CN102164861A - 从低纯度水制造高纯度水的方法及制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，为了究明使用海水经由气体水化物而得到淡水的技术的问题，谋求解决该问题，以此为基础，从不限定于海水的、包含污水的低纯度水得到高纯度水，依次进行如下工序：使可形成气体水化物的一种或两种以上的气体与低纯度水在为比低纯度水的冰点高的温度且可形成气体水化物的条件下接触，得到在低纯度水中悬浮的固体的气体水化物的工序；一边实质上维持气体水化物状态，一边将在气体水化物形成过程中使用的低纯度水脱水，使用清洗水清洗附着于气体水化物的成分的工序；通过形成与气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，将气体水化物转化为气体和高纯度水的工序。
Description
技术领域
本发明涉及从低纯度水制造高纯度水的方法及制造装置。
背景技术
现在，世界上的淡水不足。而另一方面，地球上的海水、污水等杂质含量多的水则很充足。目前正强烈期望从这样的低纯度水得到淡水那样的高纯度水，对于从海水的淡水化，虽然已知有几种技术，但都在技术上存在困难。
作为海水淡化技术有着：使用热源加热海水，取出蒸汽，冷却该蒸汽而得到淡水的蒸发法；使用膜来分离海水中的盐分的膜方法；以及其他的技术。
其中，蒸发法由于蒸发水而需要大量的热，此外，有着高温海水腐蚀装置的问题。
此外，对于膜方法而言，在作为耐久性优良且不通过海水中的盐分的半透膜的材料方面存在困难，并且存在在海水进入到逆渗透膜模块之前，通常需要加压至6～7MPa的压力的缺点。
作为其他的技术，例如有着冻结法、利用太阳能的方法、气体水化物法(日本特开平11-319805号公报)，但仍处于开发阶段，尚未得到作为饮用水而实用化的消息。
此处，气体水化物，也称作笼形水化物，是指在水分子通过其氢键而形成的笼状晶格中引入了形成水化物的气体分子的气体水合物，为在一定温度和压力条件下形成的冰状固体包合物。
此处，虽然气体水化物的形成温度越低、压力就可越低，但在水的冰点以下的温度，由于水结冰，因此水化物的形成速度比水的情况慢。因此，使用冰点温度降至-4℃的海水，在比海水的冰点温度略高的温度下形成水化物。即，其为如下的技术：选择在这样的条件下可形成水化物那样的气体，制成水化物，利用构成水化物的笼状晶体的分子是纯水这一特质，试图从水合物获得淡水。
但是，该技术迄今为止也没有实用化。虽然作为构思非常出色，但有着不能实现工业化的问题。
此外，E.Dendy Sloan Jr.在Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition中列举了几种淡水化技术，但其也没有实现实用化。其中有着经十五年研究从海水的淡水化的报告，其困难很明显。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-319805号公报
非专利文献
非专利文献1：E.Dendy Sloan Jr.Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition 2007
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，究明使用海水经由气体水化物而得到淡水的技术的问题，谋求解决该问题，以此为基础，从不限定于海水的、包含污水的低纯度水得到高纯度水。
同时，本发明的目的在于提供一种得到可作为饮用水而使用的水平的水的方法。
解决问题的手段
本发明基于以下的认识而完成。即，尝试对专利文献1进行继续试验，结果是明确了，不过是盐分浓度有一定减低的程度的水，不能作为饮用水使用，即便多阶段地进行淡水化也是同样的结果。
此外，本发明中所述的“低纯度水”，意思是海水或污水等杂质多的水，“高纯度水”意思是纯度比低纯度水高的水，高纯度水限定为淡水那样的饮用水。
此外，在上述的现有技术中，虽然作为相对于海水的概念使用了淡水这种表达，但在本发明中不限定于海水的淡水化。代替淡水，使用高纯度水这种表达。如果限定为海水的淡水化，则淡水与高纯度水意思相同。
本发明从长年的、关于从气体水化物所得的水的基础研究而得到。气体水化物通过晶体成长可成为数百微米左右的大小，但也有长不到这么大的气体水化物。
另一方面，对于由气体水化物的笼状晶体的聚集而形成的晶体结构而言，在Ⅰ型的情况下，为一边大小为
的立方晶系，在Ⅱ型的情况下，为一边大小为的立方晶系，在H型的情况下，为a为
c为
的六方晶系。
