本發(fā)明的實施方式涉及水處理方法、水處理系統(tǒng)以及水處理裝置。

背景技術：

如果用滲透膜隔離低濃度的溶液和高濃度的溶液，則低濃度的溶液的溶劑透過滲透膜而向高濃度的溶液側移動。為人所知的有通過利用溶劑產(chǎn)生移動的現(xiàn)象，使渦輪旋轉而進行發(fā)電的滲透壓發(fā)電裝置。

滲透壓發(fā)電裝置有在封閉系統(tǒng)中使作業(yè)介質循環(huán)而進行發(fā)電的循環(huán)型滲透壓發(fā)電裝置。例如，為人所知的有利用碳酸銨水溶液作為作業(yè)介質的發(fā)電裝置。在該裝置中，因濃度相互不同的2種碳酸銨水溶液之間的滲透壓差而產(chǎn)生的水流使渦輪旋轉。為了再利用使渦輪旋轉后的碳酸銨水溶液而對其進行加熱，便分離為二氧化碳氣體以及氨氣、和濃度非常低的碳酸銨水溶液。分離的二氧化碳氣體以及氨氣再次導入水中。由此，便得到濃度高的碳酸銨水溶液。得到的濃度不同的2種碳酸銨水溶液一起再循環(huán)而用于發(fā)電。

碳酸銨的溶解性較高，其100g在常溫下可溶于100mL的水中。因此，可以獲得能夠從海水(3.5Wt％)中吸引淡水(fresh water)這種程度的滲透壓。然后，僅在60℃進行分解，便成為二氧化碳氣體和氨氣。在使用碳酸銨水溶液的滲透壓發(fā)電裝置中，向渦輪輸送以正滲透壓進行加壓的碳酸銨水溶液而發(fā)電。正滲透壓下的加壓也可能獲得250個氣壓的壓力。這可以認為是海水的利用滲透壓的滲透壓發(fā)電的大約10倍的壓力。

另一方面，在使用碳酸銨的利用正滲透壓的發(fā)電中，伴隨著有毒且具有腐蝕性的氨氣的發(fā)生，產(chǎn)生體系內的劣化，從而對運行成本產(chǎn)生較大的影響。另外，碳酸銨容易析出。例如，在以6M使用的情況下，在低于50℃下立即析出。因此，在發(fā)生滲透膜附近的溫度的降低的情況下，析出的結晶有弄傷滲透膜的危險。這是在室溫下進行維護等時尤其可能發(fā)生的危險。為了減少析出的危險，不得不進行在低濃度下的運轉。其結果是，難以獲得充分的滲透壓。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特表2010-509540號公報

專利文獻2：國際公開第2005/017352號

專利文獻3：美國專利申請公開第2010/0024423號說明書

非專利文獻

非專利文獻1：Jeffrey R.McCutcheona et al.“A novel ammonia-carbon dioxide forward(direct)osmosis desalination process”Desalination 174(2005)1-11

非專利文獻2：R.L.McGinnis et al.“A novel ammonia-carbon dioxide osmotic heat engine for power generation”Science 305(2007)13-19

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明提供一種能夠以低成本進行運轉的水處理技術。

用于解決課題的手段

按照實施方式的水處理方法是使用包括含水的對象液和驅動溶液(draw solution)的作業(yè)介質的水處理方法。驅動溶液是在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液。該方法包括：(1)在用滲透膜分隔的滲透壓發(fā)生器中，利用在對象液和驅動溶液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生水和驅動溶液的混合液的流束，(2)將混合液的流束輸送至氣化分離部，(3)利用壓力差分離水和驅動溶液，以及(4)對用氣化分離部分離的驅動溶液進行再利用。

附圖說明

圖1是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的圖。

圖2是表示實施方式的滲透壓發(fā)電方法的1個例子的方案。

圖3是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖4是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖5是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖6是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖7是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖8是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖9是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖10是表示實施方式的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖11是表示實施方式的淡水化系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖12是表示實施方式的滲透壓發(fā)生器的1個例子的略圖。

圖13是表示實施方式的淡水化方法的1個例子的略圖。

圖14是表示實施方式的淡水化系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖15是表示實施方式的淡水化系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖16是表示實施方式的水處理系統(tǒng)的1個例子的略圖。

圖17是表示實施方式的水處理方法的1個例子的略圖。

圖18是表示實施方式的水處理系統(tǒng)的例子的略圖。

圖19是表示注射試驗(syringe test)裝置的圖。

圖20是表示注射試驗裝置的圖。

圖21是表示例1和例2的結果的圖。

圖22是表示例3和例4的結果的圖。

圖23是表示例5的結果的圖。

圖24是表示例6中使用的裝置的概要的示意圖。

圖25是表示例6的結果的圖。

圖26是表示例6的結果的圖。

圖27是表示例6的結果的圖。

圖28是表示例6的結果的圖。

圖29是表示例6的結果的圖。

圖30是表示由滲透壓計算水柱的高度的影像圖(image diagram)。

圖31是表示例7的結果的圖。

具體實施方式

下面對水處理方法的一種方式即循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法進行說明。

在實施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法中，使用包含在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液和水的作業(yè)介質而進行發(fā)電。該方法包括：在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的水和收納于第2室內的高滲透壓液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包括水和高滲透壓液的混合液的流束；利用該流束使渦輪旋轉而進行發(fā)電；將使渦輪旋轉后的混合液輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部的第3室內；使利用第4室內和第3室內的壓力差而從第3室通過沸石膜的水向第4室移動，從而將高滲透壓液和水分離；以及將得到的水輸送至第1室內，而且將得到的高滲透壓液輸送至第2室內。

根據(jù)這樣的實施方式，可以提供一種能夠以低成本進行運轉的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。

下面使用附圖，就實施方式進行說明。首先，一面參照圖1(a)以及圖1(b)，一面就循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子進行說明。

圖1(a)是循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的方框圖。滲透壓發(fā)電裝置100a具有滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3以及氣化分離部4。滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3以及氣化分離部4依次連接而構成回路(loop)。作業(yè)介質在該回路中循環(huán)。換句話說，作業(yè)介質在滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3以及氣化分離部4的內部依次循環(huán)。

圖1(b)是示意表示滲透壓發(fā)生器1的例子的圖。滲透壓發(fā)生器1具有處理容器12、以及用滲透膜10分隔該處理容器12而例如在上下形成的第1室11a和第2室11b。第1室11a和第2室11b設置在處理容器12中。處理容器12優(yōu)選為氣密的。

作業(yè)介質包含高滲透壓液和水。高滲透壓液可以是顯示出比水更高的滲透壓的液體。另外，高滲透壓液與水具有相溶性。高滲透壓液的滲透壓比水的滲透壓高，利用該高滲透壓液和水之間的滲透壓差而進行發(fā)電。在滲透壓發(fā)生器1中，第1室11a內收容著水，第2室11b內收容著高滲透壓液。

在經(jīng)由滲透膜10而配置的水和高滲透壓液之間產(chǎn)生滲透壓差。在滲透壓差的作用下，發(fā)生水從第1室11a向第2室11b的移動。由于該水的移動而產(chǎn)生流束。產(chǎn)生的流束向渦輪2流動，使該渦輪2旋轉而進行發(fā)電。構成流束的液體為混合液?；旌弦喊◤牡?室通過滲透膜10而向第2室11b移動的水、和收容于第2室11b的高滲透壓液。使渦輪2旋轉后的混合液被輸送至氣化分離部4。在氣化分離部4中，將該液體分離為水和高滲透壓液。由此，高滲透壓液和水便得以再生。再生的水和高滲透壓液再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1各自的室，從而為發(fā)電而進行再利用。

氣化分離部4如圖1(c)的示意圖所示，具有外殼24、和配置于外殼24內且例如由耐壓性的氣密容器構成的分離部25。分離部25的側壁用沸石膜21形成。通過該沸石膜21，在分離部25側劃分出第3室22，在外殼24側劃分出第4室23。使渦輪2旋轉后的混合液通過后述的管線101c而被輸送至氣化分離部4的第3室22內。在此，第3室22是供給應分離的混合液的一側(沸石膜的第1側)的室。第4室23是接收從混合液透過沸石膜21而來的水的一側(沸石膜的第2側或者透過側)的室。在氣化分離部4，基本上使第4室23的壓力低于第3室22的壓力。例如，對第4室23內進行減壓。由此，存在于第3室22的混合液中的水透過沸石膜21而向第4室23移動，從而進行分離。換句話說，在第3室22內和第4室23內的壓力差的作用下，水從第3室22向第4室23移動。在第4室23中，水雖然處于氣體的狀態(tài)，但在回收的工序中，則成為液體的狀態(tài)。通過沸石膜21的水得以回收，通過后述的管線105a再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1而用于發(fā)電。另一方面，對于進行過脫水的高滲透壓液，也通過后述的管線101e再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1而用于發(fā)電。

在此，關于氣化分離部4中的第3室和第4室的位置關系，哪一個都既可以處于內側，也可以處于外側。圖1(c)是第3室22配置于第4室23的內側的1個例子，圖1(d)是第3室22配置于第4室23的外側的1個例子。另外，氣化分離部4也可以具有多個沸石膜，由此便具有多個供給側和通過側。沸石膜也可以用中空圓筒狀的陶瓷支持體作襯里。在此情況下，陶瓷支持體并不妨礙沸石膜的功能。

得到的水被輸送至滲透壓發(fā)生器1而收容于第1室11a內。另一方面，得到的高滲透壓液被輸送至滲透壓發(fā)生器1而收容于第2室11b內。滲透壓發(fā)生器1通過第1室11a內的水和第2室11b內的高滲透壓液之間的滲透壓差而產(chǎn)生流束。下面，與上述同樣地進行發(fā)電、分離以及送液等。這樣一來，作業(yè)介質在滲透壓發(fā)電裝置100a內部進行循環(huán)，由此滲透壓發(fā)電系統(tǒng)連續(xù)地進行發(fā)電。

氣化分離部4中的水和高滲透壓液的分離可以進行到這樣的程度：當之后輸送至滲透壓發(fā)生器1時，在這些水和高滲透壓液之間可以得到滲透壓差。在氣化分離部4中得到的水為高純度的水。然而，在氣化分離部4，與水分離后的高滲透壓液也能夠以任意的濃度含有水。所謂以任意的濃度含有的水，可以是這種程度的濃度：當水和高滲透壓液再次收容于滲透壓發(fā)生器1時，在高滲透壓液和水之間可以得到滲透壓差。

下面使用圖2，就循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電進行說明。首先，在滲透壓發(fā)生器1中，利用水和高滲透壓液之間的滲透壓差而產(chǎn)生流束(S1)。

接著，利用在S1產(chǎn)生的流束，使渦輪旋轉而進行發(fā)電(S2)。在此，流束因包含水和高滲透壓液的混合液而產(chǎn)生。將使渦輪旋轉后的構成流束的混合液暫時儲藏于罐內(S3)。接著，將罐內的混合液輸送至氣化分離部4，使其分離為水和高滲透壓液(S4)。在S4被分離的水和高滲透壓液分別再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1。然后，在滲透壓發(fā)生器1中，再次與上述同樣地利用滲透壓差而產(chǎn)生流束(S1)。在循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)中，可以通過反復進行該工序而連續(xù)地進行發(fā)電。也就是說，進行循環(huán)型發(fā)電。

