(57)【要約】【課題】水回収率を向上させることが可能な、新規かつ改良された水回収方法を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の低濃度側流路を直列に連結する直列流路に水分を含む低濃度溶液を流入させるステップと、複数の低濃度側流路の各々に半透膜を介して連結された高濃度側流路に、同じ濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法が提供される。この観点によれば、各ＦＯ膜モジュール内の浸透圧差、特に後段のＦＯ膜モジュール内の浸透圧差を高い値に維持することができる。【選択図】図１
2014100624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正浸透法を用いた多段構成の水回収方法において、複数の低濃度側流路を直列に連結する直列流路に水分を含む低濃度溶液を流入させるステップと、
前記複数の低濃度側流路の各々に半透膜を介して連結された高濃度側流路に、同じ濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法。
【請求項２】
前記直列流路の出口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載の水回収方法。
【請求項３】
前記直列流路の入口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２記載の水回収方法。
【請求項４】
前記高濃度側流路は、前記高濃度側流路に半透膜を介して対向する低濃度側流路よりも狭いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水回収方法。
【請求項５】
前記半透膜の透過係数は、前記直列流路の入口から前記半透膜までの段数が大きくなるほど高くなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水回収方法。
【請求項６】
前記低濃度溶液は海水であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水回収方法。
【請求項７】
正浸透法を用いた多段構成の水回収方法において、複数の低濃度側流路を直列に連結する直列流路に水分を含む低濃度溶液を流入させるステップと、
前記複数の低濃度側流路の各々に半透膜を介して連結された高濃度側流路に、前記直列流路の入口から前記高濃度側流路までの段数が大きくなるほど高い濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水や工業用水等に用いるための水回収方法に関し、特に自然界（例えば海、河川、湖、沼、池等）から得られる水（例えば海水、ブラキッシュウォータ、河川水等）、工業排水、家庭等から排出される各種排水等を対象とした水回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＯ法（Ｆｏｒｗａｒｄ  ｏｓｍｏｓｉｓ法、正浸透法）による水回収プロセス（方法）は、ＲＯ法（Ｒｅｖｅｒｓｅ  ｏｓｍｏｓｉｓ法、逆浸透法）による水回収プロセスと比較して水回収に必要な消費エネルギーを小さくできると考えられている。このため、ＦＯ法による水回収プロセスの開発が近年精力的に進められている。ここで、ＦＯ法による水回収プロセスでは、まず、低濃度溶液（水回収の対象となる溶液。例えば海水）と低濃度溶液よりも浸透圧が高い高濃度溶液とを正浸透膜で仕切ることで、低濃度溶液中の水分を高濃度溶液に流入させる。
【０００３】
具体的には、ＦＯ法による水回収プロセスでは、ＦＯ膜モジュールを用いて、低濃度溶液中の水分を高濃度溶液に流入させる。ここで、ＦＯ膜モジュールは、低濃度溶液が流通する低濃度側流路と、高濃度溶液が流通する高濃度側流路と、低濃度側流路及び高濃度側流路を仕切る正浸透膜とを有する。また、高濃度溶液は、誘導溶液（Ｄｒａｗ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ、ＤＳ）とも称される。その後、高濃度溶液から水分を回収する。
【０００４】
ＦＯ法による水回収プロセスでは、ＲＯ法による水回収プロセスと異なり、低濃度溶液から高濃度溶液に水分が自発的に移動するので、低濃度溶液に圧力を加える必要がない。このため、ＦＯ法による水回収プロセスは、ＲＯ法による水回収プロセスと比較して水回収に必要な消費エネルギーを小さくすることができる。ＦＯ法による水回収プロセスは、例えば特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
ところで、ＦＯ法による水回収プロセスでは、ＦＯ膜モジュールを直列に連結することで、大量の低濃度溶液を処理することがある。このプロセスは多段式水回収プロセスとも称される。従来の多段式水回収プロセスでは、低濃度側流路及び高濃度側流路がそれぞれ直列に連結されている。そして、従来の多段式水回収プロセスでは、低濃度側流路を直列に連結する低濃度側直列流路に低濃度溶液を流通させる一方、高濃度側流路を直列に連結する高濃度側直列流路に高濃度溶液を流通させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７／１４７０１３号公報
【特許文献２】米国特許公開第２００６／０１４４７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の多段式水回収プロセスでは、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きくなるほど、ＦＯ膜モジュール内の低濃度溶液と高濃度溶液との浸透圧差が小さくなる。低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きくなるほど、ＦＯ膜モジュール内の低濃度溶液の濃度が高くなり、高濃度溶液の濃度が低くなるからである。低濃度溶液と高濃度溶液との浸透圧差が小さくなるほど、低濃度溶液から高濃度溶液に流入する水分の量が低減する。したがって、従来の多段式水回収プロセスでは、後段のＦＯ膜モジュールにおいて回収率（水回収の効率）が低下し、ひいては、プロセス全体の回収率が低下するという問題があった。
【０００８】
なお、この問題を解決する方法として、通常、高濃度溶液の流量を増加させるという方法が利用されている。しかし、この方法では、大量の高濃度溶液を流通させるために大きなポンプエネルギーが必要となる。さらに、大量の高濃度溶液から水分を回収する必要があるので、高濃度溶液から水分を回収する手間も増大する。このため、この方法では、上記の問題を根本的に解決することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回収率（水回収率）を向上させることが可能な、新規かつ改良された水回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、正浸透法を用いた多段構成の水回収方法において、複数の低濃度側流路を直列に連結する直列流路に水分を含む低濃度溶液を流入させるステップと、複数の低濃度側流路の各々に半透膜を介して連結された高濃度側流路に、同じ濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法が提供される。
【００１１】