因此，气体水化物当然会形成这样的晶体结构的集合。假如气体水化物形成直径50微米的球且如果假设为晶体大小为
的立方晶系，则至少存在几兆个晶体。
结晶之中当然只存在水分子和气体，盐分被排挤到晶体的外侧。如果结晶成长进行的比较缓慢，盐分的析出持续析出于外侧，如果晶体成长剧烈，则不能否定微晶体间残存盐分的可能性。
另一方面，通过清洗将存在于气体水化物内部的盐分洗出是非常难的操作。但是，根据发明人的研究可知，如果对气体水化物进行充分的清洗，则可得到可作为饮用水使用的程度的高纯度的水。与此相对，现有技术中的清洗非常不充分，只要清洗方法采用适当的方法，则可得到可作为饮用水使用的程度的高纯度的水。
进一步，为了从低纯度的水得到可作为饮用水的程度的高纯度水，需要用高纯度水进行清洗，但需要使清洗中所用的高纯度水比所得的高纯度水少。在对应上述要求的同时，基于上述认识，本发明人完成了下述发明。
(1)从低纯度水制造高纯度水的第一方法，其特征在于，依次进行如下工序：
使可形成气体水化物的一种或两种以上的气体与低纯度水在为比低纯度水的冰点高的温度且可形成气体水化物的条件下接触，得到在低纯度水中悬浮的固体的气体水化物的工序，
一边实质上维持气体水化物状态，一边将在气体水化物形成过程中使用的低纯度水脱水，使用清洗水清洗附着于气体水化物的成分的工序，
通过形成与气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，将气体水化物转化为气体和高纯度水的工序。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可得到为制造中使用的可作为饮用水使用的程度的高纯度水数倍以上的量的、可作为饮用水使用的程度的高纯度水。此外，在其过程中所得到的排水可作为农业用水、工业用水、生活用水等使用。
(2)从低纯度水制造高纯度水的第二方法，其特征在于，在清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水起初为低纯度水，渐渐地或顺次地，使用纯度高的水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(3)从低纯度水制造高纯度水的第三方法，其特征在于，使用低纯度水清洗附着于气体水化物的成分的工序具有：新鲜低纯度水和气体水化物的搅拌工序、和排出在低纯度水中悬浮的气体水化物中的低纯度水的工序；并且实施这两个工序一次或重复实施。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(4)从低纯度水制造高纯度水的第四方法，其特征在于，对于清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水的最终阶段的使用高纯度水的清洗而言，将气体水化物堆积于网眼状基板上或从下方送入至网眼状基板，并且使高纯度水从气体水化物上方流下，利用比重比高纯度水轻的气体水化物由于水的浮力而浮起的特质，将上层的气体水化物从清洗场所除去。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，在气体水化物的比重比水的轻的情况下，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(5)从低纯度水制造高纯度水的第五方法，其特征在于，对于清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水的最终阶段的使用高纯度水的清洗而言，在网眼状基板上薄板状地敷设气体水化物，从上方实施高纯度水生成的喷雾，从网眼状基板的网眼排出清洗后的高纯度水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(6)从低纯度水制造高纯度水的第六方法，其特征在于，低纯度水是海水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可从海水得到为制造中使用的可作为饮用水使用的程度的高纯度水的数倍以上的量的、可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(7)从低纯度水制造高纯度水的第七方法，其特征在于，低纯度水为污水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的方法，可从污水得到为制造中使用的可作为饮用水使用的程度的高纯度水的数倍以上的量的、可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(8)从低纯度水制造高纯度水的第一装置，其特征在于，其具备：
