JP4145721B2

JP4145721B2 - 海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法および分離装置

Info

Publication number: JP4145721B2
Application number: JP2003155492A
Authority: JP
Inventors: 来健賀; 村徹高; 戸善文杉
Original assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Pigeon Corp
Current assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Pigeon Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004351388A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋深層水中に含有される無機塩などの電解質を選択的に除去して、海洋深層水中に含有される細胞活性物質を濃縮した状態で得る方法およびこの方法に用いられる分離装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
海水、特に海洋深層水中には種々の物質が含有されており、このような物質の中には繊維芽細胞など皮膚細胞を活性化する成分、好酸球、マクロファージなど免疫担当細胞を活性化する有益な物質が多数含まれている。
【０００３】
しかしながら、海水には数％の塩化ナトリウムが溶存しており、さらにこの塩化ナトリウム以外にも多種多様な無機塩化物が溶存している。これらの無機塩化物は、細胞を活性化する作用はないので、海水中の有効成分を得ようとする場合には、上記のような無機塩化物を除去する必要がある。
【０００４】
塩化ナトリウムなどの無機塩化物の除去には、海水を濃縮して析出した無機塩化物を濾過する方法、電気透析膜脱塩法、逆浸透脱塩法、限外濾過脱塩法などの方法が利用可能である。これらの方法は、脱塩速度、脱塩コスト、脱塩効率などの点で優劣はあるが、それぞ
れの分野における目的等に鑑み、最も生産性が良い方法が採用されている。すなわち、上記いずれの方法を採用しても、分離される無機塩化物の純度、無機塩化物を除去するのに要するコストなどを別にすれば、塩化ナトリウム等の分離される無機塩化物の種類には変わりはなく、また、こうした無機塩化物が分離された海水にも特段の差はないと考えられている。
【０００５】
従って、海水から塩分を分離する方法としては、海水を濃縮し、析出した無機塩化物を除去する方法が、最もコスト的に有利であり、また、海水を濃縮する際に減圧にすれば、水の沸点が低下して効率的に海水を濃縮することができるので、海水を、特に減圧下で濃縮する方法が用いられることが多い。
【０００６】
ところが、上記種々の方法で脱塩した海水について、細胞に対する活性を測定してみると、脱塩方法によって、海水に含有されている成分の細胞に対する活性が著しく異なることが判明した。
【０００７】
本発明者は荷電モザイク膜を用いることにより、得られる成分の細胞に対する活性が高くなるとの知見を得、この知見に基いて、荷電モザイク膜を用いた細胞活性成分を分離する方法について、既に出願している（特願２００１−３０４００１号明細書参照）。
【０００８】
この方法によれば荷電モザイク膜を利用して、海水、特に海洋深層水に含有される細胞活性成分を高い活性を保持した状態で得ることができるが、この方法では製造することができる細胞活性成分の製造効率が低く、特に海洋深層水中の微量に含有されている細胞活性成分を効率よく得ることが難しい。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３０４００１号明細書
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、海洋深層水中に溶存している電解質と非電解質とを荷電モザイク膜を用いて効率よく分離する方法を提供することを目的としている。
【００１１】
さらに、本発明は、このような効率的な分離方法に使用する分離装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【発明の概要】
本発明の海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法は、電解質と非電解質とを含有する海洋深層水を荷電モザイク膜と接触させながら循環させる非電解質濃縮サイクルと、上記非電解質濃縮サイクル中に、該サイクルを循環する海洋深層水中の水を分離して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水を濃縮する工程と、該海洋深層水よりも電解質濃度の低い水を荷電モザイク膜を介して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水と接触させながら循環させる電解質分離サイクルとを有し、上記電解質分離サイクルで用いられる海洋深層水よりも電解質濃度の低い水の少なくとも一部として、上記非電解質濃縮サイクルを循環する海洋深層水中から分離された水を用いて、該荷電モザイク膜を介して非電解質濃縮サイクル中の電解質を、海洋深層水よりも電解質濃度の低い水に選択的に移動させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の海洋深層水中の電解質と非電解質との分離装置は、荷電モザイク膜と、該荷電モザイク膜を装填する荷電モザイク膜装填装置と、電解質と非電解質とを含有する海洋深層水を該荷電モザイク膜と接触させながら循環させる非電解質濃縮サイクル経路と、該海洋深層水よりも電解質濃度の低い水を該荷電モザイク膜を介して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水と接触させながら循環させる電解質分離サイクル経路とを有し、上記非電解質濃縮サイクル経路に、サイクルを循環する海洋深層水中の水を分離する水分離手段が形成され、上記水分離手段から上記電解質分離サイクル経路に、該水分離手段で分離された水を移送する経路が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の分離方法では、荷電モザイク膜を接触面として、海洋深層水から電解質を選択的に除去することができると共に、海洋深層水に非電解質として含有されている細胞活性化物質を濃縮状態で得ることができる。
【００１５】
なお、本発明の分離方法および分離装置は、海洋深層水中から有効成分を分離するためのものであり、本発明者の検討によれば、こうした有効成分は海洋深層水に豊富に含まれる。また、このような「海洋深層水」から電解質を選択的に移行させる水流は、荷電モザイク膜を電解質が移行するため、厳密な意味では「真水」ではなく、「海洋深層水よりも電解質濃度の低い水」であるが、「海洋深層水」との対比から特に限定しない限りこのような「海洋深層水よりも電解質濃度の低い水」は本発明では便宜上、「真水」と記載する。
【００１６】
【発明の具体的な説明】
次に本発明の海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法およびこの方法に使用する分離装置について具体的に説明する。
【００１７】
本発明の海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法に使用する分離装置は、図１に示すように、荷電モザイク膜１０と、荷電モザイク膜装填装置２０と、非電解質濃縮サイクル経路３０と、電解質分離サイクル経路４０とを有する。
【００１８】
図３に、本発明で使用する荷電モザイク膜１０の断面構造を模式的に示す。また、図４は、図３における膜左面（ＳｉｄｅＩ）から右面（ＳｉｄｅＩＩ）に向かって形成されたカチオン性の基が固定されている領域Ｂ（ドメインＢ）とアニオン性の基が固定されている領域Ａ（ドメインＡ）とを部分的に拡大し、模式的に表わした図である。さらに図５は、このドメインＡおよびドメインＢを分子レベルで説明するための模式図である。
【００１９】
本発明で使用する荷電モザイク膜は、その機能を発現させるために膜の内部構造が以下のような基本的要件を満たしているものである。
【００２０】
（１）ミクロドメイン構造を有すること：すなわちカチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとがミクロ分離したドメインを形成していること。
【００２１】
（２）チャンネル構造を有すること：同種のイオンのポリマードメインが連続していて膜表面から裏面に貫通しており、かつ両ドメインが互いに隣接していること。
【００２２】
（３）微小性：各ドメインサイズがサブミクロンオーダーであること。すなわち、各ドメインサイズが、約１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下であることが望ましい。
【００２３】
（４）膜に孔があいていないこと。
【００２４】
（５）強い電解性型イオン交換基で、高い固定電荷密度を有すること。
【００２５】
本発明で使用する荷電モザイク膜１０は、図３、図４に示すように、膜左側（ＳｉｄｅＩ）から右側（ＳｉｄｅＩＩ）に向かってカチオン性の基が固定されている領域Ｂ（ドメインＢ）とアニオン性の基が固定されている領域Ａ（ドメインＡ）が貫通し、両領域が相接している。この膜の左側、すなわちＳｉｄｅＩに海洋深層水が存在し、右側（ＳｉｄｅＩＩ）に真水（海洋深層水よりも電解質濃度の低い水）が存在するものとする。膜のアニオン性ドメイン（ドメインＢ）の中にはカチオンが、カチオン性ドメイン（ドメインＡ）の中にはアニオンが、対イオンとして存在し、この両イオンは自由に移動できるようにされている。膜の左右部の液面に濃度差、圧力差があった時に自由に移動できる対イオンは膜の右部（ＳｉｄｅＩＩ）に移動する。そして、新たに膜左面に塩溶液のイオンが吸着される。ここで、左部（ＳｉｄｅＩ）にある海洋深層水の塩濃度よりも膜中のイオン濃度が高ければ、膜右部（ＳｉｄｅＩＩ）に押し出され、塩は結果として透過したことになる。ここでドメインＡ，Ｂの幅が小さいほどイオンの移動距離が短くなりイオンの透過が早くなる。すなわち、膜左部（ＳｉｄｅＩ）での両イオンの分離→膜透過→両イオンの会合の機構を考慮すると、ドメインサイズと連結性が透過速度を決定する。
