【手続補正書】
【提出日】平成25年10月28日(2013.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明の１つ以上の態様は、一般に、浸透分離に関する。特に、本発明の１つ以上の態様は溶液から溶質を分離するための工学的浸透過程（例えば、正浸透(FO)）を使用する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
本発明の態様は、一般に、正浸透分離(FO)、直接浸透濃縮(DOC)、圧力支援(pressure assisted)正浸透及び圧力遅延浸透(pressure retarded osmosis)(PRO)等の工学的浸透システム及び方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
これらの代表的な態様および実施形態のさらに他の態様、実施形態および利点については、以下に詳細に述べる。さらに、前述の情報および以下の詳細な説明のいずれも、様々な態様および実施形態の単なる説明のための実例にすぎず、特許請求の範囲に記載された態様および実施形態の性質、特性を理解するための概観または枠組みを提供することを意図していることを理解するべきである。添付図面は、説明や様々な態様および実施形態のさらなる理解の提供のために含められ、かつ本明細書に組み込まれその一部を構成する。本図面は、本明細書の残りの部分と共に、本明細書及び特許請求の範囲に記載された態様や実施形態の原理と動作を説明する働きをする。さらに、本明細書に記載される様々な実施形態の特徴は、相互に排他的なものではなく、様々な組み合わせおよび順列で存在し得ることを理解されたい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
１つ以上の実施形態によると、水溶液から水を抽出するための浸透方法は、一般に、正浸透膜の第１表面に水溶液をさらす工程を含み得る。この水溶液と比較して濃度が高い第２溶液（引出溶液）は、正浸透膜の反対側の第２の表面にさらされ得る。その後、水は水溶液から正浸透膜を通過して第２溶液へと引き出され得て、より濃厚でない溶液からより濃厚な溶液への移動を含む流体移動を利用する正浸透により水富化溶液を生成する。水富化溶液（希薄引出溶液とも呼ばれる）は、第１出口で回収（収集）され得、別の分離過程を経て精製水を生成し得る。第２生成流（例えば、消耗した(depleted)又は濃厚水性プロセス溶液）は、排出又は別の処理のために第２出口で回収され得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
１つ以上の実施形態によると、浸透作用を使用する第１溶液からの溶媒の抽出のための装置が開示される。装置の１つの非限定的実施形態において、装置は、入口及び出口を備えた第１チャンバーを有する。第１チャンバーの入口は第１溶液源に接続され得る。半透膜は第１チャンバーを第２チャンバーから分離する。第２チャンバーは入口並びに第１及び第２出口を有する。いくつかの実施形態において、第３チャンバーは、第２チャンバーの第１出口から溶媒富化第２溶液を、第２チャンバーの第２出口から試薬を受け取り得る。第３チャンバーは、例えば、溶媒富化第２溶液を濾過するための濾過器等の分離操作に接続される出口を含み得る。濾過器は第１及び第２出口を有し得、第１出口は、沈殿した溶質を第２チャンバーにリサイクルするために第２チャンバーの入口に接続される。いくつかの実施形態において、第４チャンバーは溶媒富化第２溶液を分離操作の第２出口から受け取り得る。第４チャンバーは溶媒富化第２溶液を加熱するためのヒーターを有し得る。第４チャンバーの第１出口は第２チャンバーの入口に構成ガスを戻し得る。本明細書に記載されるように、第４チャンバーからのガス及び／又は第３チャンバーからの沈殿した溶質等の種々の種がシステム中でリサイクルされ得る。かかる種は、例えば、第２チャンバーに同一の入口又は異なる入口で導入され得る。第４チャンバーの第２出口は最終製品（例えば溶媒）を装置から出すことを可能にし得る。流束は１つの溶液から他の溶液へと膜を横切って起こるので、流路の形態は供給及び引出溶液中の流量又は流速の変化の原因となり得る。膜システム中の供給及び引出溶液のための流路は、一般に、短い長さ及び、低〜中程度の流速に対してほぼ同等であるか、又は、長い流路の長さ及び／又はより高い流束に対して、供給が狭くなり、引出が深くなる先細りになるように設計されるべきである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
