JP2017113657A - 水処理システムおよび水処理システムに使用される作業媒体 - Google Patents

水処理システムおよび水処理システムに使用される作業媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】第１のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束で透過膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コストで運転可することができる水処理システムを提供する。【解決手段】処理水を有する第１のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を有する第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する半透膜とを備え、前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。【選択図】図１

Description

本発明に係る実施形態は、水処理システムおよび水処理システムに使用される作業媒体に関する。
低い濃度の溶液と高い濃度の溶液とを浸透膜で隔離すると、低い濃度の溶液の溶媒は浸透膜を透過して高い濃度の溶液側に移動する。この溶媒が移動する現象を利用することにより、海水淡水化などの脱塩を行う脱塩システム、タービンを回して発電する浸透圧発電システムが知られている。また、水の移動過程を用いて食品や汚泥を濃縮する濃縮システムも知られている。このとき濃度の高い側に使用されるのが作業媒体（ドロー溶液：Draw solution）で、これまで種々のものが提案されている。
ドロー溶液の溶質は、一般に食塩が用いられている。有機塩もドロー溶液の溶質として用いられており、T. S. Chungらの例がある。しかしながら、有機塩は食塩に劣る。
M. Hamdanらは、２種以上の溶質を混合したドロー溶液を提案している。複数の無機塩の混合物は、相乗効果が観測されるが、無機塩とサッカロースの場合には逆効果で浸透膜を通過する流束が下がったという報告もある。
特表２０１０−５０９５４０号公報 国際公開第２００５／０１７３５２号 米国特許出願公開第２０１０／００２４４２３号明細書
M. Elimelech, W. A. Philip, "The future of seawater desalination: Energy, technology, and the environment," Science, 333 (2011) 712-717. R. L. McGinnis, J. R. McCutcheon, M. Elimelech "A novel ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power generation," Journal of Membrane Science 305 (2007) 13-19. M. Hamdan, A.O. Sharif, G. Derwish, S. Al-Aibi, A. Altaee, "Draw solutions for Forward Osmosis process: Osmotic pressure of binary and ternary aqueous solutions of magnesium chloride, sodium chloride, sucrose and maltose," J. Food Engineering, 155 (2015) 10-15. .Achilli, T. Y. Cath, A. E. Childress, Selection of inorganic-based draw solutions for forward osmosis applications, J.Membr.Sci., 364 (2010) 233-241. S. K. Yen, F. Mehnas Haja N., M. Su, K. Y. Wang, T.-S. Chung, "Study of draw solutes using 2-methylimidazole-based compounds in forward osmosis," Journal of Membrane Science 364 (2010) 242-252.
実施形態は、第１のチャンバ内の被処理水中の水を大きな透過流束で透過膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動させることが可能で、低コストで運転することができる水処理システムおよび水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体を提供する。
１つの実施形態に係る水処理システムは、被処理水を収容する第１のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜とを備える。作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である。
第１の実施形態に係る脱塩システムを示す概略図。 第１の実施形態に係る濃縮システムを示す概略図。 第２の実施形態に係る循環型浸透圧発電システムを示す概略図。 シリンジ試験装置を示す図。 シリンジ試験装置を示す図。 例６〜例１８の結果を示すグラフ。 例１９の結果を示すグラフ。
以下、実施形態の水処理システムを説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る水処理システムは、被処理水を収容する第１のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜とを備える。このような水処理システムによれば、第１のチャンバ内の被処理水と第２のチャンバ内の作業媒体との間で生じる浸透圧差により第１のチャンバ内の被処理水中の水が浸透膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動する。第１の実施形態は、作業媒体が側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第１のチャンバ内の被処理水中の水が浸透膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生させることができる。
したがって、被処理水の脱塩、濃縮等の処理を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な水処理システムを提供できる。
前記被処理水は、例えば塩水（海水等）、湖水、河川水、沼水、生活排水、産業廃水またはそれらの混合物を挙げることができる。被処理水が塩水の場合、塩水の塩濃度は例えば、０．０５％〜４％であればよい。
前記浸透膜は、例えば正浸透膜（ＦＯ膜）であっても逆浸透膜（ＲＯ膜）であってもよい。好ましい浸透膜は、ＦＯ膜である。
浸透膜は、例えば酢酸セルロース膜、ポリアミド膜などを用いることができる。浸透膜は、４５〜２５０μｍの厚さを有することが好ましい。
前記浸透圧を誘起する作業媒体（ドロー溶液）は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である。中でも、作業媒体は側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体を含む水溶液であることが好ましい。
