(57)【要約】【課題】海水や排水等の被処理溶液からＦＯ法により水を回収する溶液の処理方法において、被処理溶液が高濃度の溶質を含有する溶液であった場合でも、従来よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収する。【解決手段】溶質及び水分を含有する被処理溶液１１０と、該被処理溶液１１０よりも浸透圧の高い誘導溶液１２０とを半透膜１３０を介して接触させることにより、前記被処理溶液１１０中の水分を、前記半透膜１３０を介して前記誘導溶液１２０中に移動させ、前記誘導溶液１２０中に移動した前記被処理溶液１１０中の水分を回収する溶液の処理方法において、前記誘導溶液１２０として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相１２１と水分含有量が相対的に高い希薄相１２３とに二相分離する溶液を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶質及び水分を含有する被処理溶液と、該被処理溶液よりも浸透圧の高い誘導溶液とを半透膜を介して接触させることにより、前記被処理溶液中の水分を、前記半透膜を介して前記誘導溶液中に移動させ、前記誘導溶液中に移動した前記被処理溶液中の水分を回収する溶液の処理方法において、
前記誘導溶液として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いることを特徴とする、溶液の処理方法。
【請求項２】
前記誘導溶液が、１−ブタノールを含む水溶液であることを特徴とする、請求項１に記載の溶液の処理方法。
【請求項３】
前記被処理溶液中の水分を前記誘導溶液中に移動させた後、前記誘導溶液が相分離することによって生成した前記希薄相を分取し、分取した前記希薄相から膜法により前記希薄相中の水分を回収することを特徴とする、請求項１または２に記載の溶液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や排水等の被処理溶液から水を回収する溶液の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来起こり得る世界的な水不足に備え、海水や排水等の被処理溶液から膜を使って水を回収する方法の開発が盛んに行われている。その代表的な方法としては、逆浸透（ＲＯ：Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）法や正浸透（ＦＯ：Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）法があるが、ＲＯ法は、水回収に必要なエネルギーが小さいことから、特に海水の淡水化技術において、従来の蒸発法に代わって現在主流となりつつある。
【０００３】
ＲＯ法は、水分子を透過するが水に溶解したイオンや低分子を透過させない性質を持つ半透膜の一種であるＲＯ膜に被処理溶液を供給し、圧力をかけた状態で水のみを膜透過させて水回収する方法であり、蒸発法や電気透析法に比べて水回収のエネルギーを小さくすることができるという特徴を有する。近年では、ＲＯ法において、現状よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収する技術の開発が望まれている。
【０００４】
一方、ＦＯ法は、水を回収する消費エネルギーはＲＯ法の消費エネルギーよりも小さくなるとされている。このＦＯ法は、ＦＯ膜を介して被処理溶液と誘導溶液とを接触させ、水のみを被処理溶液から誘導溶液に移動させ、その後に誘導溶液から水を回収する方法である。ＦＯ膜は、ＲＯ膜と同じく半透膜の一種であり、水分子を透過するが水に溶解したイオンや低分子を透過させない性質を持つ。誘導溶液は、水にイオン、有機物、高分子、無機物等を溶解させたものであり、被処理溶液よりも高い浸透圧を有し、この浸透圧差によって被処理溶液から誘導溶液に水分子が移動する。
【０００５】
誘導溶液から水を回収する技術としては、膜法、蒸発法、電気透析法など、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、誘導溶液として炭酸水素アンモニウム水溶液を用い、この誘導溶液を６０℃で加熱し、溶質である炭酸水素アンモニウムを二酸化炭素ガス及びアンモニアガスとして揮発させることにより、水を回収する方法が開示されている。