气体水化物的原料的供给设备，
在气体水化物形成条件下将气体水化物的原料形成气体水化物的气体水化物形成槽，
清洗槽，其可兼做气体水化物形成槽或另行准备，其对形成气体水化物时所用的低纯度水进行脱水，使用清洗水清洗所形成的气体水化物，
气体水化物分解槽，其形成与清洗了的气体水化物迄今保持的气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，得到高纯度水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可得到为制造中使用的可作为饮用水使用的程度的高纯度水的数倍以上的量的、可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(9)从低纯度水制造高纯度水的第二装置，其特征在于，清洗槽具有：使用低纯度水清洗所形成的气体水化物的清洗槽、以及使用高纯度水清洗使用低纯度水清洗了的气体水化物的清洗装置。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(10)从低纯度水制造高纯度水的第三装置，其特征在于，对于使用高纯度水清洗气体水化物的清洗装置而言，将气体水化物堆积于网眼状基板上或从下方送入至网眼状基板，使高纯度水从气体水化物上方流下，从设置于清洗槽侧壁上方的排出口将比重比高纯度水轻的气体水化物单独或连同水一起移送至气体水化物分解槽。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(11)从低纯度水制造高纯度水的第四装置，其特征在于，对于使用高纯度水清洗气体水化物的清洗装置而言，在网眼状基板上薄板状地敷设气体水化物，从上方实施高纯度水生成的喷雾，从网眼状基板的网眼排出清洗后的高纯度水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
(12)从低纯度水制造高纯度水的第五装置，其特征在于，网眼状基板为带式运送方式。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可连续地得到高纯度水。
(13)从低纯度水制造高纯度水的第六装置，其特征在于，清洗槽在清洗槽的下方具有搅拌叶片和搅拌轴，具有在清洗槽上方中心部的漏斗部、从漏斗下部由清洗槽侧壁连通至下一工序的连通口；通过搅拌而清洗了的气体水化物从漏斗的上端，通过漏斗、连通口，转移至下一工序。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，在实质上维持气体水化物的形成条件的条件下，可将形成的气体水化物顺利地转移。
(14)从低纯度水制造高纯度水的第七装置，其特征在于，具有：
双层管，包含送入形成气体水化物的原料气体的内管、和通过所形成的气体水化物的外管，其具有到达深海的长度，在内管前端附近具有向内管和外管之间漏入气体的孔，并且在外筒前端具有可通过海水的多孔膜，气体水化物在前端部形成，
清洗槽，其对形成气体水化物时使用的海水脱水，用清洗水清洗所形成的气体水化物，
分解槽，通过将清洗了的气体水化物形成为与迄今保持的气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，得到高纯度水。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可在海中形成气体水化物。
(15)从低纯度水制造高纯度水的第八装置，其特征在于，清洗槽具有：使用低纯度水清洗所形成的气体水化物的清洗槽、以及使用高纯度水清洗使用低纯度水清洗了的气体水化物的清洗装置。
根据本发明的从低纯度水制造高纯度水的装置，可在海中形成气体水化物，并且可更加抑制在制造中使用可作为饮用水使用的程度的高纯度水，得到可作为饮用水使用的程度的高纯度水。
发明效果
根据本发明，可工业化地从海水和污水等低纯度水得到控制为可作为饮用水的程度的、以数值计为100ppm以下的杂质的高纯度水。顺便提一句，平均的自来水为40～200ppm，有名的天然水、泉水、理想的饮用水为39ppm以下。此外，其过程中所得的排水可作为农业用水、工业用水、生活用水而使用。而且，只要实施适当，相对于本发明所用的清洗水，可以数倍以上的量得到可作为饮用水使用的高纯度水。
附图说明
图1为表示实施本发明的一个方式的半图解式纵向剖视图。
