特許 6634979 水処理方法および水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6634979

(24)【登録日】2019年12月27日

(45)【発行日】2020年1月22日

(54)【発明の名称】水処理方法および水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20200109BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20200109BHJP

   B01D 17/025 20060101ALI20200109BHJP

   B01D 17/028 20060101ALI20200109BHJP

   B01D 17/04 20060101ALI20200109BHJP

   B01D 17/05 20060101ALI20200109BHJP

   B01D 17/00 20060101ALI20200109BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 D

   B01D61/00 500

   C02F1/44 G

   C02F1/44 K

   B01D17/025 501B

   B01D17/025 501Z

   B01D17/028 A

   B01D17/028 E

   B01D17/04 503Z

   B01D17/05 501M

   B01D17/025 502Z

   B01D17/00 501A

   B01D17/00 501C

   B01D17/00 503A

   B01D17/00 503B

   B01D17/05 501E

   B01D17/05 501F

【請求項の数】25

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-144017(P2016-144017)

(22)【出願日】2016年7月22日

(65)【公開番号】特開2018-12080(P2018-12080A)

(43)【公開日】2018年1月25日

【審査請求日】2018年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大里 彩

(72)【発明者】

【氏名】辻 猛志

(72)【発明者】

【氏名】渕上 浩司

(72)【発明者】

【氏名】戸村 啓二

(72)【発明者】

【氏名】功刀 亮

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 祐也

【審査官】 高橋 成典

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０２７８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１５６４０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第８８５２４３６（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−２１５６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１５１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１３５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２６６９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ６１／００ − ７１／８２

１７／００ − １７／１２

１１／００ − １２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒として水を含む含水溶液からドロー溶液および曇点を有するポリマー溶液を用いて水を分離する水処理方法であって、
前記含水溶液から半透膜を介して前記ドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする浸透工程と、
第１温度の前記希釈ドロー溶液と、前記第１温度より低い温度である第２温度の前記ポリマー溶液との向流接触によって、前記希釈ドロー溶液から前記ポリマー溶液に水を移動させる抽出工程と、
前記ポリマー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記ポリマー溶液から分離水を分離する水分離工程と、
を含み、
前記第１温度と前記第２温度との差が０℃より大きく３０℃以下である
ことを特徴とする水処理方法。

【請求項2】

前記第２温度が２５℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。

【請求項3】

前記分離水を精製水と回収ポリマー溶液とに分離する淡水回収工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理方法。

【請求項4】

前記回収ポリマー溶液から塩を分離可能な塩除去ユニットによって、前記回収ポリマー溶液から塩を除去して脱塩回収ポリマー溶液とする脱塩工程と、前記脱塩回収ポリマー溶液を前記加熱工程前の前記ポリマー溶液に導入させる回収ポリマー再循環工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の水処理方法。

【請求項5】

前記希釈ドロー溶液と前記ポリマー溶液との向流接触を、ミキサーセトラー、多孔板塔、スプレー塔、または充填塔により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項6】

前記ポリマー溶液を複数の孔を有する多孔板を通過させた後に、複数の充填物が詰められた充填部において、前記希釈ドロー溶液と向流接触させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項7】

前記抽出工程の前および前記抽出工程中の少なくとも一方において、前記ポリマー溶液を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項8】

前記抽出工程において前記希釈ドロー溶液から水が抽出された後の濃縮ドロー溶液を、前記浸透工程における前記ドロー溶液に導入させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項9】

前記濃縮ドロー溶液から、前記濃縮ドロー溶液中に残存する前記ポリマー溶液を除去する残ポリマー除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の水処理方法。

【請求項10】

前記残ポリマー除去工程を、コアレッサー、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする請求項９に記載の水処理方法。

【請求項11】

前記水分離工程において分離された前記ポリマー溶液を、前記抽出工程における前記ポリマー溶液に導入させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項12】

前記ドロー溶液が無機塩水溶液であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項13】

前記含水溶液が、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水処理方法。

【請求項14】

溶媒として水を含む含水溶液からドロー溶液および曇点を有するポリマー溶液を用いて水を分離する水処理装置であって、
前記含水溶液から半透膜を介して前記ドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする浸透手段と、
第１温度の前記希釈ドロー溶液と、前記第１温度より低い温度である第２温度の前記ポリマー溶液との向流接触によって、前記希釈ドロー溶液から前記ポリマー溶液に水を移動させる抽出手段と、
前記ポリマー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱された前記ポリマー溶液から分離水を分離する水分離手段と、
を備え、
前記第１温度と前記第２温度との差が０℃より大きく３０℃以下である
ことを特徴とする水処理装置。

【請求項15】

前記第２温度が２５℃以上であることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。

【請求項16】

前記分離水を精製水と回収ポリマー溶液とに分離可能な淡水回収手段をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の水処理装置。

【請求項17】

前記回収ポリマー溶液から塩を除去して脱塩回収ポリマー溶液とする塩除去手段と、前記脱塩回収ポリマー溶液を前記加熱手段に導入させるポリマー再循環手段とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の水処理装置。

【請求項18】

前記抽出手段が、少なくとも２基のミキサーセトラー、少なくとも１基の多孔板塔、少なくとも１基のスプレー塔、または少なくとも１基の充填塔であることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項19】

前記ポリマー溶液の流れ方向に沿った前記抽出手段の上流側、および前記抽出手段の内部の少なくとも一方に、前記ポリマー溶液を冷却するポリマー冷却器が設けられていることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項20】

前記抽出手段によって前記希釈ドロー溶液から水が抽出された濃縮ドロー溶液を、前記浸透手段に導入させるドロー再循環手段が設けられていることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項21】

前記濃縮ドロー溶液から、前記濃縮ドロー溶液中に残存する前記ポリマー溶液を除去する残ポリマー除去手段が設けられていることを特徴とする請求項２０に記載の水処理装置。

【請求項22】

前記残ポリマー除去手段が、コアレッサー、限外ろ過膜、ナノろ過、または逆浸透膜からなることを特徴とする請求項２１に記載の水処理装置。

【請求項23】

前記水分離手段によって分離された前記ポリマー溶液を、前記抽出手段に導入させるポリマー再循環手段が設けられていることを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項24】

前記ドロー溶液が無機塩水溶液であることを特徴とする請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項25】

