(57)【要約】【課題】被処理水に含まれる成分を効率的に分離（前処理）し得る水処理方法及び装置を提供する。【解決手段】ナノ濾過膜と同等の活性層とルーズな多孔質構造の支持層を有する半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給し、半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の一価イオンと多価イオンなどの成分を選択的に膜分離する。膜分離により、圧力を印加した側の成分組成が半透膜に阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水、他方の側の成分組成が半透膜を透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水にする。従来のＮＦ膜と同等の分離機能を有する活性層と、ルーズな（粗略構造の）支持層を合わせ持つ半透膜を用いる。半透膜の支持層は、膜厚１００〜２００μｍ、実効膜厚（Ｓ値）５０〜２０００μｍの粗略構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ濾過膜と同等の活性層とルーズな多孔質構造の支持層を有する半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給する供給ステップと、
前記半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離する分離ステップ、を備え、
前記膜分離により、圧力を印加した側の成分組成が前記半透膜に阻止される成分に偏った被処理水となり、他方の側の成分組成が前記半透膜を透過する成分に偏った被処理水となることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記供給ステップにおいて、前記半透膜の両側には、同一の被処理水を分配供給することを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
前記処理が多段化された処理であって、
１）前段の処理で得られた前記阻止される成分に偏った被処理水を、後段に別に設けられた前記半透膜の両側に供給し、前記半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離するステップ、
２）前段の処理で得られた前記透過する成分に偏った被処理水を、後段に別に設けられた前記半透膜の両側に供給し、前記半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離するステップ、
上記の１）のステップをＭ段（Ｍ≧１）有する第１の多段化処理、及び／又は、２）のステップをＮ段（Ｎ≧１）有する第２の多段化処理、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記１）のステップにより得られた前記透過する成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、前記２）のステップにおける被処理水として再供給するステップと、
前記２）のステップにより得られた前記阻止される成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、前記１）のステップにおける被処理水として再供給するステップ、
を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
上記の第１の多段化処理が、資源回収プロセスの前処理として用いられ、
上記の第２の多段化処理が、製塩プロセス又は淡水化プロセスの前処理として用いられることを特徴とする請求項３又は４に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記半透膜の支持層は、膜厚１００〜２００μｍ、実効膜厚（Ｓ値）５０〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の水処理方法。
【請求項７】
前記阻止される成分は多価イオンで、前記透過する成分は一価イオンであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の水処理方法。
【請求項８】
ナノ濾過膜と同等の活性層とルーズな多孔質構造の支持層を有する半透膜と、
前記半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給する供給手段と、
前記半透膜の片側に圧力を印加する加圧手段と、
前記半透膜の両側に供給された被処理水を排出する排出手段、
を備えた装置であって、
圧力を印加した側の成分組成が前記半透膜に阻止される成分に偏った被処理水となり、他方の側の成分組成が前記半透膜を透過する成分に偏った被処理水となることを特徴とする水処理装置。
【請求項９】
