WO2023008394A1 - 炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法 - Google Patents

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    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing carbonate from a solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 As a method for producing carbonate, as described in Patent Document 1, a solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions such as seawater is heated to evaporate and concentrate to obtain carbonate. However, since a large amount of energy is required to evaporate the solution, this method is difficult to adopt.
  • an object of the present invention is to provide a carbonate generation apparatus and a carbonate generation method that generate carbonate from a solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions with less energy than concentration by heating and evaporation.
  • the present inventors have found that carbonates can be generated by concentrating the water to be treated containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions in the concentrating section, and have completed the present invention. That is, the present invention is the following carbonate production apparatus and carbonate production method.
  • the carbonate generating apparatus of the present invention for solving the above problems is characterized by comprising a concentrating section for concentrating water to be treated containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions by osmosis using a semipermeable membrane. It is.
  • concentration is performed by permeation using a semipermeable membrane, the water to be treated can be concentrated with less energy than in the case of concentrating the water to be treated by heating and evaporating. It has the effect of obtaining salt.
  • the concentrating section performs concentration by permeation in a plurality of steps of a first step and a second step
  • the first step is a first concentration step of concentrating the water to be treated to produce a first concentrated liquid
  • the second step comprises a second concentration step of concentrating the first concentrated liquid to produce a second concentrated liquid
  • concentration is performed in a plurality of steps, so that concentration of the water to be treated into the second concentrated liquid is performed once rather than performing concentration in multiple steps without dividing the water to be treated. This has the effect of reducing the pressure applied to the gas and concentrating it with less energy.
  • the enrichment section includes a first flow channel and a second flow channel that are partitioned via a semipermeable membrane, and the first flow channel and the second flow channel are is characterized in that the water to be treated is connected so as to pass through the second flow path after passing through the first flow path, and the water to be treated is concentrated in the first flow path.
  • the water molecules to be treated flowing through the first flow path permeate to the side of the water to be treated flowing through the second flow path as the water to be treated passes through the flow path. Therefore, the device can have a simple structure in which the water to be treated flowing through the first channel is concentrated by the semipermeable membrane.
  • the carbonate producing apparatus of the present invention is characterized in that it is equipped with an input part for inputting a concentrated solution obtained by concentrating seawater on the permeate side of the semipermeable membrane.
  • the concentrated seawater is fed into the permeated water side of the semipermeable membrane, and the concentrated seawater is reused. There is an effect that the environmental load can be reduced rather than discarding as it is.
  • the concentrate is concentrated by forward osmosis.
  • This carbonate generator has the effect of not requiring pressurization energy for concentrating seawater unlike reverse osmosis.
  • the carbonate production method of the present invention for solving the above problems is characterized by comprising a concentration step of concentrating water to be treated containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions by osmosis using a semipermeable membrane. and According to the method for producing carbonate of the present invention, since concentration is performed by permeation using a semipermeable membrane, the water to be treated can be concentrated with less energy than the case of concentrating the water to be treated by heating and evaporating it. There is an effect that the salt can be obtained and how it can be done.
  • the present invention it is possible to provide a carbonate generation apparatus and a carbonate generation method that generate carbonate from a solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions with less energy than concentration by heating and evaporation.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory drawing showing an example of a mode of a carbonate generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing another example of the aspect of the carbonate generator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing an example of the mode of the carbonate generator according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram showing a comparative example with an example of the mode of the carbonate generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing another example of the aspect of the carbonate generator according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic explanatory drawing showing an example of a mode of a carbonate generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing another example of the aspect of the carbonate generator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic explanatory
  • FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing an example of a mode of a carbonate generator according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing the abundance ratio of carbonic acid substances with changes in the pH of fresh water in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing the difference in abundance ratio of carbonated substances due to pH changes between freshwater and seawater in the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing an example of a mode of a carbonate generator according to a fourth embodiment of the present invention;
  • FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing one example of a mode of a carbonate generator according to a fifth embodiment of the present invention;
  • the present invention uses a semi-permeable membrane that allows water molecules to pass through but does not allow the required ions to pass through, or allows the required ions to pass through less easily.
  • a semi-permeable membrane that allows water molecules to pass through but does not allow the required ions to pass through, or allows the required ions to pass through less easily.
  • Equation 1 in carbonated water, part of carbonic acid (H2CO3) is converted into hydrogen ions (H+) and hydrogen carbonate ions (HCO3 -). Then, the hydrogen ions are further ionized from the hydrogen carbonate ions to generate carbonate ions (CO32-).
  • the present invention utilizes the above phenomenon to increase the pH by concentrating the water to be treated whose pH exceeds 7, thereby increasing the abundance ratio of carbonate ions (CO32-), thereby increasing the abundance of alkaline earth Metal carbonate can be produced more efficiently.
  • the present invention uses a semipermeable membrane as described above to concentrate the water to be treated, so that conventional water to be treated such as seawater is evaporated (a method called a simple distillation method, etc.) and concentrated. Compared with , it has the effect of concentrating the water to be treated and obtaining carbonate with less energy. Specifically, when trying to evaporate and concentrate water in seawater, which is the water to be treated, to obtain carbonate, the energy for evaporating water is about 626 kWh/m3, The energy required to produce pure water from seawater using a semipermeable membrane is approximately 0.69 kWh/m3.
  • the water to be treated having a salt concentration into the concentration side and introduce the liquid having a salt concentration into the dilution side as well.
  • the salt concentration of the diluted liquid is the same as the salt concentration of the concentrated water to be treated.
  • the salt concentration of the diluted liquid is higher than the salt concentration of the concentrated water to be treated.
  • the salt concentration of the diluted liquid higher than the salt concentration of the water to be treated on the concentrated side, an osmotic pressure (forward osmosis) is generated, and the water to be treated on the concentrated side is concentrated with less energy. can be done.
  • a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a carbonate generating apparatus 100 of the first embodiment of the present invention has a concentrating section 11, and the concentrating section 11 concentrates the water 10 to be treated to produce carbonate.
  • the water to be treated 10 is an aqueous solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions, and when it is concentrated by the semipermeable membrane 13, the concentration of carbonate ions, which are carbon dioxide, increases to form alkaline earth metal carbonates. is not particularly limited as long as it is an aqueous solution in which is likely to occur.
  • An increase in the concentration of carbonate ions has the effect of facilitating the production of carbonates of alkaline earth metals by reacting with alkaline earth metal ions.
  • Carbon dioxide includes carbonic acid (H2CO3), hydrogen carbonate ion (HCO3-), and carbonate ion (CO32-) in an aqueous solution, and gaseous carbon dioxide (CO2) dissolved in an aqueous solution.
  • H2CO3 hydrogen carbonate ion
  • CO32- carbonate ion
  • carbonic acid substances three types of carbonic acid (H2CO3), hydrogen carbonate ion (HCO3-), and carbonate ion (CO32-) are referred to as carbonic acid substances
  • gaseous carbon dioxide (CO2) dissolved in an aqueous solution is expressed as carbon dioxide gas. and express.
  • calcium ions (Ca2+) are illustrated as alkaline earth metal ions.
  • the water to be treated 10 that can be used in this embodiment is not particularly limited in terms of its origin, as long as it is an aqueous solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions. Artificially dissolving carbon dioxide or artificially dissolving a substance that becomes alkaline earth metal ions may be used, or an aqueous solution in which carbon dioxide and alkaline earth metal ions are dissolved from the beginning is used. may Examples thereof include seawater, river water, tap water, pure water, waste water from factories, and leachate from landfill sites.
  • the water to be treated 10 is preferably an aqueous solution having a pH exceeding 7.0.
  • the pH of the water to be treated 10 is preferably pH 7.5 or higher, more preferably pH 8.0 or higher.
  • pH of the water to be treated 10 exceeds 7, when the water to be treated 10 is concentrated, water molecules permeate the semipermeable membrane 13 and decrease, while hydroxide ions do not permeate and the concentration increases.
  • the concentrated water to be treated 10 has a high pH, which has the effect of facilitating the production of carbonate ions.
  • the water to be treated 10 is preferably an aqueous solution containing salts other than carbonate ion salts and alkaline earth metal ion salts.
  • Seawater can be exemplified as the water to be treated 10 containing other salts.
  • FIG. 8 is a diagram showing abundance ratios of carbonate substances in seawater and in pure water containing no other salts, accompanied by pH changes. It can be seen that carbonate ions in seawater begin to be produced at a pH of about 6.5, while carbonate ions in pure water containing no other salts start to be produced at a pH of about 8.
  • the water to be treated 10 can preferably use an aqueous solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions, having a pH of 8.0 or higher, and containing other salts.
  • an aqueous solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions having a pH of 8.0 or higher, and containing other salts.
  • seawater is suitable.
  • the carbonate production apparatus 100 includes a concentrating section 11 , and the concentrating section 11 includes a treatment tank 12 , a semipermeable membrane 13 and pressurizing means 14 .
  • the treatment tank 12 may be of any material, shape, or size as long as it can store the water 10 to be treated.
  • the processing tank 12 is divided into a first chamber 12a and a second chamber 12b separated by a semipermeable membrane 13, which will be described later.
  • the water to be treated 10 is supplied to each of the first chamber 12a and the second chamber 12b.
  • the water to be treated 10 in the first chamber 12a and the water to be treated 10 in the second chamber 12b are not mixed with each other.
  • the semipermeable membrane 13 is a membrane having a property of allowing water molecules of the water to be treated 10 to pass through but not allowing necessary ions including carbonate ions, alkaline earth metal ions, etc. contained in the water to be treated 10 to pass through, or a required A membrane impermeable to ions is used.
  • the semipermeable membrane 13 allows water molecules to permeate, but does not or does not allow necessary ions contained in the water to be treated 10 to permeate or is difficult to permeate.
  • the ions in the aqueous solution are called hydrated A phenomenon occurs, and ions and water molecules in the aqueous solution interact with each other. Therefore, hydrated ions are larger than single water molecules that are not hydrated.
  • the semipermeable membrane 13 has pores that are sized to allow the passage of single water molecules that are not in a hydrated state and that are sized to prevent the passage of ions in the hydrated state. Therefore, the ions in the hydrated state cannot permeate the semipermeable membrane 13 even if they try to permeate the semipermeable membrane 13 together with the interacting water molecules. On the other hand, single water molecules that are not in a hydrated state can pass through the semipermeable membrane 13 . For the above reasons, the semipermeable membrane 13 exhibits the function of permeating the water molecules of the water 10 to be treated and preventing or impermeating necessary ions contained in the water 10 to be treated.
  • the semipermeable membrane 13 is preferably permeable to gaseous carbon dioxide dissolved in the aqueous solution.
  • the concentration of gaseous carbon dioxide does not increase on the side of the concentrated liquid obtained by concentrating the water 10 to be treated. Therefore, it is possible to prevent the carbon dioxide in the gaseous state from becoming a carbonic acid substance and lowering the pH of the concentrated liquid, thereby facilitating the production of carbonate ions.
