WO2013065293A1 - 淡水製造方法および装置 - Google Patents

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渕上　浩司
剛志 水上
亮 功刀
規人 植竹
内山　武
洋平 冨田
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Ｊｆｅエンジニアリング株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing fresh water by purifying seawater or brine using a semipermeable membrane, for example.
  • seawater 2 flows in the first chamber 58 of the semipermeable membrane device, and in the second chamber 59 provided on the opposite side through the semipermeable membrane 4, A high concentration salt solution 6 obtained by dissolving ammonia and carbon dioxide in water is passed.
  • the water in the seawater 2 moves to the salt solution 6 through the semipermeable membrane, becomes a diluted salt solution 7 and is sent to the third chamber 57. Therefore, carbon dioxide is blown in and cooled to precipitate ammonium hydrogen carbonate, and the supernatant is distilled by sending it to the distillation column 11 to obtain fresh water 12, and ammonia, carbon dioxide and water are contained from the top of the column.
  • the mixed gas 10 is separated and returned to the second chamber 59.
  • the precipitate separated in the third chamber 57 is dissolved by adding a salt solution, and the resulting high-concentration salt solution 6 is also returned to the second chamber 59.
  • a salt solution obtained by dissolving ammonia and carbon dioxide in water is passed through a semipermeable membrane on the side opposite to seawater, and the salt water is passed through the semipermeable membrane by passing the salt water.
  • the diluted salt solution obtained is transferred to a solution, and ammonium ions and carbonate ions are separately separated using an ion exchange membrane, a distillation tower, etc. to obtain fresh water, and the separated ammonium ions and carbonate ions are dissolved to be semipermeable. It is a method of returning to the original room of the membrane.
  • the permeating fluid is collected here, and the permeating fluid at one end is collected through the inner tube 66 to the other permeating fluid collecting member 65a.
  • the pressure vessel 60 is provided with a supply fluid inlet 45, a concentrated fluid outlet 47, and a permeate fluid outlet 46.
  • Patent Document 4 This apparatus produces fresh water by condensing water vapor obtained by flash evaporation after heating seawater with a solar pond.
  • the steam generator (evaporation unit) 73 that evaporates water using the mineral oil or molten salt heated by the heat collection unit 72 as a heat source, the steam turbine (turbine unit) 74 driven by the evaporated steam, and the steam turbine A generator (power generation unit) 75 driven by 74 to generate electricity, a reverse osmosis membrane desalination device (fresh water generation unit) 76 for producing fresh water from salt water, and fresh water from the exhaust heat of the steam driving the steam turbine 74 It is composed of a multi-stage effect desalination apparatus (fresh water generating section) 77 for watering, and a combustion furnace (combustion section) 78 for burning biomass such as dates or wheat.
  • the technology for desalinating seawater and wastewater uses an evaporation method in which these waters are heated, evaporated and condensed under reduced pressure to obtain fresh water, and a reverse osmosis membrane.
  • a reverse osmosis membrane method is known in which fresh water is obtained by applying pressure of 2 times or more and allowing salt to permeate only water without permeating the membrane.
  • correspond to the balance of the demand amount of fresh water and the demand amount of electric power combining these two techniques is also known.
  • Patent Document 6 wastewater heated at a heat rejection unit is introduced into a reverse osmosis system in order to improve the desalination rate of seawater in a method of desalination by evaporating seawater using a multistage flash system. Further, a method for obtaining fresh water is disclosed.
  • Patent Document 7 discloses that in a seawater desalination system using a reverse osmosis membrane, pressure is applied to power generation equipment that exchanges heat of seawater and uses it as a cooling source, and seawater whose water temperature has increased by this heat exchange.
  • Technology for desalinating with a reverse osmosis membrane is disclosed.
  • a method using a steam turbine is also disclosed in this power generation facility.
  • FIG. 15 and FIG. 16 show the system disclosed in FIG. 5 of Patent Document 7.
  • the seawater 2 enters the heat exchanger 82 and is heated by exchanging heat with the medium 88, and the heated seawater 90 is sent to the seawater desalination facility 84. And fresh water 12 is taken out from there.
  • the cooled medium 88 is sent to the power generation facility 86.
  • This seawater desalination facility a combination of the evaporation seawater desalination facility 106 and the reverse osmosis seawater desalination facility 108 is shown in FIG.
  • the heated seawater 90 enters the reverse osmosis seawater desalination facility 108 from the lower right of the drawing, and the freshwater 12 is taken out.
  • an aqueous chemical solution may be injected as drilling water or steam to increase the amount of natural gas or crude oil.
  • the crude oil extracted from the oil reservoir contains these chemical aqueous solutions and groundwater containing inorganic ions in the formation as associated water, and the associated water is separated from the mined natural gas and crude oil.
  • the separated associated water contains salt, organic matter, suspension, etc., and if discharged as it is, it causes environmental pollution problems and needs to be purified.
  • Patent Document 8 As a technology for purifying the accompanying water, a technology has been developed that removes suspended matter and organic matter by sand filtration and activated carbon treatment, and discharges it to the ocean while leaving salt (Patent Document 8).
  • Patent Document 9 a technique using membrane separation is known (Patent Document 9). The method first converts the water-soluble silica contained in the accompanying water into a suspension of insoluble silica, removes it with a ceramic membrane, then evaporates and recovers water with an evaporator and reuses it for crude oil mining. It is to do. The use of a reverse osmosis membrane instead of the evaporator is also disclosed.
  • the forward osmosis (FO) method using the osmotic pressure difference between the solutions on both sides with the membrane as the filtration driving force.
  • the liquid flow rate in the vicinity of the membrane surface membrane surface flow rate
  • concentration or dilution occurs near the membrane surface.
  • the effective osmotic pressure difference which is the driving force for filtration
  • the flow path is narrow on the inside of the hollow fiber, so it is easy to increase the flow rate on the membrane surface.However, on the outside of the hollow fiber, the flow rate is wide. The energy of the liquid increases. Moreover, the filtration rate decreases due to the occurrence of drift and short circuit.
  • Patent Document 4 has low heat collection efficiency and is not suitable for producing a large amount of fresh water.
  • Patent Document 6 and Patent Document 7 require a large amount of heat energy for evaporation of raw water, and the reverse osmosis membrane method also requires a large amount of electric power because it uses a high-pressure pump. In addition to the technology that uses this energy, there is a demand for a system in which one of the exhausted energy cannot be used by the other, and the energy can be used more efficiently.
  • Patent Document 9 The technology using membrane separation in Patent Document 9 is excellent in that the accompanying water can be purified and reused, but the reverse osmosis membrane treatment is performed at a high pressure of about 6 to 8 MPa, and requires a large amount of power. Further, a large amount of the concentrated water remaining without passing through the reverse osmosis membrane is generated in about half of the accompanying water, and energy is also required for evaporation of the concentrated water.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems.
  • the aqueous solution state is obtained by directly cooling a gas composed of carbon dioxide, ammonia, and water, which is distilled and separated from an aqueous solution containing a thin ammonium carbonate. It is intended to be reused.
  • Another object of the present invention is to provide means for efficiently diluting a dilution-inducing solution and separating fresh water.
  • Another object of the present invention is to provide a method in which the accompanying water can be treated and reused with less power and energy.
  • Another object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module that can obtain a good filtration rate even when a semipermeable membrane is used in a forward osmosis method.
  • the present invention has been made to achieve the above object, and a liquid in which a solvent is water is brought into contact with an induction solution in which a predetermined amount of a volatile substance is dissolved in water through a semipermeable membrane, and the liquid
  • a forward osmosis step in which the water in the mixture is transferred to the induction solution through the semipermeable membrane, and the diluted induction solution diluted with water obtained in the step is adjusted to a predetermined temperature, and then sent to the distillation column.
  • a fresh water production method and apparatus comprising a distillation step of obtaining a gas comprising a volatile substance and water vapor from the top of the tower and obtaining fresh water from the bottom of the tower, and a cooling regeneration step of regenerating the induction solution by cooling the gas. It is to provide.
  • the present invention is also characterized in that solar heat is used as it is without being converted into electricity as a heat source for distilling the diluted induction solution.
  • the present invention provides fresh water production characterized in that, in the fresh water production method and apparatus, steam produced using concentrated solar energy is used as a heating source for the dilution induction solution in the distillation step. Methods and apparatus are provided.
  • the present invention further includes an evaporation method desalination apparatus that desalinates a liquid whose solvent is water by an evaporation method, and is manufactured by the evaporation method desalination apparatus as a heating source of the dilution induction solution in the distillation step.
  • the present invention provides a fresh water production method and apparatus characterized by utilizing sensible heat of fresh water.
  • the present invention also provides the power required to pressurize to a high pressure by performing desalination of filtered water obtained by filtering the accompanying water discharged from the well, instead of reverse osmosis membrane treatment.
  • the heat of the condensate generated in the crystallization process and evaporation of the membrane concentrated water generated in the membrane treatment as a heat source for heating the dilution induction solution required by reducing and converting to the forward osmosis membrane treatment, It is characterized by the fact that the total power and energy required for the treatment of accompanying water can be saved.
  • the liquid whose solvent is water is filtered water obtained by filtering the accompanying water discharged from the well in the filtration process, and in the forward osmosis process, the water in the liquid is a semipermeable membrane. Evaporating and concentrating the membrane concentrated water remaining after moving to the induction solution through the evaporation step to obtain evaporated concentrated water and condensed water, further evaporating and concentrating the evaporated concentrated water, and depositing salts contained in the evaporated concentrated water And a crystallization step for obtaining condensed water and a fresh water production method and apparatus.
  • the present invention provides a hollow fiber membrane module used as a semipermeable membrane device, wherein a partition plate is provided in the gap between a bundle of hollow fiber membranes and a case housing the hollow fiber membrane module, thereby The flow is changed in a direction perpendicular to the bundle of hollow fiber membranes and fed into the bundle of hollow fiber membranes to mix the second fluid in the case, thereby suppressing a decrease in filtration rate.
  • the present invention provides a hollow fiber membrane module in which the semipermeable membrane is a hollow fiber membrane and a bundle comprising a plurality of hollow fiber membranes having both ends opened is accommodated in a case.
  • a first fluid inflow through the inside of the hollow fiber membrane and a second fluid outflow through the outside of the hollow fiber membrane at one end of the case, and at the other end of the case A first fluid outlet that circulates inside the hollow fiber membrane and a second fluid inlet that circulates outside the hollow fiber membrane, and an inner wall of the case and an outer edge of the hollow fiber membrane bundle
  • the present invention provides a fresh water producing apparatus, which is a hollow fiber membrane module, having a partition plate for preventing a short circuit of the second fluid in the gap.
  • this hollow fiber module by installing a partition plate outside the bundle of hollow fiber membranes, drift and short circuit are suppressed, mixing is promoted, and the flow outside the hollow fiber membrane can be brought close to the plug flow, High filtration efficiency can be obtained.
  • a gas consisting of carbon dioxide, ammonia, and water distilled and separated from a diluted induction solution is cooled as it is to form an aqueous solution, and the induction solution is regenerated and reused to obtain energy necessary for distillation.
  • the structure can be simplified.
  • the solar energy is used as a heat source, so that the loss in the case of using it converted to electricity is eliminated, and the utilization efficiency of solar energy is improved. Therefore, compared with the case where a reverse osmosis membrane apparatus is used, the installation area of a solar heat collecting apparatus can be reduced in space and cost.
  • the induction solution is regenerated and reused, so that the energy required for distillation is obtained.
  • the structure can be simplified.
  • the concentration of the induction solution can be increased or decreased by a simple method, and the apparatus can be operated efficiently.
  • the heat of fresh water produced by the evaporation method can be used for distillative separation of volatile solute and fresh water from the dilution induction solution in the forward osmosis (FO) method.
  • FO forward osmosis
  • the accompanying water discharged from the well can be treated with less electric power and energy, and the treated water can be reused as drilling water or steam.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention is used, a high filtration rate can be maintained even if the filtration using the hollow fiber membrane is forward osmosis.
  • the liquid (liquid to be treated) used for obtaining fresh water in the present invention may be water as long as the solvent is used.
  • brine such as sea water, lake water, river water, factory waste water, and well associated water. Etc.
  • the well is not particularly limited as long as it discharges accompanying water.
  • the well is a well for mining shale gas, oil sand, CBM (coal seam methane), oil, or the like.
  • evaporation residues mainly Na + , K + , Ca 2+ , Cl ⁇ , SO 4 2 ⁇ , etc.
  • organic substances such as oil and added chemicals
  • oil-water separation is performed by, for example, sedimentation / levitation.
  • the separated accompanying water is first filtered.
  • This filtration treatment is performed with a filter using a microfiltration membrane, and a normal membrane used as a microfiltration membrane can be used as the filtration membrane.
  • a normal membrane used as a microfiltration membrane can be used as the filtration membrane.
  • ceramic membranes and porous glass membranes can also be used.
  • membrane filtrate water that has passed through the micro filtration membrane and membrane concentrated water remaining without passing through the membrane are obtained.
  • filtration treatment such as ultramembrane filtration and sand filtration is used. The same material as that used for the precision membrane filtration is used for the ultramembrane filtration.
  • the forward osmosis process is a process in which the liquid to be treated and the induction solution are brought into contact with each other through the semipermeable membrane, and water in the liquid to be treated is transferred to the induction solution through the semipermeable membrane by a difference in osmotic pressure. .
  • the induction solution is a solution in which a predetermined amount of a volatile substance having a boiling point of less than 100 ° C. is dissolved in water, for example, an aqueous ammonium carbonate salt solution formed by dissolving a predetermined amount of ammonia and carbon dioxide in water.
  • the predetermined amount is an amount that makes the water in the liquid to be processed a concentration that allows the water to pass through the semipermeable membrane to the induction solution and is higher than the salt concentration of the liquid to be processed.