前記供給手段は、前記半透膜の両側に、同一の被処理水を分配供給し得ることを特徴とする請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記装置が多段化された装置であって、
１）前段の装置から排出された前記阻止される成分に偏った被処理水を、後段の装置の前記半透膜の両側に供給し、前記半透膜の片側に圧力を印加し、被処理水の成分を選択的に膜分離し得る装置、
２）前段の装置から排出された前記透過する成分に偏った被処理水を、後段の装置の前記半透膜の両側に供給し、前記半透膜の片側に圧力を印加し、被処理水の成分を選択的に膜分離し得る装置、
上記の１）の装置をＭ段（Ｍ≧１）有する第１の多段化装置、及び／又は、２）の装置をＮ段（Ｎ≧１）有する第２の多段化装置、を備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記１）の装置から排出された前記透過する成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、前記２）の装置における被処理水として再供給する手段と、
前記２）の装置から排出された前記阻止される成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、前記１）の装置における被処理水として再供給する手段、
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
上記の第１の多段化装置が、資源回収プロセスの前処理装置として用いられ、
上記の第２の多段化装置が、製塩プロセス又は淡水化プロセスの前処理装置として用いられることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記半透膜の支持層は、膜厚１００〜２００μｍ、実効膜厚（Ｓ値）５０〜２０００μｍであることを特徴とする請求項８〜１２の何れかに記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記阻止される成分は多価イオンで、前記透過する成分は一価イオンであることを特徴とする請求項８〜１３の何れかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水に含まれる成分を効率的に分離できる技術に関するものであり、特に、被処理水に含まれる一価イオンと多価イオンを効率的に分離（前処理）できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水利用工業である淡水化や製塩において、既に実用化されている逆浸透（ＲＯ）法や電気透析（ＥＤ）法などの膜分離工程においては、濃縮海水側の膜表面で生じるカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）などの塩類によるスケールが膜分離性能を低下させるといった問題がある。
また、原料である海水の希釈操作や濃縮操作に膨大なエネルギーを投じて、水や塩化ナトリウムなどの目的資源を得ているにもかかわらず、目的資源の回収後に排出される濃縮海水中には溶存Ｍｇや溶存Ｃａなど未利用資源が非常に多く残存しているといった問題もある。特に、ナトリウム（Ｎａ）に次いで海水中の存在比が多いＭｇは、軽量かつ強度に優れた金属材料であり、Ｍｇ合金として電子機器部品などに利用されている他、エネルギー密度が高いことからリチウムイオン電池に代わる新たな電池材料としての利用も期待されている。
そのため、残存している未利用資源の回収効率を高めるべく、既存のプロセスの複合化、既存プロセスにおける資源回収法の見直し、未利用資源の新規回収や高品位化法の開発などを行う必要がある。
【０００３】
一方、河川水等からの有機溶剤や農薬除去を目的とする浄水プロセスや、海水から塩及び淡水を１つの設備で製造することができる塩及び淡水の併産プロセスに、逆浸透膜（ＲＯ膜）の中で、塩類の阻止率は低いが水透過流束が大きい種類のナノ濾過膜（ＮＦ膜）が適用されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、カン水や海水からの塩分除去やミネラル調整、食品分野での塩分除去やミネラル調整などを効率よく行うことを目的として、一価イオンと二価イオンの除去性能差が大きいナノ濾過膜を用い、かつ、二次側に一次側より二価イオンである硬度成分濃度が高く、一価イオン濃度が低い二次側溶液を流すことにより、浸透圧差を小さく抑え、低圧で硬度成分を保持しながら一価イオンを選択的に二次側に移動させる膜分離方法が知られている（特許文献２を参照。）。ここで、ＮＦ膜は、ＩＵＰＡＣの定義“Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，１２０，１４９−１５９（１９９６）”によれば、２ｎｍより小さい粒子や高分子が阻止される圧力駆動の膜分離工程に用いられ、限界濾過膜（ＵＦ膜）と逆浸透膜（ＲＯ膜）の中間の細孔径を有するもので、膜表面に電荷を持っている。ＮＦ膜は、その細孔による分離と膜表面の電荷による静電気的な分離作用によって、特有の膜分離性能（阻止性、透過性）を備えている。