  • water to be treated with a pH exceeding 7 is used as the treated water, the effect of increasing the pH due to the increase in the concentration of hydroxide ions and the effect of suppressing the increase in the concentration of carbon dioxide gas.
  • the synergistic effect has the effect of making it easier to generate carbonate ions.
  • the pressurizing means 14 is not particularly limited as long as it applies pressure to the water to be treated 10 and the semipermeable membrane 13 in the first chamber 12a.
  • Examples of the pressurizing means 14 include those that apply pressure to the water to be treated 10 with an external force.
  • a method of pressurizing by sending air in a sealed state by connecting the first chamber 12a with an air pump. can be exemplified.
  • the pressurizing means 14 pressurizes the water 10 to be treated against the semipermeable membrane 13, permeation of water molecules occurs from the first chamber 12a to the second chamber 12b, and the water 10 to be treated in the first chamber 12a is concentrated. .
  • the water to be treated 10 in the first chamber 12 a becomes the concentrated liquid 15
  • the water to be treated 10 in the second chamber 12 b becomes the diluted liquid 16 .
  • first chamber 12a and the second chamber 12b have the same shape, and the same amount of the water to be treated 10 is put into each chamber, so that the water level of the water to be treated 10 in the first chamber 12a and the water level in the second chamber 12b 10 water levels to be treated are set to be the same.
  • the water to be treated 10 in the first chamber 12 a is pressurized by the pressurizing means 14 .
  • This step is called a pressurization step.
  • water molecules and carbon dioxide in the water 10 to be treated pass through the semipermeable membrane 13 by pressurizing the water 10 to be treated in the first chamber 12a. to move to the second chamber 12b side.
  • hydroxide ions, hydrogen carbonate ions, carbonate ions and alkaline earth metal ions (calcium ions) contained in the water 10 to be treated do not move from the first chamber 12a to the second chamber 12b.
  • Ions such as hydroxide ions, hydrogen carbonate ions, carbonate ions, and alkaline earth metal ions that do not pass through the semipermeable membrane 33 or ions that are difficult to permeate are referred to as impermeable ions.
  • a concentrated liquid 15 is obtained by concentrating the water to be treated 10 in the first chamber 12a.
  • the process in which the concentrated liquid 15 is generated from the water to be treated 10 by the concentrating unit 11 corresponds to the concentration step of concentrating the water to be treated to generate the concentrated liquid.
  • the impermeable ions of the water to be treated 10 in the second chamber 12b do not move from the second chamber 12b to the first chamber 12a. Therefore, water molecules and carbon dioxide pass through the water 10 to be treated in the second chamber 12b from the first chamber 12a.
  • a diluted liquid 16 is obtained by diluting the water 10 to be treated in the second chamber 12b.
  • the process of generating the diluent 16 from the water 10 to be treated by the concentrating unit 11 corresponds to the dilution step of diluting the water to be treated to generate the diluent.
  • the concentrated liquid 15 is concentrated from the state of the water 10 to be treated, water molecules and carbon dioxide gas are reduced and the pH is increased. Therefore, the concentrated liquid 15 has an increased abundance ratio of carbonate ions, and reacts with the alkaline earth metal ions to produce carbonates. By the above operation, the generated carbonate is recovered, and the immobilization of carbon dioxide is realized.
  • the water to be treated 10 having a pH exceeding 7.0 is used, and the semipermeable membrane 13 allows the water molecules and carbon dioxide gas of the water to be treated 10 to pass through.
  • the present invention is not limited to the case where the water to be treated 10 has a pH exceeding 7.
  • the water to be treated 10 contains other salts, has a pH of 7 or higher, and carbonate ions are present in the water to be treated 10, the semipermeable membrane 13 is formed to absorb water molecules, carbon dioxide gas, and hydrogen ions.
  • Concentration may be carried out using a membrane that is permeable but impermeable to other desired ions except hydrogen ions, or a membrane that is less permeable to desired ions.
  • the same water to be treated 10 is used as the water to be treated 10 in the first chamber 12a and the second chamber 12b, and the concentrated liquid 15 and the diluted liquid 16 are generated by the pressurizing means 14.
  • the first chamber 12a and the second chamber 12b have the same shape.
  • the same amount of high-concentration treated water 17 having a salt concentration higher than that of the treated water 10 in the first chamber 12a may be added.
  • the water level of the first chamber 12a and the water level of the second chamber 12b are the same height.
  • the salt concentration in the second chamber 12b is higher than that in the first chamber 12a, water molecules of the water to be treated 10 in the first chamber 12a permeate (forward osmosis) toward the second chamber 12b due to the osmotic pressure.
  • the water to be treated 10 in one chamber 12 a is concentrated to obtain a concentrated liquid 15 .
  • the high-concentration treated water 17 in the second chamber 12 b is diluted to become the diluted liquid 16 .
  • the concentration can be performed without using the pressurizing means 14 . Even in such a case, the pressurizing means 14 may be used, and osmotic pressure (forward osmosis) is generated.
  • a diluent 16 can be used.
  • a carbonate generating apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention is characterized in that concentration of water to be treated is performed in a plurality of steps. Specifically, it has first to fourth steps.
  • the first concentrated liquid 21 is produced by concentrating the water 10 to be treated.
  • the first concentrate 21 is used in the next second step.
  • the second step is characterized in that the first concentrated liquid 21 is introduced into the first chamber 12a and further subjected to a concentration process to produce a second concentrated liquid 23.
  • FIG. As described above, the second embodiment of the present invention is characterized in that the concentrated liquid prepared in the previous step is used as the concentrated side liquid in the next step.
  • the diluent produced by the concentration process is used in the previous step. That is, in the first step, the first diluted solution 22 is produced by introducing the second diluted solution 24 in the next step into the second chamber 12b and concentrating it.
  • the second embodiment of the present invention is characterized in that the diluent prepared in the next step is used as the diluted liquid in the previous step.
  • the same functions and structures as those of the carbonate generator 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the first concentrated liquid 21, the second concentrated liquid 23, the third concentrated liquid 25 and the fourth concentrated liquid 27 correspond to the concentrated liquids.
  • the first concentrated liquid 21 is a liquid obtained by concentrating the water 10 to be treated by the concentrating section 11 in the first step.
  • the second concentrated liquid 23, the third concentrated liquid 25 and the fourth concentrated liquid 27 correspond to the liquids concentrated in the second step, the third step and the fourth step.
  • the process of concentrating from the first step to the fourth step is performed, and as the first concentrated liquid 21, the second concentrated liquid 23, the third concentrated liquid 25, and the fourth concentrated liquid 27 are obtained, the concentration of the concentrated liquid Salt concentration rises.
  • a first diluent 22, a second diluent 24, a third diluent 26 and a fourth diluent 28 correspond to the diluents.
  • the first diluted liquid 22 is a liquid obtained by diluting the water to be treated 10 by the concentrating section 11 in the first step.
  • the process of concentrating from the first step to the fourth step is performed, and as the first diluent 22, the second diluent 24, the third diluent 26 and the fourth diluent 28 are obtained, the diluent salt concentration increases.
  • the operation of the carbonate generator 200 will be described.
  • a first step is performed.
  • the first step introduces the water to be treated 10 into the first chamber 12a and introduces the second diluent 24 into the second chamber 12b.
  • This step is referred to as a first water-to-be-treated supply step.
  • a pressurization step referred to as a first pressurization step
  • a concentration step a first concentration step of concentrating the water 10 to be treated to generate a first concentrated liquid
  • a dilution step referred to as a first dilution step
  • the first concentrated liquid 21 was concentrated with the impermeable ions remaining, so that the water volume was 0.9 V and the salt concentration was 10/9M. becomes.
  • the first diluent 22 has a water volume of 1.1V and a salt concentration of 10/11M due to permeation of water and carbon dioxide gas from the first chamber 12a.
  • a second step is then performed.
  • the second step introduces a first concentrate 21 into the first chamber 12a and a third diluent 26 into the second chamber 12b.
  • This step is referred to as a second water-to-be-treated supply step.
  • a pressurization step referred to as a second pressurization step
  • a concentration step a second concentration step of concentrating the first concentrated liquid to produce a second concentrated liquid
  • a dilution step referred to as a second dilution step
  • the second concentrated liquid 23 was concentrated with the impermeable ions remaining, so that the water volume was 0.8 V and the salt concentration was 10/8M. becomes.
  • the second diluent 24 permeates with water and carbon dioxide from the first chamber 12a, has a water volume of 1.0 V, and a salt concentration of 10/10M.
  • the third step and the fourth step are performed.
  • the second concentrated liquid 23 is introduced into the first chamber 12a
  • the fourth diluted liquid 28 is introduced into the second chamber 12b (third to-be-treated water supply step)
  • the third pressurization is performed.
  • a step, a third concentration step, and a third dilution step are performed to provide a third concentrated solution 25 (salt concentration 10/7 M, water volume 0.7 V) and a third diluted solution 26 (salt concentration 10/9 M , water volume 0.9 V) are generated.
  • the third concentrated liquid 25 is introduced into the first chamber 12a, and the fifth diluent (salt concentration 10/7M, water volume 0.7V) is introduced into the second chamber 12b (fourth After the treated water supply step), a fourth pressurization step, a fourth concentration step, and a fourth dilution step are performed to obtain a fourth concentrated liquid 27 (salt concentration 10/6M, water volume 0.6V). , a fourth diluent 28 (salt concentration 10/8M, water volume 0.8V) is generated.
  • concentration is performed in a plurality of steps. There is an effect that concentration can be performed with less energy than when performing pressurization. That is, as shown in FIG. 4, the water to be treated 10 (salt concentration 1 M, water volume 1 V) is changed to the salt concentration of the second concentrated liquid (salt concentration 10/8 M, water volume 0.8 V).
  • the concentrated solution salt concentration 10/8M, water volume 0.8V
  • the diluted solution 12b salt concentration 10/12M, water volume 1.2V
  • the first to fourth steps are exemplified, but the fifth step, the sixth step, and the above steps may be repeated to concentrate to the desired salt concentration. .
  • the concentrate in the previous step is introduced into the first chamber 12a, and the diluted solution produced in the next step is introduced into the first chamber 12a.
  • the case where the liquid is introduced into the second chamber 12b is illustrated. However, if the salt concentration of the concentrated liquid in the first chamber 12a and the salt concentration of the diluted liquid in the second chamber 12b are the same, the diluted liquid does not have to be the one produced in the next step.
  • water to be treated 10 (salt concentration 1M, water volume 1V) was introduced into the first chamber 12a, and a third diluent (salt concentration 10/9M, water volume 0.5M) was introduced into the second chamber 12b. 9V) may be introduced.
  • the salt concentration of the concentrate in the first chamber 12a is made lower than the salt concentration of the diluent in the second chamber 12b, and an osmotic pressure (forward osmosis) is generated from the first chamber 12a toward the second chamber 12b.
  • the pressure of the pressurizing means 14 can be reduced. Therefore, it can be concentrated with less energy. It should be noted that, due to osmotic pressure (forward osmosis), water molecules in the water to be treated 10 (first chamber 12a) move toward the second chamber 12b and are condensed. good too.
