特許 7547243 水処理システム

(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】

(24)【登録日】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】水処理システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20240902BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20240902BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20240902BHJP

   B01D 65/00 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 A

B01D61/00 500

B01D61/58

B01D65/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021032833

(22)【出願日】2021-03-02

(65)【公開番号】P2022133894

(43)【公開日】2022-09-14

【審査請求日】2023-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐野 健二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 昭子

(72)【発明者】

【氏名】今田 敏弘

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０３８４０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１６２５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０６８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０７Ｃ ２０９／８２－８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィード液と、前記フィード液よりも高い浸透圧を有するドロー液とを正浸透膜を介して接触させることで、前記フィード液中の水を、前記ドロー液中に移動させる複数段の正浸透膜ユニットと、
除去部とを備え、
前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、前記複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続し、
各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高く、
最終段の正浸透膜ユニットのドロー液として、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用し、
前記除去部は、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液から、前記最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液へ流失した、前記最終段の正浸透膜ユニットまたは前記後段の正浸透膜ユニットのドロー液を除去する、水処理システム。

【請求項2】

前記最終段の正浸透膜ユニットのドロー液は、最終段以外の正浸透膜ユニットのドロー液とは異なる、請求項１記載の水処理システム。

【請求項3】

前記最終段の正浸透膜ユニットのドロー液として適用されるモノマーは、アミンと酸性ガスとを含み、熱によってアミン相と水相とに分離可能である、請求項１または２に記載の水処理システム。

【請求項4】

フィード液と、前記フィード液よりも高い浸透圧を有するドロー液とを正浸透膜を介して接触させることで、前記フィード液中の水を、前記ドロー液中に移動させる複数段の正浸透膜ユニットと、
除去部とを備え、
前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、前記複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続し、
各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高く、
前記後段の正浸透膜ユニットで濃縮されたフィード液が、前記前段の正浸透膜ユニットに、ドロー液として導入され、
最終段の正浸透膜ユニットのドロー液は、酸性ガスを供給すると水溶性になり、熱によって水と相分離可能なモノマーであるアミンを含み、
前記最終段以外の正浸透膜ユニットのドロー液は、最終段の正浸透膜ユニットのドロー液と異なる物質を含み、
前記除去部は、前記後段の正浸透膜ユニットで濃縮されたフィード液から、前記前段の正浸透ユニットにドロー液として導入される前に、前記後段の正浸透膜ユニットのフィード液へ流入した、前記最終段の正浸透膜ユニットのドロー溶液に含まれる前記アミンを除去する、水処理システム。

【請求項5】

前記最終段の正浸透膜ユニットのドロー液を加熱して、このドロー液から水相を分離する加熱部を備えた、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理システム。

【請求項6】

前記水相を分離されたドロー液に、酸性ガスを供給して、このドロー液を再生する再生部を備えた、請求項５に記載の水処理システム。

【請求項7】

前記最終段以外の正浸透膜ユニットのドロー液として、逆浸透膜によって濃縮可能な液体を用いた、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、多段式の正浸透膜ユニットによって構成される水処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水処理の分野では、逆浸透膜法は既に多くの応用がなされている。その１つとして、例えば海水の淡水化がある。

【0003】

逆浸透膜法は、浸透膜の溶質のある側から圧力をかけ、浸透膜の反対側に純水を取り出す方式である。海水のように塩分（溶質）があると浸透圧が生じ、浸透膜の反対側から水を吸収しようとする力が働く。この力に逆らって圧力をかけるので、逆浸透（ＲＯ：Reverse Osmosis）膜法という。この時の圧力は海水の場合だと５メガパスカル（５０気圧）以上になるため、ポンプに必要な電力も大きなものになり、コストと環境負荷も大きなものとなる。

【0004】

これに対して、対象となる処理液よりも高い浸透圧の溶液（以下、「ドロー液」と称する）を用いて、浸透膜の反対側から水を吸収し、対象液（以下、「フィード液」と称する）を濃縮する方式を正浸透（ＦＯ：Forward Osmosis）膜法という。ＦＯの場合だと、自然の方向、すなわち浸透圧の方向に水が吸収されるので、加圧する必要はない。しかし、水の吸収によりドロー液は薄まるので、ドロー液を濃縮する必要が生じる。