在以前的使用碳酸銨的利用正滲透壓的發(fā)電中，因有毒且具有腐蝕性的氨氣的發(fā)生引起的體系內的劣化對運行成本產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)實施方式，可以提供不產(chǎn)生該氨氣的作業(yè)介質(Draw Solution)、使用該作業(yè)介質的循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法以及循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。另外，根據(jù)實施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)，可以使用通常的有機溶劑作為作業(yè)介質。

使用圖3～圖10，就根據(jù)實施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的例子進行說明。此外，在圖4～圖10所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)中，與圖3同樣的構件標注相同的符號而將其說明予以省略。

(1)第1實施方式

圖3(a)是循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的1個例子的略圖。

循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100具有滲透壓發(fā)電裝置100a、和在滲透壓發(fā)電裝置100a內循環(huán)的作業(yè)介質。滲透壓發(fā)電裝置100a具有滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、緩沖罐3、氣化分離部4、水罐103a以及高滲透壓液罐103b。滲透壓發(fā)生器1和渦輪2用管線101a連接在一起。渦輪2和緩沖罐3用管線101b連接在一起。緩沖罐3和氣化分離部4用管線101c連接在一起。開閉閥102a夾設在管線101c上。氣化分離部4和水罐103a用管線101d連接在一起。開閉閥102b夾設在管線101d上。氣化分離部4和高滲透壓液罐103b用管線101e連接在一起。開閉閥102c夾設在管線101e上。水罐103a和滲透壓發(fā)生器1用管線101f連接在一起。泵104a夾設在管線101f上。高滲透壓液罐103b和滲透壓發(fā)生器1用管線101g連接在一起。泵104b夾設在管線101g上。

在此，使用圖3(b)的剖視圖就滲透壓發(fā)生器1的內部結構進行進一步的說明。滲透壓發(fā)生器1具有處理容器12和滲透膜10。滲透膜10被配置為將其周圍固定于處理容器12的內側壁面上，將處理容器12內劃分為第1室11a和第2室11b。在處理容器12中，第1室11a配置于第2室11b的上方。在第1室11a所處位置的處理容器12上，開有第1流入口13a。在氣化分離部4分離的水流入第1流入口13a。在第2室11b所處位置的處理容器12上，開有第2流入口13b。在氣化分離部4分離的高滲透壓液流入第2流入口13b。在第2室11b所處位置的處理容器12上，開有流出口14，該流出口14配置于與開有第2流入口13b的壁面相對置的壁面上。通過滲透膜10的液體(水)的流動方向正如圖中箭頭所示的那樣，為從上方向下方、即從第1室11a向第2室11b的方向。在此，流入口13b和流出口14開在相互對置的處理容器12的壁面上，但壁面上的位置可以任意選擇。例如，如圖3(b)所示，流入口13b和流出口14也可以開在相互對置的位置上。或者，如圖3(c)所示，也可以是任一方開在更靠近滲透膜10的位置，另一方開在遠離滲透膜10的位置。另外，流出口14也可以開在處理容器12的與滲透膜10相對置的面上。

流出口14與管線101a連接在一起。從第1室11a通過滲透膜10向第2室11b移動的水和收容于第2室11b的高滲透壓液的混合液從流出口14流出。水從第1室11a通過滲透膜10向第2室11b移動，從而第2室11b內的水壓升高，在流出口14產(chǎn)生液體的流動。也就是說產(chǎn)生流束。該流束使渦輪2旋轉而發(fā)電。

氣化分離部4具有外殼24、分離部25、聚水器(water trap)26、真空泵、連接外殼24和聚水器26的管線105a、以及從聚水器26伸向外部的管線105b。外殼24可以是具有耐壓性和氣密性的容器。外殼24在其內部具有分離部25。分離部25例如由耐壓性的氣密容器構成。分離部25的規(guī)定內部空間的壁面由沸石膜構成。分離部25的內側和外側被沸石膜所分隔。另外，沸石膜21在其內側和外側之間沒有壓力差時是液密性的。另一方面，沸石膜21具有在存在該壓力差時，使水得以透過的性質。圖3(a)所示的第3室22為用沸石膜21所規(guī)定的分離部25內部的空間。第4室23是用沸石膜21和外殼24所規(guī)定的空間。

關于從緩沖罐3導出的管線101c，其下端通過外殼24的上部開口部(未圖示)和分離部25的上部開口部(未圖示)而延伸直至分離部25的內部。如果打開夾設在管線101c上的開閉閥102a，則收容于緩沖罐3中的混合液通過管線101c內而被輸送至分離部25內。關于管線101e，其一端(右端)通過外殼24的上部開口部(未圖示)和分離部25的上部開口部(未圖示)而延伸直至分離部25的內部，另一端(左端)與高滲透壓液罐103b連接。夾設在管線101e上的開閉閥102c的打開在氣化分離部4中的水和高滲透壓液的分離結束后進行。通過打開開閉閥102c，殘留于分離部25內部并分離的高滲透壓液通過管線101e而被輸送至高滲透壓液罐103b。

聚水器26為具有耐壓性和氣密性的容器。從外殼24延伸出來的管線105a與聚水器26的上部開口部連接。在聚水器26的上部設置有其它開口部，管線105b從該開口部向外部延伸出來。真空泵104c夾設在管線105b上。如果驅動真空泵104c，則經(jīng)由管線105b、聚水器26內部以及管線105a而吸引第4室23內部的氣體，從而使第4室23內部成為陰壓(負壓)。由此，第3室22中含有的混合液的一部分發(fā)生氣化，氣化的水透過沸石膜21而向第4室23移動。

在氣化分離部4進行分離的情況下，將開閉閥102a、102b以及102c關閉。然后，驅動真空泵104c而使聚水器26內以及第4室23內的壓力下降。也就是說，對第4室23內進行減壓。由此，水分從分離部25內部即第3室透過沸石膜21而向第4室移動。移動至第4室的水通過管線105a而導入至聚水器26內，在此作為液體儲藏下來。這樣，通過在第4室內部和第3室內部之間設置壓力差，使水從第3室內向第4室內移動，從而可以從混合液中分離水和高滲透壓液。

氣化分離部4的分離采用滲透氣化膜法(pervaporation法)來進行。該方法中使用的滲透氣化膜優(yōu)選的例子為沸石膜。用于進行滲透氣化膜法的沸石膜也可以是市售的膜。沸石膜例如可以使用三菱化學工程株式會社生產(chǎn)的MSM-1。另外，氣化分離部4也可以使用市售的利用了滲透氣化膜法的水分離裝置。在通常的使用了滲透氣化膜法的市售水分離裝置中，在成為脫水對象的混合液收容于具有沸石膜的陶瓷管內之前，對混合液進行加熱。在滲透氣化膜法中，當通過減壓而使混合液氣化時，混合液的溫度降低?；旌弦弘S著溫度的上升，促進混合液的氣化，從而水分離得以促進。混合液的加熱的例子容后敘述?；旌弦旱募訜岣鼉?yōu)選為利用排熱。由此，可以獲得較高的收益。另外，利用滲透氣化膜法的方法以及裝置可以利用其自身公知的技術。這樣的技術記載于例如日本特開平7-31851、日本特開平7-80252、日本特開平7-194942以及日本特開平11-276801等中。

沸石膜的例子也可以是菱沸石型(chabazite)沸石。沸石膜的晶形一般認為在200種以上。其中，優(yōu)選使用菱沸石型晶形。在沸石膜中，作為具有水可以通過而比水大的分子不能通過這一特性的晶形，為人所知的有沸石A型。然而，沸石A型在水溶液中的水份量較多時容易分解，耐酸也較弱。與此相對照，菱沸石型沸石膜即使在水份量較多的情況下也不會分解，而且顯示出較高的耐酸性。

滲透壓發(fā)生器1中使用的滲透膜10只要是不會因用作作業(yè)介質的液體例如有機溶劑而產(chǎn)生損害的膜，就可以使用商業(yè)上能夠取得的膜。滲透膜10例如可以使用醋酸纖維素膜、聚酰胺膜等。另外，滲透膜10既可以是正滲透膜也可以是反滲透膜。優(yōu)選的滲透膜10為正滲透膜。處理容器12可以由適于收容作業(yè)介質的材質構成。另外，處理容器12也可以是具有密閉性的容器即密閉處理容器。

為了獲得膜面積，滲透膜10也可以使用由高分子構成的中空絲。

如上所述，作業(yè)介質含有高滲透壓液和水。高滲透壓液只要是與水之間產(chǎn)生滲透壓的液體即可。一般地說，作業(yè)介質作為驅動溶液而為人所知。

在高滲透壓液包含溶劑和溶解于溶劑中的溶質的情況下，溶質可以選擇能夠在高滲透壓液和水之間獲得滲透壓差的物質。在此情況下，溶劑既可以是水，也可以是有機溶劑。

實施方式的作業(yè)介質一般是包含水和高滲透壓液的2成分體系的混合溶液。在高滲透壓液和水夾著滲透膜而相互鄰接時，便產(chǎn)生高滲透壓液和水之間的滲透壓差。由此，水受到高滲透壓液的誘導，通過滲透膜而向高滲透壓液側移動。在此，所謂高滲透壓液和水夾著滲透膜而相互鄰接，是指與滲透膜的一個面接觸而存在高滲透壓液、與另一個面接觸而存在水的狀態(tài)。作業(yè)介質利用該滲透壓差，使渦輪2旋轉而發(fā)電。

在將這樣的作業(yè)介質使用于圖1的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的情況下，在直至作業(yè)介質輸送到滲透壓發(fā)生器1的第1室以及第2室之前，處于分離為水和高滲透壓液的狀態(tài)。在滲透壓發(fā)生器1的內部，于第2室的滲透膜附近，水常常向高滲透壓液中移動。此時，向高滲透壓液中移動的水和高滲透壓液相溶。高滲透壓液和水的混合液使渦輪2旋轉，經(jīng)緩沖罐3后被氣化分離部4所分離。

例如，高滲透壓液可以是多元醇或者多元醇的水溶液。優(yōu)選的多元醇為用以下的式1表示的化合物。

其中，n為0以上的整數(shù)，優(yōu)選為1以上的整數(shù)，更優(yōu)選為3以上的整數(shù)。例如，n也可以是1～5的整數(shù)，也可以是1～4的整數(shù)，也可以是1～3的整數(shù)，也可以是1～6的整數(shù)。例如，n也優(yōu)選為3～5的整數(shù)。

在n為0、1或者3時，式1的化合物分別為乙二醇、丙三醇、木糖醇。在n為4時，式1的化合物為山梨糖醇以及甘露糖醇。再者，在n為5時，式1的化合物為鱷梨糖醇以及庚七醇。在n為6時，式1的化合物例如為D-赤-D-半乳-辛糖醇(D-erythro-D-galacto-octitol)。然而，按照實施方式的高滲透壓液并不局限于此。

