(57)【要約】【課題】含水溶液から淡水を抽出して製造する薬剤含有溶液を低コスト化すること。【解決手段】溶媒として水を含む含水溶液から、含水溶液の浸透圧よりも高い浸透圧を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させる正浸透手段を備え、ドロー溶液が無機化合物または有機化合物の水溶液であって、ドロー溶液から、無機化合物または有機化合物を薬剤として薬剤含有溶液を製造するように構成されている。無機化合物または有機化合物の水溶液は、炭酸水素アンモニウム水溶液、尿素水溶液、またはアンモニア水溶液である。正浸透手段から流出した希釈されたドロー溶液における薬剤の濃度を調整する濃度調整手段をさらに備え、濃度調整手段によって、薬剤含有溶液の薬剤濃度を調整可能に構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒として水を含む含水溶液から、前記含水溶液の浸透圧よりも高い浸透圧を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させる正浸透手段を備え、
前記ドロー溶液が無機化合物または有機化合物の水溶液であって、前記ドロー溶液から、前記無機化合物または前記有機化合物を薬剤として薬剤含有溶液を製造するように構成されている
ことを特徴とする薬剤含有溶液製造装置。
【請求項２】
前記無機化合物または前記有機化合物の水溶液は、炭酸水素アンモニウム水溶液、尿素水溶液、またはアンモニア水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の薬剤含有溶液製造装置。
【請求項３】
前記正浸透手段から流出した希釈された前記ドロー溶液における前記薬剤の濃度を調整する濃度調整手段をさらに備え、前記濃度調整手段によって、前記薬剤含有溶液の薬剤濃度を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薬剤含有溶液製造装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれか１項に記載の薬剤含有溶液製造装置。
【請求項５】
溶媒として水を含む含水溶液から、前記含水溶液の浸透圧よりも高い浸透圧を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させる正浸透工程を含み、
前記ドロー溶液が無機化合物または有機化合物の水溶液であって、前記ドロー溶液から、前記無機化合物または前記有機化合物を薬剤として薬剤含有溶液を製造する
ことを特徴とする薬剤含有溶液の製造方法。
【請求項６】
前記無機化合物または前記有機化合物の水溶液は、炭酸水素アンモニウム水溶液、尿素水溶液、またはアンモニア水溶液であることを特徴とする請求項５に記載の薬剤含有溶液の製造方法。
【請求項７】
前記正浸透工程により得られた希釈された前記ドロー溶液における前記薬剤の濃度を制御する濃度調整工程をさらに含み、前記濃度調整工程によって、前記薬剤含有溶液の薬剤濃度を調整することを特徴とする請求項５または６に記載の薬剤含有溶液の製造方法。
【請求項８】
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５〜７のいずれか１項に記載の薬剤含有溶液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出しつつ、薬剤を含む溶液を製造する薬剤含有溶液製造装置および薬剤含有溶液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。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必要がある。淡水が分離されて引き抜かれたドロー溶液は、温度調整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。
【０００３】
特許文献１には、曇点を有する溶質としてドロー溶液を用いた正浸透システムに海水を供給し、正浸透システムにおいて半透膜を介してドロー溶液と接触させることにより、海水中の水を浸透圧によって半透膜を透過させてドロー溶液に移動させる技術が記載されている。特許文献１に記載の水処理装置においては、海水中の水が移動されたドロー溶液を加熱した後、分離槽において水リッチ溶液と水分離ドロー溶液とに分離し、水分離ドロー溶液を正浸透システムにおけるドロー溶液として循環させて用いている。
【０００４】