【０００６】
しかし、上記特許文献１の方法では、誘導溶液の溶質がガスとなって揮発してしまうため、誘導溶液を繰り返し使用するためには、揮発した溶質ガスを回収した後に再度炭酸水素アンモニウムを合成する必要がある。したがって、特許文献１の方法では、誘導溶液を再生するために、炭酸水素アンモニウムを再合成するためのエネルギー等を要することになるので、ＦＯ法を用いたとしても、被処理溶液からの水の回収処理の系全体としての消費エネルギーを小さくすることは困難である、という問題があった。また、特許文献１の方法では、炭酸ガスやアンモニアガスの回収設備や炭酸水素アンモニウムの合成設備を別途設けることも必要となる。
【０００７】
これに対して、誘導溶液の溶質を繰り返し使用できる方法として、高分子電解質の水溶液を誘導溶液として用い、この誘導溶液を限外濾過膜で濾過することにより、水を回収する方法（以下、「高分子電解質法」と称する。）がある。
【０００８】
更に、水をより回収しやすくするため、表面修飾した磁性ナノ粒子の水溶液を誘導溶液として用い、誘導溶液中から磁石を用いて磁性ナノ粒子を除去して誘導溶液の濃度を低下させた（水の含有率を高めた）後、誘導溶液を濾過することにより、水を回収する方法（以下、「磁性ナノ粒子法」と称する。）もある。
【０００９】
水をより回収しやすくするための他の方法として、例えば、特許文献２には、温度感応性高分子（ポリエチレングリコール系高分子）の水溶液を誘導溶液として用い、加熱により誘導溶液を相分離させて、水の含油率の大きな希薄相を分取して濾過することにより、水を回収する方法（以下、「温度感応性物質法」と称する。）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０−０１０８５８７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０−０１５５３２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した高分子電解質水溶液法、磁性ナノ粒子法、温度感応性物質法のいずれにおいても、例えば、海水や高濃度排水等の高濃度の溶質を含有する被処理溶液をＦＯ法により処理しようとした場合、誘導溶液の浸透圧を被処理溶液の浸透圧よりも高くすることが困難である、という問題があった。そのため、上記３つの方法では、ＦＯ法により、海水等の被処理溶液から水を回収することは困難であった。
【００１２】
また、温度感応性物質法では、誘導溶液を相分離させる際に加熱するため、この加熱に要するエネルギーも必要になる、という問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、海水や排水等の被処理溶液からＦＯ法により水を回収する溶液の処理方法において、被処理溶液が高浸透圧を有する溶液であった場合でも、従来よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ＦＯ法における誘導溶液として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いることにより、被処理溶液が高浸透圧を有する溶液であった場合でも、従来よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収できることを見出し、この知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、溶質及び水分を含有する被処理溶液と、該被処理溶液よりも浸透圧の高い誘導溶液とを半透膜を介して接触させることにより、前記被処理溶液中の水分を、前記半透膜を介して前記誘導溶液中に移動させ、前記誘導溶液中に移動した前記被処理溶液中の水分を回収する溶液の処理方法において、前記誘導溶液として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いる、溶液の処理方法が提供される。
【００１６】
前記溶液の処理方法において、前記誘導溶液が、１−ブタノールを含む水溶液であることが好ましい。
【００１７】