图2为表示实施本发明的另一个方式的半图解式纵向剖视图。
图3为表示实施本发明的又一个方式的半图解式纵向剖视图。
具体实施方式
对本发明的制造方法进行说明。在本发明的制造方法中，通过公知的方法得到气体水化物。
为了得到气体水化物，可通过以下方式而得到：使可形成气体水化物的一种或两种以上的气体与低纯度水在比低纯度水的冰点高的温度且可形成气体水化物的条件下接触。
对于气体水化物而言，如所熟知的那样，在气体水化物的结构为Ⅰ型和Ⅱ型的情况下，在气体水化物相、冰相、水相以及气相的四重点(Q1)和气体水化物相、水相、液化气相以及气相的四重点(Q2)之间的温度和压力下形成。
在气体水化物的结构为H型的情况下，在气体水化物相、冰相、水相、气相以及烃的液体相的五重点(Q1)和H型气体水化物相、冰相、水相、气相以及烃的液体相的五重点(Q2)之间的温度和压力下形成。
因此，随着气体的选择，限制了形成气体水化物的温度和压力。更准确言之，在与这些四重点(Q1和Q2)之间或五重点(Q1和Q2)之间的平衡温度相比、更为过冷却的温度下形成气体水化物。本发明中所述的气体水化物的形成条件是指这样的过冷却状态。此外，气体水化物的形成由于是放热反应，因此出于这一点的考虑，需要形成过冷却。
此外，对于某一种气体而言，在常压下形成稳定气体水化物结构的温度是已知的(例如，非专利文献的表2.5)。
此外，通常，在水的存在下，对于气体水化物的形成而言，越为低温，越可在低压下形成，但由于在水为固体的条件下，反应速度慢，因此在水的冰点以下的话不实用。出于该点，由于海水为盐水，因此引起冰点下降，气体水化物的形成条件与不含盐分的水相比，可广泛地选择。
出于该点，在使用海水作为水的原料的情况下，可在比海水的冰点高且压力低的条件下形成气体水化物的气体是合适的。具体而言，出于装置成本的考虑，使用可在5MPa以下、尤其是3MPa以下、特别优选2MPa以下形成气体水化物的气体。
出于这样的观点，丁烷、异丁烷、丙烷、环丙烷、四氢呋喃、丙烯、氯、CH3CHF2、CH3CClF2等由于可在非常低的压力下形成气体水化物，因此优选。此外，气体由于循环使用，因此没有必要过于考虑成本。
如果从所得到的气体水化物的物性方面考虑，可以说出以下内容。首先，对于气体水化物的粒径而言，从与海水的分离性、输送的容易性考虑，优选粒径大的气体水化物。例如，甲烷水化物的平均粒径为50～150μm，出于该点考虑，是优选的。
此外，与气体水化物中的作为客体分子的气体所占的比例相比，作为主体分子的水所占的比例多，这当然是优选的。
此外，在某种气体水化物如甲烷和二氧化碳气体的气体水化物中，在为超过气体水化物的稳定区域的条件下的期间，观察到特异的自保存特性(Anomalous Self-Preservation)。
对于甲烷来说，由于即便是脱离气体水化物的特异的保存状况(Anomalous preservation regime)，气体水化物的50％也可在280°K下维持气体水化物状态约10分钟左右(参照非专利文献1的图3.36)，因此具有可将压力设为常压而进行处理的操作上的容易性。出于该点的考虑，可以列举出甲烷和二氧化碳气体等可观察到特异的自保存现象的气体作为有效的气体。
对于气体水化物而言，以气体作为晶核而引发晶体生成，在本发明中，由于气体水化物越是尽可能的大，清洗效率越好，因此优选促进晶体成长。关于促进晶体成长而言，与水喷射方式相比，气液搅拌方式更优选。此外，对于气体而言，包含未形成气体水化物的气体也没有关系，可形成气体水化物的气体可为一种，也可为两种以上。
在气体水化物的形成过程中使用的、如海水那样的低纯度水由于在气体水化物的外壁析出的杂质，溶解了相当程度的、高浓度的杂质。因此，在形成气体水化物后，对在气体水化物形成过程中使用的低纯度水进行脱水。此时，一边实质上维持气体水化物状态、一边进行脱水。
接着，对本发明的制造方法而言，一边实质上维持所述气体水化物状态、一边清洗附着于气体水化物的成分。
作为清洗水，优选起初为低纯度水，渐渐地或依次地，使用纯度高的水。在低纯度水为海水的情况下，其一个例子是：最初以海水(平均而言，为3.5％左右的盐分浓度)作为清洗水，接着以2000ppm左右的盐水作为清洗水，最后以50ppm左右的盐水作为清洗水。在这种情况下，也优选最初尽可能地使用低纯度水，除去附着于气体水化物形成体的外壁的盐分。
原理上，如果清洗水为低纯度水(海水)，通过使用海水的清洗，附着于气体水化物的外壁的盐分可降低至海水的盐分浓度左右。为了达到这样的水平，需要进行使气体水化物和低纯度水的两方流动的搅拌，或大致固定气体水化物，使低纯度水为例如喷雾、流水那样的流动状态，由此，除去附着于气体水化物形成体的外壁的成分。
