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技術 水処理システムおよび水処理システムに使用される作業媒体

出願人 株式会社東芝
発明者 井手智仁佐野健二鈴木昭子今田敏弘
出願日 2015年12月21日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2015-248561
公開日 2017年6月29日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-113657
状態 特許登録済
技術分野 半透膜を用いた分離
主要キーワード 圧力交換 脱水膜 FO膜 発電操作 作業媒体 脱塩システム 排熱ガス 濃縮作業
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

第1のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束透過膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コスト運転可することができる水処理システムを提供する。

解決手段

処理水を有する第1のチャンバと、浸透圧誘起する作業媒体を有する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する半透膜とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。

概要

背景

低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とを浸透膜で隔離すると、低い濃度の溶液の溶媒は浸透膜を透過して高い濃度の溶液側に移動する。この溶媒が移動する現象を利用することにより、海水淡水化などの脱塩を行う脱塩システムタービンを回して発電する浸透圧発電システムが知られている。また、水の移動過程を用いて食品汚泥濃縮する濃縮システムも知られている。このとき濃度の高い側に使用されるのが作業媒体ドロー溶液:Draw solution)で、これまで種々のものが提案されている。

ドロー溶液の溶質は、一般に食塩が用いられている。有機塩もドロー溶液の溶質として用いられており、T. S. Chungらの例がある。しかしながら、有機塩は食塩に劣る。

M. Hamdanらは、2種以上の溶質を混合したドロー溶液を提案している。複数の無機塩の混合物は、相乗効果観測されるが、無機塩とサッカロースの場合には逆効果で浸透膜を通過する流束が下がったという報告もある。

概要

第1のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束透過膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コスト運転可することができる水処理システムを提供する。処理水を有する第1のチャンバと、浸透圧誘起する作業媒体を有する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する半透膜とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。

目的

特表2010−509540号公報
国際公開第2005/017352号
米国特許出願公開第2010/0024423号明細書




M. Elimelech, W. A. Philip, “The future of seawater desalination: Energy, technology, and the environment,” Science, 333 (2011) 712-717.
R. L. McGinnis, J. R. McCutcheon, M. Elimelech "A novel ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power generation," Journal of Membrane Science 305 (2007) 13-19.
M. Hamdan, A.O. Sharif, G. Derwish, S. Al-Aibi, A. Altaee, "Draw solutions for ForwardOsmosis process: Osmotic pressure of binary and ternary aqueous solutions of magnesium chloride, sodium chloride, sucrose and maltose," J. Food Engineering, 155 (2015) 10-15.
.Achilli, T. Y. Cath, A. E. Childress, Selection of inorganic-based draw solutions for forward osmosis applications, J.Membr.Sci., 364 (2010) 233-241.
S. K. Yen, F. Mehnas Haja N., M. Su, K. Y. Wang, T.-S. Chung, “Study of draw solutes using 2-methylimidazole-based compoundsin forward osmosis,” Journal of Membrane Science 364 (2010) 242-252.






実施形態は、第1のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束で透過膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コストで運転することができる水処理システムおよび水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被処理水を収容する第1のチャンバと、浸透圧誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム

請求項2

被処理水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式1で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液である水処理システム。ここで、nは0〜6の整数である。

請求項3

水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜と、前記第2のチャンバに接続された圧力交換器と、前記圧力交換器に接続された回転体とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。

請求項4

水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜と、前記第2のチャンバに接続された圧力交換器と、前記圧力交換器に接続された回転体とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式2で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液である水処理システム。ここで、nは0〜6の整数である。

請求項5

前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体を含む水溶液である請求項1ないし4いずれか1項記載の水処理システム。

請求項6

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式3で表されるヒドロキシカルボン酸構造を有する請求項5記載の水処理システム。ここで、nは0〜6の整数である。

請求項7

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式4で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有する請求項5記載の水処理システム。

請求項8

単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式5で表される加水分解した構造または下記の式6で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含む請求項7記載の水処理システム。

請求項9

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式7で表される請求項5記載の水処理システム。ここで、R1、R2、R3はそれぞれ、水素OH基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。

請求項10

前記作業媒体は、請求項6もしくは7に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液、または請求項9に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体のアルカリ金属塩を含む水溶液である請求項1ないし4いずれか1項記載の水処理システム。

請求項11

水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体であって、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である作業媒体。

請求項12

水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体であって、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式8で表される多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液である作業媒体。 ここで、nは0〜6の整数である。

請求項13

前記側鎖にヒドロキシ基を有する酸は、側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体である請求項11または12記載の作業媒体。

請求項14

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式9で表されるヒドロキシカルボン酸構造を有する請求項13記載の作業媒体。ここで、nは0〜6の整数である。

請求項15

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式10で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有する請求項13記載の作業媒体。

請求項16

単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式11で表される加水分解した構造または下記の式12で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含む請求項15記載の作業媒体。

請求項17

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式13で表される請求項13記載の作業媒体。ここで、R1、R2、R3はそれぞれ、水素、OH基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。

請求項18

請求項14もしくは15に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液、または請求項17に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体のアルカリ金属塩を含む水溶液である請求項11または12記載の作業媒体。

技術分野

0001

本発明に係る実施形態は、水処理システムおよび水処理システムに使用される作業媒体に関する。

背景技術

0002

低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とを浸透膜で隔離すると、低い濃度の溶液の溶媒は浸透膜を透過して高い濃度の溶液側に移動する。この溶媒が移動する現象を利用することにより、海水淡水化などの脱塩を行う脱塩システムタービンを回して発電する浸透圧発電システムが知られている。また、水の移動過程を用いて食品汚泥濃縮する濃縮システムも知られている。このとき濃度の高い側に使用されるのが作業媒体(ドロー溶液:Draw solution)で、これまで種々のものが提案されている。

0003

ドロー溶液の溶質は、一般に食塩が用いられている。有機塩もドロー溶液の溶質として用いられており、T. S. Chungらの例がある。しかしながら、有機塩は食塩に劣る。

