(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩類を含有する被処理水と下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤を水に溶解した溶液とを混合する混合手段と、
前記混合手段から流出する混合液を温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相とに相分離する第１相分離槽と、
前記第１相分離槽から流出する温度感応性薬剤濃厚相液を前記下限臨界溶液温度以上の温度に加温する加温手段と、
前記加温手段で加温された温度感応性薬剤濃厚相液を温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤濃厚溶液と、淡水を主体とし、少量の温度感応性薬剤を含有する温度感応性薬剤希薄溶液とに相分離する第２相分離槽と、
前記第２相分離槽で分離された前記温度感応性薬剤濃厚溶液を前記下限臨界溶液温度以下の温度まで冷却する冷却手段と、
前記冷却手段で冷却された温度感応性薬剤濃厚溶液を前記混合手段に循環する第１循環手段と、
前記第２相分離槽で分離された前記温度感応性薬剤希薄溶液を膜分離し、淡水と温度感応性薬剤回収液を得る膜分離装置と、
前記温度感応性薬剤回収液を前記温度感応性薬剤濃厚相液に循環する第２循環手段と、
前記混合液および／または前記温度感応性薬剤濃厚溶液に、カチオン系界面活性剤である相分離促進剤を添加する相分離促進剤添加手段
を有することを特徴とする水の脱塩処理装置。
【請求項２】
前記下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤が、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングリコール系共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の水の脱塩処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば海水を温度感応性薬剤と半透膜を用いて淡水を製造する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水を半透膜を用いて淡水化する方法は種々知られているが、海水に浸透圧以上の圧力を加えて水を強制的に透過させる逆浸透法が主に開発されてきた。この方法は高圧に加圧する必要があるため、設備費および運転費にコストがかかるという問題点がある。一方、半透膜を介して海水より高濃度の塩溶液を存在させれば、加圧せずとも浸透圧で水をこの塩溶液に移動させることができる。そして、この塩溶液（誘引溶液）として揮発性ガスを溶解させた溶液を用いれば、この塩溶液を蒸留することにより揮発性ガスを蒸発、分離させて淡水を得ることができる。この正浸透法として、揮発性ガスとしてアンモニアと二酸化炭素の組合せを用いた方法が既に開発されている。
【０００３】
一方、この誘引溶液に、曇点を有する溶質を用いたものも知られている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の方法は、海水を正浸透システムに送って、そこで半透膜を介して誘引溶液と接触させて海水中の水を浸透圧により半透膜を透過させて誘引溶液へ移動させる。水が誘引溶液に移動して残った濃縮海水は正浸透システムから流出する。一方、海水中の水で希釈された希釈誘引溶液は加熱器を備えた沈殿システムに送られ、そこで相分離あるいは沈殿を生じた希釈誘引溶液はポンプで加圧されてろ過システムに送られる。その際、溶質の曇点より低い温度の液を添加することができる。ろ過された膜ろ過水は後処理部でさらに精製されて飲料水となる。曇点を有する溶質には、各種の界面活性剤、分散剤、発泡剤、乳化剤など、例えば、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールが使用され、ろ過システムのろ材にはナノろ過膜や逆浸透膜が使用されている。
【０００５】
また、温度応答性高分子（感温剤）に塩分を添加すると、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ、または曇点と呼ばれる。）が低下し、感温剤だけでは凝集しない温度で凝集が起こることが知られている。そこで、本原理を利用して感温剤に海水を混合し、感温剤濃厚相と塩濃厚相を取り出し、それぞれを膜分離することで飲料水と濃厚塩水を取り出すことを提案したプロセスがある（特許文献２）。感温剤として使用されているのはポリ−Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＰＶＣＬ）である。
【０００６】
このプロセスの概略を図２に示す。まず、3.4％のＮａＣｌを含む海水を5％のＰＶＣＬ水溶液を混合器に入れ、良く攪拌した後、この混合物を静置槽に入れて相分離させる。相分離された、ＮａＣｌが3,400ｐｐｍ未満でＰＶＣＬが約6,000ｐｐｍの抽出相Ｅ１と、ＮａＣｌが50,000ｐｐｍでＰＶＣＬが600ｐｐｍ未満の抽残相Ｒ１を別々に取り出し、それぞれ相分離する。抽出相Ｅ１からは、膜分離により、ＮａＣｌが低濃度でＰＶＣＬを約10,000ｐｐｍ含む水相ＰＥＭ１とＮａＣｌが3,400ｐｐｍ未満でＰＶＣＬがほぼ0.0ｐｐｍの水相ＥＭ１に分けられる。水相ＰＥＭ１は、混合器に返送し、水相ＥＭ１は、必要により、逆浸透膜でＮａＣｌを分離して飲料水とする。抽残相Ｒ１からは、膜分離により、ＮａＣｌが低濃度でＰＶＣＬが高濃度の水相ＰＲＭ１とＮａＣｌが高濃度でＰＶＣＬがほぼ0.0ｐｐｍの水相ＲＭ１に分けられる。水相ＰＲＭ１は混合器に返送し、水相ＲＭ１は廃棄する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２０１０／０１５５３２９Ａ１号明細書
【特許文献２】特開２０１０−２７４２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
海水を半透膜で分離する特許文献１の方法より、先に相分離を行う特許文献２の方法のほうが、原理的にコスト面で優れているが、特許文献２の方法では、感温剤と塩水の混合液は、速やかには層状分離しないため、滞留時間の大きな巨大な沈殿槽か遠心分離器等が必要になり、装置コストが高くなる、という問題があった。また、ＰＶＣＬのような感温剤は高価であり、単位製造水あたりの薬剤コストが高くなる、という問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、海水のような塩類を含有する被処理水に下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤（感温剤）の水溶液を混合して温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相に相分離させ、温度感応性薬剤濃厚相から淡水を分離取得する水の脱塩処理装置において、温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相に速やかに相分離させる手段を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、このような作用を有する温度感応性薬剤に安価な薬剤を用いて薬剤コストを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決した手段を提供するものであり、相分離される混合液に予め相分離促進剤を添加しておくことにより、相分離槽内での温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相への分離がしやすくなって重力分離が容易になり、上記混合液を加温することによってさらに分離が容易になることを見出してなされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、
塩類を含有する被処理水と下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤を水に溶解した溶液とを混合する混合手段と、
前記混合手段から流出する混合液を温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相とに相分離する第１相分離槽と、
前記第１相分離槽から流出する温度感応性薬剤濃厚相液を前記下限臨界溶液温度以上の温度に加温する加温手段と、
前記加温手段で加温された温度感応性薬剤濃厚相液を温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤濃厚溶液と、淡水を主体とし、少量の温度感応性薬剤を含有する温度感応性薬剤希薄溶液とに相分離する第２相分離槽と、
前記第２相分離槽で分離された前記温度感応性薬剤濃厚溶液を前記下限臨界溶液温度以下の温度まで冷却する冷却手段と、
前記冷却手段で冷却された温度感応性薬剤濃厚溶液を前記混合手段に循環する第１循環手段と、
前記第２相分離槽で分離された前記温度感応性薬剤希薄溶液を膜分離し、淡水と温度感応性薬剤回収液を得る膜分離装置と、
前記温度感応性薬剤回収液を前記温度感応性薬剤濃厚相液に循環する第２循環手段と、
前記混合液および／または前記温度感応性薬剤濃厚溶液に、カチオン系界面活性剤である相分離促進剤を添加する相分離促進剤添加手段
を有することを特徴とする水の脱塩処理装置を提供するものである。
【００１３】
また、温度感応性薬剤に、特許文献２で使用されているポリ−Ｎ−ビニルカプロラクタム（ＰＶＣＬ）に代えて、安価なポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングリコール系共重合体を用いて、良好な相分離が得られることも見出した。
【００１４】
従って、本発明は、前記下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤が、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングリコール系共重合体であることを特徴とする上記の水の脱塩処理装置をも提供するものである。
【００１５】
