JP2011255340A - Solvent extraction method and apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solvent extraction apparatus which can replenish a solute at a low cost even if the solute leaks outside the system.SOLUTION: While circulating an alum solution along a circulation pass 3, a precipitate of alum is dissolved in a dissolving chamber 11. The alum solution in an absorption chamber 21 and a solution to be treated in a chamber for absorption 22 are brought into contact with each other through a semipermeable membrane 23 for absorption. Alum is deposited in a deposition chamber 31. The alum solution is brought into contact with an osmosis membrane for extraction 43 to extract a solvent in a chamber for extraction 41. A compound consisting of the components of alum other than aluminum is continuously, periodically or irregularly mixed into the circulation pass 3 from a compensation means 70.

Description

この発明は、海水や汚水等の被処理溶液から淡水等の溶媒を抽出する方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for extracting a solvent such as fresh water from a solution to be treated such as seawater or sewage.

例えば、特許文献１には、反応容器内に半透膜及び蒸留膜を設け、海水とブラインとを半透膜を介して接触させ、かつ上記ブラインと淡水とを蒸留膜を介して接触させている。ブラインは、バッファタンクと反応容器との間を循環する。海水の水分が半透膜を透過してブラインに混ざる。ブラインの水分が蒸留膜を透過して淡水に混ざる。これによって、海水の水分を、ブラインを経由して淡水側に取り出すことができる。   For example, in Patent Document 1, a semipermeable membrane and a distillation membrane are provided in a reaction vessel, seawater and brine are brought into contact with each other through the semipermeable membrane, and the brine and fresh water are brought into contact with each other through a distillation membrane. Yes. Brine circulates between the buffer tank and the reaction vessel. Seawater moisture permeates the semipermeable membrane and mixes with the brine. Brine moisture permeates through the distillation membrane and mixes with fresh water. Thereby, the water | moisture content of seawater can be taken out to the freshwater side via a brine.

国際公開ＷＯ２００７／１４７０１３号公報International Publication WO2007 / 147013

上掲の方式では、ブラインの成分が膜を透過して系外に漏れた場合、循環路のブラインが減り、淡水（溶媒）の抽出に支障が出る。漏れた分のブラインを補充することにした場合、ブラインは海水等の被処理溶液と比べ一般に高価であるからランニングコストが上昇する。   In the above-described system, when the brine component permeates the membrane and leaks out of the system, the brine in the circulation path is reduced, and the extraction of fresh water (solvent) is hindered. When it is decided to replenish the leaked brine, the running cost increases because the brine is generally more expensive than the solution to be treated such as seawater.

上記事情に鑑み、本発明に係る溶媒抽出方法は、被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
ミョウバン溶液を加熱して前記ミョウバン溶液中のミョウバンの析出体を溶解させる溶解工程と、
前記溶解工程後の前記ミョウバン溶液と前記被処理溶液とを吸収用半透膜を介して接触させる吸収工程と、
前記吸収工程後の前記ミョウバン溶液を冷却してミョウバンを析出させる析出工程と、
前記析出工程後かつ前記溶解工程前の前記ミョウバン溶液を抽出用浸透膜に接触させる抽出工程と、
前記ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を連続的又は定期的又は不定期に前記ミョウバン溶液に混入する補填工程と、
を備えたことを特徴とする。 In view of the above circumstances, the solvent extraction method according to the present invention is a solvent extraction method for extracting a solvent from a solution to be treated,
A dissolution step of heating the alum solution to dissolve the alum precipitate in the alum solution;
An absorption step in which the alum solution after the dissolution step and the solution to be treated are brought into contact with each other through an absorption semipermeable membrane;
A precipitation step of cooling the alum solution after the absorption step to precipitate alum;
An extraction step of contacting the alum solution after the precipitation step and before the dissolution step with an osmotic membrane for extraction;
A supplementing step of continuously or regularly or irregularly mixing the alum solution with a compound composed of components other than aluminum in the alum,
It is provided with.

前記溶解工程によってミョウバン溶液の浸透圧が高くなる。これにより、前記吸収工程において被処理溶液の溶媒が吸収用半透膜を透過してミョウバン溶液に吸収される。このミョウバン溶液のミョウバンが前記析出工程によって析出することで、ミョウバン溶液の浸透圧が低くなる。したがって、前記抽出工程では加圧圧力をあまり高くしなくてもミョウバン溶液から溶媒を抽出用浸透膜を介して容易に搾り出すことができる。抽出工程後のミョウバン溶液を前記溶解工程に供する。したがって、ミョウバン溶液は、溶解工程、吸収工程、析出工程、抽出工程の順に循環的に供される。ミョウバン溶液のミョウバン成分が吸収用半透膜又は抽出用半透膜を透過して系外へ漏れたとしても、補填工程によってその漏れ成分を補填できる。よって、溶媒抽出を支障なく継続して行なうことができる。   The osmotic pressure of the alum solution is increased by the dissolution process. Thereby, in the absorption step, the solvent of the solution to be treated permeates the semipermeable membrane for absorption and is absorbed into the alum solution. The alum of the alum solution is lowered by the deposition of the alum of the alum solution by the deposition step. Therefore, in the extraction step, the solvent can be easily squeezed out from the alum solution through the osmotic membrane for extraction without increasing the pressure. The alum solution after the extraction step is subjected to the dissolution step. Therefore, the alum solution is cyclically provided in the order of the dissolution step, the absorption step, the precipitation step, and the extraction step. Even if the alum component of the alum solution permeates through the absorbing semipermeable membrane or the extracting semipermeable membrane and leaks out of the system, the leaking component can be compensated by the compensation process. Therefore, solvent extraction can be continuously performed without any trouble.

前記補填工程を、前記吸収工程後、前記析出工程前に行なうことが好ましい。
これによって、吸収工程時に吸収用半透膜からミョウバン成分が漏れた場合、その漏れ分に応じて前記化合物を補填することができる。吸収工程ではミョウバン溶液が溶媒吸収によって希釈される。したがって、吸収工程後はミョウバン溶液の溶解能力が高くなる。よって、前記化合物を確実又は十分に溶解させることができ、ミョウバン溶液の管路等が前記化合物の堆積によって詰まるのを回避することができる。 The filling step is preferably performed after the absorption step and before the deposition step.
Thereby, when the alum component leaks from the semipermeable membrane for absorption during the absorption process, the compound can be compensated according to the leakage. In the absorption process, the alum solution is diluted by solvent absorption. Therefore, after the absorption process, the dissolution capacity of the alum solution is increased. Therefore, the compound can be dissolved reliably or sufficiently, and it is possible to avoid clogging of the alum solution line and the like due to the deposition of the compound.

本発明に係る装置は、被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
前記被処理溶液を容れる被吸収室を含む被処理溶液路と、
ミョウバン溶液を加熱して前記ミョウバン溶液中のミョウバンの析出体を溶解させる溶解室と、吸収室と、前記ミョウバン溶液を冷却してミョウバンを析出させる析出室と、被抽出室とを環状に順次連ねてなり、ミョウバン溶液を前記溶解室、前記吸収室、前記析出室、前記被抽出室の順に循環させる循環路と、
前記被吸収室と前記吸収室とを仕切る吸収用半透膜と、
前記被抽出室の少なくとも一部を画成する抽出用浸透膜と、
前記循環路に接続され、前記ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を前記循環路に補填する補填手段と
を備えたことを特徴とする。 An apparatus according to the present invention is a solvent extraction apparatus for extracting a solvent from a solution to be treated,
A solution solution path including an absorption chamber containing the solution to be treated;
A dissolution chamber in which the alum solution is heated to dissolve the alum precipitate in the alum solution, an absorption chamber, a precipitation chamber in which the alum solution is cooled to precipitate alum, and an extraction chamber are successively connected in an annular manner. A circulation path for circulating the alum solution in the order of the dissolution chamber, the absorption chamber, the deposition chamber, and the extraction chamber;
An absorbing semipermeable membrane separating the absorbed chamber and the absorbing chamber;
An extraction osmosis membrane that defines at least a portion of the extraction chamber;
Compensating means connected to the circuit and supplementing the circuit with a compound composed of components other than aluminum in the alum.