このようにして得られた淡水を用いる例として、淡水に薬剤として肥料を添加した薬剤含有溶液を、農作物を生産するための農業用水として使用する例がある。従来の淡水の製造方法において用いられる含水溶液から、肥料含有溶液などの薬剤含有溶液を得る場合には、含水溶液から淡水を抽出した後に、淡水に薬剤を添加する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８０２１５５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術による淡水の製造方法においては、曇点を有する温度感応性吸水剤を含む溶液がドロー溶液として用いられる。温度感応性吸水剤は、海水から淡水を吸水するポリマーとして極めて高い性能を有する一方、高価であることから淡水の製造装置内において循環させて繰り返し利用される。さらに、淡水の製造装置においては、淡水を抽出するためにドロー溶液を曇点以上に加熱したり、常温程度まで冷却したりする必要がある。これらに起因して、淡水の製造装置においては、循環ポンプや加熱器および冷却器などの設備コストがかかることから、上述した従来の淡水の製造装置を用いて、海水などの含水溶液から農業用水などの薬剤含有溶液を安価に製造することは困難であった。
【０００７】
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、含水溶液から淡水を抽出して製造する薬剤含有溶液を低コスト化できる薬剤含有溶液製造装置および薬剤含有溶液の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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薬剤含有溶液製造装置は、溶媒として水を含む含水溶液から、前記含水溶液の浸透圧よりも高い浸透圧を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させる正浸透手段を備え、前記ドロー溶液が無機化合物または有機化合物の水溶液であって、前記ドロー溶液から、前記無機化合物または前記有機化合物を薬剤として薬剤含有溶液を製造するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液製造装置は、上記の発明において、前記無機化合物または前記有機化合物の水溶液は、炭酸水素アンモニウム水溶液、尿素水溶液、またはアンモニア水溶液であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液製造装置は、上記の発明において、前記正浸透手段から流出した希釈された前記ドロー溶液における前記薬剤の濃度を調整する濃度調整手段をさらに備え、前記濃度調整手段によって、前記薬剤含有溶液の薬剤濃度を調整可能に構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液製造装置は、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。
【００１２】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液の製造方法は、溶媒として水を含む含水溶液から、前記含水溶液の浸透圧よりも高い浸透圧を有するドロー溶液に、半透膜を介して水を移動させる正浸透工程を含み、前記ドロー溶液が無機化合物または有機化合物の水溶液であって、前記ドロー溶液から、前記無機化合物または前記有機化合物を薬剤として薬剤含有溶液を製造することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液の製造方法は、上記の発明において、前記無機化合物または前記有機化合物の水溶液は、炭酸水素アンモニウム水溶液、尿素水溶液、またはアンモニア水溶液であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液の製造方法は、上記の発明において、前記正浸透工程により得られた希釈された前記ドロー溶液における前記薬剤の濃度を制御する濃度調整工程をさらに含み、前記濃度調整工程によって、前記薬剤含有溶液の薬剤濃度を調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る薬剤含有溶液の製造方法は、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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る薬剤含有溶液製造装置および薬剤含有溶液の製造方法によれば、含水溶液から淡水を抽出して製造する薬剤含有溶液を低コスト化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