0004

M. Hamdanらは、2種以上の溶質を混合したドロー溶液を提案している。複数の無機塩の混合物は、相乗効果観測されるが、無機塩とサッカロースの場合には逆効果で浸透膜を通過する流束が下がったという報告もある。

0005

特表2010−509540号公報
国際公開第2005/017352号
米国特許出願公開第2010/0024423号明細書

先行技術

0006

M. Elimelech, W. A. Philip, “The future of seawater desalination: Energy, technology, and the environment,” Science, 333 (2011) 712-717.
R. L. McGinnis, J. R. McCutcheon, M. Elimelech "A novel ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power generation," Journal of Membrane Science 305 (2007) 13-19.
M. Hamdan, A.O. Sharif, G. Derwish, S. Al-Aibi, A. Altaee, "Draw solutions for ForwardOsmosis process: Osmotic pressure of binary and ternary aqueous solutions of magnesium chloride, sodium chloride, sucrose and maltose," J. Food Engineering, 155 (2015) 10-15.
.Achilli, T. Y. Cath, A. E. Childress, Selection of inorganic-based draw solutions for forward osmosis applications, J.Membr.Sci., 364 (2010) 233-241.
S. K. Yen, F. Mehnas Haja N., M. Su, K. Y. Wang, T.-S. Chung, “Study of draw solutes using 2-methylimidazole-based compoundsin forward osmosis,” Journal of Membrane Science 364 (2010) 242-252.

発明が解決しようとする課題

0007

実施形態は、第1のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束透過膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コスト運転することができる水処理システムおよび水処理システムに使用される、浸透圧誘起する作業媒体を提供する。

課題を解決するための手段

0008

1つの実施形態に係る水処理システムは、被処理水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜とを備える。作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である。

図面の簡単な説明

0009

第1の実施形態に係る脱塩システムを示す概略図。
第1の実施形態に係る濃縮システムを示す概略図。
第2の実施形態に係る循環型浸透圧発電システムを示す概略図。
シリンジ試験装置を示す図。
シリンジ試験装置を示す図。
例6〜例18の結果を示すグラフ
例19の結果を示すグラフ。

実施例

0010

以下、実施形態の水処理システムを説明する。

0011

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る水処理システムは、被処理水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを区画する浸透膜とを備える。このような水処理システムによれば、第1のチャンバ内の被処理水と第2のチャンバ内の作業媒体との間で生じる浸透圧差により第1のチャンバ内の被処理水中の水が浸透膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動する。第1の実施形態は、作業媒体が側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1のチャンバ内の被処理水中の水が浸透膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生させることができる。

0012

したがって、被処理水の脱塩、濃縮等の処理を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な水処理システムを提供できる。

0013

前記被処理水は、例えば塩水(海水等)、湖水河川水沼水生活排水産業廃水またはそれらの混合物を挙げることができる。被処理水が塩水の場合、塩水の塩濃度は例えば、0.05%〜4%であればよい。

0014

前記浸透膜は、例えば正浸透膜FO膜)であっても逆浸透膜RO膜)であってもよい。好ましい浸透膜は、FO膜である。

0015

浸透膜は、例えば酢酸セルロース膜ポリアミド膜などを用いることができる。浸透膜は、45〜250μmの厚さを有することが好ましい。

0016

前記浸透圧を誘起する作業媒体(ドロー溶液)は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である。中でも、作業媒体は側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体を含む水溶液であることが好ましい。

0017

作業媒体中の溶質である側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩の濃度は、使用されるべき被処理水中の溶質の濃度、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩の種類、特性に基づいて調節することが望ましい。通常、作業媒体中の溶質濃度は10〜70重量%、より好ましくは30〜70重量%、最も好ましくは50〜70重量%にすることが望ましい。ただし、粘度が上がってしまう場合など不都合が起こるときは濃度を下げる方向で調節する。濃度の上限に関してはその物質特有の溶解度に依存する。

0018

側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式1で表されるヒドロキシカルボン酸の構造を有することが好ましい。

0019

ここで、nは0〜6の整数である。

0020

式1で表されるヒドロキシカルボン酸の例は、グルコン酸乳酸グリコール酸グリセリン酸を含む。中でも、グルコン酸がより好ましい。

0021

側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式2で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有することが好ましい。

0022

単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式3で表される加水分解した構造(グルクロン酸)または下記の式4で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含むことを許容する。

0023

0024

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式5で表されることが好ましい。

0025

ここで、R1、R2、R3はそれぞれ、水素OH基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。

0026

前記式5で表されるカルボン酸等価体は、コスト等を考慮すると、R1が1,2−ジヒドロキシエチル基、R2が水素、R3がグルコシドであるアスコルビン酸グルコシド、R1が1,2−ジヒドロキシエチル基,R2,R3がいずれも水素であり,HO基がエチル化された3−O−エチルアスコルビン酸が好ましい。

0027

作業媒体は、前記式1で表されるヒドロキシカルボン酸、前記式2で表される単糖から誘導されるウロン酸、前記式2で表されるウロン酸が変化して前記式3で表される加水分解した構造または前記式2で表されるウロン酸が変化して前記式4で表されるラクトン化した構造からなる群からの側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩、または前記式5で表されるカルボン酸等価体のアルカリ金属塩であることが好ましい。アルカリ金属は、ナトリウムカリウムを挙げることができる。

0028

前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩の例は、グルコン酸ナトリウムグルコン酸カリウム、グルクロン酸ナトリウム、グルクロン酸カリウム、乳酸ナトリウム乳酸カリウムグルコール酸ナトリウム、グルコール酸カリウム、グリセリン酸ナトリウム、グリセリン酸カリウム、ウロン酸ナトリウム、ウロン酸カリウム、ウロン酸ナトリウムが変化した加水分解構造もしくはラクトン化構造、ウロン酸カリウムが変化した加水分解構造もしくはラクトン化構造を含む。