【００２６】
本発明で使用する荷電モザイク膜としては、球状微粒子橋かけポリマー（ミクロゲル）の特性である等方連続性を利用してミクロゲルを集積することで得られるポリマーアロイ類似構造を有する膜であることが好ましい。図５において、「○」はカチオン性球状粒子であり橋かけ構造によりカチオン性ミクロゲルを形成している状態が示されており、「●」はアニオン性球状粒子であり橋かけ構造によりアニオン性ミクロゲルを形成している状態が示されており、これらのポリマー粒子の間隙にはマトリックスポリマーが充填されている。
【００２７】
本発明で使用する荷電モザイク膜は上記のような構成を有するものであり、その厚さは、通常は０．１〜３０μｍ、好ましくは０．５〜２５μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍの範囲内にある。
【００２８】
このような荷電モザイク膜を形成するカチオン性ポリマーまたはアニオン性ポリマーは、１〜３級のアミノ基又は４級アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基、またはこれらのイオン性基が塩を形成している基を有するポリマーである。塩を形成している基の場合には、カチオン性基に対しては、例えば、硫酸、塩酸、リン酸、有機酸などのアニオン残基が使用され、またアニオン性基に対しては例えばアルカリ金属イオンなどのカチオンが使用される。
【００２９】
イオン性ポリマーの具体的な例としては、アニオン性ポリマーとして、ポリスチレンスルホン酸またはその塩、ポリエステルのスルホン化物またはその塩、ポリ２−（メタ）アクリロイルアミノ−２−メチル−１−プロパンスルホン酸またはその塩、ポリ２−（メタ）アクリルアミド−２−プロパンスルホン酸またはその塩、ポリ（メタ）アクロイルオキシプロピルスルホン酸またはその塩、ポリスルホンプロピル（メタ）アクリレートまたはその塩、ポリ２−スルホエチル（メタ）アクリレートまたはその塩、ポリスルホエチル（メタ）アクリレートまたはその塩、ポリビニルスルホン酸またはその塩、ポリ（メタ）アクリル酸またはその塩、ポリスチレンマレイン酸共重合体またはその塩、あるいは、これらのポリマーを構成するモノマーの共重合体、他のモノマーとの共重合体を挙げることができる。また、カチオン性ポリマーの具体的な例としては、ポリビニルピリジンおよびその４級化合物、ポリ２−ヒドロキシ−３−（メタ）アクリロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、ポリ（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチルまたはその塩、ポリ（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルまたはその塩、あるいは、これらのポリマーを形成するモノマーの共重合体、他のモノマーとの共重合体を挙げることができる。
【００３０】
上記のようなポリマーから球状体を形成する方法としては、例えば、モノマーを含有する反応媒体から球状体を析出させる方法を挙げることができ、具体的には、ソープフリー重合、エマルジョン重合、懸濁重合、逆相重合、シード重合などの重合方法を挙げることができる。このような球状体は、架橋されていることが好ましい。ここで使用される架橋剤としては、例えば、ジビニルベンゼン、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、ジ（メタ）アクリル酸エチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸−１，３−ブチレングリコール、その他、３〜４官能性の（メタ）アクリレートを挙げることができる。これらの架橋剤はポリマーを構成するモノマー１００重量部に対して通常は２０重量部以下であり、好ましくは０．５〜１０重量部の量で使用される。本発明では上記のような架橋剤で架橋された球状体と架橋されていない球状体とを併用することが好ましい。本発明で使用する球状体の直径は、通常は０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．２〜１μｍである。
【００３１】
本発明で使用される荷電モザイク膜は、上記のような球状体を使用して形成されるが、形成される膜を補強するために透液性支持体（図示なし）を用いることが好ましい。ここで使用される透液性支持体としては、織布、不織布、多孔質樹脂シート、多孔性セラミック焼結体、金属メッシュなどの多孔質体を用いることが好ましい。これらの多孔質体は、通常は０．０１〜５００μｍ、好ましくは０．１〜１００μｍの厚さを有している。本発明で使用する荷電モザイク膜を製造するに際しては、使用するアニオン性ポリマーまたはカチオン性ポリマーの少なくとも一方が球状体であれば良い。
【００３２】
