JP2014039908A - 水回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＯ膜の目詰りを抑制することが可能な、新規かつ改良された水回収方法を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、海水と海水よりも浸透圧が高いＤＳとを正浸透膜で仕切ることで、海水中の水分をＤＳに流入させるステップと、逆浸透膜を用いて、ＤＳ及び水分からなるＤＳ混合液から水分を回収するステップと、ＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水回収方法に関する。

ＦＯ／ＲＯ法を用いて海水中の水分を回収する（すなわち、海水を淡水化する）水回収方法が提案されている。この方法では、まず、ＦＯ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ）法により海水中の水分をＤＳ（Ｄｒａｗ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に流入させる。具体的には、海水と、海水よりも浸透圧が高いＤＳとを正浸透膜（ＦＯ膜）で仕切ることで、海水中の水分をＤＳに流入させる。これにより、ＤＳ及び海水中の水分を含むＤＳ混合液を生成する。そして、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）法により、ＤＳ混合液から海水中の水分を回収する。具体的には、逆浸透膜（ＲＯ膜）で仕切られた２つの空間のうち、一方の空間にＤＳ混合液を投入し、ＤＳ混合液の浸透圧以上の圧力をＤＳ混合液にかける。これにより、ＤＳ混合液中の水分、すなわち海水中の水分がＲＯ膜を透過し、他方の空間に移動する。そして、他方の空間内の水分を回収する。

特開２０１２−８６１２０号公報 特開２００７−８６９号公報

しかし、上記の技術では、ＤＳ中の溶質（電解質）がＲＯ膜に析出し、ＲＯ膜を目詰り（ファウリング）させるという問題があった。ＲＯ膜が目詰りを起こすと、水分がＲＯ膜を透過しにくくなる。このため、ＲＯ膜が目詰りを起こした場合、ＤＳ混合液の供給圧力を高くする必要があった。なお、ＤＳの溶質として多価イオンを含むＤＳ電解質を使用した場合、目詰りが特に発生しやすかった。

この問題を解決する方法として、ＲＯ膜を洗浄する方法が考えられる。特許文献１、２は、膜洗浄方法を開示する。したがって、特許文献１、２に開示された方法を用いてＲＯ膜を洗浄することで、ＲＯ膜の目詰りを減少させることができる。しかし、この方法では、ＲＯ膜の洗浄を頻繁に行う必要があるので、非常に手間がかかってしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＲＯ膜の目詰りを抑制することが可能な、新規かつ改良された水回収方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、海水と海水よりも浸透圧が高いＤＳとを正浸透膜で仕切ることで、海水中の水分をＤＳに流入させるステップと、逆浸透膜を用いて、ＤＳ及び水分からなるＤＳ混合液から水分を回収するステップと、ＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法が提供される。

この観点による水回収方法は、少なくともＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するので、逆浸透膜（ＲＯ膜）の目詰りを抑制することができる。

ここで、ＤＳ混合液に酸を投入してもよい。

この観点によれば、ＲＯ膜の目詰りを抑制することができる。

また、酸は有機酸を含んでいてもよい。

この観点によれば、上記の効果に加え、ＴＤＳ阻止率を向上させることができる。さらに、有機酸は無機酸よりも安全性が高いので、透過水を飲用に供する場合に特に好適となる。

また、有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、乳酸、及び酢酸からなる群から選択される少なくとも１つの酸を含んでいてもよい。

この観点によれば、ＲＯ膜の目詰りを抑制し、かつ、ＴＤＳ阻止率を向上させることができる。

また、ＤＳは多価イオンを含んでいてもよい。この観点によれば、ＤＳの浸透圧を高い値に維持することができる。したがって、第１のステップ時に海水中の水分を効果的に回収することができる。

以上説明したように本発明によれば、少なくともＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するので、ＲＯ膜の目詰りを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＲＯ装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例１と比較例１との供給圧力を比較したグラフである。 クエン酸含有率とＲＯ膜単位面積単位時間当りの透過水量（フラックス）及びＴＤＨ阻止率との対応関係を示すグラフである。 ＲＯ膜単位面積当りの透過水量と運転時間との対応関係を有機酸の種類毎に示すグラフである。 ＴＤＳ阻止率と有機酸の種類との対応関係を示すグラフである。