0029

カルボン酸等価体のアルカリ金属塩の例は、アスコルビン酸グルコシドナトリウム、アスコルビン酸グルコシドカリウムを含む。

0030

第1の実施形態において、作業媒体は前述した側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式6で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液を用いることができる。

0031

ここで、nは0〜6の整数である。

0032

式6のnが0、1または3のとき、当該化合物はそれぞれエチレングリコールグリセリンキシリトールであり、式6のnが4のとき、当該化合物はソルビトールおよびマンニトールである。式6のnが5のとき、当該化合物はペルセイトールおよびボレミトールである。式6のnが6のとき、当該化合物は例えば、D−エリトロ−D−ガラクトオクチトールである。

0033

前記2種以上の化合物の混合物の態様は、1)側鎖にヒドロキシ基を有する酸の2種以上の混合物、2)側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩の2種以上の混合物、3)前記式6で表わされる多価アルコールの2種以上の混合物、4)側鎖にヒドロキシ基を有する酸と側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩の2種以上の混合物、5)側鎖にヒドロキシ基を有する酸と前記式6で表わされる多価アルコールとの2種以上の混合物、6)側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩と前記式6で表わされる多価アルコールとの2種以上の混合物、が挙げられる。

0034

前記2種以上の化合物の混合物の混合割合は、任意であるが、前記1)〜3)の化合物が同一系列、前記4)〜6)の化合物が互いに異系列を問わず、2種の場合には第1の化合物を45〜55重量%、第2の化合物を45〜55重量%にし、3種の場合には第1の化合物を30〜36重量%、第2の化合物を30〜36重量%、第3の化合物を30〜36重量%にする、ことが好ましい。2種以上の化合物の混合物の最も好ましい混合割合は、2種の場合、重量比で1:1、3種の場合、重量比で1:1:1である。

0035

次に、第1の実施形態に係る水処理システムの1つの例である脱塩システムを図1に示す概略図を参照して説明する。

0036

脱塩システム100は、浸透圧発生器1と、希釈作業媒体タンク2と、逆浸透膜分離部3と、濃縮作業媒体タンク4とを備える。浸透圧発生器1、希釈作業媒体タンク2、逆浸透膜分離部3および濃縮作業媒体タンク4は、この順序で接続されてループを形成している。浸透圧を誘起する作業媒体(ドロー溶液)はこのループを循環する。すなわち、作業媒体は浸透圧発生器1、希釈作業媒体タンク2、逆浸透膜分離部3および濃縮作業媒体タンク4をこの順番で循環する。

0037

浸透圧発生器1は、例えば気密な第1の処理容器11を備えている。第1の処理容器11は、浸透膜(例えば正浸透膜:FO膜)12により例えば水平方向に区画され、左側に第1のチャンバ13が、右側に第2のチャンバ14がそれぞれ形成されている。塩水タンク15は、第1のチャンバ13が位置する第1の処理容器11の上部にパイプライン101aを通して接続されている。第1のポンプ16は、パイプライン101aに設けられている。濃縮された塩水を排出するためのパイプライン101bは、第1のチャンバ13が位置する第1の処理容器11の下部に接続されている。

0038

濃縮作業媒体タンク4は、第2のチャンバ14が位置する第1の処理容器11の上部にパイプライン101cを通して接続されている。第2のポンプ17は、パイプライン101cに設けられている。第2のチャンバ14が位置する第1の処理容器11の下部は、希釈作業媒体タンク2にパイプライン101dを通して接続されている。

0039

逆浸透膜分離部3は、例えば気密な第2の処理容器21を備えている。第2の処理容器21は、例えば逆浸透膜(RO膜)22により例えば水平方向に区画され、左側に第3のチャンバ23が、右側に第4のチャンバ24がそれぞれ形成されている。

0040

前記希釈作業媒体タンク2は、第3のチャンバ23が位置する第2の処理容器31の下部にパイプライン101eを通して接続されている。第3のポンプ25は、パイプライン101eに設けられている。第3のチャンバ23が位置する第2の処理容器21の上部は、濃縮作業媒体タンク4にパイプライン101fを通して接続されている。第4のチャンバ24が位置する第2の処理容器21の下部は、純水タンク26にパイプライン101gを通して接続されている。純水タンク26には、当該純水タンク26内の純水を外部に送出し回収するためのパイプライン101hが接続されている。開閉弁27は、パイプライン101hに設けられ、純水タンク26内の純水が一定量を超えると開かれる。

0041

次に、図1に示す脱塩システムによる脱塩操作を説明する。

0042

第1のポンプ16を駆動して塩水(例えば海水)を塩水タンク15から浸透圧発生器1の第1のチャンバ13内にパイプライン101aを通して供給する。海水の供給と前後して第2のポンプ17を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク4から浸透圧発生器1の第2のチャンバ14内にパイプライン101cを通して供給する。このとき、第2のチャンバ14に供給された濃縮作業媒体は、第1のチャンバ13に供給された海水の塩濃度に比べて高濃度である。このため、第1のチャンバ13内の海水と第2のチャンバ14内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、海水中の水が浸透膜12を透過して第2のチャンバ14内に移動する。第2のチャンバ14内の濃縮作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1のチャンバ13内の海水中の水が浸透膜12を透過して第2のチャンバ14内の濃縮作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第1のチャンバ13内の海水中の多くの水を第2のチャンバ14の濃縮作業媒体に移動でき、塩水から水(純水)を取り出す高効率の脱塩処理を実行できる。

0043

浸透圧発生器1において、海水中の水が第1のチャンバ13から第2のチャンバ14内の濃縮作業媒体に移動することにより、海水は濃縮海水として第1のチャンバ13からパイプライン101bを通して排出され、濃縮作業媒体は移動した水で希釈される。