在不更换液体地而进行的搅拌中，液体中的浓度增高，没有效率，因此可重复如下的过程：将搅拌后的液体从搅拌槽排出，将新鲜低纯度水导入搅拌槽而进行搅拌。在这样的清洗中，得到附着有比低纯度水的杂质浓度稍高的杂质的状态的气体水化物。
通过清洗，在尽可能地残留气体水化物结构的同时尽可能地除去附着于气体水化物的成分。为了残留气体水化物结构，对于清洗过程中的温度、压力而言，应该依然平均而言置于可实质上维持气体水化物状态的条件下，但对于除去附着于气体水化物的成分的清洗水的温度而言，为了提高水的溶解性，优选高的温度。在两者的平衡中，选择清洗水的温度。在实质地维持气体水化物状态的条件下也包括甲烷或二氧化碳等所示的特异的保存状况，因此，在本发明中，“实质地维持气体水化物状态”是指，在混合清洗水和气体水化物的过程中由于清洗水的热对气体水化物的部分的破坏自不用说，还意味着直至气体水化物被破坏至50％左右的状态。出于该意思，对于可观察到所述特异的自保存现象的气体而言，根据清洗工序所需要的时间从最初开始、或根据情况从中途开始，可在观察到这种特异的自保存现象的条件下进行清洗，便利性高。
此外，出于这样的观点，作为形成气体水化物的客体分子，Q2高的客体分子，或者在不存在Q2的情况下或不清楚的情况下，在低压且0℃以上的温度下形成气体水化物的客体分子，是合适的。
在前者的情况下，优选使用在2℃以上、更优选在3℃以上、特别优选在5℃以上形成气体水化物的客体分子，在后者的情况下，优选使用在5MPa以下、更优选在3MPa以下、尤其优选在1MPa以下形成气体水化物的客体分子。
如果例示这样的客体分子，可列举出氯(Q2的T＝28.3℃，P＝0.84MPa)、二氧化碳(Q2的T＝9.9℃，P＝4.44MPa)、环氧乙烷、四氢呋喃、环丙烷(Q2的T＝16.21℃，P＝0.559MPa)、CH3CHF2(Q2的T＝14.90℃，P＝0.430MPa)、CH3CClF2(Q2的T＝13.09℃，P＝0.229MPa)、C3H8(Q2的T＝5.8℃，P＝0.556MPa)、H2S(Q2的T＝29.7℃，P＝2.239MPa)、C2H4(Q2的T＝14.8℃，P＝3.39MPa)。其中，在低压下也能形成气体水化物的氯、环丙烷、CH3CHF2、CH3CClF2、C3H8，或观察到上述特异的自保存的甲烷、二氧化碳是特别优选的。
接着，优选一边实质地维持所述气体水化物形成条件、一边用高纯度水清洗附着于气体水化物的成分。此处作为高纯度水，不马上就使用杂质为100ppm以下那样的水，可渐渐地或依次地，使用纯度高的水进行清洗。
通过这种方式，能够有效利用清洗后的水，并且可少量地使用纯度高的水，大量地得到可作为饮用水使用的高纯度水。
清洗方法在使用低纯度水以外的水时，需要与搅拌相比、减少了清洗水的使用量的清洗方法。作为该方法之一，为如下的方法：将气体水化物堆积于网眼状基板上、或从下方送入至网眼状基板，使高纯度水从气体水化物的上方流下，同时利用比重比高纯度水轻的气体水化物通过水的浮力而浮起的特质，将上层的气体水化物从清洗场所除去。此时，优选将高纯度水形成喷雾状地微细水滴，均匀地冲洗气体水化物的方式。此外，作为别的方法，可列举将气体水化物薄板状地敷设于网眼状基板上，从上方实施高纯度水生成的喷雾，从网眼状基板的网眼排出清洗后的高纯度水的方法。此外，在从下方送入的方式的情况下，可与之前用于清洗的水一同送入，利用其浮力。
接着，通过将气体水化物状态的温度或压力形成为更高温状态或更低压状态，将气体水化物转化为气体和高纯度水。气体也可循环使用，如果不对环境造成影响，也可排放到大气中。
接着，参照附图对本发明的制造装置的方式进行说明。图1为表示实施本发明的一个方式的半图解式纵向剖视图。此处对以海水作为低纯度水的情况进行说明。
作为形成气体水化物的原料的海水，从海水储藏池1或直接地，经由定量泵2，根据需要用冷却器3冷却，向气体水化物形成槽4输送。例如，在以环丙烷作为气体水化物原料的情况下，由于在2.8℃、常压下可得到稳定的气体水化物(参照非专利文献1的表2.5)，根据制造场所、季节，可不要冷却器3。此外，在以氯作为气体水化物原料的情况下，由于在9.7℃、常压下可得到稳定的气体水化物(参照非专利文献1的表2.5)，因此其也根据制造场所、季节，可不要冷却器3。而且，由于为氯，因此还具有一并进行所得的水的杀菌的效果。
此外，作为形成气体水化物的另一原料的气体，从气瓶5，根据需要经由压缩机6、由冷却器7冷却，向气体水化物形成槽4输送，从设置于气体水化物形成槽4下方的气体喷出管8喷出。