【0005】

ドロー液の材料としては、フィード液の濃縮が容易にできるものが望ましく、例えば、熱で水相から相分離する低分子材料や、熱で水相から相分離する高分子材料のほか、炭酸アンモニウムのように、熱分解によってアンモニアガスと二酸化炭素ガスとに分離することによって水を分離することが可能な材料や、熱分解でアミン相と水相に分離するスイッチャブル材料などが知られている。

【0006】

前述したように、正浸透膜法の場合、フィード液から、正浸透膜を介して、浸透圧の方向、すなわちドロー液の方向に水が吸収される。

【0007】

しかしながら、ドロー液として低分子材料を適用した場合には、正浸透膜法であっても、浸透圧の方向と逆の方向、すなわちフィード液の方向に、ドロー液が透過することも知られている。浸透膜を介した物質の移動をフラックスと呼び、浸透圧の方向への水の移動をフラックスＪｗ（ｍｏｌ／ｍ^２ｈ）、浸透圧の方向と逆の方向へのドロー液の移動をフラックスＪｓ（ｍｏｌ／ｍ^２ｈ）という指標で表すことができる。

【0008】

これら指標はドロー液の性能を表すために使用することができ、フラックスＪｗが大きく、フラックスＪｓが小さいことが望ましい。フラックスＪｓが大きいことは、ドロー液の流失が大きいことを意味し、コスト増につながる。また、フィード液として、食品や飲料水を適用する場合、フラックスＪｓが大きいと、フィード液に混入するドロー液の量も増えるので、フィード液の品質の低下をもたらし、結局は、濃縮後のフィード液を、食品や飲料水として利用できなくなる場合もあり得る。

【0009】

一方、ドロー液として高分子材料を適用した場合には、フラックスＪｓは非常に小さい。特許文献１には、ドロー液として、熱によって水と相分離可能なポリマーが使用された技術が開示されている。しかしながら、ポリマーのような高分子材料は、分子量が大きいため、浸透圧に寄与するモル数では不利になり、濃厚な溶液にして大きな浸透圧を持たせることは難しい。したがって、大きなフラックスＪｗを実現することはできず、フィード液の濃縮効率も低くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特許第６５２１０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、処理後のフィード液の品質を低下させることなく、フィード液の濃縮効率の向上を図ることが可能な水処理システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施形態によれば、水処理システムは、フィード液と、フィード液よりも高い浸透圧を有するドロー液とを正浸透膜を介して接触させることで、フィード液中の水を、ドロー液中に移動させる複数段の正浸透膜ユニットと、除去部とを備え、前段の正浸透膜ユニットのドロー液を、後段の正浸透膜ユニットのフィード液とすることによって、複数段の正浸透膜ユニットを、直列に接続して構成される。各段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液の濃度はそれぞれ、前段の正浸透膜ユニットのドロー液の濃度よりも高い。最終段の正浸透膜ユニットのドロー液には、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用し、除去部は、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液から、最初の段の正浸透膜ユニットにおいてドロー液と接触したフィード液へ流失した、最終段の正浸透膜ユニットまたは後段の正浸透膜ユニットのドロー液を除去する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【図2】最終段の正浸透膜ユニットにおけるドロー液として適用可能な５種類のスイッチャブルアミンのドロー性能の一例を示す表である。

【図3】最終段以外の正浸透膜ユニットにおけるドロー液として適用可能な種々の物質のドロー性能の一例を示す表である。

【図4】第２の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【図5】第３の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【図6】第４の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【図7】第４の実施形態の水処理システムの変形構成例を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、各実施形態の水処理システムを、図面を参照して説明する。

【0015】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【0016】

第１の実施形態の水処理システム１０は、複数段の正浸透膜ユニット２０を、直列に接続して構成する。図１は、例として、最も単純な２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続した構成を示している。複数段とは少なくとも２以上の正浸透膜ユニットを備えることを指す。

【0017】

正浸透膜ユニット２０（＃１）の内部は、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃１）によって、フィード液流通部２４ａ（＃１）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）とに区切られている。

【0018】

フィード液流通部２４ａ（＃１）には、図中上側からフィード液ＦＳが導入され、図中下側から排出される。一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）には、図中下側からドロー液ＤＳ１が導入され、図中上側から排出される。