  • the second diluent 24 is put into the second chamber 12b of the carbonate generator 200 instead. Then, the water 10 to be treated is put in and treated. Then, the generated first concentrated liquid 21 is divided into the first chamber 12a and the second chamber 12b of the second step and charged, and the second diluted liquid 24 generated by performing the treatment is transferred to the first Reuse of the diluent is achieved by using it in the step.
  • a carbonate generating apparatus 300 of the third embodiment of the present invention includes a concentrating section 31, the concentrating section 31 includes a first flow path 32a and a second flow path 32b, and water to be treated in the first flow path 32a 10 is a carbonate generator 300 characterized by concentrating 10.
  • the concentration unit 31 includes a first flow path 32a and a second flow path 32b that are partitioned via a semipermeable membrane 33, and the first flow path 32a and the second flow path 32b are the water to be treated.
  • the treatment tank 32 may be of any material, shape, or size as long as it can store the water 10 to be treated.
  • the treatment tank 32 is divided into a first channel 32a and a second channel 32b so as to be separated by a semipermeable membrane 33, which will be described later.
  • the processing tank 32 has a connecting channel 32c that connects the first channel 32a and the second channel 32b.
  • the first flow path 32a, the connecting flow path 32c, and the second flow path 32b are connected, and the water to be treated 10 passes through the first flow path 32a, passes through the connecting flow path 32c, 32b in order to flow.
  • the first channel 32a, the second channel 32b, and the connecting channel 32c are collectively referred to as a channel.
  • the semipermeable membrane 33 can have the same properties as the semipermeable membrane 13 of the first embodiment of the present invention.
  • the semipermeable membrane 33 is arranged so as to partition the first channel 32a and the second channel 32b.
  • the water molecules and carbon dioxide gas of the water to be treated 10 in the first flow path 32a are transferred to the second flow path 32b. permeates to the side of and concentrates.
  • a concentrated liquid 35 is provided downstream of the first flow path 32a. Also, the water to be treated 10 flowing through the second flow path 32 b becomes the diluent 36 .
  • the pressurizing means 34 is not particularly limited as long as it is a means for pressurizing the water 10 to be treated against the semipermeable membrane 33 .
  • the pressurizing means 34 can be exemplified by, for example, means for applying water flow to the water 10 to be treated.
  • the to-be-processed water 10 supplied with water flow is supplied to the first channel 32 a so as to collide with the semi-permeable membrane 33 , thereby pressurizing the to-be-processed water 10 against the semi-permeable membrane 33 .
  • the water to be treated 10 is collided (pressurized) against the semipermeable membrane 33 by a pump or ocean waves that gives water flow to the water to be treated 10, or the carbonate generator 300 is attached to the ship to propel the ship.
  • a method of pressurizing the water to be treated 10 such as seawater by colliding with the semipermeable membrane 33 by force can be used.
  • the water to be treated 10 is supplied to the treatment tank 32 and then supplied to the first flow path 32a.
  • This step is referred to as a step of inflow of water to be treated.
  • the water to be treated 10 is continuously supplied to the flow path.
  • the pressurizing means 34 so as to collide with the semipermeable membrane 33 .
  • This step is referred to as an inflow pressurization step.
  • the water molecules and carbon dioxide in the water to be treated 10 are pressurized by the semipermeable membrane 33 on the upstream side of the first flow path 32a. 33 to permeate and move to the downstream side of the second channel 32b.
  • the impermeable ions contained in the water 10 to be treated do not move from the first channel 32a to the second channel 32b. Therefore, the impermeable ions remain in the first channel 32a, and the concentration of the impermeable ions increases toward the downstream side of the first channel. That is, the water to be treated 10 flowing through the first flow path 32a is concentrated and the concentration of carbonate ions increases from the upstream side to the downstream side of the first flow path 32a. Therefore, the concentrated liquid 35 has a higher salt concentration on the downstream side than the upstream side of the first flow path 32a, and the concentration of carbonate ions increases on the downstream side of the first flow path 32a, producing carbonate. .
  • the concentrated liquid 35 flows into the second channel 32b so as to pass through the connecting channel 32c and be pushed out. Since the concentrated liquid 35 is supplied to the second channel 32b so as to be pushed out, the liquid with a high concentration of impermeable ions is supplied from the upstream side of the second channel 32b and flows downstream. . At this time, water molecules and carbon dioxide gas of the water to be treated 10 in the first flow path separated by the semipermeable membrane 33 permeate the second flow path toward the downstream side of the second flow path 32b. Therefore, the second flow path 32b has a lower salt concentration on the downstream side than on the upstream side.
  • the water to be treated 10 can be continuously concentrated by supplying the water to be treated 10 so as to pressurize the semipermeable membrane 33 of the concentration unit 31, and the structure is simple. It can be a carbonate generator capable of generating carbonate.
  • the pressurizing means 34 may not be used. Even when the pressurizing means 34 is not used, the salt concentration of the water to be treated 10 flowing through the first channel 32a separated by the semipermeable membrane 33 is When it is lower than the concentration, since the water to be treated 10 flowing through the first flow path 32a is concentrated by osmotic pressure (forward osmosis), the carbonate generating device 300 can be made without the pressurizing means 34, Concentration can be performed with less energy and carbonate can be produced.
  • the water to be treated 10 passing through the flow path causes the water to be treated to flow through the second flow path 32b having a higher salt concentration than the water to be treated 10 flowing through the first flow path 32a. Since the water molecules can permeate to the side of the treated water 10, the apparatus can have a simple structure in which the water to be treated flowing through the first channel 32a is concentrated by the semipermeable membrane 33. FIG.
  • a carbonate generator 400 according to the fourth embodiment of the present invention comprises a reverse osmosis device 41 and a concentrator 42 .
  • the carbonate generating device 400 of the fourth embodiment of the present invention is characterized in that the concentrate 45, which is the residual water generated by the reverse osmosis device 41, is supplied to the concentrating section 42 and used to generate carbonate.
  • the same reference numerals are given to the same functions and structures as those of the carbonate generator 300 of the third embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the reverse osmosis device 41 is a device for removing and concentrating water molecules from the water 43 to be treated, and for example, a device for producing fresh water from seawater can be exemplified.
  • the reverse osmosis device 41 is supplied with the water to be treated 43 from which unnecessary impurities have been removed by a pretreatment device (not shown) when producing fresh water from seawater. Then, the water to be treated 43 is supplied in a pressurized state to the semipermeable membrane 47 of the reverse osmosis device 41 by a pressure pump (not shown) from the pipe L1, thereby allowing the water to be treated 43 to permeate the water to be treated.
  • the semipermeable membrane 47 a known one used in freshwater generators is used, and for example, the same semipermeable membrane 13 described in the first embodiment of the present invention is used.
  • the concentrating section 42 has the same function as the concentrating section 31 of the carbonate generator 300 of the third embodiment, and further includes a concentrated liquid supply section 46 .
  • the concentrated liquid supply unit 46 is a part that supplies the concentrated liquid 45 to the second flow path 32 b of the concentration unit 42 .
  • the concentrated liquid supply unit 46 is provided upstream of the second flow path 32b.
  • the concentrated liquid supply unit 46 is preferably provided at a location where the salt concentration of the diluted liquid 36 and the concentrated liquid 45 flowing through the second channel 32b are substantially the same.
  • the concentrated liquid 45 which is residual water generated when fresh water is generated from seawater, is used in the concentrating section 42, so that residual water can be used in oceans and rivers. There is an effect that the environmental load can be reduced compared to the case of disposing of the waste. Further, by supplying the concentrated liquid 45 to the upstream side of the second flow path 32b, the concentration efficiency of the concentration section 42 can be improved.
  • the water 43 to be treated is supplied to the reverse osmosis device 41 .
  • this step be a step of supplying the water to be treated to the reverse osmosis apparatus.
  • the water 43 to be treated is permeated by the semipermeable membrane 47 of the reverse osmosis device 41 to produce treated water 44 (fresh water) and residual water (concentrate 45).
  • This step is referred to as a pressurized permeation treatment step.
  • the concentrated liquid 45 is supplied to the concentration section 42 .
  • This step is referred to as a concentrated liquid supply step.
  • the concentrating unit 42 performs the same operation as the carbonate generator 300 of the third embodiment, and performs the water inflow step and the inflow pressurization step.
  • the concentrated liquid 45 is supplied from the concentrated liquid supply section 46 to the diluted liquid 36 generated in the concentration section 42 .
  • the salt concentration of the diluent 36 can be maintained high toward the downstream side, so that the water to be treated 10 flowing through the first flow path 32a can be easily concentrated by forward osmosis. can be maintained, and the concentration efficiency of the water to be treated 10 can be improved.
  • the concentrated liquid supply unit 46 is provided at a place where the salt concentration of the diluent 36 flowing through the second flow path 32b and the salt concentration of the concentrated liquid 45 are substantially the same, and the concentrated liquid 45 is diluted.
  • the concentrated liquid supply unit 46 is provided in the second flow path 32b, and further, the control unit and the adjustment tank are installed between the pipe L3, and the salt concentration of the concentrated liquid 45 and the concentration
  • the salt concentration of the diluent 36 flowing near the liquid supply unit 46 is measured, and based on the measurement results of the salt concentrations, the control unit adjusts the salt concentration of the concentrated liquid 45 in the adjustment tank, The amount of the concentrated liquid 45 supplied from the supply unit 46 to the diluted liquid 36 may be adjusted.
  • a carbonate generating apparatus 500 of the fifth embodiment of the present invention includes a forward osmosis apparatus 51 in the carbonate generating apparatus 400 of Embodiment 4 of the present invention, and a pipe connecting the forward osmosis apparatus 51 and the reverse osmosis apparatus 41 It has L4 and L5.
  • the carbonate generating device 500 of the fifth embodiment of the present invention is characterized in that the concentrate 45, which is residual water generated by the forward osmosis device 51, is supplied to the concentrating section 42 and used to generate carbonate.
  • the circulating salt water 52 is repeatedly processed into the circulating diluted salt water 53 and the circulating concentrated salt water 54 between the forward osmosis device 51 and the reverse osmosis device 41, so that the water to be treated 43 introduced into the forward osmosis device 51 It is characterized in that the treated water 44 (fresh water) is generated in the reverse osmosis device 41 through the circulating salt water 52 from the bottom.
  • the forward osmosis device 51 has a semi-permeable membrane 55, and the semi-permeable membrane 55 has a space separated on the concentration side and the dilution side. Water to be treated 43 is supplied to the concentration side, and circulating concentrated salt water 54 is supplied to the dilution side.
  • the forward osmosis device 51 may be any device as long as the water molecules of the water to be treated 43 pass through the semipermeable membrane 55 and move to the circulating concentrated salt water 54, and concentrate the water to be treated 43 to produce residual water and circulating concentrated salt water. 54 is diluted to produce circulating diluted brine 53 .
  • the salt concentration of the water to be treated 43 supplied to the forward osmosis device 51 is preferably lower than the salt concentration of the circulating concentrated salt water 54 supplied to the forward osmosis device 51 .