第２（引出）溶液について好ましい溶質はアンモニア及び二酸化炭素ガス並びにその生成物、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムであり得る。水に約１の比で溶解した際のアンモニア及び二酸化炭素は、主に重炭酸アンモニウム、並びに、より少ない量の関連生成物炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムを含む溶液を形成する。この溶液の平衡は、溶解性の溶質種であるカルバミン酸アンモニウム及びより少ない量の炭酸アンモニウムよりも、より溶解性の低い溶質種である重炭酸アンモニウムの方に片寄っている。主に重炭酸アンモニウムを含む溶液を、アンモニア対二酸化炭素の比が約１．７５〜２．０に増加するように過剰のアンモニアガスで緩衝すると、溶液の平衡は溶解性の溶質種であるカルバミン酸アンモニウムへシフトする。アンモニアガスは水により溶解性であり、溶液に優先的に吸収される。カルバミン酸アンモニウムは第２溶液の溶媒に容易に吸収され易いので、その濃度は、溶媒が溶質をそれ以上吸収できない点（すなわち、飽和）まで増加され得る。いくつかの非限定的実施形態において、この操作により達成されるこの第２溶液中の溶質の濃度は約２モル濃度より大きい、約６モル濃度より大きいか、又は約６〜１２モル濃度である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
１つ以上の実施形態によると、アンモニア対二酸化炭素の比は、システム中の引出溶液の最も高い濃度に基づいて、引出溶液ガスの吸収流体（例えば、前記の希薄引出溶液の一部）への完全な吸収を実質的に可能にするべきである。一般に、２つの溶液間の所望の浸透圧差が膜システム及び供給水回収の範囲全体で維持されるように、引出溶液の濃度、体積及び流速は、供給溶液の濃度、体積及び流速と合わせるべきである。これは、膜内及びその表面における内部及び外部の両方の濃度分極（偏り）現象を考慮して１つ以上の実施形態により算出し得る。１つの非限定的な脱塩の実施形態において、濃厚引出溶液の入口流速は塩供給水流速の約３３％であるものが使用され得、典型的には海水脱塩システムについて約２５％〜７５％の範囲である。より低い塩分濃度供給は、供給水流の約５％〜２５％の引出溶液入口流速を必要とし得る。希薄引出溶液の出口速度は、典型的には供給水の入口速度の約５０％〜１００％であり得、塩水排出体積の約３〜４倍である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
１つ以上のさらなる実施形態によると、正浸透システム及び方法は、スケールの沈殿の可能性を有する廃水源からの水の回収を最大化するための補助過程と一体化され得る。例えば、カルシウム及びマグネシウム塩の沈殿を防止するために、カルシウム及びマグネシウムは、強酸カチオン交換樹脂におけるナトリウムによるイオン交換等の技術により、供給液から最初に除去され得る。ＦＯ濃縮物が樹脂を再生させるために使用され得る。イオン交換カラム中の沈殿を防止するために化学分散剤が使用され得る。シリカスケールの制御のために、シリカスケール分散剤がシステムの供給液に供給され得る。所望の濃縮係数が分散剤供給者により推奨される最大量を超えるシリカ濃度をもたらす場合、供給液の一部はシリカを除去する小さい外部精密濾過機又は限外濾過機を通してリサイクルされ得る。図１０は過程の非限定的実施形態の概略図を示す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