【0019】

これによって、正浸透膜ユニット２０（＃１）内において、フィード液ＦＳとドロー液ＤＳ１とが正浸透膜２２（＃１）を介して対向しながら接触する。

【0020】

ドロー液ＤＳ１は、フィード液ＦＳよりも高い浸透圧を有している。したがって、正浸透膜ユニット２０（＃１）では、フィード液ＦＳとドロー液ＤＳ１とが正浸透膜２２（＃１）を介して接触することによって、フィード液ＦＳ中の水Ｗ（＃１）が、ドロー液ＤＳ１中へ移動する。

【0021】

正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）の内部も、正浸透膜ユニット２０（＃１）と同様に、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃ｎ）によって、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）とに区切られている。

【0022】

フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）には、図中上側から、正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から排出されたドロー液ＤＳ１が、フィード液として導入され、図中下側から排出される。一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）には、図中下側からドロー液ＤＳ２が導入され、図中上側から排出される。

【0023】

これによって、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）内においても、フィード液であるドロー液ＤＳ１と、ドロー液であるドロー液ＤＳ２とが正浸透膜２２（＃ｎ）を介して対向しながら接触する。

【0024】

各段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液ＤＳの濃度は、前段の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳの濃度よりも高くする。したがって、図１の例の場合、ドロー液ＤＳ２の濃度は、ドロー液ＤＳ１の濃度よりも高い。これにより、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）では、フィード液であるドロー液ＤＳ１と、ドロー液であるドロー液ＤＳ２とが正浸透膜２２（＃ｎ）を介して接触することによって、ドロー液ＤＳ１中の水Ｗ（＃ｎ）が、ドロー液ＤＳ２中へ移動する。

【0025】

また、本実施形態の水処理システム１０では、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のドロー液ＤＳ２には、最終段以外の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳ１と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を適用してもよい。具体的には、ドロー液ＤＳ２として、熱によって水と相分離可能なモノマーを適用する。この種のモノマーとしては、アミンと酸性ガスとを含み、熱によってアミン相と水相とに分離するスイッチャブル液体であるスイッチャブルアミンが好適である。一方、ドロー液ＤＳ２と異なる場合、最終段以外の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液ＤＳ１としては、例えばサッカロースのように、逆浸透膜によって濃縮可能な液体を適用するのが好適である。

【0026】

したがって、以下では、ドロー液ＤＳ１としてサッカロースを、ドロー液ＤＳ２としてモノマーのスイッチャブルアミンを適用した例について説明する。

【0027】

最終段である正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）の下流側には、加熱部３０と再生部４０とをこの順に直列に配置しており、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）から排出されたドロー液ＤＳ２は、加熱部３０へ導入される。加熱部３０は、ドロー液ＤＳ２を加熱する。

【0028】

ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンは、熱によって水と相分離可能なモノマーであるので、加熱部３０によって加熱されると、アミン相と水相とに分離する。加熱部３０には水回収ライン３２が接続されており、水相に分離された水は、水回収ライン３２によって系外へ排出される。一方、アミン相に分離されたアミンは、再生部４０へ導入される。

【0029】

再生部４０は、加熱部３０から導入されたアミンに、例えばＣＯ_２ガスのような酸性ガスを供給する。これによって、アミンは再び水溶性となる。このようにしてアミンは、ドロー液ＤＳ２として再生され、最終段である正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）に図中下側から導入される。

【0030】

次に、以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０の性能について説明する。

【0031】

ドロー液ＤＳ２の濃度は、ドロー液ＤＳ１の濃度よりも高い。本実施形態では、一例として、ドロー液ＤＳ１であるサッカロースのモル濃度を１．２（ｍｏｌ／Ｌ）、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンのモル濃度を２．７～５．３（ｍｏｌ／Ｌ）とする。

【0032】

図２は、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）におけるドロー液ＤＳ２として適用可能なモノマーである５種類のスイッチャブルアミンのドロー性能の一例を示す表である。