  • water molecules in the water 43 to be treated can be moved to the circulating concentrated salt water 54 with less energy by forward osmosis due to the difference in salt concentration.
  • a pressure pump may be provided in the pipe L1 to supply the water 43 to be treated so as to pressurize the semipermeable membrane 55.
  • the water to be treated is Water molecules can be efficiently supplied from 43 to circulating concentrated salt water 54 .
  • the salt concentration of the water to be treated 43 supplied to the forward osmosis device 51 may be higher than the salt concentration of the circulating concentrated salt water 54 supplied to the forward osmosis device 51.
  • a pressure pump is provided,
  • the water 43 to be treated may be supplied to the semipermeable membrane 55 so as to be pressurized, and the water molecules of the water to be treated 43 may be transferred to the circulating concentrated salt water 54 by reverse osmosis.
  • the supply speed of the water to be treated 43 may be the same as the supply speed of the circulating concentrated salt water 54 , but it is preferable that the supply speed of the water to be treated 43 is faster than the supply speed of the circulating concentrated salt water 54 .
  • a substance called scale such as calcium carbonate on the surface of the semipermeable membrane 55 is suppressed from sticking to the semipermeable membrane 55, and from the viewpoint of extending the life of the semipermeable membrane 55
  • the supply speed of the water to be treated 43 is preferably a speed at which the concentrated liquid 45 is discharged from the forward osmosis device 51 at a concentration at which scale does not occur.
  • Concentrated liquid 45 which is residual water generated by forward osmosis device 51 , is supplied to concentration unit 42 , and treated circulating concentrated salt water 54 is supplied to reverse osmosis device 41 as circulating diluted salt water 53 .
  • the semipermeable membrane 55 can be the same as the semipermeable membrane 13 described in the first embodiment of the present invention.
  • the circulating salt water 52 circulates between the forward osmosis device 51 and the reverse osmosis device 41, becomes circulating concentrated salt water 54 in the pipe L5 for supplying the circulating salt water 52 from the reverse osmosis device 41 to the forward osmosis device 51, and Inside the pipe L4 for supplying the circulating salt water 52 from the forward osmosis device 51 to the reverse osmosis device 41, the circulating diluted salt water 53 is formed.
  • the circulating concentrated salt water 54 receives the water molecules of the water 43 to be treated that has permeated the semipermeable membrane 55 and becomes the circulating diluted salt water 53, and the circulating diluted salt water 53 becomes the reverse osmosis device.
  • water molecules of the water to be treated 43 are produced as treated water 44 (fresh water).
  • the treated circulating diluted salt water 53 becomes circulating concentrated salt water 54 and is again supplied to the forward osmosis device 51, which is repeated.
  • the circulating salt water 52 is a solution containing salts that do not contain magnesium ions or calcium ions, which are alkaline earth metal ions (divalent ions) that form scales.
  • alkaline earth metal ions divalent ions
  • an aqueous sodium chloride solution is used. Since the circulating salt water 52 does not contain alkaline earth metal ions that form scales, it has the effect of suppressing the adhesion of scales to the semipermeable membrane 47 .
  • the water 43 to be treated is supplied to the forward osmosis device 51 .
  • This step is a step of supplying the water to be treated to the forward osmosis apparatus.
  • a circulating concentrated salt water 54 is also supplied to the forward osmosis device 51 .
  • This step is referred to as a circulating concentrated brine supply step.
  • the water 43 to be treated is subjected to forward osmosis treatment by the semipermeable membrane 55 of the forward osmosis device 51 to produce a concentrate 45 which is residual water and a circulating diluted salt water 53 obtained by treating the circulating concentrated salt water 54.
  • This step is referred to as a circulating salt water dilution step.
  • the generated concentrated liquid 45 is subjected to the same operation as that of the carbonate generating apparatus 400 of the fourth embodiment, the concentrated liquid 45 is supplied to the concentrating section 42 (concentrated liquid supply step), and further, in the concentrating section 42, A to-be-processed water inflow step and an inflow pressurization step are performed to generate carbonate.
  • the circulating diluted salt water 53 generated in the circulating salt water treatment step passes through the pipe L4, is pressurized by a pressure pump (not shown), and is supplied to the reverse osmosis device 41.
  • FIG. This step is the step of supplying the circulating diluted brine to the reverse osmosis apparatus. Water molecules passing through the semipermeable membrane 47 from the supplied circulating diluted salt water 53 are produced as the treated water 44 (fresh water). Further, the treated circulating diluted salt water 53 is in a state where water molecules are reduced, and becomes circulating concentrated salt water 54 . This step is referred to as a circulating brine concentration treatment step.
  • the generated circulating concentrated salt water 54 is supplied to the forward osmosis device 51 via the pipe L5 and used in the circulating concentrated salt water supply step.
  • seawater as the water to be treated 10, 43, and the second chamber 12b of the first embodiment and the second chamber 12b of the second embodiment.