前記含水溶液が、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする請求項１４〜２４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶媒として水を含む含水溶液から水を抽出する水処理方法および水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、海水から半透膜を用いて淡水を抽出する方法が種々知られている。従来技術の一例として、特許文献１には、供給流れ（フィード）からドロー溶液への流れを誘導することによって溶解した溶質から水を分離する工程、所定の温度のドロー溶液と一つの曇点を有するポリマー溶液とを混合させた後に、混合溶液を第１分離器に導入する工程、所定の温度でドロー溶液から水を抽出し、ドロー溶液の流れからなる塩水相と抽出された水およびポリマー溶液の流れからなるポリマー相との２相混合物を生成する工程、塩水相からポリマー相を分離する工程、ポリマー相を第２分離器内において少なくともポリマーリッチ相と水リッチ相の形態になる曇点温度に加熱する工程、およびポリマーリッチ相と少なくとも引き抜かれた水が９５重量％の水リッチ相とに分離する工程とを含む溶媒回収方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第８８５２４３６号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１５／１５６４０４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術においては、ドロー溶液から水を吸水して希釈されたポリマー溶液は、後の分離工程によって、濃縮されたポリマー溶液（濃縮ポリマー溶液）と分離水とに分離される。分離水がさらに精製される一方、回収された濃縮ポリマー溶液は、濃縮ポリマー溶液と希釈された塩水（希釈ドロー溶液）との混合物に導入される。ところが、混合物が形成されてポリマーが吸水を開始すると、ポリマー自体の浸透圧が低下するため、ドロー溶液からポリマー溶液への水の移動量が低下するという問題が生じる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、ドロー溶液からポリマー溶液への水の移動量を増加させることができる水処理方法および水処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理方法は、溶媒として水を含む含水溶液からドロー溶液および曇点を有するポリマー溶液を用いて水を分離する水処理方法であって、前記含水溶液から半透膜を介して前記ドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする浸透工程と、第１温度の前記希釈ドロー溶液と、前記第１温度より低い温度である第２温度の前記ポリマー溶液との向流接触によって、前記希釈ドロー溶液から前記ポリマー溶液に水を移動させる抽出工程と、前記ポリマー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記ポリマー溶液から分離水を分離する水分離工程と、を含むことを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記分離水を精製水と回収ポリマー溶液とに分離する淡水回収工程とをさらに含むことを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、ポリマー溶液から塩を分離可能な塩除去ユニットによって、前記回収ポリマー溶液から塩を除去して脱塩回収ポリマー溶液とする脱塩工程と、前記脱塩回収ポリマー溶液を前記加熱工程前の前記ポリマー溶液に導入させる回収ポリマー再循環工程とを含むことを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ドロー溶液と前記ポリマー溶液との向流接触を、ミキサーセトラー、多孔板塔、スプレー塔、または充填塔により行うことを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ポリマー溶液を複数の孔を有する多孔板を通過させた後に、複数の充填物が詰められた充填部において、前記ドロー溶液と向流接触させることを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記抽出工程の前および前記抽出工程中の少なくとも一方において、前記ポリマー溶液を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記抽出工程において前記希釈ドロー溶液から水が抽出された後の濃縮ドロー溶液を、前記浸透工程における前記ドロー溶液に導入させることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記濃縮ドロー溶液から、前記濃縮ドロー溶液中に残存する前記ポリマー溶液を除去する残ポリマー除去工程をさらに含むことを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理方法は、この構成において、前記残ポリマー除去工程を、コアレッサー、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜を用いて行うことを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記水分離工程において分離された前記ポリマー溶液を、前記抽出工程における前記ポリマー溶液に導入させることを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記ドロー溶液が無機塩水溶液であることを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る水処理方法は、上記の発明において、前記含水溶液が、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。

【0015】

本発明の一態様に係る水処理装置は、溶媒として水を含む含水溶液からドロー溶液および曇点を有するポリマー溶液を用いて水を分離する水処理装置であって、前記含水溶液から半透膜を介して前記ドロー溶液に水を移動させて希釈ドロー溶液とする浸透手段と、第１温度の前記希釈ドロー溶液と、前記第１温度より低い温度である第２温度の前記ポリマー溶液との向流接触によって、前記希釈ドロー溶液から前記ポリマー溶液に水を移動させる抽出手段と、前記ポリマー溶液を前記曇点以上の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱された前記ポリマー溶液から分離水を分離する水分離手段と、を備えることを特徴とする。

【0016】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記分離水を精製水と回収ポリマー溶液とに分離可能な淡水回収手段をさらに備えることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記回収ポリマー溶液から塩を除去して脱塩回収ポリマー溶液とする塩除去手段と、前記脱塩回収ポリマー溶液を前記加熱手段に導入させるポリマー再循環手段とを備えることを特徴とする。

【0017】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記抽出手段が、少なくとも２基のミキサーセトラー、少なくとも１基の多孔板塔、少なくとも１基のスプレー塔、または少なくとも１基の充填塔であることを特徴とする。

【0018】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記ポリマー溶液の流れ方向に沿った前記抽出手段の上流側、および前記抽出手段の内部の少なくとも一方に、前記ポリマー溶液を冷却するポリマー冷却器が設けられていることを特徴とする。

【0019】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記抽出手段によって前記希釈ドロー溶液から水が抽出された濃縮ドロー溶液を、前記浸透手段に導入させるドロー再循環手段が設けられていることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記濃縮ドロー溶液から、前記濃縮ドロー溶液中に残存する前記ポリマー溶液を除去する残ポリマー除去手段が設けられていることを特徴とする。本発明の一態様に係る水処理装置は、この構成において、前記残ポリマー除去手段が、コアレッサー、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または逆浸透膜からなることを特徴とする。

【0020】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記水分離手段によって分離された前記ポリマー溶液を、前記抽出手段に導入させるポリマー再循環手段が設けられていることを特徴とする。

【0021】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記ドロー溶液が無機塩水溶液であることを特徴とする。

【0022】

本発明の一態様に係る水処理装置は、上記の発明において、前記含水溶液が、海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る水処理方法および水処理装置によれば、ドロー溶液からポリマー溶液への水の移動量を増加させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態における第１実施例による多段対向式連続装置を示す略線図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態における第２実施例による多段多孔板抽出塔を示す略線図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施形態における第３実施例による多孔板抽出ユニットを示す略線図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施形態における第４実施例による充填塔を示す略線図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施形態における第５実施例による充填塔を示す略線図である。

【図7】図７は、従来技術による水処理装置における混合撹拌装置を示す略線図である。

【図8】図８は、従来技術による水処理装置における撹拌分離装置を示す略線図である。

【図9】図９は、本発明の第２の実施形態による水処理装置を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