作業媒体中の溶質である側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩の濃度は、使用されるべき被処理水中の溶質の濃度、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩の種類、特性に基づいて調節することが望ましい。通常、作業媒体中の溶質濃度は１０〜７０重量％、より好ましくは３０〜７０重量％、最も好ましくは５０〜７０重量％にすることが望ましい。ただし、粘度が上がってしまう場合など不都合が起こるときは濃度を下げる方向で調節する。濃度の上限に関してはその物質特有の溶解度に依存する。
側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式１で表されるヒドロキシカルボン酸の構造を有することが好ましい。
Figure 2017113657
ここで、ｎは０〜６の整数である。
式１で表されるヒドロキシカルボン酸の例は、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸を含む。中でも、グルコン酸がより好ましい。
側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式２で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有することが好ましい。
Figure 2017113657
単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式３で表される加水分解した構造（グルクロン酸）または下記の式４で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含むことを許容する。
Figure 2017113657
Figure 2017113657
前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式５で表されることが好ましい。
Figure 2017113657
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、水素、ＯＨ基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。
前記式５で表されるカルボン酸等価体は、コスト等を考慮すると、Ｒ１が１，２−ジヒドロキシエチル基、Ｒ２が水素、Ｒ３がグルコシドであるアスコルビン酸グルコシド、Ｒ１が１，２−ジヒドロキシエチル基，Ｒ２，Ｒ３がいずれも水素であり，ＨＯ基がエチル化された３−Ｏ−エチルアスコルビン酸が好ましい。
作業媒体は、前記式１で表されるヒドロキシカルボン酸、前記式２で表される単糖から誘導されるウロン酸、前記式２で表されるウロン酸が変化して前記式３で表される加水分解した構造または前記式２で表されるウロン酸が変化して前記式４で表されるラクトン化した構造からなる群からの側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩、または前記式５で表されるカルボン酸等価体のアルカリ金属塩であることが好ましい。アルカリ金属は、ナトリウム、カリウムを挙げることができる。
前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩の例は、グルコン酸ナトリウム、グルコン酸カリウム、グルクロン酸ナトリウム、グルクロン酸カリウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、グルコール酸ナトリウム、グルコール酸カリウム、グリセリン酸ナトリウム、グリセリン酸カリウム、ウロン酸ナトリウム、ウロン酸カリウム、ウロン酸ナトリウムが変化した加水分解構造もしくはラクトン化構造、ウロン酸カリウムが変化した加水分解構造もしくはラクトン化構造を含む。
カルボン酸等価体のアルカリ金属塩の例は、アスコルビン酸グルコシドナトリウム、アスコルビン酸グルコシドカリウムを含む。
第１の実施形態において、作業媒体は前述した側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式６で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液を用いることができる。
Figure 2017113657
ここで、ｎは０〜６の整数である。
式６のｎが０、１または３のとき、当該化合物はそれぞれエチレングリコール、グリセリン、キシリトールであり、式６のｎが４のとき、当該化合物はソルビトールおよびマンニトールである。式６のｎが５のとき、当該化合物はペルセイトールおよびボレミトールである。式６のｎが６のとき、当該化合物は例えば、Ｄ−エリトロ−Ｄ−ガラクト−オクチトールである。
前記２種以上の化合物の混合物の態様は、１）側鎖にヒドロキシ基を有する酸の２種以上の混合物、２）側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩の２種以上の混合物、３）前記式６で表わされる多価アルコールの２種以上の混合物、４）側鎖にヒドロキシ基を有する酸と側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩の２種以上の混合物、５）側鎖にヒドロキシ基を有する酸と前記式６で表わされる多価アルコールとの２種以上の混合物、６）側鎖にヒドロキシ基を有する酸の金属塩と前記式６で表わされる多価アルコールとの２種以上の混合物、が挙げられる。
前記２種以上の化合物の混合物の混合割合は、任意であるが、前記１）〜３）の化合物が同一系列、前記４）〜６）の化合物が互いに異系列を問わず、２種の場合には第１の化合物を４５〜５５重量％、第２の化合物を４５〜５５重量％にし、３種の場合には第１の化合物を３０〜３６重量％、第２の化合物を３０〜３６重量％、第３の化合物を３０〜３６重量％にする、ことが好ましい。２種以上の化合物の混合物の最も好ましい混合割合は、２種の場合、重量比で１：１、３種の場合、重量比で１：１：１である。
次に、第１の実施形態に係る水処理システムの１つの例である脱塩システムを図１に示す概略図を参照して説明する。
脱塩システム１００は、浸透圧発生器１と、希釈作業媒体タンク２と、逆浸透膜分離部３と、濃縮作業媒体タンク４とを備える。浸透圧発生器１、希釈作業媒体タンク２、逆浸透膜分離部３および濃縮作業媒体タンク４は、この順序で接続されてループを形成している。浸透圧を誘起する作業媒体（ドロー溶液）はこのループを循環する。すなわち、作業媒体は浸透圧発生器１、希釈作業媒体タンク２、逆浸透膜分離部３および濃縮作業媒体タンク４をこの順番で循環する。
浸透圧発生器１は、例えば気密な第１の処理容器１１を備えている。第１の処理容器１１は、浸透膜（例えば正浸透膜：ＦＯ膜）１２により例えば水平方向に区画され、左側に第１のチャンバ１３が、右側に第２のチャンバ１４がそれぞれ形成されている。塩水タンク１５は、第１のチャンバ１３が位置する第１の処理容器１１の上部にパイプライン１０１ａを通して接続されている。第１のポンプ１６は、パイプライン１０１ａに設けられている。濃縮された塩水を排出するためのパイプライン１０１ｂは、第１のチャンバ１３が位置する第１の処理容器１１の下部に接続されている。