在气体水化物形成槽4中，置于可形成气体水化物的温度和压力条件下，通过搅拌设备9搅拌混合气体和海水，形成气体水化物。
如果气体水化物开始形成，则由于气体水化物与海水比重不同，因此通过该不同可进行分离。例如，在为甲烷气体水化物的情况下，为0.94，由于与海水相比比重小，因此浮起于气体水化物形成槽4中的海水的表面。与此相对，在二甲基戊烷的情况下，为1.291(计算值)，由于相反地与海水相比比重大，因此下沉。需要根据该不同进行对应。
比重比海水小的情况下，形成的气体水化物连同海水从气体水化物形成槽4经由连通口11转移至作为下一工序的、使用低纯度水(海水)对附着于气体水化物的盐分进行清洗的清洗槽10。
相反，在比重比海水大的情况下，海水和气体水化物的分离通过离心分离进行除去，与下一处理中所用的液体混合，转移至下一处理槽。该方法为也可在比重比海水小的情况下使用的方法。
在用低纯度水清洗生成的气体水化物的清洗槽10中，除了搅拌设备13之外，还具有搅拌后的低纯度水的排出口14和新鲜低纯度水的引入口15。
在气体水化物形成槽4中的气体水化物形成过程中进行搅拌的情况下，由于在气体水化物表面析出的盐分有某种程度的溶解，因此气体水化物形成过程中的海水为相当的盐分浓度，缺乏进一步溶解盐分的余力，因此在清洗槽10中，在伴随有气体水化物形成过程中的海水的情况下，在实质上维持气体水化物状态的条件下，从排出口14仅排出该海水。
重复以下操作：关闭排出口14，从引入口15引入低纯度水(海水)，搅拌以使在气体水化物表面析出的盐分尽可能地用低纯度水(海水)溶解，然后将由于搅拌混合而盐分变成高浓度的低纯度水从排出口14排出，再引入新鲜低纯度水并搅拌。代替搅拌，也可使用流水进行清洗。当然，这些操作在实质上维持气体水化物状态的条件下进行。
在即便搅拌混合，也难以确认盐分浓度的上升的情况下，将气体水化物连同海水由球阀16转移至作为下一工序的用中纯度水进行清洗的清洗装置17。
用中纯度水进行清洗的清洗装置17包含作为带式运送方式而旋转的网眼状基板18、中纯度水喷雾装置19、连通管20、排出口21。其中，中纯度水是指，虽然为与低纯度水相比纯度高的水，但为与后述高纯度水相比纯度低的水。
作为中纯度水，通常直接使用后述的使用纯度高的高纯度水清洗后的排液，但根据需要，也可在混合槽22中制作进一步混合了本发明所得的高纯度水的一部分和低纯度水的混合液。
由球阀16连同清洗液一起向使用中纯度水进行清洗的清洗装置17转移的气体水化物被敷设于作为带式运送方式而旋转的网眼状基板18上。根据需要，通过使网眼状基板18振动，将气体水化物大致均匀地、薄板状地敷设于网眼状基板18上。
气体水化物通过从其上方由中纯度水喷雾装置19喷雾的中纯度水进行清洗，从带式运送方式的端部经由连通管20转移至使用高纯度水进行清洗的清洗装置23。另一方面，清洗中使用的液体从排出口21排出。在使用中纯度水进行清洗的清洗槽17的这些操作也在实质上维持气体水化物状态的条件下进行。
用高纯度水进行清洗的清洗装置23与中纯度水喷雾装置19同样地，包含作为带式运送方式而旋转的网眼状基板24、高纯度水喷雾装置25、连通管26、排出口27。此处，高纯度水是指，与所制造的高纯度水同等程度的纯度高的水。
通过连通管20而转移至使用高纯度水进行清洗的清洗装置23的气体水化物落至作为带式运送方式而旋转的网眼状基板24上。根据需要，通过使网眼状基板24振动，气体水化物被大致均匀地、薄板状地敷设于网眼状基板24上。气体水化物通过从其上方由高纯度水喷雾装置25喷雾的高纯度水进行清洗，从带式运送方式的端部经由连通管26转移至气体水化物分解槽28。
另一方面，清洗中使用的液体由网眼状基板24的网眼排出，在使用高纯度水进行清洗的清洗装置23的底部积存，从排出口27用抽水机抽水，转移至混合槽22，通过搅拌装置29对清洗液中的盐分浓度进行均匀化后，作为使用中纯度水进行清洗的清洗装置17的清洗液的原料。
通过在气体水化物分解槽28中脱离气体水化物条件，可使气体水化物分解。
具体而言，将气体水化物置于能分解为气体和水的温度、压力条件下。将所得的水转移至淡水箱24，对于气体而言虽然没有图示，但是如果不污染环境，可排出，也可循环使用。在循环使用的情况下，不需要气瓶5，从气体排气口经由压缩机返回到冷却器7。
在气体水化物的比重比1小时，作为清洗槽，也可为图2所示那样的结构。清洗槽10、17可在清洗槽的下方具有搅拌叶片31和搅拌轴32，具有清洗槽上方中心部的漏斗部33和从漏斗下部34由清洗槽侧壁连通至下一工序的连通口35，也可形成为通过搅拌而清洗的气体水化物从漏斗的上端，通过漏斗、连通口转移至下一工序。对于上述的说明，虽然是气体水化物形成槽4和使用低纯度水清洗附着于气体水化物的盐分的清洗槽10分别形成的情况，但清洗槽10也可兼做形成槽4。