この観点によれば、各ＦＯ膜モジュール（低濃度側流路、高濃度側流路、及びこれらを仕切る半透膜で構成されるモジュール）内の浸透圧差、特に後段のＦＯ膜モジュール内の浸透圧差を高い値に維持することができる。したがって、この観点によれば、後段のＦＯ膜モジュールにおける回収率（水回収率）が格段に向上し、ひいては、水回収方法全体の回収率が格段に向上する。
【００１２】
ここで、直列流路の出口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きくてもよい。
【００１３】
この観点によれば、高濃度溶液の流量は、低濃度溶液に比べて非常に少ないので、高濃度溶液の供給に必要なポンプエネルギーが非常に小さくなる。さらに、高濃度溶液から水分を回収する手間も低減される。
【００１４】
また、直列流路の入口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きくてもよい。
【００１５】
この観点によれば、高濃度溶液の流量は、低濃度溶液に比べて非常に少ないので、高濃度溶液の供給に必要なポンプエネルギーが非常に小さくなる。さらに、高濃度溶液から水分を回収する手間も低減される。
【００１６】
また、高濃度側流路は、高濃度側流路に半透膜を介して対向する低濃度側流路よりも狭くてもよい。
【００１７】
この観点によれば、高濃度側流路内での高濃度溶液の流束が向上し、ひいては、高濃度溶液内での濃度分極が低減される。
【００１８】
また、半透膜の透過係数は、直列流路の入口から半透膜までの段数が大きくなるほど高くてもよい。
【００１９】
この観点によれば、ＦＯ膜の透過係数は、直列流路の入口から半透膜までの段数が大きくなるほど高くなるので、各ＦＯ膜を通る水分の量、すなわち負荷が平準化される。
【００２０】
また、低濃度溶液は海水であってもよい。
【００２１】
この観点によれば、海水から高い回収率で水分を回収することができる。
【００２２】
本発明の他の観点によれば、正浸透法を用いた多段構成の水回収方法において、複数の低濃度側流路を直列に連結する直列流路に水分を含む低濃度溶液を流入させるステップと、複数の低濃度側流路の各々に半透膜を介して連結された高濃度側流路に、直列流路の入口から高濃度側流路までの段数が大きくなるほど高い濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法が提供される。
【００２３】
この観点によれば、各ＦＯ膜モジュール内の浸透圧差をより均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、各ＦＯ膜モジュール内の浸透圧差、特に後段のＦＯ膜モジュール内の浸透圧差を高い値に維持することができる。したがって、本発明によれば、後段のＦＯ膜モジュールにおける回収率（水回収率）が格段に向上し、ひいては、水回収方法全体の回収率が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多段式水回収装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る多段式水回収装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第３の実施形態に係る多段式水回収装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の水回収装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の多段式水回収装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、以下の説明では、溶質の濃度（質量％）は、溶液の総質量に対する溶質の質量％を示す。また、本実施形態の各ＦＯ膜モジュールで使用されるＦＯ膜（正浸透膜）には、半透膜として使用可能なあらゆる膜、例えばＦＯ膜、ＲＯ膜、及びＮＦ膜等を適用することができる。ここで、半透膜は、理想的には浸透圧差により水分子のみを通し、あらゆる溶質を通さない膜であるが、現実的には溶質をほとんど通さない膜である。
【００２７】
＜１．背景技術の検討＞
本発明者は、背景技術、すなわちＦＯ法を用いた水回収技術を検討することで、以下の各実施形態に係る多段式水回収装置１、２、３及びこれらを用いた多段式水回収プロセス（方法）に想到するに至った。そこで、まず、本実施形態の背景技術について説明する。
【００２８】
（単一モジュールを用いた水回収装置）
まず、図４に基づいて、単一モジュールを用いた水回収装置１００の構成について説明する。水回収装置１００は、ＦＯ法を用いた水回収装置であり、概略的には、水分（淡水）を含む低濃度溶液から水分を高濃度溶液側に流入させる。水回収装置１００は、ＦＯ膜モジュール１０と、低濃度側連結流路１４０、１４１と、高濃度側連結流路１５０、１５１とを有する。
【００２９】
ＦＯ膜モジュール１０は、低濃度側流路１１、低濃度側連結口１１ａ、１１ｂ、高濃度側流路１２、高濃度側連結口１２ａ、１２ｂ、及びＦＯ膜１３を備える。低濃度側流路１１は、低濃度溶液が流通する流路であり、低濃度溶液は、低濃度側流路１１内をＦＯ膜１３と平行な方向（図４中右方向）に流通する。ここで、低濃度溶液は、水分を含む溶液、すなわち水溶液である。
【００３０】
低濃度側連結口１１ａ、１１ｂは、低濃度溶液の出入口となるものである。この例では、低濃度側連結口１１ａが低濃度溶液の入口となり、低濃度側連結口１１ｂが低濃度溶液の出口となる。すなわち、低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ａから低濃度側流路１１内に流入し、低濃度側流路１１内を流通する。そして、低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ｂから低濃度側流路１１の外部に排出される。
【００３１】
高濃度側流路１２は、ＦＯ膜１３を介して低濃度側流路１１に連結されている。言い換えれば、ＦＯ膜モジュール１０では、低濃度側流路１１と高濃度側流路１２とがＦＯ膜１３で仕切られている。高濃度側流路１２は、高濃度溶液が流通する流路であり、高濃度溶液は、高濃度側流路１２内を低濃度溶液と同一方向（図４中右方向）に流通する。ここで、高濃度溶液は、水分を含む溶液、すなわち水溶液である。さらに、高濃度溶液は、溶質の濃度が低濃度溶液よりも高い、すなわち浸透圧が低濃度溶液よりも高くなっている。高濃度溶液は、誘導溶液（ＤＳ）とも称される。
【００３２】
高濃度側連結口１２ａ、１２ｂは、高濃度溶液の出入口となるものである。この例では、高濃度側連結口１２ａが高濃度溶液の入口となり、高濃度側連結口１２ｂが高濃度溶液の出口となる。すなわち、高濃度溶液は、高濃度側連結口１２ａから高濃度側流路１２内に流入し、高濃度側流路１２内を流通する。そして、高濃度溶液は、高濃度側連結口１２ｂから高濃度側流路１２の外部に排出される。
【００３３】
ＦＯ膜１３は、低濃度側流路１１と高濃度側流路１２とを仕切っている。さらに、高濃度溶液は低濃度溶液よりも浸透圧が高いので、低濃度溶液内の水分は自然に高濃度溶液に流入される。すなわち、低濃度溶液内の水分は、ＦＯ膜１３を通って矢印１０ａ方向に移動し、高濃度側流路１２に流入される。したがって、低濃度溶液から高濃度溶液に水分を移動させるために必要なエネルギーは理論的には０になる。
【００３４】
低濃度側連結流路１４０は、低濃度溶液の供給源と低濃度側連結口１１ａとを連結する管である。低濃度側連結流路１４１は、低濃度側連結口１１ｂに連結された管であり、低濃度側連結口１１ｂから排出された低濃度溶液を水回収装置１００の外部に排出する。
【００３５】