濃縮作業媒体タンク４は、第２のチャンバ１４が位置する第１の処理容器１１の上部にパイプライン１０１ｃを通して接続されている。第２のポンプ１７は、パイプライン１０１ｃに設けられている。第２のチャンバ１４が位置する第１の処理容器１１の下部は、希釈作業媒体タンク２にパイプライン１０１ｄを通して接続されている。
逆浸透膜分離部３は、例えば気密な第２の処理容器２１を備えている。第２の処理容器２１は、例えば逆浸透膜（ＲＯ膜）２２により例えば水平方向に区画され、左側に第３のチャンバ２３が、右側に第４のチャンバ２４がそれぞれ形成されている。
前記希釈作業媒体タンク２は、第３のチャンバ２３が位置する第２の処理容器３１の下部にパイプライン１０１ｅを通して接続されている。第３のポンプ２５は、パイプライン１０１ｅに設けられている。第３のチャンバ２３が位置する第２の処理容器２１の上部は、濃縮作業媒体タンク４にパイプライン１０１ｆを通して接続されている。第４のチャンバ２４が位置する第２の処理容器２１の下部は、純水タンク２６にパイプライン１０１ｇを通して接続されている。純水タンク２６には、当該純水タンク２６内の純水を外部に送出して回収するためのパイプライン１０１ｈが接続されている。開閉弁２７は、パイプライン１０１ｈに設けられ、純水タンク２６内の純水が一定量を超えると開かれる。
次に、図１に示す脱塩システムによる脱塩操作を説明する。
第１のポンプ１６を駆動して塩水（例えば海水）を塩水タンク１５から浸透圧発生器１の第１のチャンバ１３内にパイプライン１０１ａを通して供給する。海水の供給と前後して第２のポンプ１７を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク４から浸透圧発生器１の第２のチャンバ１４内にパイプライン１０１ｃを通して供給する。このとき、第２のチャンバ１４に供給された濃縮作業媒体は、第１のチャンバ１３に供給された海水の塩濃度に比べて高濃度である。このため、第１のチャンバ１３内の海水と第２のチャンバ１４内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、海水中の水が浸透膜１２を透過して第２のチャンバ１４内に移動する。第２のチャンバ１４内の濃縮作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第１のチャンバ１３内の海水中の水が浸透膜１２を透過して第２のチャンバ１４内の濃縮作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第１のチャンバ１３内の海水中の多くの水を第２のチャンバ１４の濃縮作業媒体に移動でき、塩水から水（純水）を取り出す高効率の脱塩処理を実行できる。
浸透圧発生器１において、海水中の水が第１のチャンバ１３から第２のチャンバ１４内の濃縮作業媒体に移動することにより、海水は濃縮海水として第１のチャンバ１３からパイプライン１０１ｂを通して排出され、濃縮作業媒体は移動した水で希釈される。
第２のチャンバ１４の希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク２にパイプライン１０１ｄを通して送出され、貯留される。希釈作業媒体が希釈作業媒体タンク２内に所定の水位まで貯まると、第３のポンプ２５を駆動してタンク２内の希釈作業媒体を逆浸透膜分離部３の第２の処理容器２１の第３のチャンバ２３にパイプライン１０１ｅを通して所望の圧力で供給する。所望の圧力で第３のチャンバ２３に供給された希釈作業媒体中の水は、逆浸透膜（ＲＯ膜）２２を強制的に透過して第４のチャンバ２４に移動する。第３のチャンバ２３内の希釈作業媒体は、水を第４のチャンバ２４に移動することにより濃縮される。濃縮作業媒体は、第３のチャンバ２３から濃縮作業媒体タンク４に送出される。濃縮作業媒体タンク４内の濃縮作業媒体は、第２のポンプ１７を駆動することにより浸透圧発生器１の第２のチャンバ１４内に供給され、前述したように塩水から水（純水）を取り出す脱塩処理に利用される。
他方、第４のチャンバ２４に移動した水（純水）は、パイプライン１０１ｇを通して純水タンク２６に送出される。純水タンク２６内の水が一定量を超えると、開閉弁２７を開き、パイプライン１０１ｈを通して外部に送出して水を回収する。
したがって、海水の脱塩処理（純水の回収）を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な脱塩システムを提供できる。
なお、図１に示す脱塩システムにおいて、浸透圧発生器は第１の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第１、第２のチャンバを形成したが、第１の処理容器を浸透膜により上下に区画して第１、第２のチャンバを形成してもよい。
図１に示す脱塩システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は逆浸透膜（ＲＯ膜）を備える逆浸透膜分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。
次に、第１の実施形態に係る水処理システムの１つの例である濃縮システムを図２に示す概略図を参照して説明する。
濃縮システム２００は、浸透圧発生器３１と、希釈作業媒体タンク３２と、膜蒸留分離部３３と、濃縮作業媒体タンク３４とを備える。浸透圧発生器３１、希釈作業媒体タンク３２、膜蒸留分離部３３および濃縮作業媒体タンク３４は、この順序で接続されてループを形成している。作業媒体（ドロー溶液）はこのループを循環する。すなわち、作業媒体は浸透圧発生器３１、希釈作業媒体タンク３２、膜蒸留分離部３３および濃縮作業媒体タンク３４をこの順番で循環する。
浸透圧発生器３１は、例えば気密な第１の処理容器４１を備えている。第１の処理容器４１は、浸透膜４２（例えば正浸透膜：ＦＯ膜）により例えば水平方向に区画され、左側に第１のチャンバ４３が、右側に第２のチャンバ４４がそれぞれ形成されている。被処理水、例えば産業廃水等の原液を収容した原液タンク４５は、第１のチャンバ４３が位置する第１の処理容器４１の上部にパイプライン２０１ａを通して接続されている。第１のポンプ４６は、パイプライン２０１ａに設けられている。第１のチャンバ４３が位置する第１の処理容器４１の下部には、当該第１のチャンバ４３内の濃縮した原液を外部に排出するためのパイプライン２０１ｂが接続されている。
濃縮作業媒体タンク３４は、第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器４１の上部にパイプライン２０１ｃを通して接続されている。第２のポンプ４７は、パイプライン２０１ｃに設けられている。第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器１１の下部は、希釈作業媒体タンク３２にパイプライン２０１ｄを通して接続されている。
膜蒸留分離部３３は、例えば気密な第２の処理容器５１を備えている。第２の処理容器５１は、例えば多孔質ラテックス膜からなる脱水膜５２により例えば水平方向に区画され、左側に第３のチャンバ５３が、右側に第４のチャンバ５４がそれぞれ形成されている。