【0026】

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による水処理装置について説明する。図１は、この第１の実施形態による水処理装置１を示す。図１に示すように、この第１の実施形態による水処理装置１は、膜モジュール１１、抽出部１２、冷却器１３、加熱器１４、分離槽１５、および液分離ユニット１６を備えて構成される。

【0027】

膜モジュール１１は、内部に半透膜１１ａが設けられている。半透膜１１ａは、水を選択的に透過できるものが好ましく、正浸透（ＦＯ：Forward Osmosis）膜が用いられるが、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜を用いてもよい。半透膜１１ａの分離層の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、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、またはポリベンゾイミダゾール系などの材質を挙げることができる。半透膜１１ａの構成は、分離層に用いられる材質を１種類（１層）のみから構成しても良く、分離層を物理的に支持して実質的に分離に寄与しない支持層を有する２層以上から構成してもよい。支持層としてはポリスルホン系、ポリケトン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタラート系、一般的な不織布などの材質を挙げることができる。半透膜１１ａの形態についても限定されるものではなく、平膜、管状膜、または中空糸など種々の形態の膜を用いることができる。膜モジュール１１は、例えば円筒形または箱形の容器であって、内部に半透膜１１ａが設置されることによって、内部が半透膜１１ａによって２つの室に仕切られる。膜モジュール１１の形態は、例えばスパイラルモジュール型、積層モジュール型、中空糸モジュール型などの種々の形態を挙げることができる。

【0028】

膜モジュール１１においては、半透膜１１ａによって仕切られた一方の室に含水溶液であるフィード溶液を流すことができ、他方の室に吸水溶液である濃縮ドロー溶液（単に、ドロー溶液ともいう）を流すことができる。フィード溶液は、例えば海水、かん水、汽水、工業排水、随伴水、または下水、もしくは必要に応じてこれらの水に対してろ過処理を施した、溶媒として水を含む含水溶液である。フィード溶液は前段の処理によって例えば５０℃程度の所定温度に温度制御される。ドロー溶液としては、例えば硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）水溶液、リン酸マグネシウム（Ｍｇ₃(ＰＯ₄)₂）水溶液、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）水溶液、またはリン酸水素ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）水溶液などの種々の無機塩水溶液（塩水）が用いられる。この第１の実施形態においてドロー溶液は、ＭｇＳＯ₄水溶液が用いられる。膜モジュール１１は、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もできる。

【0029】

正浸透工程
浸透手段としての膜モジュール１１においては、正浸透工程が行われる。すなわち、膜モジュール１１において、フィード溶液とドロー溶液とを半透膜１１ａを介して接触させることによって、浸透圧の差によりフィード溶液中の水が半透膜１１ａを通過してドロー溶液に移動する。フィード溶液が流入した一方の室からは、水が移動して濃縮された濃縮フィード溶液が流出する。ドロー溶液が流入した他方の室からは水が移動して希釈された希釈ドロー溶液が流出する。なお、ドロー溶液は、フィード溶液に対する温度制御、およびフィード溶液との接触時の熱伝導によって温度が調整される。この第１の実施形態において希釈ドロー溶液の温度は、第１温度として例えば４５〜６０℃程度の温度に調整される。

【0030】

抽出部１２は、模式的に少なくとも１基の抽出ユニット、好適には複数の抽出ユニット１２−１，…，１２−（ｎ−１），１２−ｎ（ｎは、２以上の整数）から構成される。それぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎは、例えば多孔板塔、スプレー塔、または充填塔からなる。それぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎは、全て同じ装置から構成しても、複数の異なる種類の装置を組み合わせて構成してもよい。抽出ユニット１２−１〜１２−ｎの詳細については後述する。

【0031】

抽出部１２内においては、膜モジュール１１において希釈された希釈ドロー溶液が、抽出ユニット１２−ｎに流入して、抽出ユニット１２−ｎ，１２−（ｎ−１），…，１２−１を順次通過する。一方、抽出部１２内においては、濃縮ポリマー溶液（単に、ポリマー溶液ともいう）が、抽出ユニット１２−１に流入して、抽出ユニット１２−１，…，１２−（ｎ−１），１２−ｎを順次通過する。すなわち、抽出部１２は、内部においてドロー溶液とポリマー溶液とが向流接触しつつ通過可能に構成されている。

【0032】

ポリマー溶液は、温度感応性吸水剤（ポリマー）を主体とする溶液である。温度感応性吸水剤は、低温においては親水性で水によく溶けて吸水量が多くなる一方、温度が上昇するにしたがって吸水量が低下して、所定温度以上になると疎水性化し溶解度が低下する物質である。この第１の実施形態においてポリマーは、少なくとも疎水部および親水部が含まれ、基本骨格にエチレンオキシド群とプロピレンオキシドおよびブチレンオキシドからなる少なくとも一方の群とを含む、ブロックまたはランダム共重合体が好ましい。基本骨格は例えば、グリセリン骨格や炭化水素骨格などが挙げられる。具体的には、例えば、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドの重合体を有する薬剤（ＧＥ１０００−ＢＢＰＰ（Ａ３）、特許文献２参照）を用いた。このようなポリマーにおいて、水溶性と水不溶性とが変化する温度は、曇点と呼ばれる。ポリマー溶液の温度が曇点に達すると疎水性化した温度感応性吸水剤が凝集して白濁が生じる。温度感応性吸水剤は、各種界面活性剤、分散剤、乳化剤などとして利用される。この第１の実施形態においては、抽出部１２内において、希釈ドロー溶液から水を誘引する誘引物質として用いられる。

【0033】

抽出工程
抽出ユニット１２−１，…，１２−（ｎ−１），１２−ｎにはそれぞれ、内部にポリマー冷却器１２ａ−１，…，１２ａ−（ｎ−１），１２ａ−ｎが設けられている。ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎは、ポリマー溶液を選択的に冷却するための冷却器である。また、冷却器１３は、抽出部１２に対してポリマー溶液の流れ方向に沿った上流側に設けられ、濃縮ポリマー溶液の温度を低下させる温度制御を行う。冷却器１３により濃縮ポリマー溶液は、第２温度として例えば２５〜３５℃程度に調整される。ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎおよび冷却器１３の少なくとも一方において、ポリマー溶液の冷却工程が行われる。なお、ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎと冷却器１３とは、いずれか一方のみ設けてもよく、ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎの一部のみ設けてもよい。