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。

（水回収方法の説明）
まず、本実施形態に係る水回収方法について説明する。水回収方法は、３つのステップに大別される。第１のステップは、海水と海水よりも浸透圧が高いＤＳとを正浸透膜（ＦＯ膜）で仕切ることで、海水中の水分をＤＳに流入させるステップである。第２のステップは、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて、ＤＳ及び水分からなるＤＳ混合液から水分を回収するステップである。第３のステップは、ＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するステップである。すなわち、本実施形態に係る水回収方法は、概略的には、ＦＯ／ＲＯ法による水回収方法に第３のステップを追加したものである。

（第１のステップ）
まず、第１のステップについて説明する。第１のステップは、上述したように、海水と海水よりも浸透圧が高いＤＳとをＦＯ膜で仕切ることで、海水中の水分をＤＳに流入させるステップである。すなわち、第１のステップは、ＦＯ法により海水中の水分をＤＳに流入させる。第１のステップでは、海水とＤＳとの浸透圧の違いにより、海水中の水分が自然にＦＯ膜を透過し、ＤＳに流入する。これにより、ＤＳに水分が混入したＤＳ混合液が生成される。

ＤＳは、電解質（以下、ＤＳ電解質とも称する）が水に溶解した水溶液である。ＤＳ電解質の種類は特に問われない。例えば、ＤＳ電解質は、１価イオンを含むものであっても、多価イオンを含むものであってもよい。ただし、多価イオンは、ＤＳの浸透圧を高くすることができるので好ましい。多価イオンを含むＤＳは、ＭＶＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｖａｌｅｎｃｅ−Ｉｏｎ）系ＤＳとも称される。本実施形態の水回収方法に多価イオンを含むＤＳが用いられる場合、本実施形態の水回収方法は、いわゆるＳＷＦＯ／ＭＶＩ／ＲＯ法となる。ＤＳの浸透圧は、海水の浸透圧よりも高くなるように調整される。

ＭＶＩとしては、例えば、塩化カルシウムや塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等が挙げられる。また、１価イオンを含むＤＳ電解質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。

ＦＯ膜は、特に制限されず、公知の正透過膜が任意に使用可能である。ＦＯ膜としては、例えば、Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．（ＨＴＩ）社製の三酢酸セルロース膜が挙げられるが、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＧＥ）社製の二酢酸と三酢酸との混合酢酸セルロース膜であるＣＥやＣＧ等のＲＯ膜をＦＯ膜として使用しても構わない。なお、ＦＯ膜は、親水性の高い膜が好ましい。海水からの汚れが付着しにくいからである。このように、第１のステップには、公知のＦＯ法を任意に適用することができ、これらのＦＯ法により、海水中の水分がＤＳに流入する。

（第２のステップ）
第２のステップは、ＲＯ膜を用いて、ＤＳ及び水分からなるＤＳ混合液から水分を回収するステップである。具体的には、第２のステップでは、ＲＯ膜で仕切られた２つの空間のうち、一方の空間にＤＳ混合液を投入し、ＤＳ混合液の浸透圧以上の圧力をＤＳ混合液にかける。これにより、ＤＳ混合液中の水分がＲＯ膜を透過し、他方の空間に移動する。そして、他方の空間内の水分、すなわち透過水を回収する。透過水には、海水中の水分が含まれる。これにより、海水中の水分が回収される。

第２のステップで使用されるＲＯ膜としては、公知のＲＯ膜の他、ＮＦ膜（ルーズＲＯ膜）と呼ばれる膜も挙げられる。本実施形態は、海水から水分を回収する（海水を淡水化する）方法であるので、第２のステップで使用されるＲＯ膜は、海水淡水化用のＲＯ膜が好ましい。

第２のステップで使用されるＲＯ膜は、具体的には、海水淡水化用スパイラル型ＲＯ膜のポリアミド系複合膜として、日東電工社製ＮＴＲ−７０ＳＷＣ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ ＳＷＣ５、東レ社製Ｒｏｍｅｍｂｒａ ＳＵ−８１０、ＳＵ−８２０、ＤＯＷ社製ＦＩＬＭＴＥＣ ＳＷ３０等が挙げられる。