前記希釈作業媒体タンク３２は、第３のチャンバ５３が位置する第２の処理容器５１の下部にパイプライン２０１ｅを通して接続されている。第１の開閉弁６１、熱交換器６２および第３のポンプ６３は、パイプライン２０１ｅに作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。熱交換器６２には、例えば排熱ガスのパイプライン２０１ｆが交差され、パイプライン２０１ｅを流れる作業媒体が排熱ガスと熱交換して当該作業媒体を加熱する。第３のチャンバ５３が位置する第２の処理容器５１の上部は、循環タンク６４の上部にパイプライン２０１ｇを通して接続されている。循環タンク６４は、第１の開閉弁６１と熱交換器６２の間に位置するパイプライン２０１ｅの部位にパイプライン２０１ｈを通して接続されている。第２の開閉弁６５は、パイプライン２０１ｈに設けられている。
このような構成により膜蒸留分離部３３の第３のチャンバ５３、循環タンク６４およびこれらの部材を接続するパイプライン２０１ｅ，２０１ｇ，２０１ｈによるループが形成される。すなわち、後述する第３のチャンバ５３で脱水処理され、循環タンク６４に貯留された希釈作業媒体は第２の開閉弁６５を開き、第３のポンプ６３を駆動することにより、パイプライン２０１ｈ、パイプライン２０１ｅ、第３のチャンバ５３およびパイプライン２０１ｇを循環する、希釈作業媒体循環系を形成している。なお、希釈作業媒体の循環において、第１の開閉弁６１を閉じることにより希釈作業媒体循環系は希釈作業媒体タンク３２と隔絶される。
循環タンク６４は、濃縮作業媒体タンク３４にパイプライン２０１ｉを通して接続されている。第４のポンプ６６は、パイプライン２０１ｉに設けられている。
第１の純水タンク７１は、第４のチャンバ５４が位置する第２の処理容器５１の上部にパイプライン２０１ｊを通して接続されている。第４のチャンバ５４が位置する第２の処理容器５１の下部は、第２の純水タンク７２にパイプライン２０１ｋを通して接続されている。第３の開閉弁７３は、パイプライン２０１ｋに設けられ、純水の非循環時に閉じて純水を第４のチャンバ５４内に滞留する。第２の純水タンク７２は、第１の純水タンク７１にパイプライン２０１ｍを通して接続されている。第５のポンプ７４は、パイプライン２０１ｍに設けられている。このような構成により第１の純水タンク７１、膜蒸留分離部３３の第４のチャンバ５４、第２の純水タンク７２およびこれらの部材を接続するパイプライン２０１ｊ，２０１ｋ，２０１ｍによるループが形成される。すなわち、第２の純水タンク７２内の純水は第３の開閉弁７３を開き、第５のポンプ７４を駆動することにより、パイプライン２０１ｍ、第１の純水タンク７１、パイプライン２０１ｊ、第４のチャンバ５４およびパイプライン２０１ｋを循環する、純水循環冷却系を形成している。
第２の純水タンク７２には、当該第２の純水タンク７２内の純水を外部に送出して回収するためのパイプライン２０１ｎが接続されている。第４の開閉弁７５は、パイプライン２０１ｎに設けられている。第４の開閉弁７５は、前述した純水の循環時に閉じられ、第２の純水タンク７５内の純水が一定量を超えると開かれる。
次に、図２に示す濃縮システムによる濃縮操作を説明する。
第１のポンプ４６を駆動して被処理水である原液（例えば産業廃水）を原液タンク４５から浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３内にパイプライン２０１ａを通して供給する。原液の供給と前後して第２のポンプ４７を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク３４から浸透圧発生器３１の第２のチャンバ４４内にパイプライン２０１ｃを通して供給する。第２のチャンバ４４に供給された濃縮作業媒体は第１のチャンバ４３に供給された原液の濃度に比べて高濃度である。このため、第１のチャンバ４３内の原液と第２のチャンバ４４内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、原液中の水が浸透膜４２を透過して第２のチャンバ４４内に移動する。このとき、第２のチャンバ４４内の濃縮作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第１のチャンバ４３内の原液中の水が浸透膜３２を透過して第２のチャンバ４４内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第１のチャンバ４３内の原液中の多くの水を第２のチャンバ４４の作業媒体に移動でき、原液の濃縮処理が高効率でなされる。
浸透圧発生器３１において、原液中の水が第１のチャンバ４３から第２のチャンバ４４内の濃縮作業媒体に移動することにより、原液は濃縮原液として第１のチャンバ４３からパイプライン２０１ｂを通して排出され、回収される。濃縮作業媒体は、移動した水により希釈される。
第２のチャンバ４４の希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク３２にパイプライン２０１ｄを通して送出され、貯留される。希釈作業媒体が希釈作業媒体タンク３２内に所定量まで貯留されると、パイプライン２０１ｅに設けた第１の開閉弁６１を開き、パイプライン２０１ｈに設けた第２の開閉弁６５を閉じ、第３のポンプ６３を駆動する。これにより希釈作業媒体タンク３２内の希釈作業媒体を膜蒸留分離部３３の第２の処理容器５１の第３のチャンバ５３にパイプライン２０１ｅを通して供給する。希釈作業媒体が第３のチャンバ５３に供給される間、パイプライン２０１ｅを流通する希釈作業媒体はパイプライン２０１ｆが交差する熱交換機６２で当該パイプライン２０１ｆを流通する排熱ガスと熱交換されて加熱される。また、第２の純水タンク７２内の純水を第３の開閉弁７３を開き、第５のポンプ７４を駆動することにより、純水をパイプライン２０１ｍ、第１の純水タンク７１、パイプライン２０１ｊ、第４のチャンバ５４およびパイプライン２０１ｋに循環させて、膜蒸留分離部３３の多孔質ラテックス膜からなる脱水膜５２を第４のチャンバ５４側から純水で冷却する。すなわち、純水循環冷却系により第４のチャンバ５４側の脱水膜５２を冷却する。
このように加熱した希釈作業媒体を通して膜蒸留分離部３３の第３のチャンバ５３にパイプライン２０１ｅを供給しながら、膜蒸留分離部３３の脱水膜５２を第４のチャンバ５４内の循環する純水で冷却することによって、第３のチャンバ５３内で希釈作業媒体中の水が蒸発し、その蒸気は多孔質ラテックス膜からなる脱水膜５２を透過して第４のチャンバ５４に移動し、循環する純水により冷却、凝縮してその中に取込まれる。すなわち、希釈作業媒体は第３のチャンバ５３内で脱水処理される。第３のチャンバ５３内の脱水処理された希釈作業媒体は、パイプライン２０１ｇを通して循環タンク６４に送出され、貯留される。循環タンク６４に貯留された希釈作業媒体は、前記脱水処理により、ある濃度まで濃縮される。
しかしながら、この程度の濃縮では濃度が低く、前述した濃縮作業媒体として使用するには適切ではない。このため、脱水処理された希釈作業媒体が循環タンク６４に一定量貯留された時点で、第２の開閉弁６５を開き、当該タンク６４内の脱水処理された希釈作業媒体をパイプライン２０１ｈに流出する。同時に、第１の開閉弁６１を閉じ、循環タンク６４、パイプライン２０１ｈ、パイプライン２０１ｅ、第３のチャンバ５３およびパイプライン２０１ｇからなる希釈作業媒体循環系を希釈作業媒体タンク３２と隔絶する。