ＮＦ膜はカチオン型とアニオン型が存在するが、多くのポリアミド系のＮＦ膜の場合、アニオン型となり、ＮＦ膜表面はマイナスの固定荷電を有する。ポリアミド系のＮＦ膜は、膜表面にマイナスの固定荷電を有するため、酢酸セルロース系、ポリスルホン系、ポリアクリロニトリル系のＮＦ膜に比べて、二価以上の陽イオン、特にカルシウムイオン（Ｃａ２＋）やマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）などの成分の除去性能が高く、一価イオンは透過し、多価イオンは阻止できる。
【０００４】
ＲＯ膜やＮＦ膜は、成分分離機能を有する活性層と膜厚が大きな支持層とが積層された構造を有し、ＲＯ膜の場合は、支持層と活性層が共に緻密構造であるのに対して、ＮＦ膜の場合は、支持層がＲＯ膜と同程度の緻密構造で、活性層がＲＯ膜と比べて粗略構造になっている。ＮＦ膜は、活性層が粗略構造であることから、上述の如く、ＲＯ膜と比べて、水透過流束が大きいが、その反面、塩類の阻止率、特に一価イオンの塩類の阻止率が低い。また、ＮＦ膜は、限界濾過膜（ＵＦ膜）とＲＯ膜の中間の１〜２ｎｍの細孔径を有し、支持層が緻密構造である。ＲＯ膜の場合と同様に、ＮＦ膜で隔てられた供給液側に対して、浸透圧以上の高圧力を印加しなければ、常圧の透過液側に透過していかない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７４２０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１３４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したポリアミド系のＮＦ膜では、一価イオンは透過し、多価イオンは阻止できるといった膜分離性能を有するが、ＮＦ膜で隔てられた供給液側に対して、ある程度の高圧力を印加しなければ、常圧の透過液側に透過せず、被処理水に含まれる一価イオンと多価イオンを効率的に分離できるというものではなかった。
かかる状況に鑑みて、本発明は、被処理水に含まれる一価イオンと多価イオンの分離など、被処理水に含まれる成分を効率的に分離（前処理）し得る水処理方法および水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明の水処理方法は、ナノ濾過膜と同等の活性層とルーズな多孔質構造の支持層を有する半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給する供給ステップと、半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離する分離ステップを備える。
膜分離により、圧力を印加した側の成分組成が半透膜に阻止される成分に偏った被処理水となり、他方の側の成分組成が半透膜を透過する成分に偏った被処理水となる。
【０００８】
半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給するため、半透膜に隔てられた被処理水の間には浸透圧が作用しないことから、僅かな印加圧力でも半透膜の間で水透過が生じることになる。また、半透膜を構成する支持層内では、水透過に伴い、内部濃度分極（Internal Concentration Polarization；ＩＣＰ）が生じることになるが、印加圧力が低い場合にはＩＣＰは低減されることになる。詳細については、後述する。
ここで、例えば、阻止される成分は多価イオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）であり、透過する成分は一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）である。
【０００９】
本発明の水処理方法では、従来のナノ濾過膜（ＮＦ膜）と同等の分離機能を有する活性層と、ルーズな（粗略構造の）支持層を合わせ持つ半透膜を用いることが特徴である。ここで、本発明に用いる半透膜の支持層は、具体的には、膜厚１００〜２００μｍ、実効膜厚（Ｓ値）５０〜２０００μｍの粗略構造である。支持層の膜厚が１００μｍ未満であると、支持層としての強度を保つのが困難であり、また、支持層の膜厚が２００μｍより大きいと透過し得る成分の透過性が低下することになるからである。 
本発明に用いる半透膜の活性層は、２ｎｍ未満の粒径の粒子が阻止されるナノ濾過膜と同等の粗略構造を有するものであり、例えば、二価以上の陽イオンの除去性能が高いポリアミド系複合ＮＦ膜を用いることができるが、酢酸セルロース系、ポリスルホン系、ポリアクリロニトリル系のＮＦ膜を用いてもよい。
【００１０】
本発明の水処理方法の供給ステップにおいて、半透膜の両側には、同一の被処理水を分配供給することでもよい。同一の被処理水を分配供給するため、半透膜の両側は同じ浸透圧となる。
【００１１】