、従来技術による淡水の製造装置を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置を模式的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置における濃度調整ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置の濃度調整ユニットによる濃度調整工程における薬剤含有溶液フィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置の濃度調整ユニットによる濃度調整工程における希釈ドロー溶液フィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態による薬剤含有溶液製造装置を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置について説明する。図１は、第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置１を示す。図１に示すように、第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置１は、膜モジュール１１が設けられた抽出装置１０、および前処理ユニット１２を備えて構成される。
【００２０】
抽出装置１０における膜モジュール１１は、内部に半透膜１１ａが設けられている。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）膜を用いてもよい。半透膜１１ａ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、または中空糸など種々の形態の膜を用いることができる。膜モジュール１１は、例えば円筒形または箱形の容器であって、内部に半透膜１１ａが設置されることによって、内部が半透膜１１ａによって２つの室に仕切られる。なお、膜モジュール１１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。
【００２１】
膜モジュール１１においては、半透膜１１ａによって仕切られた一方の室に、溶媒として水を含む含水溶液をフィード溶液として流すことができ、他方の室に吸水溶液であるドロー溶液を流すことができる。含水溶液とドロー溶液とは膜モジュール１１内において半透膜１１ａを介して向流で流される。含水溶液は、前処理ユニット１２によって、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水に対して例えばろ過処理などの前処理が施された溶液であり、これらのうちで海水が好適には用いられる。なお、前処理ユニット１２を設けることなく、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水を含水溶液として、直接的に膜モジュール１１に導入することも可能である。
【００２２】
また、第１の実施形態においては、ドロー溶液として、例えば炭酸水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＣＯ3）水溶液、尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）水溶液、またはアンモニア（ＮＨ3）水溶液などの種々の無機化合物または有機化合物の水溶液が用いられる。すなわち、ドロー溶液に混入される薬剤としては、炭酸水素アンモニウム、尿素、またはアンモニアなどの無機化合物または有機化合物が用いられる。これらの化合物は肥料成分としても用いられる。この第１の実施形態においては、ドロー溶液として、ＮＨ4ＨＣＯ3水溶液が用いられる。ここで、ドロー溶液の薬剤濃度は、詳細は後述するが、ドロー溶液の浸透圧が含水溶液の浸透圧よりも大きくなるように設定される。具体的に、ドロー溶液の薬剤濃度は、６％より大きく２７％以下の、例えば１５％に調整される。
【００２３】
（薬剤含有溶液の製造方法）
（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、含水溶液とドロー溶液とを半透膜１１ａを介して接触させることによって、浸透圧の差により含水溶液中の水が半透膜１１ａを通過してドロー溶液に移動する。含水溶液が流入した一方の室からは、水が移動して濃縮された濃縮含水溶液が流出する。ドロー溶液が流入した他方の室からは水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。なお、ドロー溶液は、含水溶液との接触時の熱伝導によって温度が調整される。
【００２４】