本発明で使用する荷電モザイク膜は、（Ａ）一方のイオン性のポリマー球状体を透液性支持体に固定した後、固定された球状体の間隙に他のイオン性を有するモノマーを充填して重合させる方法、（Ｂ）一方のイオン性のポリマー球状体と他のイオン性を有する直鎖状重合体溶液とを混合してキャスト成膜する方法、（Ｃ）異種のイオン性を有するポリマー球状体の分散液をそれぞれ個別に調製し、これらの分散液を混合してキャスト成膜する方法、（Ｄ）一方のイオン性を有するポリマー球状体の表面に、他方のイオン性を有する直鎖状重合体を化学的に結合させてコア−シェル型ポリマーとし、これをキャスト成膜しコアを破壊してコア同士を結合させる方法、（Ｅ）異種のイオン性を有するポリマー球状体の分散液をそれぞれ調製し、これらを混合してキャスト成膜した後、その間隙に一方のイオン性ポリマーあるいはモノマーを充填し、モノマーを使用した場合には、この充填されたモノマーを重合させる方法、さらに上記（Ａ）〜（Ｄ）の方法を適宜組み合わせる方法などにより製造することができる。
【００３３】
こうした２種類のポリマー球状体を有する架橋モザイク膜は、好ましくは架橋球状体と未架橋球状体とを組み合わせて使用し、これらを混在させてキャスト成膜後、溶剤あるいは圧力などを用いて膜中のポリマー球状体を破壊または変形させることにより同種のイオンの連結を確実にすると共に、膜の機械的強度を向上させることが好ましい。
【００３４】
本発明の分離装置には、図１に示すように、上記のような荷電モザイク膜１０が、海洋深層水と真水とがこの荷電モザイク膜を介して接触することができるように形成された荷電モザイク膜装填装置２０の内部に配置されている。荷電モザイク膜装填装置２０は、具体的には、図２の分解斜視図に示すように、荷電モザイク膜１０と、この荷電モザイク膜１０の両面に、この荷電モザイク膜１０を挟むように配置され、内部に水路が形成された海洋深層水側筐体２１ａおよび真水側筐体２１ｂと、海洋深層水側筐体２１ａの外側に配置される海洋深層水側外壁２２ａと、真水側筐体２１ｂの外側に配置された真水側外壁２２ｂとを有する。
【００３５】
海洋深層水側筐体２１ａの外側に配置される海洋深層水側外壁２２ａには、下方に海洋深層水を導入する導入管２３ａが設けられており、また、この上部には、導入された海洋深層水を流出させる流出管２４ａが設けられており、海洋深層水側筐体２１ａ内に導入された海洋深層水は、この筐体内で荷電モザイク膜１０と接触しながら流出管２４ａから流出する。
【００３６】
このように海洋深層水が通過する海洋深層水側筐体２１ａ内には、海洋深層水と荷電モザイク膜１０との接触時間を長くするために、少なくとも１枚の邪魔板２５が配置されていることが好ましい。図２には、海洋深層水側筐体２１ａ内に６枚の邪魔板２５が配置された態様が示されており、導入管２３ａから導入された海洋深層水は、これらの邪魔板２５によって蛇行して荷電モザイク膜１０と接触しながら流出管２４ａに到達する。
【００３７】
この荷電モザイク膜１０を挟んで海洋深層水側筐体２１ａと対向するように真水側筐体２１ｂが配置されており、この真水側筐体２１ｂ内部にも少なくとも１枚の邪魔板２５が配置されている。この真水側筐体２１ｂの外側には真水側外壁２２ｂが配置されている。この真水側外壁２２ｂには真水側筐体２１ｂ内に水を導き入れる導入管２３ｂおよび導入された水を流出させる流出管２４ｂが形成されている。この導入管２３ｂおよび流出管２４ｂの配置位置は、真水側筐体２１ｂ内における水の流れ方向が、海洋深層水側筐体２１ａ内における海洋深層水の流れ方向と逆になるように配置することが好ましい。即ち、荷電モザイク膜装填装置２０内において、荷電モザイク膜１０を介して、海洋深層水と真水とが交流接触するように導入管２３ａ，２３ｂおよび流出管２４ａ，２４ｂを配置することが好ましい。
【００３８】
荷電モザイク膜装填装置２０に形成されている非電解質濃縮サイクル回路３０側に形成された流出管２４ａには配管３１の一方の端部が接合しており、この配管３１の他の端部は液体移送手段であるポンプＰ₁に接合している。またこの配管３１には配管３４が枝分かれして接合されており、配管３４はバルブ６１を開放することにより非電解質濃縮サイクル回路３０内を循環する海洋深層水の少なくとも一部を取り出し可能に配置されている。
【００３９】
ポンプＰ₁からは、賦勢された海洋深層水を移送する配管３２が接合されており、この配管３２の端部は水分離手段５０に接合している。
【００４０】
この水分離手段５０は、海洋深層水から水分を分離して海洋深層水を濃縮する装置であり、例えば、蒸留装置、減圧蒸留装置、遠心分離装置などである。本発明では、海洋深層水中に含有される非電解質を細胞活性物質として使用することから、水を分離する際に海洋深層水に熱をかけないことが好ましく、従って、本発明ではこの水分離手段５０としては、減圧蒸留装置、遠心分離装置などを使用することが好ましく、特に遠心式薄膜真空蒸発装置を使用することが好ましい。
【００４１】
この水分離手段５０によって海洋深層水中の水分の一部を分離することにより、非電解質濃縮サイクル経路３０内を循環する海洋深層水は濃縮される。なお、この非電解質濃縮サイクル経路３０には、配管３５からバルブ６２を介して海洋深層水（原海洋深層水）が供給される。
【００４２】
水分離手段５０には、配管３３が接合されており、この配管３３は、荷電モザイク膜装填装置２０の導入管２３ａに接合されている。
【００４３】