本発明の水処理方法において、上述の処理が多段化された処理であり、下記の１）のステップをＭ段（Ｍ≧１）有する第１の多段化処理、及び／又は、２）のステップをＮ段（Ｎ≧１）有する第２の多段化処理、を備えたことが好ましい態様である。
１）前段の処理で得られた阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水を、後段に別に設けられた半透膜の両側に供給し、半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離するステップ。
２）前段の処理で得られた透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水を、後段に別に設けられた半透膜の両側に供給し、半透膜の片側に圧力を印加して被処理水の成分を選択的に膜分離するステップ。
【００１２】
本発明の水処理方法は、上述のとおり、半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給し、片側だけに圧力を印加して膜分離するが、これを多段化処理にする理由は以下のとおりである。
膜分離工程により、水透過が生じて被処理水の濃縮と希釈が生じる。これにより被処理水の間にバルク濃度差が増加するため、水透過に必要な印加圧力が増加してしまう。そのため、本発明の水処理方法を多段化し、低い圧力でも被処理水の高濃縮を可能にするのである。
【００１３】
上記の本発明の水処理方法の多段化処理において、上記１）のステップにより得られた透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記２）のステップにおける被処理水として再供給するステップと、上記２）のステップにより得られた阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記１）のステップにおける被処理水として再供給するステップ、を更に備えたことがより好ましい態様である。
上記１）のステップは、前段の処理で得られた阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水を、後段に別に設けられた半透膜の両側に供給し、更に、阻止される成分に偏った濃縮液を得るためのものであるが、一方で、同時に透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水が得られる。そのため、得られた透過する成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記２）のステップにおける被処理水として再供給し、阻止される成分に偏った被処理水に溶存する透過する成分を回収し、効率的に透過する成分と阻止される成分を分離する。
また、上記２）のステップは、前段の処理で得られた透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水を、後段に別に設けられた半透膜の両側に供給し、更に、透過する成分に偏った希釈液を得るためのものであるが、一方で、同時に阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水が得られる。そのため、得られた阻止される成分に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記１）のステップにおける被処理水として再供給し、透過する成分に偏った被処理水に溶存する阻止される成分を回収し、効率的に透過する成分と阻止される成分を分離する。
なお、多段化処理の各々の段階において、供給する被処理水の濃度が異なるため、再供給する被処理液の浸透圧に応じて、適切な段階の処理の被処理水として振り分ける。
【００１４】
上記の本発明の水処理方法の多段化処理において、上記１）のステップをＭ段有する多段化処理（第１の多段化処理）が、資源回収プロセスの前処理として用いられることが好ましい。また、上記２）のステップをＮ段有する多段化処理（第２の多段化処理）が、製塩プロセス又は淡水化プロセスの前処理として用いられることが好ましい。
【００１５】
次に、本発明の水処理装置について説明する。
本発明の水処理装置は、ナノ濾過膜と同等の活性層とルーズな多孔質構造の支持層を有する半透膜と、半透膜の両側に略同浸透圧の被処理水を供給する供給手段と、半透膜の片側に圧力を印加する加圧手段と、半透膜の両側に供給された被処理水を排出する排出手段、を備えた装置である。本装置によれば、圧力を印加した側の成分組成が半透膜に阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水となり、他方の側の成分が半透膜を透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水となる。
【００１６】