このような希釈作業媒体循環系および純水循環冷却系において、前述した第３のチャンバ５３内での希釈作業媒体の水の蒸発、蒸気の脱水膜５２の透過、第４のチャンバ５４への移動、および第４のチャンバ５４側での循環する純水による冷却、凝縮、をなす脱水処理を複数回繰り返すことによって、希釈作業媒体を濃縮作業媒体として使用し得る濃度にする。このような希釈作業媒体の循環、脱水処理後に第２の開閉弁６５を閉じて、濃縮作業媒体を循環タンク６４に貯留する。第４のチャンバ５４に移動した水（純水）は、パイプライン２０１ｋを通して第２の純水タンク７２に循環する純水と共に送出される。
濃縮作業媒体として使用し得る濃度の濃縮作業媒体を循環タンク６４に貯留した後は、第５のポンプ７４の駆動を停止し、第４のチャンバ５４への純水の循環を停止した後、第３の開閉弁７３を閉じる。なお、第２の純水タンク７２内の純水が一定量を超えると、第４の開閉弁７５を開き、パイプライン２０１ｎを通して外部に送出して回収される。
第４のポンプ６４を駆動して循環タンク６４内の濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク３４にパイプライン２０１ｉを通して送出する。濃縮作業媒体タンク３４内の濃縮作業媒体は、前述したように原液の濃縮処理に利用するために第２のポンプ４７を駆動して浸透圧発生器３１の第２のチャンバ４４内に供給される。
したがって、浸透圧発生器３１において、第１のチャンバ４３に原液を供給し、第２のチャンバ４４に濃縮作業媒体を供給し、原液中の水を第１のチャンバ４３から第２のチャンバ４４内の濃縮作業媒体に移動させて、原液を濃縮して第１のチャンバ４３からパイプライン２０１ｂを通して排出され、回収する。濃縮作業媒体は、移動した水により希釈され、その希釈作業媒体は希釈作業媒体タンク３２に送出され、貯留される。
浸透圧発生器３１による原液の濃縮操作の間、希釈作業媒体タンク３２に貯留された希釈作業媒体は膜蒸留分離部３３の第３のチャンバ５３を含む希釈作業媒体循環系および膜蒸留分離部３３の第４のチャンバ５４を含む純水循環冷却系により濃縮操作がなされ、濃縮作業媒体タンク３４に送出され、第４のチャンバ５４に移動した水（純水）は第２の純水タンク７２から送出、回収される。すなわち、浸透圧発生器３１による原液の濃縮操作および膜蒸留分離部３３による希釈作業媒体の濃縮を連続的に実行できる。
それ故、産業廃水等の原液（被処理水）の濃縮処理および水の回収を効率的に実施し得る、低コストにて運転可能な濃縮システムを提供できる。
なお、図２に示す濃縮システムにおいて、浸透圧発生器は第１の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第１、第２のチャンバを形成したが、第１の処理容器を浸透膜により上下に区画して第１、第２のチャンバを形成してもよい。
図２に示す濃縮システムにおいて、浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３内の濃縮された被処理水（例えば原液）をパイプライン２０１ｂを通して外部に送出、回収したが、より高濃度に濃縮された原液を得る場合には、パイプライン２０１ｂを原液タンク４５に接続して原液タンク４５、パイプライン２０１ａ、浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３およびパイプライン２０１ｂのループを作ってもよい。この場合、浸透圧発生器３１における濃縮された原液と濃縮作業媒体の間の浸透圧差を考慮して原液の濃縮度合を決定することが望ましい。
図２に示す濃縮システムにおいて、膜蒸留分離部の脱水膜は多孔質ラテックス膜に限らず、蒸気を透過する機能を有するものであれば如何なるものでもよい。
図２に示す濃縮システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は脱水膜を備える膜蒸留分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る水処理システムは、水を収容する第１のチャンバと、浸透圧を誘起する作業媒体（ドロー溶液）を収容する第２のチャンバと、第１のチャンバと第２のチャンバとを区画する浸透膜と、第２のチャンバに接続された圧力交換器と、圧力交換器に接続された回転体とを備える。このような水処理システムによれば、第１のチャンバ内の水と第２のチャンバ内の作業媒体との間で生じる浸透圧差により第１のチャンバ内の水が浸透膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動する。水が作業媒体に移動することに伴う水流により回転体を回して発電する。第２の実施形態は、作業媒体が側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第１のチャンバ内の水が浸透膜を透過して第２のチャンバ内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生させることができる。その結果、水が移動された作業媒体は高い圧力を持つ水流になるため、回転体をより高い速度で回して発電することができる。
したがって、回転体を効率的に回転して発電し得る、低コストにて運転可能な水処理システムを提供できる。
前記浸透膜は、例えば正浸透膜（ＦＯ膜）であっても逆浸透膜（ＲＯ膜）であってもよい。好ましい浸透膜は、ＦＯ膜である。
前記浸透膜は、例えば酢酸セルロース膜、ポリアミド膜などを用いることができる。浸透膜は、４５〜２５０μｍの厚さを有することが好ましい。
前記浸透圧を誘起する作業媒体は、前記第１の実施形態で説明したのと同様なものを用いることができる。
前記回転体は、例えばタービン、水車を用いることができる。
次に、第２の実施形態に係る水処理システムの１つの例である循環型浸透圧発電システムを図３に示す概略図を参照して説明する。なお、図３において図２と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
循環型浸透圧発電システム３００は、浸透圧発生器３１の第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器４１の下部（作業媒体出口側）に接続したパイプライン２０１ｂにおいて、圧力交換機８１およびタービン８２が作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。また、第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器４１の上部と濃縮作業媒体タンク３４とを接続するパイプライン２０１ｃにおいて、第２のポンプ４７より作業媒体の流れ方向の下流側のパイプライン２０１ｃ部分が圧力交換機８１を経由して第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器４１の上部に接続されている。すなわち、浸透圧発生器３１において水が第１のチャンバ４３から浸透膜４２を透過して第２のチャンバ４４に移動したときに発生した流束を有する希釈作業媒体は、第２のチャンバ４４が位置する第１の処理容器４１の下部から圧力交換機８１が設けられたパイプライン２０１ｂを通して流出される。この間、濃縮作業媒体タンク３４から流出した濃縮作業媒体が流通するパイプライン２０１ｃは圧力交換機８１を経由する。このため、当該濃縮作業媒体は、圧力交換機８１で第２のチャンバ４４から流出する希釈作業媒体と圧力交換され、希釈作業媒体は圧力を下げ、濃縮作業媒体は圧力を上昇する。