このように非電解質濃縮サイクル経路３０は、電解モザイク膜装着装置２０の海洋深層水側筐体２１ａに蛇行して形成された流路、配管３１、ポンプＰ₁、配管３２、水分離手段５０および配管３３によって形成されている。非電解質濃縮サイクル経路３０には、配管３５から原海洋深層水が供給され、濃縮された非電解海洋深層水は配管３４から導出される。また、海洋深層水中の水分は、水分離手段５０によって分離され配管５１によりバルブ６４を介して系外に排出することができる。
【００４４】
他方、荷電モザイク膜装填装置２０において、真水が流れる側の出口の流出管２４ｂには、配管４１が接合されており、この配管４１には、上記水分離手段５０から分離された水を、バルブ６４を閉鎖し、バルブ６３を開放することにより、配管５１を介して、この電解質分離サイクル経路４０に供給することができるように、配管５２が接合している。配管４１はバルブ６５を介して配管４２に接合しており、この配管４２からは、この電解質分離サイクル経路４０を循環する水の少なくとも一部を分離するための配管４４がバルブ６０を介して分枝されている。また、この配管４２には、この電解質分離サイクル経路４０に必要な真水を供給する配管４５が接合されており、この電解質分離サイクル経路４０の系外からこの経路を循環する水をバルブ６６を開放することにより供給することができる。
【００４５】
配管４２の端部は、液体移送手段であるポンプＰ₂に接合しており、このポンプＰ₂に接続している配管４３は、液体移送手段であるポンプＰ₂で賦勢された真水を荷電モザイク膜装填装置２０に導入できるように荷電モザイク膜装填装置２０の導入管２３ｂに接合している。
【００４６】
上記のような分離装置を用いた海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法では、非電解質濃縮サイクル中に海洋深層水を導入して循環させ、電解質分離サイクル内に真水を導入して循環させると共に、循環する海洋深層水および真水を荷電モザイク膜を解して接触させることにより、海洋深層水中の電解質を真水中に移行させて分離する。具体的には、まず、分離操作の対象となる海洋深層水をバルブ６２を開放して配管３５から非電解質濃縮サイクル経路３０に導入して循環させる。
【００４７】
本発明で非電解質濃縮サイクルに導入される海洋深層水とは、太陽光が到達する水深２００ｍ以下の海底を非常にゆっくりと流れる海流である。本発明者は、海洋深層水中には比較的多量の有機物質が含有されていることを確認しており、これらの有機物質が、繊維芽細胞、好酸球などの細胞に対して高い活性を有することを見いだして既にこうした細胞活性物質に関する出願をしている（特願２０００−３９８８０９号明細書、特願２００１−２４２１３９号明細書など参照）。本発明では、このような海洋深層水を使用することが好ましい。
【００４８】
本発明の分離方法では、上記のような海洋深層水をこの非電解質濃縮サイクル経路３０に供給して、この海洋深層水中に含有される電解質を分離するのに適している。
【００４９】
即ち、バルブ６２を開放して配管３５から導入された海洋深層水は、水分分離手段５０で含有水分の一部が分離されながら配管３３を通って導入管２３ａから荷電モザイク膜装填装置２０に導入される。この荷電モザイク膜装填装置２０内に導入された海洋深層水は、海洋深層水側筐体２１ａ中を、邪魔板２５によって蛇行しながら流出管２４ａ方向に移動する。そして、このように海洋深層水側筐体２１ａ中を蛇行しながら移動する海洋深層水は、荷電モザイク膜１０と接触し、この海洋深層水中に溶存している電解質、例えば塩化ナトリウム、塩化カリルム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムは、荷電モザイク膜１０を通過して電解質分離サイクル経路４０中を循環する電解質の溶存量が低い水（真水）中に溶解分散する。他方、海洋深層水中に溶解している有機物質は、一般に、この荷電モザイク膜を透過することができないので、非電解質濃縮サイクル経路３０内を循環する。
【００５０】
荷電モザイク膜装填装置２０で荷電モザイク膜１０と接触した海洋深層水は、流出管２４ａから配管３１を通って液体移送手段であるポンプＰ₁に送られる。なお、この配管３１にはバルブ６１を有する配管３４が分枝されており、この配管３４からこの非電解質濃縮サイクル内を循環する濃縮海洋深層水の一部を採取することができる。
【００５１】
液体移送手段であるポンプＰ₁に送り込まれた海洋深層水は、このポンプＰ₁で賦勢された海洋深層水は、配管３２を通って水分離手段５０に送られて、この循環する海洋深層水中の水分の一部が分離されて濃縮される。
【００５２】
本発明の方法により得られる細胞活性成分は、海洋深層水中に含有される非電解質、即ち一般には有機物質であり、有機物質は、無機化合物よりも熱による影響を受けやすい。従って、本発明の方法において、循環する海洋深層水から水を分離するに際しては、循環する海洋深層水にかける熱量を少なくすることが好ましい。
【００５３】
そこで、本発明の方法では、この水分分離手段５０として、遠心薄膜式蒸発分離装置、減圧蒸留装置あるいはＲＯ分離膜などを使用することが好ましい。
【００５４】