溶解室では、溶解によってミョウバン溶液の浸透圧が高まる。この高浸透圧のミョウバン溶液を吸収室に送る。吸収室では、ミョウバン溶液が被吸収室の被処理溶液の溶媒を吸収用半透膜を介して吸収する。溶媒吸収後のミョウバン溶液を析出室に送る。析出室では、ミョウバン溶質の析出によってミョウバン溶液の浸透圧が下がる。この低浸透圧のミョウバン溶液を被抽出室に送ることで、ミョウバン溶液から溶媒を抽出用浸透膜を介して容易に抽出できる。これにより、被処理溶液の溶媒を、仲介溶液を介して取り出すことができる。ミョウバン溶液のミョウバン成分が吸収用半透膜又は抽出用半透膜を透過して系外へ漏れたとしても、補填手段によってその漏れ成分を補填できる。よって、溶媒抽出を支障なく継続して行なうことができる。   In the dissolution chamber, the osmotic pressure of the alum solution is increased by dissolution. This high osmotic alum solution is sent to the absorption chamber. In the absorption chamber, the alum solution absorbs the solvent of the solution to be processed in the absorption chamber through the absorbing semipermeable membrane. The alum solution after solvent absorption is sent to the deposition chamber. In the precipitation chamber, the osmotic pressure of the alum solution decreases due to the precipitation of alum solute. By sending this low osmotic pressure alum solution to the extraction chamber, the solvent can be easily extracted from the alum solution through the osmotic membrane for extraction. Thereby, the solvent of a to-be-processed solution can be taken out via a mediation solution. Even if the alum component of the alum solution permeates the absorption semipermeable membrane or the extraction semipermeable membrane and leaks out of the system, the leaking component can be compensated by the compensation means. Therefore, solvent extraction can be continuously performed without any trouble.

前記補填手段が、前記循環路の前記吸収室と前記析出室との間に接続されていることが好ましい。
これによって、吸収室のミョウバン成分が吸収用半透膜から漏れた場合、その漏れ分に応じて前記化合物を補填することができる。吸収室内ではミョウバン溶液が溶媒吸収によって希釈される。したがって、吸収室の出口ではミョウバン溶液の溶解能力が循環路の他の部分と比べ高くなる。よって、前記化合物を確実又は十分に溶解させることができ、循環路が前記化合物の堆積によって詰まるのを回避することができる。 It is preferable that the filling means is connected between the absorption chamber and the deposition chamber of the circulation path.
Thereby, when the alum component in the absorption chamber leaks from the semipermeable membrane for absorption, the compound can be supplemented according to the amount of leakage. In the absorption chamber, the alum solution is diluted by solvent absorption. Therefore, at the outlet of the absorption chamber, the dissolution capacity of the alum solution is higher than that of other parts of the circulation path. Therefore, the compound can be dissolved reliably or sufficiently, and the circuit can be prevented from being clogged with the deposition of the compound.

ここで、ミョウバンは、アルミニウムと金属（アンモニウム含む）の硫酸塩（ＡｌＭ（ＳＯ_４）_２；Ｍは１価の＋イオンを作る原子又は分子）であり、例えばＭは、アンモニウム、カリウム、ナトリウムである。ミョウバンの上記成分のうち、１価イオン（Ｍ^＋）及び２価イオン（ＳＯ_４ ^２−）は、３価イオン（Ａｌ^３＋）と比べて漏れやすい。３価イオン（Ａｌ^３＋）は、１価及び２価のイオンより静電ポテンシャルが大きいことから、多くの水分子を引き連れた大きなクラスターを形成しやすく、半透膜を透過しにくい。したがって、補填工程ではミョウバンのうちアルミニウムを除く成分だけを補填すれば十分である。ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物は、Ｍ_２ＳＯ_４と表されるから、前記化合物の単位補填量に含まれるＭ^＋のモル数はＳＯ_４ ^２−のモル数の倍になる。したがって、ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分のうち比較的漏れやすい成分（Ｍ^＋）を比較的漏れにくい成分（ＳＯ_４ ^２−）より多く補填することができる。 Here, alum is a sulfate of aluminum and metal (including ammonium) (AlM (SO ₄ ) ₂ ; M is an atom or molecule that forms a monovalent + ion), for example, M is ammonium, potassium, or sodium. is there. Among the above components of alum, monovalent ions (M ⁺ ) and divalent ions (SO ₄ ²⁻ ) are more likely to leak than trivalent ions (Al ³⁺ ). Since trivalent ions (Al ³⁺ ) have a larger electrostatic potential than monovalent and divalent ions, they tend to form large clusters that attract many water molecules, and do not easily penetrate the semipermeable membrane. Therefore, it is sufficient to supplement only the components other than aluminum in the alum in the compensation process. Since the compound consisting of components other than aluminum in alum is represented as M ₂ SO ₄ , the number of moles of M ⁺ contained in the unit supplement amount of the compound is twice the number of moles of SO ₄ ²⁻ . Therefore, it is possible to compensate for a relatively leakable component (M ⁺ ) among components other than aluminum in the alum more than a component (SO ₄ ²⁻ ) that is relatively difficult to leak.

ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物の多くは、肥料等の化学製品原料や工業用原料として広く利用されており、ミョウバンそのものより材料コストが安い。例えば、アンモニウムミョウバンの場合、アルミニウムを除く成分からなる化合物は、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）である。カリウムミョウバンの場合、アルミニウムを除く成分からなる化合物は、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）である。ナトリウムミョウバンの場合、アルミニウムを除く成分からなる化合物は、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）である。硫酸アンモニウムや硫酸カリウムは、代表的な肥料成分である。硫酸ナトリウムは、工業用原料として広く利用されている。 Many of the alum compounds composed of components other than aluminum are widely used as raw materials for chemical products such as fertilizers and industrial materials, and the material cost is lower than that of alum itself. For example, in the case of ammonium alum, the compound composed of components excluding aluminum is ammonium sulfate ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ ). In the case of potassium alum, the compound composed of components other than aluminum is potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ). In the case of sodium alum, the compound composed of components excluding aluminum is sodium sulfate (Na ₂ SO ₄ ). Ammonium sulfate and potassium sulfate are typical fertilizer components. Sodium sulfate is widely used as an industrial raw material.

前記化合物が、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、又は硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）であることが好ましい。前記ミョウバン溶液がアンモニウムミョウバンである場合は、硫酸アンモニウムを補填することが好ましい。前記ミョウバン溶液がカリウムミョウバンである場合は、硫酸カリウムを補填することが好ましい。前記ミョウバン溶液がナトリウムミョウバンである場合は、硫酸ナトリウムを補填することが好ましい。これによって、補填用の材料コストを低廉化でき、ひいては、ランニングコストを低減できる。 The compound is preferably ammonium sulfate ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ ), potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ), or sodium sulfate (Na ₂ SO ₄ ). When the alum solution is ammonium alum, it is preferable to supplement ammonium sulfate. When the alum solution is potassium alum, it is preferable to supplement potassium sulfate. When the alum solution is sodium alum, it is preferable to supplement sodium sulfate. As a result, the material cost for compensation can be reduced, and the running cost can be reduced.

前記化合物は、粉状又はペレット状にして補填してもよく、前記化合物を溶解させた溶液の状態で補填することにしてもよい。溶液の状態で補填する場合、その溶媒は前記被処理溶液の溶媒と同じ成分であることが好ましく、溶液中の前記化合物の濃度は飽和濃度又はそれに近い状態であることが好ましい。   The compound may be supplemented in the form of powder or pellets, or may be supplemented in the state of a solution in which the compound is dissolved. When supplementing in the form of a solution, the solvent is preferably the same component as the solvent of the solution to be treated, and the concentration of the compound in the solution is preferably at or near the saturated concentration.

前記被処理溶液としては、海水、泥水、汚水等が挙げられる。溶媒抽出装置は、海水の淡水化装置、泥水や汚水の浄化装置等として用いることができる。前記被処理溶液の溶媒は、水であることが好ましい。   Examples of the solution to be treated include seawater, muddy water, and sewage. The solvent extraction apparatus can be used as a seawater desalination apparatus, a muddy water or sewage purification apparatus, or the like. The solvent of the solution to be treated is preferably water.