  • the upper limit of the concentration is determined so that a volatile substance, for example, a salt of ammonia and carbon dioxide, that is, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium carbamate, etc.
  • the molar ratio of ammonia to carbon dioxide is about 1.5-3. This molar ratio is also taken into consideration so that the salt of ammonia and carbon dioxide does not precipitate on the semipermeable membrane surface or in the distillation column.
  • solute of the induction solution it is possible to use a solute having high solubility and high osmotic pressure, and having a boiling point lower than that of water, that is, a boiling point of less than 100 ° C., high volatility, and low toxicity.
  • examples thereof include alcohols such as ethyl alcohol, propanol and tert-butyl alcohol, and ketones such as acetone.
  • the semipermeable membrane is preferably one that can selectively permeate water, and a commercially available one, particularly a forward osmosis membrane, can be preferably used.
  • the material is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acetate-based, polyamide-based, polyethyleneimine-based, polysulfone-based, and polybenzimidazole-based materials.
  • the form of the semipermeable membrane is not particularly limited and may be any of a flat membrane, a tubular membrane, a hollow fiber, and the like.
  • Distillation step In the distillation step, the dilution-inducing solution diluted by the movement of water in the forward osmosis step is adjusted to a predetermined temperature if necessary, and then sent to the distillation column, from the top of the column from volatile substances and water vapor. In this process, fresh water is obtained from the bottom of the tower.
  • the predetermined temperature at which the dilution induction solution is adjusted is a temperature at which a salt of a volatile substance does not precipitate, and this can be obtained by experiments.
  • This temperature adjustment is usually performed by heating. This heating can be performed by exchanging heat with the gas discharged from the top of the distillation tower and utilizing the sensible heat or latent heat thereof, or by exchanging heat with fresh water discharged from the bottom of the distillation tower.
  • the sensible heat can also be used. Both can be used together, or another heat source can be used.
  • the diluted induction solution whose temperature has been adjusted is sent to a distillation column for distillation to separate volatile substances such as ammonia and carbon dioxide.
  • a gas composed of volatile substances such as carbon dioxide, ammonia and water vapor is obtained from the top of the distillation tower, and fresh water is obtained from the bottom of the tower.
  • volatile substances such as carbon dioxide, ammonia and water vapor
  • fresh water is obtained from the bottom of the tower.
  • the volatile substances are carbon dioxide and ammonia
  • the fresh water taken out from the bottom of the tower has a carbon dioxide content of about 10 ppm or less and an ammonia content of about 10 ppm or less. The following fresh water is also obtained.
  • Cooling regeneration process is a process of regenerating the induction solution by cooling a gas composed of volatile substances and water vapor distilled from the top of the distillation column, and uses a heat exchanger.
  • a dilution induction solution discharged from the forward osmosis membrane treatment apparatus or the like can be used as the heat source for cooling.
  • the regenerated induction solution is sent to the semipermeable membrane for circulation.
  • the piping since a high-concentration induction solution is used, there is a possibility that the piping may be clogged due to salt precipitation.
  • the dilution induction solution is periodically passed through this circulation line. It is preferable to water or increase the flow rate of the induction solution instantaneously.
  • the evaporation process is a process of evaporating and concentrating well-associated water from the membrane concentrated water obtained in the filtration process and the membrane concentrated water obtained in the forward osmosis process.
  • a normal evaporator that is, a single can, a multi-effect can, a vapor compression evaporator, a multistage flash evaporator, or the like can be used.
  • Evaporation may be performed at normal pressure or reduced pressure depending on the heat source. It is preferable that the condensed water is directly put into the first evaporator, or the heat contained therein is used as a heat source in the distillation process via a heat exchanger or the like. The evaporated concentrated water is sent to the next step.
  • Crystallization step is a step of further evaporating and concentrating the evaporated concentrated water to precipitate the salts contained in the evaporated concentrated water and obtaining condensed water.
  • Crystallization cans can be used.
  • the condensed water is preferably used as a heat source in the distillation step in the same manner as the condensed water in the previous step.
  • the slurry taken out from the crystallizer is separated into solid and liquid, and the mother liquor containing crystals and organic matter is disposed of as industrial waste, or if it contains almost no environmental pollution components such as heavy metals and organic matter, it is a snow melting agent. Etc. can also be used.
  • a liquid whose solvent is water is brought into contact with a predetermined amount of a volatile substance, for example, an induction solution in which ammonia and carbon dioxide are dissolved in water through a semipermeable membrane, Forward osmosis means for moving water through the semipermeable membrane to the induction solution, dilution induction solution temperature adjustment means for adjusting the total amount of the dilution induction solution diluted with water obtained by the means to a predetermined temperature, and the temperature A distillation column for distilling the diluted induction solution adjusted to a predetermined temperature by the adjustment unit; and a cooling regeneration unit for regenerating the induction solution by cooling a gas comprising a volatile substance and water vapor obtained from the top of the distillation column.
  • a fresh water producing apparatus having fresh water recovery means containing almost no volatile substances obtained from the bottom of the distillation tower.
  • Forward osmosis means The forward osmosis means is means for bringing the liquid to be treated and the induction solution into contact with each other through the semipermeable membrane, and moving the water in the liquid to be treated to the induction solution through the semipermeable membrane. Is used.
  • the semipermeable membrane used in the semipermeable membrane device is as described above.
  • a device for mounting this semipermeable membrane is usually provided with a semipermeable membrane in a cylindrical or box-shaped container, and the liquid to be treated is allowed to flow into one chamber partitioned by this semipermeable membrane, and into the other chamber.
  • the induction solution is made to flow, a known semipermeable membrane device can be used, and a commercially available product can be used.
  • the inlet of the chamber through which the liquid to be treated flows is connected to a liquid reservoir (this may be the sea or river itself, or a tank or the like).
  • the outlet side is usually connected to a concentrated liquid tank to be processed by piping.
  • a circulation line connecting both pipes can be provided to circulate the liquid to be purified.
  • the inlet of the chamber through which the induction solution flows is piped to the cooling regeneration means, and the outlet is piped to the diluted induction solution temperature control means, thereby forming a circulation line for the induction solution.
  • the diluted induction solution is passed through the outlet piping of the cooling regeneration means. It is preferable to provide a dilution-inducing solution water passing means for watering.
  • this hollow fiber membrane module is a case in which a bundle of a large number of hollow fiber membranes open at both ends is accommodated in a case.
  • FIGS. 1 Schematic structure of an example of the hollow fiber membrane module of the present invention is shown in FIGS.
  • a large number of hollow fiber membranes 42 are aligned in the cylindrical length direction of the case 41 in a cylindrical case 41, and both ends of each hollow fiber membrane are fixed by tube plates 43 and 44.
  • One end of the case 41 is provided with a raw water inlet 45 and a diluted concentrated solution outlet 46 as a first fluid, and a concentrated raw water outlet 47 and a concentrated solution inlet 48 as a second fluid are provided at the other end.
  • Partitions 49 and 50 are provided inside both ends of the case 41, and chambers 51 and 52 are formed at both ends.
  • the chamber 51 on the raw water inlet 45 side is a chamber for collecting the diluted concentrated solution
  • the chamber 52 on the concentrated raw water outlet 47 side is a chamber for dispersing the concentrated solution.
  • a chamber 53 for dispersing raw water passing through the hollow fiber membrane 42 is provided between the partition 49 and the tube plate 43, and a space between the tube plate 44 on the outlet side of the hollow fiber membrane 42 and the partition 50 extends from the hollow fiber membrane.
  • a chamber 54 for collecting concentrated raw water is also provided.
  • partition plates 55 that prevent the flow of the second fluid are provided at three substantially equal intervals.
  • Each partition plate 55 is provided with four flow ports 56 at substantially equal intervals in the circumferential direction.
  • the area (excluding the circulation port 56) occupying the gap between the partition plates is 3%. In order to prevent a short circuit (short path) of the second fluid, it is better to dispose the distribution port of each partition plate in the circumferential direction (dotted line in FIG. 10).
  • raw water enters the chamber 53 in the module from the raw water inlet 45 and passes through the hollow fiber membrane 42.
  • the water in the raw water moves to the concentrated solution side through the hollow fiber membrane 42 due to the difference in osmotic pressure.
  • the concentrated raw water exits the hollow fiber membrane 42 and enters the chamber 54 and exits from the concentrated raw water outlet 47 to the outside of the module.
  • the concentrated solution enters the chamber 52 in the module from the concentrated solution inlet 48, passes through the partition 50, and flows outside the hollow fiber membrane 42.
  • the concentrated solution flowing through the gap between the inner wall of the case and the outer edge of the hollow fiber membrane bundle strikes the partition plate 55 and changes the flow direction into the hollow fiber membrane bundle, but a part thereof passes through the circulation port 56.
  • the concentration in the vicinity of the membrane surface mixed in the module approaches the mainstream and efficiently moves the water in the raw water to the concentrated solution.
  • the concentrated solution diluted with water transferred from the raw water collects in the chamber 51 and exits from the diluted concentration solution outlet 46.
  • FIG. 11 shows a schematic structure of a hollow fiber membrane module, which is another example of the hollow fiber module of the present invention, in a longitudinal section, and each bundle of a large number of hollow fiber membranes 42 is accommodated in a case 5 bundles.
  • a partition plate 55 is provided that prevents a short circuit of the second fluid in the gap between the inner wall of the case and the hollow fiber membrane bundle and in the gap between the hollow fiber membrane bundles.
  • the hollow fiber membrane As the hollow fiber membrane, a commercially available one can be used, and the material is not particularly limited. However, a cellulose ester such as cellulose and cellulose acetate, a cellulose ether, a polyamide, a silicone resin, a polyester resin, an unsaturated polyester resin or a polymer such as a ceramic or the like. Select one that can selectively penetrate the object according to the purpose of use.
  • the shape of the hollow fiber membrane is not particularly limited.
  • the hollow fiber membrane has a circular cross section, a hexagonal shape, a trilobal, or the like.
  • the number of hollow fibers varies depending on the size of the case for housing the hollow fiber membrane, and is, for example, about 1,000 to 1,000,000 in a case of 8 inches in diameter.
  • the number of hollow fiber membrane bundles may be one or a plurality of, for example, three, six, seven, etc.
  • the hollow fiber membrane is open at both ends, and both ends are fixed with a tube sheet.
  • the case that accommodates the bundle of hollow fiber membranes needs to be a pressure vessel that can withstand the pressure when used in reverse osmosis, etc. On the other hand, it does not have to be a pressure vessel when used in forward osmosis. .
  • the shape of the case is not particularly limited, but is usually cylindrical.
  • the case has an inlet for the first fluid that flows through the inside of the hollow fiber membrane and an outlet for the second fluid that flows outside the hollow fiber membrane at one end, and the outlet and the first fluid flow outlet at the other end.
  • a two-fluid inlet may be provided on the end face of the case, or may be provided on the end of the body. And the partition wall between both is provided so that a 1st fluid and a 2nd fluid may not mix.
  • the hollow fiber membrane module is generally provided with a gap between the outer edge of the hollow fiber membrane bundle and the inner wall of the case in order to ensure the flow of the second fluid.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention is characterized in that a partition plate that prevents a short circuit of the second fluid is provided in the gap.
  • This partition plate blocks the flow of the second fluid flowing through the gap between the inner wall of the case and the hollow fiber membrane bundle and changes the flow toward the inside of the hollow fiber membrane bundle.
  • the area of the partition plate (the area in the direction perpendicular to the cylinder length direction of the case) is preferably about 95% or less of the area of the gap because the flow of the second fluid becomes worse if the entire gap is occupied.
  • the shape is not limited, but it is, for example, an annular shape. When there are a plurality of hollow fiber membrane bundles, for example, a lotus root is formed.
  • the partition plate can be provided with a circulation port.
  • the circulation port is for eliminating the dead space by making the flow of the second fluid close to uniform, and the shape is not limited, but a circular shape is preferable in that the pressure loss is low and clogging is difficult.
  • the diameter is, for example, about 5 to 20 mm.
  • a suitable number of partition plates is one per 10 to 100 cm of the case tube length.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention can be used for both forward osmosis and reverse osmosis, but is particularly effective in the case of forward osmosis using an osmotic pressure difference as a filtration driving force.
  • Either the raw water or the concentrated solution can be used as the first fluid.
  • the type of liquid to be treated with this hollow fiber membrane module is not limited, but examples include desalination of seawater, purification of waste water, and production of aseptic water.
  • the dilution induction solution temperature adjustment means is a means for adjusting water to a predetermined temperature in order to send the diluted induction solution to the distillation column by extracting water from the liquid to be treated with a semipermeable membrane device.
  • the predetermined temperature is a temperature at which the salt of ammonia and carbon dioxide does not precipitate, and this can be determined by experiment.
  • This temperature adjustment is usually performed by heating. This heating can be performed by exchanging heat with the gas discharged from the top of the distillation column and utilizing its sensible heat or latent heat, or by heat exchange with fresh water discharged from the bottom of the distillation column. The sensible heat can also be used. Both can be used together, or another heat source can be used.
  • the dilution induction solution temperature control means is connected to the distillation tower by piping.
  • a known distillation column may be used, and any of a shelf system, a packing system, and the like may be used.
  • a heater is provided at the lower part of the distillation column, and the steam generated by heating the fresh water in the lower part is brought into contact with the diluted induction solution falling from the upper part to exchange heat.
  • a reboiler, heat exchange, etc. can be used for a heater.
  • the heat source of a heater is not ask
  • the temperature of the heat source is 100 ° C. or higher, distillation can be carried out at normal pressure.
  • Solar energy can also be used as a heat source for the heater.
  • water may be directly generated by a condensing device to generate water vapor, a condensing device and a steam generator are provided, a heat medium is heated by the condensing device, and a heat medium is generated by the steam generator. Steam may be generated by exchanging heat with water.
