JP2011255340A - 溶媒抽出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶質が系外へ漏れたとしても補填を安価に行なうことができる溶媒抽出装置を提供する。
【解決手段】ミョウバン溶液を循環路３に沿って循環させながら、溶解室１１にてミョウバンの析出体を溶解させる。吸収室２１のミョウバン溶液と被吸収室２２の被処理溶液を吸収用半透膜２３を介して接触させる。析出室３１にてミョウバンを析出させる。被抽出室４１にてミョウバン溶液を抽出用浸透膜４３と接触させ、溶媒を抽出する。補填手段７０から循環路３に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混入する。
【選択図】図１

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。

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。

国際公開ＷＯ２００７／１４７０１３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

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