本発明の水処理装置では、上述の本発明の水処理方法と同様に、従来のＮＦ膜と同等の分離機能を有する活性層と、ルーズな（粗略構造の）支持層を合わせ持つ半透膜を用いることが特徴である。ここで、半透膜の支持層は、具体的には、膜厚１００〜２００μｍ、実効膜厚（Ｓ値）５０〜２０００μｍの粗略構造である。半透膜の活性層は、２ｎｍ未満の粒径の粒子が阻止されるナノ濾過膜と同等の粗略構造を有するものであり、例えば、二価以上の陽イオンの除去性能が高いポリアミド系複合ＮＦ膜を用いることができるが、酢酸セルロース系、ポリスルホン系、ポリアクリロニトリル系のＮＦ膜を用いてもよい。
本発明の水処理装置の供給手段は、半透膜の両側に、同一の被処理水を分配供給するものでもよい。同一の被処理水を分配供給するため、半透膜の両側は同じ浸透圧となる。
【００１７】
本発明の水処理装置が多段化された装置であって、下記の１）の装置をＭ段（Ｍ≧１）有する第１の多段化装置、及び／又は、２）の装置をＮ段（Ｎ≧１）有する第２の多段化装置、を更に備えたことが好ましい態様である。
１）前段の装置から排出された阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水を、後段の装置の半透膜の両側に供給し、半透膜の片側に圧力を印加し、被処理水の成分（一価イオンと多価イオン等）を選択的に膜分離し得る装置。
２）前段の装置から排出された透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水を、後段の装置の半透膜の両側に供給し、半透膜の片側に圧力を印加し、被処理水の成分（一価イオンと多価イオン等）を選択的に膜分離し得る装置。
【００１８】
ここで、本発明の水処理装置が多段化された多段化装置では、上記１）の装置から排出された透過する成分（一価イオン等）に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記２）の装置における被処理水として再供給する手段と、上記２）の装置から排出された阻止される成分（多価イオン等）に偏った被処理水を、浸透圧に応じて、上記１）の装置における被処理水として再供給する手段、を更に備えたことがより好ましい態様である。
【００１９】
上記の本発明の水処理装置が多段化された多段化装置において、上記１）の装置をＭ段有する多段化装置（第１の多段化装置）が、資源回収プロセスの前処理装置として用いられることが好ましい。また、上記２）の装置をＮ段有する多段化装置（第２の多段化装置）が、製塩プロセス又は淡水化プロセスの前処理装置として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、僅かな印加圧力差により、成分が半透膜に阻止される成分（多価イオン等）に偏った濃縮液、成分が半透膜を透過する成分（一価イオン等）に偏った希釈液を得ることが可能であり、資源回収、淡水化および製塩プロセスの各々のプロセスに適した被処理水を供給できるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の水処理装置で用いる半透膜の模式図
【図２】実施例１の水処理装置の構成図
【図３】濃縮液側と希釈液側の濃度分極の説明図
【図４】本発明で用いる半透膜の膜構造と溶質阻止性の対比説明図
【図５】実施例２の水処理装置の構成図
【図６】実施例３の多段化した水処理装置の構成図（１）
【図７】実施例３の多段化した水処理装置の構成図（２）
【図８】多段化装置の段数に伴う成分濃度の変化を示すグラフ
【図９】実施例４の多段化した水処理装置の構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【実施例１】
【００２３】
本発明の水処理装置の一実施態様について図１，２を参照して説明する。図１は、本発明の水処理装置に用いる半透膜の模式図の一例を示している。本発明の水処理装置では、図１に示すような活性層（Ａ）と支持層（Ｓ）が共に粗略構造の半透膜１を用いている。半透膜１の支持層（Ｓ）の膜厚は１００〜２００μｍであるが、その実効膜厚（Ｓ値）は５０〜２０００μｍの範囲内になるように設計している。半透膜１の活性層（Ａ）は、２ｎｍ未満の粒径の粒子が阻止されるナノ濾過膜における活性層と同等の粗略構造の膜を使用できる。例えば、半透膜１の活性層（Ａ）として、ポリアミド系複合ＮＦ膜を用いることにより、二価以上の陽イオンの除去性能を向上することが可能である。半透膜１は活性層（Ａ）と支持層（Ｓ）が共に粗略構造であり、被処理水の一価イオン５（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）を透過し、多価イオン６（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）の透過を阻止することができ、これにより被処理水の一価イオンと多価イオンとを選択的に膜分離することが可能である。
【００２４】