上述说明以在陆上形成气体水化物为例进行论述，但也可在海中进行气体水化物的形成。基于图3对该装置进行说明。图3为表示送至深海的气体水化物形成管100的前端部的半图解式纵向剖视图。此处本发明中的“深海”是指，海水温度为10℃以下的位置。该深度当然随着纬度而不同。
海水温度越低，冷却至气体水化物形成条件所要求的温度所需的温度就可越低，与此相反，由于水深变大，送入气体的压力也与此相应地变大，考虑其得失，选择适宜的深度。送至深海的气体水化物形成管100为内管101和外管102的双层管。其中，外筒102具有到达深海的长度，外筒102的前端有着能通过海水的多孔膜104。
此外，对于内管101而言，形成气体水化物的原料气体从形成气体水化物的原料气体的加压储藏箱(未图示)向气体水化物形成管100的前端部送入。
此处，内管101的前端附近具有多个向内管和外筒之间漏入气体的孔103。海水在高压作用下从多孔膜104进入到外筒102和内管101之间的空间105。
另一方面，气体从内管101、从孔103进入到空间105。如果该空间105的压力、温度处于气体水化物的形成条件，则形成气体水化物。即，该空间105为气体水化物的形成场所。出于这样的观点，温度具有某种程度的降低的海水是合适的。
形成的气体水化物通过从多孔膜104浸入的海水的压力以及从内管通过孔103进入的气体，通过内管101和外筒102之间的空间向上方浮出。接着，气体水化物随着海水向使用低纯度水进行清洗的清洗槽8输送。此后与之前说明的过程相同，因此省略说明。
以上的说明都采用海水进行，但污水的情况下也同样适用。在污水的情况下，所含的物质有盐分以外的物质，由于这些也附着于气体水化物的外壁，因此需要适宜地选择尽可能除去它们的方法。其中对于水溶性的成分，可采用与海水的情况相同的方法。
一般来说，在用过滤器除去可用过滤器等除去的物质之后，池1中的相分离的物质通过静置或离心分离等方法，分离成含水溶性成分的水相和含油性成分的油相，对于水相，采用与海水的情况相同的方法。与此相对，对于含有有机物等非水溶性物质的油相而言，例如可形成燃料，或在其特定成分可用于燃料以外的用途的情况，可采用由使用例如吸附剂等手段而除去其外的成分等的方法。
工业实用性
根据本发明，可从海水、污水等低纯度水得到可作为饮用水的程度的高纯度水。该过程中所得到的排水能作为农业用水、工业用水、生活用水等使用。其制造工序中使用的气体可再利用，也没有对环境造成负荷。
符号说明
1：海水储藏池；2：定量泵；3：冷却器；4：气体水化物形成槽；5：气瓶；6：压缩机；7：冷却器；8：气体喷出管；9：搅拌设备；10：使用低纯度水进行清洗的清洗槽；11：连通口；13：搅拌设备；14：搅拌后的低纯度水的排出口；15：新鲜低纯度水的引入口；16：球阀；17：使用中纯度水进行清洗的装置；18：作为带式运送方式而旋转的网眼状基板；19：中纯度水喷雾装置；20：连通管；21：排出口；22：混合槽；23：使用高纯度水进行清洗的清洗装置；24：作为带式运送方式而旋转的网眼状基板；25：高纯度水喷雾装置；26：连通管；27：排出口；28：气体水化物分解槽；29：搅拌装置；30：淡水箱；31：搅拌叶片；32：搅拌轴；101：内管；102：内筒；103：孔；104：多孔膜；105：空间(气体水化物形成场所)
Claims (15)
1.一种从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，依次进行如下工序：
使可形成气体水化物的一种或两种以上的气体与低纯度水在为比低纯度水的冰点高的温度且可形成气体水化物的条件下接触，得到在低纯度水中悬浮的固体的气体水化物的工序，
一边实质上维持气体水化物状态，一边将在气体水化物形成过程中使用的低纯度水脱水，使用清洗水清洗附着于气体水化物的成分的工序，
通过形成与气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，将气体水化物转化为气体和高纯度水的工序。
2.如权利要求1所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，在清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水起初为低纯度水，渐渐地或顺次地，使用纯度高的水。