0044

第2のチャンバ14の希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク2にパイプライン101dを通して送出され、貯留される。希釈作業媒体が希釈作業媒体タンク2内に所定の水位まで貯まると、第3のポンプ25を駆動してタンク2内の希釈作業媒体を逆浸透膜分離部3の第2の処理容器21の第3のチャンバ23にパイプライン101eを通して所望の圧力で供給する。所望の圧力で第3のチャンバ23に供給された希釈作業媒体中の水は、逆浸透膜(RO膜)22を強制的に透過して第4のチャンバ24に移動する。第3のチャンバ23内の希釈作業媒体は、水を第4のチャンバ24に移動することにより濃縮される。濃縮作業媒体は、第3のチャンバ23から濃縮作業媒体タンク4に送出される。濃縮作業媒体タンク4内の濃縮作業媒体は、第2のポンプ17を駆動することにより浸透圧発生器1の第2のチャンバ14内に供給され、前述したように塩水から水(純水)を取り出す脱塩処理に利用される。

0045

他方、第4のチャンバ24に移動した水(純水)は、パイプライン101gを通して純水タンク26に送出される。純水タンク26内の水が一定量を超えると、開閉弁27を開き、パイプライン101hを通して外部に送出して水を回収する。

0046

したがって、海水の脱塩処理(純水の回収)を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な脱塩システムを提供できる。

0047

なお、図1に示す脱塩システムにおいて、浸透圧発生器は第1の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第1、第2のチャンバを形成したが、第1の処理容器を浸透膜により上下に区画して第1、第2のチャンバを形成してもよい。

0048

図1に示す脱塩システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は逆浸透膜(RO膜)を備える逆浸透膜分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。

0049

次に、第1の実施形態に係る水処理システムの1つの例である濃縮システムを図2に示す概略図を参照して説明する。

0050

濃縮システム200は、浸透圧発生器31と、希釈作業媒体タンク32と、膜蒸留分離部33と、濃縮作業媒体タンク34とを備える。浸透圧発生器31、希釈作業媒体タンク32、膜蒸留分離部33および濃縮作業媒体タンク34は、この順序で接続されてループを形成している。作業媒体(ドロー溶液)はこのループを循環する。すなわち、作業媒体は浸透圧発生器31、希釈作業媒体タンク32、膜蒸留分離部33および濃縮作業媒体タンク34をこの順番で循環する。

0051

浸透圧発生器31は、例えば気密な第1の処理容器41を備えている。第1の処理容器41は、浸透膜42(例えば正浸透膜:FO膜)により例えば水平方向に区画され、左側に第1のチャンバ43が、右側に第2のチャンバ44がそれぞれ形成されている。被処理水、例えば産業廃水等の原液を収容した原液タンク45は、第1のチャンバ43が位置する第1の処理容器41の上部にパイプライン201aを通して接続されている。第1のポンプ46は、パイプライン201aに設けられている。第1のチャンバ43が位置する第1の処理容器41の下部には、当該第1のチャンバ43内の濃縮した原液を外部に排出するためのパイプライン201bが接続されている。

0052

濃縮作業媒体タンク34は、第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器41の上部にパイプライン201cを通して接続されている。第2のポンプ47は、パイプライン201cに設けられている。第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器11の下部は、希釈作業媒体タンク32にパイプライン201dを通して接続されている。

0053

膜蒸留分離部33は、例えば気密な第2の処理容器51を備えている。第2の処理容器51は、例えば多孔質ラテックス膜からなる脱水膜52により例えば水平方向に区画され、左側に第3のチャンバ53が、右側に第4のチャンバ54がそれぞれ形成されている。

0054

前記希釈作業媒体タンク32は、第3のチャンバ53が位置する第2の処理容器51の下部にパイプライン201eを通して接続されている。第1の開閉弁61、熱交換器62および第3のポンプ63は、パイプライン201eに作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。熱交換器62には、例えば排熱ガスのパイプライン201fが交差され、パイプライン201eを流れる作業媒体が排熱ガスと熱交換して当該作業媒体を加熱する。第3のチャンバ53が位置する第2の処理容器51の上部は、循環タンク64の上部にパイプライン201gを通して接続されている。循環タンク64は、第1の開閉弁61と熱交換器62の間に位置するパイプライン201eの部位にパイプライン201hを通して接続されている。第2の開閉弁65は、パイプライン201hに設けられている。

0055

このような構成により膜蒸留分離部33の第3のチャンバ53、循環タンク64およびこれらの部材を接続するパイプライン201e,201g,201hによるループが形成される。すなわち、後述する第3のチャンバ53で脱水処理され、循環タンク64に貯留された希釈作業媒体は第2の開閉弁65を開き、第3のポンプ63を駆動することにより、パイプライン201h、パイプライン201e、第3のチャンバ53およびパイプライン201gを循環する、希釈作業媒体循環系を形成している。なお、希釈作業媒体の循環において、第1の開閉弁61を閉じることにより希釈作業媒体循環系は希釈作業媒体タンク32と隔絶される。

0056

循環タンク64は、濃縮作業媒体タンク34にパイプライン201iを通して接続されている。第4のポンプ66は、パイプライン201iに設けられている。

0057

第1の純水タンク71は、第4のチャンバ54が位置する第2の処理容器51の上部にパイプライン201jを通して接続されている。第4のチャンバ54が位置する第2の処理容器51の下部は、第2の純水タンク72にパイプライン201kを通して接続されている。第3の開閉弁73は、パイプライン201kに設けられ、純水の非循環時に閉じて純水を第4のチャンバ54内に滞留する。第2の純水タンク72は、第1の純水タンク71にパイプライン201mを通して接続されている。第5のポンプ74は、パイプライン201mに設けられている。このような構成により第1の純水タンク71、膜蒸留分離部33の第4のチャンバ54、第2の純水タンク72およびこれらの部材を接続するパイプライン201j,201k,201mによるループが形成される。すなわち、第2の純水タンク72内の純水は第3の開閉弁73を開き、第5のポンプ74を駆動することにより、パイプライン201m、第1の純水タンク71、パイプライン201j、第4のチャンバ54およびパイプライン201kを循環する、純水循環冷却系を形成している。