本発明の水処理装置は、図２に示すように、図１に示す半透膜１と、半透膜１の両側にほぼ同じ浸透圧の被処理水を供給する供給手段（２ａ，２ｂ）と、半透膜１の片側に圧力を印加する加圧手段３と、半透膜１の両側から被処理水を排出する排出手段（４ａ，４ｂ）を備える。加圧手段３によって、圧力を印加した側の塩類組成が多価イオンに偏った被処理水（濃縮液）８となり、圧力を印加していない側の塩類組成が一価イオンに偏った被処理水（希釈液）７となる。半透膜１によって隔たれた被処理水の一価イオンは、水透過と共に、圧力を印加した側から圧力を印加していない側へ図の矢印方向に透過する。そして、多価イオンに偏った被処理水（濃縮液）８は、排出手段４ａによって排出される。また、一価イオンに偏った被処理水（希釈液）７は、排出手段４ｂによって排出される。
【００２５】
本発明の水処理装置によれば、半透膜１の両側にほぼ同じ浸透圧の被処理水を供給し、半透膜１で隔たれた両側に僅かな圧力差を生じさせることにより、塩類組成が多価イオンに偏った濃縮液と、塩類組成が一価イオンに偏った希釈液を得ることができる。
図３（１）に示すように、通常、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いる場合、被処理水の供給液側には高い印加圧力が必要であり、供給液側（高圧力）と透過液側（常圧）との圧力差（実効浸透圧；Δπｅｆｆ）は大きい。一方、本発明の水処理装置では、図３（２）に示すように、半透膜１の両側にほぼ同じ浸透圧の被処理水を供給し、半透膜１の片側に圧力を印加することにより、多価イオンに偏った濃縮液と一価イオンに偏った希釈液を得る。濃縮液側に対して僅かな圧力を印加し、希釈液側は常圧とする。そのため、濃縮液側（低圧力）と透過液側（常圧）との圧力差（実効浸透圧；Δπｅｆｆ）は小さくなるが、支持層（Ｓ）において内部濃度分極（ＩＣＰ）が生じ、実効浸透圧（Δπｅｆｆ）が増加する。特に、支持層（Ｓ）がＲＯ膜やＮＦ膜のように緻密構造の場合には、深刻なＩＣＰが生じ、実効浸透圧（Δπｅｆｆ）が増大し、低い圧力印加では水透過が生じないという問題がある。
【００２６】
そのため、本発明の水処理装置に用いる半透膜１では、支持層の構造がルーズな（粗略構造を有する）半透膜を用いる。すなわち、２ｎｍ未満の粒径の粒子が阻止されるＮＦ膜と同等の分離機能を有する活性層と、正浸透膜（ＦＯ膜）のようにルーズな支持層、具体的には、膜厚が１００〜２００μｍであり、構造パラメータである実効膜厚（Ｓ値）が５０〜２０００μｍの粗略構造を有する支持層を合わせ持つ半透膜を用いる。活性層には、既知のＮＦ膜を用いることが可能である。
【００２７】
図４は、本発明の水処理装置に用いる半透膜と、既存ＮＦ膜、既存ＲＯ膜、既存ＦＯ膜と対比した模式図である。図４（１）〜（４）が、それぞれ本発明に用いる半透膜、既存ＮＦ膜、既存ＲＯ膜、既存ＦＯ膜を示している。なお、図中、Ａ１，Ａ２，Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ活性層（粗略構造）、活性層（緻密構造）、支持層（粗略構造）、支持層（緻密構造）を示している。
本発明に用いる半透膜については、上述の図１の説明のとおり、活性層と支持層が共に粗略構造であり、被処理水の一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）を透過し、多価イオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）の透過を阻止する。
【００２８】
これに対して、既存ＮＦ膜は、図４（２）に示すとおり、活性層は粗略構造で、支持層は緻密構造であり、被処理水の多価イオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）の透過を阻止し、一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）を透過できるものの、上述したとおり、支持層（Ｓ）が緻密構造であるため、深刻なＩＣＰが生じ、実効浸透圧（Δπｅｆｆ）が増大し、低い圧力印加では水透過が生じない、すなわち、被処理水の一価イオンが透過しないという問題がある。
また、既存ＲＯ膜は、図４（３）に示すとおり、活性層と支持層が共に緻密構造であり、被処理水の一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）、多価イオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）の透過を共に阻止する。
また、既存ＦＯ膜は、図４（４）に示すとおり、活性層は緻密構造で、支持層は粗略構造であり、被処理水の多価イオン（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、ＳＯ４２−等）の透過を阻止し、一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｋ＋等）を僅かに透過できる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の水処理装置に用いる半透膜の構造の場合には、既存ＮＦ膜、既存ＲＯ膜、および既存ＦＯ膜で実現困難な処理、すなわち、僅かな圧力を印加することで、圧力を印加する側である濃縮液側には半透膜で阻止されやすい多価イオンが多く分配され、一方、希釈液側には透過し易い一価イオンが多く分配され、多価イオンに偏った濃縮液と一価イオンに偏った希釈液を得ることが可能になる。