また、前記溶液の処理方法において、前記被処理溶液中の水分を前記誘導溶液中に移動させた後、前記誘導溶液が相分離することによって生成した前記希薄相を分取し、分取した前記希薄相から膜法により前記希薄相中の水分を回収することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、海水や排水等の被処理溶液からＦＯ法により水を回収する溶液の処理方法において、誘導溶液として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いることにより、被処理溶液が高浸透圧を有する溶液であった場合でも、従来よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】逆浸透法における水の流れを示す説明図である。
【図２】正浸透法における水の流れを示す説明図である。
【図３】正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の一例を示す説明図である。
【図４】正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の他の例を示す説明図である。
【図５】正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の更に他の例を示す説明図である。
【図６】正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の更に他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の好適な実施形態に係る溶液の処理方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［被処理溶液から半透膜を使って水を回収する方法］
海水や排水等の被処理溶液から膜を使って水を回収する方法の代表例としては、図１に示す逆浸透（ＲＯ）法と図２に示す正浸透（ＦＯ）法の２つがある。なお、図１は、逆浸透法における水の流れを示す説明図であり、図２は、正浸透法における水の流れを示す説明図である。
【００２２】
（逆浸透法）
ＲＯ法は、水分子を透過するが水に溶解したイオンや分子等の溶質を透過させない性質を持つ半透膜の一種であるＲＯ膜に被処理溶液を供給し、圧力（例えば、２０ｋＰａ〜６０ｋＰａ）をかけた状態で水のみを膜透過させて水回収する方法である。具体的には、例えば、図１（ａ）に示すように、ＲＯ膜１を介して２つの領域１１、１２に分けられたＵ字管１０の一方の領域（図１の例では領域１２）に被処理溶液３を供給し、上方から圧力を加えると、図１（ｂ）に示すように、被処理溶液３中の水（溶媒）３ｂのみがＲＯ膜１を通過して、領域１１に移動する。この結果、領域１１に移動した水を回収することができる。このＲＯ法によれば、蒸発法や電気透析法に比べて水回収のエネルギーを小さくすることができる。
【００２３】
（正浸透法）
ＦＯ法は、ＦＯ膜を介して被処理溶液と誘導溶液とを接触させ、水のみを被処理溶液から誘導溶液に移動させ、その後に誘導溶液から水を回収する方法である。ＲＯ膜と同じく半透膜の一種であり、水分子を透過するが水に溶解したイオンや低分子を透過させない性質を持つ。誘導溶液は、水にイオン、有機物、高分子、無機物等を溶解させたものであり、被処理溶液よりも高い浸透圧を有し、この浸透圧差によって被処理溶液から誘導溶液に水分子が移動する。具体的には、図２（ａ）に示すように、ＦＯ膜２を介して２つの領域１１、１２に分けられたＵ字管１０の一方の領域（図１の例では領域１２）に被処理溶液３を供給し、他方の領域（図１の例では領域１１）に溶質５ａを含む誘導溶液５を供給する。このとき、誘導溶液の浸透圧が被処理溶液の浸透圧よりも高いため、この浸透圧差により、ＲＯ法のように圧力をかけることなく、図２（ｂ）に示すように、自然に、被処理溶液３中の水（溶媒）３ｂのみがＦＯ膜２を通過して、領域１１の誘導溶液５中に移動する。次いで、領域１１に移動した水を含む誘導溶液５から水を回収する。このＦＯ法によれば、水を回収する消費エネルギーはＲＯ法の消費エネルギーよりも小さくなるとされている。
【００２４】
［誘導溶液からの水分回収方法］