正浸透工程において含水溶液からドロー溶液に水が移動することによって、希釈ドロー溶液の薬剤濃度は、膜モジュール１１に流入されたドロー溶液の薬剤濃度に比して低減される。第１の実施形態において、ドロー溶液の薬剤濃度が１５％であるのに対し、希釈ドロー溶液の薬剤濃度は、例えば７．５％になる。濃度が低減された希釈ドロー溶液は、薬剤含有溶液製造装置１によって生成された生成溶液である、薬剤含有溶液として流出される。得られた薬剤含有溶液は、例えば下水処理水やくみ上げ地下水などと混合させることにより、所定の薬剤濃度、具体的に例えば１％程度の薬剤濃度に希釈される。ここで、第１の実施形態において薬剤として炭酸水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＣＯ3）を用いた場合、生成溶液である薬剤含有溶液は、例えば肥料入り農業用水として用いることができる。一方、正浸透工程において得られた濃縮含水溶液は、例えば海水や下水処理水に混合されて廃棄される。
【００２５】
（比較例）
次に、第１の実施形態と比較するための比較例として、従来技術による淡水を製造する水処理装置について説明する。図２は、比較例による水処理装置２００を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、比較例による水処理装置２００は、半透膜２０１ａが内部に設けられた膜モジュール２０１、加熱器２０２、分離槽２０３、冷却器２０４、および最終処理ユニット２０５を備えて構成される。膜モジュール２０１は、膜モジュール１１と同様である。
【００２６】
一方、薬剤含有溶液製造装置１と異なり、水処理装置２００においては、ドロー溶液として、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、温度の上昇に従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。
【００２７】
また、水処理装置２００における加熱器２０２は、ドロー溶液の流れ方向に沿って分離槽２０３の上流側に設けられる。加熱器２０２は、膜モジュール２０１から流出した希釈ドロー溶液を、曇点の温度以上に加熱する。加熱器２０２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。分離槽２０３においては、加熱器２０２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再生ドロー溶液とに分離される。冷却器２０４は、分離槽２０３から流出された再生ドロー溶液を、外部から供給される３０℃程度の海水などによって冷却する熱交換器である。再生ドロー溶液は、冷却器２０４によって冷却された後、膜モジュール２０１に供給される。最終処理ユニット２０５は、分離槽２０３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。
【００２８】
比較例においては、ドロー溶液として温度感応性吸水剤を主体とする溶液を用いている。これに対し、第１の実施形態においては、含水溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液として、安価なＮＨ4ＨＣＯ3水溶液を用いている。また、比較例における冷却器２０４には、再生ドロー溶液を冷却するために海水などが供給されている。そのため、水処理装置２００においては、冷却器２０４に海水を供給するためのポンプの設備、およびポンプを稼働するための電力が必要になる。さらに、加熱器２０２においては、希釈ドロー溶液を加熱するヒータの電力が必要になる。これに対し、第１の実施形態においては、ドロー溶液を加熱するための加熱器、および冷却するための冷却器がいずれも不要になる。そのため、冷却器２０４に海水を供給するためのポンプの設備や稼働させる電力が不要になるとともに、加熱器２０２に供給する電力が不要になる。これにより、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。さらに、水処理装置２００を用いて淡水を製造してから薬剤含有溶液を製造する場合には、生成された淡水に対して薬剤を添加する工程が必要になる。この点、第１の実施形態においては、ドロー溶液として薬剤を含有した溶液を用いていることにより、淡水の製造後に薬剤を添加する必要がないため、従来に比して処理工程を削減することができる。
【００２９】