また、第２のステップで使用されるＲＯ膜は、低圧用のスパイラル型ＲＯ膜のポリアミド系複合膜やＮＦ膜であってもよい。低圧用のスパイラル型ＲＯ膜のポリアミド系複合膜としては、例えば、日東電工社製ＥＳ−２０、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ ＥＳＰＡ２、東レ社製Ｒｏｍｅｍｂｒａ ＳＵ−７１０、ＳＵ−７２０、ＤＯＷ社製ＦＩＬＭＴＥＣ ＢＷ３０ＬＥ等が挙げられる。

また、ＮＦ膜としては、日東電工社製スルホン化ポリスルホン複合膜のＮＴＲ−７４００シリーズ、ＰＶＡ複合膜であるＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７２５０、東レ社製ピペラジンアミド系架橋複合膜Ｒｏｍｅｍｂｒａ ＳＵ−６１０、ＳＵ−２１０Ｓ、ＤＯＷ社製ＦＩＬＭＴＥＣ ＮＦ−９０、ＮＦ−７０等が挙げられる。

このように、本実施形態では、ＲＯ法により海水から直接水分を回収するのではなく、海水中の水分を一旦ＤＳに回収させ、その後、ＤＳ混合液から水分を回収するようにしている。この理由は以下の通りである。すなわち、海水は、その成分がまちまちであり、浸透圧もまちまちである。このため、ＲＯ法により海水から直接水分を回収する場合、海水の成分に応じて海水への圧力を調整する必要がある。さらに、海水は非常に汚れているので、ＲＯ膜の目詰りも激しくなる。一方、本実施形態では、ＤＳの濃度を適宜調整することで、ＤＳ混合液の浸透圧を所望の値に調整することができる。さらに、ＤＳは海水のように汚れていないので、ＲＯ膜の目詰りは海水よりも低減される。以上の理由により、本実施形態では、海水中の水分を一旦ＤＳに回収させている。さらに、本実施形態では、後述する第３のステップにより、ＲＯ膜の目詰りをさらに抑制することができる。

（第３のステップ）
第３のステップは、ＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するステップである。第３のステップは、第１のステップ及び第２のステップのうち、いずれのステップの前に行われる。例えば、第３のステップは、第２のステップの前に行われる。この場合、ＤＳ混合液に酸が投入される。

このように、本実施形態では、ＤＳ混合液には酸が含まれることになる。したがって、第２のステップでは、酸を含むＤＳ混合液から水分を回収することになる。ＤＳ混合液に酸を含めることにより、ＤＳ混合液のｐＨが低下するので、ＤＳ電解質の溶解度が向上する。言い換えれば、ＤＳ電解質の析出限界濃度が上がる。このため、ＲＯ膜にＤＳ電解質が付着しにくくなる。すなわち、ＲＯ膜の目詰まりが抑制される。

酸は塩酸、硫酸等の無機酸であっても、酢酸、クエン酸等の有機酸であってもよい。いずれの酸であっても、ＤＳ混合液のｐＨを低下させることができるからである。ただし、以下の理由により、有機酸が好ましい。すなわち、有機酸をＤＳ混合液に含めることで、ＤＳ電解質の陽イオンが有機酸イオンと錯体を形成することができる。これにより、陽イオンの粒径が大きくなるので、陽イオンがＲＯ膜を通過しにくくなる。さらに、有機酸及び有機酸イオン自身も無機酸よりも粒径が大きいので、ＲＯ膜を通過しにくい。

これに対し、無機酸イオンは、ＤＳ電解質の陽イオンと錯体を形成しないので、ＤＳ電解質の陽イオンはＲＯ膜を通過しやすくなる。さらに、無機酸及び無機酸イオンは粒径が小さいので、ＲＯ膜を通過しやすい。したがって、ＤＳに無機酸を投入した場合、第２のステップ中に酸及びＤＳ電解質を定期的にＤＳ混合液に投入する必要があるので、ケミカルコストが高くなる。さらに、透過水が飲用に供される場合、特に安全性の観点からは、透過水に無機酸が含まれないことが好ましい。なお、有機酸もＲＯ膜を透過する場合があるが、有機酸は無機酸に比べてはるかに安全性が高い。

