JP6649309B2 - 水処理システム及び作業媒体 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
第1実施形態に係る水処理システムを図1に示す概略図を参照して説明する。図1に示す第1実施形態に係る水処理システム100は、被処理水Aを収容する第1チャンバー13と作業媒体Bを収容する第2チャンバー14とを区画する浸透膜12を備える第1処理容器11を有する浸透圧発生器1において、作業媒体Bが浸透圧を誘起する。
第2実施形態は、実施形態1の主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物の代わりにカルボン酸基の金属塩構造を有するアミノ酸を用いること以外は、第1実施形態と共通する。
次に、水処理システムの1つの例である脱塩システムを図3に示す概略図を参照して説明する。第2実施形態において、第1チャンバー13、被処理水A、第2チャンバー14、作業媒体Bと浸透膜12は、第1実施形態、第2実施形態と共通する。被処理水Aは、海水などの塩水(塩化ナトリウム水溶液)である。第2実施形態に用いられる作業媒体Bは、第1実施形態又は第2実施形態の作業媒体Bである。図3以降では、水処理システム中の被処理水、作業媒体と水の符号は示していないが、これらの符号は、図1の水処理システムと共通する。
次に、水処理システムの1つの例である濃縮システム300を図4に示す概略図を参照して説明する。第4実施形態に用いられる作業媒体Bは、第1実施形態又は第2実施形態の作業媒体Bである。
次に、第4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400を図5に示す概略図を参照して説明する。なお、図5において図4と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。第4実施形態に用いられる作業媒体は、第1実施形態又は第2実施形態の作業媒体Bである。
第1ポンプ46を駆動して水を被処理水タンク45から浸透圧発生器31の第1チャンバー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ポンプ47を駆動して濃縮作業媒体Bを濃縮作業媒体タンク34から浸透圧発生器31の第2チャンバー44内にパイプライン201cを通して供給する。第2チャンバー44に供給された濃縮作業媒体Bは、第1チャンバー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チャンバー43内の水と第2チャンバー44内の濃縮作業媒体Bとの間で浸透圧差が生じ、水が浸透膜42を透過して第2チャンバー44内に移動する。このとき、第2チャンバー44内の作業媒体Bは、実施形態の溶質を含む水溶液で、高い浸透圧の誘起作用を示す。このため、第1チャンバー43内の水が浸透膜32を透過して第2チャンバー44内の作業媒体Bに移動する際、高い透過流束を発生する。その結果、第1チャンバー43内の多くの水を第2チャンバー44の濃縮作業媒体B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Bが生成される。なお、第1チャンバー43内の水はパイプライン201bを通して排出される。
DTPMP・7Na:ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)7Na塩
明細書中、一部の元素は、元素記号のみで表している。
B…作業媒体、
C…水
1、31…浸透圧発生器、
2、32…希釈作業媒体タンク、
3…逆浸透膜分離器、
4、34…濃縮作業媒体タンク、
11、41…第1処理容器、
12、42…浸透膜、
13、43…第1チャンバー、
14、44…第2チャンバー、
15、45…被処理水タンク、
16…第1ポンプ、
17…第2ポンプ、
21、51…第2処理容器、
22…逆浸透膜(RO膜)、
23、53…第3チャンバー、
24、54…第4チャンバー、
25…第3ポンプ、
26…純水タンク、
27…開閉弁、
33…膜蒸留分離器、
52…脱水膜、
61…第1開閉弁、
62…熱交換器、
64…循環タンク、
65…第2開閉弁、
66…第4ポンプ、
71…第1純水タンク、
72…第2純水タンク、
73…第3開閉弁、
74…第5ポンプ、
75…第4開閉弁、
81…圧力交換器、
82…回転体、
100…水処理システム、
101…パイプライン、
200…脱塩システム、
201…パイプライン、
300…濃縮システム300、
400…循環型浸透圧発電システム
Claims (12)
- 被処理水を収容する第1チャンバーと浸透圧を誘起する作業媒体を収容する第2チャンバーとを区画する浸透膜を備える第1処理容器を有し、
前記作業媒体が主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物と無機塩を溶質として含む水溶液であり、
前記無機塩は、アルカリ土類金属の塩又はアンモニウム塩であり、
前記無機塩の濃度は、0.4mol/L以上10mol/L以下である水処理システム。 - 前記作業媒体中の主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物の濃度は、0.05mol/L以上1.0mol/L以下である請求項1に記載の水処理システム。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物は、CxHyPzOwN s M t で表され、
前記Mは、アルカリ金属であり、x、y、z、w、sとtは、2≦x≦20、8≦y≦30、1≦z≦6、3≦w≦18、0≦s≦3、2≦t≦10を満たす請求項1又は2に記載の水処理システム。 - 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物は、式(1)、(2)、(3)(4)又は(5)で表される構造を有する化合物のカルボン酸基、ホスホン酸基、又は、カルボン酸基及びホスホン酸基が金属塩構造を有する化合物であり、
前記式(1) 式のR11〜R13は、Cn1H2n1(n1は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記X11〜X13は、それぞれ、−COOH、−P(OH)2とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH)2であり、
前記式(2)中のR21〜R27は、Cn2H2n2(n2は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記X21〜X27は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH)2とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH)2であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(3)中のR31〜R35は、Cn3H2n3(n3は0から3までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(3)中のR32〜R35は、任意にカルボン酸基を含み、前記式(3)中のX31〜X34は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH)2とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH)2であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(4)中のR41〜R49は、Cn4H2n4(n4は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(4)中のX41〜X46は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH)2とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH)2であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(5)中のR51〜R54は、Cn5H2n5(n5は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(5)中のX51〜X54は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH)2とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH)2であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物は、ニトリロ三酢酸2Na塩、N−(2−ヒドロキシエチル)イミノニ酢酸2Na塩、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)5Na塩、ジエチレントリアミン五酢酸3Na塩、ジエチレントリアミン五酢酸5Na塩、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)7Na塩、N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン−N,N’,N’−三酢酸3Na塩、1,3−プロパンジアミン四酢酸4Na塩、1,3−ジアミノ−2−プロパノール−N,N,N’,N’−四酢酸2Na塩、グリコールエーテルジアミン四酢酸4Na塩、エチレンジアミンジスクシン酸3Na塩、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸5Na、3−カルボキシ−3−ホスホノヘキサン二酸5Naからなる群のうちのいずれか1種以上である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物に含まれるカルボン酸基とホスホン酸基の総数は、5以上である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物は、アミノ酸である請求項1又は3に記載の水処理システム。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物は、アルギニンである請求項1ないし3及び7のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の水処理システムは、回転体をさらに有し、
前記浸透圧の誘起によって、水流が生じ、
前記水流によって前記回転体を回転させて発電する水処理システム。 - 主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物と無機塩を溶質として含み、
前記無機塩は、アルカリ土類金属の塩又はアンモニウム塩であり、
前記無機塩の濃度は、0.4mol/L以上10mol/L以下であって、
浸透圧を誘起する溶媒として用いられる作業媒体。 - 前記作業媒体中の主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物の濃度は、0.05mol/L以上1.0mol/L以下である請求項10に記載の浸透圧を誘起する溶媒として用いられる作業媒体。
- 前記主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造を有する化合物、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物、又は、主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にカルボン酸基の金属塩構造並びに主鎖、側鎖、若しくは主鎖及び側鎖にホスホン酸基の金属塩構造を有する化合物は、式(1)、(2)、(3)(4)又は(5)で表される構造を有する化合物のカルボン酸基、ホスホン酸基、又は、カルボン酸基及びホスホン酸基が金属塩構造を有する化合物であり、
前記式(1) 式のR 11 〜R 13 は、C n1 H 2n1 (n1は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記X 11 〜X 13 は、それぞれ、−COOH、−P(OH) 2 とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH) 2 であり、
前記式(2)中のR 21 〜R 27 は、C n2 H 2n2 (n2は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記X 21 〜X 27 は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH) 2 とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH) 2 であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(3)中のR 31 〜R 35 は、C n3 H 2n3 (n3は0から3までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(3)中のR 32 〜R 35 は、任意にカルボン酸基を含み、前記式(3)中のX 31 〜X 34 は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH) 2 とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH) 2 であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(4)中のR 41 〜R 49 は、C n4 H 2n4 (n4は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(4)中のX 41 〜X 46 は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH) 2 とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH) 2 であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基であり、
前記式(5)中のR 51 〜R 54 は、C n5 H 2n5 (n5は0から2までの整数のいずれか)のアルキル鎖であり、前記式(5)中のX 51 〜X 54 は、それぞれ、H、−COOH、−P(OH) 2 とOHからなる群のうちのいずれかであり、一分子中少なくとも2つのXは、−COOH又はP(OH) 2 であり、一分子中少なくとも3つのXは、H以外の官能基である請求項10又は11に記載の浸透圧を誘起する溶媒として用いられる作業媒体。
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