【実施例２】
【００３０】
上述の実施例１の水処理装置では、半透膜１の両側にほぼ同じ浸透圧の被処理水を供給する供給手段（２ａ，２ｂ）、すなわち、２本の配管により、ほぼ同じ浸透圧の被処理水を供給しているが、図５に示すように、１本の配管を分岐させて半透膜１の両側に、同一の被処理水を分配供給することも可能である。半透膜１の両側に同一の被処理水を分配供給するため、半透膜１の両側は同じ浸透圧となる。そして、加圧手段３により半透膜１の片側に僅かな圧力を印加することで、圧力を印加する側である濃縮液側には半透膜で阻止されやすい二価イオンが多く分配され、一方、希釈液側には透過し易い一価イオンが多く分配される。半透膜１の両側から其々延びる配管（排出手段４ａ，４ｂ）によって被処理水を排出する。
【実施例３】
【００３１】
上述の実施例１，２の水処理装置によれば、僅かな圧力を印加することで、圧力を印加する側である濃縮液側には半透膜で阻止されやすい二価イオンが多く分配され、一方、希釈液側には透過し易い一価イオンが多く分配されることを説明した。本実施例では、実施例２の水処理装置を多段化した装置について、図６を参照して説明する。
【００３２】
図６は、実施例２の水処理装置が２段に構成された装置の構成図を示している。
１本の配管２を分岐させて被処理水を１段目の水処理装置１０に供給する。１段目の水処理装置１０では、加圧手段（図示せず）により半透膜１の片側（濃縮液側）に僅かな圧力を印加する。圧力を印加した片側（濃縮液側）には半透膜１で阻止されやすい二価イオンが多く分配される。一方、圧力を印加しない側（希釈液側）には透過し易い一価イオンが多く分配される。半透膜１の両側から其々延びる配管（４ａ，４ｂ）によって被処理水が排出される。配管４ａには半透膜１で阻止される成分に偏った被処理水である二価イオンＲｉｃｈな濃縮液が排出され、配管４ｂには半透膜１を透過する成分に偏った被処理水の一価イオンＲｉｃｈな希釈液が排出される。ここで、半透膜１を透過する成分には、一価イオンに加えて水も透過することになるために希釈液になる。
【００３３】
１段目の水処理装置１０から排出された二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、２段目の水処理装置２０ａの半透膜１の両側に供給される。２段目の水処理装置２０ａにおいて、１段目の水処理装置１０と同様に、加圧手段（図示せず）により半透膜１の片側（濃縮液側）に僅かな圧力を印加する。圧力を印加した片側（濃縮液側）には半透膜１で阻止されやすい二価イオンが多く分配され、圧力を印加しない側（希釈液側）には透過し易い一価イオンが多く分配される。２段目の水処理装置２０ａに供給された二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、半透膜１の圧力印加側で、更に濃縮された二価イオンＲｉｃｈな濃縮液になる。また一方で、２段目の水処理装置２０ａに供給された二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、半透膜１の圧力印加側の反対側で、圧力印加側と比較して一価イオンＲｉｃｈな希釈液が得られる。２段目の水処理装置２０ａから排出される二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、１段目の水処理装置１０から排出される二価イオンＲｉｃｈな濃縮液に比べて、より濃縮され、より二価イオンＲｉｃｈな状態になっている。図６に示すように、二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、資源回収プロセスの被処理水として利用できる。このように、１段目の水処理装置１０及び２段目の水処理装置２０ａは、資源回収プロセスの前処理として活用できる。
【００３４】
また、１段目の水処理装置１０から排出された一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、２段目の水処理装置２０ｂの半透膜１の両側に供給される。２段目の水処理装置２０ｂにおいて、１段目の水処理装置１０と同様に、加圧手段（図示せず）により半透膜１の片側（濃縮液側）に僅かな圧力を印加する。圧力を印加した片側（濃縮液側）には半透膜１で阻止されやすい二価イオンが多く分配され、圧力を印加しない側（希釈液側）には透過し易い一価イオンが多く分配される。２段目の水処理装置２０ｂに供給された一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、半透膜１の圧力印加側で、反対側と比較して二価イオンＲｉｃｈな濃縮液になる。また一方で、２段目の水処理装置２０ｂに供給された一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、半透膜１の圧力印加側の反対側で、更に希釈された一価イオンＲｉｃｈな希釈液が得られる。２段目の水処理装置２０ｂから排出される一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、１段目の水処理装置１０から排出される一価イオンＲｉｃｈな希釈液に比べて、より希釈され、より一価イオンＲｉｃｈな状態になっている。
