記分離処理工程によって前記生成水と分離された分離処理排液を、前記冷却液生成工程に用いることを特徴とする請求項14または15に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 14 or 15, wherein the separation treatment waste liquid separated from the generated water in the separation treatment step is used in the cooling liquid production step. 前記分離処理工程を、コアレッサー、活性炭、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 14 to 16, wherein the separation treatment step is performed using a coalescer, activated carbon, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, or a reverse osmosis membrane. 前記流出側熱交換工程の前に、前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液と前記水分離工程によって得られたドロー溶液との間で熱交換を行う前段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする請求項13〜17のいずれか1項に記載の水処理方法。   Before the outflow side heat exchange step, further comprising a pre-stage heat exchange step of performing heat exchange between the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and the draw solution obtained by the water separation step. The water treatment method according to claim 13, wherein the water treatment method is any one of claims 13 to 17. 前記水分離工程によって得られたドロー溶液と前記流出側熱交換工程において熱交換された前記希釈ドロー溶液との間で熱交換を行う後段熱交換工程をさらに含むことを特徴とする請求項13〜18のいずれか1項に記載の水処理方法。   The post-stage heat exchange process which performs heat exchange between the draw solution obtained by the water separation process, and the diluted draw solution heat-exchanged in the outflow side heat exchange process is further included. The water treatment method according to any one of 18 above. 前記流入側熱交換工程において熱交換された後の前記冷却液を、前記冷却液生成工程において冷却することを特徴とする請求項13〜19のいずれか1項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 13 to 19, wherein the coolant after heat exchange in the inflow side heat exchange step is cooled in the coolant generation step. 前記正浸透工程によって得られた前記希釈ドロー溶液を分岐させて、少なくとも2つの熱交換器において並列して熱交換を行う並列熱交換工程をさらに含み、前記並列熱交換工程の後かつ前記加熱工程の前に、前記分岐された希釈ドロー溶液を合流させることを特徴とする請求項13〜20のいずれか1項に記載の水処理方法。   It further includes a parallel heat exchange step of branching the diluted draw solution obtained by the forward osmosis step and performing heat exchange in parallel in at least two heat exchangers, and after the parallel heat exchange step and the heating step 21. The water treatment method according to any one of claims 13 to 20, wherein the branched diluted draw solution is merged before the step. 前記並列熱交換工程において、前記希釈ドロー溶液が分岐された一方の希釈ドロー溶液を前記水分離工程によって得られた前記水リッチ溶液と熱交換するとともに、前記希釈ドロー溶液が分岐された他方の希釈ドロー溶液を前記水分離工程によって得られたドロー溶液と熱交換することを特徴とする請求項21に記載の水処理方法。   In the parallel heat exchange step, one diluted draw solution branched from the diluted draw solution is heat exchanged with the water-rich solution obtained by the water separation step, and the other diluted solution from which the diluted draw solution is branched. The water treatment method according to claim 21, wherein the draw solution is subjected to heat exchange with the draw solution obtained by the water separation step. 前記ドロー溶液は、少なくとも1つの曇点を有する温度感応性吸水剤を主体とする溶液であることを特徴とする請求項13〜22のいずれか1項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 13 to 22, wherein the draw solution is a solution mainly composed of a temperature-sensitive water-absorbing agent having at least one cloud point. 前記含水溶液は、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする請求項13〜23のいずれか1項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 13 to 23, wherein the aqueous solution is seawater, brine, brackish water, industrial wastewater, associated water, or sewage.
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