高濃度側連結流路１５０は、高濃度溶液の供給源と高濃度側連結口１２ａとを連結する管である。高濃度側連結流路１５１は、高濃度側連結口１２ｂに連結された管であり、高濃度側連結口１２ｂから排出された高濃度溶液をＤＳ再生装置に供給する。ＤＳ再生装置は、例えばＲＯ膜装置であり、高濃度溶液から水分を回収するとともに、濃縮された高濃度溶液（すなわち、再生された高濃度溶液）を高濃度溶液の供給源に戻す。
【００３６】
（単一モジュールを用いた水回収プロセス）
次に、上記の水回収装置１００を用いた水回収プロセスについて説明する。この水回収プロセスでは、低濃度溶液を低濃度側連結口１１ａから低濃度側流路１１に流入させる一方、高濃度溶液を高濃度側連結口１２ａから高濃度側流路１２に流入させる。これにより、低濃度溶液内の水分は、ＦＯ膜１３を通って高濃度溶液に流入する。そして、水分の分離によって濃縮された低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ｂから外部に排出される。
【００３７】
一方、高濃度溶液は、低濃度溶液からの水分によって薄められながら高濃度側流路１２を低濃度溶液と同一方向に流通し、高濃度側連結口１２ｂから外部に排出される。その後、高濃度溶液は、ＤＳ再生装置に供給され、ＤＳ再生装置によって高濃度溶液中の水分が回収される。水分の回収によって濃縮された高濃度溶液は、高濃度溶液の供給源に戻される。以上の処理により、低濃度溶液中の水分が回収される。
【００３８】
例えば、図４に示す例では、溶質濃度（以下、単に「濃度」とも称する）３．５質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１に流入し、濃度７．０質量％、流量１００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１から排出される。なお、この例では溶質はＮａＣｌとなっている。すなわち、低濃度溶液は海水となっている。一方、濃度１２．０質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が高濃度側流路１２に流入し、濃度８．０質量％、流量３００ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が高濃度側流路１２から排出される。なお、この例では、溶質はＭｇＣｌ２、いわゆる多価イオンとなっている。したがって、この例では、流量２００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液のうち、流量１００ｍ３／ｄａｙの水分が低濃度溶液から高濃度溶液に流入しているので、回収率は５０％となる。高濃度溶液に流入した水分は、ＤＳ再生装置によって回収される。なお、図１〜図５に示す例は、ＦＯ膜における阻止率を理想的な値、すなわち１００％としてシミュレーションを行った結果を示すものである。すなわち、回収率（水回収率）は理想的な値となるので、実際の値とは多少の誤差が生じる可能性がある。しかし、本実施形態の構成によれば、実際のプロセスにおいても比較例よりも良好な値が得られることは明らかであり、また、当業者は、本実施形態及び本実施例の記載に基づいて、本実施形態に係るプロセスを再現することができる。
【００３９】
（多段式水回収装置の構成）
低濃度溶液が大量に存在する場合、上述した単一モジュールを用いた水回収装置１００では、処理に長時間を要してしまう。そこで、低濃度溶液が大量に存在する場合、複数モジュール（多段式モジュール）を用いた水回収装置が使用される場合がある。図５は、複数モジュールを用いた水回収装置の一例として、水回収装置２００を示す。水回収装置２００は、概略的には、複数のＦＯ膜モジュール１０、２０、３０の低濃度側流路１１、２１、３１及び高濃度側流路１２、２２、３２がそれぞれ直列に連結されたものである。
【００４０】
より詳細には、水回収装置１００は、ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０と、低濃度側連結流路２４０、２４１、２４２、２４３と、高濃度側連結流路２５０、２５１、２５２、２５３とを有する。
【００４１】
ＦＯ膜モジュール１０は、上述した構成を有する。ＦＯ膜モジュール２０は、低濃度側流路２１、低濃度側連結口２１ａ、２１ｂ、高濃度側流路２２、高濃度側連結口２２ａ、２２ｂ、及びＦＯ膜２３を備える。ＦＯ膜モジュール３０は、低濃度側流路３１、低濃度側連結口３１ａ、３１ｂ、高濃度側流路３２、高濃度側連結口３２ａ、３２ｂ、及びＦＯ膜３３を備える。ＦＯ膜モジュール２０、３０は、ＦＯ膜モジュール１０と同様の機能を有する。矢印２０ａ、３０ａは、ＦＯ膜モジュール２０、３０内で水分が移動する方向を示す。
【００４２】
低濃度側連結流路２４０は、低濃度溶液の供給源と低濃度側連結口１１ａとを連結する管であり、低濃度側連結流路２４１は、低濃度側連結口１１ｂと低濃度側連結口２１ａとを連結する管である。低濃度側連結流路２４２は、低濃度側連結口２１ｂと低濃度側連結口３１ａとを連結する管である。低濃度側連結流路２４３は、低濃度側連結口３１ｂに連結された管であり、低濃度側連結口３１ｂから排出された低濃度溶液を水回収装置２００の外部に排出する。このように、低濃度側流路１１、２１、３１は、低濃度側連結流路２４１、２４２によって直列に連結される。言い換えれば、低濃度側連結流路２４１、２４２及び低濃度側流路１１、２１、３１により直列の流路、すなわち低濃度側直列流路が形成される。水回収装置２００のように複数のＦＯ膜モジュールを有する水回収装置では、低濃度側直列流路の入口、すなわち低濃度側連結口１１ａに近いＦＯ膜モジュールから１段目、２段目、３段目、・・・とカウントされる。図５に示す例では、ＦＯ膜モジュール１０は１段目のモジュールとなり、ＦＯ膜モジュール２０は２段目のモジュールとなる。
【００４３】
高濃度側連結流路２５０は、高濃度溶液の供給源と高濃度側連結口１２ａとを連結する管であり、高濃度側連結流路２５１は、高濃度側連結口１２ｂと高濃度側連結口２２ａとを連結する管である。高濃度側連結流路２５２は、高濃度側連結口２２ｂと高濃度側連結口３２ａとを連結する管である。高濃度側連結流路２５３は、高濃度側連結口３２ｂに連結された管であり、高濃度側連結口３２ｂから排出された高濃度溶液をＤＳ再生装置に供給する。ＤＳ再生装置は上述した機能を有する。このように、高濃度側流路１２、２２、３２は、高濃度側連結流路２５１、２５２によって直列に連結される。言い換えれば、高濃度側連結流路２５１、２５２及び低濃度側流路１１、２１、３１により直列の流路、すなわち高濃度側直列流路が形成される。
【００４４】
（多段式モジュールを用いた水回収プロセス）
次に、上記の水回収装置２００を用いた水回収プロセス、すなわち多段式水回収プロセスについて説明する。この水回収プロセスでは、低濃度溶液を低濃度側直列流路の入口、すなわち低濃度側連結口１１ａから低濃度側流路１１に流入させる一方、高濃度溶液を高濃度側直列流路の入口、すなわち高濃度側連結口１２ａから高濃度側流路１２に流入させる。これにより、低濃度溶液内の水分は、ＦＯ膜１３を通って高濃度溶液に流入する。そして、水分の分離によって濃縮された低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ｂから低濃度側連結流路２４１に排出される。低濃度溶液は、低濃度側連結流路２４１を流通し、低濃度側連結口２１ａから低濃度側流路２１に流入される。
【００４５】