  • the concentrator may be one that is generally used for the use of solar energy, and usually a heating tube placed at the focal point of a concave mirror or bowl-shaped reflector or commonly called a heliostat, For example, a reflector group that automatically tracks the position of the sun every few seconds is used.
  • the heat medium may be one generally used for solar energy, such as a heat medium oil such as silicone oil, or a molten salt such as lithium carbonate or potassium carbonate that flows like water when dissolved by heat. .
  • a heat medium oil such as silicone oil
  • a molten salt such as lithium carbonate or potassium carbonate that flows like water when dissolved by heat.
  • an evaporative desalination apparatus is also provided, and the sensible heat of the fresh water obtained by the evaporative desalination apparatus can be used as the heat source of the distillation apparatus.
  • This utilization method may be an indirect method in which heat is exchanged with the dilution-inducing solution by a heat exchanger, or a method in which fresh water is directly introduced into the distillation column. This makes it possible to effectively use the sensible heat of evaporation fresh water that has been discarded.
  • other heat sources can be used in combination. Although other heat sources are not ask
  • a gas composed of a volatile substance and water vapor is obtained from the top of the distillation tower, and fresh water is obtained from the bottom of the tower.
  • the volatile substances are carbon dioxide and ammonia
  • the fresh water taken out from the bottom of the tower has a carbon dioxide content of about 10 ppm or less and an ammonia content of about 10 ppm or less.
  • Fresh water adjusted to 1 ppm or less is also obtained.
  • Cooling regeneration means Pipe connected to the tower top gas cooling regeneration means from the top of the distillation tower via the dilution induction solution temperature control means, and the gas composed of volatile substances and water vapor obtained from the tower top is cooled to form an aqueous solution.
  • a cooling means is not ask
  • the induction solution storage tank is a reservoir for the induction solution regenerated by the cooling regeneration means and can also serve as a storage tank for the induction solution prepared in advance.
  • Fresh water recovery means is a means for drawing out fresh water containing almost no volatile substances accumulated at the bottom of the distillation tower from the bottom of the tower, and usually a pump is used. If there is a significant difference in height between the distillation tower and the storage tank for fresh water, and if the inside of the distillation tower is not depressurized, natural spillage can be used. Moreover, when the fresh water extracted from the tower bottom part contains some volatile substances, for example, ammonia and a carbon dioxide, a water treatment is implemented suitably according to a use.
  • Fresh water storage tank is a fresh water storage tank extracted from the bottom of the distillation tower.
  • FIG. 1 shows a configuration of an example of a fresh water production apparatus to which the present invention is applied.
  • 1 is a semipermeable membrane device, and a semipermeable membrane 4 is accommodated therein.
  • Seawater 2 which is an example of a liquid whose solvent is water, enters the chamber on the left side of the container, where water 5 moves through the semipermeable membrane to the right side chamber due to the osmotic pressure difference with the induction solution, and is concentrated thereby.
  • Seawater 3 is discharged from the left chamber.
  • the induction solution 6 enters the right chamber, and the diluted induction solution 7 diluted with water that has passed through the semipermeable membrane 4 exits the right chamber.
  • the dilution induction solution 7 that has come out of the chamber is heated by heat exchange in the heat exchanger 16 and enters the distillation column 11.
  • the dilution induction solution 7 is distilled, and a gas composed of a volatile substance and water vapor is discharged from the top of the tower.
  • This gas is cooled by exchanging heat in the heat exchanger 16, further heat exchanged with cooling water in the next heat exchanger 17, returning to the induction solution 6, and passing through the pump 18 to the semipermeable membrane of the semipermeable membrane 4. Recycled in the device 1.
  • fresh water 12 substantially free of volatile substances is discharged from the bottom of the tower, and after heat exchange with cooling water in the heat exchanger 20, it is discharged out of the system.
  • FIG. 2 shows another example of the fresh water production apparatus of the present invention.
  • This apparatus is further provided with a heat exchanger 21, except that the diluted induction solution 7 exiting the heat exchanger 16 and the fresh water exiting the heat exchanger 20 are further heat exchanged here, as shown in FIG. Is the same.
  • FIG. 3 shows another example of the fresh water production apparatus of the present invention.
  • a reboiler 15 is provided in the lower part of the distillation column 11 in the apparatus shown in FIG. Then, the water becomes steam in the steam generator 14 and is sent to the reboiler 15 in the distillation column 11.
  • FIG. 4 shows an example in which the heat medium is heated by the light collecting device 13 and is sent to the heat collecting device 19 to heat the water therein, which is converted into water vapor in the steam generator 14.
  • FIG. 7 shows another example of the fresh water production apparatus of the present invention.
  • This apparatus is composed of a to-be-treated water supply device 24, an evaporation method desalination device 22, an FO module (forward osmosis method desalination device) 1, an induction solution storage tank 23, and a distillation device 11.
  • the treated water 2 is sent by the treated water supply device 24 to the evaporation method desalination device 22 and the forward osmosis method desalination device 1, and the concentrated method treated water 3 and the fresh water 12 are discharged from the evaporation method desalination device 22. Is done.
  • the concentrated treated water 3 that has not passed through the membrane is discharged.
  • the induction solution 6 is fed from the induction solution storage tank 23 into the opposite chamber partitioned by the membrane, diluted with water that has passed through the membrane, and exits the chamber.
  • the diluted induction solution 7 leaving the chamber is returned to the induction solution storage tank 23 to form a circulation line.
  • a part of the induction solution stored in the induction solution storage tank 23 is sent to the distillation apparatus 11, and the volatilized volatile substance and water are returned to the induction solution storage tank 23 and dissolved.
  • a supply line for fresh water 12 is also connected to the distillation apparatus 11 from the evaporation method desalination apparatus 22, and heat exchange is performed directly or indirectly, and the heat is used in the distillation apparatus 11. Water from which volatile substances have been removed by distillation is finally extracted as fresh water 12.
  • Electrolytes which is a module of the chemical engineering simulator PRO / II ver9.0.1 of System and one of the modules of PRO / II, which can simulate the precipitation of ammonium carbonate solids.
  • Example 1 As the induction solution, a solution containing 8.5 mol / L of ammonia and 5.6 mol / L of carbon dioxide was used. The rest is all water and the molar ratio of ammonia to carbon dioxide is 1.5.
  • the inflow rate of the induction solution inlet of the semipermeable membrane device was 200 kg / hr.
  • a sodium chloride aqueous solution simulating seawater was used as the liquid to be treated.
  • the amount of water transferred to the induction solution through the separation device simulating a semipermeable membrane is 1,000 kg / hr, and the amount of the diluted induction solution flowing out from the outlet with the induction solution is 1,200 kg / hr,
  • the temperature was 28 ° C.
  • the dilution induction solution was heated to 38 ° C. by exchanging heat with the gas coming out from the top of the distillation tower, and sent to the first stage of the distillation tower.
  • the distillation tower is of a 30-stage shelf type, with a reboiler on the 30th lowest stage.
  • the temperature of the 30th stage was set to 46 ° C.
  • the pressure in the distillation column was set to a reduced pressure state of 10 kPaA (A represents an absolute pressure).
  • the concentration of carbon dioxide and ammonia contained in the fresh water coming out from the bottom of the distillation tower was 1 ppm or less.
  • the gas coming out from the top of the distillation tower had a temperature of 39 ° C., a molar fraction of water 0.68, carbon dioxide 0.13, and ammonia 0.19.
  • This gas is heat-exchanged with a dilution induction solution coming out of a separation device simulating a semipermeable membrane, further heat-exchanged with seawater at 25 ° C., cooled to 29 ° C., and separated into an aqueous solution state to simulate a semipermeable membrane Returned to the device.
  • a solution containing 6.9 mol / L of ammonia and 3.1 mol / L of carbon dioxide was used as the induction solution. The rest is all water and the molar ratio of ammonia to carbon dioxide is 2.2.
  • the pressure in the distillation column is 59 kPaA.
  • the inflow rate of the induction solution inlet of the separation device simulating a semipermeable membrane was 0.42 kg / hr.
  • a sodium chloride aqueous solution simulating seawater was used as the liquid to be treated.
  • the amount of water transferred to the induction solution through the separation device simulating a semipermeable membrane is 2.52 kg / hr, the amount of the diluted induction solution flowing out from the induction solution outlet is 2.94 kg / hr, and the temperature was 29 ° C.
  • the dilution induction solution was heated to 59 ° C. by exchanging heat with the gas coming out from the top of the distillation tower, and sent to the first stage of the distillation tower.
  • the gas that emerged from the top of the distillation column had a temperature of 80 ° C., a molar fraction of water of 0.780, carbon dioxide of 0.068, and ammonia of 0.152.
  • This gas is heat-exchanged with a dilution induction solution coming out of a separation device simulating a semipermeable membrane, further heat-exchanged with seawater at 25 ° C., cooled to 60 ° C., and separated into an aqueous solution state to simulate a semipermeable membrane Returned to the device.
  • a solution containing 6.8 mol / L of ammonia and 4.0 mol / L of carbon dioxide was used as the induction solution. The rest is all water and the molar ratio of ammonia to carbon dioxide is 1.7.
  • the pressure in the distillation column is atmospheric pressure.
  • the amount of inflow at the induction solution inlet of the separation device simulating a semipermeable membrane was 250 kg / hr.
  • a sodium chloride aqueous solution simulating seawater was used as the liquid to be treated.
  • the amount of water transferred to the induction solution through the separation device simulating a semipermeable membrane is 1000 kg / hr, the amount of diluted induction solution flowing out from the induction solution outlet is 1250 kg / hr, and the temperature is 40 ° C. there were.
  • the dilution induction solution was heated to 92 ° C. by exchanging heat with the gas coming out from the top of the distillation column, and sent to the first stage of the distillation column.
  • the heating amount of the reboiler at the bottom of the tower is 270 MJ / hr, and the amount of fresh water from the bottom of the tower is 1000 kg / hr.
  • the gas emerging from the top of the distillation column had a temperature of 93 ° C., a molar fraction of water of 0.755, carbon dioxide of 0.091, and ammonia of 0.154.
  • This gas is heat-exchanged with a diluted induction solution coming out of a separation device simulating a semipermeable membrane, further heat-exchanged with seawater at 25 ° C. and cooled to 62 ° C. or lower, and simulated into a semi-permeable membrane in an aqueous solution state. Returned to separator.
  • Comparative Example 1 An energy comparison with Example 3 is performed.
  • the flow in this comparative example is the device configuration shown in FIG.
  • the induction solution in the container for mixing the aqueous solution and the gas contains 4.3 mol / L ammonia and 2.5 mol / L carbon dioxide, and the rest is water.
  • the pressure in the distillation column is atmospheric pressure.
  • the amount of water flowing through the semipermeable membrane and moving to the induction solution was 1000 kg / hr, and the amount of water flowing into the induction solution inlet of the separation device simulating the semipermeable membrane was 630 kg / hr.
  • a total of 1630 kg / hr of the diluted induction solution is returned to the container in which the aqueous solution and the gas are mixed.
  • the induction solution derived from the container in which the aqueous solution and the gas were mixed was subjected to heat exchange with the gas coming out from the top of the distillation tower, heated to 85 ° C., and sent to the upper stage of the distillation tower.
  • the amount of heat input to the reboiler part for the amount of fresh water from the lower part of the tower to be 1000 kg / hr was 430 MJ / hr.
  • the gas that emerged from the top of the distillation column had a temperature of 86 ° C., a molar fraction of water of 0.556, carbon dioxide of 0.164, and ammonia of 0.279. This gas is returned to the container in which the aqueous solution and the gas are mixed.
  • Table 1 shows the amount of heat input to the reboiler part necessary for producing 1000 kg / hr of fresh water.
  • the amount of heat required in the reboiler part can be reduced by about 40% compared to the conventional case.
  • Table 2 shows the amount of the induction solution to be passed through the semipermeable membrane. Since the amount of the induction solution required to induce the same amount of water through the semipermeable membrane can be reduced by 50% or more, the power of the pump can be greatly reduced.
  • Example 4 An aqueous solution containing ammonium carbonate was used as the induction solution, and ammonia containing 8.5 mol / L and carbon dioxide containing 5.6 mol / L was used. The rest was all water, and the inflow rate of the induction solution inlet of the semipermeable membrane device was 20 kg / hr. Artificial seawater containing 35,000 mg / L of sodium chloride was used as the liquid to be treated, and the inflow rate at the inlet was 200 kg / hr. The amount of water transferred to the induction solution through the semipermeable membrane was 100 kg / hr, the amount of the diluted induction solution flowing out from the outlet with the induction solution was 120 kg / hr, and the temperature was 28 ° C.
  • the diluted induction solution was heated to 38 ° C. by exchanging heat with the gas coming out from the top of the distillation column and injected into the first stage of the distillation column.
  • the distillation tower is of a 30-stage shelf type, with a reboiler on the 30th lowest stage.
  • the temperature at the 30th stage was set to 100 ° C., and the pressure in the distillation column was set to atmospheric pressure.
  • the gas coming out from the top of the distillation tower had a temperature of 39 ° C., a molar fraction of water 0.68, carbon dioxide 0.13, and ammonia 0.19.
  • This gas was heat exchanged with the diluted induction solution coming out of the semipermeable membrane device, further heat exchanged with 25 ° C. seawater, cooled to 29 ° C., converted into an aqueous solution, and returned to the semipermeable membrane device.
