JP2005118645A

JP2005118645A - 海水淡水化方法とその装置

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Publication number: JP2005118645A
Application number: JP2003354731A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Sakagami; 越朗坂上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】大容量の海水から塩化ナトリウムを効率良く短時間に除去してほぼ完全な淡水を得ることのできる海水淡水化方法とその装置を提供する。
【解決手段】海水中の塩化ナトリウムを高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンを捕獲してから塩素ガスとして蒸散すべく循環流路に配した金属製のスパイラルフィルタ６Ｂと、塩素除去後の海水を高磁場且つ高勾配の磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離する高温超伝導電磁石４と、磁気分離したナトリウムイオンを捕獲すべく、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続した状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状、スパイラル状、筒状等の吸着フィルタ６Ａと、海水中の残留するナトリウムイオンを完全捕獲すべく流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水中に含まれている塩化ナトリウムを効率良く除去して純粋な淡水を得るための海水淡水化方法とその装置に関する。

従来における海水淡水化方法とその装置としては、蒸発法と電気透析法と逆浸透膜法との３つが主流を占めている。このうち電気透析法は、陰陽２枚のイオン交換膜を使い、水槽内を３つの部屋に区分し、左右２枚の電極を設けてこれに直流電圧を加え、一種の電気分解を行う技術である。一般に海水中には、溶け込んでいる塩分がナトリウムイオンと塩素イオンとに電離した形で存在しており、これに直流電圧を掛けてイオン交換膜を通して寄せ集める方式が採られ、このとき残った水が淡水となって取り出されるのである。尚、この電気透析法の一例として電気的引力によりイオンを分集する方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、蒸発法の具体的な方式としては、ＰＶ膜の両面に海水の温度差を発生させ、この温度差の水蒸気圧差で海水中の水分をＰＶ膜に透過させギャップを介して淡水を取り出す技術がある（特許文献２参照）。さらに、太陽電池エネルギーを利用して海水を減圧して水蒸気を作り、蒸発と凝縮を一つのタンク内で連続して行い大量の水を作る技術もある（特許文献３参照）。

また、逆浸透膜法としては、海水原液をＮＦ膜に通して硫酸イオンを除去したのち、その透過水を逆浸透膜に通して塩類を除去する技術等がある（特許文献４参照）。
特開２００１−２３９２７１号公報特開平０８−１１２５９２号公報特開２００２−３３６８４０号公報特開平０９−１４１２６０号公報

しかしながら上記従来例においては、ごく限られた量の海水を時間を掛けて淡水化処理し、ごく限られた少量の淡水を得るものとしては適してはいるものの、トン単位の大量の海水を一度に淡水化するには、エネルギー的に効率が悪いものであって、しかも淡水化処理に要する時間もかなり掛かり過ぎてしまい、コストも大幅に高くなってしまう等の問題点を有している。

そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、大容量の海水から塩化ナトリウムを効率良く短時間に除去してほぼ完全な淡水を大量に得ることができ、コストも大幅に低減できるものとした海水淡水化方法とその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明にあっては、海水中の塩化ナトリウムを金属製のスパイラルフィルタ６Ｂに印加させた高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンをスパイラルフィルタ６Ｂによって捕獲してから塩素ガスとして蒸散させる塩素除去工程Ａと、塩素除去工程Ａ後の海水を高温超伝導電磁石４の高勾配磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離させる磁気分離工程Ｂと、磁気分離したナトリウムイオンを、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続した状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６Ａ、磁界外の前記スパイラルフィルタ６Ｂそれぞれによって捕獲する第１捕獲工程Ｃと、第１捕獲工程Ｃ後の海水を、流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置５によって、残留するナトリウムイオンを完全捕獲する第２捕獲工程Ｄとから成ることを特徴とする。
高温超伝導電磁石４は、ナトリウムイオンの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変すべく構成することができる。
第１捕獲工程Ｃは、弱磁性磁化率を有するナトリウムイオンを磁気分離力を介して効率良く捕獲可能にすべく海水中に水酸化鉄，フェライト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を添加したものとすることができる。
海水中の塩化ナトリウムを高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンを捕獲してから塩素ガスとして蒸散させるよう循環流路に配した金属製のスパイラルフィルタ６Ｂと、塩素除去後の海水を高磁場且つ高勾配の磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離させる高温超伝導電磁石４と、磁気分離したナトリウムイオンを捕獲すべく、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続された状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等の吸着フィルタ６Ａと、海水中の残留するナトリウムイオンを完全捕獲すべく流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置５とを備えて構成することができる。

以上のように構成された本発明に係る海水淡水化方法とその装置にあって、塩素除去工程Ａは、海水中の塩化ナトリウムを金属製のスパイラルフィルタ６Ｂに印加させた高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離させ、この内の塩素イオンをスパイラルフィルタ６Ｂによって捕獲してから塩素ガスとして蒸散させる。

磁気分離工程Ｂは、塩素除去工程Ａ後の海水を高温超伝導電磁石４の５テスラから１０テスラ範囲の高勾配磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離させる。