【0034】

抽出手段としての抽出部１２においては、抽出工程が行われる。すなわち、抽出部１２内において、抽出ユニット１２−ｎ〜１２−１に順次希釈ドロー溶液を流動させるとともに、抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに順次濃縮ポリマー溶液を流動させる。これによって、希釈ドロー溶液と濃縮ポリマー溶液とが向流接触し、希釈ドロー溶液中の水が、濃縮ポリマー溶液に移動する。希釈ドロー溶液は、抽出ユニット１２−ｎから、抽出ユニット１２−（ｎ−１）、…、抽出ユニット１２−１に順次流動するにしたがって、ポリマー溶液に水が移動することで順次濃縮される。濃縮された濃縮ドロー溶液は、抽出部１２（抽出ユニット１２−１）から流出される。一方、濃縮ポリマー溶液は、抽出ユニット１２−１、…、抽出ユニット１２−（ｎ−１）および抽出ユニット１２−ｎを順次流動するにしたがって、希釈ドロー溶液から水が移動されることによって順次希釈されて、希釈ポリマー溶液となる。希釈ポリマー溶液は、抽出部１２（抽出ユニット１２−ｎ）から流出される。

【0035】

抽出工程においては、ドロー溶液の流動位置Ｓ_n，Ｓ_n-1，Ｓ_n-2，…，Ｓ₁，Ｓ₀に沿って、ドロー溶液における含水量が順次減少するとともに、ドロー溶液の浸透圧が順次上昇する。一方、ポリマー溶液の流動位置Ｔ₀，Ｔ₁，…，Ｔ_n-2，Ｔ_n-1，Ｔ_nに沿って、ドロー溶液から移動された水によってポリマー溶液の含水量は順次増加する。

【0036】

ここで、上述したように、ドロー溶液は温度が調整されて、抽出ユニット１２−ｎに対するドロー溶液の流動位置Ｓ_nでの温度は、第１温度として例えば４５℃程度になっている。一方、濃縮ポリマー溶液は、冷却器１３によって温度が調整されて、抽出ユニット１２−１に対するポリマー溶液の流動位置Ｔ₀での温度は、第２温度として例えば３０℃程度になっている。すなわち、抽出部１２（抽出ユニット１２−ｎ）に流入するドロー溶液の温度（第１温度）より、抽出部１２（抽出ユニット１２−１）に流入するポリマー溶液の温度（第２温度）が低くなるように制御される。これにより、抽出部１２内においてドロー溶液からポリマー溶液に熱伝導し、ドロー溶液は、流動位置Ｓ_n，…，Ｓ₀に沿って順次温度が低下して流動位置Ｓ₀において例えば４０℃程度になる。一方、ポリマー溶液は、流動位置Ｔ₀，…，Ｔ_nに沿って順次温度が上昇して、流動位置Ｔ_nにおいて例えば４０℃程度になる。ポリマーは温度が上昇するのに伴って浸透圧が低下する。すなわち、ドロー溶液は流入側から流出側に向かって濃縮されて浸透圧が増加する一方、ポリマー溶液は、流入側から流出側に向かって温度が上がって浸透圧が低下する。これにより、ドロー溶液とポリマー溶液とは、抽出部１２内のそれぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎにおいて、浸透圧が抽出ユニットごとの所定の浸透圧差を維持しつつ向流接触する。そのため、抽出ユニット１２−１〜１２−ｎにおいて、効率よくドロー溶液からポリマー溶液に水を移動させることができる。また、ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎによって、ドロー溶液との向流接触中においてポリマー溶液を冷却することにより、ポリマー溶液の浸透圧を高い状態に維持できるため、ドロー溶液とポリマー溶液との浸透圧の差を大きく維持でき、より効率よく水を移動させることができる。

【0037】

加熱工程
ポリマー溶液の加熱手段としての加熱器１４は、ポリマー溶液の流れ方向に沿って分離槽１５の上流側に設けられる。加熱器１４は、抽出部１２から流出した希釈ポリマー溶液を曇点の温度以上に加熱する。

【0038】

加熱器１４においては、加熱工程が行われる。すなわち、抽出工程によって希釈ドロー溶液から水が移動して希釈された希釈ポリマー溶液を、加熱器１４によって曇点以上の温度まで加熱することにより、ポリマーの少なくとも一部を凝集させる。これにより、ポリマーと水とが相分離して生成した微細な液滴が合一する。加熱工程における加熱温度は、加熱器１４を制御することによって調整可能である。

【0039】

水分離工程
水分離手段としての分離槽１５は、加熱工程で相分離したポリマーを主体とする濃縮ポリマー溶液と、水を主体とする分離水とに相分離する。分離槽１５においては、水分離工程が行われる。すなわち、分離槽１５において、濃縮ポリマー溶液と分離水との相分離は、曇点以上の液温で静置することによって行うことができる。希釈ポリマー溶液から分離された分離水は、フィード溶液から得られた最終生成物として、外部に放出される。

【0040】

ポリマー再循環工程
希釈ポリマー溶液から分離水が分離されて濃縮された濃縮ポリマー溶液は、ポリマー再循環手段としての再循環路１７ａにおいて、ポリマー再循環工程が行われる。すなわち、濃縮ポリマー溶液は、再循環路１７ａを通じて、冷却器１３および抽出部１２に順次供給される。冷却器１３としては、例えば海水、河川水、または地下水などを冷却水として用いる熱交換器などが用いられる。

【0041】

残ポリマー除去工程
液分離ユニット１６は、例えばコアレッサー、限外ろ過膜（ＵＦ膜）ユニット、ナノろ過膜（ＮＦ膜）ユニット、または逆浸透膜（ＲＯ膜）ユニットから構成される。液分離ユニット１６は、抽出部１２の抽出ユニット１２−１から流出した濃縮ドロー溶液に残存するポリマーを、濃縮ドロー溶液から分離する残ポリマー除去手段である。

【0042】

液分離ユニット１６においては、残ポリマー除去工程が行われる。すなわち、抽出部１２における抽出工程によって水が移動して濃縮された濃縮ドロー溶液内には、ポリマー溶液との向流接触によって混入したポリマーが残存している可能性がある。そこで、液分離ユニット１６によって、濃縮ドロー溶液からポリマー溶液を分離する。ポリマー溶液が除去された濃縮ドロー溶液は、ドロー再循環手段としての再循環路１７ｂによって膜モジュール１１に流入する。一方、濃縮ドロー溶液から除去されたポリマー溶液（残ポリマー溶液）は、再循環手段としての再循環路１７ｃによって、ポリマー溶液の流れ方向に沿った冷却器１３の上流側に再循環される。

【0043】

（実施例）
次に、以上のように構成された第１の実施形態による水処理装置における抽出ユニットの具体的な実施例について説明する。なお、以下の実施例における抽出ユニットの具体例においては、ポリマー冷却器１２ａ−１〜１２ａ−ｎについての記載は省略する。