前記ミョウバン溶液の溶媒は、好ましくは前記被処理溶液の溶媒と同じ成分であり、好ましくは水である。前記ミョウバン溶液は、ミョウバン水溶液であることが好ましい。   The solvent of the alum solution is preferably the same component as the solvent of the solution to be treated, and is preferably water. The alum solution is preferably an alum aqueous solution.

ミョウバンは、対水溶解度ひいては浸透圧の温度依存性が海水よりも十分に大きい。図２は、カリウムミョウバン飽和水溶液の浸透圧の温度依存性を示したものである。図中、実線が発明者の実測値であり、破線はカリウムミョウバンが１００％電離したと仮定したときの計算値である。二点鎖線は、カリウムミョウバンの電離率であり、すなわち計算値を実測値で除した値の百分率である。同図の実線に示すように、実測の浸透圧は、３０℃近辺で１ＭＰａ程度であり、６０℃近辺で７ＭＰａ程度である。したがって、常温付近で十分に溶媒抽出できる。よって、上記析出用の冷却手段は、溶液を常温以下又は湿球温度程度まで冷却できれば十分であり、常温以下又は湿球温度以下まで冷却する能力を要求されない。上記溶解用の加熱手段は、高い加熱能力を要求されない。したがって、冷却手段又は加熱手段として、ヒートポンプ等の大きな投入エネルギーを必要とする装置を用いなくても済む。例えば、冷却手段として被処理溶液を冷却源とする熱交換器を用いることができる。或いは、冷却手段として、湿球温度程度まで冷却可能なクーリングタワーを用いることもできる。また、加熱手段の熱源として、太陽熱集熱器や工場廃熱等を用いることができる。
更に、ミョウバンは食品添加物であり、飲用の淡水化装置に適している。 Alum has a temperature dependency of water solubility and thus osmotic pressure that is sufficiently greater than seawater. FIG. 2 shows the temperature dependence of the osmotic pressure of a saturated aqueous solution of potassium alum. In the figure, the solid line is the actually measured value of the inventor, and the broken line is the calculated value when it is assumed that potassium alum is 100% ionized. The two-dot chain line is the ionization rate of potassium alum, that is, the percentage of the value obtained by dividing the calculated value by the actual measurement value. As shown by the solid line in the figure, the actually measured osmotic pressure is about 1 MPa around 30 ° C. and about 7 MPa around 60 ° C. Therefore, the solvent can be sufficiently extracted at around room temperature. Therefore, the cooling means for precipitation is sufficient if it can cool the solution to room temperature or lower or about the wet bulb temperature, and is not required to have the ability to cool to room temperature or lower or the wet bulb temperature or lower. The melting heating means is not required to have a high heating capacity. Therefore, it is not necessary to use a device that requires large input energy, such as a heat pump, as the cooling means or the heating means. For example, a heat exchanger using a solution to be treated as a cooling source can be used as the cooling means. Alternatively, a cooling tower that can be cooled to about the wet bulb temperature can be used as the cooling means. Moreover, a solar heat collector, a factory waste heat, etc. can be used as a heat source of a heating means.
Furthermore, alum is a food additive and is suitable for drinking desalination equipment.

本発明によれば、ミョウバン溶液の溶質が吸収用半透膜又は抽出用半透膜を透過して系外へ漏れたとしても、漏れた溶質成分を補填できる。よって、継続して溶媒抽出することができる。   According to the present invention, even if the solute of the alum solution permeates the absorption semipermeable membrane or the extraction semipermeable membrane and leaks out of the system, the leaked solute component can be compensated. Therefore, solvent extraction can be continued.

本発明の第１実施形態に係る淡水製造装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the fresh water manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. カリウムミョウバン飽和水溶液の浸透圧の温度依存性の実測値（実線）及び理想計算値（破線）並びに実測値の電離率（二点鎖線）を示すグラフである。It is a graph which shows the actual measurement value (solid line) and ideal calculation value (dashed line) of the temperature dependence of the osmotic pressure of potassium alum saturated aqueous solution, and the ionization rate (two-dot chain line) of an actual measurement value.

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る溶媒抽出装置１を示したものである。溶媒抽出装置１は、被処理溶液からその溶媒を抽出する装置である。例えば、被処理溶液は、海水である。海水の塩分濃度は、一般に３．５％（重量百分率、以下同様）程度であり、その浸透圧は例えば２．５ＭＰａ程度である。抽出する溶媒は、水である。溶媒抽出装置１は、海水から水分を抽出する。抽出操作に仲介溶液を介在させる。海水の水分が、仲介溶液を経て抽出される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a solvent extraction apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. The solvent extraction device 1 is a device that extracts the solvent from the solution to be treated. For example, the solution to be treated is seawater. The salt concentration of seawater is generally about 3.5% (weight percentage, the same applies hereinafter), and the osmotic pressure is about 2.5 MPa, for example. The solvent to be extracted is water. The solvent extraction device 1 extracts water from seawater. A mediating solution is interposed in the extraction operation. Seawater moisture is extracted through the mediator solution.

仲介溶液は、仲介溶質を含む。仲介溶液の溶媒は、被処理溶液の溶媒（水）と同じである。仲介溶液としては、溶解度の温度に対する依存性が被処理溶液より高い溶液が用いられている。ここでは、仲介溶液は、ミョウバン水溶液にて構成されている。仲介溶質は、ミョウバンにて構成されている。具体的には、仲介溶質として、カリウムミョウバン（ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２）が用いられている。カリウムミョウバン水溶液の場合、２０℃〜３０℃の浸透圧は１ＭＰａ程度であり、６０℃の浸透圧は７ＭＰａ程度である（図２参照）。 The mediator solution includes a mediator solute. The solvent of the mediator solution is the same as the solvent (water) of the solution to be treated. As the mediator solution, a solution whose solubility is more dependent on the temperature than the solution to be treated is used. Here, the mediating solution is composed of an alum aqueous solution. The mediating solute is composed of alum. Specifically, potassium alum (AlK (SO ₄ ) ₂ ) is used as a mediating solute. In the case of a potassium alum aqueous solution, the osmotic pressure at 20 ° C. to 30 ° C. is about 1 MPa, and the osmotic pressure at 60 ° C. is about 7 MPa (see FIG. 2).

溶媒抽出装置１は、溶解部１０と、吸収部２０と、析出部３０と、抽出部４０を備えている。
溶解部１０は、溶解室１１と、授熱室１２を有している。これら室１１，１２が隔壁１３にて仕切られている。隔壁１３は、被処理溶液（海水）及び仲介溶液（ミョウバン水溶液）に対して耐蝕性を有し、かつ伝熱性の良好な樹脂等の材料にて構成されている。溶解部１０は、隔壁１３を介して２つの室１１，１２間で熱交換する対向流型の熱交換器にて構成されている。溶解部１０は、長手方向（流通方向）を上下又は垂直に向けて配置されていてもよく、水平に向けて配置されていてもよい。 The solvent extraction device 1 includes a dissolution unit 10, an absorption unit 20, a precipitation unit 30, and an extraction unit 40.
The melting part 10 has a melting chamber 11 and a heat transfer chamber 12. These chambers 11 and 12 are partitioned by a partition wall 13. The partition wall 13 is made of a material such as a resin having corrosion resistance to the solution to be treated (seawater) and the mediating solution (alum aqueous solution) and having good heat conductivity. The melting part 10 is configured by a counter flow type heat exchanger that exchanges heat between the two chambers 11 and 12 via a partition wall 13. The melting part 10 may be disposed with the longitudinal direction (circulation direction) vertically or vertically, or may be disposed horizontally.