  • Example 5 An aqueous solution containing ammonium carbonate was used as the induction solution, and ammonia containing 8.5 mol / L and carbon dioxide containing 5.6 mol / L was used. The rest was all water, and the inflow rate of the induction solution inlet of the semipermeable membrane device was 20 kg / hr. Artificial seawater containing 35,000 mg / L of sodium chloride was used as the liquid to be treated, and the inflow rate at the inlet was 200 kg / hr. The amount of water transferred to the induction solution through the semipermeable membrane was 100 kg / hr, the amount of the diluted induction solution flowing out from the outlet with the induction solution was 120 kg / hr, and the temperature was 28 ° C.
  • the diluted induction solution was heated to 38 ° C. by exchanging heat with the gas coming out from the top of the distillation column and injected into the first stage of the distillation column.
  • the distillation tower is of a 30-stage shelf type, with a reboiler on the 30th lowest stage.
  • the temperature at the 30th stage was set to 100 ° C., and the pressure in the distillation column was set to atmospheric pressure.
  • the heat medium oil used is a fluorine-based heat medium oil and has a boiling point of 350 ° C.
  • the heat transfer oil supplied to the inside of the heating tube exchanged heat with solar heat through the heating tube while flowing through the heating tube, heated to 130 ° C. at the outlet of the light collecting device, and then stored in the heat collecting device.
  • the stored heat transfer oil was passed through a steam generator to exchange heat with water, thereby producing saturated steam at 120 ° C. and 20 kg / hr.
  • solar energy was collected using a condensing device having an effective mirror area of 100 m 2 in order to enable stable generation of steam by solar heat stored during the daytime even when the sun goes down.
  • a solar heat collecting system of the present embodiment is shown in FIG.
  • the gas coming out from the top of the distillation tower had a temperature of 39 ° C., a molar fraction of water 0.68, carbon dioxide 0.13, and ammonia 0.19.
  • This gas was heat exchanged with the diluted induction solution coming out of the semipermeable membrane device, further heat exchanged with 25 ° C. seawater, cooled to 29 ° C., converted into an aqueous solution, and returned to the semipermeable membrane device.
  • the apparatus of FIG. 8 includes a reaction tank, an MF membrane (precision membrane filtration device), an FO membrane (forward osmosis membrane treatment device), an evaporator (first evaporation device), an evaporation device (second evaporation device), and a crystallizer. Arranged in this order.
  • the accompanying water of 1,000 m 3 / d separated from the crude oil taken out from the operating well is first put into the reaction tank, where a dispersing agent is added to suppress the precipitation of Ca 2+ , and then to the MF membrane. Sent.
  • the MF membrane the solids contained in the accompanying water are removed as membrane concentrated water, and the membrane filtrate passing through the membrane is sent to the FO membrane. There, the induction solution contacts with the membrane, and the water contained in the membrane filtered water passes through the membrane to dilute the induction solution.
  • This dilution induction solution enters an evaporator whose pressure is reduced to 10 kPa, and is heated there to evaporate a gas composed of carbon dioxide, ammonia and water vapor at a boiling point of 45 ° C.
  • the amount of heat required for this evaporation is 250 GJ / d.
  • This gas is cooled through the heat exchanger, returned to the induction solution, and returned to the FO membrane.
  • the accompanying water or MF filtered water is used as the cooling water, it is preferable that the effect of increasing the membrane filtration rate accompanying the decrease in viscosity due to the heating of the water to be treated is obtained.
  • the fresh water of 45 ° C. remaining in the evaporator is taken out at 1,000 m 3 / d, added with chemicals, and reused as drilling water.
  • the membrane concentrated water concentrated by the separation of water through the forward osmosis membrane is sent to the evaporator at 500 m 3 / d.
  • the inside of this evaporator is reduced to 39 kPa by a vacuum pump, and a circulation line is formed by a heat pump, and steam is heated in the middle to heat the inside.
  • Condensed water at 75 ° C. is separated from the evaporator and withdrawn at 250 m 3 / d.
  • Evaporated concentrated water collected at the bottom of the evaporator is drawn out by a pump, a part is sprayed back from the top of the evaporator, and a part is sent to the crystallizer at 250 m 3 / d as evaporated concentrated water. It is done.
  • the crystallizer is provided with a heating mechanism that is extracted by a pump, heated by a heater, and returned, so that the internal evaporated concentrated water is further evaporated and concentrated. Salt crystals precipitated by concentration are extracted from the bottom of the crystallizer.
  • the evaporated condensed water is extracted at 250 m 3 / d, heated to 75 ° C.
  • the present invention can stably and reliably obtain fresh water from a liquid to be treated such as seawater, the present invention can be widely applied to a method and an apparatus for obtaining fresh water from seawater or the like. Moreover, since the accompanying water discharged
  • SYMBOLS 1 Semipermeable membrane apparatus 2 Seawater, to-be-processed water 3 Concentrated seawater, Concentrated to-be-processed water, Membrane concentrated water 4 Semipermeable membrane 5 Water moving through the semipermeable membrane 6 Inducing solution 7 Dilution inducing solution 8 Aqueous solution and Container for mixing gas 9 Aqueous solution containing mixed carbon dioxide and ammonia 10 Gas consisting of carbon dioxide, ammonia and water emerging from the top of the distillation column 11 Distillation tower 12 Fresh water 13 Condensing device 14 Steam generator 15 Reboiler 16 Heat exchanger (dilution induction solution temperature adjustment means) 17 heat exchanger 18 pump 19 heat collecting device 20 heat exchanger 21 heat exchanger 22 evaporative desalination device 23 induction solution storage tank 24 treated water supply device 41 case 42 hollow fiber membrane 43 tube plate 44 tube plate 45 raw water ( First fluid) Inlet 46 Diluted concentrated solution outlet 47 Concentrated raw water outlet 48 Concentrated solution (second fluid) inlet 49 Partition 50 Partition 51 Chamber 52

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Abstract

海水等の被処理液から順浸透膜を用いて淡水を得る方法において、被処理液から水の移動によって希釈された希釈誘導溶液から水を分離した後の溶液を安定して誘導溶液に再生し、再利用できる方法と装置を提供するものであり、この方法と装置は、溶媒が水である液体と、所定量の揮発性物質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる浸透工程と、前記工程で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液を所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から揮発性物質と水蒸気からなるガスを得るとともに、塔底部から淡水を得る蒸留工程と、前記ガスを冷却し、前記誘導溶液を再生する冷却再生工程とを有する淡水製造方法と装置である。