【0033】

図３は、最終段以外の正浸透膜ユニット２０（＃１）におけるドロー液ＤＳ１として適用可能な種々の物質のドロー性能の一例を示す表である。ドロー液ＤＳ１としては、前述したサッカロースの他にも、キシリトール、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ_２も適用可能であるので、図３では、これら物質のドロー性能も示している。ＮａＣｌが３．５ｗｔ．％でも用いることができるので、海水をドロー液ＤＳ１として用いた場合も、ＮａＣｌが３．５ｗｔ．％と同様のドロー性能を得ることができることがわかる。

【0034】

図２に示すモノマーである５種類のスイッチャブルアミンは何れも非水溶性であるが、ＣＯ_２と反応して、水溶性のアミン塩となる。図２に示す値は、所定の重量濃度のアミン水溶液を作り、ＣＯ_２で約１時間バブル攪拌し、均一になったものをドロー液ＤＳ２として用い、実際に正浸透膜を用いた実験を行うことによって得た。

【0035】

この実験は、静置型のセルで行い、正浸透膜としてＣＴＡ－ＥＳ膜を用い、フィード液ＦＳからドロー液ＤＳ２への２０分間における水Ｗの移動量を計測することによって、フラックスＪｗを算出した。また、フィード液ＦＳを、株式会社島津製作所製のＴＯＣで分析することによって、ドロー液ＤＳ２のフラックスＪｓを算出し、算出されたフラックスＪｓから、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）におけるドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）側から正浸透膜２２（＃ｎ）を介したフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側への流失速度に相当するドロー液ＤＳ２の１回目流失（ｍｏｌ％／ｈ）を算出した。

【0036】

さらに、正浸透膜２２（＃１）にも正浸透膜２２（＃ｎ）と同じ膜を使用し、ドロー液ＤＳ２が正浸透膜２２を介して同じ割合で流失すると仮定して、正浸透膜ユニット２０（＃１）におけるドロー液流通部２４ｂ（＃１）側から正浸透膜２２（＃１）を介したフィード液流通部２４ａ（＃１）側への流失速度に相当するドロー液ＤＳ２の２回目流失（ｍｏｌ％／ｈ）を算出した。

【0037】

図３に記載される諸元値も、ドロー液ＤＳ１をそれぞれＮａＣｌ、ＭｇＣｌ_２、サッカロース、キシリトールとして、上記同様の実験を行うことによってドロー液ＤＳ１の流失値を得た。

【0038】

図２に示す結果は、モノマーであるスイッチャブルアミンをドロー液ＤＳ２として適用した場合、溶解できる分子数が著しく増加し、吸引力が上がることにより、大きなフラックスＪｗが得られることに加え、フラックスＪｓが小さいので、ドロー液ＤＳ２として優れた特性を有していることを示している。なお、アミンは、価格が高価であることや、フィード液ＦＳへ流入するとフィード液ＦＳの利用に影響を与えることが考えられるので、フィード液ＦＳへの流入を低減する必要がある。

【0039】

図２に記載されているように、モノマーである５種類のスイッチャブルアミンをドロー液ＤＳ２として適用した場合、正浸透膜２２を介した１回目のドロー液ＤＳ２の流失率の平均値は０．０３（ｍｏｌ％／ｈ）である。つまり、図１に示されているように、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）において、ドロー液流通部２４ｂ（＃ｎ）側から正浸透膜２２（＃ｎ）を介してフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側へ、１時間に０．０３（ｍｏｌ％）の割合で、スイッチャブルアミンが流失する。

【0040】

フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）側へ流失したスイッチャブルアミンは、ドロー液ＤＳ１であるサッカロースと混合されて正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）へ導入される。そして、正浸透膜ユニット２０（＃１）においても、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）側から正浸透膜２２（＃１）を介してフィード液流通部２４ａ（＃１）側へ、スイッチャブルアミンが流失する。

【0041】

この２回目の流失における５種類のスイッチャブルアミンの流失率（ｍｏｌ％／ｈ）の平均値は、２×１０^－５（ｍｏｌ％／ｈ）である。

【0042】

すなわち、正浸透膜ユニット２０を１段多く設けることによって、スイッチャブルアミンのフィード液側への流失率を、３×１０^－２（ｍｏｌ％／ｈ）から２×１０^－５（ｍｏｌ％／ｈ）へと３桁改善できる。

【0043】

なお、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）で使用されるドロー液ＤＳ１であるサッカロースは、０．０２（ｍｏｌ％／ｈ）の流失率でフィード液ＦＳへ流失するが、サッカロースは、人体への影響はない。