次に、図３〜図６を参照しながら、従来の誘導溶液５からの水の回収方法について説明する。図３は、正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の一例を示す説明図である。図４は、正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の他の例を示す説明図である。図５は、正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の更に他の例を示す説明図である。図６は、正浸透法の誘導溶液からの水の回収方法の更に他の例を示す説明図である。
【００２５】
（炭酸水素アンモニウム法）
誘導溶液５から水を回収する第１の方法として、図３に示す炭酸水素アンモニウム法がある。この方法は、誘導溶液として炭酸水素アンモニウム水溶液を用い、この誘導溶液を６０℃で加熱し、溶質である炭酸水素アンモニウムを二酸化炭素ガス及びアンモニアガスとして揮発させることにより、水を回収する方法である。具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶質５ａとして炭酸アンモニウムを含む誘導溶液を加熱すると、熱により、炭酸水素アンモニウムが炭酸ガスとアンモニアガスとなって揮発し、図３（ｃ）に示すように、水（溶媒）５ｂが残留する。その結果、水５ｂを回収することができる。
【００２６】
しかし、炭酸水素アンモニウム法では、誘導溶液５の溶質５ａがガスとなって揮発してしまうため、誘導溶液５を繰り返し使用するためには、揮発した溶質ガスを回収した後に再度炭酸水素アンモニウムを再生する必要がある。したがって、炭酸水素アンモニウム法では、誘導溶液５を再生するために、炭酸水素アンモニウムを再生するためのエネルギー等を要することになるので、ＦＯ法を用いたとしても、被処理溶液３からの水の回収処理の系全体としての消費エネルギーを小さくすることは困難である、という問題があった。また、炭酸水素アンモニウム法では、炭酸ガスやアンモニアガスの回収設備や炭酸水素アンモニウムの合成設備を別途設けることも必要となる。これに対して、以下の第２から第４の水回収方法がある。
【００２７】
（高分子電解質法）
誘導溶液５から水を回収する第２の方法として、図４に示す高分子電解質法がある。この方法は、高分子電解質の水溶液を誘導溶液として用い、この誘導溶液を限外濾過膜で濾過することにより、水を回収する方法である。具体的には、図４（ａ）に示すように、溶質５ａとして高分子電解質を含む誘導溶液５を用意し、これに被処理溶液３からの水を吸収させた後、図４（ｂ）に示すように、限外濾過膜１’を用いて圧力をかけて濾過すると、誘導溶液５中の水５ｂのみが限外濾過膜１’を通過する。この限外濾過膜１’を通過した水５ｂを回収することにより、図４（ｃ）に示すように、誘導溶液５から水５ｂのみを回収することができる。
【００２８】
（磁性ナノ粒子法）
誘導溶液５から水を回収する第３の方法として、図５に示す磁性ナノ粒子法がある。この方法は、表面修飾した磁性ナノ粒子の水溶液を誘導溶液として用い、誘導溶液中から磁石を用いて磁性ナノ粒子を除去して誘導溶液の濃度を低下させた（水の含有率を高めた）後、誘導溶液を濾過することにより、水を回収する方法である。この方法によれば、溶質５ａを高濃度に含む誘導溶液５を直接濾過する高分子電解質法よりも水を回収しやすくすることができる。具体的には、図５（ａ）に示すように、溶質５ａとして磁性ナノ粒子を含む誘導溶液５を用意し、これに被処理溶液３からの水を吸収させた後、図５（ｂ）に示すように、誘導溶液５中に磁石１３を浸漬すると、磁石１３に誘導溶液５中の磁性ナノ粒子（溶質５ａ）の多くが付着する。これにより溶質５ａの濃度が低下した誘導溶液５を、図５（ｃ）に示すように、限外濾過膜１’等の膜を用いて圧力をかけて濾過すると、誘導溶液５中の水５ｂのみが限外濾過膜１’を通過する。この限外濾過膜１’を通過した水５ｂを回収することにより、図５（ｄ）に示すように、誘導溶液５から水５ｂのみを回収することができる。
【００２９】
（温度感応性物質法）