以上説明した第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置および薬剤含有溶液の製造方法によれば、海水などの含水溶液とＮＨ4ＨＣＯ3水溶液などのドロー溶液とを、膜モジュール１１内の半透膜１１ａを介して接触させて、含水溶液中の水をドロー溶液に移動させることによって、ドロー溶液を薬剤含有溶液として製造している。これにより、淡水を製造することなく、薬剤含有溶液を製造することができるので、ドロー溶液として温度感応性薬剤を用いる必要がなくなり、含水溶液から淡水を抽出して製造する薬剤含有溶液を低コスト化することが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置について説明する。図３は、第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置２を示す。図３に示すように、第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置２は、図１に示す第１の実施形態による薬剤含有溶液製造装置１における抽出装置１０に代えて、濃度調整ユニット１３を備えた抽出装置２０を備える。
【００３１】
抽出装置２０は、膜モジュール１１および濃度調整ユニット１３を備える。膜モジュール１１は、第１の実施形態と同様である。すなわち、前処理ユニット１２によって前処理が行われた含水溶液は、膜モジュール１１に流入して濃縮され、濃縮含水溶液として流出する。膜モジュール１１に流入したドロー溶液は希釈され、希釈ドロー溶液として流出する。膜モジュール１１から流出された希釈ドロー溶液は、濃度調整ユニット１３に流入する。濃度調整手段としての濃度調整ユニット１３は、流入される希釈ドロー溶液の濃度を調整可能に構成されている。濃度調整ユニット１３に流入された希釈ドロー溶液は、含有する薬剤の薬剤濃度が調整されて薬剤含有溶液として流出される。以上により、ドロー溶液から薬剤含有溶液が製造される。
【００３２】
次に、濃度調整ユニット１３について説明する。図４は、薬剤含有溶液製造装置２における濃度調整ユニット１３の詳細を示すブロック図である。図４に示すように、濃度調整ユニット１３は、濃度制御部１３０、上流側濃度センサ１３１、加熱器１３２、冷却器１３３、および下流側濃度センサ１３４を備える。
【００３３】
上流側濃度計測手段としての上流側濃度センサ１３１、および下流側濃度計測手段としての下流側濃度センサ１３４はそれぞれ、流入する希釈ドロー溶液における薬剤濃度を測定する濃度測定装置である。加熱手段としての加熱器１３２は、流入する希釈ドロー溶液を加熱可能に構成されている。加熱器１３２によって加熱工程が行われる。なお、加熱器１３２の加熱によって蒸発した成分は、外部に放出させたり、所定部分に収集したりできるように構成されている。冷却手段としての冷却器１３３は、加熱器１３２によって加熱されて高温になった希釈ドロー溶液を冷却可能に構成されている。冷却器１３３によって冷却工程が行われる。冷却器１３３には、高温の希釈ドロー溶液が流入される。冷却器１３３は、外部から例えば海水などの冷却用溶媒を供給可能に構成されている。
【００３４】
濃度制御手段としての濃度制御部１３０は、物理的には、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、およびインターフェースなどを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。濃度制御部１３０は、ＲＡＭに入力されたデータおよびあらかじめＲＯＭなどに記憶されているデータを使用して演算を行い、その演算結果を指令信号として出力する。濃度制御部１３０は、ＲＯＭに保持されるプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵにおいて実行することによって、ＣＰＵの制御に基づいて濃度調整ユニット１３の各部を動作させるとともに、記録部としてのＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し、およびＲＡＭへの書き込みを行う。濃度制御部１３０には、上流側濃度センサ１３１および下流側濃度センサ１３４から計測値のデータが入力される。濃度制御部１３０は、入力された計測値のデータに基づいて、加熱器１３２の加熱温度や冷却器１３３の冷却温度を制御する。
【００３５】
（濃度調整工程）
濃度調整手段としての濃度調整ユニット１３においては、濃度調整工程が行われる。図５は、薬剤含有溶液製造装置２の濃度調整ユニット１３による濃度調整工程の薬剤含有溶液フィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【００３６】