なお、循環型浸透圧発電システム３００において、原液タンク４５内には水が収容される。
次に、図３に示す循環型浸透圧発電システムによる発電操作を説明する。
第１のポンプ４６を駆動して水を原液タンク４５から浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３内にパイプライン２０１ａを通して供給する。水の供給と前後して第２のポンプ４７を駆動して濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク３４から浸透圧発生器３１の第２のチャンバ４４内にパイプライン２０１ｃを通して供給する。第２のチャンバ４４に供給された濃縮作業媒体は、第１のチャンバ４３に供給された溶媒のみの水に対して十分に高濃度である。このため、第１のチャンバ４３内の水と第２のチャンバ４４内の濃縮作業媒体との間で浸透圧差が生じ、水が浸透膜４２を透過して第２のチャンバ４４内に移動する。このとき、第２のチャンバ４４内の作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸もしくはその金属塩を含む水溶液、または側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および特定の多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第１のチャンバ４３内の水が浸透膜３２を透過して第２のチャンバ４４内の作業媒体に移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第１のチャンバ４３内の多くの水を第２のチャンバ４４の濃縮作業媒体に移動でき、水により希釈された高い圧力を持つ希釈作業媒体が生成される。なお、第１のチャンバ４３内の水はパイプライン２０１ｂを通して排出される。
第２のチャンバ４４の高い圧力を持つ希釈作業媒体は、希釈作業媒体タンク３２にパイプライン２０１ｄを通して送出され、貯留される。圧力交換機８１およびタービン８２がパイプライン２０１ｄに作業媒体の流れ方向に沿ってこの順序で設けられている。
このため、前述したように圧力交換機８１では濃縮作業媒体タンク３４からパイプライン２０１ｃを通して流れる濃縮作業媒体と第２のチャンバ４４から（タービン８２を通って）パイプライン２０１ｄを通して流れる高い圧力を持つ希釈作業媒体との間で圧力交換がなされ、希釈作業媒体の圧力を下げ、濃縮作業媒体の圧力を上昇させる。圧力交換により適正な圧力を持つ希釈作業媒体はタービン８２に流れ、それを効率的に回転させて発電する。また、圧力交換により適正な圧力を持つ濃縮作業媒体は第２のチャンバ４４に供給される。
希釈作業媒体タンク３２に貯留された希釈作業媒体は、前述した図２に示す濃縮システムと同様に膜蒸留分離部３３の第３のチャンバ５３を含む希釈作業媒体循環系および膜蒸留分離部３３の第４のチャンバ５４を含む純水循環冷却系によって濃縮される。すなわち、第３のチャンバ５３内で希釈作業媒体の水の蒸発、蒸気の脱水膜５２の透過、第４のチャンバ５４への移動、および第４のチャンバ５４側での循環する純水による冷却、凝縮、をなす脱水処理を複数回繰り返すことによって、希釈作業媒体を濃縮作業媒体として使用し得る濃度の作業媒体（濃縮作業媒体）として循環タンク６４に貯留し、当該濃縮作業媒体を濃縮作業媒体タンク３４に戻す。濃縮作業媒体タンク３４内の濃縮作業媒体は、前述したようにタービン８２を回転して発電するために第２のポンプ４７を駆動して浸透圧発生器３１の第２のチャンバ４４内に供給される。
従って、浸透圧発生器３１によるタービン８２の回転、発電操作および膜蒸留分離部３３による希釈作業媒体の濃縮を連続的に実行できる。それ故、タービンを効率的に回転して発電し得る、低コストにて運転可能な循環型浸透圧発電システムを提供できる。
なお、図３に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器は第１の処理容器を浸透膜により水平方向に区画して第１、第２のチャンバを形成したが、第１の処理容器を浸透膜により上下に区画して第１、第２のチャンバを形成してもよい。
図３に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３内の水をパイプライン２０１ｂを通して外部に送出したが、パイプライン２０１ｂを原液タンク４５に接続して原液タンク４５、パイプライン２０１ａ、浸透圧発生器３１の第１のチャンバ４３、パイプライン２０１ｂのループを作ってもよい。
図３に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、膜蒸留分離部の脱水膜は多孔質ラテックス膜に限らず、蒸気を透過する機能を有するものであれば如何なるものでもよい。
図３に示す循環型浸透圧発電システムにおいて、希釈作業媒体の濃縮は脱水膜を備える膜蒸留分離部で行なう場合に限らず、希釈作業媒体の水を除去するものであれば如何なる装置で行なってもよい。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
（１）シリンジ試験装置
図４の（ａ）を参照しながら、シリンジ試験装置の作製について説明する。
まず、一端に指掛け部２１１ａ，２１２ａをそれぞれ有する１ｍＬのプラスチック製ディスポーザブルシリンジ２１１および２１２を用意した。これらのシリンジ２１１および２１２の注射針のセットする側の先端をそれぞれ切り落とした（Ｓ１）。得られた２つの切断されたシリンジ２１１および２１２の指掛け部２１１ａ，２１２ａを互いに向い合せて、空気が入り込まないように、その間に２枚のラバーシート２１３，２１５と１組の浸透膜２１４を挟み込んだ（Ｓ２）。挟み込みは、第１のシリンジ２１１、第１のラバーシート２１３、浸透膜２１４、第２のラバーシート２１５、第２のシリンジ２１２の順番で行った。その後、２つのクリップ（図示せず）で固定した（Ｓ３）。これによりシリンジ試験装置２１６を得た。
浸透膜２１４としては、ＲＯ膜である日東電工製ＥＳ２０を使用した。第１および第２のラバーシート２１３および２１５は板状のラバーシートを使用した。図４の（ｂ）に示すように、各ラバーシート２１３（２１５）には、直径５ｍｍの円形穴２１３ａ（２１５ａ）がそれぞれ開口されている。
（２）シリンジ試験
＜例１＞
前記（１）の手順に従って、シリンジ試験装置２１６を作製した。第１のシリンジ２１１には、作業媒体（ドロー溶液）として海水（３．５重量％濃度の食塩水）を収容し、第２のシリンジ２１２には真水を収容した（図４の（ｃ）図示）。各液は、図４の（ａ）に示すＳ１の工程と３２工程の間で、試験に使用する液体をシリンジ２１１および２１２の内部にそれぞれ収容した。
次いで、図５に示すように２つのクリップ２１９で第１のシリンジ２１１、第１のラバーシート２１３、浸透膜２１４、第２のラバーシート２１５および第２のシリンジ２１２を固定した後、第１のシリンジ２１１を第２のシリンジ２１２の上方に位置するように縦置きにし、２５℃、１気圧の条件下に静置した。その後、５分間、１０分間、２０分間、３０分間、１時間、２時間、３時間、４時間および５時間の各時点でメモリを読み、第２のシリンジ２１２側から第１のシリンジ２１１側への水の移動を計測した。ここにおいて、シリンジ試験装置２１６に収容された液体は、シリンジ試験装置２１６の作製工程においても、また試験中においても外部に漏れなかった。