Description

淡水製造方法および装置
　この発明は、例えば海水やかん水を半透膜を用いて浄化し、淡水を製造する方法と装置に関するものである。
　海水を半透膜を用いて浄化する方法は種々知られているが、海水に浸透圧以上の圧力を加えて水を強制的に透過させる逆浸透法が主に開発されてきた。この方法は高圧に加圧する必要があるため、設備費および運転費にコストがかかるという問題点がある。一方、半透膜を介して海水より高濃度の塩溶液を存在させれば、加圧せずとも浸透圧で水をこの塩溶液に移動させることができる。そして、この塩溶液として揮発性ガスを溶解させた溶液を用いれば、この塩溶液を蒸留することにより揮発性ガスを蒸発、分離させて淡水を得ることができる。この方法として、揮発性ガスとしてアンモニアと二酸化炭素の組合せを用いた方法が既に開発されている（特許文献１，２）。
　特許文献１の方法は、図１２に示すように、半透膜装置の第１室５８には海水２を流し、半透膜４を介して反対側に設けられた第２室５９には、アンモニアと二酸化炭素を水に溶解して得られる高濃度の塩溶液６を流す。海水２中の水は半透膜を通って該塩溶液６に移動して希釈塩溶液７になり第３室５７に送られる。そこで、二酸化炭素を吹込むとともに冷却することにより炭酸水素アンモニウムを沈殿させ、上澄液は蒸留塔１１に送って蒸留し、淡水１２を得るとともに、塔頂部からはアンモニアと二酸化炭素と水を含む混合ガス１０を分離してこれを第２室５９に返送する。一方、第３室５７で分離された沈殿は、塩溶液を加えて溶解し、得られた高濃度塩溶液６も第２室５９に返送する。
　特許文献２の方法は、半透膜を介して海水と反対側にアンモニアと二酸化炭素を水に溶解して得られる塩溶液を流して、海水中の水を半透膜を通過させて該塩溶液に移動させ、得られた希釈塩溶液をイオン交換膜や蒸留塔等を用いてアンモニウムイオンと炭酸イオンを個別に分離して淡水を得、分離したアンモニウムイオンと炭酸イオンを溶解して半透膜の元の部屋に戻す方法である。
　この半透膜装置には、例えば、中空糸膜モジュールが使用される。従来の中空糸膜モジュールの一例を図１７に示す。この中空糸膜モジュールは特許文献３の図１に示されており、円筒状の圧力容器６０に１つの中空糸膜エレメント４０が装着されている。この中空糸膜エレメント４０は、中空糸膜４２が供給流体分配管６２の周りに交差状に配置されており、その両端は樹脂６３ａ、６３ｂで固定されている。その両端部には中空糸膜開口部６４ａ、６４ｂが形成され、この中空糸膜開口部６４ａ、６４ｂにはそれぞれ透過流体収集部材６５ａ、６５ｂが設けられている。透過流体はここで集約され、一方の端の透過流体は内部管６６を通じてもう一方の透過流体収集部材６５ａに集められる。圧力容器６０には、供給流体入口４５、濃縮流体出口４７、透過流体出口４６が設けられている。
　供給流体は、供給流体入口４５から入り、供給流体分配管６２を通りながら中空糸膜４２へ円周方向の外側へ向けて供給され、一部の流体は中空糸膜４２を透過し中空糸膜開口部６４ａ、６４ｂから、透過流体収集部材６５ａ、６５ｂと、内部管６６を経て、透過流体出口４６より透過流体として取り出される。一方、中空糸膜４２を透過しなかった濃縮流体は中空糸膜エレメント４０と圧力容器６０との間の流路を通じて濃縮流体出口４７から濃縮流体として取り出される。濃縮流体はＯリング６４によりシールされているため、透過流体と混合することはない。
　また、太陽熱を利用して海水を淡水化する装置も知られている。この装置としては、例えば特許文献４に記載のものがある。この装置は、ソーラーポンドで海水を加熱した後、フラッシュ蒸発させて得た水蒸気を凝縮することにより淡水を製造するものである。
　また、太陽熱と半透膜を利用して淡水を製造する装置も知られている（特許文献５）。この装置は、図１４に示すように、太陽光を反射する反射部７１と、反射された太陽光の熱を受け、その内部に供給された鉱物油または溶融塩を加熱する集熱部７２と、集熱部７２により加熱された鉱物油または溶融塩を熱源として、水を蒸発させる蒸気発生器（蒸発部）７３と、蒸発した蒸気により駆動される蒸気タービン（タービン部）７４と、蒸気タービン７４により駆動され発電する発電機（発電部）７５と、塩水から淡水を造水する逆浸透膜淡水化装置（淡水生成部）７６と、蒸気タービン７４を駆動した蒸気の排熱から淡水を造水する多段効用型淡水化装置（淡水生成部）７７と、ナツメヤシや小麦などのバイオマスを燃焼させる燃焼炉（燃焼部）７８と、から構成されている。
　海水や排水を淡水化する技術には、これらの水を加熱し、減圧下で蒸発・凝縮させて淡水を得る蒸発法と、逆浸透膜を使用し、この逆浸透膜に海水の浸透圧の２倍以上の圧力をかけ、塩分は膜を透過させず水のみを透過させることにより、淡水を得る逆浸透膜法とが知られている。そして、これら二つの技術を組み合わせ、淡水の需要量と電力の需要量とのバランスに対応できるシステムも知られている。
　例えば、特許文献６には、海水を多段フラッシュシステムで蒸発させて淡水化する方法において、海水の淡水化率を向上させるために、熱拒否部で昇温された排海水を逆浸透システムに導入してさらに淡水を得る方法が開示されている。
　また、特許文献７には、逆浸透膜を用いた海水淡水化システムにおいて、海水の冷熱を熱交換してこれを冷却源として用いる発電設備と、この熱交換で水温が上昇した海水を加圧して逆浸透膜で淡水化する技術が開示されている。この発電設備には、蒸気タービンを用いる方法も開示されている。
　この特許文献７の図５に開示されているシステムを図１５と図１６に示す。
　このシステムにおいては、図１５に示すように、海水２は熱交換器８２に入って媒体８８と熱交換して加温され、この加温海水９０は海水淡水化設備８４に送られる。そして、そこから淡水１２が取り出される。一方、冷却された媒体８８は発電設備８６に送られる。この海水淡水化設備として、蒸発法海水淡水化設備１０６と逆浸透法海水淡水化設備１０８を組み合わせたものが図１６に示されている。加温海水９０は図面右下から逆浸透法海水淡水化設備１０８に入り、淡水１２が取り出される。一方、図面左方の発電設備８６には燃料９４が供給されて、そこから供給電力９６が取り出される。この発電設備８６の排熱９８は排熱分配設備１１０で分配されて、それぞれ蒸発法海水淡水化設備１０６と逆浸透法海水淡水化設備１０８に送られる。この排熱の分配は、淡水需要量情報１００に基いて、分配量演算部１０２で計算されて分配指示情報１０４が排熱分配設備１１０に送られることによって行われる。
　シェールガス、オイルサンド、ＣＢＭ（炭層メタン）、石油等の採掘の際には、天然ガスや原油の採掘量を高めるために薬剤の水溶液が掘削用水や蒸気として注入される場合がある。その結果、油層から取出される原油にはこれらの薬剤水溶液や地層中の無機イオンを含む地下水が随伴水として含まれており、採掘した天然ガスや原油から随伴水が分離される。分離された随伴水には塩分、有機物、懸濁物などが含まれており、そのまま排出したのでは環境汚染の問題を生じるので、浄化が必要である。
　この随伴水を浄化する技術としては、砂濾過と活性炭処理を行って懸濁物と有機物を除去し、塩分は残したまま海洋に放流する技術が開発されている（特許文献８）。
　また、膜分離を利用する技術も知られている（特許文献９）。その方法は、まず、随伴水に含まれている水溶性シリカを不溶性シリカの懸濁物に変えてセラミック膜でこれを除去し、次いで蒸発器で水分を蒸発回収して原油の採掘に再利用するというものである。その蒸発器に代えて逆浸透膜を使用することも開示されている。
米国特許出願公開第２００５／０１４５５６８Ａ１号明細書 特開２０１１－８３６６３号公報 特開２００３－２９０６３２号公報 特開平２－２１４５８６号公報 特開２００６－３４１１６５号公報 特開昭６０－１７２３９３号公報 特開２０１１－１７７６００号公報 特開２００４－２７５８８４号公報 米国特許出願公開第２０１１／０１６８６２９Ａ１号明細書（第３頁、第３図）
　特許文献１にあるように、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の全量と、蒸留塔から分離して出てきた二酸化炭素、アンモニア、水からなるガスの全量とを混合することは、蒸留塔に入る水を取り出すための炭酸アンモニウムを含む水溶液中の、二酸化炭素とアンモニアの濃度が上昇することにつながり、これらの濃度が上昇すると水を取り出すためのエネルギーがより多く必要になる。
　また、特許文献２にあるように、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の一部を、ガス状に分離したものと混合する（図１３）ことは、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液の全量を蒸留することで多くの水を取り出せるのに対して水の取り出し量が減り、かつ、その水溶液の一部を循環させる動力が掛かり、またその水溶液の一部を循環させるための配管が必要となり、構造が複雑になる。
　そのため、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液を全量蒸留塔に送入し、蒸留に必要なエネルギーを削減し、また、より多くの水を取り出すとともに、動力や配管を削減して構造を簡易にすることが必要であった。
　ところで、逆浸透（ＲＯ）等の水理学的な圧力を濾過駆動力とする方式と異なり、半透膜を膜を挟んで両側の溶液の浸透圧差を濾過駆動力とする順浸透（ＦＯ）法で使用した場合、膜面近傍での液流速（膜面流速）が小さいと、膜面近傍で濃縮または希釈が起こる。その結果、濾過の駆動力である有効な浸透圧差が小さくなって、濾過速度が小さくなる。半透膜が中空糸状の場合、中空糸内側は流路が狭いため、膜面流速を大きくしやすいが、中空糸外側は流路が広いため、膜面流速を大きくすると流量が増大して送液のエネルギーが増大する。また偏流・短絡が生じることにより、濾過速度が低下する。
　特許文献４の方式は、集熱効率が低く、多量の淡水の製造には不向きである。
　特許文献５の方式は、熱機関を介して太陽熱を電気に変換する方式であるためエネルギーの変換ロスが生じ、受熱した太陽熱を１とした発電効率は一般に低く、概ね０．１～０．２程度である。
　特許文献６や特許文献７の蒸発法は、原水の蒸発に多くの熱エネルギーを必要とするものであり、また、逆浸透膜法も高圧ポンプを使用するため大きな電力が必要であり、ともに多くのエネルギーを使用する技術である上に、一方の排エネルギーを他方が利用することができないシステムであり、エネルギーをより効率的に利用できるシステムが望まれている。
　特許文献９の膜分離を利用する技術は、随伴水を浄化して再利用できる点で優れているが、逆浸透膜処理を６～８ＭＰａ程度の高圧で行っており、大電力を要する。また、逆浸透膜を透過しないで残った濃縮水が随伴水の半分程度と大量に発生し、この濃縮水の蒸発にもエネルギーを要する。
　この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、薄まった炭酸アンモニウムを含む水溶液から蒸留、分離された、二酸化炭素、アンモニア、水からなるガスをそのまま冷却することにより水溶液状態にし、再利用することを目的とする。
　本発明の別の目的は、希釈誘導溶液を効率よく蒸留し、淡水を分離する手段を提供することにある。
　本発明の別の目的は、蒸発法と順浸透法を組合せてエネルギーを効率よく利用できるシステムを提供することにある。
　本発明の別の目的は、少ない電力、エネルギーで随伴水を処理して再利用できる方法を提供することにある。
　本発明の別の目的は、半透膜を順浸透法で使用しても良好な濾過速度が得られる中空糸膜モジュールを提供することにある。
　本発明は、上記目的を達成するべくなされたものであり、溶媒が水である液体と、所定量の揮発性物質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透工程と、前記工程で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液を所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から揮発性物質と水蒸気からなるガスを得るとともに、塔底部から淡水を得る蒸留工程と、前記ガスを冷却することにより前記誘導溶液を再生する冷却再生工程とを有する淡水製造方法と装置を提供するものである。
　本発明は、また、希釈誘導溶液を蒸留する熱源として、太陽熱を電気に変換することなくそのまま利用することを特徴としている。
　すなわち、本発明は、上記淡水製造方法と装置において、前記蒸留工程における希釈誘導溶液の加熱源として、集光された太陽エネルギーを利用して製造された水蒸気を使用することを特徴とする淡水製造方法と装置を提供するものである。
　本発明は、また、順浸透法においては、希釈された誘導溶液から揮発性の溶質と淡水を蒸留分離するための熱源として、蒸発法で製造された淡水の熱（温度６０～７０℃）を利用できることに着目し、蒸発法と順浸透法を組み合わせた新たな淡水製造手段を考案した。
　すなわち、本発明は、溶媒が水である液体を蒸発法で淡水化する蒸発法淡水化装置をさらに有し、前記蒸留工程における希釈誘導溶液の加熱源として、前記蒸発法淡水化装置で製造された淡水の顕熱を利用することを特徴とする淡水製造方法と装置を提供するものである。
　本発明は、また、坑井から排出される随伴水を濾過処理した濾過水の淡水化を、逆浸透膜処理に代えて順浸透膜処理を行うことによって、高圧に加圧するのに要する電力を削減し、順浸透膜処理に変えることによって必要となった希釈誘導溶液の加熱の熱源に膜処理で生じる膜濃縮水の蒸発やその後の晶析工程で生じる凝縮液の熱を利用することによって、随伴水の処理に要する全体の電力量およびエネルギーを節減できることを特徴としている。
　すなわち、本発明は、溶媒が水である液体が、坑井から排出される随伴水を濾過処理工程で濾過処理した濾過水であり、前記順浸透工程で、前記液体中の水が半透膜を通して誘導溶液に移動して残った膜濃縮水を蒸発濃縮し、蒸発濃縮水と凝縮水を得る蒸発工程と、前記蒸発濃縮水を更に蒸発濃縮し、該蒸発濃縮水に含有される塩類を析出させるとともに凝縮水を得る晶析工程とを有することを特徴とする淡水製造方法と装置を提供するものである。
　本発明は、さらにまた、半透膜装置として用いる中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の束とそれを収容したケースの間の間隙に仕切板を設けることによって、この間隙を流れる第二流体の流れを中空糸膜の束に直交する方向に変えて中空糸膜の束の内部へ送り込むことによって第二流体をケース内で混合し、それによって濾過速度の低下を抑制している。
　すなわち、本発明は、前記半透膜が中空糸膜であって、これを装着した半透膜装置か、両端が開口した多数の中空糸膜からなる束をケース内に収容した中空糸膜モジュールであり、前記ケースの一端に、前記中空糸膜の内部を流通する第一流体の流入口と前記中空糸膜の外部を流通する第二流体の流出口を有し、前記ケースの他端に、前記中空糸膜の内部を流通する第一流体の流出口と前記中空糸膜の外部を流通する第二流体の流入口を有するとともに、前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の外縁との間隙に、前記第二流体の短絡を妨げる仕切板を有することを特徴とする中空糸膜モジュールである淡水製造装置を提供するものである。
　ＦＯ法では、膜の両側の液体について、一定以上の膜面流速を確保するか、混合状態を良くすることによって、膜面近傍の濃度が主流（バルク）の濃度に近づき、濾過速度が高くなる。つまりＦＯ法では、膜の両側が偏流・短絡のないプラグフロー（押出し流れ）であることが理想である。
　この中空糸モジュールでは、中空糸膜の束の外側に仕切板を設置することにより偏流・短絡が抑制され、混合が促進されて、中空糸膜の外側の流れをプラグフローに近づけることができ、高い濾過効率を得ることを可能にしている。
　本発明により、希釈誘導溶液から蒸留、分離された、二酸化炭素、アンモニア、水からなるガスをそのまま冷却することにより水溶液状態にし、誘導溶液を再生、再利用することにより、蒸留に必要なエネルギーを削減し、また、より多くの水を取り出すとともに、動力や配管を削減して構造を簡易にすることが可能となった。