0058

第2の純水タンク72には、当該第2の純水タンク72内の純水を外部に送出して回収するためのパイプライン201nが接続されている。第4の開閉弁75は、パイプライン201nに設けられている。第4の開閉弁75は、前述した純水の循環時に閉じられ、第2の純水タンク75内の純水が一定量を超えると開かれる。

0059

次に、図2に示す濃縮システムによる濃縮操作を説明する。

0060

第1のポンプ46を駆動して被処理水である原液(例えば産業廃水)を原液タンク45から浸透圧発生器31の第1のチャンバ43内にパイプライン201aを通して供給する。原液の供給と前後して第2のポンプ47を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク34から浸透圧発生器31の第2のチャンバ44内にパイプライン201cを通して供給する。第2のチャンバ44に供給された濃縮作業媒体は第1のチャンバ43に供給された原液の濃度に比べて高濃度である。このため、第1のチャンバ43内の原液と第2のチャンバ44内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、原液中の水が浸透膜42を透過して第2のチャンバ44内に移動する。このとき、第2のチャンバ44内の濃縮作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1のチャンバ43内の原液中の水が浸透膜32を透過して第2のチャンバ44内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第1のチャンバ43内の原液中の多くの水を第2のチャンバ44の作業媒体に移動でき、原液の濃縮処理が高効率でなされる。

0061

浸透圧発生器31において、原液中の水が第1のチャンバ43から第2のチャンバ44内の濃縮作業媒体に移動することにより、原液は濃縮原液として第1のチャンバ43からパイプライン201bを通して排出され、回収される。濃縮作業媒体は、移動した水により希釈される。

0062

第2のチャンバ44の希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク32にパイプライン201dを通して送出され、貯留される。希釈作業媒体が希釈作業媒体タンク32内に所定量まで貯留されると、パイプライン201eに設けた第1の開閉弁61を開き、パイプライン201hに設けた第2の開閉弁65を閉じ、第3のポンプ63を駆動する。これにより希釈作業媒体タンク32内の希釈作業媒体を膜蒸留分離部33の第2の処理容器51の第3のチャンバ53にパイプライン201eを通して供給する。希釈作業媒体が第3のチャンバ53に供給される間、パイプライン201eを流通する希釈作業媒体はパイプライン201fが交差する熱交換機62で当該パイプライン201fを流通する排熱ガスと熱交換されて加熱される。また、第2の純水タンク72内の純水を第3の開閉弁73を開き、第5のポンプ74を駆動することにより、純水をパイプライン201m、第1の純水タンク71、パイプライン201j、第4のチャンバ54およびパイプライン201kに循環させて、膜蒸留分離部33の多孔質ラテックス膜からなる脱水膜52を第4のチャンバ54側から純水で冷却する。すなわち、純水循環冷却系により第4のチャンバ54側の脱水膜52を冷却する。

0063

このように加熱した希釈作業媒体を通して膜蒸留分離部33の第3のチャンバ53にパイプライン201eを供給しながら、膜蒸留分離部33の脱水膜52を第4のチャンバ54内の循環する純水で冷却することによって、第3のチャンバ53内で希釈作業媒体中の水が蒸発し、その蒸気は多孔質ラテックス膜からなる脱水膜52を透過して第4のチャンバ54に移動し、循環する純水により冷却、凝縮してその中に取込まれる。すなわち、希釈作業媒体は第3のチャンバ53内で脱水処理される。第3のチャンバ53内の脱水処理された希釈作業媒体は、パイプライン201gを通して循環タンク64に送出され、貯留される。循環タンク64に貯留された希釈作業媒体は、前記脱水処理により、ある濃度まで濃縮される。

0064

しかしながら、この程度の濃縮では濃度が低く、前述した濃縮作業媒体として使用するには適切ではない。このため、脱水処理された希釈作業媒体が循環タンク64に一定量貯留された時点で、第2の開閉弁65を開き、当該タンク64内の脱水処理された希釈作業媒体をパイプライン201hに流出する。同時に、第1の開閉弁61を閉じ、循環タンク64、パイプライン201h、パイプライン201e、第3のチャンバ53およびパイプライン201gからなる希釈作業媒体循環系を希釈作業媒体タンク32と隔絶する。

0065

このような希釈作業媒体循環系および純水循環冷却系において、前述した第3のチャンバ53内での希釈作業媒体の水の蒸発、蒸気の脱水膜52の透過、第4のチャンバ54への移動、および第4のチャンバ54側での循環する純水による冷却、凝縮、をなす脱水処理を複数回繰り返すことによって、希釈作業媒体を濃縮作業媒体として使用し得る濃度にする。このような希釈作業媒体の循環、脱水処理後に第2の開閉弁65を閉じて、濃縮作業媒体を循環タンク64に貯留する。第4のチャンバ54に移動した水(純水)は、パイプライン201kを通して第2の純水タンク72に循環する純水と共に送出される。

0066

濃縮作業媒体として使用し得る濃度の濃縮作業媒体を循環タンク64に貯留した後は、第5のポンプ74の駆動を停止し、第4のチャンバ54への純水の循環を停止した後、第3の開閉弁73を閉じる。なお、第2の純水タンク72内の純水が一定量を超えると、第4の開閉弁75を開き、パイプライン201nを通して外部に送出して回収される。

0067

第4のポンプ64を駆動して循環タンク64内の濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク34にパイプライン201iを通して送出する。濃縮作業媒体タンク34内の濃縮作業媒体は、前述したように原液の濃縮処理に利用するために第2のポンプ47を駆動して浸透圧発生器31の第2のチャンバ44内に供給される。