3.如权利要求2所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，使用低纯度水清洗附着于气体水化物的成分的工序具有：新鲜低纯度水和气体水化物的搅拌工序、和排出在低纯度水中悬浮的气体水化物中的低纯度水的工序；并且实施这两个工序一次或重复实施。
4.如权利要求2或3所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，对于清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水最终阶段的使用高纯度水的清洗而言，将气体水化物堆积于网眼状基板上或从下方送入至网眼状基板，并且使高纯度水从气体水化物上方流下，利用比重比高纯度水轻的气体水化物由于水的浮力而浮起的特质，将上层的气体水化物从清洗场所除去。
5.如权利要求2或3所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，对于清洗附着于气体水化物的成分的工序中的清洗水最终阶段的使用高纯度水的清洗而言，在网眼状基板上薄板状地敷设气体水化物，从上方实施高纯度水生成的喷雾，从网眼状基板的网眼排出清洗后的高纯度水。
6.如权利要求1～5中任一项所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，低纯度水是海水。
7.如权利要求1～5中任一项所述的从低纯度水制造高纯度水的方法，其特征在于，低纯度水是污水。
8.一种从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，其具备：
气体水化物的原料的供给设备，
在气体水化物形成条件下将气体水化物的原料形成为气体水化物的气体水化物形成槽，
清洗槽，其可兼做气体水化物形成槽或另行准备，其对形成气体水化物时所用的低纯度水进行脱水，使用清洗水清洗所形成的气体水化物，
气体水化物分解槽，其形成与清洗了的气体水化物迄今保持的气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，得到高纯度水。
9.如权利要求8所述的从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，清洗槽具有：使用低纯度水清洗所形成的气体水化物的清洗槽、以及使用高纯度水清洗使用低纯度水清洗了的气体水化物的清洗装置。
10.如权利要求9所述的从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，对于使用高纯度水清洗气体水化物的清洗装置而言，将气体水化物堆积于网眼状基板上或从下方送入至网眼状基板，使高纯度水从气体水化物上方流下，从设置于清洗槽侧壁上方的排出口将比重比高纯度水轻的气体水化物单独或连同水一起移送至气体水化物分解槽。
11.如权利要求9所述的从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，对于使用高纯度水清洗气体水化物的清洗装置而言，在网眼状基板上薄板状地敷设气体水化物，从上方实施高纯度水生成的喷雾，从网眼状基板的网眼排出清洗后的高纯度水。
12.如权利要求11所述的从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，网眼状基板为带式运送方式。
13.如权利要求8或9所述的从低纯度水制造高纯度水的装置，其特征在于，清洗槽在清洗槽的下方具有搅拌叶片和搅拌轴，具有在清洗槽上方中心部的漏斗部、从漏斗下部由清洗槽侧壁连通至下一工序的连通口；
通过搅拌而清洗了的气体水化物从漏斗的上端，通过漏斗、连通口，转移至下一工序。
14.一种从海水制造高纯度水的装置，其特征在于，具有：
双层管，包含送入形成气体水化物的原料气体的内管、和通过所形成的气体水化物的外管，其具有到达深海的长度，在内管前端附近具有向内管和外管之间漏入气体的孔，并且在外筒前端具有通过海水的多孔膜，气体水化物在前端部形成，
清洗槽，其对形成气体水化物时使用的海水脱水，用清洗水清洗所形成的气体水化物，
分解槽，通过将清洗了的气体水化物形成为与迄今保持的气体水化物状态相比的高温状态或低压状态，得到高纯度水。
15.如权利要求14所述的从海水制造高纯度水的装置，其特征在于，清洗槽具有：使用低纯度水清洗所形成的气体水化物的清洗槽、以及使用高纯度水清洗使用低纯度水清洗了的气体水化物的清洗装置。
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