　本発明では、太陽エネルギーを熱源とすることで電気に変換して利用する場合のロスを無くし、太陽エネルギーの利用効率が向上する。そのため、逆浸透膜装置を使用する場合に比べ、太陽熱集熱装置の設置面積の省スペース化や省コスト化が図れる。
　そして、さらに、希釈誘導溶液から蒸留、分離された、揮発性物質と水からなるガスをそのまま冷却することにより水溶液状態にして、誘導溶液を再生、再利用することにより、蒸留に必要なエネルギーを削減し、また、より多くの水を取り出すとともに、動力や配管を削減して構造を簡易にすることができる。
　また、簡便な方法で誘導溶液の濃度を濃くしたり、薄くしたりすることができ、装置の効率的な運転が可能となった。
　本発明では、また、蒸発法と順浸透法を組み合わせることにより、蒸発法で製造された淡水の熱を順浸透（ＦＯ）法における希釈誘導溶液から揮発性の溶質と淡水の蒸留分離に利用できるので、エネルギーを効率的に利用して淡水製造コストを下げることができる。従って、既設の蒸発法プラントにＦＯ法プラントを増設すれば、低コストで造水量を増加させることができる。
　本発明では、坑井から排出される随伴水を、少ない電力とエネルギーで処理でき、処理された水は掘削用水や蒸気として再利用できる。
　本発明の中空糸膜モジュールを用いれば、中空糸膜を用いた濾過が順浸透であっても高い濾過速度を維持することができる。
本発明の装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の装置の別の構成の一例を示すブロック図である。 本発明において太陽エネルギーを利用する装置の構成の一例を示すブロック図である。 その太陽エネルギー利用部の別の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の太陽熱集熱システムの一例を示すブロック図である。 本発明の太陽熱集熱システムの別の一例を示すブロック図である。 本発明において、蒸発法を併用する装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明において、坑井から排出される随伴水から淡水を得る装置の概略構成を示す図である。 本発明の装置における半透膜装置の一例の中空糸膜モジュールの概略構造を側面断面で示す模式図である。 同縦断面図を示す模式図である。 本発明の別の実施例である中空糸膜モジュールの概略構造で縦断面で示す模式図である。 従来の装置の構成の一例を示すブロック図である。 従来の別の装置の構成の一例を示すブロック図である。 太陽エネルギーを利用する従来の装置の構成の一例を示すブロック図である。 蒸発法を併用した従来の淡水製造装置の概略構成を示すブロック線図である。 その後半部分の別の例のブロック線図である。 従来の中空糸膜モジュールの一例の側面断面図である。
　本発明で淡水を得るのに使用される液体（被処理液）は溶媒が水であればよいが、例示すれば、海水、湖沼水、河川水、工場廃水、坑井随伴水のようなかん水などである。
　坑井は、随伴水を排出するものであれば特に制限されないが、例えばシェールガス、オイルサンド、ＣＢＭ（炭層メタン）、石油等を採掘する坑井などである。
　随伴水は、坑井からの採掘目的物に同伴して排出される水であり、塩分、有機物、懸濁物などを含んでいる。汚濁物質の濃度としては、例えば蒸発残留物（主にNa+、K+、Ca2+、Cl-、SO4 2-など）が1,000～100,000mg/L、有機物（油分や添加した薬剤など）がTOCとして10～1,000mg/L、懸濁物質が100～10,000mg/Lといった範囲で含有される。
　随伴水の分離手段は問わないが、例えば沈降／浮上などで油水分離が行われている。
　濾過処理工程
　本発明においては、この分離された随伴水をまず濾過処理する。この濾過処理は精密濾過膜を用いた濾過器で行い、濾過膜は、精密濾過膜として使用されている通常の膜を使用することができる。例えば、酢酸セルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニルなどの外、セラミック製の膜や多孔質ガラス製の膜なども利用できる。精密膜濾過処理では、精密濾過膜を通過した膜濾過水と、膜を通過しないで残った膜濃縮水が得られる。
精密膜濾過のほか、限外膜濾過、砂濾過等の濾過処理が用いられる。限外膜濾過の材質は精密膜濾過と同様のものが用いられる。
　順浸透工程
　順浸透工程は、被処理液と誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、浸透圧の差によって被処理液中の水をこの半透膜を通して誘導溶液に移動させる工程である。
　誘導溶液は、沸点が１００℃未満の揮発性物質の所定量を水に溶解した溶液であり、例えば、所定量のアンモニアと二酸化炭素を水に溶解して生成する炭酸アンモニウム塩水溶液である。所定量とは、被処理液中の水を半透膜を通過させて誘導溶液まで移動させることができる濃度にする量であり、被処理液の塩濃度より高い濃度である。濃度の上限は、揮発性物質、例えば、アンモニアと二酸化炭素の塩、すなわち、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、アンモニウムカルバメート等が半透膜面や、蒸留塔内で析出しないように定められ、これは実験で求めることができる。半透膜面や蒸留塔内に析出物が生じたか否かの確認方法の一つとして長時間運転をして安定稼動可能かどうかで判断する方法がある。アンモニアと二酸化炭素のモル比は１．５～３程度である。このモル比も半透膜面や蒸留塔内でアンモニアと二酸化炭素の塩が析出しないよう配慮する。
　誘導溶液の溶質としては、そのほかにも溶解度が高く高浸透圧が得られ、且つ水より低沸点、即ち、沸点が１００℃未満で揮発性が高く、毒性の低いものを用いることが可能であり、例えばエチルアルコール，プロパノール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコール等のアルコール類やアセトン等のケトン類を例示することができる。
　半透膜は水を選択的に透過できるものがよく、市販のもの、特に順浸透膜を好ましく使用できる。材質は特に制限されないが、例示すれば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリエチレンイミン系、ポリスルホン系、ポリベンゾイミダゾール系のものなどを挙げることができる。半透膜の形態も特に制限されず、平膜、管状膜、中空糸などいずれであってもよい。
　被処理液と誘導溶液を半透膜を介して接触させることにより、その塩濃度差で水は誘導溶液側に移動する。
　蒸留工程
　蒸留工程は、前記順浸透工程で水の移動によって希釈された希釈誘導溶液を、必要により、所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から揮発性物質と水蒸気からなるガスを得るとともに、塔底部からは淡水を得る工程である。
　希釈誘導溶液に対して調整を行う所定の温度とは揮発性物質の塩が析出しない温度であり、これは実験によって求めることができる。この温度調整は、通常は加熱によって行われる。この加温は、蒸留塔の塔頂から排出される前記ガスと熱交換しその顕熱あるいは潜熱を利用して行うことができ、あるいは、蒸留塔の塔底から排出される淡水と熱交換しその顕熱を利用することもできる。その両者を併用することもでき、あるいは別の熱源を利用することもできる。
　温度調整を行った希釈誘導溶液は、蒸留塔に送り蒸留を行い、揮発性物質、例えば、アンモニアと二酸化炭素を分離する。
　蒸留によって、蒸留塔の塔頂部からは揮発性物質、例えば、二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスを得、塔底部からは淡水を得る。一方、塔底部から取り出される淡水は、揮発性物質が二酸化炭素とアンモニアの場合は、二酸化炭素の含有量は１０ppm程度以下、アンモニアの含有量は１０ppm程度以下で、蒸留条件等によって、これらを１ppm以下にした淡水も得られる。
　冷却再生工程
　冷却再生工程は、蒸留塔の塔頂部から留出した揮発性物質と水蒸気からなるガスを冷却し、誘導溶液を再生する工程であり、熱交換器が用いられる。冷却する熱源には順浸透膜処理装置から排出される希釈誘導溶液などを利用することができる。再生された誘導溶液は半透膜へ送って循環使用する。
　なお、本発明においては、高濃度の誘導溶液を使用するので、塩の析出による配管の詰まりが生ずる可能性があり、これを防止するために、定期的にこの循環ラインに希釈誘導溶液を通水する、あるいは、誘導溶液の流量を瞬間的に増大することが好ましい。
　坑井随伴水における蒸発工程
　蒸発工程は、坑井随伴水を前記ろ過処理工程で得られる膜濃縮水と前記順浸透工程で得られる膜濃縮水とを蒸発濃縮し、蒸発濃縮水と凝縮水を得る工程であり、蒸発装置には通常の蒸発缶、すなわち、単一缶、多重効用缶、蒸気圧縮式蒸発缶、多段フラッシュ蒸発缶などを使用することができる。蒸発は、熱源に応じて常圧で行わせてもよく、減圧してもよい。凝縮水は、そのまま第一蒸発装置に投入し、あるいは熱交換器等を介してそれに含まれる熱を蒸留工程における熱源として利用することが好ましい。蒸発濃縮水は次工程に送られる。
　晶析工程
　晶析工程は、前記蒸発濃縮水を更に蒸発濃縮し、該蒸発濃縮水に含有される塩類を析出させるとともに凝縮水を得る工程であり、晶析装置には、密閉型の通常の晶析缶を利用できる。凝縮水は、前工程の凝縮水と同様にして蒸留工程における熱源として利用することが好ましい。一方、晶析装置から取出されるスラリーは固液分離して、結晶および有機物を含んでいる母液は産廃処分されるか、あるいは重金属や有機物等の環境汚染成分をほとんど含まない場合には融雪剤等に利用することもできる。
　上記の淡水製造方法は、溶媒が水である液体と、所定量の揮発性物質、例えば、アンモニアと二酸化炭素を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透手段と、前記手段で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液全量を所定の温度に調整する希釈誘導溶液温度調整手段と、前記温度調整手段で所定の温度に調整された希釈誘導溶液を蒸留する蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部から得られる揮発性物質と水蒸気からなるガスを冷却し、誘導溶液を再生する冷却再生手段と、前記蒸留塔の塔底部から得られる揮発性物質をほとんど含まない淡水の回収手段とを有する淡水製造装置を用いて実施される。
　順浸透手段
　順浸透手段は、被処理液と誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、被処理液中の水をこの半透膜を通して誘導溶液に移動させる手段であり、半透膜装置を用いる。
　半透膜装置に用いる半透膜は前述したとおりである。この半透膜を装着する装置は通常は円筒形あるいは箱形の容器内に半透膜を設置して、この半透膜で仕切られた一方の室に被処理液を流し、他方の室に誘導溶液を流すものであり、公知の半透膜装置を用いることができ、市販品を用いることができる。
　被処理液を流す室の入口は被処理液溜（これは海や河川そのものであってもよく、タンク等であってもよい。）に配管接続される。出口側は通常は濃縮された被処理液溜に配管接続される。両配管を結ぶ循環ラインを設けて、浄化対象液を循環させることもできる。
　誘導溶液を流す室の入口は冷却再生手段に配管接続され、出口は希釈誘導溶液温度調節手段に配管接続され、これによって誘導溶液の循環ラインが形成される。
　なお、本発明においては、高濃度の誘導溶液を使用するので、塩の析出による配管の詰まりが生ずる可能性があり、これを防止するために、冷却再生手段の出口配管に希釈誘導溶液を通水するための希釈誘導溶液通水手段を設けることが好ましい。
　この半透膜装置として、本発明者らが開発した下記の中空糸モジュールを用いることが好ましい。
　この中空糸膜モジュールは、実施例を図９～１１に示すように、両端が開口した多数の中空糸膜からなる束をケース内に収容したものである。
　本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略構造を図９、図１０に示す。
　この中空糸膜モジュールは、円筒形のケース４１内に多数の中空糸膜４２がケース４１の筒長方向に揃えて並べられ、各中空糸膜の両端は管板４３、４４で固定されている。ケース４１の一方の端部には第一流体である原水の入口４５と希釈濃厚溶液出口４６が、他端には濃縮原水出口４７と第二流体である濃厚溶液の入口４８が設けられている。ケース４１の両端の内側には仕切４９、５０が設けられて、両端に室５１、５２が形成されている。原水入口４５側の室５１は、希釈濃厚溶液を集める室であり、濃縮原水出口４７側の室５２は、濃厚溶液を分散させる室である。仕切４９と管板４３の間には、中空糸膜４２に通す原水を分散させるための室５３が、中空糸膜４２の出口側の管板４４と仕切５０の間には中空糸膜から出てまた濃縮原水を集める室５４が設けられている。そして、中空糸膜４２束の外縁とケース４１の内壁の間隙には、第二流体の流通を妨げる仕切板５５が略等間隔に３箇所に設けられている。各仕切板５５には、円周方向に略等間隙に４個の流通口５６が設けられている。各仕切板の間隙に占める面積（流通口５６を除く）は３％である。各仕切板の流通口は、第二流体の短絡（ショートパス）を防ぐため、周方向にずらして設けたほうが良い（図１０の点線）。
　このような中空糸膜モジュールにおいて、原水は原水入口４５からモジュール内の室５３に入って中空糸膜４２を通過する。その際、原水中の水は、浸透圧の差により中空糸膜４２を通って濃厚溶液側に移る。その結果、濃縮された原水は、中空糸膜４２を出て室５４に入り、濃縮原水出口４７からモジュール外に出る。一方、濃厚溶液は、濃厚溶液入口４８からモジュール内の室５２に入り、仕切５０を通過して中空糸膜４２の外側を流れる。その際、ケースの内壁と中空糸膜束の外縁との間隙を流れる濃厚溶液は仕切板５５に当って中空糸膜束内に流れ方向を変えるが、一部は流通口５６を通過する。こうしてモジュール内で混合されて膜面近傍の濃度が主流に近づいて効率よく、原水中の水を濃厚溶液へ移動させる。原水から移行する水で希釈された濃厚溶液は、室５１に集まり、希釈濃度溶液出口４６から出る。
　図１１は、本発明の中空糸モジュールの別の例である中空糸膜モジュールの概略構造を縦断面で示すものであり、それぞれ多数の中空糸膜４２の束をケース内に５束収容するとともに、ケースの内壁と中空糸膜束との間隙および中空糸膜束間の間隙における第二流体の短絡を妨げる仕切板５５が設けられている。
　中空糸膜は、市販のものを使用でき、材質は特に制限されないが、セルロース、酢酸セルロースなどのセルロースエステル、セルロースエーテル、ポリアミド、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのポリマーあるいはセラミックなどを挙げることができ、使用目的に応じ対象物を選択的に透過できるものを選ぶ。中空糸膜の形状も特に制限されないが、例示すれば、断面が円形、六角形、トリロバルなどのものである。中空糸の本数は、中空糸膜を収納するケースの大きさ等によって変わるが、例えば直径８インチのケースでは、１,０００～１,０００,０００本程度である。
　中空糸膜の束の数は１束でもよく、あるいは複数、例えば３束、６束、７束などであってもよい。
　中空糸膜は、両端が開口されており、この両端を管板で固定する。
　中空糸膜の束を収容するケースは、逆浸透等で用いる場合には、その圧力に耐える圧力容器とする必要があり、一方、順浸透で使用する場合には、圧力容器でなくてもよい。ケースの形状も特に限定されないが、通常は円筒状である。
　ケースは、一端に中空糸膜の内部を流通する第一流体の流入口と中空糸膜の外部を流通する第二流体の流出口を設け、他端にはこの第一流体の流出口と第二流体の流入口を設ける。これらはケースの端面に設けてもよく、あるいは胴部の端部に設けてもよい。そして、第一流体と第二流体が混ざらないよう両者間の仕切壁を設ける。