誘導溶液５から水を回収する第３の方法として、図６に示す温度感応性物質法がある。この方法は、温度に反応して凝集する性質を有する温度感応性高分子（例えば、ポリエチレングリコール系高分子）の水溶液を誘導溶液として用い、加熱により誘導溶液を相分離させて、水の含油率の大きな希薄相を分取して濾過することにより、水を回収する方法である。この方法によれば、上記磁性ナノ粒子法と同様に、誘導溶液５中の溶質５ａの濃度を低下させることができるので、溶質５ａを高濃度に含む誘導溶液５を直接濾過する高分子電解質法よりも水を回収しやすくすることができる。具体的には、図６（ａ）に示すように、溶質５ａとして温度感応性高分子を含む誘導溶液５を用意し、これに被処理溶液３からの水を吸収させた後、図６（ｂ）に示すように、誘導溶液５を加熱すると、溶質５ａの濃度が相対的に低い希薄相５１と、溶質５ａの濃度が相対的に高い濃厚相５３とに相分離する。次いで、分取した溶質５ａの濃度が低い希薄相５１を、図６（ｃ）に示すように、限外濾過膜１’等の膜を用いて圧力をかけて濾過すると、希薄相５中の水５ｂのみが限外濾過膜１’を通過する。この限外濾過膜１’を通過した水５ｂを回収することにより、図６（ｄ）に示すように、誘導溶液５から水５ｂのみを回収することができる。
【００３０】
（従来の水分回収方法の問題点）
しかしながら、上述した高分子電解質水溶液法、磁性ナノ粒子法、温度感応性物質法のいずれにおいても、例えば、海水や高濃度排水等の高濃度の溶質を含有する被処理溶液をＦＯ法により処理しようとした場合、誘導溶液の浸透圧を被処理溶液の浸透圧よりも高くすることが困難である、という問題があった。そのため、上記３つの方法では、ＦＯ法により、海水等の被処理溶液から水を回収することは困難であった。
【００３１】
また、温度感応性物質法では、誘導溶液を相分離させる際に加熱するため、この加熱に要するエネルギーも必要になる、という問題があった。
【００３２】
［本発明の溶液の処理方法］
そこで、以下に説明する本発明に係る溶液の処理方法では、上述したような問題点を解決するために、誘導溶液として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いることを特徴の一つとしている。また、この誘導溶液の浸透圧は、被処理溶液の浸透圧よりも高いことを特徴の一つとしている。
【００３３】
すなわち、本発明では、誘導溶液として、外部からエネルギーを加えることなく二相に分離する溶液を用いることにより、上述した温度感応性物質法とは異なり、加熱しなくても（エネルギーを消費することなく）希薄相を得ることができる。したがって、本発明に係る溶液の処理方法によれば、誘導溶液から水を回収する際に加熱を必要とする温度感応性物質法や炭酸水素アンモニウム法よりも、水回収時の消費エネルギーが遥かに小さなエネルギーとなる。
【００３４】
また、高分子電解質法、磁性ナノ粒子法、温度感応性物質法の際に問題となる誘導溶液の浸透圧を被処理溶液の浸透圧よりも高くすることが困難であるという問題に対しては、本発明に係る溶液の処理方法によれば、誘導溶液として、被処理溶液の浸透圧よりも高いものを用いることが容易であることから、上記問題を解決できる。すなわち、本発明では、誘導溶液として、海水よりも浸透圧が高く、かつ、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相と水分含有量が相対的に高い希薄相とに二相分離する溶液を用いている。このような性質を有する溶液の具体例としては、１−ブタノール、２−メチル−１−ブタノール、１−ペンタノール等がある。
【００３５】
なお、本発明でも、高分子電解質法、磁性ナノ粒子法、温度感応性物質法等と同様に、誘導溶液を繰り返し使うことができるのは勿論である。
【００３６】
以下、図７を参照しながら、本発明に係る溶液の処理方法について詳細に説明する。図７は、本発明の好適な実施形態に係る溶液の処理方法を示す説明図である。図７に示すように、本発明に係る溶液の処理方法は、溶質及び水分を含有する被処理溶液１１０と、該被処理溶液１１０よりも浸透圧の高い誘導溶液１２０とを半透膜１３０を介して接触させることにより、被処理溶液中１１０の水分を、半透膜１３０を介して誘導溶液１２０中に移動させ、誘導溶液１２０中に移動した被処理溶液１１０中の水分を回収する溶液の処理方法であって、誘導溶液１２０として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相１２１と水分含有量が相対的に高い希薄相１２３とに二相分離する溶液を用いることを重要な特徴としている。
【００３７】