吸収部２０は、吸収室２１と、被吸収室２２を有している。これら室２１，２２が吸収用半透膜２３にて仕切られいている。吸収用半透膜２３は、好ましくは親水性の多孔質膜にて構成され、例えばフォワードオスモシス膜（ＦＯ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）等にて構成されている。吸収用半透膜２３は、平面状でもよく、中空糸状でもよい。中空糸の内部が吸収室２１と被吸収室２２のうち何れか一方になり、中空糸の外部が吸収室２１と被吸収室２２のうち他方になっていてもよい。吸収用半透膜２３が、平面膜を螺旋状に捻じった形状になっていてもよい。   The absorption unit 20 includes an absorption chamber 21 and an absorbed chamber 22. These chambers 21 and 22 are partitioned by an absorbing semipermeable membrane 23. The semipermeable membrane for absorption 23 is preferably composed of a hydrophilic porous membrane, such as a forward osmosis membrane (FO membrane), a reverse osmosis membrane (RO membrane), or the like. The absorbing semipermeable membrane 23 may be flat or hollow fiber. The inside of the hollow fiber may be one of the absorption chamber 21 and the absorbed chamber 22, and the outside of the hollow fiber may be the other of the absorption chamber 21 and the absorbed chamber 22. The absorbing semipermeable membrane 23 may have a shape obtained by twisting a planar membrane in a spiral shape.

析出部３０は、析出室３１と、受熱室３２を有している。これら室３１，３２が隔壁３３にて仕切られている。隔壁３３は、被処理溶液（海水）及び仲介溶液（ミョウバン水溶液）に対して耐蝕性を有し、かつ伝熱性の良好な樹脂等の材料にて構成されている。析出部３０は、隔壁３３を介して２つの室３１，３２間で熱交換する対向流型の熱交換器にて構成されている。析出部３０は、長手方向（流通方向）を上下又は垂直に向けて配置されていてもよく、水平に向けて配置されていてもよい。   The deposition unit 30 includes a deposition chamber 31 and a heat receiving chamber 32. These chambers 31 and 32 are partitioned by a partition wall 33. The partition wall 33 is made of a material such as a resin having corrosion resistance with respect to the solution to be treated (seawater) and the mediating solution (alum aqueous solution) and having good heat conductivity. The precipitation unit 30 is configured by a counter flow type heat exchanger that exchanges heat between the two chambers 31 and 32 via a partition wall 33. The precipitation part 30 may be arrange | positioned with the longitudinal direction (circulation direction) facing up and down or perpendicular | vertical, and may be arrange | positioned toward horizontal.

抽出部４０は、被抽出室４１と、抽出室４２を有している。これら室４１，４２が抽出用半透膜４３にて仕切られいている。抽出用半透膜４３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）にて構成されている。抽出用半透膜４３は、平面状でもよく、中空糸状でもよい。中空糸の内部が被抽出室４１と抽出室４２のうち何れか一方になり、中空糸の外部が被抽出室４１と抽出室４２のうち他方になっていてもよい。抽出用半透膜４３が、平面膜を螺旋状に捻じった形状になっていてもよい。   The extraction unit 40 includes an extraction chamber 41 and an extraction chamber 42. These chambers 41 and 42 are partitioned by an extraction semipermeable membrane 43. The extraction semipermeable membrane 43 is constituted by a reverse osmosis membrane (RO membrane). The extraction semipermeable membrane 43 may be planar or hollow fiber-shaped. The inside of the hollow fiber may be one of the extraction chamber 41 and the extraction chamber 42, and the outside of the hollow fiber may be the other of the extraction chamber 41 and the extraction chamber 42. The extraction semipermeable membrane 43 may have a shape in which a planar membrane is twisted in a spiral shape.

溶媒抽出装置１には、被処理溶液路２と、仲介溶液循環路３が設けられている。被処理溶液路２には、海水（被処理溶液）が通される。仲介溶液循環路３には、カリウムミョウバン水溶液（仲介溶液）が通される。   The solvent extraction apparatus 1 is provided with a solution path 2 to be treated and a mediating solution circulation path 3. Seawater (solution to be treated) is passed through the solution solution path 2. A potassium alum aqueous solution (mediator solution) is passed through the mediator solution circulation path 3.

被処理溶液路２は、上流側から受熱室３２と、被吸収室２２と、授熱室１２とを順次連ねている。図示は省略するが、被処理溶液路２の一箇所に送液ポンプが設けられている。被処理溶液路２の上流端に海水供給源が連なっている。海水供給源は、海自体でもよく、海水を溜めたタンクでもよい。被処理溶液路２の下流端は、排出路に連なっていてもよく、海水供給源に還流していてもよい。被処理溶液路２の内圧は、略大気圧（０ＭＰａ）になっている。   The solution solution path 2 has a heat receiving chamber 32, an absorption chamber 22, and a heat transfer chamber 12 sequentially connected from the upstream side. Although illustration is omitted, a liquid feed pump is provided at one place of the solution path 2 to be treated. A seawater supply source is connected to the upstream end of the solution path 2 to be treated. The seawater supply source may be the sea itself or a tank storing seawater. The downstream end of the solution path 2 to be treated may be connected to the discharge path or may be returned to the seawater supply source. The internal pressure of the solution path 2 to be treated is substantially atmospheric pressure (0 MPa).

仲介溶液循環路３は、溶解室１１と、吸収室２１と、析出室３１と、被抽出室４１をこの順に環状に接続している。図示は省略するが、仲介溶液循環路３の一箇所に送液ポンプが設けられている。この送液ポンプによって、カリウムミョウバン水溶液が、溶解室１１、吸収室２１、析出室３１、被抽出室４１の順に循環される。第１循環路３の内圧は、定常状態で例えば２．８ＭＰａ程度になっている。仲介溶液循環路３は耐圧構造になっている。   The intermediate solution circulation path 3 connects the dissolution chamber 11, the absorption chamber 21, the precipitation chamber 31, and the extraction chamber 41 in this order in an annular shape. Although illustration is omitted, a liquid feed pump is provided in one place of the mediating solution circulation path 3. By this liquid feed pump, the potassium alum aqueous solution is circulated in the order of the dissolution chamber 11, the absorption chamber 21, the deposition chamber 31, and the extraction chamber 41. The internal pressure of the first circulation path 3 is, for example, about 2.8 MPa in a steady state. The mediating solution circulation path 3 has a pressure resistant structure.

抽出室４２には淡水が入っている。抽出室４２から淡水出力路４が延びている。淡水出力路４に電気透析器５（透析手段）が設けられている。抽出室４２が淡水出力路４を介して電気透析器５に接続されている。電気透析器５は、抽出室４２から抽出した淡水（抽出液）を電気透析し、淡水中のイオン成分を出力淡水から分離する。   The extraction chamber 42 contains fresh water. A fresh water output path 4 extends from the extraction chamber 42. An electrodialyzer 5 (dialysis means) is provided in the fresh water output path 4. An extraction chamber 42 is connected to the electrodialyzer 5 through the fresh water output path 4. The electrodialyzer 5 electrodialyzes fresh water (extracted liquid) extracted from the extraction chamber 42 and separates ionic components in the fresh water from the output fresh water.

更に、溶媒抽出装置１には加熱器６（加熱手段）が設けられている。加熱器６は、被処理溶液路２における受熱室３２と被吸収室２２との間の部分に設けられている。加熱器６としては、太陽熱集熱器、工場廃熱利用部、熱交換器、電熱ヒータ、ヒートポンプ等の種々の加熱手段を適用できる。加熱器６が、被吸収室２２及び授熱室１２を順次介して溶解室１１に熱的に接続されている。   Furthermore, the solvent extraction apparatus 1 is provided with a heater 6 (heating means). The heater 6 is provided in a portion between the heat receiving chamber 32 and the absorption chamber 22 in the solution path 2 to be processed. As the heater 6, various heating means such as a solar heat collector, a factory waste heat utilization unit, a heat exchanger, an electric heater, and a heat pump can be applied. The heater 6 is thermally connected to the melting chamber 11 through the absorption chamber 22 and the heat transfer chamber 12 in order.