下部の第２のシリンジ２１２に導入した真水が５分間後に上部の第１のシリンジ２１１に移動することに伴う真水の減少量を観測し、観測結果から透過流束を求めた。
なお、図５においてＬ０１は第１のシリンジ２１１の最初の液面、Ｌ１１は第１のシリンジ２１１の試験後の液面、である。また、図５においてＬ０２は第２のシリンジ２１２の最初の液面、Ｌ１２は第２のシリンジ２１２の試験後の液面である。
＜例２〜例５＞
作業媒体としてグルコン酸ナトリウムの飽和水溶液、グルクロン酸ナトリウムの飽和水溶液、アスコルビン酸ナトリウムの飽和水溶液および７０重量％濃度の酢酸イミダゾリウム水溶液をそれぞれ用いた以外、例１と同様な方法で透過流束を求めた。
例１〜例５の結果を下記表１に示す。
Figure 2017113657
前記表１から明らかなように側鎖に複数のヒドロキシ基を有するカルボン酸塩であるグルコン酸ナトリウム、グルクロン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウムを含む水溶液からなる例２〜例４の作業媒体は、例１の海水の３倍程度の透過流束が得られる。これに対し、側鎖に複数のヒドロキシ基を有さない有機酸塩を含む水溶液からなる例５の水溶液は海水よりも透過流束が劣る。
＜例６〜１８＞
例１と同様に第１のシリンジ２１１に下記表２に示す作業媒体を収容し、第２のシリンジ２１２に真水を収容した（図４の（ｃ）図示）。
Figure 2017113657
図５に示すように第１のシリンジ２１１を第２のシリンジ２１２の上方に位置するように縦置きにし、２５℃、１気圧の条件下に静置した。下部の第２のシリンジ２１２に導入した真水が上昇することを観測した。下部の第２のシリンジ２１２に導入した真水の５分間後の上昇高さを透過流束として求めた。その結果を図６に示す。
図６から明らかなようにグルコン酸ナトリウム(C)を単独で含む例８の作業媒体、グルクロン酸ナトリウム(D)を単独で含む例９の作業媒体、およびアスコルビン酸ナトリウム(E)を単独で含む例１０の作業媒体は、それぞれグリセロール(A)を単独で含む例６の作業媒体、キシリトール(B)を単独で含む例７の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。
また、C＋Dの混合物を含む例１１の作業媒体、D＋Eの混合物を含む例１３の作業媒体、B＋Cの混合物を含む例１４の作業媒体、B＋Eの混合物を含む例１５の作業媒体およびA＋Bの混合物を含む例１６の作業媒体は、それら成分を単独で含む例６〜例１０の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。
ただし、C＋Eの混合物を含む例１２の作業媒体はCを単独で含む例８の作業媒体またはEを単独で含む例１０の作業媒体に比べて透過流束が小さくなっているが、グリセロール(A)を単独で含む例６の作業媒体、キシリトール(B)を単独で含む例７の作業媒体に比べて大きな透過流束が得られる。
さらに、B＋C＋Dの３成分の混合物を含む例１７の作業媒体およびC＋D＋Eの３成分の混合物を含む例１８の作業媒体は、B＋Cの２成分の混合物を含む例１４の作業媒体、C＋Dの２成分の混合物を含む例１１の作業媒体に比べてさらに大きな透過流束が得られる。
＜例１９＞
例１と同様に第１のシリンジ２１１に１００％のグルコン酸ナトリウム、モル比の異なる４種のキシリトールとグルコン酸ナトリウムの混合物、および１００％のキシリトール、を含む作業媒体をそれぞれ収容し、第２のシリンジ２１２に真水を収容した（図４の（ｃ）図示）。図５に示すように第１のシリンジ２１１を第２のシリンジ２１２の上方に位置するように縦置きにし、２５℃、１気圧の条件下に静置した。下部の第２のシリンジ２１２に導入した真水が上昇することを観測した。下部の第２のシリンジ２１２に導入した真水の５分間後の上昇高さを透過流束として求めた。その結果を図７に示す。図７において、横軸はキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比を示し、左端のゼロは１００％のグルコン酸ナトリウム、右端の１は１００％のキシリトールである。左の縦軸は、透過水量（ｍ／ｈ：（５分間））を、右の縦軸はキシリトールとグルコン酸ナトリウムの総モル数、を示す。
キシリトールは、分子量１５２．１５ｇ／ｍｏｌで、グルコン酸ナトリウムは２１８．１４ｇ／ｍｏｌである。キシリトールは、分子量がグルコン酸ナトリウムに比べて小さいが、電離しないので総モル濃度はキシリトールのモル分率を増やせば小さくなる。これは、図７のキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と総モル数の関係を示す四角形の点でプロットされている。
透過流束がモル濃度のみに依存するのであれば、図７に示す直線のようにキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と透過流束との間に加成性が成り立つ。しかしながら、図７のキシリトールとグルコン酸ナトリウムのモル比と透過流束の関係を示す菱形の点でプロットされているように直線（加成線）からずれているモル比の点が現れている。すなわち、キシリトールが増えると、加成線に従って透過流束が低下するはずが、逆に透過流束が増大するモル比が現れる。当該キシリトールのモル比が０．４２（重量比でキシリトール：グルコン酸ナトリウム＝１：１）において、透過流束が著しく増大する。これは、キシリトールとグルコン酸ナトリウムの２種の混合物を含む作業媒体において、予想外の効果（予期しない結果）である。
なお、前述した例１１の作業媒体（グルコン酸ナトリウム＋グルクロン酸ナトリウム［重量比；１：１］の混合物を含む）、例１３の作業媒体（グルクロン酸ナトリウム＋アスコルビン酸ナトリウム［重量比；１：１］の混合物を含む）、例１５の作業媒体（キシリトール＋アスコルビン酸ナトリウム［重量比；１：１］の混合物を含む）および例１６の作業媒体（グリセロール＋キシリトール［重量比；１：１］の混合物を含む）、あるいは例１７の作業媒体（キシリトール＋グルコン酸ナトリウム＋グルクロン酸ナトリウムの３成分［重量比；１：１：１］の混合物を含む）、例１８の作業媒体（グルコン酸ナトリウム＋グルクロン酸ナトリウム＋アスコルビン酸ナトリウムの３成分［重量比；１：１：１］の混合物を含む）、も透過流束が著しく増大する、予想外の効果（予期しない結果）である。
本発明のいつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の種々の形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，３１…浸透圧発生器、２，３２…希釈作業媒体タンク、３…逆浸透膜分離部、４，３４…濃縮作業媒体タンク、１１，４１…第１の処理容器、１２，４２…浸透膜、１３，４３…第１のチャンバ、１４，４４…第２のチャンバ、２１，５１…第２の処理容器、２２…逆浸透膜（ＲＯ膜）、２３，５３…第３のチャンバ、２４，５４…第４のチャンバ、２６…純水タンク、５２…脱水膜、６４…循環タンク、７１…第１の純水タンク、７２…第２の純水タンク、８１…圧力交換機、８２…タービン、１００…脱塩システム、２００…濃縮システム、３００…循環型浸透圧発電システム。