１つ以上の実施形態によると、システム及び方法は廃水処理のために膜バイオリアクター（ＭＢＲ）操作において使用され得る。いくつかの実施形態において、廃水は廃棄物から１工程で再利用のために変換され得る。いくつかの実施形態は、廃棄物流中の浮遊物質及び有機物からの水の直接膜分離又は膜消化操作がエネルギー及び全体のコストの観点からの節約を提供し得るように、曝気を必要としないことがあり得る。非限定的実施形態において、ＭＢＲシステムは、循環が膜シートの表面に沿い、タンク中の比較的混合されていない領域がシートの下にあるように設計され得る。固体はこの沈降ゾーンから除去され得る。発酵が、混合されていない領域で同様に起こり得、タンクの頂部からのメタンの除去及び使用を可能にする。タンクは、ポンプ出口がタンクの１つの側に置かれ、流れを膜シートの横（幅）軸に沿って方向付け、所望の場合には、流れがシートの縦軸に沿って均一に分布され、頂部から底部まで均一に分布するようにせん断力及び乱流を誘発するように構成され得る。せん断力は、例えば、曝気および攪拌と共に、膜表面のファウリングを防止／低下させるのを助ける。さらに、タンクは、タンクの反対の壁が、抵抗を減少させてタンクのポンプ側に水を戻し、この流れが膜スタックの両側を通過するように曲線状であるように構成され得る。膜ポケットの内部の引出溶液は頂部から底部へ、底部から頂部へ、又は必要に応じて順次交互に流れ得る。膜スタックは、タンクの異なる領域が異なる供給溶液の定常状態濃度となるように配置され得る。気泡は膜表面を洗浄して濃度分極減少を減少させ得、膜表面上のファウリング及び／又はスケールを防止し得る。この空気の導入は、通常の膜バイオリアクターに典型的であるような溶液への酸素の導入のためよりもむしろこれらの目的を意図している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
１つ以上の実施形態によると、過程の制御システム及び方法は、例えば、ｐＨ及び伝導度等の検出されたパラメータに基づき得る種々の濃度レベルをモニターし得る。処理流の流速及びタンクレベルも制御され得る。温度及び圧力がモニターされ得る。膜漏出はイオン選択的プローブ、ｐＨメーター、タンクレベル及び流れの流速を使用して検出され得る。さらに、漏出は膜の引出溶液側にガスで圧力をかけること、及び、供給水側における漏出の超音波検出器及び／又は目視観測を使用することによっても検出され得る。他の操作可能なパラメータ及びメンテナンス項目がモニターされ得る。種々のプロセス効率が、例えば、生産水の流速及び品質、熱流量及び電気エネルギー消費を測定することにより、モニターされ得る。生物学的ファウリングの軽減のための洗浄手順は、膜システムの特定の点における供給及び引出溶液の流速により決定される流束の低下を測定すること等により、制御され得る。塩水流におけるセンサーは、蒸留、イオン交換、不連続点塩素処理(breakpoint chlorination)又は同様の手順等の処理が必要である際に、指示し得る。これは、ｐＨ、イオン選択的プローブ、フーリエ変換赤外分光法(ＦＴＩＲ)又は引出溶質濃度を感知する他の方法により実施され得る。引出溶液の状態は溶質の補給添加及び／又は交換のためにモニターされ得、追跡され得る。同様に、生産水の品質は通常の方法により、又はアンモニウム若しくはアンモニアプローブ等のプローブを使用してモニターされ得る。ＦＴＩＲは、存在する種を検出して、例えば、適切なプラントの運転を確実にし、及び膜イオン交換効果等の挙動を同定するために有用であり得る情報を提供するように実施され得る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
１つ以上の実施形態によると、濃厚及び希薄引出溶液の一方又は両方は、場合によって容器中のブラダーに貯蔵され得る。同様に、生産水及び／又は供給水はブラダーに貯蔵され得る。容器が多数のブラダーと共に使用される場合、容器の全体積は種々の入れ物の体積が、膜を通過する流束及び引出溶液のリサイクルにより変化するのにつれて、過程の設置面積が最小化され得るように変化する必要はない。蒸留カラムは、例えば、パッキングが充填され、蓋をかぶせられ、コーティングされたコンクリートを裏打ちしたピットの使用により、地中に設置され得る。膜モジュールは、引出溶液が膜の内部にある状態で供給水タンクに浸漬され得る。膜は、スパイラル型、中空糸、平板及びフレーム又は他の形状であり得る。正浸透膜使用における空気洗浄は供給チャンネルを清浄に保ち得る。空気洗浄は連続的又は断続的であり得る。