以上の理由により、無機酸よりも有機酸が好ましい。なお、ＤＳ電解質及び酸のＲＯ膜の通りにくさは、ＴＤＳ阻止率で示される。ここで、ＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅ Ｓｏｌｉｄ）は、ＤＳ混合液中のイオンの総量であり、ＴＤＳ阻止率は、以下の式（１）で示される。

ここで、ＡはＴＤＳ阻止率、ＢはＤＳ混合液（原水）のＴＤＳ、Ｃは透過水（ＲＯ処理液）のＴＤＳを示す。したがって、有機酸をＤＳ混合液に含めた場合、ＴＤＳ阻止率が高くなる。

無機酸及び有機酸の種類は特に制限されず、任意の無機酸及び有機酸が本実施形態に適用可能である。有機酸の好ましい例としては、クエン酸、アスコルビン酸、リンゴ酸、乳酸、酢酸が挙げられる。

酸の投入量（含有率）は、ＤＳ中の溶媒の質量に対して０．０１〜１．０質量％が好ましく、０．０５〜０．５質量％がより好ましい。酸の含有率はこれらの範囲外であっても効果は見込めるが、酸の含有率がこれらの範囲となる場合に、ＲＯ膜の目詰りが効果的に抑制され、かつ、ＴＤＳ阻止率が向上するからである。また、ｐＨが低くなりすぎると、透過水の飲用への適用が容易でなくなり、かつ、ＲＯ膜が膨潤する可能性があることから、酸の含有率は１．０質量％以下が好ましい。

（水回収装置）
次に、図１に基づいて、本実施形態に係る水回収方法に使用される水回収装置１０の構成について説明する。水回収装置１０は、ＤＳタンク１１と、ポンプ１３と、ＲＯモジュール１４と、配管１５ａ〜１５ｆとを備える。

ＤＳタンク１１は、ＤＳ混合液１２を貯蔵する。なお、ＤＳタンク１１内のＤＳ混合液１２には、酸が投入されている。ポンプ１３は、ＤＳタンク１１内のＤＳ混合液１２を汲み上げ、ＲＯモジュール１４に供給する。ここで、ポンプ１３は、ＤＳ混合液１２をＲＯモジュール１４に供給する際に、ＤＳ混合液１２の浸透圧以上の圧力をＤＳ混合液１２にかける。

ＲＯモジュール１４は、セル１４ａと、ＲＯ膜１４ｄとを備える。セル１４ａは、ＲＯ膜１４ｄにより２つの空間、すなわちＤＳ混合液供給室１４ｂと透過水回収室１４ｃとに仕切られる。ポンプ１３から供給されたＤＳ混合液１２は、ＤＳ混合液供給室１４ｂに供給される。ＤＳ混合液１２には、浸透圧よりも高い圧力が掛けられているので、ＤＳ混合液１２中の水分は、ＲＯ膜１４ｄを透過して透過水回収室１４ｃに流入する。透過水回収室１４ｃ内の水分は、透過水として回収される。

配管１５ａは、ＤＳタンク１１とポンプ１３とを連結する。配管１５ｂは、ポンプ１３と配管１５ｃ、１５ｄとを連結する。配管１５ｃは、配管１５ｂとＤＳ混合液供給室１４ｂとを連結する。配管１５ｄは、配管１５ｂと配管１５ｅとを連結する。配管１５ｅは、ＤＳ混合液供給室１４ｂとＤＳタンク１１とを連結する。配管１５ｆは、透過水回収室１４ｃを外部の回収タンク等に連結する。

水回収装置１０の作用は以下の通りである。すなわち、ポンプ１３は、ＤＳタンク１１からＤＳ混合液１２を汲み上げる。汲み上げられたＤＳ混合液１２は、配管１５ａを通ってポンプ１３に到達する。その後、ポンプ１３は、ＤＳ混合液１２を配管１５ｂに送り出すとともに、ＤＳ混合液１２にＤＳ混合液１２の浸透圧以上の圧力をかける。配管１５ｂ内のＤＳ混合液１２は、配管１５ｃを通ってＤＳ混合液供給室１４ｂに供給されるが、一部のＤＳ混合液１２は、配管１５ｄ、１５ｅを通ってＤＳタンク１１に戻される。