【0044】

（第１実施例）
まず、第１実施例について説明する。図２は、図１に示す水処理装置１の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに用いられる第１実施例による多段対向式連続装置２０を示す略線図である。

【0045】

図２に示すように、多段対向式連続装置２０は、少なくとも２基のミキサーセトラーから構成され、この第１実施例においては例えば３基のミキサーセトラー２１，２２，２３から構成される。ミキサーセトラー２１は、第１攪拌槽２１１および第１分離槽２１２から構成される。第１攪拌槽２１１には、モータ（図示せず）により回転可能な撹拌翼としてのプロペラ２１１ａが設けられている。第１分離槽２１２内には、充填材２１２ａが充填されている。同様に、ミキサーセトラー２２は、プロペラ２２１ａが設けられた第２攪拌槽２２１、および充填材２２２ａが充填された第２分離槽２２２から構成される。ミキサーセトラー２３は、プロペラ２３１ａが設けられた第３攪拌槽２３１、および充填材２３２ａが充填された第３分離槽２３２から構成される。図１に示す抽出部１２として多段対向式連続装置２０を採用した水処理装置を以下、第１の装置という。

【0046】

第１攪拌槽２１１、第２攪拌槽２２１、および第３攪拌槽２３１の寸法の一例を挙げると、高さが１ｍ、幅が０．２ｍ、奥行きが０．２ｍ、および容積が４０Ｌである。第１分離槽２１２、第２分離槽２２２、および第３分離槽２３２の寸法の一例を挙げると、高さが０．２ｍ、幅が１ｍ、奥行きが０．２ｍ、および容積が４０Ｌである。充填材２１２ａ，２２２ａ，２３２ａは、分離時間を短縮するために液滴の合一を促進するためのものである。充填材２１２ａ，２２２ａ，２３２ａとしては、網目の大きさとして目幅が５ｍｍ、糸径が０．２ｍｍのものを使用できるが、特に限定されない。また、充填材２１２ａ，２２２ａ，２３２ａの材質としては、具体的に例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の材質から構成されるメッシュ状のものが挙げられるが、特に限定されない。

【0047】

抽出部１２としての多段対向式連続装置２０を構成するミキサーセトラー２１，２２，２３においてはそれぞれ、第１攪拌槽２１１、第２攪拌槽２２１、および第３攪拌槽２３１において混合物が撹拌される。第１攪拌槽２１１、第２攪拌槽２２１、および第３攪拌槽２３１において撹拌された混合溶液はそれぞれ、第１分離槽２１２、第２分離槽２２２、および第３分離槽２３２に供給されて分離される。

【0048】

具体的に、多段対向式連続装置２０においては、分離槽１５や冷却器１３（図１参照）などの外部から供給されるポリマー溶液が第１攪拌槽２１１に流入する。第１攪拌槽２１１に流入したポリマー溶液は、２段目のミキサーセトラー２２における第２分離槽２２２から供給されたドロー溶液と混合される。ポリマー溶液とドロー溶液とは、第１攪拌槽２１１のプロペラ２１１ａによって撹拌されて混合される。これにより、ドロー溶液からポリマー溶液に水が抽出される。撹拌後の混合溶液は、第１分離槽２１２に供給されて、水を吸収したポリマー溶液と水を放出したドロー溶液とに分離される。分離されたポリマー溶液は、２段目のミキサーセトラー２２の第２攪拌槽２２１に供給されて、３段目のミキサーセトラー２３の第３分離槽２３２から供給されるドロー溶液と混合される。同様にして、ポリマー溶液は、第２攪拌槽２２１、第２分離槽２２２、第３攪拌槽２３１、および第３分離槽２３２に順次供給されて混合、撹拌、および分離が適宜行われ、最終的に外部の加熱器１４および分離槽１５（図１参照）に順次供給される。

【0049】

一方、膜モジュール１１（図１参照）などの外部から供給されるドロー溶液は、３段目のミキサーセトラー２３における第３攪拌槽２３１に流入する。第３攪拌槽２３１に流入したドロー溶液は、２段目のミキサーセトラー２２における第２分離槽２２２から供給されたポリマー溶液と混合される。ドロー溶液とポリマー溶液とは、第３攪拌槽２３１のプロペラ２３１ａによって撹拌されて混合される。これにより、ドロー溶液からポリマー溶液に水が抽出される。撹拌後の混合溶液は、第３分離槽２３２に供給されて、ポリマー溶液とドロー溶液とに分離される。分離されたドロー溶液は、２段目のミキサーセトラー２２の第２攪拌槽２２１に供給されて、１段目のミキサーセトラー２１の第１分離槽２１２から供給されるポリマー溶液と混合される。同様にして、ドロー溶液は、第２攪拌槽２２１、第２分離槽２２２、第１攪拌槽２１１、および第１分離槽２１２に順次供給されて混合、撹拌、および分離が適宜行われ、最終的に外部の液分離ユニット１６（図１参照）に供給される。

【0050】

以上のように、ミキサーセトラー２１，２２，２３は、ポリマー溶液とドロー溶液とを向流接触可能な状態に連結されて多段対向式連続装置２０を構成する。多段対向式とは、ポリマー溶液とドロー溶液とを混合撹拌した後に分離する混合撹拌分離装置が複数段から構成され、全体としてポリマー溶液とドロー溶液とが向流接触する方式である。なお、第１実施例において、プロペラ２１１ａ，２２１ａ，２３１ａによる撹拌時間は、ドロー溶液からポリマー溶液に水を移動させるために必要な最低所要時間に設定し、いずれも例えば６分間とした。また、第１分離槽２１２、第２分離槽２２２、および第３分離槽２３２における滞留時間はそれぞれ、ドロー溶液とポリマー溶液とを分離させるために必要な最低所要時間に設定し、いずれも例えば５分間とした。

【0051】

（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。図３は、図１に示す水処理装置１の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに用いられる第２実施例による多段多孔板抽出塔３０を示す略線図である。

【0052】

図３に示すように、第２実施例における多段多孔板抽出塔３０は、円筒形状の塔３１の内部に、上部から交互に設けられた３枚の多孔板３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有して構成されている。塔３１の寸法は、内径φが１００ｍｍ、高さが４．２ｍ、容積が３３Ｌである。多孔板３２ａ〜３２ｃにおける穴の径は３ｍｍ、開孔率は３３％である。それぞれの多孔板３２ａ，３２ｂ，３２ｃどうしの間隔は、溶液の滞留時間がドロー溶液とポリマー溶液とが分離する最低所要時間である１分程度になるように設定した。