更に、溶媒抽出装置１は、補填手段７０を備えている。補填手段７０は、貯蔵部７１と、補填路７２と、圧送ポンプ７３を含む。貯蔵部７１には、ミョウバン（仲介溶質）のうちアルミニウムを除く成分からなる化合物が蓄えられている。ここでは、カリウムミョウバン（ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２）のうちアルミニウムを除く成分（Ｋ及びＳＯ_４）からなる化合物が蓄えられている。すなわち、貯蔵部７１には硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）が蓄えられている。硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）は、肥料として広く用いられている。 Furthermore, the solvent extraction device 1 includes a filling means 70. The compensation means 70 includes a storage unit 71, a compensation path 72, and a pressure pump 73. The storage unit 71 stores a compound composed of components other than aluminum in alum (mediating solute). Here, compounds consisting of component (K and SO _4), except the aluminum of potassium alum (AlK _{(SO 4) 2)} is stored. That is, potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ) is stored in the storage unit 71. Potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ) is widely used as a fertilizer.

貯蔵部７１内の硫酸カリウムは水にて溶解されている。貯蔵部７１内の硫酸カリウム水溶液は、好ましくは飽和濃度又は飽和に近い濃度になっている。貯蔵部７１を加熱して硫酸カリウム水溶液の濃度を高くしてもよい。   The potassium sulfate in the storage unit 71 is dissolved in water. The aqueous potassium sulfate solution in the storage unit 71 is preferably at a saturation concentration or a concentration close to saturation. The reservoir 71 may be heated to increase the concentration of the aqueous potassium sulfate solution.

貯蔵部７１から補填路７２が延びている。補填路７１は、仲介溶液循環路３の吸収室２１と析出室３１との間の部分に接続されている。好ましくは、補填路７１と循環路３の接続部は、吸収室２１の出口の近くに位置している。   A filling path 72 extends from the storage unit 71. The filling path 71 is connected to a portion between the absorption chamber 21 and the precipitation chamber 31 of the intermediate solution circulation path 3. Preferably, the connecting portion between the filling passage 71 and the circulation passage 3 is located near the outlet of the absorption chamber 21.

補填路７２に圧送ポンプ７３が設けられている。圧送ポンプ７３は、貯蔵部７１からの濃縮硫酸カリウム水溶液を仲介溶液循環路３の内圧（約２．８ＭＰａ）以上に加圧して、該圧送ポンプ７３より下流の補填路７２へ送出する。   A pressure feed pump 73 is provided in the compensation path 72. The pressure pump 73 pressurizes the concentrated potassium sulfate aqueous solution from the storage unit 71 to an internal pressure (about 2.8 MPa) or more of the intermediate solution circulation path 3, and sends it to the compensation path 72 downstream from the pressure pump 73.

上記構成の溶媒抽出装置１によって海水から淡水を抽出する方法を説明する。
海水を被処理溶液路２に沿って受熱室３２、加熱器６、被吸収室２２、授熱室１２の順に流す。かつ、カリウムミョウバン水溶液を仲介溶液循環路３に沿って溶解室１１、吸収室２１、析出室３１、被抽出室４１の順に循環させる。 A method for extracting fresh water from seawater by the solvent extraction apparatus 1 having the above configuration will be described.
Seawater is flowed in the order of the heat receiving chamber 32, the heater 6, the absorption target chamber 22, and the heat transfer chamber 12 along the processing target solution path 2. In addition, the potassium alum aqueous solution is circulated in the order of the dissolution chamber 11, the absorption chamber 21, the precipitation chamber 31, and the extraction chamber 41 along the intermediate solution circulation path 3.

海水は、常温（例えば１０℃〜３０℃程度）で受熱室３２に入る。この海水が、析出室３１のカリウムミョウバン水溶液から熱を受け取って加温される。受熱室３２から出た海水を加熱器６により更に加熱する。高温化した海水を、被吸収室２２を経て授熱室１２に通す。溶解部１０においては、授熱室１２の海水と溶解室１１のカリウムミョウバン水溶液とが互いに対向流をなすように流れる。これら海水及びカリウムミョウバン水溶液が隔壁１３を介して熱交換する。加熱器６が、該加熱器６から授熱室１２までの間の被処理溶液路２を介して溶解室１１に熱的に接続する。   Seawater enters the heat receiving chamber 32 at room temperature (for example, about 10 ° C. to 30 ° C.). This seawater receives heat from the potassium alum aqueous solution in the precipitation chamber 31 and is heated. The seawater from the heat receiving chamber 32 is further heated by the heater 6. The heated seawater is passed through the heat absorbing chamber 12 through the absorbed chamber 22. In the melting part 10, the seawater in the heat transfer chamber 12 and the potassium alum aqueous solution in the melting chamber 11 flow in a counterflow with each other. These seawater and potassium alum aqueous solution exchange heat through the partition wall 13. The heater 6 is thermally connected to the dissolution chamber 11 through the solution solution path 2 between the heater 6 and the heat transfer chamber 12.

これによって、溶解部１０において、カリウムミョウバン水溶液が高温の海水から熱を受け取り、例えば５０℃以上、好ましくは６０℃〜７０℃程度に加温される。加温によってカリウムミョウバン水溶液の溶解度が常温時より高くなる。特にカリウムミョウバン水溶液が５０℃以上になるとその溶解度が急激に大きくなる（図２参照）。そのため、溶解室１１中のカリウムミョウバン結晶がカリウムミョウバン水溶液中に溶解する（溶解工程）。溶解によって、カリウムミョウバン水溶液の浸透圧が高まる。例えば、カリウムミョウバン水溶液を６０℃程度に加温すると、その浸透圧を７ＭＰａ程度にすることができる（図２参照）。カリウムミョウバン水溶液を７０℃程度に加温すると、その浸透圧を１１ＭＰａ程度にすることができる。   Thereby, in the dissolution part 10, potassium alum aqueous solution receives heat from high temperature seawater, for example, is heated to 50 degreeC or more, Preferably it is about 60 to 70 degreeC. By heating, the solubility of the potassium alum aqueous solution becomes higher than that at room temperature. In particular, when the potassium alum aqueous solution reaches 50 ° C. or higher, its solubility increases rapidly (see FIG. 2). Therefore, the potassium alum crystal in the dissolution chamber 11 is dissolved in the potassium alum aqueous solution (dissolution step). Dissolution increases the osmotic pressure of the potassium alum aqueous solution. For example, when the potassium alum aqueous solution is heated to about 60 ° C., the osmotic pressure can be set to about 7 MPa (see FIG. 2). When the potassium alum aqueous solution is heated to about 70 ° C., the osmotic pressure can be set to about 11 MPa.

上記高浸透圧（例えば約７ＭＰａ〜１１ＭＰａ）のカリウムミョウバン水溶液を溶解室１１から吸収部２０の吸収室２１へ送る。上述したように、吸収部２０の吸収室２１には海水が導入される。吸収部２０において、吸収室２１のミョウバン水溶液と被吸収室２２の海水とが互いに対向流をなすように流れる。海水の塩分濃度は、一般に３．５％（重量百分率、以下同様）程度であり、浸透圧は２．５ＭＰａ程度である。また、仲介溶液循環路３ひいては吸収室２１の内圧は、上述したように２．８ＭＰａ程度である。被吸収室２２の内圧は略大気圧（０ＭＰａ）である。したがって、カリウムミョウバン水溶液と海水の浸透圧差（約４．５ＭＰａ〜８．５ＭＰａ）が室２１，２２の内圧差（約２．８ＭＰａ）を上回る。これによって、被吸収室２２の海水中の水分（溶媒）が吸収用半透膜２３を透過して吸収室２１のカリウムミョウバン水溶液に吸収される（吸収工程）。   The potassium alum aqueous solution having the high osmotic pressure (for example, about 7 MPa to 11 MPa) is sent from the dissolution chamber 11 to the absorption chamber 21 of the absorption section 20. As described above, seawater is introduced into the absorption chamber 21 of the absorption unit 20. In the absorption unit 20, the alum aqueous solution in the absorption chamber 21 and the seawater in the absorption chamber 22 flow so as to face each other. The salt concentration of seawater is generally about 3.5% (weight percentage, the same applies hereinafter), and the osmotic pressure is about 2.5 MPa. Further, the internal pressure of the mediating solution circulation path 3 and the absorption chamber 21 is about 2.8 MPa as described above. The internal pressure of the chamber 22 to be absorbed is approximately atmospheric pressure (0 MPa). Therefore, the osmotic pressure difference (about 4.5 MPa to 8.5 MPa) between the aqueous solution of potassium alum and seawater exceeds the internal pressure difference (about 2.8 MPa) between the chambers 21 and 22. Thereby, the water (solvent) in the seawater in the absorption chamber 22 permeates the absorption semipermeable membrane 23 and is absorbed by the potassium alum aqueous solution in the absorption chamber 21 (absorption process).