在氣化分離部4分離的水和高滲透壓液各自以分離的狀態(tài)被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第1室11a以及第2室11b。在滲透壓發(fā)生器1的內部，利用分別輸送過來的水和高滲透壓液之間的滲透壓差而進一步產(chǎn)生流束。將該流束輸送至渦輪2，驅動渦輪2(或者使其旋轉)而進一步進行發(fā)電。驅動渦輪2后的液體被輸送至罐3，進而被輸送至氣化分離部4。根據(jù)上述的作用、機理，在氣化分離部4分離為水和高滲透壓液。由此，作業(yè)介質便得以再生。分離的水和高滲透壓液進而被輸送至滲透壓發(fā)生器1。通過反復進行這樣的循環(huán)，該系統(tǒng)便可以連續(xù)地進行發(fā)電。另外，在該循環(huán)中，為了迅速地進行在氣化分離部4的分離，配置有緩沖罐3、水罐103a以及高滲透壓液罐103b。驅動渦輪2后的混合液暫且收容于緩沖罐3中。由此，可以正常地進行渦輪2基于滲透壓發(fā)生器1的驅動、與發(fā)電并行的在氣化分離部4的分離工序。另外，分離后的水和高滲透壓液以不會妨礙其后接著進行的分離工序的方式暫且分別收容于水罐103a和高滲透壓液罐103b中。

基于循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法使用包含在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液和水的作業(yè)介質而進行發(fā)電。該方法包括：在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的水和收納于第2室內的高滲透壓液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包括所述水和所述高滲透壓液的混合液的流束；利用該流束使渦輪旋轉而進行發(fā)電；將使渦輪旋轉后的所述混合液輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部的第3室內；使利用第4室內和第3室內的壓力差而從第3室通過沸石膜的水向第4室移動，從而將高滲透壓液和水分離；以及將得到的水輸送至第1室內，而且將得到的高滲透壓液輸送至第2室內。

在使這樣的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)工作的情況下，可以如以下那樣進行。首先，將水收容于滲透壓發(fā)生器1的第1室11a中，將高滲透壓液收容于第2室11b中。然后，在滲透壓發(fā)生器1內部利用滲透壓差而產(chǎn)生流束。流束從流出口14通過管線101a而被輸送至渦輪2。由被輸送的混合液產(chǎn)生的流束使渦輪2旋轉而進行發(fā)電。

使渦輪2旋轉而發(fā)電后的混合液采用管線101b被輸送至緩沖罐3。緩沖罐3暫時收容混合液。緩沖罐3經(jīng)由管線101c而與氣化分離部4連接。開閉閥102a夾設在管線101c上。在進行氣化分離部4的作業(yè)介質的相分離以及從氣化分離部4的送液時，將開閉閥102a關閉。在向氣化分離部4導入混合液時，打開開閉閥102a。

在氣化分離部4上，設置有用于流入緩沖罐3內的混合液的流入口、和使分離的水和高滲透壓液分別流出的2個流出口。在氣化分離部4分離混合液的期間，通過將開閉閥102a、102b以及102c關閉而促進分離。

當在氣化分離部4的混合液的分離結束后，水以及高滲透壓液分別從氣化分離部4輸送至管線101d以及管線101e。然后，關閉開閉閥102b以及102c。

將開閉閥102b以及102c關閉后，打開開閉閥102a，使收容于緩沖罐3的混合液流入氣化分離部4。在充分量的混合液流入氣化分離部4后，關閉開閉閥102a。在氣化分離部4的前述分離操為了循環(huán)發(fā)電而反復進行。

從氣化分離部4流出的2種液體分別通過管線101d以及管線101e而暫時收容于水罐103a和高滲透壓液罐103b中。水罐103a內以及高滲透壓液罐103b內的2種液體根據(jù)需要，各自驅動泵104a以及104b而分別通過管線101f和管線101g被輸送至滲透壓發(fā)生器1。

也就是說，通過打開開閉閥102b，高滲透壓液被輸送至罐103a而暫時收容于罐103a中。通過打開開閉閥102c，水被輸送至罐103b而暫時收容于罐103b中。在該時點，作業(yè)介質已經(jīng)被再生為可以再次使用的狀態(tài)。然后，收容于罐103a中的高滲透壓液因泵104a的驅動而通過管線101d，被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第1室11a。罐103b中的水因泵104b的驅動而通過管線101e，被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b。

這樣，通過使作業(yè)介質在滲透壓發(fā)電裝置100a中循環(huán)，循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)便繼續(xù)進行發(fā)電。在這樣的發(fā)電系統(tǒng)中，容易進行分離操作以及分離后的液體的回送。再者，可以通過分離而回收高純度的水。其結果是，可以高效地產(chǎn)生滲透壓發(fā)生器1中的流束。

另外，運行成本也可以抑制在較低的水平。由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部4的結構變得簡單。由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)電裝置100a的成分，因而與以前相比，可以降低與裝置的維護有關的勞力。與之相伴隨，維護成本可以抑制在較低的水平，建設成本和設備的運行成本也可以抑制在較低的水平。如上所述，根據(jù)本實施方式，可以提供一種能夠以低成本進行運轉的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。

實施方式與使用河川的水和海水的滲透壓發(fā)電不同，可以使用與外界隔絕的液體而進行滲透壓發(fā)電。其結果是，滲透壓發(fā)生器的滲透膜不會產(chǎn)生生物污染而可以謀求長壽命化，因而使低成本化成為可能。

由于逆洗(使水向相反方向流動而進行清洗的方法)等中間維護的勞力和時間以及成本也可以大幅度削減，因而運轉時間得以延長，運轉率也得以提高。由于不使用氨氣作為作業(yè)介質，因而不需要多階段的蒸餾系統(tǒng)，從而可以使系統(tǒng)設計變得簡單。

另外，在將液相和液相分離后，可以由各自的液相通過管線直接回收液體而進行再利用。

再者，由于從同樣性質的物質中將最適合的物質選作作業(yè)介質，因而系統(tǒng)設計的自由度加寬。氨具有腐蝕性且劇毒，但在實施方式中，通過相控制可以選擇安全的液體，可以拓寬選擇范圍。另外，在系統(tǒng)中循環(huán)的作業(yè)介質由于在循環(huán)的某一個部位特別是分離工序中不會產(chǎn)生氣體，因而是更安全的。

(2)第2實施方式

如上所述，基于沸石膜的水的分離可以通過提高混合液的溫度而得到促進。例如，如圖4(a)所示，也優(yōu)選在用于將混合液輸送至分離部25的管線101c上夾設有熱源5。由此，可以更順暢地或者高效地從混合液中進行水的分離。也就是說，可以減小氣化分離部中的第4室內的減壓的程度。即使第3室內和第4室內的壓力差較小，也可以將水分離。

熱源5優(yōu)選為其自身公知的熱交換。例如，更優(yōu)選采用熱交換機，用來自工廠、發(fā)電所、公共設施以及家庭的排熱、地熱以及太陽光能等天然能量等進行加熱。熱源5只要是對通過管線101c內部的混合液給熱的結構，則無論怎樣的熱源都可以。圖4(a)所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)除了具有熱源5以外，其余為與上述圖3(a)所示的系統(tǒng)相同的構成。因此，可以與圖3所示的實施例同樣地進行發(fā)電。

另外，由于能夠對管線101c更有效地給予來自熱源5的熱，因而也可以使與熱源5的位置相對應的管線101c蜿蜒行走。使管線101c的一部分蜿蜒行走的1個例子如圖4(b)所示。該蜿蜒行走的部分的彎曲次數(shù)可以任意變更。另外，為了增大從熱源5受熱的管線101c的表面積，也可以使用使管線101c蜿蜒行走以外的對策。在此情況下，也可以與圖3(a)所示的實施例同樣地進行發(fā)電。

(3)第3實施方式

圖3以及圖4所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100也可以進一步具有壓力轉換器或者揚水機。

循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100進一步具有壓力轉換器6的例子如圖5所示。壓力轉換器6為了在管線101a和管線101g之間對壓力進行轉換，經(jīng)由作為分支的管線101h而架設在管線101g和管線101a之間。使渦輪2旋轉的液體的流束不僅依賴于第1室11a內的水和第2室11b內的高滲透壓液之間的滲透壓差，而且也依賴于從管線101g通過第2流入口13b流入第2室11b內的高滲透壓液的液壓、和從管線101f通過第1流入口13a流入第1室11a的水的液壓之差。因此，管線101g內的液壓也優(yōu)選通過壓力轉換器6在管線101g和通過作為分支的管線101h而連接的管線101a之間進行調整。也就是說，對在氣化分離部4內再生而再流入滲透壓發(fā)生器1的高滲透壓液的液壓和水的液壓之差進行調整。由此，能夠使發(fā)電而得到的電能極大化。用于調整從第1流入口13a流入第1室11a的水的液壓和流入第2室11b內的高滲透壓液的液壓之差的壓力轉換器6為了獲得所希望的液壓差，也可以架設在任一管線間。

另外，雖然在附圖中沒有示出，但循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100也可以進一步具有揚水機。在循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100進一步具有揚水機的情況下，揚水機可以夾設在滲透壓發(fā)生器1和渦輪2之間的管線101a上。通過將揚水機設置在滲透壓發(fā)電裝置100a中，便可以更容易地進行作業(yè)介質的循環(huán)。其結果是，可以更切實地進行渦輪2的發(fā)電。揚水機使來自滲透壓發(fā)生器1的液體移動至比滲透壓發(fā)生器1和渦輪2所配置的位置更高的位置并將其收容下來。然后，以所希望的流量從其較高的位置使液體朝向渦輪2落下，通過該落下的流束而使渦輪2旋轉。

(4)第4實施方式

循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100也可以進一步具有連接第1室11a和水罐103a的管線101i。這樣的實施方式的1個例子如圖6所示。圖6所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100是圖4所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100具有連接第1室11a和水罐103a的管線101i的例子。除此以外，也可以與圖4所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100同樣，或者其它的實施方式也可以具有管線101i。再者，循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100也可以具有夾設在管線101i上的開閉閥(未圖示)。

在這樣的圖6所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100中，在滲透壓發(fā)生器1的位于第1室11a的處理容器12上設置其它流出口，而且水罐103a具有其它流入口。第1室11a的流出口和水罐103a的其它流入口通過管線101i連接在一起。由此，沒有從第1室11a向第2室11b移動的液體的一部分從第1室11a的流出口通過管線101i返回到水罐103a。其結果是，可以使第1室11a內的水質保持恒定，或者可以經(jīng)常使用新鮮的水。由此，可以防止污垢和銹等在第1室11a內積蓄。

再者，通過在管線101i上夾設開閉閥，可以使水從第1室11a的流出口流出，或者使水的流出停止下來。

(5)第5實施方式

作為循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100的進一步的實施方式，圖7示出了具有壓力轉換器6和管線101i的例子。除了具有這些構件以外，也可以與上述的任一循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100的構成同樣，而且其運轉也可以與上述任一項的組合同樣地進行。

(6)第6實施方式

圖8示出了上述的任一循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100具有2個熱源即熱源5a和熱源5b的例子。循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100如圖8所示，具有夾設在管線101c上的熱源5a、和配置于外殼24的外側且向外殼24給熱的熱源5b。通過具有2個熱源，可以更順暢地或者高效地進行分離。熱源5b也可以是與上述的熱源5同樣的熱源。