0068

したがって、浸透圧発生器31において、第1のチャンバ43に原液を供給し、第2のチャンバ44に濃縮作業媒体を供給し、原液中の水を第1のチャンバ43から第2のチャンバ44内の濃縮作業媒体に移動させて、原液を濃縮して第1のチャンバ43からパイプライン201bを通して排出され、回収する。濃縮作業媒体は、移動した水により希釈され、その希釈作業媒体は希釈作業媒体タンク32に送出され、貯留される。

0069

浸透圧発生器31による原液の濃縮操作の間、希釈作業媒体タンク32に貯留された希釈作業媒体は膜蒸留分離部33の第3のチャンバ53を含む希釈作業媒体循環系および膜蒸留分離部33の第4のチャンバ54を含む純水循環冷却系により濃縮操作がなされ、濃縮作業媒体タンク34に送出され、第4のチャンバ54に移動した水(純水)は第2の純水タンク72から送出、回収される。すなわち、浸透圧発生器31による原液の濃縮操作および膜蒸留分離部33による希釈作業媒体の濃縮を連続的に実行できる。

0070

それ故、産業廃水等の原液(被処理水)の濃縮処理および水の回収を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な濃縮システムを提供できる。

0071

なお、図2に示す濃縮システムにおいて、浸透圧発生器は第1の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第1、第2のチャンバを形成したが、第1の処理容器を浸透膜により上下に区画して第1、第2のチャンバを形成してもよい。

0072

図2に示す濃縮システムにおいて、浸透圧発生器31の第1のチャンバ43内の濃縮された被処理水(例えば原液)をパイプライン201bを通して外部に送出、回収したが、より高濃度に濃縮された原液を得る場合には、パイプライン201bを原液タンク45に接続して原液タンク45、パイプライン201a、浸透圧発生器31の第1のチャンバ43およびパイプライン201bのループを作ってもよい。この場合、浸透圧発生器31における濃縮された原液と濃縮作業媒体の間の浸透圧差を考慮して原液の濃縮度合を決定することが望ましい。

0073

図2に示す濃縮システムにおいて、膜蒸留分離部の脱水膜は多孔質ラテックス膜に限らず、蒸気を透過する機能を有するものであれば如何なるものでもよい。

0074

図2に示す濃縮システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は脱水膜を備える膜蒸留分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。

0075

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る水処理システムは、水を収容する第1のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体(ドロー溶液)を収容する第2のチャンバと、第1のチャンバと第2のチャンバとを区画する浸透膜と、第2のチャンバに接続された圧力交換器と、圧力交換器に接続された回転体とを備える。このような水処理システムによれば、第1のチャンバ内の水と第2のチャンバ内の作業媒体との間で生じる浸透圧差により第1のチャンバ内の水が浸透膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動する。水が作業媒体に移動することに伴う水流により回転体を回して発電する。第2の実施形態は、作業媒体が側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1のチャンバ内の水が浸透膜を透過して第2のチャンバ内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生させることができる。その結果、水が移動された作業媒体は高い圧力を持つ水流になるため、回転体をより高い速度で回して発電することができる。

0076

したがって、回転体を効率的に回転して発電し得る、低コストにて運転可能な水処理システムを提供できる。

0077

前記浸透膜は、例えば正浸透膜(FO膜)であっても逆浸透膜(RO膜)であってもよい。好ましい浸透膜は、FO膜である。

0078

前記浸透膜は、例えば酢酸セルロース膜、ポリアミド膜などを用いることができる。浸透膜は、45〜250μmの厚さを有することが好ましい。

0079

前記浸透圧を誘起する作業媒体は、前記第1の実施形態で説明したのと同様なものを用いることができる。

0080

前記回転体は、例えばタービン、水車を用いることができる。

0081

次に、第2の実施形態に係る水処理システムの1つの例である循環型浸透圧発電システムを図3に示す概略図を参照して説明する。なお、図3において図2と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

0082

循環型浸透圧発電システム300は、浸透圧発生器31の第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器41の下部(作業媒体出口側)に接続したパイプライン201bにおいて、圧力交換機81およびタービン82が作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。また、第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器41の上部と濃縮作業媒体タンク34とを接続するパイプライン201cにおいて、第2のポンプ47より作業媒体の流れ方向の下流側のパイプライン201c部分が圧力交換機81を経由して第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器41の上部に接続されている。すなわち、浸透圧発生器31において水が第1のチャンバ43から浸透膜42を透過して第2のチャンバ44に移動したときに発生した流束を有する希釈作業媒体は、第2のチャンバ44が位置する第1の処理容器41の下部から圧力交換機81が設けられたパイプライン201bを通して流出される。この間、濃縮作業媒体タンク34から流出した濃縮作業媒体が流通するパイプライン201cは圧力交換機81を経由する。このため、当該濃縮作業媒体は、圧力交換機81で第2のチャンバ44から流出する希釈作業媒体と圧力交換され、希釈作業媒体は圧力を下げ、濃縮作業媒体は圧力を上昇する。

0083

なお、循環型浸透圧発電システム300において、原液タンク45内には水が収容される。

0084

次に、図3に示す循環型浸透圧発電システムによる発電操作を説明する。

0085

第1のポンプ46を駆動して水を原液タンク45から浸透圧発生器31の第1のチャンバ43内にパイプライン201aを通して供給する。水の供給と前後して第2のポンプ47を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク34から浸透圧発生器31の第2のチャンバ44内にパイプライン201cを通して供給する。第2のチャンバ44に供給された濃縮作業媒体は、第1のチャンバ43に供給された溶媒のみの水に対して十分に高濃度である。このため、第1のチャンバ43内の水と第2のチャンバ44内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、水が浸透膜42を透過して第2のチャンバ44内に移動する。このとき、第2のチャンバ44内の作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも2種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1のチャンバ43内の水が浸透膜32を透過して第2のチャンバ44内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第1のチャンバ43内の多くの水を第2のチャンバ44の濃縮作業媒体に移動でき、水により希釈された高い圧力を持つ希釈作業媒体が生成される。なお、第1のチャンバ43内の水はパイプライン201bを通して排出される。