相分離促進剤としては、例えばカチオン系界面活性剤を用い、これを添加することにより、第１相分離槽で温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相に分離しやすくなり、重力分離が容易となる。相分離促進剤による分離促進現象のメカニズムは完全には解明されていないが、温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相との界面張力が関係していると考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、海水などの塩類を含有する被処理水に下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤の水溶液を混合して温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相に相分離させる際に相分離促進剤を添加しておくことにより、この相分離を速やかに行わせて、相分離槽をコンパクトにできるとともに、温度感応性薬剤濃厚相から淡水を効率よく取得することができ、また、この温度感応性薬剤にポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングリコール系共重合体を用いれば薬剤コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】従来の装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の水の脱塩処理装置は、混合手段と第１相分離槽と加温手段と第２相分離槽と冷却手段と循環手段と膜分離装置と第２循環手段と相分離促進剤添加手段よりなっている。
【００１９】
混合手段
混合手段は、塩類を含有する被処理水と下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤を水に溶解した溶液とを混合する手段である。
【００２０】
被処理水は塩類を含有する水であればよいが、例示すれば、海水、湖沼水、河川水、工場廃水などである。
【００２１】
温度感応性薬剤は、低温では親水性で水によく溶けるが、ある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り、親水性〜疎水性に変化する温度が下限臨界温度あるいは曇点と呼ばれる。この温度に達すると疎水性化した温度感応性薬剤が析出して白濁あるいは相分離が起こる。徐々に加温する際に、薬剤によって白濁するが速やかに相分離しないもの、白濁した後更に加温すると速やかに相分離するもの、白濁状態を経ずに相分離するものがあるが、本発明に用いられる薬剤は加温後速やかに相分離するものであって、ここでいう下限臨界温度とは相分離する温度を意味する。
【００２２】
この温度感応性薬剤は、各種界面活性剤、分散剤、乳化剤などとして利用されており、例示すれば、アルコール、アルキル基、グリコール類、または脂肪酸とエチレングリコールの化合物（水溶性ポリアルキレングリコール誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシテトラメチレンポリオキシエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリメチロールプロパン，ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリセリルエーテル，ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンペンタエリスリトールエーテルなど）アルキル基または脂肪酸とプロピレンオキサイドの化合物、アクリルアミドとアルキル基の化合物、エチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、アミノ酸およびその誘導体、ブチルグリコールやヘキシルグリコールなどのグリコールなどであり、好ましくは、ポリエチレングリコールとポリプロピレン／ポリブチレングリコールのブロックまたはランダム共重合体、グリセロールエトキシレートブトキシレート、トリメチロールプロパンエトキシブトキシレート等である。これらのなかで好ましいものはポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレングリコール系共重合体である。
【００２３】
本発明において使用する温度感応性薬剤としては、下限臨界溶液温度が30℃〜80℃の範囲、特に40℃〜70℃の範囲のものが好ましい。この下限臨界溶液温度は塩分を加えると低下するので、海水を加えたときの下限臨界溶液温度が20〜50℃となることが好ましい。
【００２４】
温度感応性薬剤水溶液における温度感応性薬剤の濃度は、要は、被処理水と混合したときに温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相とに分相できればよい。具体的には40〜80%が好ましい。
【００２５】
被処理水と温度感応性薬剤水溶液との混合手段は、２液を混合する公知の手段を用いればよく、攪拌機のついた攪拌槽を用いる外、インラインミキサーなどを用いて配管内で混合してもよく、あるいは、相分離槽に攪拌機等を付設して混合手段を兼用させることもできる。
【００２６】
第１相分離槽
第１相分離槽は、前記混合手段から流出する混合液を温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相とに相分離するものである。これは、通常は、混合液を受け入れて静置する槽でよいが、遠心分離機などを用いて強制的に相分離するものであってもよい。
【００２７】
加温手段
