食塩晶析工程では水を蒸発させるために大量のエネルギーが消費されている, この消費エネルギー量は生産量にほぼ比例するため, 高効率化したプロセスで食塩の大量生産を行う場合には省エネルギーによって得られる効果も大きくなる. 従来, 食塩晶析工程では多重効用缶を採用し, さらにそこから出る廃熱を回収することで省エネルギー化が進められ効果を挙げてきた. 本研究ではこれらの設計をシステマティックに行う設計システムの開発を行った. これはピンチテクノロジーと遺伝的アルゴリズムを活用して開発されており, 晶析装置の収支と熱交換ネットワークを同時に最適化し所要エネルギー量が最小となる条件を求めることができる. このシステムを利用して4つの効用缶からなる蒸発晶析工程の最適化を行った. 従来は蒸発缶から生じた蒸気を次の蒸発缶の加熱に使うように設計される. 一方, 本システムで導出された解では蒸気をまず母液やかん水の予熱に利用した後に次の蒸発缶に使用する方式が提案された. ピンチテクノロジーを採用することの欠点の1つは使用できる熱交換器の数に上限を設けることができない点にある. そこで, ピンチテクノロジーではなく総当たりによって組み合わせの最適化を行うようなシステムを開発した. このシステムを用いた設計計算においても発生した蒸気が最初に接触すべき流体は母液あるいはかん水であることが示唆された.

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食塩蒸発晶析槽における結晶生産効率の向上を目指して, 高懸濁密度かつ高線成長速度を実現させるために, 結晶成長速度に及ぼす操作条件の影響を検討した. 実験装置は半回分式ドラフトチューブ付撹拌槽を用いて検討した. 高蒸発速度を達成するために, 槽内に設置したコイルヒータで直接に加熱する方式の検討をはじめとし, 高懸濁密度かつ高線成長速度を実現するための加熱量ならびに初期結晶添加量の条件を検討した. その結果, 蒸発速度γ_e=0.804kg/hr, 初期添加結晶量M₀=0.05, 0.10kgでは30vol%を超える高懸濁密度に至るまでD₉₀基準で300μm/hr以上の高い線成長速度を維持できることを明らかにした.
同検討結果により, 食塩蒸発晶析槽における結晶成長速度の大幅な向上を実現させる可能性を示すことができた.

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結晶懸濁率が高い条件下において微結晶を結晶表面に取り込ませることによりNaClの結晶成長を促進するための晶析条件の選定を行った. 実験装置として水の蒸発条件を容易に操作できる混合槽型蒸発晶析装置を使用した. 平均粒径が324μmのNaCl種晶を含む濃縮かん水にNaCl飽和溶液を連続供給し, 大気圧下で半回分操作を行った. 晶析槽として内容積1Lのガラス製セパラブルフラスコを使用した. 槽内の撹拌翼はプロペラ型4枚羽根を用い, 撹拌速度は300min^-1とした. 発生蒸気はリービッヒ冷却管を用いて凝縮し, ビーカーで採取した. NaClを成長させ, 初期の種晶重量に対する微結晶重量の割合 (ξ) がNaClの結晶成長に及ぼす影響について検討を行った. かん水 (濃縮海水) の全塩分濃度は250g/kgであり, 全塩分濃度中のNaClの割合は90wt%である. 濃縮溶液 (母液) は, かん水の4.7倍の濃度で調製した. 水の蒸発速度は0.011min^-1, NaCl濃度は175g/kgで一定とした. また, 初期の種晶重量分率 ([ω_s] ₀) は, 平均粒径が324μmの種晶添加によって9.1～23.1wt%の範囲に設定した. ξは, 晶析槽外で生成させた微結晶 (平均粒径8μm) の添加または晶析槽内への貧溶媒 (エタノール) 添加によって0.002～0.094の範囲で変化させた. 溶液 (母液重量, NaCl濃度) と固体生成物 (生成量, マイクロスコープによる形状観察, 粒径分布, XRDによる同定) の物理化学特性の経時変化を測定した. その結果, 以下の知見が得られた. 1) [ω_s]₀が9.1wt%では, 微結晶の生成により結晶成長が促進する. 2) [ω_s]₀が16.7wt%で, 晶析槽外から微結晶 (平均粒径8μm) を添加した場合は結晶成長が促進されない. 3) [ω_s]₀が16.7wt%で貧溶媒を添加した場合は, ξが0.024付近で平均結晶成長速度が極大を示す. 4) 本実験条件下で, 微結晶を用いて結晶成長速度を増大させても純度低下は生じない.

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高効率で食塩製品を得るためには, 晶析装置内の懸濁密度を高くすることが望まれる. しかし, 高懸濁条件下では, 製品結晶数を決定する結晶核が過剰になり, 結晶粒径分布CSDに悪影響を及ぼす. そこで, 本研究では塩化ナトリウムー水系で, 微小結晶を効果的に抑制するために, 未飽和操作による溶解現象 (差し水添加) を検討し, CSDに与える影響について考察した. これは, 減圧蒸発晶析装置で蒸発する溶媒を一部還流させることを考慮した方法である. 回分式減圧蒸発晶析を行なった結果, 差し水を添加すると, 特に粒径150μm以下の結晶数が減少し, 平均粒径が大きくなることが分かった. また, 差し水添加回数が少ないほど, すなわち一回に添加する差し水量が多いほど差し水効果が大きくなることが分かった. また, 結晶の観察結果から, 発生する微小結晶の種類によって差し水の効果に違いがあることを明らかにした. この様に, 差し水の添加戦略を示すことができた.