(7)第7實施方式

圖9示出了具有從管線101c的中間附近直至氣化分離部4的外殼24給熱的熱源5的例子。該循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100除熱源5的結構以外，也可以具有與上述任一項的實施方式同樣的構成。根據(jù)這樣的構成，可以更順暢地或者高效地進行分離。

(8)第8實施方式

圖10示出了在圖8所示的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100中，為了向氣化分離部4的外殼24中含有的混合液給熱而具有熱源5b的例子。該循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100除熱源5b以外，可以具有與上述實施方式同樣的構成。根據(jù)這樣的構成，可以更順暢地或者高效地進行分離。

以上使用圖3～圖10，就幾個循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100的例子進行了說明，但它們只是為了例示出幾個實施方式，本發(fā)明并不局限于此。

作為循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)100中的滲透壓發(fā)生器1，也可以使用滲透壓元件(osmotic pressure element)。所謂滲透壓元件，是容量為大約1L～大約20L的滲透壓發(fā)生器1。在供給實用的情況下，也可以將多個滲透壓元件集合在一起而用作滲透壓模塊，該滲透壓模塊將這些多個滲透壓元件產(chǎn)生的壓力作為1個壓力而輸出。在滲透壓模塊中含有的一部分滲透壓元件因使用而劣化的情況下，可以僅更換劣化的滲透壓元件。因此，維修保養(yǎng)以及性價比優(yōu)良。

另外，正如由上述說明可以清楚的那樣，作為實施方式，也可以提供一種循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法。

根據(jù)實施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)以及方法可以通過基于氣化分離部的分離而回收高純度的水。因此，可以高效地產(chǎn)生滲透壓發(fā)生器1中的流束。另外，由于使用來自工廠、發(fā)電所、公共設施以及家庭的排熱、地熱以及太陽光能等天然能量等進行加熱，因而可以更加提高性價比。

分離操作以及分離后的液體的回送也是容易的，并且運行成本也可以抑制在較低的水平。另外，由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部的結構變得簡單。另外，由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)生器的成分，因而裝置的維護成本也可以抑制在較低的水平，從而建設成本或者設備的運行成本也可以抑制在較低的水平。

如上所述，根據(jù)本實施方式，可以提供一種能夠以低成本進行運轉的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。

實施方式與使用河川的水和海水的滲透壓發(fā)電不同，可以使用與外界隔絕的液體。其結果是，滲透壓發(fā)生器的滲透膜不會產(chǎn)生生物污染而可以謀求長壽命化，因而使低成本化成為可能。

逆洗等中間維護也可以大幅度削減，因而運轉時間得以延長，運轉率也得到提高。由于不使用氨氣作為作業(yè)介質，因而不需要多階段的蒸餾系統(tǒng)，從而可以使系統(tǒng)設計變得簡單。另外，可以從液-液相分離后的各自的液相通過管道直接回收液體。再者，由于從同樣性質的物質中將最適合的物質選作作業(yè)介質，因而系統(tǒng)設計的自由度加寬。氨具有腐蝕性且劇毒，但在實施方式中，通過相控制可以選擇安全的液體，可以拓寬選擇范圍。

(9)第9實施方式

如上所述，根據(jù)實施方式的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)以及方法可以通過基于氣化分離部的分離而回收高純度的水。通過利用這樣的回收高純度水的作用，便可以進一步提供淡水化系統(tǒng)以及水質凈化系統(tǒng)。也就是說，作為進一步的實施方式，可以提供淡水化系統(tǒng)以及水質凈化系統(tǒng)。

淡水化系統(tǒng)和水質凈化系統(tǒng)的不同之處在于：是處理的對象(即對象液)應該被淡水化的液體還是水質應該被凈化的液體。根據(jù)實施方式的淡水化系統(tǒng)以及水質凈化系統(tǒng)都是在該系統(tǒng)的滲透壓發(fā)生器中，通過從對象中分離水而可以得到淡水化或者凈化的水。取淡水化系統(tǒng)作為1個例子，下面就淡水化系統(tǒng)以及水質凈化系統(tǒng)進行說明。

使用圖11，就淡水化系統(tǒng)進行說明。圖11是淡水化系統(tǒng)的1個例子的略圖。

淡水化系統(tǒng)200具有淡水化裝置200a、和在淡水化裝置200a內循環(huán)的作用介質(acting medium)。淡水化裝置200a具有滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4。滲透壓發(fā)生器1正如以下所說明的那樣，還與圖6～圖10所示的實施方式中使用的滲透壓發(fā)生器同樣，具有2個流入口和2個流出口。

圖12示出了滲透壓發(fā)生器1的1個例子的剖視圖。滲透壓發(fā)生器1具有處理容器12和滲透膜10。滲透膜10被配置為將其周圍固定于處理容器12的內側壁面上，將處理容器12內劃分為第1室11a(圖12的左側)和第2室11b(圖12的右側)。

在第1室11a所處位置的處理容器12上，第1流入口13a和第1流出口14a例如分別開在上部壁面和下部壁面上。應該淡水化的對象液從第1流入口13a流入，它被收容于第1室11a中。在第2室11b所處位置的處理容器12上，第2流入口13b和第2流出口14b例如分別開在上部壁面和下部壁面上。高滲透壓液從第2流入口13b流入，它被收容于第2室11b中。收容于第1室11a的對象液和收容于第2室11b的高滲透壓液被配置為在它們之間隔著滲透膜10。由此，在收容于第1室11a內的對象液和收納于第2室11b內的高滲透壓液之間產(chǎn)生滲透壓差。在該滲透壓差的作用下，第1室11a內的對象液中含有的水通過滲透膜10而向第2室11b移動。通過滲透膜10的水沿著圖12中的箭頭所示的方向流動，即從第1室11a向第2室11b流動。

因通過滲透膜10的水的移動而使對象液得以濃縮(或者脫水)。濃縮的對象液(濃縮液)從第1室11a通過第1流出口14a而向處理容器12外排出。含有第2室11b內的高滲透壓液和從第1室移動來的水的混合液從第2室11b通過第2流出口14b而向處理容器12外排出。

淡水化裝置200a進一步具有連接滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4的管線。管線101a的一端與第2室11b的第2流出口14b連接，另一端與氣化分離部4連接。該管線101a將包含高滲透壓液以及因滲透壓而移動的水的混合液輸送至氣化分離部4。管線101e的一端與氣化分離部4連接，另一端與第2室11b的第2流入口13b連接。該管線101e將在氣化分離部4使水得以分離后的高滲透壓液輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b。將海水、廢水等供給至第1室11a的管線101f的終端與第1室11a的第1流入口13a連接。用于將第1室11a內的濃縮液排出的管線101i的始端與第1流出口14a連接。

氣化分離部4具有如上述那樣的結構，根據(jù)與上述的實施方式同樣的構成以及同樣的機理，將水和高滲透壓液(作業(yè)介質)分離。分離的作業(yè)介質通過水的分離而再生，通過管線101e而被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b。

對象液的淡水化采用如下的方法來進行。對象液通過管線101f而被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第1室11a。高滲透壓液收容于第2室11b中。高滲透壓液向第2室11b的流入可以從第2流入口13b進行。

在滲透壓發(fā)生器1內，在隔著滲透膜10而相鄰的對象液和高滲透壓液之間的滲透壓差的作用下，對象液的水向第2室11b移動。包含移動而來的水和高滲透壓液的液體(混合液)從第2流出口14b通過管線101a被輸送至氣化分離部4。在氣化分離部4中，將混合液分離為水和高滲透壓液。分離并再生的高滲透壓液通過管線101e被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b而進行再利用。在氣化分離部4分離的水通過管線106而得以回收。由此，從對象液回收水而實現(xiàn)淡水化。在第1室11a中，進行過脫水的濃縮液通過管線101i以及管線101f而再次輸送至第1室11a，可以進行進一步的脫水，或者也可以作為濃縮液加以回收。濃縮液也可以進行采用任一方法的進一步的脫水。

這樣的對象液的淡水化方法可以包括圖13所示的工序。利用對象液和高滲透壓液的滲透壓差而產(chǎn)生流束(S11)。該流束通過包含來自對象液的水、和收容于第2室11b的高滲透壓液的混合液而形成。流束被輸送至氣化分離部4，在此被分離為水和高滲透壓液(S12)。分離的高滲透壓液被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b而加以再利用(S13)。

這樣一來，高滲透壓液通過反復進行滲透壓的產(chǎn)生和它的再生，在該裝置內循環(huán)而加以使用。

對象液可以是水性液體、有機性液體、由水性液體和有機性液體混合而成的液體、無機性溶液、有機性溶液、以及由無機性溶液和有機性溶液混合而成的液體、或者它們中的任2種以上混合而成的液體、或者在它們中的任1中液體中溶解其它物質所得到的液體、或者在它們中的任1中液體中混合其它物質所得到的液體。水性液體的例子包括水、甲醇或者乙醇、或者它們的混合液體。有機性液體的例子也可以包括甲苯和/或丙酮。

對象液也可以是在上述任一種液體中溶解例如無機鹽類和/或有機鹽類而成的液體。無機鹽的例子包括氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、硫酸鈉、硫酸鎂和/或硫酸鉀。有機鹽的例子包括醋酸鈉、醋酸鎂、檸檬酸鈉以及檸檬酸鎂。對象液既可以是在有機性液體中溶解或者混合有任1種溶質的液體，也可以在其中進一步混合水性液體。溶質的例子包括纖維和/或樹脂等有機物。另外，對象液既可以是在水性液體中溶解或者混合有任1種溶質的液體，也可以在其中進一步混合有機性液體。再者，對象液也可以是海水、湖水、河川水、沼澤水、生活排水、產(chǎn)業(yè)排水或者它們的混合物等。然而，對象液并不局限于上述的液體，也可以根據(jù)實施者任意地進行選擇。

圖11所示的淡水化系統(tǒng)也可以進一步將罐夾設在滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4之間的管線101a上。將來自滲透壓發(fā)生器1的液體收容于罐中，然后對液體向氣化分離部4中的投入時機進行調整。由此，可以有效地進行高滲透壓液(驅動溶液)在氣化分離部4的再生。

另外，圖11所示的淡水化系統(tǒng)如前述的圖4～圖7所示，也可以進一步將熱源5夾設在管線101c上。由此，可以更順暢地或者高效地從混合液中進行水的分離。

再者，圖11所示的淡水化系統(tǒng)為了在管線101e和管線101a之間對壓力進行轉換，也可以進一步將前述圖5、圖7～圖10所示的壓力轉換器6架設在管線101e和管線101a上。

在上述中，就淡水化系統(tǒng)的1個例子進行了說明，但該實施方式也可以利用作為水質凈化系統(tǒng)。

在這樣的淡水化或者水質凈化系統(tǒng)中，容易進行分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。另外，由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部的結構變得簡單。由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)生器的成分，因而裝置的維護成本可以抑制在較低的水平，從而建設成本或者設備的運行成本可以抑制在較低的水平。根據(jù)本實施方式，可以提供能夠以低成本進行運轉的淡水化或者水質凈化系統(tǒng)。