カルボン酸等価体のアルカリ金属塩の例は、リン酸アスコルビルナトリウム、リン酸アスコルビルカリウムを含む。

Claims (18)

  1. 被処理水を収容する第１のチャンバと、
    浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜と
    を備え、
    前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。
  2. 被処理水を収容する第１のチャンバと、
    浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜と
    を備え、
    前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式１で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液である水処理システム。
    Figure 2017113657
     ここで、ｎは０〜６の整数である。
  3. 水を収容する第１のチャンバと、
    浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜と、
    前記第２のチャンバに接続された圧力交換器と、
    前記圧力交換器に接続された回転体と
    を備え、
    前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である水処理システム。
  4. 水を収容する第１のチャンバと、
    浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを区画する浸透膜と、
    前記第２のチャンバに接続された圧力交換器と、
    前記圧力交換器に接続された回転体と
    を備え、
    前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式２で表わされる多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液である水処理システム。
    Figure 2017113657
     ここで、ｎは０〜６の整数である。
  5. 前記作業媒体は、側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体を含む水溶液である請求項１ないし４いずれか１項記載の水処理システム。
  6. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式３で表されるヒドロキシカルボン酸構造を有する請求項５記載の水処理システム。
    Figure 2017113657
     ここで、ｎは０〜６の整数である。
  7. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式４で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有する請求項５記載の水処理システム。
    Figure 2017113657
  8. 単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式５で表される加水分解した構造または下記の式６で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含む請求項７記載の水処理システム。
    Figure 2017113657
    Figure 2017113657
  9. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式７で表される請求項５記載の水処理システム。
    Figure 2017113657
     ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、水素、ＯＨ基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。
  10. 前記作業媒体は、請求項６もしくは７に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液、または請求項９に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体のアルカリ金属塩を含む水溶液である請求項１ないし４いずれか１項記載の水処理システム。
  11. 水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体であって、
    側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩を含む水溶液である作業媒体。
  12. 水処理システムに使用される、浸透圧を誘起する作業媒体であって、
    側鎖にヒドロキシ基を有する酸またはその金属塩、および下記の式８で表される多価アルコールからなる群からの少なくとも２種以上の化合物の混合物を含む水溶液である作業媒体。
    Figure 2017113657
     ここで、ｎは０〜６の整数である。
  13. 前記側鎖にヒドロキシ基を有する酸は、側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸またはその等価体である請求項１１または１２記載の作業媒体。
  14. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式９で表されるヒドロキシカルボン酸構造を有する請求項１３記載の作業媒体。
    Figure 2017113657
     ここで、ｎは０〜６の整数である。
  15. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸は、下記の式１０で表される単糖から誘導されるウロン酸の構造を有する請求項１３記載の作業媒体。
    Figure 2017113657
  16. 単糖から誘導される前記ウロン酸は、下記の式１１で表される加水分解した構造または下記の式１２で表されるラクトン化した構造に変化して前記作業媒体に含む請求項１５記載の作業媒体。
    Figure 2017113657
    Figure 2017113657
  17. 前記側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体は、下記の式１３で表される請求項１３記載の作業媒体。
    Figure 2017113657
     ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、水素、ＯＨ基およびポリオール鎖から選ばれる置換基を示し、同じであっても異なってもよい。
  18. 請求項１４もしくは１５に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸のアルカリ金属塩を含む水溶液、または請求項１７に記載の側鎖にヒドロキシ基を有するカルボン酸等価体のアルカリ金属塩を含む水溶液である請求項１１または１２記載の作業媒体。
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