　中空糸膜モジュールは、一般に、第二流体の流れを確保するために、中空糸膜束の外縁とケースの内壁の間に間隙が設けられている。
　本発明の中空糸膜モジュールは、この間隙に第二流体の短絡を妨げる仕切板を設けたことを特徴としている。この仕切板は、ケースの内壁と中空糸膜束の間隙を流れる第二流体の流れを堰き止めてその流れを中空糸膜束の内部へ向かう方向に変えるものである。仕切板の面積（ケースの筒長方向と直角方向の面積）は、間隙全体を占めてしまうと第二流体の流れが悪くなるので、間隙の面積の９５％以下程度とすることが好ましい。形状は問わないが、例えば輪環状である。中空糸膜束が複数あるときは、例えばレンコン状にする。仕切板には流通口を設けることができる。流通口は、第二流体の流れを均一に近づけてデッドスペースをなくすものであり、形状は問わないが、円形が圧損が低く目詰まりしにくい点で好ましい。直径は例えば５～２０ｍｍ程度である。仕切板の数は、ケースの筒長１０～１００ｃｍ当りに１枚が適当である。
　本発明の中空糸膜モジュールは、順浸透、逆浸透のいずれにも用いることができるが、浸透圧差を濾過駆動力としている順浸透の場合に特に威力を発揮する。そして、原水と濃縮溶液はいずれを第一流体にすることもできる。
　この中空糸膜モジュールで処理する被処理液の種類も問わないが、例えば、海水の淡水化、廃水の浄化、無菌水の製造などである。
　希釈誘導溶液温度調節手段
　希釈誘導溶液温度調節手段は、半透膜装置で被処理液から水を抽出して希釈された誘導溶液を蒸留塔に送入するために所定の温度に調整する手段であり、所定の温度とはアンモニアと二酸化炭素の塩が析出しない温度であって、これは実験によって求めることができる。この温度調整は、通常は加熱によって行われる。この加熱は、蒸留塔の塔頂から排出される前記ガスと熱交換してその顕熱あるいは潜熱を利用して行うことができ、あるいは、蒸留塔の塔底から排出される淡水と熱交換してその顕熱を利用することもできる。その両者を併用することもでき、あるいは別の熱源を利用することもできる。
　希釈誘導溶液温度調節手段は、蒸留塔に配管接続される。
　蒸留塔
　蒸留塔は公知のものを用いればよく、棚段方式、充填方式等いずれのものであってもよい。蒸留塔下部には加熱器を設け、下部の淡水を熱することにより発生する蒸気を上部から落下してくる希釈誘導溶液と接触させて熱交換させる。加熱器にはリボイラーや熱交換等を用いることができる。加熱器の熱源は問わないが、発電所のタービンから出てくる復水前の蒸気や、排熱から回収される熱水などを用いることができる。熱源の温度が１００℃以上の場合には常圧で蒸留を行えるが、それより低い場合は減圧する必要がある。
　加熱器の熱源に太陽エネルギーを利用することもできる。具体的には、集光装置で直接水を加熱して水蒸気を生成させてもよく、集光装置と蒸気生成器を設けて、集光装置で熱媒体を加熱して蒸気生成器で熱媒体と水を熱交換させて、蒸気を生成させてもよい。
　いずれの場合も集光装置は太陽エネルギーの利用に一般的に用いられているものでよく、通常は凹面鏡や樋状の反射鏡の焦点部に加熱管を配置したものや一般にヘリオスタットと呼ばれる、太陽の位置に合わせ数秒間隔で自動追尾する反射鏡群などが用いられる。
　熱媒体も太陽エネルギーの利用に一般的に用いられるもので良く、シリコーン油のような熱媒体油、もしくは熱で溶けると水のように流れる炭酸リチウムや炭酸カリウムのような溶融塩などが用いられる。
　加熱器の熱源に専ら太陽エネルギーを利用する場合には、熱供給の安定化を図るために蓄熱装置を設けることが望ましいが、補助の加熱器を設け熱供給の安定化を図っても構わない。
　本発明においては、蒸発法淡水化装置を併設して、この蒸留装置の熱源に蒸発法淡水化装置で得られる淡水の顕熱を利用することもできる。この利用方法は、熱交換器によって希釈誘導溶液と熱交換する間接的な方法でもよいし、直接淡水を蒸留塔に導入する方法でもよい。これによって、従来、廃棄されていた蒸発法淡水の顕熱を有効利用することができる。その際、必要により、他の熱源を併用することができる。他の熱源は問わないが、発電所のタービンから出てくる復水前の蒸気や、排熱から回収される熱水などを用いることができる。
　蒸留によって、蒸留塔の塔頂部からは揮発性物質と水蒸気からなるガスを得、塔底部からは淡水を得る。一方、塔底部から取り出される淡水は、揮発性物質が二酸化炭素とアンモニアの場合には、二酸化炭素の含有量は１０ppm程度以下、アンモニアの含有量は１０ppm程度以下で、蒸留条件等によって、これらを１ppm以下にした淡水も得られる。
　冷却再生手段
　蒸留塔の塔頂から、希釈誘導溶液温度調節手段を経由して塔頂ガス冷却再生手段に配管接続し、塔頂部から得られる揮発性物質と水蒸気からなるガスを冷却して水溶液状態にする。冷却手段は問わないが、熱交換器を用いることができる。冷却する熱源としては、特に限定されないが、河川水、海水、空気などを用いることができる。
　誘導溶液の貯留タンク
　誘導溶液の貯留タンクは、冷却再生手段で再生された誘導溶液の受槽であり、かつ予め作製しておいた誘導溶液の貯槽を兼ねることができる。
　淡水の回収手段
　淡水の回収手段は、蒸留塔の塔底部に溜った揮発性物質をほとんど含まない淡水を塔底部から引き抜く手段であり、通常はポンプが用いられる。蒸留塔と淡水の貯留タンクに高低差がかなりあり、蒸留塔内が減圧にされていない場合は自然流出を利用することもできる。また、塔底部から抜き出された淡水が若干の揮発性物質、例えば、アンモニアや二酸化炭素を含んでいる場合には、用途に応じて適宜水処理を実施する。
　淡水の貯留タンク
　淡水の貯留タンクは、蒸留塔の塔底部から抜き出された淡水の貯槽である。
　本発明を適用した淡水製造装置の一例の構成を図１に示す。
　図１において、１は半透膜装置であり、内部には半透膜４が収容されている。溶媒が水である液体の例である海水２は容器左側の室に入り、そこで、誘導溶液との浸透圧差で水５は半透膜を通って右側の室に移動し、それによって濃縮された海水３は左側の室から排出される。誘導溶液６は右側の室に入り、半透膜４を通ってきた水で希釈された希釈誘導溶液７は右側の室から出る。
　室から出た希釈誘導溶液７は、熱交換器１６で熱交換して加温され、蒸留塔１１に入る。
　蒸留塔１１内では、この希釈誘導溶液７が蒸留されて、揮発性物質と水蒸気からなるガスが塔頂部から排出される。このガスは前記熱交換器１６で熱交換して冷却され、次の熱交換器１７でさらに冷却水と熱交換されて誘導溶液６に戻り、ポンプ１８を通って半透膜４の半透膜装置１内にリサイクルされる。
　一方、塔底部からは揮発性物質を実質的に含まない淡水１２が排出され、熱交換器２０で冷却水と熱交換されたのちに系外に出される。
　本発明の淡水製造装置の別の例を図２に示す。この装置は、熱交換器２１がさらに設けられ、熱交換器１６を出た希釈誘導溶液７と、熱交換器２０を出た淡水がここでさらに熱交換されるようにした外は、図１と同じである。
　本発明の淡水製造装置の別の例を図３に示す。この装置は、図１の装置において、蒸留塔１１の下部にリボイラー１５を設け、太陽光を集光装置１３で集光して、付設されている加熱管（図示されていない。）内の水を加熱し、その水が蒸気生成器１４内で水蒸気となって、蒸留塔１１内のリボイラー１５に送られるようになっている。
　図４は、集光装置１３で熱媒体を加熱してこれを集熱装置１９に送ってその内部の水を加熱し、これを蒸気生成器１４内で水蒸気にした例である。
　本発明の淡水製造装置の別の例を図７に示す。
　この装置は、被処理水供給装置２４、蒸発法淡水化装置２２、ＦＯモジュール（順浸透法淡水化装置）１、誘導溶液貯留槽２３および蒸留装置１１からなっている。
　被処理水２は、被処理水供給装置２４によって蒸発法淡水化装置２２と順浸透法淡水化装置１に送られ、蒸発法淡水化装置２２からは、濃縮被処理水３と淡水１２が排出される。
　順浸透法淡水化装置１からは、膜を通過しなかった濃縮被処理水３が排出される。一方、膜で仕切られた反対側の室には誘導溶液貯留槽２３から誘導溶液６が送入され、膜を通過した水で希釈されて室を出る。室を出た希釈誘導溶液７は誘導溶液貯留槽２３に返送され、循環ラインを形成している。
　この誘導溶液貯留槽２３に貯留された誘導溶液の一部は、蒸留装置１１に送られ、揮発した揮発性物質と水は誘導溶液貯留槽２３へ戻し溶解させる。蒸留装置１１には、蒸発法淡水化装置２２からも淡水１２の供給ラインが接続され、直接または間接的に熱交換を行い、その熱は蒸留装置１１で使用される。蒸留により揮発性物質が除去された水は、最終的に淡水１２として抜き出される。
　以下の実施例と比較例では、Invensys
System社の化学工学シミュレーター　PRO／II　ver9.0.1　と、PRO／IIのモジュールの一つで、炭酸アンモニウムの固体の析出を模擬できる　Electrolytes　を用いて数値計算を行なった。
（実施例１）
　誘導溶液には、アンモニアを８．５ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素を５．６ｍｏｌ／Ｌを含有するものを用いた。残りは全て水であり、アンモニアと二酸化炭素のモル比は１．５である。
　半透膜装置の誘導溶液入口の流入量は２００ｋｇ／ｈｒとした。被処理液には、海水を模擬した塩化ナトリウム水溶液を用いた。半透膜を模擬した分離装置を通過して誘導溶液に移動した水の量は１，０００ｋｇ／ｈｒであり、誘導溶液で出口から流出する希釈誘導溶液の量は１，２００ｋｇ／ｈｒであり、温度は２８℃であった。
　この希釈誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して３８℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に送入した。
　蒸留塔は３０段の棚段方式のものであり、最下段の３０段目にリボイラーがある。この３０段目の温度を４６℃に、そして蒸留塔内の圧力を１０ｋＰａＡ（Ａは絶対圧を表す。）の減圧状態に設定した。
　この状態で蒸留塔の塔底部から出てくる淡水に含まれる二酸化炭素とアンモニアの濃度は１ｐｐｍ以下であった。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が３９℃でモル分率が水０．６８、二酸化炭素０．１３、アンモニア０．１９であった。
　このガスを半透膜を模擬した分離装置から出てくる希釈誘導溶液と熱交換し、さらに２５℃の海水と熱交換して２９℃まで冷却し、水溶液状態にして半透膜を模擬した分離装置に返送した。
（実施例２）
　誘導溶液には、アンモニアを6．9ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素を3．１ｍｏｌ／Ｌを含有するものを用いた。残りは全て水であり、アンモニアと二酸化炭素のモル比は２．２である。蒸留塔内の圧力は５９ｋＰａＡである。
　半透膜を模擬した分離装置の誘導溶液入口の流入量は０．４２ｋｇ／ｈｒとした。被処理液には、海水を模擬した塩化ナトリウム水溶液を用いた。半透膜を模擬した分離装置を通過して誘導溶液に移動した水の量は２．５２ｋｇ／ｈｒであり、誘導溶液出口から流出する希釈誘導溶液の量は２．９４ｋｇ／ｈｒであり、温度は２９℃であった。
　この希釈誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して５９℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に送入した。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が８０℃でモル分率が水０．７８０、二酸化炭素０．０６８、アンモニア０．１５２であった。
　このガスを半透膜を模擬した分離装置から出てくる希釈誘導溶液と熱交換し、さらに２５℃の海水と熱交換して６０℃まで冷却し、水溶液状態にして半透膜を模擬した分離装置に返送した。
（実施例３）
　誘導溶液には、アンモニアを６．８ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素を４．０ｍｏｌ／Ｌを含有するものを用いた。残りは全て水であり、アンモニアと二酸化炭素のモル比は１．７である。蒸留塔内の圧力は大気圧である。
　半透膜を模擬した分離装置の誘導溶液入口の流入量は２５０ｋｇ／ｈｒとした。被処理液には、海水を模擬した塩化ナトリウム水溶液を用いた。半透膜を模擬した分離装置を通過して誘導溶液に移動した水の量は１０００ｋｇ／ｈｒであり、誘導溶液出口から流出する希釈誘導溶液の量は１２５０ｋｇ／ｈｒであり、温度は４０℃であった。
　この希釈誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して９２℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に送入した。
　この時の塔下部にあるリボイラーの加熱量は２７０ＭＪ／ｈｒであり、塔下部からの淡水量は１０００ｋｇ／ｈｒである。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が９３℃でモル分率が水０．７５５、二酸化炭素０．０９１、アンモニア０．１５４であった。
　このガスを半透膜を模擬した分離装置から出てくる希釈誘導溶液と熱交換し、さらに２５℃の海水と熱交換して６２℃以下まで冷却し、水溶液状態にして半透膜を模擬した分離装置に返送した。
(比較例１)
　実施例３とエネルギー比較を実施する。
　本比較例でのフローは図３にある装置構成である。水溶液とガスを混合する容器内の誘導溶液は、アンモニア４．３ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素２．５ｍｏｌ／Ｌを含有するものであり、残りは水である。蒸留塔内の圧力は大気圧である。
　半透膜を通過して誘導溶液に移動する水の量を１０００ｋｇ／ｈｒとするための半透膜を模擬した分離装置の誘導溶液入口の流入量は６３０ｋｇ／ｈｒであった。
　合計１６３０ｋｇ／ｈｒの希釈された誘導溶液が、水溶液とガスを混合する容器内に返送される。
　一方、水溶液とガスを混合する容器内から導出された誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して８５℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に送入した。
　塔下部からの淡水量が１０００ｋｇ／ｈｒとなるための、リボイラー部の入熱量は４３０ＭＪ／ｈｒであった。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が８６℃でモル分率が水０．５５６、二酸化炭素０．１６４、アンモニア０．２７９であった。このガスは、水溶液とガスを混合する容器内に返送される。
　表１に、１０００ｋｇ／ｈｒの淡水を製造するために必要なリボイラー部の入熱量を示す。従来と比較して４０％程度リボイラー部での必要熱量を削減できている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　また、表２に半透膜に流通させる誘導溶液の量を示す。同じ量の水を半透膜を介して誘導させるのに必要な誘導溶液の量を５０％以上削減できるため、ポンプの動力を大幅に削減可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（実施例４）
　誘導溶液として炭酸アンモニウムを含む水溶液を用い、アンモニアを８．５Ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素を５．６Ｍｏｌ／Ｌを含有するものを用いた。残りは全て水であり、半透膜装置の誘導溶液入口の流入量は２０ｋｇ／ｈｒとした。被処理液には塩化ナトリウムを３５，０００mg/L含有する人工海水を用い、入口の流入量は２００ｋｇ／ｈｒとした。半透膜を通過して誘導溶液に移動した水の量は１００ｋｇ／ｈｒであり、誘導溶液で出口から流出する希釈誘導溶液の量は１２０ｋｇ／ｈｒであり、温度は２８℃であった。