【0044】

以上説明したように、本実施形態の水処理システム１０によれば、前段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液ＤＳ１を、後段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）のフィード液とすることによって、複数段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続し、最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）で使用されるドロー液ＤＳ２を、ドロー液ＤＳ１とは異なり、ドロー液ＤＳ１よりも高濃度のモノマーのスイッチャブルアミンとすることによって、ドロー液ＤＳ２のフィード液ＦＳへの流失率を著しく低下させながら、フィード液ＦＳの高い濃縮効率を達成することができる。

【0045】

このように、本実施形態の水処理システム１０によれば、処理後のフィード液ＦＳの品質を低下させることなく、フィード液ＦＳの濃縮効率の向上を図ることが可能となる。

【0046】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【0047】

前述したように、第１の実施形態の水処理システム１０は、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）を直列に接続した構成であるが、第２の実施形態の水処理システム１０Ａは、３段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃２）、（＃ｎ）を直列に接続した構成としている。水処理システム１０Ａにおけるその他の構成は、第１の実施形態の水処理システム１０と同一であるので、以下の説明では、第１の実施形態で説明した箇所には、同一部分を付すことによって、重複説明を避ける。

【0048】

正浸透膜ユニット２０（＃２）の内部もまた、正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）と同様に、高さ方向に設けられた正浸透膜２２（＃２）によって、フィード液流通部２４ａ（＃２）と、ドロー液流通部２４ｂ（＃２）とに区切られている。

【0049】

フィード液流通部２４ａ（＃２）には、正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から排出されたドロー液ＤＳ１（＃１）が、図中上側からフィード液として導入され、図中下側から排出される。

【0050】

一方、ドロー液流通部２４ｂ（＃２）には、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から排出されたフィード液が、ドロー液ＤＳ１（＃２）として、図中下側からが導入され、図中上側から排出され、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）へフィード液として導入される。

【0051】

これによって、正浸透膜ユニット２０（＃２）内においても、正浸透膜ユニット２０（＃１）からフィード液として供給されるドロー液ＤＳ１（＃１）と、正浸透膜ユニット２０（＃２）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃２）とが、正浸透膜２２（＃ｎ）を介して対向しながら接触する。

【0052】

正浸透膜ユニット２０（＃１）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃１）と、正浸透膜ユニット２０（＃２）においてドロー液として使用されるドロー液ＤＳ１（＃２）には、同じ物質を適用することができ、本実施形態ではともにサッカロースを適用する。

【0053】

しかしながら、第１の実施形態で説明したように、各段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液ＤＳの濃度は、前段の正浸透膜ユニット２０のドロー液ＤＳの濃度よりも高くするので、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度は、ドロー液ＤＳ１（＃１）の濃度よりも高い。本実施形態では、一例として、ドロー液ＤＳ１（＃１）の濃度を、０．６（ｍｏｌ／Ｌ）とし、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度を、１．２（ｍｏｌ／Ｌ）とした。また、ドロー液ＤＳ２としては、第１の実施形態と同様に、モノマーのスイッチャブルアミンを適用し、濃度としては、ドロー液ＤＳ１（＃２）の濃度よりも高い２．７～５．３（ｍｏｌ／Ｌ）とした。

【0054】

これによって、正浸透膜ユニット２０（＃２）でも、フィード液であるドロー液ＤＳ１（＃１）と、ドロー液であるドロー液ＤＳ１（＃２）との正浸透膜２２（＃２）を介した接触によって、ドロー液ＤＳ１（＃１）中の水Ｗ（＃２）は、ドロー液ＤＳ１（＃２）中へ移動する。

【0055】

次に、以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０Ａの性能について説明する。

【0056】

第１の実施形態で説明したものと同様の実験を、水処理システム１０Ａに対しても実施した結果、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から、正浸透膜２２（＃１）を介して、フィード液流通部２４ａ（＃１）へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率を、５種類のスイッチャブルアミンの平均値として求めると、８×１０^－７（ｍｏｌ％／ｈ）という結果が得られた。