図５に示すように、第２の実施形態による薬剤含有溶液フィードバック制御においては、まず、ステップＳＴ１において濃度制御部１３０は、下流側濃度センサ１３４から供給された薬剤含有溶液の薬剤濃度の計測値が、第１所定値より大きいか否かの判定を行う。ここで、第１所定値は、最終生成物である薬剤含有溶液における、所望される薬剤濃度に設定される。具体的に例えば、薬剤含有溶液として肥料入り農業用水を製造するために、薬剤含有溶液をＮＨ4ＨＣＯ3水溶液とする場合、農業用水としての使用可能な条件に基づいて、第１所定値は例えば１％とされる。なお、第１所定値は、必ずしも１％に限定されるものではなく、製造される薬剤含有溶液の使用用途に応じて、種々の値を設定することが可能である。
【００３７】
ステップＳＴ１において濃度制御部１３０が、薬剤含有溶液の薬剤濃度が第１所定値より大きいと判定した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２において濃度制御部１３０は、加熱器１３２を制御することによって、加熱温度を上昇させる。加熱器１３２において加熱温度が上昇されると、希釈ドロー溶液に含まれる薬剤の分解反応が促進されて、薬剤濃度が低減する。具体的に例えば、薬剤含有溶液がＮＨ4ＨＣＯ3水溶液である場合、以下の化学反応式（１）に従って、気体となって蒸発する二酸化炭素（ＣＯ2）の量が増加するとともに、揮発して蒸発するアンモニア（ＮＨ3）の量が増加する。これにより、薬剤含有溶液中のＮＨ4ＨＣＯ3の分解反応が促進されて、ＮＨ4ＨＣＯ3の濃度が低減する。その後、ステップＳＴ１に復帰する。
ＮＨ4ＨＣＯ3  →  ＮＨ3↑＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ  …  （１）
【００３８】
他方、ステップＳＴ１において濃度制御部１３０が、薬剤含有溶液の薬剤濃度が第１所定値以下であると判定した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３において濃度制御部１３０は、加熱器１３２を制御することにより加熱温度を下降させる。加熱器１３２における加熱温度が下降されると、希釈ドロー溶液に含まれる薬剤の分解反応が抑制されて、薬剤濃度が増加する。具体的に例えば、薬剤含有溶液がＮＨ4ＨＣＯ3水溶液である場合、上述した化学反応式（１）における二酸化炭素（ＣＯ2）およびアンモニア（ＮＨ3）への分解が低減される。これにより、薬剤含有溶液中のＮＨ4ＨＣＯ3の分解反応が抑制されて、ＮＨ4ＨＣＯ3の濃度が増加する。その後、ステップＳＴ１に復帰する。
【００３９】
以上のステップＳＴ１〜ＳＴ３の処理による薬剤含有溶液フィードバック制御は、薬剤含有溶液製造装置２が稼働している間に継続して繰り返し実行される。なお、薬剤含有溶液フィードバック制御の処理速度、すなわち、ステップＳＴ１〜ＳＴ３の制御処理の時間は、数分程度から１日程度と長時間で行うことが可能である。また、濃度調整工程においては、上述した薬剤含有溶液フィードバック制御と並行して、正浸透工程によって得られる希釈ドロー溶液の薬剤濃度を調整する、希釈ドロー溶液フィードバック制御が実行される。図６は、薬剤含有溶液製造装置２の濃度調整ユニット１３による濃度調整工程の希釈ドロー溶液フィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
図６に示すように、第２の実施形態による希釈ドロー溶液フィードバック制御において、まず、ステップＳＴ１１において濃度制御部１３０は、上流側濃度センサ１３１から供給された希釈ドロー溶液の薬剤濃度の計測値が、第２所定値より大きいか否かの判定を行う。ここで、第２所定値は、膜モジュール１１において含水溶液からドロー溶液に水が移動可能な条件に設定される。なお、上述した加熱器１３２によって加熱される状態に適した薬剤濃度を考慮してもよい。具体的に例えば、薬剤含有溶液としてＮＨ4ＨＣＯ3水溶液を製造する場合、膜モジュール１１から流出される希釈ドロー溶液に対して制御される薬剤濃度である第２所定値は、例えば７．５％とされる。なお、第２所定値は、必ずしも７．５％に限定されるものではなく、製造される薬剤含有溶液の使用用途に応じて、種々の値を設定することが可能である。また、薬剤含有溶液としてＮＨ4ＨＣＯ3水溶液を用いた場合において、農業用水としての使用可能な条件を考慮することも可能である。
【００４１】
ステップＳＴ１１において濃度制御部１３０が、希釈ドロー溶液の薬剤濃度が第２所定値より大きいと判定した場合（ステップＳＴ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１２に移行する。ステップＳＴ１２において濃度制御部１３０は、ドロー溶液における薬剤濃度を従来公知の種々の方法によって調整することによって、膜モジュール１１に流入される希釈ドロー溶液の薬剤濃度を低減させる。具体的に例えば、膜モジュール１１から流出して加熱器１３２に流入される希釈ドロー溶液の薬剤濃度を低減させて、７．５％程度にするために、膜モジュール１１に流入させるドロー溶液の薬剤濃度を、例えば１５％未満になるようにする。これにより、膜モジュール１１から流出する希釈ドロー溶液の薬剤濃度が低減されて所望の濃度、第２の実施形態においては７．５％程度に調整される。その後、ステップＳＴ１１に復帰する。