このようにしてこの水分分離装置５０により、この非電解質濃縮サイクル経路３０に供給される海洋深層水中の水分の通常は２０重量％以上、好ましくは３０〜５０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上を分離して、この非電解質濃縮サイクル経路３０を循環する海洋深層水を濃縮する。
【００５５】
この水分分離装置５０で分離された水分の少なくとも一部は、配管５１にからバルブ６４を開放し、バルブ６３を閉鎖することにより、バルブ５３から排出される。また、バルブ６４を閉鎖し、バルブ６３を開放することにより、分離された水分の少なくとも一部は、配管５２を通って、電解質分離サイクル経路４０に供給される。
【００５６】
即ち、電解質分離サイクル経路４０にはバルブ６６を開放して配管４５から真水を供給することができるが、この電解質分離サイクル経路４０に供給される真水の少なくとも一部として、水分離手段５０から排出された水を使用することができる。この電解質分離サイクル経路４０に供給された水は配管４２から液体移送手段であるポンプＰ₂により賦勢されて導入管２３ｂから荷電モザイク膜装填装置２０に供給される。荷電モザイク膜装填装置２０の真水側筐体２１ｂには邪魔板２５が配置されており、荷電モザイク膜装填装置２０内で、真水は、荷電モザイク膜１０と接触しながら蛇行して流出管２４ｂ側に移動する。この荷電モザイク膜装填装置２０内では、非電解質濃縮サイクル経路３０内を循環して、荷電モザイク膜と接触する海洋深層水と、この電解質分離サイクル経路４０を循環して荷電モザイク膜と接触する真水とが交流接触することが好ましい。即ち、非電解質濃縮サイクル経路３０の荷電モザイク膜装填装置２０内では、相対的に、流出管２４ａ側における電解質濃度が、導入管２３ａ側における電解質濃度よりも、低くなり、電解質分離サイクル経路４０の荷電モザイク膜装填装置２０内では、相対的に流出管２４ｂ側の電解質濃度が、導入管２３ｂ側の電解質濃度よりも高くなるように、海洋深層水の流れ方向と真水の流れ方向を調整する。さらに非電解質濃縮サイクル経路３０を循環する海洋深層水中の電解質濃度よりも、電解質分離サイクル経路４０を循環する真水に溶存している電解質濃度が常に低くなるように電解質分離サイクル経路４０内に供給する真水の量およびバルブ６０を開放することにより配管４４から排出する真水の量を調整する。このように電解質の濃度を調整することにより、非電解質濃縮サイクル経路３０内を循環する海洋深層水中に含有される電解質は、荷電モザイク膜１０を通過して選択的に電解質分離サイクル経路４０を循環する真水中に移行する。さらに、海洋深層水と真水とが荷電モザイク膜１０を介してそれぞれの流れが逆行するように、交流接触させることにより、荷電モザイク膜を介して接触する海洋深層水と真水との間の電解質濃度の差が大きい状態で両者を接触させることができ、荷電モザイク膜１０のよる電解質の分離をより効率的に行うことができる。このようにして荷電モザイク膜装填装置２０内で、海洋深層水中の電解質が電解質分離サイクル経路４０中を循環する真水中に移行させた後、この真水は、配管４１を通って開放されたバルブ６５を介して配管４２に送られて循環する。この配管４１と配管４２との間にはバルブ６０を介して配管４４が接合されており、電解質分離サイクル経路４０中を循環する真水の一部は、バルブ６０によりその流出量を調整しながら配管４４から排出される。
【００５７】
特に、本発明では水分離手段５０から排出される真水を配管５１および配管５２を介して電解質分離サイクル経路４０に連続的に供給することにより、外部から真水を補給せずに、この装置全体からみれば、配管３５から海洋深層水を供給し、これとほぼ同等量の真水を配管４４から排出することにより、海洋深層水から電解質である塩分だけを分離すると共に、海洋深層水中の非電解質を濃縮して配管３４から得ることができるようになり、装置自体を非常に無駄なく駆動させることができる。
【００５８】
そして、この装置全体からみれば、配管３５から供給された海洋深層水中に含有される、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなどの電解質の２０重量％以上、好ましくは３０〜５０重量％以上、特に好ましくは８０重量％以上が配管４４から排出される真水中に溶存した状態で除去される。他方、配管３５から供給される海洋深層水に含有される非電解質（主として有機化合物）は、非電解質濃縮サイクル経路３０内を循環する間に次第に濃縮され、しかもこの濃縮液中における電解質濃度は通常は２重量％以下、好ましくは０．０００１〜０．１重量％の範囲内になる。
【００５９】
本発明の分離方法において、配管３５から導入される海洋深層水の量は、荷電モザイク膜の処理能力を考慮して適宜設定することができるが、荷電モザイク膜１ｃｍ²当たり毎分、通常は０．００１〜１０００ｍｌ、好ましくは０．０１〜１０ｍｌの海洋深層水が接触できるように海洋深層水の導入量を調整する。また、配管４４から排出される水の量が、荷電モザイク膜の使用面積にもよるが、１ｃｍ²当り、毎分、通常は０．０１〜１００ｍｌ、好ましくは０．１〜１０ｍｌになるように電解質分離サイクルに供給される水の量を調整する。ここで供給される水の量は、配管５２および配管４５から導入される水の量の合計である。
【００６０】