【0057】

すなわち、本実施形態の水処理システム１０Ａによれば、第１の実施形態の水処理システム１０よりも正浸透膜ユニット２０を１段多く設けることによって、フィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンの流失率を、２×１０^－５（ｍｏｌ％／ｈ）から８×１０^－７（ｍｏｌ％／ｈ）へとさらに２桁程度改善できることが分かる。

【0058】

このように、本実施形態の水処理システム１０Ａによれば、正浸透膜ユニット２０の段数を増加させることによって、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンが、フィード液ＦＳへ流失する割合を、さらに低減することができる。

【0059】

正浸透膜ユニット２０を３段以上設けることもできる。多段にすればするほど、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）のドロー液流通部２４ｂ（＃１）から、正浸透膜２２（＃１）を介して、フィード液流通部２４ａ（＃１）へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率をさらに低減させることができる。

【0060】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【0061】

第１および第２の実施形態で説明したように、水処理システム１０、１０Ａによれば、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンが、フィード液ＦＳへ流失する割合を低減することができる。しかしながら、フィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンは、水処理システム１０、１０Ａの運転に伴い蓄積するので、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンの、フィード液ＦＳへの流失を完全に抑えることができる訳ではない。

【0062】

これに対処するために、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂは、図５に例示するように、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）への戻り経路上に、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）においてドロー液ＤＳ１に流入したドロー液ＤＳ２を除去するための除去部６０を付加した構成をしている。

【0063】

図５に例示する水処理システム１０Ｂは、除去部６０以外の構成は、図１に示す第１の実施形態の水処理システム１０と同一である。したがって、以下の説明では、第１の実施形態で説明した部位には、同一部分を付すことによって、重複説明を避ける。

【0064】

ドロー液ＤＳ２として、スイッチャブルアミンを適用した場合、除去部６０は、例えば酸性ガスによって生成されたアミンカチオンのイオン交換樹脂によって実現できる。

【0065】

このように構成された除去部６０によれば、ドロー液ＤＳ１に流失した、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンに含まれるアミンカチオンをトラップすることによって、ドロー液ＤＳ１から、スイッチャブルアミンを除去できる。

【0066】

これによって、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）へ導入されるドロー液ＤＳ１から、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンが除去されるので、正浸透膜ユニット２０（＃１）においてフィード液ＦＳへ流失するスイッチャブルアミンの量を大幅に低減することができる。

【0067】

なお、アミンカチオンをトラップしたイオン交換樹脂は、定期的に交換することができる。

【0068】

以上のように構成した本実施形態の水処理システム１０Ｂによれば、ドロー液ＤＳ２として適用されたスイッチャブルアミンの、フィード液ＦＳへの流失量を、大幅に低減することができる。

【0069】

これによって、本実施形態の水処理システム１０Ｂは、ドロー液ＤＳ２としてスイッチャブルアミンを適用した場合であっても、スイッチャブルアミンの含有量の少ない濃縮フィード液ＦＳを生成できる。したがって、水処理システム１０Ｂを、フィード液ＦＳが食品系や医薬品系である場合に好適に使用することができる。

【0070】

なお、除去部６０の変形例として、イオン交換樹脂を定期的に交換することに代えて、イオン交換樹脂を定期的に洗浄することによって、同一のイオン交換樹脂を繰り返し使用するようにしてもよい。これを行うために、例えば、イオン交換樹脂を洗浄する洗浄ライン（図示せず）を設け、この洗浄ラインを使ってイオン交換樹脂を定期的に洗浄し、イオン交換樹脂によってトラップされたアミンカチオンを除去して、イオン交換機能を再生させることができる。

【0071】

また、除去部６０は、イオン交換樹脂に限定されるものではなく、酸性ガスとアミンによって生成した塩類を単に吸着したものを適用することもできる。

【0072】

さらにまた、上記では、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）によって構成された水処理システム１０Ｂへの適用例を説明した。しかしながら、本実施形態で説明した除去部６０は、２段以上の正浸透膜ユニット２０を備えた水処理システムにおいて、例えば、図４におけるフィード液流通部２４ａ（＃ｎ）とドロー液流通部２４ｂ（＃２）との間のように、任意の隣接する正浸透膜ユニット２０間に適用することもできる。これによって、任意の段の正浸透膜ユニット２０におけるドロー液から、それよりも後段にある任意の正浸透膜ユニット２０（最終段の正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）も含む）のドロー液を除去することもできる。