對象液通過這樣的淡水化系統(tǒng)而實現(xiàn)淡水化。根據(jù)按照實施方式的淡水化系統(tǒng)，能夠以較低的能量從對象液中回收高純度的水例如淡水。

這里所說的所謂“水處理系統(tǒng)”，是包括具有滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4的水處理裝置200、以及驅動溶液(即高滲透壓液)的系統(tǒng)。因此，所謂根據(jù)實施方式的水處理系統(tǒng)，也可以是上述任一項的發(fā)電系統(tǒng)、淡水化系統(tǒng)和/或水質凈化系統(tǒng)。換句話說，上述所示的所有系統(tǒng)為水處理系統(tǒng)。選擇這些任一項的系統(tǒng)，在其結構中組合作為其它系統(tǒng)的一部分包含在內的構成，這樣組合而成的結構也可以編入該任一項的系統(tǒng)中。

例如，在上述的滲透壓發(fā)電系統(tǒng)中，作為第1液體的水和作為第2液體的高滲透壓液在滲透壓發(fā)生器1內，水通過滲透膜而產(chǎn)生流束，由此發(fā)電后被輸送至氣化分離部4，然后在氣化分離部4被分離為水和高滲透壓液。水和高滲透壓液通過分離而得以再生。再生的水和高滲透壓液各自作為第1液體和第2液體而被輸送至滲透壓發(fā)生器1。滲透壓發(fā)電系統(tǒng)中的作為第1液體的水換句話說為“對象液”。

與此相對照，在淡水化系統(tǒng)以及水質凈化系統(tǒng)中，應該淡水化或者水質凈化的對象液為第1液體，它與作為第2液體的高滲透壓液一起，被配置為在滲透壓發(fā)生器1內部夾持著滲透膜。在滲透壓發(fā)生器1內，對象液中的水通過滲透膜，所產(chǎn)生的混合液被輸送至氣化分離部4。在氣化分離部4中被分離為水和高滲透壓液。通過分離而得到的高滲透壓液作為再生的第2液體被輸送至滲透壓發(fā)生器1。分離的水作為淡水化或者水質凈化過的水而進行回收。

與這些水處理系統(tǒng)共同的構成是例如具有滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4的組合，而且一邊反復進行高滲透壓液的再生，一邊循環(huán)使用。

(10)第10實施方式

參照圖14，就實施方式進行說明。該實施方式是淡水化或者水質凈化系統(tǒng)的1個例子。

該系統(tǒng)是在圖11所示的淡水化裝置200a中，進一步具有夾設在管線上的緩沖罐3、高滲透壓液罐103b以及對象液罐103c的例子。

該淡水化裝置200a具有如下的結構。滲透壓發(fā)生器1的第2流出口通過管線101a而與緩沖罐3連接。緩沖罐3通過管線101c而與氣化分離部4連接。詳細地說，管線101c與氣化分離部4的分離部25的第3室22連接。第3室22通過管線101e而與高滲透壓液罐103b連接。高滲透壓液罐103b通過管線101g而與滲透壓發(fā)生器1的第2室11b連接。

在氣化分離部4的分離部25中，通過沸石膜21而從第3室22向第4室23移動來的氣化水通過管線105a被輸送至聚水器26，在聚水器26中作為液體儲藏起來。儲藏于緩沖罐3內的水在打開開閉閥102b時從管線106取出。

對象液罐103c通過管線101f而與滲透壓發(fā)生器1的第1室11a的第1流入口連接。第1室11a的第1流出口通過管線101i而與對象液罐103c連接。管線101k的始端與對象液罐103c連接。開閉閥102e夾設在管線101k上，控制對象液向對象液罐103c中的流入和/或流出。對象液罐103c除了管線101k以外，也可以具有與其它管線連接的開口部。由此，可以將其它管線或者管線101k中的任一管線作為流入或者排出使用。

具有這樣的淡水化裝置200a的淡水化系統(tǒng)200具有高滲透壓液作為作業(yè)介質。高滲透壓液也稱之為驅動溶液。在初期狀態(tài)，驅動溶液收容于第2室11b中。對象液收容于對象液罐103c中，在夾設于管線101f上的泵104a的驅動下，通過管線101f而被輸送至第1室11a。對象液和驅動溶液夾著滲透膜10而相鄰，由此產(chǎn)生滲透壓差。由此，第1室11a內的對象液的水從第1室11a向第2室11b移動。包含移動而來的水和高滲透壓液的液體即混合液通過管線101a被輸送至緩沖罐3。根據(jù)在氣化分離部4的作業(yè)的狀態(tài)，對夾設在管線101c上的開閉閥102a進行開閉。在開閉閥102a打開時，收容于緩沖罐3中的混合液通過管線101c被輸送至分離部25的第3室22。

在分離部25中，水被分離后的驅動溶液通過管線101e被輸送至高滲透壓液罐103b。驅動溶液收容于高滲透壓液罐103b中，通過驅動夾設在管線101g上的泵104b而被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b。

在該系統(tǒng)中，能夠使應該淡水化或者水質凈化的對象液循環(huán)而在滲透壓發(fā)生器1中進行脫水。

這樣的淡水化系統(tǒng)也可以作為水質凈化系統(tǒng)加以使用。

對象液通過淡水化系統(tǒng)而得以淡水化。根據(jù)按照實施方式的淡水化系統(tǒng)，能夠以較低的能量從對象液中回收高純度的水例如淡水。

圖14所示的淡水化系統(tǒng)如前述的圖4～圖7所示，也可以進一步將熱源5夾設在管線101c上。由此，可以更順暢地或者高效地從混合液中進行水的分離。

再者，圖14所示的淡水化系統(tǒng)為了在管線101g和管線101a之間對壓力進行轉換，也可以進一步將前述圖5、圖7～圖10所示的壓力轉換器6架設在管線101g和管線101a上。

在這樣的淡水化或者水質凈化系統(tǒng)中，容易進行分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。

(11)第11實施方式

使用圖15，對其它淡水化和/或水質凈化系統(tǒng)的例子進行說明。在圖15的系統(tǒng)中，淡水化裝置200a除了進一步具有濃縮液罐103d以外，可以具有與圖14所示的系統(tǒng)相同的結構。

在該實施方式中，應該導入滲透壓發(fā)生器1的第1室11a中的對象液在泵104a的驅動下，從對象液罐103c通過管線101f被輸送至第1室11a。在滲透壓發(fā)生器1中脫水后的濃縮液通過第1流出口以及管線101i被輸送至濃縮液罐103d而收容下來。收容于濃縮液罐103d中的濃縮液通過打開開閉閥102d而取出到外部。

另一方面，高滲透壓液通過反復進行滲透壓的產(chǎn)生和它的再生，在該裝置內循環(huán)而加以使用。

這樣的淡水化系統(tǒng)也可以作為水質凈化系統(tǒng)加以使用。

對象液通過淡水化系統(tǒng)而得以淡水化。根據(jù)按照實施方式的淡水化系統(tǒng)，能夠以較低的能量從對象液中回收高純度的水例如淡水。

在這樣的淡水化或者水質凈化系統(tǒng)中，容易進行分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。

(12)第12以及第13實施方式

作為其它實施方式，提供一種同時進行發(fā)電、以及淡水化和/或水質凈化的系統(tǒng)。其例子如圖16(a)以及圖16(b)所示。這些系統(tǒng)除了以夾設在第1滲透壓發(fā)生器1和緩沖罐3之間的管線101a上的方式進一步具有用于發(fā)電的渦輪2以外，可以具有與圖14以及圖15所示的系統(tǒng)相同的結構。

關于滲透壓發(fā)電，可以與上述的裝置以及系統(tǒng)同樣地進行。在這樣的系統(tǒng)中，通過流束在滲透壓發(fā)生器1內的發(fā)生、渦輪2利用得到的流束的旋轉而進行發(fā)電，然后在氣化分離部4再生流束中含有的高滲透壓液。再生的高滲透壓液被輸送至滲透壓發(fā)生器1的第2室11b而再次使用。也就是說，高滲透壓液在這樣的系統(tǒng)中進行循環(huán)。

例如，根據(jù)實施方式的水處理方法可以包括圖17所示的工序。該水處理方法可以包括：利用對象液和高滲透壓液之間的滲透壓差而產(chǎn)生流束(即基于混合液的流束)(S21)，通過流束使渦輪旋轉而進行發(fā)電(S22)，將渦輪旋轉后的混合液暫時儲藏于緩沖罐內(S23)，在氣化分離部將混合液分離為水和高滲透壓液(S24)，將得到的水回收(S25)，以及將得到的高滲透壓液再利用于滲透壓的發(fā)生(S25以及S21)。

此外，圖16(a)以及圖16(b)所示的淡水化系統(tǒng)如前述的圖4～圖7所示，也可以進一步將熱源5夾設在管線101c上。由此，可以更順暢地或者高效地從混合液中進行水的分離。

圖16(a)以及圖16(b)所示的淡水化系統(tǒng)為了在管線101g和管線101a之間對壓力進行轉換，也可以進一步將前述圖5、圖7～圖10所示的壓力轉換器6架設在管線101g和管線101a上。

在這樣的水處理系統(tǒng)中，容易進行用于再生高滲透壓液的分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。另外，由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部的結構變得簡單。由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)生器的成分，因而裝置的維護成本可以抑制在較低的水平，從而建設成本或者設備的運行成本可以抑制在較低的水平。根據(jù)本實施方式，可以提供能夠以低成本進行運轉的水處理系統(tǒng)。

對象液通過這樣的水處理系統(tǒng)而實現(xiàn)淡水化。根據(jù)按照實施方式的水處理系統(tǒng)，能夠以較低的能量從對象液中回收高純度的水例如淡水。

(13)第14實施方式

使用圖18(a)～圖18(d)，就根據(jù)實施方式的水處理系統(tǒng)進行說明。

水處理系統(tǒng)100包含水處理裝置100a和驅動溶液。驅動溶液可以是上述的高滲透壓液。水處理裝置100a如圖18(a)所示，具有滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4。滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4例如采用管線進行連接。滲透壓發(fā)生器1在驅動溶液和對象液之間的滲透壓差的作用下，對象液中的水通過滲透膜10而向驅動溶液移動。得到的包含驅動溶液和水的混合液向氣化分離部4輸送并分離為驅動溶液和水。驅動溶液通過該分離而得以再生，被輸送至滲透壓發(fā)生器1而循環(huán)使用。

滲透壓發(fā)生器1中的水處理采用如下的方法來進行：使對象液中含有的至少一部分水通過滲透膜10而拖曳至驅動溶液中。被拖曳至驅動溶液中的水也可以在氣化分離部4與驅動溶液分離而加以回收，分離的水也可以再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1而反復使用。

如圖18(b)所示，水處理裝置100a除滲透壓發(fā)生器1和氣化分離部4以外，也可以具有夾設在它們之間的罐3。在滲透壓發(fā)生器1中，將得到的包含水和驅動溶液的混合液暫且積存于罐3中。收容于罐中的混合液根據(jù)在氣化分離部4的分離作業(yè)的狀況而被輸送至氣化分離部4。