　この希釈誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して３８℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に注入した。
　蒸留塔は３０段の棚段方式のものであり、最下段の３０段目にリボイラーがある。この３０段目の温度を１００℃に、そして蒸留塔内の圧力を大気圧状態に設定した。
　リボイラーの熱源には、太陽熱を集光し生成した蒸気を用いた。太陽熱の集光には、鏡面の軸方向の断面形状が放物線状である凹面鏡を用い、その焦点部に配置された加熱管内部に水を供給して、集光した太陽熱エネルギーと水とを熱交換することで１２０℃、２０ｋｇ／ｈｒの飽和蒸気を生成した。太陽熱の集光に用いた集光装置の有効鏡面積は１７．５ｍ2である。本実施例の太陽熱集熱システムを図５に示す。
　この状態で蒸留塔の塔底部から出てくる淡水は１００ｋｇ／ｈｒであり、淡水に含まれる二酸化炭素とアンモニアの濃度は１ｐｐｍ以下であった。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が３９℃でモル分率が水０．６８、二酸化炭素０．１３、アンモニア０．１９であった。
　このガスを半透膜装置から出てくる希釈誘導溶液と熱交換し、さらに２５℃の海水と熱交換して２９℃まで冷却し、水溶液状態にして半透膜装置に返送した。
（実施例５）
　誘導溶液として炭酸アンモニウムを含む水溶液を用い、アンモニアを８．５Ｍｏｌ／Ｌ、二酸化炭素を５．６Ｍｏｌ／Ｌを含有するものを用いた。残りは全て水であり、半透膜装置の誘導溶液入口の流入量は２０ｋｇ／ｈｒとした。被処理液には塩化ナトリウムを３５，０００mg/L含有する人工海水を用い、入口の流入量は２００ｋｇ／ｈｒとした。半透膜を通過して誘導溶液に移動した水の量は１００ｋｇ／ｈｒであり、誘導溶液で出口から流出する希釈誘導溶液の量は１２０ｋｇ／ｈｒであり、温度は２８℃であった。
　この希釈誘導溶液を蒸留塔の塔頂部から出てくるガスと熱交換して３８℃まで加熱し、蒸留塔上部１段目に注入した。
　蒸留塔は３０段の棚段方式のものであり、最下段の３０段目にリボイラーがある。この３０段目の温度を１００℃に、そして蒸留塔内の圧力を大気圧状態に設定した。
　リボイラーの熱源には、太陽熱を集光し生成した蒸気を用いた。太陽熱の集光には、鏡面の軸方向の断面形状が放物線状である凹面鏡を用い、その焦点部に配置された加熱管内部に熱媒油を供給した。使用した熱媒油はフッ素系の熱媒油で、沸点が３５０℃である。加熱管内部に供給した熱媒油は、加熱管内を流れる間に加熱管を介して太陽熱と熱交換を行い、集光装置出口で１３０℃まで加温されたあと、集熱装置に貯槽した。貯槽した熱媒油を蒸気生成器に流通させて水と熱交換することで１２０℃、２０ｋｇ／ｈｒの飽和蒸気を生成した。本実施例では、太陽が沈んだ夜間も昼間に蓄熱した太陽熱で蒸気を安定生成可能とするため、有効鏡面積１００m2の集光装置を用い太陽エネルギーを集光した。本実施例の太陽熱集熱システムを図６に示す。
　この状態で蒸留塔の塔底部から出てくる淡水は、１００ｋｇ／ｈｒであり、淡水に含まれる二酸化炭素とアンモニアの濃度は１ｐｐｍ以下であった。
　蒸留塔の塔頂部から出てくるガスは、温度が３９℃でモル分率が水０．６８、二酸化炭素０．１３、アンモニア０．１９であった。
　このガスを半透膜装置から出てくる希釈誘導溶液と熱交換し、さらに２５℃の海水と熱交換して２９℃まで冷却し、水溶液状態にして半透膜装置に返送した。
（実施例６）
　本発明の実施の一例を図８により説明する。図８の装置は、反応槽、ＭＦ膜（精密膜ろ過装置）、ＦＯ膜（順浸透膜処理装置）、蒸発缶（第一蒸発装置）、蒸発装置（第二蒸発装置）、晶析装置がこの順に配置されている。
　稼動坑井から取出された原油から分離された１，０００ｍ３／ｄの随伴水は、まず反応槽に投入され、そこで分散剤が添加されてＣａ２+の析出が抑制され、次いでＭＦ膜に送られる。ＭＦ膜では、随伴水に含まれる固形物が膜濃縮水として除去され、膜を通過した膜ろ過水はＦＯ膜に送られる。そこでは、誘導溶液と膜を介して接触し、膜ろ過水に含まれる水が膜を通過して誘導溶液を希釈する。この希釈誘導溶液は、１０ｋＰａに減圧されている蒸発缶に入り、そこで加熱されて二酸化炭素、アンモニア、水蒸気からなるガスが沸点の４５℃で蒸発する。この蒸発に必要な熱量は２５０ＧＪ／ｄである。このガスは熱交換器を通って冷却されて誘導溶液に戻り、ＦＯ膜に返送される。この際、冷却水として随伴水やMFろ過水を用いれば、処理対象水の加温による粘度低下に伴う膜ろ過速度の増加効果も得られて好適である。蒸発缶に残った４５℃の淡水は１，０００ｍ３／ｄで取出されて薬剤が加えられ、掘削用水として再利用される。
　一方、水が順浸透膜を通過して離脱することによって濃縮された膜濃縮水は５００ｍ３／ｄで蒸発装置に送られる。この蒸発装置は真空ポンプで内部が３９ｋＰａに減圧されており、また、ヒートポンプによる循環ラインが形成されていて途中で蒸気加熱され、内部を加熱するようになっている。蒸発装置からは７５℃の凝縮水が分離され、２５０ｍ３／ｄで引抜かれる。
　蒸発装置の底部に溜った蒸発濃縮水はポンプで引抜かれて、一部は蒸発装置の頂部から内部に噴霧して戻され、一部は蒸発濃縮水として２５０ｍ３／ｄで晶析装置に送られる。晶析装置にはポンプで抜き出して加熱器で加熱して返送する加熱機構が設けられており、内部の蒸発濃縮水を更に蒸発濃縮するようになっている。濃縮により析出した塩類の結晶は晶析装置の底部から抜き出される。一方、蒸発した凝縮水は２５０ｍ３／ｄで抜き出されて加熱器で７５℃に加熱後、蒸発装置からの２５０ｍ３／ｄの凝縮水と合流して７５℃の凝縮水が５００ｍ３／ｄ（６３ＧＪ／ｄ）で蒸発缶に送られてその熱が利用される。蒸発缶には不足の熱量（１８７ＧＪ／ｄ）が蒸気としてさらに加えられる。
　この凝縮水の熱量を廃熱利用することによる蒸気削減効果は次のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　この廃熱利用による蒸気削減は２５％である。
　本発明により、海水等の被処理液から安定して確実に淡水を得ることができるので、本発明は海水等から淡水を得る方法と装置に広く適用できる。また、油井等の坑井から原油等とともに排出される随伴水を処理して再利用できるので、各地の坑井にも幅広く利用できる。
　１　半透膜装置
　２　海水、被処理水
　３　濃縮された海水、濃縮被処理水、膜濃縮水
　４　半透膜
　５　半透膜を通過して移動する水
　６　誘導溶液
　７　希釈誘導溶液
　８　水溶液とガスを混合する容器
　９　混合された二酸化炭素とアンモニアを含む水溶液
１０　蒸留塔の塔頂部から出てくる二酸化炭素、アンモニア、水からなるガス
１１　蒸留塔
１２　淡水
１３　集光装置
１４　蒸気生成器
１５　リボイラー
１６　熱交換器（希釈誘導溶液温度調整手段）
１７　熱交換器
１８　ポンプ
１９　集熱装置
２０　熱交換器
２１　熱交換器
２２　蒸発法淡水化装置
２３　誘導溶液貯留槽
２４　被処理水供給装置
４１　ケース
４２　中空糸膜
４３　管板
４４　管板
４５　原水（第一流体）入口
４６　希釈濃厚溶液出口
４７　濃縮原水出口
４８　濃厚溶液（第二流体）入口
４９　仕切
５０　仕切
５１　室
５２　室
５３　室
５４　室
５５　仕切板
５６　流通口
５７　第３室
５８　第１室
５９　第２室

Claims (31)

  1. 　溶媒が水である液体と、所定量の揮発性物質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透工程と、前記工程で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液を所定の温度に調整した後、蒸留塔に送入し、塔頂部から揮発性物質と水蒸気からなるガスを得るとともに、塔底部から淡水を得る蒸留工程と、前記ガスを冷却することにより前記誘導溶液を再生する冷却再生工程とを有する淡水製造方法。
  2. 揮発性物質がアンモニアと二酸化炭素である請求項１に記載の淡水製造方法。
  3. 　蒸留塔に送入する前記希釈誘導溶液の温度を、前記ガスと熱交換することにより調整することを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  4. 　蒸留塔に送入する前記希釈誘導溶液の温度を、さらに前記淡水と熱交換することにより調整することを特徴とする請求項３に記載の淡水製造方法。
  5. 　前記蒸留工程における希釈誘導溶液の加熱源として、集光された太陽エネルギーを利用して製造された水蒸気を使用することを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  6. 　前記水蒸気が、集光された太陽エネルギーで加熱された熱媒体を利用して製造された水蒸気であることを特徴とする請求項５に記載の淡水製造方法。
  7. 　溶媒が水である液体を蒸発法で淡水化する蒸発法淡水化装置をさらに有し、前記蒸留工程における希釈誘導溶液の加熱源として、前記蒸発法淡水化装置で製造された淡水の顕熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  8. 　前記淡水の顕熱を熱交換器を介して前記希釈誘導溶液に伝達することを特徴とする請求項７に記載の淡水製造方法。
  9. 　前記淡水を直接前記希釈誘導溶液に投入することを特徴とする請求項７に記載の淡水製造方法。
  10. 　前記液体が海水であることを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  11. 　前記誘導溶液が流通する配管に、定期的に希釈誘導溶液を通水する、あるいは、該誘導溶液の流量を瞬間的に増大することを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  12. 　溶媒か水である液体が、坑井から排出される随伴水をろ過処理工程でろ過処理したろ過水であり、前記順浸透工程で、前記液体中の水が半透膜を通して誘導溶液に移動して残った膜濃縮水を蒸発濃縮し、蒸発濃縮水と凝縮水を得る蒸発工程と、前記蒸発濃縮水を更に蒸発濃縮し、該蒸発濃縮水に含有される塩類を析出させるとともに凝縮水を得る晶析工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の淡水製造方法。
  13. 　前記蒸発工程で得られる凝縮水と前記晶析工程で得られる凝縮水の少なくとも一方を前記蒸留工程における希釈誘導溶液の加熱源として使用することを特徴とする請求項１２に記載の淡水製造方法。
  14. 　前記蒸発工程で得られる凝縮水と前記晶析工程で得られる凝縮水の少なくとも一方を前記蒸留工程における希釈誘導溶液に加熱源として直接導入することを特徴とする請求項１３に記載の淡水製造方法。
  15. 　前記淡水を前記坑井の掘削用水または蒸気として再利用することを特徴とする請求項１２に記載の淡水製造方法。
  16. 　溶媒が水である液体と、所定量の揮発性物質を水に溶解した誘導溶液とを半透膜を介して接触させ、前記液体中の水を前記半透膜を通して前記誘導溶液に移動させる順浸透手段と、前記手段で得られる、水で希釈された希釈誘導溶液全量を所定の温度に調整する希釈誘導溶液温度調整手段と、前記温度調整手段で所定の温度に調整された希釈誘導溶液を蒸留する蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部から得られる揮発性物質と、水蒸気からなるガスを冷却し、誘導溶液を再生する冷却再生手段と、前記蒸留塔の塔底部から得られる揮発性物質をほとんど含まない淡水の回収手段とを有する淡水製造装置。
  17. 　揮発性物質がアンモニアと二酸化炭素である請求項１６に記載の淡水製造装置。
  18. 　前記希釈誘導溶液温度調整手段が、前記希釈誘導溶液と前記塔頂ガスとの熱交換器であることを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  19. 　前記希釈誘導溶液温度調整手段が、さらに、前記希釈誘導溶液と前記淡水との熱交換器も有することを特徴とする請求項１８に記載の淡水製造装置。
  20. 　前記半透膜が中空糸膜であって、これを装着した半透膜装置か、両端が開口した多数の中空糸膜からなる束をケース内に収容した中空糸膜モジュールであり、前記ケースの一端に、前記中空糸膜の内部を流通する第一流体の流入口と前記中空糸膜の外部を流通する第二流体の流出口を有し、前記ケースの他端に、前記中空糸膜の内部を流通する第一流体の流出口と前記中空糸膜の外部を流通する第二流体の流入口を有するとともに、前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の外縁との間隙に、前記第二流体の流通を妨げる仕切板を有することを特徴とする中空糸膜モジュールである請求項１６に記載の淡水製造装置。
  21. 　前記中空糸膜モジュールにおいて、前記多数の中空糸膜からなる束を、ケース内に複数束収容するとともに、前記仕切板が、前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の外縁との間隙および中空糸膜束間の間隙における前記第二流体の流通を妨げる仕切板であることを特徴とする請求項２０に記載の淡水製造装置。
  22. 　前記中空糸膜モジュールにおいて、前記仕切板に、前記第二流体の流通口を設けたことを特徴とする請求項２０に記載の淡水製造装置。
  23. 　前記蒸留塔における希釈誘導溶液の加熱手段として、集光装置により集光された太陽エネルギーを利用して水蒸気を生成する蒸気生成器を設置したことを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  24. 　前記蒸留塔における希釈誘導溶液の加熱手段として、集光装置により集光された太陽エネルギーにより加熱された熱媒体を貯留する集熱装置と、前記集熱装置に貯留された熱媒体を利用して水蒸気を生成する蒸気発生器を設置したことを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  25. 　溶媒が水である液体を蒸発法で淡水化する蒸発法淡水化装置をさらに有し、前記蒸留塔における希釈誘導溶液の加熱手段として、前記蒸発法淡水化装置で製造された淡水の顕熱を前記蒸留塔で蒸留される希釈誘導溶液に伝達する伝熱手段を有することを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  26. 　前記伝熱手段が、前記淡水と前記希釈誘導溶液との熱交換器であることを特徴とする請求項２５に記載の淡水製造装置。
  27. 　前記伝熱手段が、前記淡水と前記希釈誘導溶液とを直接混合する手段であることを特徴とする請求項２５に記載の淡水製造装置。
  28. 　前記液体が海水であることを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  29. 　前記冷却再生手段の出口配管に希釈誘導溶液を通水するための希釈誘導溶液通水手段を設けたことを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  30. 　溶媒が水である液体が、坑井から排出される随伴水をろ過装置でろ過処理したろ過水であり、前記順浸透処理装置で前記液体中の水が半透膜を通して誘導溶液に移動して残った膜濃縮水を蒸発濃縮し、蒸発濃縮水と凝縮水を得る蒸発装置と、前記蒸発濃縮水を更に蒸発濃縮し、該蒸発濃縮水に含有される塩類を析出させるとともに凝縮水を得る晶析装置とを有することを特徴とする請求項１６に記載の淡水製造装置。
  31. 　前記蒸発装置から得られる凝縮水と前記晶析装置から得られる凝縮水の少なくとも一方を前記蒸留塔内の希釈誘導溶液に加熱源として直接導入する手段を設けたことを特徴とする請求項３０に記載の淡水製造装置。
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