【0053】

多段多孔板抽出塔３０は、抽出部１２における抽出ユニット１２−１〜１２−ｎの全体を構成する。多段多孔板抽出塔３０は、ポリマー溶液が塔３１の下部から流入して上部から流出するとともに、ドロー溶液が塔３１の上部から流入して下部から流出するように構成される。これにより、多段多孔板抽出塔３０内において、ドロー溶液とポリマー溶液とが多段で向流接触する。図１に示す抽出部１２として多段多孔板抽出塔３０を採用した水処理装置を以下、第２の装置という。

【0054】

（第３実施例）
次に、第１の実施形態による水処理装置を用いた第３実施例について説明する。図４は、図１に示す水処理装置１の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに用いられる第３実施例による多孔板抽出ユニット４０を示す略線図である。

【0055】

図４に示すように、第３実施例による多孔板抽出ユニット４０は、抽出槽４１，４２，４３の３槽から構成される。それぞれの抽出槽４１，４２，４３の内部にはそれぞれ、中間位置に多孔板４１ａ，４２ａ，４３ａが設けられている。すなわち、多孔板抽出ユニット４０は、第２実施例における３段の多段多孔板抽出塔３０を３槽に分けた構成である。第３実施例において、抽出槽４１〜４３の１槽の寸法は、高さが０．１ｍ、幅が０．４ｍ、奥行きが０．４ｍ、容積が１６Ｌである。多孔板４１ａ〜４３ａについては、第２実施例と同様である。それぞれの抽出槽４１〜４３の滞留時間は、ドロー溶液とポリマー溶液とが分離する最低所要時間である２．５分程度になるように設定した。

【0056】

多孔板抽出ユニット４０は、抽出部１２を構成し、抽出槽４１〜４３がそれぞれ、各抽出ユニット１２−１〜１２−ｎを構成する。多孔板抽出ユニット４０のそれぞれの抽出槽４１〜４３において、ポリマー溶液が抽出槽４１〜４３の下部から流入して上部から流出する。また、それぞれの抽出槽４１〜４３において、ドロー溶液が抽出槽４１〜４３の上部から流入して下部から流出する。これにより、多孔板抽出ユニット４０におけるそれぞれの抽出槽４１〜４３内において、ドロー溶液とポリマー溶液とが向流接触する。図１に示す抽出部１２の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎとして多孔板抽出ユニット４０を採用した水処理装置を以下、第３の装置という。

【0057】

（第４実施例）
次に、第１の実施形態による水処理装置を用いた第４実施例について説明する。図５は、図１に示す水処理装置１の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに用いられる第４実施例による充填塔５０を示す略線図である。

【0058】

図５に示すように、第４実施例による充填塔５０は、塔５１の高さ方向に沿った中間部分に、充填物が詰められた充填部５２を有して構成されている。塔５１の寸法は、第２実施例の塔３１と同様に内径φが１００ｍｍ、高さが４．２ｍ、および容積が３３Ｌである。充填部５２を構成する充填物は、ポリプロピレン製のネットを円筒状に成型したものである。個々の充填物の寸法は、内径φが２４ｍｍ、外径φが３５ｍｍ、および長さが３５ｍｍであって、空隙率は８８％である。充填部５２における滞留時間は、ドロー溶液とポリマー溶液とが分離する最低所要時間である３分程度に設定した。

【0059】

充填塔５０は、抽出部１２におけるそれぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎを構成する。充填塔５０は、ポリマー溶液が塔５１の下部から流入して上部から流出するとともに、ドロー溶液が塔５１の上部から流入して下部から流出するように構成される。これにより、充填塔５０内において、ドロー溶液とポリマー溶液とが向流接触する。図１に示すそれぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎとして充填塔５０を採用した水処理装置を以下、第４の装置という。

【0060】

（第５実施例）
次に、第１の実施形態による水処理装置を用いた第５実施例について説明する。図６は、図１に示す水処理装置１の抽出ユニット１２−１〜１２−ｎに用いられる第５実施例による充填塔６０を示す略線図である。

【0061】

図６に示すように、第５実施例による充填塔６０は、塔６１の高さ方向に沿った中間部分に、充填物が詰められた充填部６２を有するとともに、充填部６２の下方に多孔板６３が設けられている。塔６１の寸法は、第２実施例の塔３１と同様に内径φが１００ｍｍ、高さが４．２ｍ、および容積が３３Ｌである。充填部６２を構成する充填物は、第４実施例と同様の材料からなり、個々の充填物の寸法は、内径φが２４ｍｍ、外径φが３５ｍｍ、および長さが３５ｍｍであって、空隙率は８８％である。充填部６２における滞留時間は、ドロー溶液とポリマー溶液とが分離する最低所要時間である３分程度に設定した。

【0062】

充填塔６０は、抽出部１２におけるそれぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎを構成する。充填塔６０は、ポリマー溶液が塔６１の下部から流入して上部から流出するとともに、ドロー溶液が塔６１の上部から流入して下部から流出するように構成される。これにより、充填塔６０内において、ドロー溶液とポリマー溶液とが向流接触する。図１に示すそれぞれの抽出ユニット１２−１〜１２−ｎとして充填塔６０を採用した水処理装置を以下、第５の装置という。

【0063】

（第１比較例）
第１実施例〜第５実施例と比較するために、ポリマー溶液とドロー溶液とを混合撹拌する混合撹拌装置を用いた例を第１比較例とする。図７は、混合撹拌装置の略線図を示す。図７に示すように、従来の混合撹拌装置１００は、バッチ方式であって、撹拌槽１０１内に撹拌翼としてプロペラ１０１ａを備えて構成される。ここで、混合撹拌装置１００の寸法は、撹拌槽１０１の内径φが１００ｍｍ、高さが０．９ｍ、容積が７Ｌである。

【0064】

抽出部１２として混合撹拌装置１００を用いた場合、まず、ポリマー溶液とドロー溶液とを混合撹拌してポリマー溶液に水が移動した後に、混合溶液を静置する必要がある。この混合溶液の静置によって、吸水したポリマー溶液（希釈ポリマー溶液）と水が移動されたドロー溶液（濃縮ドロー溶液）とを分離させる。図７に示す混合撹拌装置１００の場合において撹拌を行う時間は、ドロー溶液からポリマー溶液に水を移動させるために必要な最低所要時間である６分間とする。図１に示す抽出部１２に混合撹拌装置１００を採用した水処理装置を以下、第１の従来装置という。第１の従来装置においては、撹拌を停止した時点から界面の変動がなくなるまでの時間を分離時間として測定した。