加温手段は、第１相分離槽から流出する温度感応性薬剤濃厚相液を下限臨界溶液温度以上の温度に加温する手段である。この加温手段では、相分離を促進するために下限臨界溶液温度より5℃以上、好ましくは10℃以上まで加温することが望ましい。温度の上限は、より安価な低温の熱源を使用することを考えると、90℃以下程度が好ましい。この加温手段は問わないが、熱交換器を用いて工場廃熱を利用することが好ましい。
【００２８】
第２相分離槽
加温手段で加温された温度感応性薬剤濃厚相液を温度感応性薬剤を主体とする温度感応性薬剤濃厚溶液と、淡水を主体とし、少量の温度感応性薬剤を含有する温度感応性薬剤希薄溶液とに相分離する槽であり、通常は、温度感応性薬剤濃厚相液を受け入れて静置する槽でよいが、遠心分離機などを用いて強制的に相分離するものであってもよい。
【００２９】
冷却手段・第１循環手段
冷却手段は、第２相分離槽で分離された温度感応性薬剤濃厚溶液を下限臨界溶液温度以下の温度まで冷却する手段であり、熱交換器などを利用することができる。循環手段は冷却された温度感応性薬剤濃厚溶液を前記混合手段に循環する手段であり、通常、ポンプと配管よりなる。これらの手段によって温度感応性薬剤濃厚溶液を分相しうる状態にして塩類を含有する被処理水と混合する。
【００３０】
膜分離装置
膜分離装置では、第２相分離槽で分離された温度感応性薬剤希薄溶液を膜分離し、淡水と温度感応性薬剤回収液を得る。膜には、温度感応性薬剤を通過させない膜を用いればよく、ナノろ過膜や逆浸透膜などを使用できる。これらの膜を用いた膜分離装置は市販のものを使用すればよい。
【００３１】
第２循環手段
第２循環手段は、膜分離装置で分離された温度感応性薬剤回収液を温度感応性薬剤濃厚相に循環する手段である。これは、温度感応性薬剤希薄溶液から、温度感温性薬剤を回収するためのものである。この第２循環手段も、通常、ポンプと配管からなる。
【００３２】
相分離促進剤添加手段
第１相分離槽で相分離される混合液に相分離促進剤を添加する手段である。
【００３３】
相分離促進剤は、第１相分離槽で温度感応性薬剤濃厚相と塩類濃厚相への相分離を促進するものである。この相分離促進剤には、カチオン系界面活性剤、非イオン性界面活性剤を使用することができる。カチオン系界面活性剤の例としては、第４級アンモニウム塩、例えばドデシルトリメチルアンモニウムクロライドを挙げることができる。非イオン性界面活性剤の例としては、アセチレングリコール、およびその誘導体が挙げられる。添加量は、1〜１０％程度が適当である。相分離促進剤の添加位置は、要は、第１相分離槽内の混合液中に存在していればよいが、例えば、第２相分離槽で分離された温度感応性薬剤濃厚溶液に添加することができる。その外、例えば、被処理水と混合される温度感応性薬剤水溶液に添加してもよい。この添加手段は、通常、相分離促進剤を収容するタンク、定量ポンプあるいはバルブ、流量計測器等からなる。
【実施例】
【００３４】
本発明の水の脱塩処理装置の一例の構成を図１に示す。
【００３５】
この装置は、砂ろ過等の前処理装置１、加温器２、混合手段としての混合槽９、第１相分離槽３、加温手段としての熱交換器４、第２相分離槽５、冷却器６、膜分離装置７、冷却手段としての熱交換器８および相分離促進剤添加手段１０からなっている。
【００３６】
被処理水である海水１０１は、まず前処理装置１で前処理され、加温器２で加温されて、混合槽９に入れられる。混合槽９では、第２相分離槽で分離されて送られてきた温度感応性薬剤濃厚溶液１０５と混合されて、混合液は第１相分離槽３に入れられる。そこで、上層に相分離した温度感応性薬剤濃厚相液１０２は、熱交換器４で下限臨界溶液温度以上に加温されて、第２相分離槽５に入れられる。一方、第１相分離槽３で下層に相分離した塩類濃厚相液１０３は廃棄海水となる。第２相分離槽５で上層に相分離した温度感応性薬剤希薄溶液１０４は、冷却器６で冷却されて、膜分離装置７に送られる。一方、第２相分離槽５で下層となった温度感応性薬剤濃厚溶液１０５は、熱交換器８で冷却されて、相分離促進剤添加手段１０で相分離促進剤が添加され、混合槽９に返送される。膜分離装置７では、温度感応性薬剤希薄溶液１０４に含まれている温度感応性薬剤が分離回収されて淡水１０６として取り出される。分離回収された温度感応性薬剤回収液１０７は、第１相分離槽３で分離された温度感応性薬剤濃厚相液１０２に返送されて合流する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明により、海水等の塩類を含有する被処理水と下限臨界溶液温度を有する温度感応性薬剤の水溶液との相分離を促進して被処理水から効率よく塩類を除去できるので、海水等から温度感応性薬剤を用いて淡水を製造する装置に広く利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  前処理装置
２  加温器
３  第１相分離槽
４  熱交換器（加温手段）
５  第２相分離槽
６  冷却器
７  膜分離装置
８  熱交換器（冷却手段）
９  混合槽（混合手段）
１０  相分離促進剤添加手段
１０１  海水（被処理水）
１０２  温度感応性薬剤濃厚相液
１０３  塩類濃厚相液
１０４  温度感応性薬剤希薄溶液
１０５  温度感応性薬剤濃厚溶液
１０６  淡水
１０７  温度感応性薬剤回収液
【図１】
0006447477.tif 000002
【図２】
0006447477.tif 000003