一方、高濃度溶液は、低濃度溶液からの水分によって薄められながら高濃度側流路１２を低濃度溶液と同一方向に流通し、高濃度側連結口１２ｂから高濃度側連結流路２５１に排出される。高濃度溶液は、高濃度側連結流路２５１を流通し、高濃度側連結口２２ａから高濃度側流路２２に流入される。以後、ＦＯ膜モジュール２０、３０内でＦＯ膜モジュール１０と同様の処理が行われる。最終的に、低濃度溶液は、低濃度側連結口３１ｂから外部に排出され、高濃度溶液は、高濃度側連結口３２ｂから外部に排出される。高濃度溶液は、ＤＳ再生装置に供給され、ＤＳ再生装置によって高濃度溶液中の水分が回収される。水分の回収によって濃縮された高濃度溶液は、高濃度溶液の供給源に戻される。以上の処理により、低濃度溶液中の水分が回収される。
【００４６】
例えば、図５に示す例（比較例）では、濃度３．５質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１に流入し、濃度７．０質量％、流量１００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１から排出される。一方、濃度１２．０質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が高濃度側流路１２に流入し、濃度８．０質量％、流量３００ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が高濃度側流路１２から排出される。したがって、この例では、流量１００ｍ３／ｄａｙの水分が低濃度溶液から高濃度溶液に流入したこととなる。なお、低濃度溶液及び高濃度溶液の溶質は図４で示した例と同様とし、ＦＯ膜１３、２３、３３は、後述のＨＴＩ社製ＴＦＣ-ＦＯ膜を使用した。高濃度溶液に流入した水分は、ＤＳ再生装置によって回収される。ＦＯ膜モジュールの数は、低濃度溶液の量に応じて任意に設定されうる。また、各ＦＯ膜モジュールは、複数のＦＯ膜エレメントを含むことできる。
【００４７】
（従来の多段式水回収プロセスが有する問題点）
しかし、従来の多段式水回収プロセスでは、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きくなるほど、ＦＯ膜モジュール内の低濃度溶液と高濃度溶液との浸透圧差が小さくなる。低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きくなるほど、ＦＯ膜モジュール内の低濃度溶液の濃度が高くなり、高濃度溶液の濃度が低くなるからである。低濃度溶液と高濃度溶液との浸透圧差が小さくなるほど、低濃度溶液から高濃度溶液に流入する水分の量が低減する。したがって、従来の多段式水回収プロセスでは、後段のＦＯ膜モジュールにおいて水分の回収率（言い換えれば、ＦＯ膜の使用効率（Ｆｌｕｘ））が低下し、ひいては、プロセス全体の回収率が低下するという問題があった。すなわち、従来の多段式水回収プロセスを用いて本実施形態と同程度の効率を得ようとすると、ＦＯ膜モジュールの規模・数量も非常に大きなものとなる。
【００４８】
一方、この問題を解決する方法として、通常、高濃度溶液の流量を増加させるという方法が利用されている。しかし、この方法では、大量の高濃度溶液を流通させるために大きなポンプエネルギーが必要となる。さらに、大量の高濃度溶液から水分を回収する必要があるので、高濃度溶液から水分を回収する手間も増大する。このため、この方法では、上記の問題を根本的に解決することができなかった。
【００４９】
本発明者は、上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、本実施形態に係る多段式水回収装置及びプロセスに想到するに至った。本実施形態に係る水回収装置及びプロセスによれば、回収率を向上させることが可能となる。以下、詳細に説明する。
【００５０】
＜２．第１の実施形態＞
（水回収装置の構成）
まず、図１に基づいて、第１の実施形態に係る水回収装置１の構成について説明する。水回収装置１は、概略的には、図５に示す水回収装置２００の高濃度側の流路を並列にしたものである。
【００５１】
より詳細には、水回収装置１００は、ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０と、低濃度側連結流路４０、４１、４２、４３と、高濃度側連結流路５０、５１、５２、５３、５４、５５とを有する。
【００５２】
ＦＯ膜モジュール１０は、低濃度側流路１１、低濃度側連結口１１ａ、１１ｂ、高濃度側流路１２、高濃度側連結口１２ａ、１２ｂ、及びＦＯ膜１３を備える。低濃度側流路１１は、低濃度溶液が流通する流路であり、低濃度溶液は、低濃度側流路１１内をＦＯ膜１３と平行な方向（図１中右方向）に流通する。
【００５３】
ここで、低濃度溶液は、水分を含む溶液、すなわち水溶液である。なお、水回収装置１による処理の対象となる低濃度溶液は、水分を含有しているものであればどのようなものであってもよい。低濃度溶液としては、例えば、自然界（例えば海、河川、湖、沼、池等）から得られる水（例えば海水、ブラキッシュウォータ、河川水等）、工業排水、家庭等から排出される各種排水等が挙げられる。
【００５４】
低濃度側連結口１１ａ、１１ｂは、低濃度溶液の出入口となるものである。この例では、低濃度側連結口１１ａが低濃度溶液の入口となり、低濃度側連結口１１ｂが低濃度溶液の出口となる。すなわち、低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ａから低濃度側流路１１内に流入し、低濃度側流路１１内を図１中右方向に流通する。そして、低濃度溶液は、低濃度側連結口１１ｂから低濃度側流路１１の外部に排出される。
【００５５】
高濃度側流路１２は、ＦＯ膜１３を介して低濃度側流路１１に連結されている。言い換えれば、ＦＯ膜モジュール１０では、低濃度側流路１１と高濃度側流路１２とがＦＯ膜１３で仕切られている。高濃度側流路１２は、高濃度溶液が流通する流路であり、高濃度溶液は、高濃度側流路１２内を低濃度溶液と逆方向（図１中左方向）に流通する。このように、高濃度溶液と低濃度溶液とはＦＯ膜モジュール１０内を向流で流れる。これにより、ＦＯ膜モジュール１０内での浸透圧差がＦＯ膜モジュール１０の長さ方向（図１中左右方向）でより均一になる。なお、高濃度溶液及び低濃度溶液は並流（同一方向）で流通させても良い。しかしながら、向流の方が水回収効率は高く望ましい。
【００５６】
高濃度溶液は、水分を含む溶液、すなわち水溶液である。さらに、高濃度溶液は、溶質の濃度が低濃度溶液よりも高い、すなわち浸透圧が低濃度溶液よりも高くなっている。高濃度溶液は、誘導溶液（ＤＳ）とも称される。
【００５７】
高濃度溶液に溶解される溶質の種類は特に問われない。例えば、溶質は、１価イオンを含むものであっても、多価イオンを含むものであってもよい。ただし、多価イオンは、高濃度溶液の浸透圧を高くすることができるので好ましい。多価イオンを含む高濃度溶液は、ＭＶＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｖａｌｅｎｃｅ−Ｉｏｎ）系ＤＳとも称される。
【００５８】
ＭＶＩとしては、例えば、塩化カルシウムや塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等が挙げられる。また、１価イオンを含むＤＳ電解質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。
【００５９】