0086

第2のチャンバ44の高い圧力を持つ希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク32にパイプライン201dを通して送出され、貯留される。圧力交換機81およびタービン82がパイプライン201dに作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。

0087

このため、前述したように圧力交換機81では濃縮作業媒体タンク34からパイプライン201cを通して流れる濃縮作業媒体と第2のチャンバ44から(タービン82を通って)パイプライン201dを通して流れる高い圧力を持つ希釈作業媒体との間で圧力交換がなされ、希釈作業媒体の圧力を下げ、濃縮作業媒体の圧力を上昇させる。圧力交換により適正な圧力を持つ希釈作業媒体はタービン82に流れ、それを効率的に回転させて発電する。また、圧力交換により適正な圧力を持つ濃縮作業媒体は第2のチャンバ44に供給される。

0088

希釈作業媒体タンク32に貯留された希釈作業媒体は、前述した図2に示す濃縮システムと同様に膜蒸留分離部33の第3のチャンバ53を含む希釈作業媒体循環系および膜蒸留分離部33の第4のチャンバ54を含む純水循環冷却系によって濃縮される。すなわち、第3のチャンバ53内で希釈作業媒体の水の蒸発、蒸気の脱水膜52の透過、第4のチャンバ54への移動、および第4のチャンバ54側での循環する純水による冷却、凝縮、をなす脱水処理を複数回繰り返すことによって、希釈作業媒体を濃縮作業媒体として使用し得る濃度の作業媒体(濃縮作業媒体)として循環タンク64に貯留し、当該濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク34に戻す。濃縮作業媒体タンク34内の濃縮作業媒体は、前述したようにタービン82を回転して発電するために第2のポンプ47を駆動して浸透圧発生器31の第2のチャンバ44内に供給される。

0089

従って、浸透圧発生器31によるタービン82の回転、発電操作および膜蒸留分離部33による希釈作業媒体の濃縮を連続的に実行できる。それ故、タービンを効率的に回転して発電し得る、低コストにて運転可能な循環型浸透圧発電システムを提供できる。

0090

なお、図3に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器は第1の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第1、第2のチャンバを形成したが、第1の処理容器を浸透膜により上下に区画して第1、第2のチャンバを形成してもよい。

0091

図3に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器31の第1のチャンバ43内の水をパイプライン201bを通して外部に送出したが、パイプライン201bを原液タンク45に接続して原液タンク45、パイプライン201a、浸透圧発生器31の第1のチャンバ43、パイプライン201bのループを作ってもよい。

0092

図3に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、膜蒸留分離部の脱水膜は多孔質ラテックス膜に限らず、蒸気を透過する機能を有するものであれば如何なるものでもよい。

0093

図3に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は脱水膜を備える膜蒸留分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。

0094

以下、実施例を図面を参照して説明する。

0095

(1)シリンジ試験装置
図4の(a)を参照しながら、シリンジ試験装置の作製について説明する。

0096

まず、一端に指掛け部211a,212aをそれぞれ有する1mLのプラスチックディスポーザブルシリンジ211および212を用意した。これらのシリンジ211および212の注射針のセットする側の先端をそれぞれ切り落とした(S1)。得られた2つの切断されたシリンジ211および212の指掛け部211a,212aを互いに向い合せて、空気が入り込まないように、その間に2枚のラバーシート213,215と1組の浸透膜214を挟み込んだ(S2)。挟み込みは、第1のシリンジ211、第1のラバーシート213、浸透膜214、第2のラバーシート215、第2のシリンジ212の順番で行った。その後、2つのクリップ(図示せず)で固定した(S3)。これによりシリンジ試験装置216を得た。

0097

浸透膜214としては、RO膜である日東電工ES20を使用した。第1および第2のラバーシート213および215は板状のラバーシートを使用した。図4の(b)に示すように、各ラバーシート213(215)には、直径5mmの円形穴213a(215a)がそれぞれ開口されている。

0098

(2)シリンジ試験
<例1>
前記(1)の手順に従って、シリンジ試験装置216を作製した。第1のシリンジ211には、作業媒体(ドロー溶液)として海水(3.5重量%濃度の食塩水)を収容し、第2のシリンジ212には真水を収容した(図4の(c)図示)。各液は、図4の(a)に示すS1の工程と32工程の間で、試験に使用する液体をシリンジ211および212の内部にそれぞれ収容した。

0099

次いで、図5に示すように2つのクリップ219で第1のシリンジ211、第1のラバーシート213、浸透膜214、第2のラバーシート215および第2のシリンジ212を固定した後、第1のシリンジ211を第2のシリンジ212の上方に位置するように縦置きにし、25℃、1気圧の条件下に静置した。その後、5分間、10分間、20分間、30分間、1時間、2時間、3時間、4時間および5時間の各時点でメモリを読み、第2のシリンジ212側から第1のシリンジ211側への水の移動を計測した。ここにおいて、シリンジ試験装置216に収容された液体は、シリンジ試験装置216の作製工程においても、また試験中においても外部に漏れなかった。

0100

下部の第2のシリンジ212に導入した真水が5分間後に上部の第1のシリンジ211に移動することに伴う真水の減少量を観測し、観測結果から透過流束を求めた。

0101

なお、図5においてL01は第1のシリンジ211の最初の液面、L11は第1のシリンジ211の試験後の液面、である。また、図5においてL02は第2のシリンジ212の最初の液面、L12は第2のシリンジ212の試験後の液面である。

0102

<例2〜例5>
作業媒体としてグルコン酸ナトリウムの飽和水溶液、グルクロン酸ナトリウムの飽和水溶液、アスコルビン酸ナトリウムの飽和水溶液および70重量%濃度の酢酸イミダゾリウム水溶液をそれぞれ用いた以外、例1と同様な方法で透過流束を求めた。