図６に示すように、一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、半透膜３１として既存のナノ濾過膜を用いて濾過する水処理装置３０を経て、製塩プロセスや淡水化プロセスの被処理水として利用できる。このように、１段目の水処理装置１０及び２段目の水処理装置２０ｂは、製塩プロセスや淡水化プロセスの前処理として活用できる。
【００３５】
なお、図６に示す装置構成では、２段構成であるが、図７に示す装置構成にように、更に３段、４段、５段と段数を多くするほど、より濃縮され、より二価イオンＲｉｃｈな状態の二価イオンＲｉｃｈな濃縮液が得られ、また、より希釈され、より一価イオンＲｉｃｈな状態の一価イオンＲｉｃｈな希釈液が得られる。段数は任意に決定でき、二価イオンＲｉｃｈな濃縮液を精製する段数と、一価イオンＲｉｃｈな希釈液を精製する段数を異なる段数の多段化装置としてもよい。
【００３６】
多段化装置では、得られる塩類組成が多価イオンに偏った濃縮液は、資源回収プロセスの母液として、塩類組成が一価イオンに偏った希釈液は、淡水化および製塩プロセスの供給液として用いることができる。なぜならば、この希釈液は総塩濃度が低く、多価イオンが除去されているため、従来のＲＯ膜を用いる膜分離法や電気透析（ＥＤ）法で課題となっているスケーリングの低減効果が図れるからである。また本発明の水処理装置で用いる半透膜によれば、低い圧力、且つ、高い回収率での運転も期待できる。さらに、この低圧の濃縮液は塩類組成が一価イオンに偏っているため、ここから製塩プロセスへ移行しても苦汁が生じ難く、ハンドリング性や品質の向上が期待できる。
【００３７】
図８は、多段化装置の段数に伴う成分濃度変化を示すグラフを示している。グラフの横軸は段数であり、縦軸はモル濃度の高低を示している。図８（１）は二価イオンＲｉｃｈな濃縮液の状態を示しており、図８（２）は一価イオンＲｉｃｈな希釈液の状態を示している。図８（１）から、多段化装置の段数の増加に伴い一価イオンと二価イオンがともに濃縮され、後段ほどそのモル比が二価イオンＲｉｃｈな濃縮液の状態になることがわかる。図８（２）から、多段化装置の段数の増加に伴い一価イオンと二価イオンがともに希釈され、後段ほどそのモル比が一価イオンＲｉｃｈな濃縮液の状態になることがわかる。濃縮および希釈操作における成分モル比は、多段化装置の段数および半透膜の成分分離性能に依存する。
【実施例４】
【００３８】
本実施例の水処理装置では、上述の実施例３の多段の水処理装置において、二価イオンＲｉｃｈな濃縮液を精製する過程において排出される一価イオンＲｉｃｈな希釈液、また、一価イオンＲｉｃｈな希釈液を精製する過程において排出される二価イオンＲｉｃｈな濃縮液の再供給について説明する。
図９は、本実施例の多段の水処理装置の構成図である。二価イオンＲｉｃｈな濃縮液を精製する過程において排出される一価イオンＲｉｃｈな希釈液は、その浸透圧に応じて、一価イオンＲｉｃｈな希釈液を精製する過程における適切な段数の水処理装置に再供給することが可能である。再供給する際は、前段から供給される被処理水の浸透圧と略等しい段数の水処理装置の供給手段に送り込むことになる。
また、一価イオンＲｉｃｈな希釈液を精製する過程において排出される二価イオンＲｉｃｈな濃縮液は、その浸透圧に応じて、二価イオンＲｉｃｈな濃縮液を精製する過程における適切な段数の水処理装置に再供給することが可能である。再供給する際は、前段から供給される被処理水の浸透圧と略等しい段数の水処理装置の供給手段に送り込むことになる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、海水の淡水化プロセスの前処理、液状食品の成分分離プロセス、排水の浄化プロセス、随伴水処理プロセスに有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  半透膜
２，２ａ，２ｂ  供給手段
３  加圧手段
４ａ，４ｂ  排出手段
５  一価イオン
６  多価イオン
７  一価イオンに偏った被処理水（希釈液）
８  多価イオンに偏った被処理水（濃縮液）
１０，２０ａ，２０ｂ，３０  水処理装置
Ａ  活性層
Ｃ  支持層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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