在使水處理系統(tǒng)具有進行發(fā)電的功能時，只要具有如下的功能即可：在滲透壓發(fā)生器1中將水引入至驅動溶液，從而產(chǎn)生出混合液的流束，并采用該流束使渦輪旋轉。驅動溶液的再生通過將使渦輪旋轉后的混合液輸送至氣化分離部4、從而與水分離來進行。分離的水作為凈化的水而加以回收。這樣的水處理系統(tǒng)例如具有發(fā)電裝置。發(fā)電裝置100a、300a的1個例子如圖18(c)以及圖18(d)所示，具有滲透壓發(fā)生器1、渦輪2、罐3以及氣化分離部4。而且發(fā)電系統(tǒng)100具有發(fā)電裝置100a和作業(yè)介質。作業(yè)介質包含作為水或者對象液的處理液和作為驅動溶液的高滲透壓液。

為了使水處理系統(tǒng)具有進行淡水化和/或水質凈化的功能，可以構成為應該進行淡水化或者水質凈化的對象即作為對象液的處理液與驅動溶液一起收容在滲透壓發(fā)生器1中。在滲透壓發(fā)生器1中，通過將水引入至驅動溶液中而使至少一部分水脫水后的濃縮液既可以直接廢棄，也可以使其循環(huán)而再次輸送至滲透壓發(fā)生器1，從而反復進行淡水化和/或水質凈化。

淡水化和/或水質凈化裝置200a的1個例子如圖18(a)以及圖18(b)所示，具有滲透壓發(fā)生器1、任意的罐3以及氣化分離部4。發(fā)電系統(tǒng)100具有發(fā)電裝置100a和作業(yè)介質。作業(yè)介質包含水或者處理液、和作為驅動溶液的高滲透壓液?；蛘撸|凈化裝置200a的其它1個例子如圖18(c)以及圖18(d)所示，進一步具有渦輪2。

例如，在為如上述第12實施方式以及第13實施方式那樣進行發(fā)電、以及淡水化和/或水質凈化的水處理系統(tǒng)的情況下，也可以根據(jù)需要，能夠切換為僅進行發(fā)電、以及淡水化和/或水質凈化之中的任一種。因此，通過具有滲透壓發(fā)生器1、渦輪2和/或罐3、氣化分離部4、將它們分別連接的多個管線、以及夾設在這些管線上的開閉閥，而且進行這些開閉閥的開閉切換，便可以實現(xiàn)所希望的處理。另外，根據(jù)需要，為了進行發(fā)電，在氣化分離部4分離的至少一部分水也可以再次被輸送至滲透壓發(fā)生器1而進行再利用。

在這樣的水處理系統(tǒng)中，容易進行用于再生驅動溶液的分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。另外，由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部的結構變得簡單。由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)生器的成分，因而裝置的維護成本可以抑制在較低的水平，從而建設成本和設備的運行成本可以抑制在較低的水平。根據(jù)本實施方式，可以提供能夠以低成本進行運轉的水處理系統(tǒng)。

(14)第15實施方式

根據(jù)實施方式的水處理方法例如為如下的水處理方法。也就是說，該方法是使用包括含水的對象液和驅動溶液的作業(yè)介質的水處理方法，所述驅動溶液是在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液。該方法可以包括以下(1)～(4)所示的任一步驟。

(1)一種方法，其包括：(a)在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的對象液和收容于第2室內的該驅動溶液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包含水和高滲透壓液的混合液的流束；

(b)將混合液的流束輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部中的所述第3室；

(c)利用第4室內和第3室內的壓力差，使從第3室通過沸石膜的水向第4室移動，從而將水和驅動溶液分離；以及

(d)將在氣化分離部分離的驅動溶液收容于滲透壓發(fā)生器的第2室。

通過包括這樣的步驟，便提供一種將在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液用作驅動溶液的水處理方法。該處理方法例如能夠用于淡水化、水質水凈化和/或發(fā)電，因而是能夠以低成本運轉的水處理技術。

(2)一種方法，其包括：(a)在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的對象液和收容于第2室內的驅動溶液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包含水和驅動溶液的混合液的流束；

(b)將混合液的流束輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部中的第3室；

(c)利用第4室內和第3室內的壓力差，使從第3室通過沸石膜的水向所述第4室移動，從而將水和驅動溶液分離；

(d)將在氣化分離部分離的該驅動溶液收容于滲透壓發(fā)生器的第2室；以及

(e)將在氣化分離部分離的所述水加以回收。

通過包括這樣的步驟，便提供一種將在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液用作驅動溶液而使含水的對象液淡水化或者水質凈化的水處理方法。這樣的方法是能夠以低成本運轉的水處理技術。

(3)一種方法，其包括：(a)在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的對象液和收容于第2室內的驅動溶液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包含水和驅動溶液的混合液的流束；

(b)利用混合液的流束使渦輪旋轉而進行發(fā)電；

(c)將使渦輪旋轉后的混合液輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部中的第3室；

(d)利用第4室內和第3室內的壓力差，使從第3室通過沸石膜的水向第4室移動，從而將水和驅動溶液分離；以及

(e)使在氣化分離部分離的所述水以及所述驅動溶液分別返回到并收容于滲透壓發(fā)生器的第1室以及所述第2室。

通過包括這樣的步驟，便提供一種將在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液用作驅動溶液而進行發(fā)電的水處理方法。這樣的方法是能夠以低成本運轉的水處理技術。

(4)一種方法，其包括：(a)在具有用滲透膜分隔的第1室和第2室的滲透壓發(fā)生器中，利用在收容于第1室內的對象液和收容于第2室內的驅動溶液之間產(chǎn)生的滲透壓差，產(chǎn)生包含水和高滲透壓液的混合液的流束；

(b)利用混合液的流束使渦輪旋轉而進行發(fā)電；

(c)將使渦輪旋轉后的混合液輸送至具有用沸石膜分隔的第3室和第4室的氣化分離部中的第3室；

(d)利用第4室內和第3室內的壓力差，使從第3室通過沸石膜的水向所述第4室移動，從而將水和高滲透壓液分離；

(e)將在氣化分離部分離的該驅動溶液輸送至并收容于滲透壓發(fā)生器的第2室；以及

(f)將在氣化分離部分離的所述水加以回收。

通過包括這樣的步驟，便提供一種將在與水之間產(chǎn)生滲透壓差的高滲透壓液用作驅動溶液而進行發(fā)電、同時使含水的對象液淡水化或者水質凈化的水處理方法。這樣的方法是能夠以低成本運轉的水處理技術。

在這些水處理方法中，容易進行用于再生作為驅動溶液的高滲透壓液的分離操作以及分離后的液體的回送，從而可以將運行成本抑制在較低的水平。另外，由于不會產(chǎn)生與作業(yè)介質相關聯(lián)的氣體，因而可以使氣化分離部的結構變得簡單。由于不會產(chǎn)生氨氣等損傷滲透壓發(fā)生器的成分，因而裝置的維護成本可以抑制在較低的水平，從而建設成本和設備的運行成本可以抑制在較低的水平。根據(jù)本實施方式，可以提供能夠以低成本進行運轉的水處理方法。

[例]

(1)注射試驗裝置

一面參照圖19(a)，一面就注射試驗裝置的制作進行說明。

首先，準備分別在一端具有握持部211a、212a的1mL的塑料制一次性針筒211以及212。分別切掉這些針筒211以及212的安裝注射針一側的頂端(S31)。使得到的2個切掉后的針筒211以及212的握持部211a、212a相互對置，并在其間夾入2個橡膠件213、215和1組滲透膜214，從而使空氣不會進入(S32)。夾入以第1針筒211、第1橡膠件213、滲透膜214、第2橡膠件215、第2針筒212的順序進行。然后，用夾子219加以固定(S33)。由此，便得到注射試驗裝置216。

作為滲透膜214，使用RO膜即日東電工制ES20。第1橡膠件213和第2橡膠件215使用板狀的橡膠件。如圖19(b)所示，在各橡膠件213(215)上分別開有直徑為5mm的圓形孔213a(215a)。

(2)注射試驗

例1

按照上述(1)的步驟，制作出注射試驗裝置216。將丙三醇收容于第1針筒211內，并將淡水收容于第2針筒212內(如圖19(c)圖示)。在圖19(a)所示的S31的工序和S32工序之間，使試驗所使用的各液體分別收容于針筒211以及212的內部。

接著，以使第1針筒211位于第2針筒212的上方的方式進行縱向配置，并在25℃、1大氣壓的條件下進行靜置。其樣子如圖20所示。然后，在5分鐘、10分鐘、20分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時、4小時以及5小時的各時點讀取刻度，對水從第2針筒212側向第1針筒211側的移動進行測量。此外，收容于注射試驗裝置216的液體無論是在注射試驗裝置216的制作工序中還是在試驗中，都不會向外部泄漏。此外，在圖20中，L₀₁為第1針筒211的最初的液面，L₁₁為第1針筒211的試驗后的液面。另外，在圖20中，L₀₂為第2針筒212的最初的液面，L₁₂為第1針筒211的試驗后的液面。

＜結果＞

結果如圖21(a)所示。在圖21(a)中，橫軸為時間，縱軸為水的移動量(mL)。另外，用點表示的曲線為水的移動量的實測值。正如由圖21(a)的用點表示的曲線所示的那樣，初期的速度(圖中的斜率)隨著時間的經(jīng)過而減小?？梢哉J為其原因在于：水從第2針筒212通過滲透膜而在第1針筒211中向上方移動，由此因水存在于第1針筒211側的滲透膜周邊而產(chǎn)生濃差極化效應。另外，圖21(a)中的直線示出了在用點表示的圖中，將初期(5分鐘)的速度和最后階段(5小時)的速度進行平均所得到的平均速度。

例2

與所述例1同樣，制作出注射試驗裝置216。也就是說，將丙三醇收容于第1針筒211內，并將任一種淡水收容于第2針筒212內。在所述例1中，有濃差極化的影響。為了排除該影響，在遍及整個試驗的期間，采用聲波發(fā)生器使超聲波作用在配置于上部的第1針筒211的外側。定期地讀取針筒的刻度，對水從第2針筒212側向第1針筒211側的移動進行測量。除此以外，與例1同樣地進行試驗。

＜結果＞

其結果如圖21(b)所示。在圖21(b)中，橫軸為時間，縱軸為水的移動量(mL)。另外，用點表示的曲線為水的移動量的實測值。另外，圖21(b)中的直線是基于用點表示的實測值，使斜率(速度)平均化而得到的數(shù)據(jù)。由圖21(b)表明：通過采用超聲波進行攪拌，水的移動比例1的結果加快，且保持恒定。

例3

按照所述(1)的步驟，制作出注射試驗裝置216。將丙三醇以及2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(PF1P)分別收容于第1針筒211內。將任一種淡水收容于第2針筒212內。另外，為比較起見，還制作出了將3.5Wt％的海水收容于第1針筒211內的注射試驗裝置216。在圖19(a)所示的(S31)工序和(S32)工序之間，使試驗所使用的各液體分別收容于針筒211以及212的內部。試驗與例2同樣地進行。定期地讀取針筒的刻度，對水從第2針筒212側向第1針筒211側的移動進行測量。

＜結果＞

結果如圖22(a)所示。在將PF1P或者3.5％鹽水收容于第1針筒211內時，與收容丙三醇的情況相比，水的移動減少。也就是說，水的移動速度減慢。由該結果表明：丙三醇為優(yōu)良的高滲透壓液。