  • the second chamber 12b after the second step of the embodiment and the second flow path 32b of the third to fifth embodiments are an input unit for inputting a concentrated solution obtained by concentrating seawater to the permeate side of the semipermeable membrane.
  • the carbonate generation apparatus and carbonate generation method of the present invention can be used to generate carbonate from a solution containing carbon dioxide and alkaline earth metal ions with less energy than concentration by heating and evaporation. Moreover, it can be suitably used for fixing the amount of carbon dioxide in the atmosphere.

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Abstract

本発明の課題は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から加熱蒸発による濃縮よりも少ないエネルギーで炭酸塩を生成する炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法を提供する。上記課題を解決するために、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を、半透膜を使用した浸透により濃縮する濃縮部を備えることを特徴とする炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法を提供する。　これにより、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から加熱蒸発による濃縮よりも少ないエネルギーで炭酸塩を生成することができる。

Description

炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法
　本発明は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から炭酸塩を生成する装置及びその生成方法に関するものである。
　近年、二酸化炭素の問題に関しては、地球温暖化の大きな原因とされ、全世界的に二酸化炭素の環境への排出を抑制することが早急に対応すべき課題となっている。そこで、大気中の二酸化炭素量を減少させるため、炭酸塩にして二酸化炭素を固定化することが検討されている。
　特許文献１の段落０００３には、通常、海水を蒸発させると、炭酸塩である炭酸カルシウムが沈殿することが記載されている。
特開２００６－０７００１１号公報
　炭酸塩を生成する方法として、特許文献１に記載されるように、海水のような二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液を加熱により蒸発させ、濃縮させることにより炭酸塩を得ようとすると、溶液を蒸発させるための大きなエネルギーが必要になるため、当該方法は採用しがたい実情がある。
　そこで、本発明の課題は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から加熱蒸発による濃縮よりも少ないエネルギーで炭酸塩を生成する炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法を提供することである。
　本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、濃縮部により、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を濃縮することで炭酸塩を生成できることを見出して本発明を完成させた。
　ずなわち、本発明は、以下の炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法である。
　上記課題を解決するための本発明の炭酸塩生成装置は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を、半透膜を使用した浸透により濃縮する濃縮部を備えることを特徴とするものである。
　本発明の炭酸塩生成装置によれば、半透膜を使用した浸透による濃縮を行うことから、被処理水を加熱蒸発させて濃縮する場合に比べ、少ないエネルギーで被処理水を濃縮でき、炭酸塩を得ることができる効果がある。
　また、本発明の炭酸塩生成装置の一実施態様としては、濃縮部は、第１のステップと第２のステップとの複数回に分けて浸透による濃縮を行うものであり、第１のステップは、被処理水を濃縮して第１濃縮液を生成する第１の濃縮ステップ、第２のステップは、第１濃縮液を濃縮して第２濃縮液を生成する第２の濃縮ステップ、を備えることを特徴とするものである。
　この炭酸塩生成装置によれば、複数のステップに分けて濃縮を行うことにより、被処理水から第２濃縮液への濃縮を複数回に分けないで行うよりも、被処理水に対して一度に与える圧力を小さくでき、少ないエネルギーで濃縮できる効果がある。
　さらに、本発明の炭酸塩生成装置の一実施態様としては、濃縮部は、半透膜を介して区画された第１流路及び第２流路を備え、第１流路及び第２流路は、被処理水が、第１流路を通過した後に、第２流路を通過するように連結され、第１流路で被処理水を濃縮することを特徴とするものである。
　この炭酸塩生成装置によれば、流路を被処理水が通過することにより、第１流路を流れる被処理水の水分子を、第２流路を流れる被処理水の側へ浸透させることができることから、第１流路を流れる被処理水が半透膜により濃縮される簡単な構造の装置とすることができる。
　さらに、本発明の炭酸塩生成装置の一実施態様としては、半透膜の透過水側に海水を濃縮した濃縮液を投入する投入部を備えることを特徴とする。
　この炭酸塩生成装置によれば、半透膜の透過水側に海水を濃縮した濃縮液を投入することにより、海水を濃縮した濃縮液を再利用することで、海水を濃縮した濃縮液を海洋にそのまま廃棄するよりも環境負荷を低減させることができる効果がある。
　さらに、本発明の炭酸塩生成装置の一実施態様としては、濃縮液は、正浸透で濃縮されることを特徴とする。
　この炭酸塩生成装置によれば、逆浸透を行う時のように、海水を濃縮するための加圧のエネルギーを必要としない効果がある。
　上記課題を解決するための本発明の炭酸塩生成方法は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を、半透膜を使用した浸透によりの濃縮を行う濃縮工程を備えることを特徴とするものである。
　本発明の炭酸塩生成方法によれば、半透膜を使用した浸透による濃縮を行うことから、被処理水を加熱蒸発させて濃縮する場合に比べ、少ないエネルギーで被処理水を濃縮でき、炭酸塩を得ることができる方法とすることができる効果がある。
　本発明によれば、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から加熱蒸発による濃縮よりも少ないエネルギーで炭酸塩を生成する炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法を提供することができる。
本発明の第１の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例を示す概略説明　　図である。 本発明の第１の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の他の一例を示す概略　　説明図である。 本発明の第２の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例を示す概略説明　　図である。 本発明の第２の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例との比較例を示　　す概略説明図である。 本発明の第２の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の他の一例を示す概略　　説明図である。 本発明の第３の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例を示す概略説明　　図である。 本発明における、淡水のｐＨ変化に伴う炭酸物質の存在比を示す概略説明図　　である。 本発明における、淡水と海水のｐＨ変化に伴う炭酸物質の存在比の差を示す　　概略説明図である。 本発明の第４の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例を示す概略説明　　図である。 本発明の第５の実施態様に係る炭酸塩生成装置の態様の一例を示す概略説　　明図である。
　本発明は、水分子透過させかつ必要なイオンを透過させない又は、必要なイオンを透過させにくい半透膜を使用する。半透膜により、被処理液中の溶解した二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を濃縮することで、水分子を透過させて減少させつつ、被処理水中に存在する炭酸イオンを透過させない又は透過させにくくすることで、炭酸イオン濃度を上昇させる。これにより、炭酸イオンとアルカリ土類金属イオンとが反応し、アルカリ土類金属の炭酸塩を生成させるものである。
　さらに、ｐＨが７を超える被処理水を半透膜で濃縮する場合、半透膜により濃縮された濃縮液は、水分子が減少し、水酸化物イオンの濃度が上昇する。よって、濃縮液のｐＨが上昇することにより、炭酸イオンが生成しやすくなり、アルカリ土類金属の炭酸塩がより生成しやすくなる効果を有する。
　ここで、濃縮液のｐＨが上昇することにより、炭酸イオンが生成しやすくなることについて説明すると、二酸化炭素の溶解した炭酸水では、一般的には式１に示すような化学平衡式が成り立っている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式１に示すように、炭酸水では、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）の一部が水素イオン（Ｈ＋）と炭酸水素イオン（ＨＣＯ３
－）に電離する。そして、炭酸水素イオンから水素イオンがさらに電離することで、炭酸イオン（ＣＯ３２－）が発生する。
　ここで、純水中に二酸化炭素が溶解した液（炭酸水）中の炭酸（Ｈ２ＣＯ３）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ３－）から炭酸イオン（ＣＯ３２－）の存在比が多い状態にするには、図７に示されるように、ｐＨを上昇させることで、炭酸水中の炭酸イオン（ＣＯ３２－）の存在比を上昇させることができることが知られている。
　本発明は、上記の現象を利用し、ｐＨが７を超える被処理水を濃縮することで、ｐＨを上昇させることにより、炭酸イオン（ＣＯ３２－）の存在比を増加させることで、アルカリ土類金属の炭酸塩をより効率よく生成することができる。
　また、本発明は、上記のように半透膜を利用し、被処理水を濃縮することで、従来の海水等の被処理水を蒸発（単蒸留法と呼ばれる方法等）させて濃縮する場合と比較して、少ないエネルギーで被処理水を濃縮し、炭酸塩を得ることができる効果がある。
　具体的に説明すると、被処理水である海水中の水分を蒸発させて濃縮し、炭酸塩を得ようとする場合、水分を蒸発させるためのエネルギーは、約６２６ｋＷｈ／ｍ３であるのに対し、半透膜を使用して海水から純水を製造する場合のエネルギーは、約０．６９ｋＷｈ／ｍ３である。
　本発明では、濃縮側に塩濃度を有する被処理水を導入し、希釈側にも塩濃度を有する液を導入することが好ましい。また、希釈側の液の塩濃度は、濃縮側の被処理水の塩濃度と同じであることがより好ましい。さらに、希釈側の液の塩濃度は、濃縮側の被処理水の塩濃度よりも高いことがさらにより好ましい。
　希釈側の液の塩濃度を有することにより、濃縮側の被処理水の塩濃度と希釈側の液の塩濃度との濃度差が小さくなり、少ないエネルギーで被処理水を濃縮することができ、二酸化炭素の固定化をすることができる。さらに、希釈側の液の塩濃度を濃縮側の被処理水の塩濃度よりも高くすることで、浸透圧（正浸透）を生じさせ、濃縮側の被処理水をより少ないエネルギーで濃縮することができる。