ＲＯモジュール１４は、ＤＳ混合液供給室１４ｂ内のＤＳ混合液１２を水分とＤＳとに分離する。すなわち、ＤＳ混合液供給室１４ｂ内のＤＳ混合液１２は、浸透圧よりも高い圧力が掛けられている。このため、ＤＳ混合液１２中の水分は、ＲＯ膜１４ｄを透過し、透過水回収室１４ｃに流入する。透過水回収室１４ｃ内の水分は、透過水として配管１５ｆに導入される。これにより、ＲＯモジュール１４は、ＤＳ混合液１２を水分とＤＳとに分離する。言い換えれば、ＲＯモジュール１４は、ＤＳ混合液１２から水分を回収する。ここで、ＤＳ混合液１２内の水分には、海水中の水分が含まれる。したがって、水回収装置１０は、海水中の水分を回収することができる。分離されたＤＳは、配管１５ｅを通ってＤＳタンク１１に回収される。したがって、ＤＳは再利用される。

ここで、ＤＳ混合液１２には酸が含まれるため、ＲＯ膜１４ｄにＤＳ電解質が析出しにくくなる。すなわち、ＲＯ膜１４ｄの目詰りが抑制される。このため、ポンプ１３は、ＤＳ混合液１２への供給圧力を低い値に維持することができる。言い換えれば、より少ないエネルギーで大量の透過水を回収することができる。さらに、酸が有機酸となる場合、ＤＳ電解質の陽イオンと有機酸イオンとが錯体を形成するので、ＤＳ電解質の陽イオンはＲＯ膜を通過しにくくなる。さらに、有機酸及び有機酸イオン自身もＲＯ膜を通過しにくい。したがって、透過水のＴＤＳが小さくなる。

次に、本実施形態の実施例を説明する。本実施例では、第１のステップを行う代わりに、ＤＳを透過水で２倍希釈したものを第１のステップにより得られるＤＳ混合液とみなした。第１のステップは、結局のところＤＳに水分を流入させる処理であるので、このような近似が可能となる。そして、本実施例では、ＤＳ混合液をＲＯ膜により透過水とＤＳとに分離し、透過水とＤＳとを回収することで、ＳＷＦＯ／ＭＶＩ／ＲＯ法を再現した。

ＲＯ膜を透過した水分は透過水となり、透過せず分離濃縮されたＤＳ混合液はＤＳとなる。本実施例では、ＲＯ膜の透過流量、ＤＳ混合液への供給圧力の経時変化を測定することで、ＲＯ膜の目詰まりを評価した。さらに、本実施例では、透過水及びＤＳ混合液のＴＤＳを測定し、これらのＴＤＳからＴＤＳ阻止率を測定した。本実施例では、ＲＯ膜内でのＭＶＩ結晶化が抑制され、結果として、ＲＯ膜の圧力上昇が抑制された。さらに、本実施例では、ＴＤＳ阻止率が向上した。以下、実施例を詳細に説明する。

（実施例１）
イオン交換水１Ｌに塩化マグネシウムをイオン交換水の質量に対して１質量％添加することでＤＳを生成し、さらに、ＤＳにクエン酸をイオン交換水の質量に対して０．５質量％だけ添加した。そして、ＤＳに１Ｌの透過水（ＲＯ膜の透過水）を加えることで、ＤＳ混合液を生成した。ここで、ＲＯ膜の透過水は、水道水に直結したＧＥ社製Ｍｅｒｌｉｎ（登録商標）から得た。ＤＳ混合液のｐＨは２．４、ＴＤＳは６８２５ｍｇ／Ｌであった。ここで、ＴＤＳの測定は、ＴＤＳメータ（ＨＭ ＤＩＧＩＴＡＬ）を用いて行われた。具体的には、１００ｍＬ容器に１ｍＬのＤＳ混合液を投入し、これを純水で１００倍希釈した。そして、希釈後の溶液にＴＤＳメータを浸漬することで、ＤＳ混合液のＴＤＳを測定した。