溶質の他の好ましい例としては、二酸化炭素、アンモニア等が挙げられる。これらは気体なので、高濃度溶液から容易に除去される。言い換えれば、高濃度溶液から水分を容易に回収することができる。例えば、これらの溶質は、僅かな加熱によって高濃度溶液から除去される。溶質が除去された高濃度溶液は、実質的にはほとんど水分となるので、容易に水分が回収される。一方、溶質が個体（例えば、上述した多価イオンを含む塩）となる場合、高濃度溶液から水分を回収するためには、上述したように、ＲＯ膜モジュール等を用いる必要がある。このため、大きなエネルギーが必要となる。上記の溶質は単独で用いられてもよく、混合して用いられてもよい。例えばアンモニアと二酸化炭素とを混合することで、二酸化炭素の溶解度を向上させることができる。
【００６０】
高濃度側連結口１２ａ、１２ｂは、高濃度溶液の出入口となるものである。この例では、高濃度側連結口１２ｂが高濃度溶液の入口となり、高濃度側連結口１２ａが高濃度溶液の出口となる。すなわち、高濃度溶液は、高濃度側連結口１２ｂから高濃度側流路１２内に流入し、高濃度側流路１２内を流通する。そして、高濃度溶液は、高濃度側連結口１２ａから高濃度側流路１２の外部に排出される。
【００６１】
ＦＯ膜１３は、低濃度側流路１１と高濃度側流路１２とを仕切っている。さらに、高濃度溶液は低濃度溶液よりも浸透圧が高いので、低濃度溶液内の水分は自然に高濃度溶液に流入される。すなわち、低濃度溶液内の水分は、ＦＯ膜１３を通って矢印１０ａ方向に移動し、高濃度側流路１２に流入される。したがって、低濃度溶液から高濃度溶液に水分を移動させるために必要なエネルギーは理論的には０になる。
【００６２】
ＦＯ膜１３の種類は特に制限されず、公知の半透膜、例えばＦＯ膜、ＲＯ膜、ＮＦ膜等が任意に使用可能である。ＦＯ膜としては、例えば、Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．（ＨＴＩ）社製の三酢酸セルロース膜や複合膜（ＴＦＣ膜）が挙げられるが、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＧＥ）社製の二酢酸と三酢酸との混合酢酸セルロース膜であるＣＥやＣＧ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製のポリアミド系複合膜であるＳＷＣシリーズやＣＴＡシリーズ・ＥＳＰＡシリーズＬＦＣシリーズ、ＤＯＷ社製のポリアミド系複合膜であるＳＷシリーズやＢＷシリーズ・ＨＲＬＥシリーズ・ＸＲＥシリーズ等のＲＯ膜をＦＯ膜１３として使用しても構わない。なお、ＦＯ膜１３は、親水性の高い膜が好ましい。低濃度溶液からの汚れが付着しにくいからである。なお、ＨＴＩ社からは、透過係数が互いに異なるＦＯ膜が提供されている。このようなＦＯ膜としては、透過係数＝９ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／ｈ）（１Ｍ  ＮａＣｌ対Ｄｌ  ｗａｔｅｒ）のＦＯ膜、透過係数＝２０ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／ｈ）（１Ｍ  ＮａＣｌ対Ｄｌ  ｗａｔｅｒ）のＦＯ膜等が知られている。透過係数が高いほど、水分を通しやすい。後述する第３の実施形態では、各ＦＯ膜モジュールに使用されるＦＯ膜の透過係数が互いに異なっている。
【００６３】
ＦＯ膜モジュール２０は、低濃度側流路２１、低濃度側連結口２１ａ、２１ｂ、高濃度側流路２２、高濃度側連結口２２ａ、２２ｂ、及びＦＯ膜２３を備える。ＦＯ膜モジュール３０は、低濃度側流路３１、低濃度側連結口３１ａ、３１ｂ、高濃度側流路３２、高濃度側連結口３２ａ、３２ｂ、及びＦＯ膜３３を備える。ＦＯ膜モジュール２０、３０は、ＦＯ膜モジュール１０と同様の機能を有する。矢印２０ａ、３０ａは、水分が移動する方向を示す。
【００６４】
低濃度側連結流路４０〜４３は、上述した低濃度側連結流路２４０〜２４３と同様の構成を有する。したがって、低濃度側流路１１、２１、３１は、低濃度側連結流路４１、４２によって直列に連結される。言い換えれば、低濃度側連結流路４１、４２及び低濃度側流路１１、２１、３１により直列の流路、すなわち低濃度側直列流路が形成される。また、水回収装置１では、低濃度側直列流路の入口、すなわち低濃度側連結口１１ａに近いＦＯ膜モジュールから１段目、２段目、３段目、・・・とカウントされる。図１に示す例では、ＦＯ膜モジュール１０は１段目のモジュールとなり、ＦＯ膜モジュール２０は２段目のモジュールとなる。本例では３段のモジュールを用いる例を示したが、２段以上の複数段であれば、必要とされる水量に応じて何段用いてもよい。
【００６５】
高濃度側連結流路５０は、高濃度溶液の供給源と高濃度側連結口１２ｂとを連結する管である。高濃度側連結流路５１は、高濃度側連結口１２ａに連結された管であり、高濃度側連結口１２ａから排出された高濃度溶液をＤＳ再生装置に供給する。ＤＳ再生装置は、高濃度溶液から水分を回収することができる装置であればどのようなものであってもよいが、例えば溶質が多価イオンを含む塩となる場合、ＲＯ膜装置が好適である。一方、高濃度溶液の溶質が気体となる場合、ＤＳ再生装置は蒸留装置等の加熱装置であってもよい。
【００６６】
高濃度側連結流路５２は、高濃度溶液の供給源と高濃度側連結口２２ｂとを連結する管である。高濃度側連結流路５３は、高濃度側連結口２２ａに連結された管であり、高濃度側連結口２２ａから排出された高濃度溶液をＤＳ再生装置に供給する。
【００６７】
高濃度側連結流路５４は、高濃度溶液の供給源と高濃度側連結口３２ｂとを連結する管である。高濃度側連結流路５５は、高濃度側連結口３２ａに連結された管であり、高濃度側連結口３２ａから排出された高濃度溶液をＤＳ再生装置に供給する。
【００６８】
したがって、第１の実施形態では、高濃度側連結流路５０、５２、５４は並列に配列されている。そして、第１の実施形態では、高濃度側連結流路５０、５２、５４に、同じ濃度かつ同じ流量の高濃度溶液を流通させる。したがって、同じ濃度かつ同じ流量の高濃度溶液が高濃度側流路１２、２２、３２に流入される。
【００６９】
さらに、低濃度側直列流路の出口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きい。ここで、低濃度側直列流路の出口流量は、低濃度側直列流路の出口、すなわち低濃度側連結口３１ｂから排出される低濃度溶液の流量である。
【００７０】
さらに、低濃度側直列流路の入口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きい。ここで、低濃度側直列流路の入口流量は、低濃度側直列流路の入口、すなわち低濃度側連結口１１ａに流入される低濃度溶液の流量である。また、高濃度側流路の入口流量は、高濃度側連結口１２ｂ、２２ｂ、３２ｂに流入される高濃度溶液の流量である。
【００７１】
ここで、上述のように高濃度溶液を各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０に供給する方法としては、例えば以下の２通りが考えられる。１つ目は、高濃度溶液の供給源からの流路を高濃度側連結流路５０、５２、５４に分岐させ、各高濃度側連結流路５０、５２、５４にポンプを配置する。そして、これらのポンプの出力を同じ値に設定する。これにより、各高濃度側連結流路５０、５２、５４に同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液が流通する。
【００７２】