【0065】

（第２比較例）
第１実施例〜第５実施例と比較するために、ポリマー溶液とドロー溶液とを向流接触させることなく、混合撹拌した後に並流によって分離する例を、第２比較例とする。図８は、撹拌分離装置の略線図を示す。図８に示すように、従来の撹拌分離装置２００は、連続式であって、撹拌翼としてプロペラ２０１ａを備えた撹拌槽２０１と、分離槽２０２とから構成される。撹拌分離装置２００においては、プロペラ２０１ａによって混合液を撹拌した後、混合液を分離槽２０２において並流によって分離する。ここで、撹拌槽２０１の寸法は、高さが１ｍ、幅が０．２ｍ、奥行きが０．２ｍ、および容積が４０Ｌである。分離槽２０２の寸法は、高さが０．５ｍ、幅が１ｍ、奥行きが０．４ｍ、容積が２００Ｌである。

【0066】

抽出部１２として撹拌分離装置２００を用いた場合、撹拌槽２０１においてポリマー溶液とドロー溶液とを混合撹拌してポリマー溶液に水を移動させた後に、混合溶液を分離槽２０２において並流によって希釈ポリマー溶液と濃縮ドロー溶液とを分離させる。図８に示す撹拌分離装置２００の場合において撹拌を行う時間は、ドロー溶液からポリマー溶液に水を移動させるために必要な最低所要時間である６分間とする。図１に示す抽出部１２に撹拌分離装置２００を採用した水処理装置を以下、第２の従来装置という。第２の従来装置において分離槽２０２における滞留時間は、ドロー溶液とポリマー溶液とが分離する最低所要時間である３０分である。

【0067】

表１は、上述した第１〜第５の装置（向流接触）および第１，第２の従来装置（混合撹拌）において、それぞれのドロー溶液およびポリマー溶液における、流入側（入口）および流出側（出口）の濃度（ｗｔ％）および重量（ｇ）と、水の移動量（ｇ）と、水の抽出に要する所要時間とを計測した結果を示す。なお、流量は第１〜第５の装置および第２の従来装置において、入口側の流量をドロー溶液が３．３Ｌ／ｍｉｎ、ポリマー溶液を３．３Ｌ／ｍｉｎとした。第１の従来装置はバッチ式であるため、ポリマー溶液の初期量を３．３Ｌ、ドロー溶液を３．３Ｌとした。また、第１〜第５実施例および第１，第２比較例において、ドロー溶液の入口温度（流動位置Ｓ_nでの温度）を５０℃、ポリマー溶液の入口温度（流動位置Ｔ₀での温度）を３０℃とした。

【0068】

【表1】

【0069】

まず、第１比較例における第１の従来装置（混合撹拌装置１００）は、バッチ式であるため水処理装置１に適用することが困難であるという問題がある。一方、第２比較例における第２の従来装置（撹拌分離装置２００）は、連続式であることから水処理装置１に適用できるものの、撹拌によってポリマー溶液の液滴が小さくせん断されるため、合一に長い時間を要して分離時間が約１５分と長くなる。

【0070】

表１から、第１の実施例と第２比較例とにおける水の移動量に着目すると、第２比較例の水の移動量に比して、第１実施例の水の移動量が大きくなることが分かる。これは、ポリマー溶液とドロー溶液とを向流接触させることに起因すると考えられる。一方、第１実施例における分離時間に着目すると、第１〜第３分離槽２１２，２２２，２３２のそれぞれの分離時間は、第２の従来装置の分離槽２０２に比して短縮できることが分かる。これは、第１〜第３分離槽２１２，２２２，２３２においては、充填材２１２ａ，２２２ａ，２３２ａが用いられているためである。しかしながら、第１実施例においては、ポリマー溶液とドロー溶液との向流接触を行うために、少なくとも２基のミキサーセトラー２１，２２，２３を用いる必要がある。これにより、全体の分離時間を合計すると第２の従来装置の分離槽２０２での分離時間と同等になり、撹拌時間に関しては長くなることが分かる。

【0071】

従来技術においても、ポリマー溶液とドロー溶液との混合物が分離器に導入される。ところが、一般に、混合物を生成させるための混合の度合いが高く混合時間が長いほど、ポリマー溶液に移動する水の移動量が増加する一方、過度の混合を行うとドロー溶液とポリマー溶液とを分相するまでに長い時間を要する。これによって、ドロー溶液からポリマー溶液への水の抽出に要する撹拌時間や分離時間などのプロセス滞留時間が長くなるという問題があった。

【0072】

これに対し、表１から、第２実施例における第２の装置〜第５実施例における第５の装置においては、第１，第２比較例および第１実施例に比して、分離時間を短縮できることが分かる。この分離時間の短縮は、第２〜第５の装置においては、そもそも撹拌によるポリマー溶液の液滴にせん断が生じないためであると考えられる。分離時間の短縮は抽出ユニット１２−１〜１２−ｎの小型化に直結することから、第２〜第５実施例においては、水処理装置の容積を低減することが可能となる。具体的に第２，第４，第５実施例においては、第２比較例に比して、抽出ユニットの容積を１／６以下にすることが可能になり、ポリマーの使用量も大幅に低減することができる。

【0073】

また、表１において水の移動量に着目すると、第２の従来装置に比して、第１〜第５の装置の方が水の移動量が大きいことが分かる。すなわち、ドロー溶液とポリマー溶液とを向流接触させることによって、水の移動量を増加できることが分かる。これは、化学工学的観点から、向流接触させることによって２液間で効率的な接触が可能になるためと考えられる。とりわけ第５の装置は、多孔板６３によって適度に細分化されたポリマー溶液の液滴が、充填部６２においてドロー溶液と向流接触することになるため、水の移動量が第１〜第４の装置に比して多くなったと考えられる。

【0074】

（第６〜第９実施例および第３比較例）
次に、第１の実施形態による第６〜第９実施例、および第６〜第９実施例と比較するための第３比較例について説明する。すなわち、ドロー溶液における抽出部１２の入口（流動位置Ｓ_n）での第１温度と、ポリマー溶液における抽出部１２の入口（流動位置Ｔ₀）での第２温度とを種々変更した場合の水の移動量について実験を行った。ここで、ポリマー溶液は温度が低いほど浸透圧が高くなり、ドロー溶液からの吸水能力が高くなる傾向があるため、ポリマー溶液の温度は低い方が好ましい。反対に、ドロー溶液の温度（第１温度）がポリマー溶液の温度（第２温度）よりも低い場合（第１温度＜第２温度）、ポリマー溶液の温度が相対的に高くなるため、ポリマー溶液の吸水能力が低下する傾向になるので、好ましくない。そのため、ドロー溶液の入口での第１温度は、ポリマー溶液の入口での第２温度以上（第１温度≧第２温度）であることを前提とする。