一方、図１に示す水回収装置１０として、ＲＯテスト装置（日東電工製：メンブレンマスターＣ１０−７）を用意し、ＲＯテスト装置にＲＯ膜（日東電工製：ＥＳ−１０）をセットした。そして、ＲＯテスト装置にＤＳ混合液を導入し、ＲＯ膜への初期供給圧力（すなわち、ＤＳ混合液への初期供給圧力）を０．６ＭＰａに設定し、ＲＯテスト装置を運転させた。そして、透過水量及び供給圧力を１時間測定した。ここで、供給圧力は、ＲＯ膜の単位面積及び単位時間当りの透過水量、すなわち流束（フラックス）が一定となるように調整された。

（比較例１）
比較例１は、実施例１にクエン酸を添加しない例である。具体的には、比較例１では、イオン交換水１Ｌに塩化マグネシウムをイオン交換水の質量に対して１質量％だけ添加することで、ＤＳを生成した。そして、ＤＳに１Ｌの透過水（ＲＯ膜の透過水）を加えることで、ＤＳ混合液を生成した。ここで、ＲＯ膜の透過水は、水道水に直結したＧＥ社製Ｍｅｒｌｉｎ（登録商標）から得た。ＤＳ混合液のｐＨは９．０、ＴＤＳは５８４０ｍｇ／Ｌであった。ここで、ＴＤＳの測定は、実施例１と同様に行われた。

一方、水回収装置１０として、実施例１と同じＲＯテスト装置を用意し、ＲＯテスト装置に実施例１と同じＲＯ膜をセットした。そして、ＲＯテスト装置にＤＳ混合液を導入し、ＲＯ膜への初期供給圧力を０．６ＭＰａに設定し、ＲＯテスト装置を運転させた。そして、透過水量及び供給圧力を１時間測定した。ここで、供給圧力は、流束が一定となるように調整された。

（評価）
図２に、テスト装置の運転時間と供給圧力との対応関係を示す。点Ｐ１は、実施例１における対応関係を示し、点Ｐ２は比較例１における対応関係を示す。図２に示すように、実施例１（クエン酸含有ＤＳ）では、１時間の間流束の低下はほとんど起こらず、また供給圧力は、最大で０．１２ＰＭａだけ上昇した。すなわち、ＲＯ膜の目詰りはほとんど確認されなかった。一方、比較例１（ＭＶＩのみのＤＳ）では、１時間の間流束の低下はほとんど起こらなかったが、供給圧力が最大で０．３ＭＰａも上昇した。したがって、比較例１では、流束を維持するために供給圧力が上昇したので、ＲＯ膜の目詰りが確認された。実施例１及び比較例１により、クエン酸添加によるＲＯ膜の目詰りが抑制されることがわかった。

（実施例２）
イオン交換水に塩化マグネシウムをイオン交換水の質量に対して３．５質量％添加することでＤＳを生成し、さらに、ＤＳにクエン酸をイオン交換水の質量に対して０．００９質量％だけ添加した。そして、ＤＳにイオン交換水と同量の透過水（ＲＯ膜の透過水）を加えることで、ＤＳ混合液を生成した。ここで、ＲＯ膜の透過水は、水道水に直結したＧＥ社製Ｍｅｒｌｉｎ（登録商標）から得た。さらに、実施例１と同様の方法により、ＤＳ混合液のＴＤＳを測定した。

一方、図１に示す水回収装置１０として、ＲＯテスト装置（ＡＫＩＣＯ社製：逆浸透膜試験装置試験セル３００ｃｃ単体型）を用意し、ＲＯテスト装置にＲＯ膜（ＤＯＷ社製：ＦＩＬＭＴＥＣ ＳＷ３０）をセットした。なお、逆浸透膜試験装置試験セル３００ｃｃ単体型は、窒素ガス等の不活性ガスを用いてＤＳ混合液を加圧する。

そして、ＤＳ混合液２００ｍＬをＲＯテスト装置に加え、ＲＯテスト装置を２７分間運転させた。ここで、ＤＳ混合液への供給圧力は５ＭＰａで一定とした。加圧には窒素ガスを用いた。そして、透過水の総量に基づいて、流束（フラックス）を算出した。この流束は、ＲＯテスト装置運転時間内の流束の平均値となる。また、運転中のＲＯモジュール温度を測定した。