他の方法は、高濃度溶液の供給源からの流路にポンプを配置し、ポンプから伸びる経路を高濃度側連結流路５０、５２、５４に分岐させる。そして、ポンプの出力値を、１つ目の方法の３倍の値に設定し、バルブ等を用いて流量を調整し、各モジュールへ均等配分する。これにより、各高濃度側連結流路５０、５２、５４に同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液が流通する。もちろん、これら以外の方法により各高濃度側連結流路５０、５２、５４に同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液を流通させるようにしてもよい。
【００７３】
このように、本第１の実施形態では、高濃度側連結流路５０、５２、５４を並列に配列させ、かつ、高濃度側連結流路５０、５２、５４に同じ濃度かつ同じ流量の高濃度溶液を流通させる。これにより、第１の実施形態では、同じ濃度かつ同じ流量の高濃度溶液が高濃度側流路１２、２２、３２に流入される。したがって、各ＦＯ膜モジュール、特に後段のＦＯ膜モジュール２０、３０内の浸透圧差が従来よりも高い値に維持されるので、これらのＦＯ膜モジュール２０、３０における回収率が格段に向上する。
【００７４】
さらに、高濃度溶液の流量は、低濃度溶液に比べて非常に少ないので、高濃度溶液の供給に必要なポンプエネルギーが非常に小さくなる。さらに、高濃度溶液から水分を回収する手間も低減される。なお、上述したように、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０に同じ濃度の高濃度溶液が供給されるので、高濃度溶液の流量を少なくしても、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０内の浸透圧差が高い値に維持される。すなわち、従来と異なり、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０内の浸透圧差を高い値に維持するために、高濃度溶液の流量を大きくする必要がない。
【００７５】
また、低濃度溶液と濃度が高い高濃度溶液との接触面積が増大するので、ＦＯ膜の使用効率が向上する。結果として、ＦＯ膜の面積を小さくし、かつモジュール数を少なくすることができる。
【００７６】
（多段式モジュールを用いた水回収プロセス）
次に、上記の水回収装置１を用いた水回収プロセス、すなわち多段式水回収プロセスについて説明する。この水回収プロセスでは、低濃度溶液を低濃度側直列流路の入口、すなわち低濃度側連結口１１ａから低濃度側流路１１に流入させる一方、同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液を各高濃度側直列流路の入口、すなわち高濃度側連結口１２ａ、２２ａ、３２ａから高濃度側流路１２、２２、３２に流入させる。
【００７７】
これにより、低濃度溶液は、低濃度側直列流路を流れる。さらに、低濃度溶液内の水分は、ＦＯ膜１３、２３、３３を通って高濃度溶液に流入する。そして、水分の分離によって濃縮された低濃度溶液は、最終的に、低濃度側連結流路４３から外部に排出される。
【００７８】
一方、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０内の高濃度溶液は、低濃度溶液からの水分によって薄められながら高濃度側流路１２、２２、３２内を低濃度溶液と逆方向に（すなわち、向流で）流通し、高濃度側連結口１２ｂ、２２ｂ、３２ｂから高濃度側連結流路５１、５３、５５に排出される。ここで、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０には、同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液が流入されるので、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０内の浸透圧差、特に後段のＦＯ膜モジュール２０、３０内での浸透圧差が高い値に維持される。
【００７９】
その後、高濃度溶液は、ＤＳ再生装置に供給され、ＤＳ再生装置によって高濃度溶液中の水分が回収される。水分の回収によって濃縮された高濃度溶液は、高濃度溶液の供給源に戻される。以上の処理により、低濃度溶液中の水分が回収される。
【００８０】
（実施例）
例えば、図１に示す例（実施例）では、濃度３．５質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液を低濃度側流路１１に流入させた。一方、濃度１２．０質量％、流量２０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液を各高濃度側流路１２、２２、３２に流入させた。これにより、濃度７．０質量％、流量１００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１から排出された。一方、高濃度側流路１２からは、濃度３．４質量％、流量７０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。一方、高濃度側流路２２からは、濃度４．８質量％、流量５０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。一方、高濃度側流路３２からは、濃度６．０質量％、流量４０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。なお、低濃度溶液及び高濃度溶液の溶質は図４で示した例と同様とし、ＦＯ膜１３、２３、３３は、ＨＴＩ社製ＴＦＣ-ＦＯ膜を使用した。この実施例からも明らかなように、本実施形態では、従来よりも少量の高濃度溶液によって従来と同程度の回収率が得られている。
【００８１】
なお、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が小さいほどＦＯ膜モジュールからＤＳ再生装置に排出される高濃度溶液の流量が大きく、かつ濃度が小さくなる。この理由は、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が小さいほど、ＦＯ膜モジュール内の浸透圧差が大きくなっているからである。すなわち、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が小さいほど水分の回収率が高い。ただし、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が小さいほど、ＦＯ膜の負荷が高くなるので、劣化が進みやすくなる可能性がある。そこで、後述する第３の実施形態では、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０での回収率をより均一にすることで、ＦＯ膜の劣化をより均一にするようにしている。詳細は後述する。
【００８２】
なお、低濃度側の流路も並列にした場合、全てのＦＯ膜モジュール１０、２０、３０が並列に並ぶことになる。したがって、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０に供給される低濃度溶液及び高濃度溶液の流量が第１の実施形態における高濃度溶液の流量と同じとなる場合、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０への低濃度溶液及び高濃度溶液の供給量が減るので、低濃度側流路及び高濃度側流路の両方で濃度分極の問題が生じる。ここで、濃度分極は、ＦＯ膜の近傍に高濃度の領域が形成されることである。逆に各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０に供給される低濃度溶液の流量が本実施形態の低濃度溶液の流量と同じになる場合、モジュール数分だけ流量が増え、さらに、モジュール毎に用意されたポンプの出力を高くする必要があるので、エネルギー効率が非常に悪くなる。