　以下、本発明に係る炭酸塩生成装置の実施態様を詳細に説明する。また、本発明に係る炭酸塩生成方法の説明については、本発明に係る炭酸塩生成装置の動作に係る説明に置き換えるものとする。
　なお、実施態様に記載する炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法については、本発明に係る炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法を説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。
〔第１の実施態様〕
　図１を参照し、本発明の第１の実施態様について説明する。本発明の第１の実施態様の炭酸塩生成装置１００は、濃縮部１１を有し、濃縮部１１は、被処理水１０を濃縮することで炭酸塩を製造するものである。
［被処理水］
　被処理水１０は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む水溶液であり、半透膜１３で濃縮された際に、二酸化炭素である炭酸イオンの濃度が上昇し、アルカリ土類金属の炭酸塩が生じやすくなる水溶液であれば、特に限定されない。炭酸イオンの濃度が上昇することで、アルカリ土類金属イオンと反応し、アルカリ土類金属の炭酸塩が生じやすくなる効果がある。
　なお、二酸化炭素には、水溶液中の炭酸（Ｈ２ＣＯ３）と、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３－）と、炭酸イオン（ＣＯ３２－）と、水溶液中に溶解した気体状態の二酸化炭素（ＣＯ２）とを含む。以下、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）と、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３－）と、炭酸イオン（ＣＯ３２－）との３種類を炭酸物質と表現し、水溶液中に溶解した気体状態の二酸化炭素（ＣＯ２）を炭酸ガスと表現する。
　また、図１では、アルカリ土類金属イオンとしてカルシウムイオン（Ｃａ２+）を例示している。
　本実施態様において利用できる被処理水１０としては、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンが存在する水溶液であれば、その由来については特に限定されない。人為的に二酸化炭素を溶解させたり、人為的にアルカリ土類金属イオンとなる物質を溶解させたりしたものであってもよいし、初めから二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンが溶解した水溶液を用いてもよい。例えば、海水、河川水、水道水、純水、工場からの排水・廃水、埋立地の浸出水等が挙げられる。
　また、被処理水１０は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む水溶液であることに加え、ｐＨが７．０を超える水溶液が好適に使用される。被処理水１０のｐＨは、好ましくは、ｐＨ７．５以上、さらに好ましくは、ｐＨ８．０以上である。
　被処理水１０のｐＨが７を超える場合、被処理水１０が濃縮された際、水分子が半透膜１３を透過して減少する一方、水酸化物イオンが透過せずにその濃度が上昇することから、濃縮された被処理水１０は、ｐＨが高くなり、炭酸イオンが生成しやすくなる効果がある。
　さらに、被処理水１０は、炭酸イオンの塩及びアルカリ土類金属イオンの塩を除く、その他の塩類を含有する水溶液であることが好ましい。その他の塩類を含有する被処理水１０としては、海水が例示できる。図８は、海水中とその他の塩類を含まない純水中とにおける、ｐＨ変化を伴う炭酸物質の存在比を示した図である。
　海水中の炭酸イオンは、ｐＨが約６．５付近から炭酸イオンが生成され始める一方、その他の塩類を含まない純水中の炭酸イオンは、ｐＨが約８付近で生成され始めることがわかる。
　つまり、その他の塩類を含有する場合の水溶液のｐＨと、その他の塩類を含有しない場合の水溶液のｐＨとが同じ場合、その他の塩類を含有する水溶液の方が、多くの炭酸イオンを生成しやすい状態であることから、被処理水１０が、その他の塩類を含有する場合、ｐＨを高くしなくても、炭酸イオンを効率よく生成させることができる効果がある。
　なお、炭酸イオンが生成され始めるｐＨは、その他の塩類の含有量が多くなるほど、低いｐＨで炭酸イオンが生成し始める傾向がある。
　以上のことから、被処理水１０は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが８．０以上であり、その他の塩類を含有する水溶液が好ましく使用できる。具体的には、海水が好適である。
［濃縮部］
　炭酸塩生成装置１００は、濃縮部１１を備え、濃縮部１１は、処理槽１２と半透膜１３と加圧手段１４とを備える。
［処理槽］
　処理槽１２は、被処理水１０を貯留可能であればよく、特に素材や形状、大きさは問わない。処理槽１２は、後述する半透膜１３で隔てられるように、第１室１２ａと第２室１２ｂとに分けられている。また、第１室１２ａ、第２室１２ｂは、各々に被処理水１０が供給される。第１室１２ａの被処理水１０と第２室１２ｂの被処理水１０とが互いに混ざり合わない状態となっている。
［半透膜］
　半透膜１３は、被処理水１０の水分子を透過させかつ被処理水１０の中に含まれる炭酸イオンやアルカリ土類金属イオン等を含む必要なイオンが透過しない性質の膜又は、必要なイオンが透過しにくい膜が使用される。
　なお、半透膜１３は、水分子を透過し、被処理水１０の中に含まれる必要なイオンを透過させない又は、透過させにくい理由について説明すると、水溶液の中のイオンは、水和と呼ばれる現象を起こし、水溶液の中のイオンと水分子とが相互作用を示す状態となる。よって、水和状態のイオンは、水和状態となっていない単体の水分子よりも大きい状態となる。
　半透膜１３は、水和状態となっていない単体の水分子が通過できる大きさの孔であってかつ水和状態のイオンが通過できない大きさの孔を有する。したがって、水和状態のイオンは、相互作用を示している水分子と共に半透膜１３を透過しようとしても、半透膜１３を透過することができない。一方、水和状態でない単体の水分子は半透膜１３を通過できる状態である。
　以上の理由により、半透膜１３は、被処理水１０の水分子を透過させ、被処理水１０の中に含まれる必要なイオンが透過しない又は透過しにくい機能を発揮する。
　さらに、半透膜１３は、水溶液中に溶解した気体状態の二酸化炭素を透過するものであることが好ましい。
　半透膜１３が水溶液中に溶解した気体状態の二酸化炭素を透過させる場合、被処理水１０を濃縮した濃縮液の側において、気体状態の二酸化炭素の濃度が上昇しない。よって、気体状態の二酸化炭素が炭酸物質となり、濃縮液のｐＨを低下させることを抑制できることができ、炭酸イオンが生成しやすい状態とすることができる。
　特に、処理水として、ｐＨ７を超える被処理水を利用した場合には、水酸化物イオンの濃度が上昇することによるｐＨ上昇の効果と、炭酸ガスの濃度が上昇することを抑制する効果との相乗効果により、より炭酸イオンを生成させやすくなる効果がある。
［加圧手段］
　加圧手段１４は、第１室１２ａの被処理水１０と半透膜１３に圧力を加える手段であれば、特に限定されない。加圧手段１４としては、外力で被処理水１０に圧力を加えるものが例示でき、例えば、第１室１２ａと空気を送るポンプ接続し、密閉された状態において、空気を送ることにより加圧する方法が例示できる。
　加圧手段１４が被処理水１０を半透膜１３に加圧することで、第１室１２ａから第２室１２ｂへ水分子の浸透が生じ、第１室１２ａの被処理水１０が濃縮される。なお、第１室１２ａの被処理水１０は、濃縮液１５となり、第２室１２ｂの被処理水１０は、希釈液１６となる。
［炭酸塩生成装置の動作］
　図１を参照し、炭酸塩生成装置１００の動作について説明する。なお、以下の説明では、ｐＨが７．０を超える被処理水１０を使用し、半透膜１３は、被処理水１０の水分子及び炭酸ガスを透過させかつ必要なイオンが透過しない性質の膜又は必要なイオンが透過しにくい膜を使用した場合で説明する。
　まず、図１の（ａ）図に示すように、被処理水１０が処理槽１２に供給され、第１室１２ａと第２室１２ｂとに供給される。このステップを、被処理水供給ステップとする。
　なお、第１室１２ａと第２室１２ｂは同じ形状であり、同じ量の被処理水１０が、それぞれに投入されることで、第１室１２ａの被処理水１０の水位と第２室１２ｂの被処理水１０水位は同じに設定される。
　次に、第１室１２ａの被処理水１０が加圧手段１４により加圧される。このステップを加圧ステップとする。
　次に、図１の（ｂ）図に示すように、第１室１２ａの被処理水１０が加圧されることにより、被処理水１０の水分子と炭酸ガスが半透膜１３を通過して、第２室１２ｂの側に移動する。
　その際、被処理水１０に含まれる水酸化物イオン、炭酸水素イオン、炭酸イオンやアルカリ土類金属イオン（カルシウムイオン）は、第１室１２ａから第２室１２ｂに移動しない。なお、水酸化物イオン、炭酸水素イオン、炭酸イオンやアルカリ土類金属イオン等の半透膜３３を通過しないイオン又は透過しにくいイオンを不透過イオンと表現する。
　よって、不透過イオンは第１室１２ａに残ったままの状態となり、当初の被処理水１０の体積が減少し濃縮された状態となる。この第１室１２ａの被処理水１０が濃縮された状態が濃縮液１５である。
　この濃縮部１１により被処理水１０から濃縮液１５が生成される過程が、被処理水を濃縮して濃縮液を生成する濃縮ステップに該当する。
　一方、第２室１２ｂの被処理水１０の不透過イオンは第２室１２ｂから第１室１２ａに移動しない。よって、第２室１２ｂの被処理水１０は、第１室１２ａから水分子と炭酸ガスが透過してくることにより、当初の被処理水１０の体積が増加し希釈された状態となる。この第２室１２ｂの被処理水１０が希釈された状態が希釈液１６である。
　この濃縮部１１により被処理水１０から希釈液１６が生成される過程が、被処理水を希釈して希釈液を生成する希釈ステップに該当する。
　濃縮液１５は、被処理水１０の状態から濃縮されることで、水分子と炭酸ガスが減少してｐＨが上昇する。よって、濃縮液１５は、炭酸イオンの存在比が上昇し、アルカリ土類金属イオンと反応して炭酸塩が生成される。
　以上の動作により、生成された炭酸塩は回収され、二酸化炭素の固定化が実現される。
　なお、上記の炭酸塩生成装置１００の動作の説明では、ｐＨが７．０を超える被処理水１０を使用し、半透膜１３は、被処理水１０の水分子及び炭酸ガスを透過させかつ必要なイオンを透過させない性質の膜又は、必要なイオンが透過しにくい膜を使用した場合で説明したが、本発明は、被処理水１０がｐＨ７を超える場合に限定されない。
　被処理水１０が、その他の塩を含有し、ｐＨが７以上であって、被処理水１０の中に炭酸イオンが存在する場合、半透膜１３として、水分子、炭酸ガス及び水素イオンを透過させかつ水素イオンを除くその他の必要なイオンを透過させない膜又は、必要なイオンが透過しにくい膜を使用して濃縮してもよい。半透膜１３として、水分子、炭酸ガス及び水素イオンを透過させ、水素イオンを除くその他の必要なイオンを透過させない膜又は、必要なイオンが透過しにくい膜を使用することにより、濃縮液１５の側に水素イオンが濃縮することを抑制できることから、ｐＨの低下を抑制でき、炭酸イオンの濃度が上昇し、アルカリ土類金属の炭酸塩が生成しやすくなる。
　また、本実施態様では、被処理水１０として、第１室１２ａと第２室１２ｂとに同じ被処理水１０を使用し、加圧手段１４により濃縮液１５及び希釈液１６を生成したが、図２に示すように、第１室１２ａと第２室１２ｂとを同形状とし、第１室１２ａに被処理水１０を投入し、第２室１２ｂに、第１室１２ａの被処理水１０よりも塩濃度の高い高濃度被処理水１７を第１室１２ａの被処理水１０と同量、投入してもよい。なお、第１室１２ａの水位と、第２室１２ｂの水位とは同じ高さである。
　第２室１２ｂの塩濃度が第１室１２ａよりも高いことから、浸透圧により第１室１２ａの被処理水１０の水分子が第２室１２ｂの側へ浸透（正浸透）することで第１室１２ａの被処理水１０が濃縮され、濃縮液１５とすることができる。また、第２室１２ｂの高濃度被処理水１７が希釈され、希釈液１６となる。
　以上のように、第１室１２ａの被処理水１０と、第２室１２ｂの高濃度被処理水１７とに、浸透圧（正浸透）が生じるだけの濃度差がある場合、浸透圧（正浸透）による濃縮が行われることから、加圧手段１４を使用しないで濃縮することができる。なお、かかる場合であっても、加圧手段１４を使用してもよく、浸透圧（正浸透）が生じることから、加圧手段１４による圧力を小さくすることでき、少ないエネルギーで濃縮液１５と希釈液１６とにすることができる。
［第２の実施態様〕
　図３を参照し、本発明の第２の実施態様について説明する。本発明の第２の実施態様の炭酸塩生成装置２００は、被処理水の濃縮を複数のステップに分けて行う点に特徴を有する。具体的には、第１のステップから第４のステップを有する。