本発明の方法において、電解質と非電解質とは、荷電モザイク膜１０を用いて分離され、この荷電モザイク膜１０を用いることにより、非常に高い選択性で両者を分離することができる。しかも、この荷電モザイク膜を用いた分離の際に非電解質に熱エネルギーが加わらないので、非電解質が熱によって変性することがなく、この非電解質の有する細胞活性などの特異的な特性が、この分離操作によって変化せず、初期と同等の活性が保持される。
【００６１】
また、海洋深層水を非電解質濃縮サイクルを循環させることにより、海洋深層水中に含有される水分および電解質を非常に効率よく分離して、非電解質を効率よく濃縮することができ、これらの工程を連続して行うことができる。
【００６２】
このようにして配管３４から得られる濃縮液は、海洋深層水中に含有される非電解質を豊富に含み、この非電解質は、好酸球活性、繊維芽細胞活性など、細胞に対する活性力を有しており、これらの活性は、本発明の方法を採用して、濃縮する操作および電解質を分離する操作を行うことにより、殆ど低下しない。
【００６３】
なお、上記の説明は、海洋深層水を供給する配管３５を配管３２に接合し、この非電解質濃縮サイクルからの濃縮物を分離する配管３４を配管３１に接合した場合を例にして説明したが、海洋深層水を導入する配管３６および濃縮物を分離する配管３４は、非電解質濃縮サイクル経路３０のいずれの位置に接合していてもよい。
【００６４】
また、電解質分離サイクル経路４０に水を導入する配管４５、水分離手段５０から分離された水を、電解質分離サイクル経路４０に導入する配管、および、電解質分離サイクルから真水を排出するための配管４４も、電解質分離サイクル経路４０のいずれの位置に接合させることもできる。
【００６５】
また、液体移送手段Ｐ１，Ｐ２もそれぞれのサイクル経路を流れる液体を賦勢することができる位置に配置することができる。また、それぞれのサイクル経路にさらに液体移送手段を配置することもできる。
【００６６】
さらに、上記の装置には、合計７個のバルブが配置された例を示しているが、これらのバルブの配置個数および配置位置は、適宜変更して設置することが可能である。
【００６７】
また、荷電モザイク膜装填装置２０内における邪魔板の数、流路の設定は、上記説明のほかに、例えば流露を縦方向にとるように少なくとも一方の側の邪魔板を配置することもできる。
【００６８】
さらに、上記の装置は、荷電モザイク膜を１枚有する荷電モザイク膜装填装置を使用したが、装填装置内に荷電モザイク膜を複数枚装填した装填装置を用いることもできるし、上述のような１枚の荷電モザイク装填装置を複数配置することもできるし、また複数の荷電モザイク膜を複数個配置することもでき、さらに１枚の荷電モザイク膜装填装置と複数の荷電モザイク膜を複数枚装填した荷電モザイク膜装填装置とを組み合わせて使用することもできる。
【００６９】
このようにして本発明の方法で得られた濃縮液中に高濃度で含有される非電解質は、有機物質であり、この有機物質は、繊維芽細胞、好酸球などの細胞に対する活性化作用があり、医薬品、化粧料、食品などに配合することができる。しかも、本発明の方法で採用するように、荷電モザイク膜を用いて電解質を分離することにより得られた有機物質は、他の方法、例えば、加熱濃縮濾過、電気透析脱塩法、逆浸透脱塩法、限外濾過脱塩法などによって脱塩することによって得られる有機物質と比較して、細胞に対する活性度が高い値を示す。この理由の詳細は必ずしも明らかではないが、本発明の方法によれば、脱塩に際して海洋深層水に外部から熱などのエネルギーを賦与することなく、脱塩することができるので、海洋深層水中に含有される有機物質（非電解質）の変性が起こりにくいためであろうと考えられる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、海洋深層水中に溶存している塩化ナトリウムなどのような電解質を連続的に海洋深層水中から分離することができ、さらにこの電解質が分離された海洋深層水を連続的に濃縮することができる。しかも、電解質の分離および海洋深層水の濃縮を連続した工程で行うことができ、たいへん効率的である。さらに、このようにして濃縮された海洋深層水中に含有される有機物質（非電解質）は、他の方法で脱塩して得られたものよりも高い細胞活性を示す。
【００７１】
また、本発明の方法では、海洋深層水中から分離された水を電解質を分離するための循環水として使用することができ、過剰の真水を外部から供給する必要がなく、たいへん効率的に海洋深層水から電解質を分離し、海洋深層水を濃縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法に使用する分離装置の例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、荷電モザイク膜装填装置の例を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明で使用する荷電モザイク膜の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図３における膜左面（ＳｉｄｅＩ）から右面（ＳｉｄｅＩＩ）に向かって形成されているカチオン性の基が固定されている領域Ｂ（ドメインＢ）とアニオン性の基が固定されている領域Ａ（ドメインＡ）とを部分的に拡大し、模式的に表わした図である。