第１捕獲工程Ｃは、前記磁気分離したナトリウムイオンを、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続した状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６Ａ、磁界外の前記スパイラルフィルタ６Ｂそれぞれによって捕獲させる。このとき添加される水酸化鉄，フェライト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤は、磁気分離工程Ｂにおいて、弱磁性磁化率を有するナトリウムイオンと結合して強磁性粒子と同様に磁気分離させる。

第２捕獲工程Ｄは、前記第１捕獲工程Ｃ後の海水を、流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置５によって、残留するナトリウムイオンを完全捕獲させる。

本発明は以上のように構成されているために、大容量の海水から塩化ナトリウムを効率良く短時間に除去してほぼ完全な淡水を大量に得ることができ、しかもコストも大幅に低減することができる。

尚、上記の課題を解決するための手段および発明の効果の項において付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。

以下、本発明を実施する最良の形態を図面を参照して説明すると、図に示される符号１は、液体ヘリウムや液体窒素を用いずに冷凍機で直接冷却可能な例えばソレノイド型・スプリット型の高温超伝導電磁石４を用いた永久電流運転が可能な所謂超伝導ドライマグネット方式によって海水を淡水化するための装置本体である。

図１に示すように、装置本体１は、海水の貯留タンク２に操作弁７Ａを介して接続され、且つ不図示の循環ポンプによって環流させるように形成されている循環管路３の一部に、冷却用循環ポンプ８を介して接続されたクーリングタワー９、冷却装置１０それぞれに接続して成る高温超伝導電磁石４を配し、循環管路３から分岐した一端排出口には、操作弁７Ｂを介して積層吸着フィルタ装置５が接続されている。

また、循環管路３の全長には例えば銅製等の金属製のスパイラルフィルタ６Ｂが、このスパイラル回転軸と循環管路３とが略同軸となるように当該パイプ内側に張設配置されており、例えば２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流をこのスパイラルフィルタ６Ｂに印加させることによって海水中の塩化ナトリウムを塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンを捕獲してから後に塩素ガスとして蒸散させるようにしてある。このときスパイラルフィルタ６Ｂにおいて高周波電源を使うことで、ナトリウムイオンと塩素イオンとは循環管路３内部で高速で反転を繰り返しこのときの振動・衝突によって効率良く分離作用が行われるようにしてある。なお、スパイラルフィルタ６Ｂの替わりに銅板を使用することもできる。

また、海水中の塩化ナトリウムの塩素イオンとナトリウムイオンとが、渦巻き回転力によって迅速に解離できるようにするために、耐食性のある金属製、例えばステンレスや炭素鋼等の材質によってスパイラルフィルタ６Ｂを形成し、これを例えば高温超伝導電磁石４部分を除いた循環管路３全長の内壁部分に配設すると共に、当該スパイラルフィルタ６Ｂ自身を回転駆動用モータ６Ｃによって循環管路３内部で任意の角速度で回転できるように構成してある。また、この回転可能なスパイラルフィルタ６Ｂは、循環管路３内壁面に付着した汚染物質を剥離除去する機能を備えている。

高温超伝導電磁石４は、塩素除去後の海水を高磁場且つ高勾配の磁界内に導入して、磁化率の小さなナトリウムイオンを磁気分離させるものであり、磁気分離したナトリウムイオンを捕獲すべく、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続された状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲には、例えばメッシュ状，スパイラル状，筒状等に成形された例えば不織布等の吸着フィルタ６Ａをスペアのものと容易に交換できるよう着脱可能となって配設されている。

高温超伝導電磁石４は、電流スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作により、ナトリウムイオンの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変できるようにしてある。また、弱磁性磁化率を有するナトリウムイオンを磁気分離力を介して効率良く捕獲可能にすべく海水中に水酸化鉄，フェライト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤、あるいは高浸透性を有する特殊なナノカーボン等のシーデイング剤を添加するものとしてある。この特殊高機能性ナノカーボンを海水に分散する場合、そのナノカーボンを素材にした高速磁気分離回転筒を、高温超伝導電磁石４による強磁場を発生させる磁界発生管内壁に装着しても良い。

高温超伝導電磁石４による強磁場を発生させる磁界発生管内を海水が直角の状態で流れると、海水内に自由電子の分極が起こり、誘導電圧が発生するという所謂ファラデーの電磁誘導の法則のもとで、一定の流れの速さを保ち反復循環させることで、弱磁性ナトリウムイオンを除去する作用が発生するものである。このように磁気エネルギーは磁場の二乗に正比例することから５テスラを超える強磁場内においては、あらゆる非磁性体の分離が可能で、例えば単体のみの弱磁性体のものは単体として磁気分離できる。

すなわち、一様でない靜磁場中に置かれた体積Ｖ，一様な磁化Ｍ（ｒ，Ｈ）の粒子に働く力Ｆは、磁場勾配がｘ軸方向であるとすると、Ｆ＝ＶＭ（Ｈ）ｄＨ／ｄｘである。尚、ナトリウムイオンの磁化率は０．０４×１０−４、塩素イオンの磁化率は−０．８０×１０−５である。これら磁性粒子と非磁性粒子との混合物が不均一磁場を通過するとき、磁性粒子の移動軌跡は磁気力の作用により非磁性粒子のそれとは必然的に異なる。この差を利用して物質を分離するのが磁気分離である。