0103

例1〜例5の結果を下記表1に示す。

0104

前記表1から明らかなように側鎖に複数のヒドロキシ基を有するカルボン酸塩であるグルコン酸ナトリウム、グルクロン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウムを含む水溶液からなる例2〜例4の作業媒体は、例1の海水の3倍程度の透過流束が得られる。これに対し、側鎖に複数のヒドロキシ基を有さない有機酸塩を含む水溶液からなる例5の水溶液は海水よりも透過流束が劣る。

0105

<例6〜18>
例1と同様に第1のシリンジ211に下記表2に示す作業媒体を収容し、第2のシリンジ212に真水を収容した(図4の(c)図示)。

0106

図5に示すように第1のシリンジ211を第2のシリンジ212の上方に位置するように縦置きにし、25℃、1気圧の条件下に静置した。下部の第2のシリンジ212に導入した真水が上昇することを観測した。下部の第2のシリンジ212に導入した真水の5分間後の上昇高さを透過流束として求めた。その結果を図6に示す。

0107

図6から明らかなようにグルコン酸ナトリウム(C)を単独で含む例8の作業媒体、グルクロン酸ナトリウム(D)を単独で含む例9の作業媒体、およびアスコルビン酸ナトリウム(E)を単独で含む例10の作業媒体は、それぞれグリセロール(A)を単独で含む例6の作業媒体、キシリトール(B)を単独で含む例7の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。

0108

また、C+Dの混合物を含む例11の作業媒体、D+Eの混合物を含む例13の作業媒体、B+Cの混合物を含む例14の作業媒体、B+Eの混合物を含む例15の作業媒体およびA+Bの混合物を含む例16の作業媒体は、それら成分を単独で含む例6〜例10の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。

0109

ただし、C+Eの混合物を含む例12の作業媒体はCを単独で含む例8の作業媒体またはEを単独で含む例10の作業媒体に比べて透過流束が小さくなっているが、グリセロール(A)を単独で含む例6の作業媒体、キシリトール(B)を単独で含む例7の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。

0110

さらに、B+C+Dの3成分の混合物を含む例17の作業媒体およびC+D+Eの3成分の混合物を含む例18の作業媒体は、B+Cの2成分の混合物を含む例14の作業媒体、C+Dの2成分の混合物を含む例11の作業媒体に比べてさらに大きな透過流束が得られる。

0111

<例19>
例1と同様に第1のシリンジ211に100%のグルコン酸ナトリウム、モル比の異なる4種のキシリトールとグルコン酸ナトリウムの混合物、および100%のキシリトール、を含む作業媒体をそれぞれ収容し、第2のシリンジ212に真水を収容した(図4の(c)図示)。図5に示すように第1のシリンジ211を第2のシリンジ212の上方に位置するように縦置きにし、25℃、1気圧の条件下に静置した。下部の第2のシリンジ212に導入した真水が上昇することを観測した。下部の第2のシリンジ212に導入した真水の5分間後の上昇高さを透過流束として求めた。その結果を図7に示す。図7において、横軸はキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比を示し、左端のゼロは100%のグルコン酸ナトリウム、右端の1は100%のキシリトールである。左の縦軸は、透過水量(m/h:(5分間))を、右の縦軸はキシリトールとグルコン酸ナトリウムの総モル数、を示す。

0112

キシリトールは、分子量152.15g/molで、グルコン酸ナトリウムは218.14g/molである。キシリトールは、分子量がグルコン酸ナトリウムに比べて小さいが、電離しないので総モル濃度はキシリトールのモル分率を増やせば小さくなる。これは、図7のキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と総モル数の関係を示す四角形の点でプロットされている。

0113

透過流束がモル濃度のみに依存するのであれば、図7に示す直線のようにキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と透過流束との間に加成性が成り立つ。しかしながら、図7のキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と透過流束の関係を示す菱形の点でプロットされているように直線(加成線)からずれているモル比の点が現れている。すなわち、キシリトールが増えると、加成線に従って透過流束が低下するはずが、逆に透過流束が増大するモル比が現れる。当該キシリトールのモル比が0.42(重量比でキシリトール:グルコン酸ナトリウム=1:1)において、透過流束が著しく増大する。これは、キシリトールとグルコン酸ナトリウムの2種の混合物を含む作業媒体において、予想外の効果(予期しない結果)である。

0114

なお、前述した例11の作業媒体(グルコン酸ナトリウム+グルクロン酸ナトリウム[重量比;1:1]の混合物を含む)、例13の作業媒体(グルクロン酸ナトリウム+アスコルビン酸ナトリウム[重量比;1:1]の混合物を含む)、例15の作業媒体(キシリトール+アスコルビン酸ナトリウム[重量比;1:1]の混合物を含む)および例16の作業媒体(グリセロール+キシリトール[重量比;1:1]の混合物を含む)、あるいは例17の作業媒体(キシリトール+グルコン酸ナトリウム+グルクロン酸ナトリウムの3成分[重量比;1:1:1]の混合物を含む)、例18の作業媒体(グルコン酸ナトリウム+グルクロン酸ナトリウム+アスコルビン酸ナトリウムの3成分[重量比;1:1:1]の混合物を含む)、も透過流束が著しく増大する、予想外の効果(予期しない結果)である。

0115

本発明のいつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の種々の形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0116

1,31…浸透圧発生器、2,32…希釈作業媒体タンク、3…逆浸透膜分離部、4,34…濃縮作業媒体タンク、11,41…第1の処理容器、12,42…浸透膜、13,43…第1のチャンバ、14,44…第2のチャンバ、21,51…第2の処理容器、22…逆浸透膜(RO膜)、23,53…第3のチャンバ、24,54…第4のチャンバ、26…純水タンク、52…脱水膜、64…循環タンク、71…第1の純水タンク、72…第2の純水タンク、81…圧力交換機、82…タービン、100…脱塩システム、200…濃縮システム、300…循環型浸透圧発電システム。

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