【００４２】
他方、ステップＳＴ１１において濃度制御部１３０が、薬剤含有溶液の薬剤濃度が第２所定値以下であると判定した場合（ステップＳＴ１１：Ｎｏ）、ステップＳＴ１３に移行する。ステップＳＴ１３において濃度制御部１３０は、ドロー溶液における薬剤濃度を従来公知の種々の方法によって調整することによって、膜モジュール１１に流入され希釈ドロー溶液の薬剤濃度を増加させる。具体的に例えば、加熱器１３２に流入する希釈ドロー溶液の薬剤濃度を増加させて７．５％程度にするために、膜モジュール１１に流入させるドロー溶液の薬剤濃度を、例えば１５％より大きくする。これにより、膜モジュール１１から流出する希釈ドロー溶液の薬剤濃度が増加されて、例えば７．５％程度に調整される。その後、ステップＳＴ１１に復帰する。
【００４３】
以上のステップＳＴ１１〜ＳＴ１３の処理による希釈ドロー溶液フィードバック制御は、薬剤含有溶液製造装置２が稼働している間に継続して繰り返し実行される。なお、希釈ドロー溶液フィードバック制御の処理速度、すなわち、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３の制御処理の時間は、数分程度から１日程度と長時間で行うことが可能である。
【００４４】
また、上述した薬剤含有溶液フィードバック制御および希釈ドロー溶液フィードバック制御を並行して実行している間に、膜モジュール１１において含水溶液からドロー溶液への水の移動が低減して、浸透率が低下する場合がある。膜モジュール１１における浸透率が低下した状態で、図５に示すステップＳＴ１において、濃度制御部１３０が薬剤含有溶液の薬剤濃度は第１所定値より大きいと判定した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行するとともに、図６に示すステップＳＴ１２に移行する。すなわち、ステップＳＴ１において、薬剤含有溶液の薬剤濃度が第１所定値より大きいと判定された場合に、ステップＳＴ２，ＳＴ１２をそれぞれ実行することも可能である。他方、膜モジュール１１における浸透率が低下した状態で、図５に示すステップＳＴ１において、濃度制御部１３０が薬剤含有溶液の薬剤濃度は第１所定値以下であると判定した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ステップＳＴ３に移行するとともに、図６に示すステップＳＴ１３に移行させる。すなわち、ステップＳＴ１において、薬剤含有溶液の薬剤濃度が第１所定値以下と判定された場合に、ステップＳＴ３，ＳＴ１３をそれぞれ実行することも可能である。
【００４５】
次に、上述した希釈ドロー溶液フィードバック制御における第２所定値の設定について説明する。すなわち、膜モジュール１１において、含水溶液からドロー溶液に水を移動させるためには、ドロー溶液の浸透圧を含水溶液の浸透圧よりも大きくする必要がある。ドロー溶液の浸透圧は、ドロー溶液の薬剤濃度が高いほど大きくなる。そのため、含水溶液からドロー溶液に水を移動させて回収することを考慮すると、ドロー溶液の薬剤濃度は可能な限り高い方が好ましい。ここで、例えば、含水溶液が海水であって、ドロー溶液がＮＨ4ＨＣＯ3水溶液である場合を想定する。この場合、膜モジュール１１内において、ドロー溶液の薬剤濃度は、ＮＨ4ＨＣＯ3水溶液の浸透圧が海水の浸透圧よりも高くなるように設定される。ここで、例えば、塩濃度が４％の海水の浸透圧は３３ａｔｍであり、ＮＨ4ＨＣＯ3水溶液の浸透圧を海水の浸透圧より高くするには、ＮＨ4ＨＣＯ3の薬剤濃度を６％より高くする必要がある。そのため、膜モジュール１１内においてドロー溶液の薬剤濃度は６％以上が望ましいことから、膜モジュール１１から流出した希釈ドロー溶液の薬剤濃度の第２所定値は、６％以上が好ましく、第２の実施形態においては、例えば７．５％とする。
【００４６】