積層吸着フィルタ装置５は、海水中の残留するナトリウムイオンを完全捕獲してリサイクル利用可能にすべく循環管路３から分岐した一端排出口から出される流路に沿って金属膜によるフィルタを積層状に配設して成る室が複数に接続されることで構成してある。すなわち、海水の流れがフィルタに対し抵抗とならないように金属膜の積層間の隙間に沿って海水が流れるようにしてある。

次に以上のように構成された最良の形態についての使用、動作の一例を説明するに、図２に示すように、塩素除去工程Ａにおいて、循環管路３全体に配してあるスパイラルフィルタ６Ｂに、例えば２５〜５０ｋＨｚ帯域の高周波電源を使った高周波電流を印加させ、貯留タンク２から操作弁７Ａを介して循環管路３内に海水を送り不図示の循環ポンプでもって循環させる。このとき海水中の塩化ナトリウムは、金属製のスパイラルフィルタ６Ｂに印加させた高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンをスパイラルフィルタ６Ｂによって捕獲してから塩素ガスとして蒸散させる。使用後のスパイラルフィルタ６Ｂは、スペアのものと交換する。

次に、磁気分離工程Ｂにおいて、電流スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作により、ナトリウムイオンの弱磁性磁化率の値に対応して高温超伝導電磁石４の発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変設定させておき、再度、循環管路３内で海水を循環させる。このとき、塩素除去工程Ａ後の海水が高温超伝導電磁石４の高勾配磁界内に導入されることでナトリウムイオンが磁気分離される。

第１捕獲工程Ｃにおいて、前記スパイラルフィルタ６Ｂに接続した状態で高温超伝導電磁石４の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ６Ａ、磁界外の前記スパイラルフィルタ６Ｂそれぞれによって、前記磁気分離したナトリウムイオンを捕獲する。使用後の吸着フィルタ６Ａとスパイラルフィルタ６Ｂは、スペアのものと交換する。

第２捕獲工程Ｄにおいて、前記第１捕獲工程Ｃ後の海水を、循環管路３から分岐した一端排出口から操作弁７Ｂを介して、積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置５に送り、そこで残留するナトリウムイオンを完全捕獲した後、淡水として取り出される。使用後の積層吸着フィルタ装置５の金属膜によるフィルタは、スペアのものと交換する。

本発明を実施するための最良の形態における構成を示す使用状態の概略構成図である。同じく淡水化工程のフローチャートを示す説明図である。

符号の説明

Ａ塩素除去工程
Ｂ磁気分離工程
Ｃ第１捕獲工程
Ｄ第２捕獲工程
１装置本体
２貯留タンク
３循環管路
４高温超伝導電磁石
５積層吸着フィルタ装置
６Ａ吸着フィルタ
６Ｂスパイラルフィルタ
６Ｃ回転駆動用モータ
７Ａ，７Ｂ操作弁
８冷却用循環ポンプ
９クーリングタワー
１０冷却装置

Claims

海水中の塩化ナトリウムを金属製のスパイラルフィルタに印加させた高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンをスパイラルフィルタによって捕獲してから塩素ガスとして蒸散させる塩素除去工程と、
塩素除去工程後の海水を高温超伝導電磁石の高勾配磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離させる磁気分離工程と、
磁気分離したナトリウムイオンを、前記スパイラルフィルタに接続した状態で高温超伝導電磁石の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等に形成された吸着フィルタ、磁界外の前記スパイラルフィルタそれぞれによって捕獲する第１捕獲工程と、
第１捕獲工程後の海水を、流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置によって、残留するナトリウムイオンを完全捕獲する第２捕獲工程と、
から成ることを特徴とする海水淡水化方法。
高温超伝導電磁石は、ナトリウムイオンの弱磁性磁化率の値に対応して発生磁場の大きさを５テスラから１０テスラ範囲の間で可変すべく成した請求項１記載の海水淡水化方法。
第１捕獲工程は、弱磁性磁化率を有するナトリウムイオンを磁気分離力を介して効率良く捕獲可能にすべく海水中に水酸化鉄，フェライト，ドラバイト，トルマリン等の強磁性シーデイング剤を添加した請求項１または２記載の海水淡水化方法。
海水中の塩化ナトリウムを高周波電流によって塩素イオンとナトリウムイオンとに解離し、この内の塩素イオンを捕獲してから塩素ガスとして蒸散させるよう循環流路に配した金属製のスパイラルフィルタと、
塩素除去後の海水を高磁場且つ高勾配の磁界内に導入してナトリウムイオンを磁気分離させる高温超伝導電磁石と、
磁気分離したナトリウムイオンを捕獲すべく、前記スパイラルフィルタに接続された状態で高温超伝導電磁石の磁界周囲に配したメッシュ状，スパイラル状，筒状等の吸着フィルタと、
海水中の残留するナトリウムイオンを完全捕獲すべく流路に沿って積層状に配設した複数室から成る積層吸着フィルタ装置と、
を備えて成ることを特徴とする海水淡水化装置。