この際、図７（ａ）に示すように、半透膜１３０を介して被処理溶液１１０と誘導溶液１２０とを接触させると、被処理溶液１１０と誘導溶液１２０との浸透圧差により、自然に被処理溶液１１０中の水分が誘導溶液１２０に移動するとともに、誘導溶液１２０の水分が所定濃度以上になると、図７（ｂ）に示すように、濃厚相１２１と希薄相１２３とに自然に二相分離する。なお、図７（ｂ）で希薄相１２３の方が濃厚相１２１よりも下層となっているのは、この例の場合、希薄相１２１の方が濃厚相１２１よりも比重が大きいためである。このように、比重の大きな希薄相１２１が下層となるようにすることにより、希薄相１２１の分取が容易となる。さらに、本発明では、このようにして分取された希薄相から、水が回収される。
【００３８】
なお、図７に示した例では、円筒状の容器の高さ方向中央付近に半透膜１３０を水平方向に設置し、容器下部から希薄相１２３を採取するための採取口を有する例について記載しているが、例えば、Ｕ字管の中央部に半透膜１３０を垂直方向に設置し、Ｕ字管の一端側に被処理溶液を供給し、他端側に誘導溶液を供給するようにしてもよい。
【００３９】
（被処理溶液１１０）
本発明における被処理溶液１１０とは、海水や排水等といった該溶液中に含まれる水分が半透膜１３０を介して誘導溶液１２０に吸収される溶液を指し、通常は、水に溶質が溶解している水溶液を指す。この場合の溶質としては、例えば、イオン、有機物（低分子化合物、高分子化合物）、無機物、又はこれらの混合物が挙げられる。
【００４０】
（誘導溶液１２０）
本発明における誘導溶液１２０とは、被処理溶液１１０から半透膜１３０を介して水分を吸収する溶液を指し、通常は、イオン、有機物（低分子化合物、高分子化合物）、無機物、又はこれらの混合物等の溶質が水または有機溶媒に溶解している溶液を指す。また、本発明の誘導溶液１２０の浸透圧は、被処理溶液１１０の浸透圧より大きいことが必要である。誘導溶液１２０の浸透圧が被処理溶液１１０の浸透圧よりも大きいことは、後述するように、被処理溶液１１０と誘導溶液１２０とを半透膜１３０を介して接触させた場合、被処理溶液１１０中の水分が半透膜１３０を介して誘導溶液１２０に移動するか否かで判定できる。具体的には、被処理溶液１１０と誘導溶液１２０とを半透膜１３０を介して接触させた状態で静置させたときに、被処理溶液１１０から誘導溶液１２０に自然に水分の移動が起きる場合、誘導溶液１２０の浸透圧は被処理溶液１１０の浸透圧より大きいと判定する。
【００４１】
本発明においては、誘導溶液１２０として、所定濃度以上の水分を含有すると水分含有量が相対的に低い濃厚相１２１と水分含有量が相対的に高い希薄相１２３とに二相分離する溶液を用いる。この誘導溶液１２０の相分離は、溶液を加熱したり冷却したりすることなしに自然発生的に行われる。このような特徴及び被処理溶液１１０よりも高い浸透圧を有する溶液は全て、本発明の誘導溶液１２０として利用できる。
【００４２】
ここで、本発明においては、誘導溶液１２０が二相分離した後の２つの相をそれぞれ濃厚相１２１と希薄相１２３と呼称する。濃厚相１２１とは、２つの相のうち水分含有量が相対的により小さい方の相を指し、希薄相１２３とは、水分含有量が相対的により大きい方の相を指す。
【００４３】
所定濃度以上の水分を含有すると上記のような濃厚相１２１と希薄相１２３とに分離する溶液としては、例えば、１−ブタノール、２−メチル−１−ブタノール、１−ペンタノール若しくはこれらの混合物、又はその水溶液が好適である。特に、誘導溶液１２０からの水分回収に要するエネルギーが低く、且つ、水分回収の処理速度（希薄溶液からの水分の浸透速度）速いことから、１−ブタノールを含む水溶液は、本発明の誘導溶液１２０として最適である。なお、水分回収の処理速度がそれ程要求されず、より低いエネルギーで水分を回収したい場合には、誘導溶液１２０として、２−メチル−１−ブタノールを含む水溶液や１−ペンタノールを含む水溶液を使用することが好ましい。
【００４４】
このような誘導溶液１２０における濃厚相１２１と希薄相１２３の溶質の濃度は、誘導溶液１２０の量や濃度に関わらず一定値に決まっており、例えば、上述した１−ブタノール、２−メチル−１−ブタノール、１−ペンタノールについては、下記表１に示す濃度を有する２相に分離する。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
上記表１には、参考までに各溶液の希薄相の浸透圧を示した。ここで示した浸透圧の数値は、希薄相の溶質濃度から以下の式（１）で算出されたものである。
π＝ＭＲＴ    ・・・（１）