【図５】図５は、このドメインＡおよびドメインＢを分子レベルで説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０・・・荷電モザイク膜
２０・・・荷電モザイク膜装填装置
２１ａ・・・海洋深層水側筐体
２１ｂ・・・真水側筐体
２２ａ・・・海洋深層水側外壁
２２ｂ・・・真水側外壁
２３ａ，２３ｂ・・・導入管
２４ａ，２４ｂ・・・流出管
２５・・・邪魔板
３０・・・非電解質濃縮サイクル経路
３１，３２，３３，３４，３５・・・配管
４０・・・電解質分離サイクル経路
４１，４２，４３，４４，４５・・・配管
５０・・・水分離手段
５１，５２，５３・・・配管
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６・・・バルブ
Ｐ₁・・・液体移送手段
Ｐ₂・・・液体移送手段

Claims

電解質と非電解質とを含有する海洋深層水を荷電モザイク膜と接触させながら循環させる非電解質濃縮サイクルと、上記非電解質濃縮サイクル中に、該サイクルを循環する海洋深層水中の水を分離して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水を濃縮する工程と、該海洋深層水よりも電解質濃度の低い水を荷電モザイク膜を介して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水と接触させながら循環させる電解質分離サイクルとを有し、上記電解質分離サイクルで用いられる海洋深層水よりも電解質濃度の低い水の少なくとも一部として、上記非電解質濃縮サイクルを循環する海洋深層水中から分離された水を用いて、該荷電モザイク膜を介して非電解質濃縮サイクル中の電解質を、海洋深層水よりも電解質濃度の低い水に選択的に移動させることを特徴とする海洋深層水中の電解質と非電解質との分離方法。
上記非電解質濃縮サイクルにおける海洋深層水と、電解質分離サイクルとを荷電モザイク膜を介して交流接触させることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
上記荷電モザイク膜の厚さが０．１〜３０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
上記荷電モザイク膜中において、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとがそれぞれ独立にミクロ分離したドメインを形成していると共に、各ドメインが荷電膜の表裏面を貫通していることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
上記荷電モザイク膜を形成するそれぞれのポリマードメインの大きさが１μｍ以下であり、かつカチオン性ポリマーからなるドメインとアニオン性ポリマーからなるドメインとが互いに隣接していることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
上記荷電モザイク膜を介して海洋深層水中に含有される電解質の８０重量％以上を、該
海洋深層水よりも電解質濃度の低い水中に移行させることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
上記海洋深層水中に含有される非電解質が、細胞活性物質であることを特徴とする請求項第１項記載の分離方法。
荷電モザイク膜と、該荷電モザイク膜を装填する荷電モザイク膜装填装置と、電解質と非電解質とを含有する海洋深層水を該荷電モザイク膜と接触させながら循環させる非電解質濃縮サイクル経路と、該海洋深層水よりも電解質濃度の低い水を該荷電モザイク膜を介して該非電解質濃縮サイクル中の海洋深層水と接触させながら循環させる電解質分離サイクル経路とを有し、上記非電解質濃縮サイクル経路に、サイクルを循環する海洋深層水中の水を分離する水分離手段が形成され、上記水分離手段から上記電解質分離サイクル経路に、該水分離手段で分離された水を移送する経路が設けられていることを特徴とする海洋深層水中の電解質と非電解質との分離装置。
上記非電解質濃縮サイクル経路および電解質分離サイクル経路に、海洋深層水と、海洋深層水よりも電解質濃度の低い水とを、荷電モザイク膜を介して交流接触可能にする液体移送手段が、それぞれ独立に、設けられていることを特徴とする請求項第８項記載の分離装置。
上記荷電モザイク膜の厚さが０．１〜３０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項第８項記載の分離装置。
上記荷電モザイク膜中において、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとがそれぞれ独立にミクロ分離したドメインを形成していると共に、各ドメインが荷電膜の表裏面を貫通していることを特徴とする請求項第８項記載の分離装置。
上記荷電モザイク膜を形成するそれぞれのポリマードメインの大きさが１μｍ以下であり、かつカチオン性ポリマーからなるドメインとアニオン性ポリマーからなるドメインとが互いに隣接していることを特徴とする請求項第８項記載の分離装置。