また、透過水のＴＤＳを測定し、ＤＳ混合液のＴＤＳと透過水のＴＤＳとに基づいて、ＴＤＳ阻止率を算出した。ここで、透過水のＴＤＳは以下のように測定された。すなわち、２０ｍＬ容器に１ｍＬの透過水を投入し、これを純水で２０倍希釈した。そして、希釈後の溶液に実施例１のＴＤＳメータを浸漬することで、透過水のＴＤＳを測定した。

（実施例３〜８）
クエン酸の質量％をイオン交換水の質量に対して０．０１、０．０５、０．１、０．５、１、２質量％とした他は、実施例２と同様の処理を行った。

（比較例２）
クエン酸をＤＳに投入しなかった他は、実施例２と同様の処理を行った。

（評価）
表１に、実施例２〜８、及び比較例２で測定された流束、ＲＯモジュール温度、ＴＤＳ、及びＴＤＳ阻止率を示す。流束の単位（ＬＭＨ）は、Ｌ／ｍ^２／ｈの略である。

また、図３に、クエン酸含有率と流束との対応関係、及びクエン酸含有率とＴＤＳ阻止率との対応関係を示す。図３中、点Ｐ３はクエン酸含有率と流束との対応関係を示す点であり、折れ線Ｌ３は点Ｐ３を連結するものである。点Ｐ４はクエン酸含有率とＴＤＳ阻止率との対応関係を示す点であり、折れ線Ｌ４は点Ｐ４を連結するものである。

表１及び図３によれば、有機酸（クエン酸）の好ましい含有率は、０．０１〜０．５質量％であることがわかった。含有率がこの範囲となる場合に、流束及びＴＤＳ阻止率が高い値となるからである。さらに、クエン酸の含有率が０．００９質量％という僅かな値となる場合であっても効果を得られることが分かった。すなわち、クエン酸はＤＳ混合液に少量添加しただけでも効果は見込める。

一方、クエン酸含有率が０．５質量％を超えると、流束が下がり、０．８質量％以上では、比較例２（クエン酸無添加のＤＳ）より透過水量（ＬＭＨ）の悪化が見られた。しかし、この理由はＲＯ膜の目詰りではなく、クエン酸投入によるＤＳ混合液の浸透圧増加によるものであると考えられる。具体的には、クエン酸含有率が０．５質量％を超えた場合、透過水を得るために５．０ＭＰａ以上の圧力が必要となる。言い換えれば、比較例２のＤＳに、実施例６〜８のクエン酸と同量の塩化マグネシウムをさらに投入した場合、浸透圧はやはり大きくなり、かつ、ＲＯ膜の目詰りも発生しやすくなる。したがって、クエン酸の含有率が０．５質量％より大きくなっても効果は見込める。

（実施例９）
イオン交換水に塩化マグネシウムをイオン交換水の質量に対して３．５質量％添加することでＤＳを生成し、さらに、ＤＳにクエン酸をイオン交換水の質量に対して０．１質量％だけ添加した。そして、ＤＳにイオン交換水と同量の透過水（ＲＯ膜の透過水）を加えることで、ＤＳ混合液を生成した。ここで、ＲＯ膜の透過水は、水道水に直結したＧＥ社製Ｍｅｒｌｉｎ（登録商標）から得た。さらに、実施例１と同様の方法により、ＤＳ混合液のＴＤＳを測定した。

一方、図１に示す水回収装置１０として、ＲＯテスト装置（ＡＫＩＣＯ社製：逆浸透膜試験装置試験セル３００ｃｃ単体型）を用意し、ＲＯテスト装置にＲＯ膜（ＤＯＷ社製：ＦＩＬＭＴＥＣ ＳＷ３０）をセットした。

そして、ＤＳ混合液２００ｍＬをＲＯテスト装置に加え、ＲＯテスト装置を２７分間運転させた。ここで、ＤＳ混合液への供給圧力は５ＭＰａで一定とした。加圧には窒素ガスを用いた。さらに、ＲＯテスト装置の運転中に、ＲＯ膜の単位面積当りの透過水量を複数回測定した。ここで、ＲＯ膜の単位面積当りの透過水量は、ＲＯテスト装置の運転開始時から各測定時刻までにＲＯ膜の単位面積を透過した透過水の量を意味する。したがって、測定値は、運転時間の経過に応じて大きくなる。さらに、運転時間中の透過水の総量に基づいて、流束（フラックス）を算出した。さらに、実施例２と同様の方法により、透過水のＴＤＳを測定した。