πは浸透圧［ａｔｍ］、Ｍはモル濃度［ｍｏｌ／ｄｍ３］、Ｒは気体定数［ａｔｍ・ｄｍ３／Ｋ・ｍｏｌ］、Ｔは温度［Ｋ］である。表１を参照すると、例えば、海水の浸透圧が約２６ａｔｍであり、表１に示したいずれの溶液の希薄溶液も海水の浸透圧より低い。従って、表１に示したいずれかの溶液から、後述する膜法により水分を回収する場合、海水等の浸透圧の高い被処理溶液から直接水分を回収するよりも、低いエネルギーで済むことがわかる。
【００４７】
（半透膜１３０）
本発明における半透膜１３０とは、被処理溶液１１０に溶解している溶質および誘導溶液１２０に溶解している溶質を透過させず、溶質を溶解している溶媒のみを透過させる性質を持つ膜を指す。この様な膜の代表例としては、セロファン膜、セルロース系高分子を主な成分とする逆浸透膜、ポリアミドを主成分とする逆浸透膜等が挙げられる。また、本発明における半透膜１３０としては、ポリベンズイミダゾールを主成分とするポリマーフィルム、スルホン酸基や４級アミン基を有するポリマーをフィルム化したもの、架橋密度を上げたイオン交換膜等も使用することができる。ここで、本発明における半透膜１３０は、その用途によっては溶質の透過を完全に阻止できる必要はなく、誘導溶液１２０又は被処理溶液１１０中の溶質の２０質量％以上、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上の透過が阻止できるものであれば、本発明の半透膜１３０として利用できる場合がある。
【００４８】
ここで、本発明の溶液の処理方法においては、「被処理溶液１１０と誘導溶液１２０とを半透膜１３０を介して接触させることにより、被処理溶液１１０中の水分を、半透膜１３０を介して誘導溶液１２０に移動させる」のであるが、これは、半透膜１３０を境界にして設置された２つの溶液タンクに被処理溶液１１０と誘導溶液１２０とをそれぞれ投入したとき、浸透圧差により被処理溶液１１０中の水分が半透膜１３０を通過して誘導溶液１２０側に移動する現象を利用したものである。この際、上述したように、被処理溶液１１０中の水分とともに被処理溶液１１０中に溶解している溶質の一部が誘導溶液１２０側に移動しても良く、逆に、誘導溶液１２０に溶解している溶質の一部が被処理溶液１１０側に移動しても良い。
【００４９】
（誘導溶液１２０からの水分回収方法）
本発明では、上述したように、被処理溶液１１０中の水分を、半透膜１３０を介して誘導溶液１２０に移動させた後、誘導溶液１２０が相分離することによって生成した希薄相１２３を分取して、分取した希薄相１２３から水を回収することができる。この際の水の回収方法としては、例えば、膜法、蒸発法、電気透析法などを適用することが可能であるが、本発明は膜法によって水分を回収する場合に特にその効果を発揮する。
【００５０】
ここで、膜法とは、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透濾過などのように、水を含んだ誘導溶液１２０中の溶解成分、例えば前述のイオン、有機物、高分子、無機物などは透過させず、溶媒である水だけを透過させる分離法を指す。本発明においては、被処理溶液１１０から誘導溶液１２０に水分が移動する過程では浸透圧差によって物質移動がおこるためエネルギーを消費しない。このため、被処理溶液１１０からの水分回収の全過程を通じて必要なエネルギーは、２相分離した誘導溶液１２０の希薄相１２３から水を回収するのに必要なエネルギーだけとなる。この際に膜法を適用することによって、蒸発法や電気透析法のような他の方法にくらべ、熱エネルギーや電気エネルギーを必要としないため、より小さい消費エネルギーで水を回収することが可能となる。さらには、上記方法によれば、被処理溶液１１０から水を回収する処理の系全体としても、従来よりも更に小さな消費エネルギーで水を回収することができるようになる。
【実施例】
【００５１】
次に、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例にのみ限定されるものではない。
【００５２】
（実施例：半透膜による被処理溶液から誘導溶液への水分の移動）