膜モジュールは、異なるゾーンが異なる濃度を有するように浸漬タンク内に配置され得る。正浸透平膜はスタック形態において使用され得、タンクに浸漬され得る。低温熱は正浸透又は圧力遅延浸透における引出溶液の再生のために使用され得る。低位熱源は地熱、太陽熱、熱貯蔵システム由来の残留熱、産業的及び／又は電力生産過程由来の廃熱を含み得る。正浸透過程は、晶析器からの熱が正浸透過程において使用され得るように塩晶析器と一体化され得、正浸透塩水に流れた任意の引出溶質は、晶析器からのガスとして正浸透過程に戻され得る。正浸透は、例えば、イオン交換、化学軟化、ナノ濾過、スケール防止剤及び／又は沈殿技術等の高い供給水回収を可能にするためのスケール防止前処理と組み合わせられ得る。ＦＯのために、スケール防止システムにおいて空気を洗浄することは、膜表面上にスケールが発生することを防止するのに使用され得る。正浸透は、生物活性のために、有機物含有水に曝気をしないで使用され得る。廃棄物流は消化槽における潜在的な使用のために濃縮され得、エネルギー用途のために膜タンク内で潜在的にメタンを生成し、再利用品質の生産水を生成する。このことは、浸漬された膜のタンク設計において特に効果的であり得る。空気洗浄は、酸素を提供することに加えて、さらに、膜ファウリングを起こさずに高い濃度の有機物を可能にするのにも使用され得る。バッチ式又は連続的攪拌タンク反応器（ＣＳＴＲ）型操作は正浸透と共に実施され得、特に、有機物濃縮正浸透及び／又は沈殿システムの増進した機能を可能にする。圧力遅延浸透システムも浸漬したタンク形態であり得る。圧力遅延浸透システムは曝気されてファウリング及び／又はスケールを防止し得、濃度分極を減少させ得る。反応性ガスもこの機能を補助し得る。正浸透システムにおける生物学的増殖は膜モジュール又は配置の区域が、高い又は低い浸透圧にさらされることを交互にすることにより制御され得る。例えば、通常０．５Ｍの水にさらされる膜配置区域は２Ｍの水の処理に変更され得る。かかる調整は生物膜増殖を非常に困難にする。さらに、供給流の脱気が実施されて特定の種類の生物有機体の成長を防止し得る。例えば、酸素を除去することは、引出溶液から供給溶液へ通過するアンモニアを酸化し得る硝化有機体の増殖を制限し得る。サルファイト還元、生物学的処理、浸透圧衝撃、引出溶液と反応しない通常の洗浄技術、化学物質を含まない生産水流束、塩水溶液曝気及びバイサルファイト添加は生物活性を制限するために実施され得る他の技術である。いくつかの実施形態において、ｐＨ、イオンプローブ、ＦＴＩＲ及び／又は流速が正浸透システムを制御するために使用されて所望の流束、浸透圧差、アンモニア対二酸化炭素の比及び濃度を確実にし得る。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
さらに、当業者は本明細書において説明されるパラメータおよび構成は例示的であり、実際のパラメータおよび／または構成は、本発明のシステムおよび技術を使用する特定の用途に異存する。当業者は通常の実験しか使用されず本発明の特定の実施形態の同等品を認識するまたは確認することができる。そのため、本明細書に記載される実施形態は、例としてしか挙げられず、また任意の添付される請求項およびその同等品の範囲内で本発明は具体的に明記される方法以外でも実現可能であると理解されるであろう。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
本明細書において使用される言い回しおよび用語は説明を目的とし制限としては見なされるべきではない。本明細書において使用されるように「複数」という用語は２つ以上の品目および部分。「含む」、「含む」、「運ぶ」、「有する」、「含有する」および「関わる」という用語は、明細書に記載されるか、または請求項等に記載されるかを問わず非限定的な用語であり、つまり「含むがそれに限らない」を意味する。従って、そのような用語の利用は、そこ以下に列挙される品目と、それらに同等するものと、更なる品目を網羅することを意図される。「構成される」および「本質的に構成される」という移行句のみ、それぞれに任意の請求項に対して閉鎖または半閉鎖移行句である。請求項の要素を変更するために請求項において「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数用語の利用は、それだけで１つの請求項要素に対してもう１つの要素のいかなる優先、先行または順番でも、あるいは方法の行為の時間的な順番を伝わらず、むしろ請求項要素を差別するために、ある名称を有する１つの請求項要素を、同一の名称を有するもう１つの要素（序数用語の使用以外は）から差別するためのラベルとして利用されるに過ぎない。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溶液からの溶媒の浸透抽出のためのシステムであって、該システムが：