なお、溶媒抽出装置１の運転開始時には、仲介溶液循環路３の内圧が定常圧（２．８ＭＰａ）より低くなっている。吸収部２０におけるカリウムミョウバン水溶液の水分吸収によって、仲介溶液循環路３の内圧が上昇し、定常圧に落ち着く。   At the start of operation of the solvent extraction device 1, the internal pressure of the mediating solution circulation path 3 is lower than the steady pressure (2.8 MPa). Due to the water absorption of the potassium alum aqueous solution in the absorption unit 20, the internal pressure of the mediating solution circulation path 3 rises and settles to a steady pressure.

海水を加熱器６によって加温したうえで被吸収室２２に導入することにより、吸収室２１内のカリウムミョウバン水溶液の温度が低下するのを回避できる。これにより、吸収室２１内でカリウムミョウバンが析出するのを防止できる。   By introducing seawater into the absorption chamber 22 after heating the seawater with the heater 6, it is possible to avoid a decrease in the temperature of the potassium alum aqueous solution in the absorption chamber 21. Thereby, precipitation of potassium alum in the absorption chamber 21 can be prevented.

水分吸収後のカリウムミョウバン水溶液を析出部３０の析出室３１へ送る。析出部３０においては、析出室３１のカリウムミョウバン水溶液と受熱室３２の海水が互いに対向流をなすように流れる。これらカリウムミョウバン水溶液と海水が隔壁３３を介して熱交換する。これにより、カリウムミョウバン水溶液が海水に熱を奪われ、冷却される。受熱室３２が、冷却手段を構成し、海水が冷却媒体として提供される。冷却によって、カリウムミョウバン水溶液中の溶質（カリウムミョウバン）が析出する（析出工程）。   The potassium alum aqueous solution after moisture absorption is sent to the precipitation chamber 31 of the precipitation part 30. In the precipitation part 30, the potassium alum aqueous solution in the precipitation chamber 31 and the seawater in the heat receiving chamber 32 flow in a counterflow with each other. These potassium alum aqueous solution and seawater exchange heat through the partition wall 33. Thereby, the potassium alum aqueous solution is deprived of heat by seawater and cooled. The heat receiving chamber 32 constitutes a cooling means, and seawater is provided as a cooling medium. By cooling, the solute (potassium alum) in the potassium alum aqueous solution is precipitated (precipitation step).

析出部３０において、カリウムミョウバン水溶液は例えば３０℃程度まで冷却され、浸透圧は例えば１．１ＭＰａ程度になる（図２参照）。この低温かつ低浸透圧のカリウムミョウバン水溶液を、抽出部４０の被抽出室４１に送る。被抽出室４１の内圧は２．８ＭＰａ程度である。したがって、被抽出室４１のカリウムミョウバン水溶液の液圧がその浸透圧を上回る。抽出室４２の内圧は略大気圧（０ＭＰａ）である。抽出室４２内の淡水の浸透圧は略０ＭＰａである。これにより、カリウムミョウバン水溶液の水分が、抽出用半透膜４３を透過し、抽出室４２に搾り出される（抽出工程）。これにより、淡水出力路４から淡水を取り出すことができる。   In the precipitation part 30, the potassium alum aqueous solution is cooled to, for example, about 30 ° C., and the osmotic pressure becomes, for example, about 1.1 MPa (see FIG. 2). This low temperature and low osmotic pressure potassium alum aqueous solution is sent to the extraction chamber 41 of the extraction unit 40. The internal pressure of the extraction chamber 41 is about 2.8 MPa. Therefore, the hydraulic pressure of the potassium alum aqueous solution in the extraction chamber 41 exceeds the osmotic pressure. The internal pressure of the extraction chamber 42 is approximately atmospheric pressure (0 MPa). The osmotic pressure of fresh water in the extraction chamber 42 is approximately 0 MPa. Thereby, the water | moisture content of potassium alum aqueous solution permeate | transmits the semipermeable membrane 43 for extraction, and is squeezed out to the extraction chamber 42 (extraction process). Thereby, fresh water can be taken out from the fresh water output path 4.

抽出後のカリウムミョウバン水溶液を溶解部１０へ送る。こうして、カリウムミョウバン水溶液を仲介溶液循環路３に沿って循環させながら、溶解工程、吸収工程、析出工程、抽出工程に順次供する。仲介溶質としてカリウムミョウバンを用いることで、仲介溶液を例えば６０℃〜７０℃程度まで加温すれば浸透圧を十分高くでき、溶媒を十分に吸収できる。かつ、仲介溶液を常温付近にすれば浸透圧を十分低くでき、溶媒を十分に抽出できる。
溶解部１０の授熱室１２を通過した海水は、海に戻され、又は廃棄される。 The extracted potassium alum aqueous solution is sent to the dissolution unit 10. In this way, the aqueous solution of potassium alum is circulated along the mediating solution circulation path 3 and is sequentially supplied to the dissolution process, the absorption process, the precipitation process, and the extraction process. By using potassium alum as a mediating solute, the mediating solution can be heated to, for example, about 60 ° C. to 70 ° C. to sufficiently increase the osmotic pressure and sufficiently absorb the solvent. Moreover, if the mediator solution is brought to around room temperature, the osmotic pressure can be sufficiently lowered and the solvent can be sufficiently extracted.
Seawater that has passed through the heat transfer chamber 12 of the melting section 10 is returned to the sea or discarded.

仲介溶液循環路３は閉鎖系であるから、カリウムミョウバンを系内に閉じ込めることができる。一方、微量ではあるがカリウムミョウバンが吸収用半透膜２３又は抽出用半透膜４３から漏れる可能性がある。特に、カリウムミョウバン中の１価イオン（Ｋ^＋）は、多価イオンと比べ水和性が低いため、膜２３，４３を透過しやすい。カリウムミョウバン中の２価イオン（ＳＯ_４ ^２−）は、１価イオンより水和性が高く、水分子と結合して大きなクラスターを形成できるため、１価イオンと比べると膜２３，４３を透過しにくい。しかし、室２１，２２どうし又は室４１，４２どうしの圧力差によってクラスターが破壊されるおそれがあり、そうすると、２価イオン（ＳＯ_４ ^２−）も膜２３，４３を透過するおそれがある。カリウムミョウバン中の３価イオン（Ａｌ^３＋）は、２価イオンより更に水和性が高く、室２１，２２どうし又は室４１，４２どうしの圧力差によってもクラスターが破壊されにくい。したがって、３価イオン（Ａｌ^３＋）は吸収用半透膜２３を比較的透過しにくい。 Since the intermediate solution circulation path 3 is a closed system, potassium alum can be confined in the system. On the other hand, potassium alum may leak from the semipermeable membrane for absorption 23 or the semipermeable membrane for extraction 43, although the amount is small. In particular, monovalent ions (K ⁺ ) in potassium alum are less hydratable than multivalent ions, and therefore easily pass through the membranes 23 and 43. Divalent ions (SO ₄ ²⁻ ) in potassium alum are more hydratable than monovalent ions and can bind to water molecules to form large clusters, so that they pass through membranes 23 and 43 compared to monovalent ions. Hard to do. However, the cluster may be destroyed due to the pressure difference between the chambers 21 and 22 or the chambers 41 and 42, and in this case, divalent ions (SO ₄ ²⁻ ) may also pass through the membranes 23 and 43. Trivalent ions (Al ³⁺ ) in potassium alum have higher hydration properties than divalent ions, and the clusters are less likely to be destroyed by the pressure difference between the chambers 21 and 22 or the chambers 41 and 42. Therefore, trivalent ions (Al ³⁺ ) are relatively difficult to pass through the absorbing semipermeable membrane 23.