半透膜として、ナリカ製のセロファン膜（厚み２０μｍ）を２枚重ねたものを使用し、この半透膜をその中央に設置したガラス製Ｕ字管の一端に８５質量％の１−ブタノール水溶液、他端に４質量％の塩化マグネシウム水溶液を各４０ｇ投入した。ここで、塩化マグネシウム水溶液は、海水や濃厚な排水を想定した被処理溶液に相当する。また、１−ブタノール水溶液は、誘導溶液に相当する。実験開始（投入直後）から徐々に１−ブタノール水溶液側の液面が上昇してきたことから、塩化マグネシウム水溶液（被処理溶液）から１−ブタノール水溶液（誘導溶液）へ、半透膜を介して塩化マグネシウム水溶液中の水が移動していることを確認した。さらに、実験開始から３時間後には１−ブタノール水溶液側が２相分離して希薄相が形成されるのが視認できるようになり、その後時間とともにこの希薄相が大きくなっていくのが確認された。
【００５３】
次に、実験開始２４時間後に、１−ブタノール側に生成した希薄相を採取した。このとき、水の透過速度は０．２８Ｌ／ｍ２・ｈ、希薄相中の１−ブタノール濃度は５．７質量％、希薄相中の塩化マグネシウム濃度は３．７質量％、被処理溶液中の１−ブタノール濃度は５．３質量％であった。
【００５４】
なお、希薄相が生成されていることの確認、水の透過速度の算出、希薄相中の１−ブタノール濃度の算出、及び希薄相中の塩化マグネシウム濃度の算出は、以下のようにして行った。
【００５５】
（希薄相の生成の確認方法）
被処理溶液から誘導溶液に半透膜を介して水が移動し、明確な希薄相が生成し分取可能な状態であることを目視で確認した。
【００５６】
（水の透過速度の算出方法）
希薄相の生成速度を測定し、単位時間（ｈ）及び単位膜面積（ｍ２）当たりの水透過量（Ｌ）を算出した。
【００５７】
（希薄相中の１−ブタノール濃度の算出方法）
Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製ＨＰ５９７３型質量選択型検出器、ＨＰ６８９０型ガスクロマトグラフを用いたＧＣ−ＭＳ法により被処理溶液中および希薄相中の１−ブタノールの濃度を算出した。
【００５８】
（希薄相中の塩化マグネシウム濃度の算出方法）
エスアイアイナノテクノロジー社製ＳＰＳ−３５００型誘導結合プラズマ発光分光分析装置を用いて希薄相中のマグネシウム濃度を測定し、得られた値を塩化マグネシウム濃度に換算した。
【００５９】
上記実施例では、誘導溶液として使用した１−ブタノール水溶液中に明確な希薄相が形成され、これを分取可能であり、希薄相の１−ブタノール濃度は５．７質量％であった。半透膜として用いたセロファン膜が被処理溶液の溶質である塩化マグネシウムと誘導溶液の溶質である１−ブタノールに対して完全な半透性を有していないため、それぞれの溶質は反対側の溶液に膜を透過して拡散しているが、より半透性の高い膜を用いれば、誘導溶液側に得られた希薄相は５．７質量％の１−ブタノール水溶液となり、この濃度は、その原理上、希薄相の量によらず一定となる。
【００６０】
被処理溶液である４質量％の塩化マグネシウム水溶液は３．１ＭＰａの浸透圧を有している。一方、５．７質量％の１−ブタノール水溶液の浸透圧は１．９ＭＰａであり、この値は、４質量％の塩化マグネシウム水溶液の浸透圧のおよそ３／５である。水溶液から膜法によって水分を回収する場合、水溶液の浸透圧が小さいほど濾過に必要な圧力を小さくすることができること、およびを本発明においては、被処理溶液から誘導溶液への水分の移動と誘導溶液の相分離にはエネルギーの消費がないことを考慮すると、被処理溶液である４質量％塩化マグネシウム水溶液から膜法によって直接水分を回収するよりも、本発明によって被処理溶液から誘導溶液に水分を吸収させ、生成した希薄相から膜法によって水を回収するほうが、より小さなエネルギー消費量で水を回収できることがわかる。
【００６１】
また、表１の希薄相の浸透圧の値から、誘導溶液として９５質量％の２−メチル−１−ブタノール水溶液を用いた場合、誘導溶液として９５質量％の１−ペンタノール水溶液を用いた場合についても、同様の効果が期待できることが容易に類推される。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
１１０    被処理溶液
１２０    誘導溶液
１２１    濃厚相
１２３    希薄相
１３０    半透膜
【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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