例4

按照所述(1)的步驟，制作出注射試驗裝置216。將丙三醇、乙二醇、2,2,3,3,3-五氟-1-丙醇(PF1P)、100％2-丁氧基乙醇(2BE)收容于第1針筒211內。將淡水收容于第2針筒212內。對于丙三醇，進一步準備改變濃度的溶液。在圖19(a)所示的(S31)工序和(S32)工序之間，使試驗所使用的各液體分別收容于針筒211以及212的內部。試驗與例2同樣地進行。然后，在5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時、4小時以及5小時的各時點讀取刻度，對水從第2針筒212側向第1針筒211側的移動進行測量。

＜結果＞

結果如圖22(b)所示。在將丙三醇或者乙二醇收容于第1針筒211內時，與收容PF1P或者2BE時相比，水的移動較大，移動速度也加快。由該結果表明：丙三醇以及乙二醇為優(yōu)良的高滲透壓液。

例5

按照所述(1)的步驟，制作出注射試驗裝置216。將各自濃度相互不同的丙三醇收容于第1針筒211內。將淡水收容于第2針筒212內。使用的丙三醇的濃度為100wt％、80wt％、70wt％以及50wt％的濃度。分別使用這些濃度的丙三醇而制作出注射試驗裝置216。在圖19(a)所示的(S31)工序和(S32)工序之間，使試驗所使用的各液體分別收容于針筒211以及212的內部。試驗與例2同樣地進行。然后，在5分鐘、10分鐘、20分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時、4小時以及5小時的各時點讀取刻度，對水從第2針筒212側向第1針筒211側的移動進行測量。

＜結果＞

結果如圖23所示。根據(jù)該結果，丙三醇的濃度對水的移動似乎沒有產(chǎn)生太大的影響。

例6

采用使用了三菱化學工程株式會社生產(chǎn)的MSM-1的滲透氣化膜法，進行將水和高滲透壓液(后述的溶劑)分離的試驗。試驗使用了中型的裝置。所使用的裝置的概要如圖24所示。

該裝置500具有混合液罐501、送液泵502、熱回收器503、循環(huán)泵504、加熱器505、脫水器506、冷凝器507、冷卻循環(huán)裝置508、真空泵509、油霧捕獲器510以及排液泵511。脫水器506通過脫水膜512而被劃分為第1室513和第2室514。脫水膜512使用沸石膜(例如三菱化學工程株式會社生產(chǎn)的MSM-1)。

管線520a的一端與送液泵502連接，混合液通過管線520a而供給至送液泵502。從管線520a分支的管線520b的一端與混合液罐501連接在一起?；旌弦汗?01的下部通過管線520c而與靠近送液泵502的管線520a連接。送液泵502通過經(jīng)由熱回收器503的管線520d以及后述的管線520f而與循環(huán)泵504連接。第1開閉閥515夾設在管線520d上。循環(huán)泵504通過經(jīng)由加熱器505的管線520e而與脫水器506的第1室513的下部連接。第1室513的上部通過管線520f而與循環(huán)泵504連接。通過這樣的循環(huán)泵504、管線520e、脫水器506的第1室513以及管線520f而構成循環(huán)系統(tǒng)。

脫水器506的第2室514通過管線520g而與冷凝器507連接。在冷凝器507的內部收納著多次卷繞的冷卻管516。冷卻循環(huán)裝置508通過去路用管線520h而與所述冷卻管516的一端連接。冷卻管516的另一端通過回路用管線520i而與冷卻循環(huán)裝置508連接。也就是說，冷卻循環(huán)裝置508內的冷卻介質在去路用管線520h、冷卻管516以及回路用管線520i中循環(huán)。管線520j與冷凝器507的上部側壁連接，真空泵509以及油霧捕獲器510依次夾設在該管線520j上。向真空泵509中導入氣鎮(zhèn)用氮(Gas ballast N₂、圖中記為“N₂”)。冷凝器507內的氣體通過管線520j而排出。管線520k與冷凝器507的下部連接，泵511以及第2開閉閥517依次夾設在該管線520k上。在冷凝器507的底部積存的水通過管線520k而加以回收。

管線520l從作為所述循環(huán)系統(tǒng)之1的管線520f分支。未圖示的第3開閉閥夾設在該管線520l的分支部附近上。該管線520l與所述熱回收器503交叉。在脫水器506中對混合液進行多次處理，在管線520f中流通的處理液通過管線520l而加以回收。另外，管線520m從管線520l分支，該管線520m與混合液罐501連接。

接著，參照前述圖24所示的裝置，對由水和溶劑混合而成的混合液的脫水操作進行說明。

驅動送液泵502，使混合液經(jīng)由管線520a、管線520d以及管線520f而輸送至循環(huán)泵504。通過關閉未圖示的第3開閉閥，使管線520l與循環(huán)系統(tǒng)隔絕。驅動送液泵502，一面將混合液輸送至循環(huán)泵504，一面驅動該循環(huán)泵504而使混合液在管線520e、脫水器506的第1室513以及管線520f中進行多次循環(huán)。在該循環(huán)過程中，當循環(huán)系統(tǒng)達到規(guī)定量的混合液時，關閉第1開閉閥515而使混合液向所述循環(huán)系統(tǒng)的輸送停止。另外，在循環(huán)過程中，用加熱器505將混合液加熱至所希望的溫度。再者，驅動真空泵509，通過管線520g對脫水器506的第2室514內抽真空，從而對第2室514內減壓。同時，從冷卻循環(huán)裝置508開始，使冷卻介質在去路用管線520h、冷卻管516以及回路用管線520i中循環(huán)，從而對冷凝器507進行冷卻。通過冷凝器507的冷卻，從第2室514導入至冷凝器507的水蒸氣因冷凝而成為水，利用520k的管線加以回收。

在這樣的操作中，當將加熱的混合液供給至脫水器506的第1室513時，對用脫水膜512與第1室513隔開的第2室514進行減壓。由此，在第1室513和第2室514間產(chǎn)生壓力差，因而混合液中的水在第1室513內氣化，它透過脫水膜512而向第2室514內移動。

使混合液在所述循環(huán)系統(tǒng)中多次循環(huán)而進行脫水后，打開未圖示的第3開閉閥而使管線520l與循環(huán)系統(tǒng)連通。通過該操作，脫水的混合液即處理液通過管線520l而加以回收。流通于管線520l的處理液在熱回收器503中與從送液泵502流向循環(huán)泵504的混合液進行熱交換，從而該混合液得以預熱。另外，在流過管線520l的處理液未充分脫水的情況下，通過從管線520l分支的管線520m而被輸送至混合液罐501?；旌弦汗?01內的處理液與通過管線520a以及從管線520a分支的管線520b而供給至混合液罐501內的混合液一起，在送液泵502的驅動下，被輸送至前述的循環(huán)系統(tǒng)而進行脫水處理。

＜結果＞

對于各自的混合液，所得到的結果如圖25～圖29所示。在這些圖中，橫軸均表示與水混合的溶劑、即丙三醇、叔丁醇、乙二醇、異丙醇或者乙醇在水中的濃度。縱軸用每小時以及每單位面積的重量(g/m²hr)表示脫水膜(沸石膜即三菱化學工程株式會社生產(chǎn)的MSM-1)的透過流束即膜流量。水分離的條件如圖25～圖29所示，將各自的混合液的溫度設定為90℃、80℃、70℃、60℃或者90℃，真空度設定為15torr或者50torr。由這些結果表明：只有丙三醇可以得到比食鹽水更大的膜流量。因此，丙三醇顯然對用作作業(yè)介質是優(yōu)良的。

另外，在其它溶劑的情況下，膜流量為小于食鹽水的值。可以認為其原因在于濃差極化的影響較大。因此，有可能通過利用錯流方式(cross-flow mode)來加以改善。由此，有可能充分用作作業(yè)介質。

再者，在這些附圖中，也一并示出了使用各自的溶劑進行注射試驗的結果。

使用圖25，就丙三醇的結果進行說明。在丙三醇(bp.＝290℃、mp.＝17.8℃、d＝1.26)的情況下，于20℃下的注射試驗中，5小時的平均膜透過速度為0.0046m/h。在圖25的圖中，用平行于橫軸的線(橫線)示出了該流束。其結果表明：使用MSM-1的試驗在50～70wt％的濃度范圍、且在90℃、15Torr的條件下，能夠以0.0046m/h以上的流束分離水和丙三醇的混合液。

可知雖然范圍狹窄，但存在發(fā)電側的水流和回收側的水流保持相同的區(qū)域。另一方面，在使用5分鐘的數(shù)據(jù)的情況下，丙三醇時為0.0276m/h，為遠大于圖25所示的圖區(qū)域的值。因此，根據(jù)上述結果，可知有必要增加膜的量、回收系統(tǒng)的容量。

使用圖26，就叔丁醇(t-BuOH)進行說明。在t-BuOH(bp.＝82.4℃、mp.＝25.69℃、d＝0.78)的情況下，于20℃下的注射試驗中，得到了0.0026m/h的5小時的平均膜透過速度。在圖26的圖中，用平行于橫軸的線(橫線)示出了該流束。其結果是，可知使用MSM-1的試驗在50～80wt％的范圍、且在90℃以及15Torr的條件下，能夠以0.0026m/h以上的流束從水和叔丁醇的混合液中進行水的分離。也就是說，顯然存在發(fā)電側的水流和回收側的水流保持相同的區(qū)域。

另一方面，在使用5分鐘的數(shù)據(jù)的情況下，t-BuOH時為0.0184m/h，為遠大于圖26所示的圖區(qū)域的值。因此，根據(jù)上述結果，暗示有必要增加膜的量、回收系統(tǒng)的容量。

使用圖27，就乙二醇進行說明。在乙二醇(bp.＝197.3℃、mp.＝-12.9℃、d＝1.11)的情況下，于20℃下的注射試驗中，在進行5小時的平均時，膜透過速度為0.0013m/h。在圖27的圖中，用平行于橫軸的線(橫線)示出了該流束。其結果是，可知使用MSM-1的試驗在50～63wt％的范圍、且在90℃、15Torr的條件下，能夠以0.0013m/h以上的流束從水和乙二醇的混合液中進行水的分離。可知雖然范圍更加狹窄，但存在發(fā)電側的水流和回收側的水流保持相同的區(qū)域。

另一方面，在使用5分鐘的數(shù)據(jù)的情況下，乙二醇時為0.0071m/h，為遠大于與圖27所示的圖的最上部的圖的橫軸平行的線(橫線)的值。因此，根據(jù)上述結果，可知有必要增加膜的量、回收系統(tǒng)的容量。

使用圖28，就異丙醇(IPA)進行說明。在IPA(bp.＝82.4℃、mp.＝-89.5℃、d＝0.78)的情況下，于20℃下的注射試驗中，在進行5小時的平均時，膜透過速度為0.0013m/h。在圖28的圖中，用平行于橫軸的線(橫線)示出了該流束。其結果是，可知使用MSM-1的試驗在50～80wt％的范圍、且在90℃以及15Torr的條件下，能夠以0.0013m/h以上的流束進行水和異丙醇的混合液的分離。由此，顯然存在發(fā)電側的水流和回收側的水流保持相同的區(qū)域。