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結晶成長速度を向上させるための基礎的検討として, 流動層型晶析装置を用いた結晶成長実験を行い, 母液中の懸濁微結晶数が塩化ナトリウム結晶の結晶成長速度におよぼす影響について検討した. 実験において, 成長による種晶の重量増加は結晶成長時間に比例した. その結晶重量の増加速度と過飽和度との比は母液中の懸濁微結品数と直線で近似できた. このことから, 重量基準の結晶成長速度は (dw/dt) av=(A+BN_fine) ΔCで表すことができた.
次に結晶成長速度の向上が結晶中の液泡量に与える影響を検討した. 各実験で得られた結晶の873Kおよび413Kにて乾燥させた場合の重量減少をそれぞれ測定し, 両者の差を液泡の水分と見なした. その結果, 液泡量への結晶成長速度向上の影響は小さいと考えられた.

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製塩工業における生産量は発生結晶数に左右される. しかし装置内の2次核発生や微結品の付着現象による数の減少と成長量への関与など現象が複雑で制御方法が確立されていない. そこで, 光センサーを用いた, 濁度の“その場測定システム”を製作し, NaClの蒸発晶析槽における, 本実験条件下での結晶核速度と蒸発速度の関係を求めた. 本システムは, 実操業での操作条件選定に有用であると考えられる.

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Nowadays various anthropogenic pollutants including endocrine disrupting chemicals (EDCs) are widely spread in natural water. Most of the major rivers being flowed through urban and industrial areas or agricultural land, and the closed coastal seawater area fed by these rivers have become highly contaminated with some man-made substances and their by-products. The appropriate assessment of environmental impacts for coastal organisms is, therefore, is required.
In order to understanding the effects of anthropogenic pollutants on fish and other organisms inhabiting coastal seawater areas, physiological, biochemical and immunological indicators were investigated. The major topics were the effects of deoxygenation, cement effluents, heavy metals and anthropogenic pollutants including EDCs.
Bacterial composition in sediment, δ¹³C and δ¹⁵N values of benthic organisms, O² consumption, renal erythropoietin and hepatic adenylate energy charge of fish were effective anoxic biomarkers. Hatching rate and the cough reaction frequency of fish were available as a biomarker of the pollution caused by cement effluents. Elemental compositions in the bioactive tissues of some organisms and the otoliths of fish were available for grasping of internal metal sequestration and its ecotoxicological relevance. As a mean of assessing anthropogenic pollution, it was advisable to investigate the relationship between hepatic microsomal cytochrome P-450 and brain acetylcholinesterase, or plasma total thyroxine or the phagicytic activity of granulocytes or gonad-somatic indices of flat fishes, for example, marbled sole.
There were also reported a few instance on environmental bioremediation through marine algae and bacteria.

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To avoid a food crisis caused by the population explosion, preservation of resources and the environment aswell as an increase in biological production in shallow seas are essential in Japan, which is surrounded by water.
However, since resources and the environment have been harmed by the ocean dumping of fly ash (FA) and clinker ash (CL), gravel extraction for aggregate and industrial by-product, we developed waste use-concrete-blocks containing these wastes for seaweedbeds. Then we investigated the preservation of resources and the environment and the increase of biological production in shallow seas using these beds to solve these problems.
In the first experiment, the durability and the strength of five mortar test pieces were measured to form a seaweedbed. The five test pieces were Plain (normal mortar), FA&CL, FA&CL+zeolite, FA&CL+molding sand and FA&CL+zeolite+molding sand. In the second experiment, harmful materials, extracted from FA&CLmortar test pieces by elution test were investigated to examine their influence on the marine environment and marine life.
Furthermore, to investigate how well aquatic life can growon the mortar test pieces, the mortar test pieces wereimmersed in seawater, and then biomass of biofilm was measured the quantityof ATP, chlorophyll a, and FDA decomposition activity.
The results of the first experiment showed that recycled waste-use-concrete containing FA, CL, molding sand and zeolite had sufficient strength for seaweed beds. The results of the second experiment showed that the test pieces were also safe forseaweed beds since there was hardly any trace of heavy metals or organic phosphorus detected. The results of last experiment were: (1) The quantity of ATP of three types of zeolite-molding sand system pieces (FA&CL+zeolite, FA&CL+molding sand and FA&CL+zeolite+molding sand) was almost equal to the Plain or larger than the Plain.(2) The quantity of chlorophyll a was FA&CL+molding sand>FA&CL+zeolite>FA&CL+zeolite+molding sand=FA&CL>Plain.(3) FAD decomposition activity was roughly the same as that of the Plain.
Based on the above fundamental results, three types of large tes tconcrete-blocks were prepared: plain (normal concrete), FA&CL (concrete containing FA and CL as aggregate) and FA&CL+Zeolite+Fe including molding sand (concrete contained FA, CL, Zeolite and Fe including molding sand). Five blocks of each type formed each unit, and then, they were sunk in the test sea area at a depth of 5min two layers.After that, four diving surveys were conducted over a period of one year and nine months. In this investigation, the Quadrate Method was employed to measure the amount of seaweed and the Line Transect Method was used toobserve the swarm characteristics.
In the results, the amount of seaweed on FA&CL+Zeolite+Fe including molding sand was equality or greater than that on the other two types of blocks. This means that aquatic life was able to suitably adhere and grow on the blocks containing FA&CL+Zeolite+Fe including molding sand. Furthermore, the amount of seaweed on the seaweed-bed was greater than thaton the adjacent seaweed-beds made of natural stones. As a result, the blocks made of FA&CL+Zeolite+Fe including molding sandaccelerate the formation of seaweed-beds, and therefore provide a good substrate for seaweed-beds.

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