　第１のステップにおいて、被処理水１０を濃縮処理して生成された第１濃縮液２１を生成する。さらに次の第２のステップで第１濃縮液２１を使用する。第２のステップは、第１濃縮液２１を第１室１２ａに導入し、さらに濃縮処理することで、第２濃縮液２３を生成する特徴を有する。以上のように、本発明の第２の実施態様では、前のステップで作成された濃縮液をさらに次のステップで濃縮側の液として使用することを特徴とする。
　また、第２の実施態様では、濃縮処理されて生成された希釈液を前のステップに使用する。つまり、第１のステップにおいて、次のステップの第２希釈液２４を第２室１２ｂに導入し、濃縮処理することで、第１希釈液２２を生成する特徴を有する。以上のように、本発明の第２の実施態様では、次のステップで作成された希釈液を前のステップで希釈側の液として使用することを特徴とする。
　なお、本発明の第２の実施態様において、第１の実施態様の炭酸塩生成装置１００と同じ機能、構造のものは、同じ符号を付し、説明を省略する。
［濃縮液］
　濃縮液は、第１濃縮液２１、第２濃縮液２３、第３濃縮液２５及び第４濃縮液２７が該当する。なお、第１濃縮液２１は、第１のステップにおいて、被処理水１０が濃縮部１１により濃縮された液である。
　また、第２濃縮液２３、第３濃縮液２５及び第４濃縮液２７は、第２のステップ、第３のステップ及び第４のステップで濃縮された液が該当する。
　第１ステップから第４のステップへと濃縮する工程が行われていき、第１濃縮液２１、第２濃縮液２３、第３濃縮液２５及び第４濃縮液２７となるにしたがって、濃縮液の塩濃度が上昇する。
［希釈液］
　希釈液は、第１希釈液２２、第２希釈液２４、第３希釈液２６及び第４希釈液２８が該当する。
　なお、第１希釈液２２は、第１のステップにおいて、被処理水１０が濃縮部１１により希釈された液である。
　第１のステップから第４のステップへと濃縮する工程が行われていき、第１希釈液２２、第２希釈液２４、第３希釈液２６及び第４希釈液２８となるにしたがって、希釈液の塩濃度は上昇する。
［炭酸塩生成装置の動作］
　炭酸塩生成装置２００の動作について説明する。
　本発明の炭酸塩生成装置２００は、第１のステップから第４のステップを行うことにより、被処理水１０を濃縮する。
　なお、図３に示すように、被処理水１０の中の溶解している塩のモル数を１とし、被処理水１０の当初の水量（体積）を１Ｖ（ｍ３）とすると、被処理水１０の当初の塩濃度は、１Ｍとなる。なお、Ｍ＝ｍｏｌ／ｍ３を意味する。
　この被処理水１０に対し、被処理水１０の当初の水量の１０％に相当する量を加圧して複数回濃縮していく場合で説明する。
　まず、第１のステップが行われる。第１のステップは、被処理水１０を第１室１２ａに導入し、第２希釈液２４を第２室１２ｂに導入する。この工程を第１の被処理水供給ステップとする。
　その後、第１の実施態様と同様に、加圧ステップ（第１の加圧ステップとする。）と、濃縮ステップ（被処理水１０を濃縮して第１濃縮液を生成する第１の濃縮ステップとする。）と、希釈ステップ（第１の希釈ステップとする。）が行われて、第１濃縮液２１と第１希釈液２２が生成されて、第１のステップが完了する。
　ここで、第１のステップ後の水溶液の変化について説明すると、第１濃縮液２１は、不透過イオンが残った状態で濃縮されたことにより、水量が０．９Ｖとなり、塩濃度は１０／９Ｍとなる。一方、第１希釈液２２は、第１室１２ａから水と炭酸ガスが浸透し、水量が１．１Ｖとなり、塩濃度は１０／１１Ｍとなる。
　次に、第２のステップが行われる。第２のステップは、第１濃縮液２１を第１室１２ａに導入し、第３希釈液２６を第２室１２ｂに導入する。この工程を第２の被処理水供給ステップとする。
　その後、第１の実施態様と同様に、加圧ステップ（第２の加圧ステップとする。）と、濃縮ステップ（第１濃縮液を濃縮して第２濃縮液を生成する第２の濃縮ステップとする。）と、希釈ステップ（第２の希釈ステップとする。）が行われて、第２濃縮液２３と第２希釈液２４が生成されて、第２のステップが完了する。
　ここで、第２のステップ後の水溶液の変化について説明すると、第２濃縮液２３は、不透過イオンが残った状態で濃縮されたことにより、水量が０．８Ｖとなり、塩濃度は１０／８Ｍとなる。一方、第２希釈液２４は、第１室１２ａから水と炭酸ガスが浸透し、水量が１．０Ｖとなり、塩濃度は１０／１０Ｍとなる。
　以降、同様に、第３のステップ、第４のステップが行われる。
　第３のステップは、第２濃縮液２３を第１室１２ａに導入し、第４希釈液２８を第２室１２ｂに導入（第３の被処理水供給ステップ）した後、第３の加圧ステップと、第３の濃縮ステップと、第３の希釈ステップが行われて、第３濃縮液２５（塩濃度１０／７Ｍ、水量０．７Ｖ）と、第３希釈液２６（塩濃度１０／９Ｍ、水量０．９Ｖ）が生成される。
　また、第４のステップは、第３濃縮液２５を第１室１２ａに導入し、第５希釈液（塩濃度１０／７Ｍ、水量０．７Ｖ）を第２室１２ｂに導入（第４の被処理水供給ステップ）した後、第４の加圧ステップと、第４の濃縮ステップと、第４の希釈ステップが行われて、第４濃縮液２７（塩濃度１０／６Ｍ、水量０．６Ｖ）と、第４希釈液２８（塩濃度１０／８Ｍ、水量０．８Ｖ）が生成される。
　以上のように、本発明の第２の実施態様では、複数のステップに分けて濃縮を行うことにより、例えば、被処理水１０から第２濃縮液２３への濃縮を複数回に分けないで一度の加圧で行う場合と比較して、少ないエネルギーで濃縮を行うことができる効果がある。つまり、図４に示すように、被処理水１０（塩濃度１Ｍ、水量１Ｖ）から第２濃縮液の塩濃度（塩濃度１０／８Ｍ、水量０．８Ｖ）となるように、一度の加圧手段１４で濃縮する場合、第１室１２ａの濃縮液（塩濃度１０／８Ｍ、水量０．８Ｖ）と第２室の１２ｂ（塩濃度１０／１２Ｍ、水量１．２Ｖ）の希釈液とで塩濃度の濃度差が大きくなる。よって、第１のステップと第２のステップとに複数回に分けて行う場合と比べて、大きな圧力が必要になる。
　また、被処理水１０及び第１濃縮液２１に対して一度に与える圧力を小さくできる効果がある。つまり、高い圧力を加えることができる大掛かりな加圧手段１４でなくても、被処理水１０を濃縮することが可能となり、濃縮することでｐＨを高め、炭酸イオンを生成し、炭酸塩を生成することが可能となる。
　なお、本実施形態では、第１のステップから第４のステップを有する場合を例示したが、第５のステップ、第６のステップ以上のステップを繰り返し、目的とする塩濃度に濃縮してもよい。
　なお、本実施の態様では、第２の被処理水供給ステップから第４の被処理水供給ステップにおいて、前のステップの濃縮液を第１室１２ａに導入し、次のステップで生成された希釈液を第２室１２ｂに導入する場合を例示した。しかしながら、第１室１２ａの濃縮液の塩濃度と第２室１２ｂの希釈液の塩濃度とが、同じ濃度であれば、次のステップで生成された希釈液でなくてもよい。
　また、図５に示すように、第１室１２ａに被処理水１０（塩濃度１Ｍ、水量１Ｖ）を導入し、第２室１２ｂに第３の希釈液（塩濃度１０／９Ｍ、水量０．９Ｖ）を導入するようにするようにしてもよい。第１室１２ａの濃縮液の塩濃度を、第２室１２ｂの希釈液の塩濃度よりも低くし、第１室１２ａから第２室１２ｂに向かって浸透圧（正浸透）が生じることにより、加圧手段１４の圧力を小さくすることができる。よって、少ないエネルギーで濃縮することができる。
　なお、浸透圧（正浸透）により、被処理水１０（第１室１２ａ）の水分子が第２室１２ｂに向かって移動し、濃縮が行われることから、加圧手段１４を使用しなくてもよい。
　なお、最初に被処理水１０を処理する場合、第１のステップにおいて、第２希釈液２４がない場合は、炭酸塩生成装置２００の第２室１２ｂに投入される第２希釈液２４に替えて、被処理水１０を投入して処理を行う。そして、生成された第１濃縮液２１を、第２のステップの第１室１２ａと第２室１２ｂとに分けて投入し、処理を行うことで生成された第２希釈液２４を第１のステップに使用することで、希釈液の再利用が実現される。
〔第３の実施態様〕
　図６を参照し、本発明の実施形態３について説明する。本発明の第３の実施態様の炭酸塩生成装置３００は、濃縮部３１を備え、濃縮部３１は、第１流路３２ａ及び第２流路３２ｂを備え、第１流路３２ａの被処理水１０を濃縮することを特徴とする炭酸塩生成装置３００である。
　具体的には、濃縮部３１は、半透膜３３を介して区画された第１流路３２ａ及び第２流路３２ｂを備え、第１流路３２ａ及び第２流路３２ｂは、被処理水１０が、第１流路３２ａを通過した後に、第２流路３２ｂを通過するように連結され、第１流路３２ａの被処理水１０を濃縮することを特徴とする炭酸塩生成装置３００である。
　なお、本発明の第３の実施態様において、第１の実施態様の炭酸塩生成装置１００と同じ機能、構造のものは、同じ符号を付し、説明を省略する。
［処理槽］
　処理槽３２は、被処理水１０を貯留可能であればよく、特に素材や形状、大きさは問わない。処理槽３２は、後述する半透膜３３で隔てられるように、第１流路３２ａと第２流路３２ｂとに分けられている。また、処理槽３２には、第１流路３２ａと第２流路３２ｂを連結する連結流路３２ｃが存在する。第１流路３２ａと連結流路３２ｃと第２流路３２ｂは連結されており、被処理水１０は、第１流路３２ａを通過した後、連結流路３２ｃを通過して第２流路３２ｂを通過するという順序で流れるようになっている。なお、第１流路３２ａと第２流路３２ｂと連結流路３２ｃをあわせて、流路と表現する。
［半透膜］
　半透膜３３は、本発明の第１の実施態様の半透膜１３の性質と同じ性質のものが使用できる。
　半透膜３３は、第１流路３２ａと第２流路３２ｂを区画するように配置される。第１流路３２ａの上流側から被処理水１０が第１流路３２ａの下流側に向けて流れるに従って、第１流路３２ａの被処理水１０の水分子と炭酸ガスが第２流路３２ｂの側へ浸透し、濃縮が行われる。第１流路３２ａの下流側は濃縮液３５となる。また、第２流路３２ｂを流れる被処理水１０は希釈液３６となる。
［加圧手段］
　加圧手段３４は、被処理水１０を半透膜３３に加圧する手段であれば、特に限定されない。加圧手段３４は、例えば、被処理水１０に水流を与える手段が例示できる。水流を与えられた被処理水１０が、半透膜３３に衝突するように第１流路３２ａに供給されることで、被処理水１０を半透膜３３に加圧する。具体的には、被処理水１０に水流を与えるポンプや海洋の波で被処理水１０を半透膜３３に衝突（加圧）させたり、炭酸塩生成装置３００を船に取り付け、船の推進力により半透膜３３に海水のような被処理水１０を衝突させて加圧したりする方法を用いることができる
［炭酸塩生成装置の動作］
　炭酸塩生成装置３００の動作について説明する。
　まず、被処理水１０が処理槽３２に供給され、第１流路３２ａに供給される。このステップを、被処理水流入ステップとする。なお、流路には被処理水１０が連続的に供給され続ける状態である。
　また、第１流路３２ａに被処理水１０が供給される際に、加圧手段３４により半透膜３３に衝突するように被処理水１０が供給される。このステップを流入加圧ステップとする。
　次に、図６に示すように、第１流路３２ａの上流側の被処理水１０が半透膜３３に加圧されることにより、被処理水１０の水分子と炭酸ガスが半透膜３３を通過して、第２流路３２ｂの下流側に浸透し移動する。
　その際、被処理水１０に含まれる不透過イオンは第１流路３２ａから第２流路３２ｂに移動しない。
　よって、不透過イオンは第１流路３２ａに残ったままの状態となり、不透過イオン濃度は第１流路の下流側に行くにしたがって濃度の高い状態となる。つまり、第１流路３２ａを流れる被処理水１０は、第１流路３２ａの上流側から下流側に行くにしたがって濃縮され炭酸イオンの濃度が高くなる。
　よって、第１流路３２ａの上流側よりも下流側の方が塩濃度の高い濃縮液３５であり、第１流路３２ａの下流側において、炭酸イオン濃度が上昇し、炭酸塩が生成される。
　その後、濃縮液３５は連結流路３２ｃを通過して押し出されるように第２流路３２ｂに流れる。濃縮液３５が押し出されるように第２流路３２ｂに供給されることになることから、不透過イオンの濃度が高い状態の液が、第２流路３２ｂの上流側から供給され下流側に流れる。その際、第２流路３２ｂの下流側に行くに従って半透膜３３で隔てられた第１流路の被処理水１０の水分子と炭酸ガスが第２流路に浸透する状態になる。よって、第２流路３２ｂは、上流側よりも下流側の方が、塩濃度の低い状態となる。
　以上のように、炭酸塩生成装置３００では、濃縮部３１の半透膜３３に加圧するように被処理水１０を供給することで、連続的に被処理水１０を濃縮でき、簡単な構造で炭酸塩を生成することができる炭酸塩生成装置とすることができる。
　なお、本実施の態様では、加圧手段３４を使用したが、加圧手段３４を使用しなくてもよい。加圧手段３４を使用しない場合であっても、半透膜３３で隔てられた第１流路３２ａを流れる被処理水１０の塩濃度が、第２流路３２ｂを流れる被処理水１０の塩濃度よりも低い場合、浸透圧（正浸透）により第１流路３２ａを流れる被処理水１０の濃縮が行われることから、加圧手段３４が不要な炭酸塩生成装置３００とすることができ、少ないエネルギーで濃縮を行うことができ、炭酸塩を生成することができる。