【００８３】
これに対し、第１の実施形態では、高濃度側の流路のみを並列とすることによって、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０で生じる濃度分極を可能な限り抑制している。なお、第２の実施形態では、高濃度溶液側の濃度分極を抑制することができる。詳細は後述する。なお、濃度分極が生じた場合、回収率が低下する場合がある。
【００８４】
以上により、第１の実施形態に係る多段式水回収プロセスは、複数の低濃度側流路１１、２１、３１を直列に連結する低濃度側直列流路に低濃度溶液を流入させるステップと、各高濃度側流路１２、２２、３２に、同じ濃度の高濃度溶液を流入させるステップと、を含む。これにより、第１の実施形態では、各ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０内の浸透圧差、特に後段のＦＯ膜モジュール２０、３０内の浸透圧差を高い値に維持することができる。したがって、第１の実施形態では、ＦＯ膜モジュール２０、３０における回収率が格段に向上し、ひいては、多段式水回収プロセス全体の回収率が格段に向上する。
【００８５】
さらに、低濃度側直列流路の出口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きい。すなわち、高濃度溶液の流量は、低濃度溶液に比べて非常に少ないので、高濃度溶液の供給に必要なポンプエネルギーが非常に小さくなる。さらに、高濃度溶液から水分を回収する手間も低減される。
【００８６】
さらに、低濃度側直列流路の入口流量は、各高濃度側流路の入口流量の合計値よりも大きい。すなわち、高濃度溶液の流量は、低濃度溶液に比べて非常に少ないので、高濃度溶液の供給に必要なポンプエネルギーが非常に小さくなる。さらに、高濃度溶液から水分を回収する手間も低減される。
【００８７】
さらに、低濃度溶液を海水とした場合、高い回収率で海水から水分、すなわち淡水を回収することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態は、低濃度溶液からＦＯ法を用いて水分を一旦高濃度溶液に移すので、低濃度溶液からＲＯ法を用いて直接水分を回収する場合よりも膜が汚れにくいというメリットもある。
【００８９】
ここで、第１の実施形態では、同じ濃度、同じ流量の高濃度溶液を各高濃度側流路に流入させることとしたが、高濃度側流路の濃度、流量は本実施形態の趣旨を損なわない範囲で調整されてもよい。例えば、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きいほど、ＦＯ膜モジュール内の低濃度溶液の濃度が大きくなるので、浸透圧差が小さくなる。そこで、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きいほど、ＦＯ膜モジュール内の高濃度溶液の濃度、流量の少なくとも一方を大きくしてもよい。ただし、本実施形態の趣旨として、高濃度溶液の流量を小さくするというものがあるので、この趣旨を逸脱しない範囲で流量を大きくすることが好ましい。また、高濃度溶液の濃度を変更する場合、それぞれの濃度に応じた供給源を用意すればよい。これにより、後段のＦＯ膜モジュール２０、３０において浸透圧差が大きくなる。
【００９０】
＜３．第２の実施形態＞
（水回収装置の構成）
次に、図２に基づいて、第２の実施形態に係る水回収装置２の構成を説明する。水回収装置２は、第１の実施形態の水回収装置１のＦＯ膜モジュール１０、２０、３０をＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２に置き換えたものである。
【００９１】
ＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２は、ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０の高濃度側流路１２、２２、３２を、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２に置き換えたものである。
【００９２】
高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２は、低濃度側流路１１、２１、３１よりも狭い。具体的には、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２は、流路に垂直な断面が低濃度側流路１１、２１、３１よりも小さくなっている。これにより、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２内での高濃度溶液の流束が第１の実施形態よりも大きくなっている。これにより、高濃度溶液内でのせん断力が向上するので、高濃度溶液内での濃度分極が低減される。
【００９３】
すなわち、上述したように、高濃度溶液の流量は低濃度溶液の流量よりも低いので、高濃度溶液内で濃度分極が発生する可能性がある。そこで、第２の実施形態では、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２を低濃度側流路１１、２１、３１よりも狭くすることによって、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２内の流束を高めている。これにより、高濃度溶液内でのせん断力が向上するので、高濃度溶液内での濃度分極が低減される。なお、第２の実施形態では、ＦＯ膜モジュール１０、２０、３０を小型化できるというメリットもある。なお、低濃度側流路も狭くした場合、低濃度側流路内の流束も大きくなる。しかし、この場合、単に各ＦＯ膜モジュールを小さくすることと同じであり、ＦＯ膜モジュール数が膨大となってしまう。したがって、第２の実施形態に係る水回収装置２よりも大幅に効率が落ちる。
【００９４】
第２の実施形態に係る多段式水回収プロセスは第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００９５】
（実施例）
図２に示すように、濃度３．５質量％、流量２３０ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液を低濃度側流路１１に流入させた。一方、濃度１２．０質量％、流量２０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液を各高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２に流入させた。ここで、各ＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２において、低濃度側流路に垂直な断面積と高濃度側流路に垂直な断面積との比は２０：１とした。ＦＯ膜は第１の実施形態の実施例と同様とした。この結果、濃度８．１質量％、流量１００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１から排出された。一方、高濃度側流路１２−２からは、濃度３．０質量％、流量８０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。一方、高濃度側流路２２−２からは、濃度４．０質量％、流量６０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。一方、高濃度側流路３２−２からは、濃度４．８質量％、流量５０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出された。このように、各ＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２では、第１の実施形態の実施例よりも高い水回収率が得られたので、濃度分極の影響が低減していることがわかった。