【0073】

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の水処理システムの構成例を示す概念図である。

【0074】

第４の実施形態の水処理システム１０Ｃは、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂの変形例であるので、以下では、第３の実施形態と異なる点について説明し、重複説明を避ける。

【0075】

すなわち、第４の実施形態の水処理システム１０Ｃは、除去部６０を、フィード液流通部２４ａ（＃ｎ）から、ドロー液流通部２４ｂ（＃１）への戻り経路上ではなく、最初の段の正浸透膜ユニット２０（＃１）においてドロー液ＤＳ１と接触したフィード液ＦＳの排出経路上に備えたことのみ、第３の実施形態の水処理システム１０Ｂと異なる。

【0076】

フィード液ＦＳがイオン性のものではない場合、除去部６０は、第３の実施形態で説明したように、例えば酸性ガスによって生成されたアミンカチオンのイオン交換樹脂によって実現できる。

【0077】

このようにイオン交換樹脂によって実現される除去部６０は、正浸透膜ユニット２０（＃１）において生成された濃縮フィード液ＦＳに流失した、ドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンに含まれるアミンカチオンをトラップすることによって、濃縮フィード液ＦＳから、スイッチャブルアミンを除去する。

【0078】

これによって、水処理システム１０Ｃでもまた、ドロー液ＤＳ２としてスイッチャブルアミンを適用した場合であっても、安全な濃縮フィード液ＦＳを生成できる。したがって、水処理システム１０Ｃを、フィード液ＦＳが食品系や医薬品系である場合に好適に使用することができる。

【0079】

また、本実施形態の水処理システム１０Ｃでもまた、アミンカチオンをトラップしたイオン交換樹脂は、第３の実施形態で説明したように、定期的な交換あるいは洗浄を要する。しかしながら、第１の実施形態で説明したように、正浸透膜ユニット２０（＃１）においてフィード液ＦＳへ流失するドロー液ＤＳ２の流失率は、正浸透膜ユニット２０（＃ｎ）においてドロー液ＤＳ１へ流失するドロー液ＤＳ２の流失率よりも３桁も少ない。したがって、図６に例示する水処理システム１０Ｃにおける除去部６０は、図５に例示する水処理システム１０Ｂにおける除去部６０よりも、除去するドロー液ＤＳ２の量は少ない。

【0080】

このため、水処理システム１０Ｃでは、水処理システム１０Ｂよりも、除去部６０のイオン交換樹脂の交換あるいは洗浄の頻度をより低くすることができる。このため、イオン交換樹脂の交換あるいは洗浄に係る費用が低減されるので、経済的である。

【0081】

水処理システム１０Ｃでも同様に、フィード液ＦＳがイオン性のものである場合、除去部６０として酸性ガスとアミンによって生成した塩類を単に吸着したものを適用することができる。この場合であっても、同様に、交換の頻度を低くすることができるので、経済的である。

【0082】

さらにまた、上記では、２段の正浸透膜ユニット２０（＃１）、（＃ｎ）によって構成された水処理システム１０への適用例を説明したが、本実施形態で説明した除去部６０もまた、２段以上の正浸透膜ユニット２０を備えた水処理システムにも同様に適用できることを当業者であれば理解できる。

【0083】

次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0084】

図７は、第４の実施形態の水処理システムの変形構成例を示す概念図である。

【0085】

図７に例示する本変形例の水処理システム１０Ｄは、図６に例示する水処理システム１０Ｃに、第３の実施形態で説明され、図５に例示される除去部６０をさらに備えた構成としている。

【0086】

本変形例の水処理システム１０Ｄは、このように２つの除去部６０を備えることによって、正浸透膜２２を介して流失したドロー液ＤＳ２であるスイッチャブルアミンの除去能力をさらに高めることができる。このように、除去部６０は、正浸透膜ユニット２０同士の間ごとに設けてもよい。

【0087】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0088】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ・・水処理システム、２０・・正浸透膜ユニット、２２・・正浸透膜、２４ａ・・フィード液流通部、２４ｂ・・ドロー液流通部、３０・・加熱部、３２・・水回収ライン、４０・・再生部、６０・・除去部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】