另一方面，在使用5分鐘的數(shù)據(jù)的情況下，IPA時為0.0041m/h。因此，由于圖28所示的圖在90℃的部分全部包括在內，因而發(fā)電側的水流和回收側的水流顯然保持相同。

使用圖29，就乙醇(EtOH)進行說明。在EtOH(bp.＝78.4℃、mp.＝-114.3℃、d＝0.79)的情況下，于20℃下的注射試驗中，在進行5小時的平均時，膜透過速度為0.0026m/h。在圖29的圖中，用平行于橫軸的線(橫線)示出了該流束。其結果是，可知使用MSM-1的試驗無論在哪個區(qū)域，都不可能以0.0026m/h以上的流束從水和乙醇的混合液中將水分離。因此，在乙醇的情況下，根據(jù)這樣的結果，可知也有必要增加所使用的膜量、回收系統(tǒng)的容量。

＜結論＞

滲透壓發(fā)電的發(fā)電量可以與水力發(fā)電同樣地進行概算。也就是說，其前提是可以如式2那樣由滲透壓推定落差。

水力的功率[W]＝水的落差[m]×流量[m³/s]×9.8[m/s²](式2)

在濃度可與例如3.5wt％的食鹽水匹敵的海水的情況下，由于滲透壓接近30個氣壓，因而可以得到與大約300m的落差相當?shù)臐B透壓。與此同樣，在將例6中使用的溶劑在水中用作溶質的情況下，由滲透壓的數(shù)據(jù)可以計算提升的水柱的高度(參照圖30)。

量綱只要基于式

[W]＝[J/s]＝[Nm/s]、以及

[N]＝[kg]×[m/s²]

將流量的水的容積直接換算成重量就可以進行計算。但是，在溶劑的混合水時需要考慮比重而進行精密的計算。

另一方面，關于滲透壓的大小，在這里處理的超過50wt％的較濃的區(qū)域，適當?shù)睦碚摴讲⒉淮嬖?。因此，直接采用在低濃度區(qū)域使用的van’t Hoff公式。該結果如表1所示。此外，將在此可以濃縮的最大濃度設定為能夠與圖25～圖29中的同樣的膜面積相對應的最大值。此時的透過水量采用注射試驗的5小時平均的流速。

如上所述，由得到的滲透壓的值算出落差，使用該落差和注射試驗的流束而計算發(fā)電量。此時的膜面積設定為37m²。這是由東レ株式會社市售的與1個滲透膜元件相當?shù)哪っ娣e。

再者，還設定了系統(tǒng)運用中使用的循環(huán)泵、真空泵(型號DTC-22)。極限真空度如圖25～29的實驗所示，即使為50Torr就很充分。因此，如上述表1那樣，不會使用達到7.6Torr所需要的功率。然而，在計算中減去該點而作為額定功率。另外，在循環(huán)泵將透過水量的10倍作為流量而以錯流的方式進行循環(huán)的前提下，選擇必要的泵(型號MD-10K-N)，將使用功率作為額定功率進行計算。結果如表2所示。

從如以上那樣求出的發(fā)電量中減去送液和抽真空所需要的泵的功率，便求出獲得電能。此時，在使用圖24的裝置的實施方式中，加熱的部分被設定為可以無限制地利用90℃的排熱，從而沒有引入減去計算。結果如表3所示。

由這些結果弄清楚了以下情況：在注射試驗數(shù)據(jù)中，當觀察濃差極化較少的最初5分鐘的值時，大多可以得到充分的輸出。然而，當觀察包含濃差極化效應的5小時的平均值時，獲得功率成為盈余者只有丙三醇。

如果根據(jù)以上的結果進行綜合評價，則在作業(yè)介質中，丙三醇以及t-BuOH顯然特別優(yōu)良。然而，即使其它的溶劑也暗示有作為作業(yè)介質的可能性。

在以上的計算所使用的van’t Hoff公式中，由滲透壓計算落差而推定水力發(fā)電量。根據(jù)該結果，可以提供使用各種高滲透壓液的作業(yè)介質。另外，還暗示使用該作業(yè)介質可以提供循環(huán)型滲透壓發(fā)電方法以及循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。由此，根據(jù)實施方式，表明可以提供能夠以低成本進行運轉的循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)。

例7

在根據(jù)實施方式的水處理系統(tǒng)中，對可以使用的高滲透壓液進行了探索。因此，通過計算和公知的文獻求出了幾種溶劑的物理化學參數(shù)。具體地說，對于分子量、沸點、熔點、比重、粘度、表面張力、折射率、介電常數(shù)、標準蒸發(fā)焓、摩爾體積、摩爾濃度、溶解度參數(shù)，參照公知的文獻值。對于溶劑的水合自由能變化、縱橫尺寸比(容納分子的最小圓筒的長度和直徑之比)、分子量歸一化縱橫尺寸比(縱橫尺寸比除以分子量所得到的值)、橢圓度(ovality)、分子表面積(以van der Waals半徑為基礎)、分子量歸一化分子表面積(分子表面積除以分子量所得到的值)、分子體積(以van der Waals半徑為基礎)、分子量歸一化分子體積(分子體積除以分子表面積所得到的值)，則采用SMD(water)/M05-2X/MIDI！6D水平的量子化學計算求出。另外，對于水的溶劑合自由能變化、溶劑的溶劑合自由能變化、摩爾體積，則采用B3LYP/TZVP水平的量子化學計算求出。量子化學計算使用Gaussian 09rev.C.01。

接著，選擇一般認為可以用作高滲透壓液的溶劑，采用以下的方法對它們進行了注射試驗。由此已經(jīng)確認得到的5分鐘的吸引量和物理化學參數(shù)之間具有相關性。

(1)注射試驗

與例1同樣地組裝出了注射試驗裝置。按照所述例1(1)的步驟，制作出注射試驗裝置216。在第1針筒211內，分別收容下述表4所示的溶劑，即二甲亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、2-丁氧基乙醇(2BE)、乙二醇、丙三醇、2,2,2-三氟乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、異丙醇(IPA)、正丁醇(n-BuOH)以及叔丁醇(t-BuOH)。將淡水收容于第2針筒212內(如圖19(c)所示)。試驗所使用的液體在圖19(a)的(S31)工序和(S32)工序之間分別被收容于針筒211以及212的內部。然后，以使第1針筒211位于第2針筒212的上方的方式進行縱向配置，并在25℃、1大氣壓的條件下進行靜置。5分鐘后讀取第1針筒211的刻度，將其設定為5分鐘的吸引量(mL)。

(2)結果

注射試驗的結果如表4所示。

表4

對于乙二醇、丙三醇以及n-BuOH，僅進行了1次測定。2-丁氧基乙醇(2BE)反復進行了6次同樣的試驗。結果用其平均值表示。對于其它的溶劑，進行了3次同樣的試驗，示出了其平均值。在多次反復進行的情況下，各自使用新組裝的注射試驗裝置而進行試驗。

對得到的注射試驗的結果和物理化學參數(shù)的相關性進行了研究。其結果是，注射試驗中水向第1針筒211中的移動量即吸引量和每分子量歸一化縱橫尺寸比的水合自由能之間顯然具有相關性。

圖31在圖中示出了表4所示的各溶劑的5分鐘吸引量、以及吸引量和每分子量歸一化縱橫尺寸比的水合自由能之間的關系。也就是說，在圖31中，對于表4所示的各溶劑，X軸畫出了“水合自由能/分子量歸一化縱橫尺寸比[ΔG/(AR/MW)]”的值，Y軸畫出了由注射試驗得到的直至5分鐘的吸引量的值。此外，考慮到由這次沒有考慮的參數(shù)所產(chǎn)生的影響，將圖31中的與其它點大幅偏離的用黑三角表示的2個點予以刪除。由該圖算出回歸方程式，將其設定為注射試驗的結果預測經(jīng)驗式。

使用該注射試驗的結果預測經(jīng)驗式，就作為驅動溶液即高滲透壓液優(yōu)選的溶劑進行了研究。在表4所示的溶劑中，丙三醇也顯示出比其它任一種的5分鐘吸引量更大的值。以此為基礎，算出了丙三醇所屬的多元醇的其它物質的預測性能。其結果如表5所示。

表5所示的丙三醇的預測吸引量為0.045mL，該值等于表5所示的實測值0.045mL。由此，可以確認預測經(jīng)驗式的可靠性。關于多元醇的預測性能，在n＝0的乙二醇(預測吸引量0.014mL)和n＝1的丙三醇(預測吸引量0.045)之間有明顯的差別。而且從n＝1至n＝6，預測吸引量取決于濃度而增大。由該結果可以得到暗示：作為高滲透壓液，可以優(yōu)選使用式1的化合物即多元醇。

其中，n為0以上的整數(shù)。在n為0、1或者3時，式1的化合物分別為乙二醇、丙三醇、木糖醇，n＝4的式1的化合物為山梨糖醇以及甘露糖醇。再者，n＝5的式1的化合物為鱷梨糖醇以及庚七醇。n＝6的式1的化合物例如為D-赤-D-半乳-辛糖醇。優(yōu)選的是n為1以上(n≥1)的整數(shù)。

另外，根據(jù)所述表5，即使在式1的多元醇中，n的數(shù)值較大者，預測吸引量也具有增大的傾向。在n同樣為5的鱷梨糖醇和庚七醇之間，預測吸引量也可以看到有差別，但均顯示出比n＝4的甘露糖醇的預測吸引量更大的預測吸引量。在n＝6的D-赤-D-半乳-辛糖醇的情況下，顯示出比庚七醇的預測吸引量更大、比鱷梨糖醇的預測吸引量更小的預測吸引量。綜上所述，根據(jù)量子化學計算可以確定n從0至6具有增大的傾向，但特別地，增大傾向明顯的是從1至5。因此，并不是說n可以單純地增大。另外，還需要留意的是：根據(jù)依數(shù)性，如果是相同的質量百分數(shù)濃度，則對于分子量更小的分子，增加物質量是有利的。

根據(jù)以上的結果，暗示多元醇可以作為優(yōu)良的驅動溶液使用。另外，還表明即使在具有式1的化學式的多元醇中，也優(yōu)選n≥1的多元醇。

這樣一來，很顯然，通過將各種高滲透壓液用作驅動溶液，便可以有效地產(chǎn)生滲透壓差，從而可以將水吸引到驅動溶液中。另外，含有采用滲透壓發(fā)生器將水吸引后的水和高滲透壓液的混合液即稀釋的驅動溶液在氣化分離部進行脫水，由此可以容易且高純度地將水回收。根據(jù)實施方式，暗示這樣的水處理系統(tǒng)例如循環(huán)型滲透壓發(fā)電系統(tǒng)、淡水化系統(tǒng)或者水質凈化系統(tǒng)能夠以低成本運轉。

就本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子加以提示的，它并不謀求限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實施方式能夠以其它各種方式加以實施，在不脫離發(fā)明要旨的范圍內，能夠進行各種的省略、置換和變更。這些實施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍和要旨內，而且包含在權利要求書中記載的發(fā)明及其等同置換的范圍內。