【００９６】
以上により、第２の実施形態では、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２は、低濃度側流路１１、２１、３１よりも狭くなっているので、高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２内での高濃度溶液の流束が向上し、ひいては、高濃度溶液内での濃度分極が低減される。
【００９７】
＜４．第３の実施形態＞
（水回収装置の構成）
次に、図３に基づいて、第３の実施形態に係る水回収装置３の構成を説明する。水回収装置３は、第２の実施形態の水回収装置２のＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２をＦＯ膜モジュール１０−３、２０−３、３０−３に置き換えたものである。
【００９８】
ＦＯ膜モジュール１０−３、２０−３、３０−３は、ＦＯ膜モジュール１０−２、２０−２、３０−２のＦＯ膜１３、２３、３３をＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３に置き換えたものである。
【００９９】
ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３の透過係数は、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きいほど高くなっている。すなわち、ＦＯ膜１３−３の透過係数が最も低く、ＦＯ膜３３−３の透過係数が最も高い。言い換えれば、ＦＯ膜モジュール１０が最も水分を通しにくく、ＦＯ膜モジュール３０が水分を最も通しやすくなっている。なお、図３では、透過係数の違いをＦＯ膜の厚さで示した。ＦＯ膜が厚いほど、透過係数が低い。
【０１００】
すなわち、上述したように、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が小さいほどＦＯ膜モジュール内の浸透圧差が大きくなる。具体的には、ＦＯ膜モジュール１０−３内の浸透圧差が最も大きくなり、ＦＯ膜モジュール３０−３内の浸透圧差が最も小さくなる。したがって、第１の実施形態と同様に各ＦＯ膜モジュールに同じ透過係数のＦＯ膜を使用した場合、ＦＯ膜モジュール１０−３で大量の水分が回収される一方、ＦＯ膜モジュール３０−３では、ＦＯ膜モジュール１０−３と比較して少量の水分しか回収できなくなる。さらに、ＦＯ膜モジュール１０−３のＦＯ膜に高い負荷がかかるので、劣化が進みやすくなる。
【０１０１】
そこで、第３の実施形態では、ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３の透過係数を、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きいほど高くしている。これにより、ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３を通る水分の量、すなわち負荷がより平準化され、ひいては、劣化の速度も平準化される。したがって、各ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３の交換時期も平準化されるので、メンテナンスの手間が低減される。
【０１０２】
ＦＯ膜１３−３としては、例えば、ＤＯＷ社製のＳＷシリーズＲＯ膜が挙げられる。ＦＯ膜２３−３としては、例えば、ＤＯＷ社製のＢＷシリーズＲＯ膜が挙げられる。ＦＯ膜３３−３としては、例えば、ＤＯＷ社製のＨＲＬＥシリーズＲＯ膜が挙げられる。すなわち、本発明の第１〜第３の実施形態では、これらのＲＯ膜をＦＯ膜モードにて使用してもよい。なお、通常のＲＯ膜は、ＦＯ膜モードでの使用に最適化されていないことが多いため、ＦＯ膜モードで使用するのに適したモジュール構造に改良された後に使用されることが望ましい。もちろん、ＲＯ膜をそのままＦＯ膜として使用してもよい。
【０１０３】
（実施例）
例えば、図３に示す例（実施例）では、濃度３．５質量％、流量２００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１に流入し、濃度７．０質量％、流量１００ｍ３／ｄａｙの低濃度溶液が低濃度側流路１１から排出される。一方、濃度１５．０質量％、流量２０ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が各高濃度側流路１２−２、２２−２、３２−２に流入される。高濃度側流路１２−２からは、濃度５．７質量％、流量５３ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出される。一方、高濃度側流路２２−２からは、濃度５．７質量％、流量５３ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出される。一方、高濃度側流路３２−２からは、濃度５．７質量％、流量５３ｍ３／ｄａｙの高濃度溶液が排出される。なお、なお、低濃度溶液及び高濃度溶液の溶質は図４で示した例と同様とし、ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３として、それぞれＤＯＷ社製のＳＷ３０ＸＬＥ-４４０ｉ、ＢＷ３０ＨＲ-４４０ｉ、ＨＲＬＥ-４４０ｉをＦＯ膜モードで使用した。この実施例からも明らかなように、本実施形態では、各ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３を通る水分の量、すなわち負荷が平準化されている。
【０１０４】
以上により、第３の実施形態では、ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３の透過係数は、低濃度側直列流路の入口からＦＯ膜モジュールまでの段数が大きいほど高くなるので、各ＦＯ膜１３−３、２３−３、３３−３を通る水分の量、すなわち負荷が平準化される。
【０１０５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０６】
例えば、上記実施形態では、ＦＯ膜モジュールの数を３つとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ＦＯ膜モジュールの数は２であってもよく、４以上であってもよい。ＦＯ膜モジュールの数は、例えば低濃度溶液の量に応じて決定される。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２，３    水回収装置
１０，２０，３０    ＦＯ膜モジュール
１１，２１，３１    低濃度側流路
１２，２２，３２    高濃度側流路
４０〜４３          低濃度側連結流路
５０〜５５          高濃度側連結流路
【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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