第１溶液源に流体接続された入口を有する第１チャンバー；
アンモニア及び二酸化炭素を少なくとも１対１の所望のモル比で含む濃厚引出溶液源に流体接続された入口を有する第２チャンバー；
第１チャンバーを第２チャンバーから分離する半透膜システム；
蒸留カラムを含み、第２チャンバーの下流に流体接続された分離システムであって、該分離システムは希薄引出溶液を第２チャンバーから受け取り、引出溶質及び溶媒流を回収するように構成され；
引出溶質の第２チャンバーへの再導入を容易にして所望のモル比を維持するように構成された吸収体を含むリサイクルシステム、
分離システムと熱的に接続された低温熱源、
を含む、前記システム。
【請求項２】
濃厚引出溶液と流体接続された引出溶液貯蔵システムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
引出溶液貯蔵システムが少なくとも１つのブラダーを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
引出溶液貯蔵システムが、第１溶液貯蔵ブラダー及び希薄引出溶液貯蔵ブラダーの少なくとも１つをさらに含む容器に収容される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
半透膜システムがタンク内に浸漬した膜モジュールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
タンクが第１濃度ゾーン及び第２濃度ゾーンを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
膜モジュールが複数の平膜を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
ガス洗浄システムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
第１溶液と流体接続され、イオン交換、化学軟化、ナノ濾過、スケール防止剤及び沈殿ユニット操作からなる群から選択される、前処理システムをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
分離システムと共同する塩晶析器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ｐＨプローブ、イオンプローブ、フーリエ変換赤外分光法及び流量メータープローブの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
正浸透分離方法であって、
半透膜の第１の側に第１溶液を導入する工程；
アンモニア及び二酸化炭素を少なくとも１対１のモル比で含む濃厚引出溶液を半透膜の第２の側に導入して半透膜を横切る所望の浸透濃度勾配を維持する工程；
半透膜を横切る第１溶液の少なくとも一部の流れを促進して半透膜の第１の側に第２溶液を、半透膜の第２の側に希薄引出溶液を形成する工程；
希薄引出溶液の少なくとも一部を分離操作に導入して引出溶質及び溶媒流を回収する工程；
半透膜の第２の側に引出溶質を再導入して濃厚引出溶液中のアンモニア対二酸化炭素の所望のモル比を維持する工程；
溶媒流を収集する工程；
半透膜の生物学的ファウリングを制御する工程
を含む、前記分離方法。
【請求項１３】
生物学的ファウリングを制御する工程が、第１溶液の脱気、半透膜の周囲の浸透圧の調整、サルファイト還元、生物学的処理、浸透圧衝撃、曝気、生産水流束及びバイサルファイト添加の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。