吸収部２０においてイオンが漏れた場合、漏れたイオンは被吸収室２２の海水に混ざり、海水と共に系外へ排出される。抽出部４０においてイオンが漏れた場合、漏れたイオンは、抽出室４２の淡水に混ざり、淡水と共に系外へ流出する。   When ions leak in the absorption unit 20, the leaked ions are mixed with the seawater in the absorption chamber 22, and are discharged out of the system together with the seawater. When ions leak in the extraction unit 40, the leaked ions are mixed with the fresh water in the extraction chamber 42 and flow out of the system together with the fresh water.

この漏れ量に応じて補填手段７０を制御し、ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を仲介溶液循環路３のミョウバン溶液に混入する（補填工程）。
具体的には、貯蔵部７１の濃縮硫酸カリウム水溶液を圧送ポンプ７３によって仲介溶液循環路３の内圧（約２．８ＭＰａ）以上に加圧して、圧送ポンプ７３より下流の補填路７２へ送出する。送出は、溶媒抽出装置１の運転中、連続的に行なってもよく、ある期間置きに定期的に行なってもよく、或いは、不定期に行なってもよい。予め上記の漏れ量を実測や計算等により求めておき、これに基づいて濃縮硫酸カリウム水溶液の送出流量を決めておく。或いは、出力路４における淡水の製造流量を監視し、この製造流量に応じて濃縮硫酸カリウム水溶液の送出流量を調節してもよい。 The filling means 70 is controlled in accordance with the leakage amount, and a compound composed of components other than aluminum in the alum is mixed into the alum solution in the intermediate solution circulation path 3 (a filling step).
Specifically, the concentrated potassium sulfate aqueous solution in the storage unit 71 is pressurized to the internal pressure (about 2.8 MPa) or more of the intermediate solution circulation path 3 by the pressure feed pump 73, and is sent to the compensation path 72 downstream from the pressure feed pump 73. The delivery may be performed continuously during the operation of the solvent extraction apparatus 1, may be performed regularly at certain intervals, or may be performed irregularly. The amount of leakage described above is obtained in advance by actual measurement or calculation, and the delivery flow rate of the concentrated potassium sulfate aqueous solution is determined based on this. Alternatively, the production flow rate of fresh water in the output path 4 may be monitored, and the delivery flow rate of the concentrated potassium sulfate aqueous solution may be adjusted according to this production flow rate.

濃縮硫酸カリウム水溶液は、仲介溶液循環路３の吸収室２１と析出室３１との間の部分に注入され、吸収工程直後（析出工程前）のカリウムミョウバン水溶液に混ざる。これによって、漏れたカリウムミョウバン成分（Ｋ^＋、ＳＯ_４ ^２−）を補うことができる。したがって、仲介溶液循環路３におけるカリウムミョウバン量が溶媒抽出装置１の運転に伴って低下するのを防止できる。ひいては、淡水の製造流量を所望に維持することができる。
硫酸カリウムの単位補填量に含まれるＫ^＋のモル数はＳＯ_４ ^２−のモル数の倍になる。したがって、カリウムミョウバンの成分のうち比較的漏れやすいＫ^＋を、比較的漏れにくいＳＯ_４ ^２−より多く補填することができる。これにより、仲介溶液循環路３におけるカリウムミョウバンの各成分量のバランスをとることができる。
吸収工程ではカリウムミョウバン水溶液が水分吸収によって希釈され、かつ海水との熱交換で高温になっているから、吸収室２１の出口でのカリウムミョウバン水溶液は、循環路３の他の部分より溶解能力が高くなっている。したがって、硫酸カリウムの補填箇所を吸収室２１と析出室３１との間の循環路３にすることによって、硫酸カリウムをカリウムミョウバン溶液に確実に溶解させることができる。よって、循環路３内に硫酸カリウムが固形化して堆積するのを防止でき、循環路３が詰まるのを回避できる。
硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）は、化学肥料として広く用いられており、カリウムミョウバンそのものより材料コストが安い。したがって、カリウムミョウバンそのものを補填するよりもランニングコストを低減できる。 The concentrated potassium sulfate aqueous solution is injected into the portion between the absorption chamber 21 and the precipitation chamber 31 of the intermediate solution circulation path 3 and mixed with the potassium alum aqueous solution immediately after the absorption step (before the precipitation step). Thereby, the leaked potassium alum component (K ⁺ , SO ₄ ²⁻ ) can be compensated. Therefore, it is possible to prevent the amount of potassium alum in the mediator solution circulation path 3 from being lowered as the solvent extraction device 1 is operated. As a result, the production flow rate of fresh water can be maintained as desired.
The number of moles of K ⁺ contained in the unit supplement amount of potassium sulfate is twice the number of moles of SO ₄ ²⁻ . Therefore, it is possible to compensate for K ⁺ which is relatively leaky among the components of potassium alum more than SO ₄ ^{2− which} is relatively difficult to leak. Thereby, each component amount of the potassium alum in the mediation solution circuit 3 can be balanced.
In the absorption process, the potassium alum aqueous solution is diluted by moisture absorption and is heated to a high temperature by heat exchange with seawater. Therefore, the potassium alum aqueous solution at the outlet of the absorption chamber 21 has a dissolving ability from the other part of the circulation path 3. It is high. Therefore, the potassium sulfate can be reliably dissolved in the potassium alum solution by making the potassium sulfate supplemental location the circulation path 3 between the absorption chamber 21 and the deposition chamber 31. Therefore, it can prevent that potassium sulfate solidifies and accumulates in the circulation path 3, and can avoid clogging the circulation path 3.
Potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ) is widely used as a chemical fertilizer and has a lower material cost than potassium alum itself. Therefore, the running cost can be reduced as compared with supplementing potassium alum itself.