一方、上述した膜モジュール１１の半透膜１１ａの耐性を考慮すると、ドロー溶液の温度は半透膜１１ａの耐熱温度である４０℃が上限となる。第２の実施形態において、ドロー溶液をＮＨ4ＨＣＯ3水溶液から構成した場合、ＮＨ4ＨＣＯ3水溶液の温度が４０℃の場合の飽和溶解度は２７％である。これにより、膜モジュール１１に流入させるドロー溶液の薬剤濃度は、２７％以下が好ましい。さらに、ＮＨ4ＨＣＯ3が飽和した水溶液において温度が変化すると、含有する薬剤であるＮＨ4ＨＣＯ3が析出する可能性がある。ここで、薬剤含有溶液製造装置２において使用されるドロー溶液の使用において想定される温度は、２０℃程度であり、２０℃での飽和溶解度は約１７％である。そのため、ドロー溶液において多少の温度変化が生じてもＮＨ4ＨＣＯ3が析出しないようにするには、膜モジュール１１に流入させるドロー溶液の濃度は、２０℃におけるＮＨ4ＨＣＯ3の飽和溶解度未満の１５％程度が好ましい。以上を考慮すると、第２所定値は、ドロー溶液の浸透圧が含水溶液の浸透圧よりも高くなる薬剤濃度以上、ドロー溶液における薬剤の飽和溶解度以下の範囲内で選ばれる。具体的に薬剤がＮＨ4ＨＣＯ3である場合、第２所定値は６％以上２７％以下、好適には、６％以上１７％以下である。
【００４７】
以上説明した第２の実施形態においては、膜モジュール１１において、薬剤を含有するドロー溶液に含水溶液から水を移動させることによって、ドロー溶液から薬剤含有溶液を製造していることにより、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、第２の実施形態によれば、濃度調整ユニット１３によって希釈ドロー溶液の薬剤濃度を調整していることにより、最終的に製造される薬剤含有溶液の濃度を、使用用途に応じて適切な濃度に調整することができる。さらに、膜モジュール１１における水の浸透率に応じて、種々の濃度調整工程を並行して行っていることにより、薬剤含有溶液製造装置２において、製造する薬剤含有溶液の濃度を容易に調整することが可能となる。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による薬剤含有溶液製造装置について説明する。図７は、第３の実施形態による薬剤含有溶液製造装置３を示す。図７に示すように、第３の実施形態による薬剤含有溶液製造装置３は、図３に示す第２の実施形態による薬剤含有溶液製造装置２における抽出装置２０に代えて、濃度調整ユニット１３から排出された回収溶液をドロー溶液の流れ方向に沿った膜モジュール１１の上流側に導入するように構成された、抽出装置３０を備える。その他の構成は、第１および第２の実施形態と同様である。
【００４９】
（薬剤含有溶液の製造方法）
第３の実施形態による薬剤含有溶液製造装置３においては、抽出装置３０内において加熱器１３２によって加熱されて希釈ドロー溶液から蒸発された水蒸気（Ｈ2Ｏ）および薬剤を回収溶液として回収する。具体的に例えば、ドロー溶液をＮＨ4ＨＣＯ3水溶液から構成した場合、加熱器１３２において加熱されると、上述した化学式（１）から水蒸気（Ｈ2Ｏ）およびアンモニア（ＮＨ3）、さらに二酸化炭素（ＣＯ2）が回収できる。これらの水蒸気（Ｈ2Ｏ）や蒸発した薬剤を回収溶液として、膜モジュール１１の上流側のドロー溶液に導入する。その他の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００５０】
この第３の実施形態においても、膜モジュール１１において、薬剤を含有するドロー溶液に含水溶液から水を移動させることによって、ドロー溶液から薬剤含有溶液を製造していることにより、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３の実施形態においては、希釈ドロー溶液中のアンモニア（ＮＨ3）や水（Ｈ2Ｏ）を回収して、膜モジュール１１の上流側に導入していることにより、薬剤を有効利用することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
例えば上述した第２の実施形態においては、希釈ドロー溶液における薬剤濃度の調整を、加熱器１３２によって希釈ドロー溶液を加熱して、アンモニア（ＮＨ3）を蒸発させることにより行っているが、必ずしもアンモニアの蒸発に限定されるものではない。例えば、薬剤を中和させる中和反応や、希釈ドロー溶液に水などを添加して希釈する方法や、膜分離によりろ過する方法などによって薬剤濃度を調整することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２，３  薬剤含有溶液製造装置
１０，２０，３０  抽出装置
１１  膜モジュール
１１ａ  半透膜
１２  前処理ユニット
１３  濃度調整ユニット
１３０  濃度制御部
１３１  上流側濃度センサ
１３２  加熱器
１３３  冷却器
１３４  下流側濃度センサ
【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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