【0075】

すなわち、第６実施例においては、ドロー溶液の入口での第１温度を４５℃、かつポリマー溶液の入口での第２温度を３５℃（第１条件）にする。第７実施例においては、ドロー溶液の入口での第１温度を５０℃、ポリマー溶液の入口での第２温度を３０℃（第２条件）にする。第８実施例においては、ドロー溶液の入口での第１温度を５５℃、ポリマー溶液の入口での第２温度を２５℃（第３条件）にする。第９実施例においては、ドロー溶液の入口での第１温度を５８℃、ポリマー溶液の入口での第２温度を２３℃（第４条件）にする。なお、第３比較例においては、ドロー溶液の入口での第１温度とポリマー溶液の入口での第２温度とを等しく４０℃（一定）にする。

【0076】

第６〜第９実施例および第３比較例の実験結果を表２に示す。なお、水処理装置としては、第５実施例における第５の装置を用い、抽出部１２内における平均温度は、第６〜第９実施例および第３比較例において、いずれも等しくなるように設定した。また、ドロー溶液としてはＭｇＳＯ₄水溶液を用い、ポリマー溶液におけるポリマーとしては、ＧＥ１０００−ＢＢＰＰ（Ａ３）（特許文献２参照）を用いた。

【0077】

【表2】

【0078】

第３比較例と第６実施例（第１条件）とにおいて、出口での温度はどちらも同じ４０℃であった。ところが、表２から、入口の温度が異なることによって、第３の比較例に比して第６実施例の方が水の移動量が増加していることが分かる。抽出工程においてポリマー溶液は、温度が低いほど吸水能力が高くなり、ドロー溶液に対して高い濃縮を行うことが可能である。

【0079】

また、ドロー溶液の入口での第１温度とポリマー溶液の入口での第２温度との温度差は、ポリマーの種類によって変化はあるが、表２から、第６〜第８の実施例において用いたポリマーにおいて好ましくは、以下の（１）式になることが分かる。
０℃＜第１温度−第２温度≦３０℃ …（１）

【0080】

すなわち、表２における第７〜第９実施例の結果から、水の移動量は、ドロー溶液の入口での第１温度とポリマー溶液の入口での第２温度との温度差が２０〜３０℃でピークになることが分かる。表２の第９実施例の結果から、ドロー溶液の入口での第１温度とポリマー溶液の入口での第２温度との温度差が３５℃となると、温度差が３０℃以下の場合に比して、水の移動量が減少することが分かる。また、ポリマー溶液の温度が２５℃未満の場合、ポリマーを冷却する際に用いる海水や河川水などとの温度差を十分に確保できないことから、ポリマー溶液の温度を低下させるために高いエネルギーが必要になるため、ポリマー溶液の入口での第２温度は２５℃以上が好ましい。すなわち、（１）式に加え、さらに以下の（２）式が成立するのが好ましい。
第２温度≧２５℃ …（２）

【0081】

以上説明したこの第１の実施形態による水処理方法および水処理装置によれば、水を含むドロー溶液と吸水能力を有するポリマー溶液とを向流接触させて、ドロー溶液からポリマー溶液に水を移動させている。これにより、ドロー溶液からポリマー溶液への水の抽出に要する所要時間である滞留時間を短縮できるとともに、水の移動量を増加できる。

【0082】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による水処理装置について説明する。図９は、第２の実施形態による水処理装置２を示す。図９に示すように、第２の実施形態による水処理装置２は、第１の実施形態による水処理装置１において、さらに、淡水回収ユニット１８および塩除去ユニット１９を備える。

【0083】

淡水回収工程
淡水回収手段としての淡水回収ユニット１８は、例えば従来公知の膜ろ過装置から構成される。淡水回収ユニット１８においては、淡水回収工程が行われる。すなわち、淡水回収ユニット１８は、分離槽１５において分離された分離水に対して膜ろ過処理を行うことにより、精製水である淡水を分離する。分離水から淡水が除去された回収ポリマー溶液は、塩除去ユニット１９に供給される。

【0084】

塩除去手段としての塩除去ユニット１９は、例えば従来公知の脱塩処理装置からなり、回収ポリマー溶液から塩水を分離可能に構成される。塩除去ユニットにおいては脱塩工程が行われる。塩除去ユニット１９は、淡水回収ユニット１８から供給された回収ポリマー溶液に対して脱塩処理を行うことにより、回収ポリマー溶液から塩を除去して排出する。このとき、フィード溶液が海水ではなく例えば下水などの場合、塩除去ユニット１９に用いるろ過膜の膜種を好適な膜に選択することによって、微量有機物を併せて除去することが可能になる。ろ過膜の膜種としては、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）、または逆浸透膜（ＲＯ膜）などが挙げられる。なお、塩除去ユニット１９にろ過膜を用いる場合は、ろ過膜を透過した透過水（ろ過水）中に塩や微量有機物が含有されるため、透過水を排出し、濃縮水側を回収ポリマー溶液として使用する。

【0085】

回収ポリマー再循環工程
脱塩された回収ポリマー溶液は、脱塩回収ポリマー溶液として、分離槽１５および加熱器１４の上流側に再循環される。すなわち、脱塩回収ポリマー溶液を加熱工程前のポリマー溶液または加熱器１４に導入して、回収ポリマー再循環工程が行われる。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0086】

この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0087】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。

【0088】

上述の実施形態においては、抽出ユニットとして、ミキサーセトラー２１，２２，２３、多段多孔板抽出塔３０、多孔板抽出ユニット４０、充填塔５０，６０を採用しているが、スプレー塔などを用いることも可能である。

【符号の説明】

【0089】

１，２ 水処理装置
１１ 膜モジュール
１１ａ 半透膜
１２ 抽出部
１２−１，…，１２−（ｎ−１），１２−ｎ 抽出ユニット
１２ａ−１，…，１２ａ−（ｎ−１），１２ａ−ｎ ポリマー冷却器
１３ 冷却器
１４ 加熱器
１５ 分離槽
１６ 液分離ユニット
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 再循環路
１８ 淡水回収ユニット
１９ 塩除去ユニット
２０ 多段対向式連続装置
３０ 多段多孔板抽出塔
４０ 多孔板抽出ユニット
５０，６０ 充填塔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】