（実施例１０〜１３）
ＤＳに投入する有機酸をそれぞれアスコルビン酸、リンゴ酸、乳酸、酢酸とした他は、実施例９と同様の処理を行った。

（比較例３）
クエン酸をＤＳに投入しなかった他は、実施例９と同様の処理を行った。

（評価）
表２に、実施例９〜１３、及び比較例３で測定された流束、ＴＤＳ、及びＴＤＳ阻止率を示す。

さらに、図４に、運転時間（測定時刻）とＲＯ膜の単位面積当りの透過水量との対応関係を示す。

点Ｐ１０は、有機酸がクエン酸となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１０は、点Ｐ１０を連結したものである。点Ｐ１１は、有機酸がアスコルビン酸となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１１は、点Ｐ１１を連結したものである。

点Ｐ１２は、有機酸がリンゴ酸となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１２は、点Ｐ１２を連結したものである。点Ｐ１３は、有機酸が乳酸となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１３は、点Ｐ１３を連結したものである。

点Ｐ１４は、有機酸が酢酸となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１４は、点Ｐ１４を連結したものである。点Ｐ１５は、有機酸が無添加となる場合における運転時間と透過水量との対応関係を示す。折れ線Ｌ１５は、点Ｐ１５を連結したものである。

また、図５に、有機酸の種類とＴＤＳ阻止率との対応関係を示す。表２、図４、及び図５によれば、有機酸を添加することで無添加時よりもＲＯ膜の単位面積当りの透過水量及びＴＤＳ阻止率の向上が確認できた。この結果、有機酸の分子量、種類は問わないことが明確となった。

以上により、本実施形態による水回収方法は、少なくともＤＳ混合液から水分を回収する前に、ＤＳに酸を投入するので、ＲＯ膜の目詰りを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ＤＳ混合液に酸を投入してもよく、この場合であっても、ＲＯ膜の目詰りを抑制することができる。

また、酸は有機酸を含んでいてもよく、この場合、上記の効果に加え、ＴＤＳ阻止率を向上させることができる。さらに、有機酸は無機酸よりも安全性が高いので、透過水を飲用に供する場合に特に好適となる。

また、有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、乳酸、及び酢酸からなる群から選択される少なくとも１つの酸を含んでいてもよく、この場合であっても、ＲＯ膜の目詰りを抑制し、かつ、ＴＤＳ阻止率を向上させることができる。

また、ＤＳは多価イオンを含んでいてもよく、この場合、ＤＳの浸透圧を高い値に維持することができる。したがって、第１のステップ時に海水中の水分を効果的に回収することができる。

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。

例えば、上記実施例では、ＤＳ混合液に酸を投入するが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１のステップ時にＤＳに酸を投入しておいてもよい。この場合であっても、同様の効果が得られる。また、上記実施例では、特定のＲＯ膜を用いて効果を検証したが、他のＲＯ膜であっても同様の効果が得られる。

１０ 水回収装置
１１ ＤＳタンク
１２ ＤＳ混合液
１３ ポンプ
１４ ＲＯモジュール

Claims (5)

1. 海水と前記海水よりも浸透圧が高いＤＳとを正浸透膜で仕切ることで、前記海水中の水分を前記ＤＳに流入させるステップと、
   逆浸透膜を用いて、前記ＤＳ及び前記水分からなるＤＳ混合液から前記水分を回収するステップと、
   前記ＤＳ混合液から前記水分を回収する前に、前記ＤＳに酸を投入するステップと、を含むことを特徴とする、水回収方法。
2. 前記ＤＳ混合液に前記酸を投入することを特徴とする、請求項１記載の水回収方法。
3. 前記酸は有機酸を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の水回収方法。
4. 前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、乳酸、及び酢酸からなる群から選択される少なくとも１つの酸を含むことを特徴とする、請求項３記載の水回収方法。
5. 前記ＤＳは多価イオンを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水回収方法。
   

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