　つまり、この炭酸塩生成装置３００によれば、流路を被処理水１０が通過することにより、第１流路３２ａを流れる被処理水１０よりも高い塩濃度の第２流路３２ｂを流れる被処理水１０の側へ水分子を浸透させることができることから、第１流路３２ａを流れる被処理水が半透膜３３により濃縮される簡単な構造の装置とすることができる。
〔第４の実施態様〕
　図９を参照し、本発明の実施形態４について説明する。本発明の第４の実施態様の炭酸塩生成装置４００は、逆浸透装置４１と濃縮部４２を備える。本発明の第４の実施態様の炭酸塩生成装置４００は、逆浸透装置４１で生成された残渣水である濃縮液４５を濃縮部４２に供給して、炭酸塩を生成するために使用する特徴を有する。
　なお、本発明の第４の実施態様において、第３の実施態様の炭酸塩生成装置３００と同じ機能、構造のものは、同じ符号を付し、説明を省略する。
［逆浸透装置］
　逆浸透装置４１は、被処理水４３から水分子を除去して濃縮する装置であって、例えば、海水から淡水を生成する装置が例示できる。逆浸透装置４１は、図示しない前処理装置により、海水から淡水を生成する際に不要な不純物が除去された状態の被処理水４３が供給される。そして、被処理水４３が、配管Ｌ１から図示しない加圧ポンプで逆浸透装置４１の半透膜４７に加圧状態で供給されることにより、被処理水４３を浸透させることで、被処理水４３から淡水（処理水４４）と残渣水（濃縮液４５）を生成する装置である。
　処理水４４の淡水は、配管Ｌ２で消費場所に供給される。また、濃縮液４５の残渣水は、配管Ｌ３で濃縮部４２に供給される。
　なお、半透膜４７は、淡水生成装置に使用される公知のものが使用され、例えば、本発明の実施形態１に記載した半透膜１３と同じものが使用される。
［濃縮部］
　濃縮部４２は、第３の実施態様の炭酸塩生成装置３００の濃縮部３１と同じ機能を有し、さらに濃縮液供給部４６を備える。濃縮液供給部４６は、濃縮部４２の第２流路３２ｂに濃縮液４５を供給する部分である。濃縮液供給部４６は、第２流路３２ｂの上流側に設けられる。なお、濃縮液供給部４６は、第２流路３２ｂを流れる希釈液３６の塩濃度と濃縮液４５の塩濃度とが略同じ場所になる箇所に設けられることが好ましい。
　本発明の第４の実施態様の炭酸塩生成装置４００では、海水から淡水を生成する際に生成される残渣水である濃縮液４５を濃縮部４２に使用することで、残渣水を海洋や河川に廃棄する場合よりも環境負荷を小さくできる効果がある。また、濃縮液４５を第２流路３２ｂの上流側に供給することで、濃縮部４２の濃縮効率を向上させることができる。
［炭酸塩生成装置の動作］
　炭酸塩生成装置４００の動作について説明する。
　まず、被処理水４３が逆浸透装置４１に供給される。このステップを、被処理水を逆浸透装置に供給するステップとする。
　次に、逆浸透装置４１の半透膜４７で被処理水４３が浸透処理されて、処理水４４（淡水）と、残渣水（濃縮液４５）が生成される。このステップを加圧浸透処理ステップとする。
　次に、濃縮液４５が濃縮部４２に供給される。この工程を濃縮液供給ステップとする。
　なお、濃縮部４２は、第３の実施態様の炭酸塩生成装置３００と同じ動作が行われ、被処理水流入ステップと流入加圧ステップが行われる。そして、濃縮部４２で生成された希釈液３６に濃縮液４５が濃縮液供給部４６から供給される。濃縮液４５が希釈液３６に供給されることで、希釈液３６の塩濃度が下流側に向かって高く維持できることから、第１流路３２ａを流れる被処理水１０を正浸透により濃縮しやすい状態を維持でき、被処理水１０の濃縮効率を向上させることができる。
　本発明の実施態様では、濃縮液供給部４６は、第２流路３２ｂを流れる希釈液３６の塩濃度と濃縮液４５の塩濃度とが略同じ場所になる箇所に設け、濃縮液４５を希釈水３８に供給する場合を例示したが、濃縮液供給部４６を第２流路３２ｂに設け、さらに、配管Ｌ３の間に制御部と調整槽を設置し、濃縮液４５の塩濃度と、濃縮液供給部４６の近傍を流れる希釈液３６の塩濃度とを測定し、それらの塩濃度の測定結果に基づいて、制御部が、濃縮液４５の塩濃度を調整槽で調整したり、濃縮液供給部４６から濃縮液４５を希釈液３６に供給する量を調整したりするようにしてもよい。
〔第５の実施態様〕
　図１０を参照し、本発明の実施形態５について説明する。本発明の第５の実施態様の炭酸塩生成装置５００は、本発明の実施形態４の炭酸塩生成装置４００に、正浸透装置５１を備え、正浸透装置５１と逆浸透装置４１とをつなぐ配管Ｌ４及びＬ５を有する。
　本発明の第５の実施態様の炭酸塩生成装置５００は、正浸透装置５１で生成された残渣水である濃縮液４５を濃縮部４２に供給して、炭酸塩を生成するために使用する特徴を有する。
　また、循環塩水５２が、正浸透装置５１と逆浸透装置４１との間で循環希釈塩水５３と循環濃縮塩水５４とに繰り返し処理されることにより、正浸透装置５１に投入された被処理水４３から循環塩水５２を介して逆浸透装置４１で処理水４４（淡水）を生成する特徴を有する。
［正浸透装置］
　正浸透装置５１は、半透膜５５を有し、半透膜５５は、濃縮側と希釈側に隔てられた空間を有する。濃縮側に被処理水４３が供給され、希釈側に循環濃縮塩水５４が供給される。正浸透装置５１は、被処理水４３の水分子が半透膜５５を通過して循環濃縮塩水５４に移動するものであればよく、被処理水４３を濃縮して残渣水と、循環濃縮塩水５４を希釈して循環希釈塩水５３とを生成する。
　正浸透装置５１に供給される被処理水４３の塩濃度は、正浸透装置５１に供給される循環濃縮塩水５４の塩濃度よりも低いことが好ましい。この場合、塩濃度の差による正浸透により、少ないエネルギーで被処理水４３の水分子を循環濃縮塩水５４に移動させることができる。
　なお、配管Ｌ１に加圧ポンプを設け、被処理水４３を半透膜５５に加圧するように供給してもよく、この場合は、正浸透の圧力と加圧との圧力により、被処理水４３から循環濃縮塩水５４へ水分子の供給を効率よく行うことができる。
　また、正浸透装置５１に供給される被処理水４３の塩濃度は、正浸透装置５１に供給される循環濃縮塩水５４の塩濃度よりも高くてもよく、この場合、加圧ポンプを設け、被処理水４３を半透膜５５に加圧するように供給し、逆浸透により被処理水４３の水分子を循環濃縮塩水５４に移動させてもよい。
　また、被処理水４３の供給速度は、循環濃縮塩水５４の供給速度と同じでもよいが、被処理水４３の供給速度が循環濃縮塩水５４の供給速度よりも速い方が好ましい。
　被処理水４３が濃縮されることにより、半透膜５５の表面に炭酸カルシウムなどのスケールと呼ばれる物質が半透膜５５に固着することを抑制し、半透膜５５の寿命を延ばす観点から、被処理水４３の供給速度は、スケールが発生しない濃度で正浸透装置５１から濃縮液４５として排出される速度であることが好ましい。また、スケールが発生したとしても、被処理水４３の水流で半透膜５５に付着したスケールを除去できる効果がある。
　正浸透装置５１で生成された残渣水である濃縮液４５は、濃縮部４２に供給され、処理された循環濃縮塩水５４は、循環希釈塩水５３として、逆浸透装置４１に供給される。
　なお、半透膜５５は、本発明の実施形態１に記載した半透膜１３と同じものを適用可能である。
［循環塩水］
　循環塩水５２は、正浸透装置５１と逆浸透装置４１との間で循環し、逆浸透装置４１から正浸透装置５１に循環塩水５２を供給する配管Ｌ５内では、循環濃縮塩水５４となり、また、正浸透装置５１から逆浸透装置４１に循環塩水５２を供給する配管Ｌ４内では、循環希釈塩水５３となる。
　つまり、循環塩水５２は、正浸透装置５１において、半透膜５５を透過した被処理水４３の水分子を循環濃縮塩水５４が受け取って循環希釈塩水５３になり、循環希釈塩水５３が逆浸透装置４１で処理されることにより、被処理水４３の水分子が処理水４４（淡水）として製造される。そして、処理された循環希釈塩水５３が循環濃縮塩水５４となり、再度、正浸透装置５１に供給されることが繰り返される。
　循環塩水５２は、スケールとなるアルカリ土類金属イオン（２価イオン）である、マグネシウムイオンやカルシウムイオンを含有しない塩を有する溶液であって、例えば塩化ナトリウム水溶液が使用される。循環塩水５２はスケールとなるアルカリ土類金属イオンを含まないことから、半透膜４７にスケールが付着することを抑制できる効果がある。
［炭酸塩生成装置の動作］
　炭酸塩生成装置５００の動作について説明する。
　まず、被処理水４３が正浸透装置５１に供給される。このステップを、被処理水を正浸透装置に供給するステップとする。また、循環濃縮塩水５４が正浸透装置５１に供給される。このステップを、循環濃縮塩水供給ステップとする。
　次に、正浸透装置５１の半透膜５５で被処理水４３が正浸透処理されて、残渣水である濃縮液４５と、循環濃縮塩水５４が処理された循環希釈塩水５３とが生成される。このステップを循環塩水希釈処理ステップとする。
　生成された濃縮液４５については、第４の実施態様の炭酸塩生成装置４００と同じ動作が行われ、濃縮液４５が濃縮部４２に供給され（濃縮液供給ステップ）、さらに濃縮部４２において、被処理水流入ステップと流入加圧ステップが行われ、炭酸塩が生成される。
　循環塩水処理ステップで生成された循環希釈塩水５３は、配管Ｌ４を通過し、図示しない加圧ポンプで加圧されて逆浸透装置４１に供給される。このステップを、循環希釈塩水を逆浸透装置に供給するステップとする。
　そして、供給された循環希釈塩水５３から半透膜４７を通過した水分子が処理水４４（淡水）として生成される。また、処理された循環希釈塩水５３は、水分子が減少した状態となり、循環濃縮塩水５４となる。このステップを循環塩水濃縮処理ステップとする。
　そして、生成された循環濃縮塩水５４は、正浸透装置５１に配管Ｌ５を経由して供給され、循環濃縮塩水供給ステップに使用される。
　本発明の第１の実施態様から第５の実施態様において、被処理水１０，４３は海水を使用することが好ましく、また、第１の実施態様の第２室１２ｂと、第２の実施の態様の第２のステップ以降の第２室１２ｂと、第３～第５実施の態様の第２流路３２ｂとが、半透膜の透過水側に海水を濃縮した濃縮液を投入する投入部に該当する。
　本発明の炭酸塩生成装置及び炭酸塩生成方法は、二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む溶液から加熱蒸発による濃縮よりも少ないエネルギーで炭酸塩を生成することに利用することができる。また、大気中の二酸化炭素量を固定化することに好適に使用できる。
　１００，２００，３００，４００，５００　炭酸塩生成装置、１０　被処理水、１１　濃縮部、１２　処理槽、１２ａ　第１室、１２ｂ　第２室、１３　半透膜、１４　加圧手段、１５　濃縮液、１６　希釈液、１７　高濃度被処理水、１８～２０欠番、２１　第１濃縮液、２２　第１希釈液、２３　第２濃縮液、２４　第２希釈液、２５　第３濃縮液、２６　第３希釈液、２７　第４濃縮液、２８　第４希釈液、２９～３０　欠番、３１　濃縮部、３２　処理槽、３２ａ　第１流路、３２ｂ　第２流路、３２ｃ　連結流路、３３　半透膜、３４　加圧手段、３５　濃縮液、３６　希釈液、４１　逆浸透装置、４２　濃縮部、４３　被処理水、４４　処理水、４５　濃縮液、４６　濃縮液供給部、４７　半透膜、５１　正浸透装置、５２　循環塩水、５３　循環希釈塩水、５４　循環濃縮塩水、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、Ｌ５　配管。

 

Claims (6)

  1. 　二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を、半透膜を使用した浸透により濃縮する濃縮部を備えることを特徴とする、炭酸塩生成装置。
  2. 　前記濃縮部は、第１のステップと第２のステップとの複数回に分けて浸透による濃縮を行うものであり、
    　第１のステップは、被処理水を濃縮して第１濃縮液を生成する第１の濃縮ステップ、
    　第２のステップは、前記第１濃縮液を濃縮して第２濃縮液を生成する第２の濃縮ステップ、
    　を備えることを特徴とする、請求項１に記載の炭酸塩生成装置。
  3. 　前記濃縮部は、前記半透膜を介して区画された第１流路及び第２流路を備え、
    　前記第１流路及び前記第２流路は、前記被処理水が、前記第１流路を通過した後に、前記第２流路を通過するように連結され、
    　前記第１流路で前記被処理水を濃縮することを特徴とする、請求項１記載の炭酸塩生成装置。
  4. 　前記半透膜の透過水側に海水を濃縮した濃縮液を投入する投入部を備えることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の炭酸塩生成装置。
  5. 　前記濃縮液は、正浸透で濃縮されることを特徴とする、請求項４に記載の炭酸塩生成装置。
  6. 　二酸化炭素とアルカリ土類金属イオンを含む被処理水を、半透膜を使用した浸透によりの濃縮を行う濃縮工程を備えることを特徴とする、炭酸塩生成方法。

     
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