上記抽出用半透膜４３を透過したイオンは、淡水と共に電気透析器５に送られる。電気透析器５は、淡水を透析し、淡水からイオンを分離する。これによって、出力淡水のイオン濃度を十分に小さくすることができる。電気透析器５には、Ｋ^＋及びＳＯ_４ ^２−を含む濃縮液が蓄積される。この濃縮液からＫ^＋及びＳＯ_４ ^２−を回収して貯蔵部７１に投入することにすれば、ランニングコストを一層低減できる。本装置１によってイオン濃度を十分に下げることができるため、電気透析に必要なエネルギーは、海水を直接電気透析する場合よりも非常に少ない。抽出室４２からの淡水をＲＯ膜によって濾過してもよく、この場合も海水を直接ＲＯ濾過するよりも駆動エネルギーを十分に小さくできる。 The ions that have permeated through the extraction semipermeable membrane 43 are sent to the electrodialyzer 5 together with fresh water. The electrodialyzer 5 dialyzes fresh water and separates ions from the fresh water. Thereby, the ion concentration of output fresh water can be made sufficiently small. The electrodialyzer 5 accumulates a concentrate containing K ⁺ and SO ₄ ²⁻ . If K ⁺ and SO ₄ ²⁻ are recovered from this concentrate and put into the storage unit 71, the running cost can be further reduced. Since the ion concentration can be sufficiently lowered by the apparatus 1, the energy required for electrodialysis is much less than that in the case of direct electrodialysis of seawater. The fresh water from the extraction chamber 42 may be filtered by the RO membrane, and in this case, the driving energy can be made sufficiently smaller than when the seawater is directly RO filtered.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨に反しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
例えば、上記の浸透圧、内圧、温度等の数値はあくまでも例示であり適宜変更できる。
ミョウバンとして、カリウムミョウバン（ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２）に代えて、アンモニウムミョウバン（Ａｌ（ＮＨ_４）（ＳＯ_４）_２）を用いてもよい。この場合、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）を循環路３のミョウバン溶液に補填することが好ましい。ミョウバンとして、ナトリウムミョウバン（ＡｌＮａ（ＳＯ_４）_２）を用いてもよい。この場合、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）を循環路３のミョウバン溶液に補填することが好ましい。
ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を、溶液状態で補填するのに限られず、粉状又はペレット状等の固体の状態で補填してもよい。
補填工程のタイミングは、仲介溶液循環路３からの漏れに応じて適宜設定すればよく、溶媒抽出装置１の運転中に限られず、溶媒抽出装置１を停止した状態で補填を行なってもよい。
補填路７２を、吸収室２１に直接接続してもよい。この場合、吸収室２１のなるべく下流側の部分に補填路７２を接続するのが好ましい。
更に、補填路７２を仲介溶液循環路３の吸収室２１から析出室２１までの間以外の部分に接続してもよい。例えば、補填路７２を、仲介溶液循環路３の被抽出室４１と溶解室１１との間の部分に接続してもよく、溶解室１１と吸収室２１の間の部分に接続してもよく、析出室３１と被抽出室４１の間の部分に接続してもよい。
補填工程において、アルミニウムをも循環路３に補充することにしてもよい。補填手段７０が、アルミニウムをも循環路３に補充してもよい。
加熱手段６を溶解室１１に直接接続してもよい。析出室３１にクーラントタワー、熱交換器、ヒートポンプ等の冷却手段を接続してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the numerical values such as the osmotic pressure, the internal pressure, and the temperature are merely examples and can be changed as appropriate.
As alum, ammonium alum (Al (NH ₄ ) (SO ₄ ) ₂ ) may be used instead of potassium alum (AlK (SO ₄ ) ₂ ). In this case, it is preferable to supplement ammonium sulfate ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ ) in the alum solution in the circulation path 3. As alum, sodium alum (AlNa (SO ₄ ) ₂ ) may be used. In this case, it is preferable to supplement sodium sulfate (Na ₂ SO ₄ ) in the alum solution in the circulation path 3.
The compound consisting of components other than aluminum in the alum is not limited to being supplemented in a solution state, but may be supplemented in a solid state such as powder or pellet.
The timing of the compensation process may be set as appropriate according to the leakage from the intermediate solution circulation path 3, and is not limited to the operation of the solvent extraction device 1, but may be performed with the solvent extraction device 1 stopped.
The filling path 72 may be directly connected to the absorption chamber 21. In this case, it is preferable to connect the filling path 72 to a portion of the absorption chamber 21 as downstream as possible.
Further, the filling path 72 may be connected to a portion other than the space between the absorption chamber 21 and the deposition chamber 21 of the mediating solution circulation path 3. For example, the filling path 72 may be connected to a portion between the extraction chamber 41 and the dissolution chamber 11 of the intermediate solution circulation path 3 or may be connected to a portion between the dissolution chamber 11 and the absorption chamber 21. Alternatively, it may be connected to a portion between the deposition chamber 31 and the extraction chamber 41.
In the filling step, the circulation path 3 may be supplemented with aluminum. The filling means 70 may replenish the circulation path 3 with aluminum.
The heating means 6 may be directly connected to the melting chamber 11. You may connect cooling means, such as a coolant tower, a heat exchanger, and a heat pump, to the deposition chamber 31.

本発明は、海水から淡水を製造する淡水化装置や、汚水を浄化する浄水装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a desalination apparatus that produces fresh water from seawater and a water purification apparatus that purifies sewage.

１ 溶媒抽出装置
２ 被処理溶液路
３ 仲介溶液循環路
４ 淡水出力路
５ 電気透析器（透析手段）
６ 加熱器（加熱手段）
１０ 溶解部
１１ 溶解室
１２ 授熱室
１３ 隔壁
２０ 吸収部
２１ 吸収室
２２ 被吸収室
２３ 吸収用半透膜
３０ 析出部
３１ 析出室
３２ 受熱室
３３ 隔壁
４０ 抽出部
４１ 被抽出室
４２ 抽出室
４３ 抽出用半透膜
７０ 補填手段
７１ 貯蔵部
７２ 補填路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solvent extraction apparatus 2 To-be-processed solution path 3 Mediator solution circulation path 4 Fresh water output path 5 Electrodialyzer (dialysis means)
6 Heater (heating means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Dissolution part 11 Dissolution room 12 Heat transfer chamber 13 Partition 20 Absorption part 21 Absorption chamber 22 Absorbed chamber 23 Absorption semipermeable membrane 30 Deposition part 31 Deposition room 32 Heat receiving chamber 33 Separator 40 Extraction part 41 Extraction room 42 Extraction room 43 Extraction semipermeable membrane 70 Filling means 71 Storage unit 72 Filling path

Claims (6)

被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
ミョウバン溶液を加熱して前記ミョウバン溶液中のミョウバンの析出体を溶解させる溶解工程と、
前記溶解工程後の前記ミョウバン溶液と前記被処理溶液とを吸収用半透膜を介して接触させる吸収工程と、
前記吸収工程後の前記ミョウバン溶液を冷却してミョウバンを析出させる析出工程と、
前記析出工程後かつ前記溶解工程前の前記ミョウバン溶液を抽出用浸透膜に接触させる抽出工程と、
前記ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を連続的又は定期的又は不定期に前記ミョウバン溶液に混入する補填工程と、
を備えたことを特徴とする溶媒抽出方法。 A solvent extraction method for extracting a solvent from a solution to be treated,
A dissolution step of heating the alum solution to dissolve the alum precipitate in the alum solution;
An absorption step in which the alum solution after the dissolution step and the solution to be treated are brought into contact with each other through an absorption semipermeable membrane;
A precipitation step of cooling the alum solution after the absorption step to precipitate alum;
An extraction step of contacting the alum solution after the precipitation step and before the dissolution step with an osmotic membrane for extraction;
A supplementing step of continuously or regularly or irregularly mixing the alum solution with a compound composed of components other than aluminum in the alum,
A solvent extraction method comprising: 前記化合物が、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、又は硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）であることを特徴とする請求項１に記載の溶媒抽出方法。 The solvent extraction method according to claim 1, wherein the compound is ammonium sulfate ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ ), potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ), or sodium sulfate (Na ₂ SO ₄ ). 前記補填工程を、前記吸収工程後、前記析出工程前に行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶媒抽出方法。   The solvent extraction method according to claim 1, wherein the filling step is performed after the absorption step and before the precipitation step. 被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
前記被処理溶液を容れる被吸収室を含む被処理溶液路と、
ミョウバン溶液を加熱して前記ミョウバン溶液中のミョウバンの析出体を溶解させる溶解室と、吸収室と、前記ミョウバン溶液を冷却してミョウバンを析出させる析出室と、被抽出室とを環状に順次連ねてなり、ミョウバン溶液を前記溶解室、前記吸収室、前記析出室、前記被抽出室の順に循環させる循環路と、
前記被吸収室と前記吸収室とを仕切る吸収用半透膜と、
前記被抽出室の少なくとも一部を画成する抽出用浸透膜と、
前記循環路に接続され、前記ミョウバンのうちアルミニウムを除く成分からなる化合物を前記循環路に補填する補填手段と
を備えたことを特徴とする溶媒抽出装置。 A solvent extraction device for extracting a solvent from a solution to be treated,
A solution solution path including an absorption chamber containing the solution to be treated;
A dissolution chamber in which the alum solution is heated to dissolve the alum precipitate in the alum solution, an absorption chamber, a precipitation chamber in which the alum solution is cooled to precipitate alum, and an extraction chamber are successively connected in an annular manner. A circulation path for circulating the alum solution in the order of the dissolution chamber, the absorption chamber, the deposition chamber, and the extraction chamber;
An absorbing semipermeable membrane separating the absorbed chamber and the absorbing chamber;
An extraction osmosis membrane that defines at least a portion of the extraction chamber;
A solvent extraction apparatus comprising: a supplementary means connected to the circulation path and configured to supplement the circulation path with a compound composed of a component excluding aluminum in the alum. 前記化合物が、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、又は硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）であることを特徴とする請求項４に記載の溶媒抽出装置。 The solvent extraction apparatus according to claim 4, wherein the compound is ammonium sulfate ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ ), potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ), or sodium sulfate (Na ₂ SO ₄ ). 前記補填手段が、前記循環路の前記吸収室と前記析出室との間に接続されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の溶媒抽出装置。   The solvent extraction apparatus according to claim 4 or 5, wherein the filling means is connected between the absorption chamber and the precipitation chamber of the circulation path.

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