JP2004025027A - 逆浸透膜を用いた水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水系1から得られるブロー水3等の被処理水を酸性領域に調整した上で、逆浸透膜Rで処理する方法であって、少なくとも重金属及びヒドラジンが含まれる前記被処理水に対してキレート剤14を添加した後に、前記逆浸透膜Rに導入する工程を含む水処理方法等を提供する。酸性領域は、pH3〜6の範囲内が望ましく、逆浸透膜処理前に除濁工程を設けても良い。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜技術を用いた水処理方法に関する。詳細には、冷却水系の循環冷却水等の被処理水を、膜機能を劣化させることなく逆浸透膜処理し、回収、再利用する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
循環冷却水系においては、系内のスケール成分の濃縮によるスケール障害を防止するために冷却塔から系内の水をブロー水として排出し、このブロー水の量に見合う量の水を補給水として補給している。このブロー水は、循環冷却水系の6〜8倍の高濃縮運転により、硬度成分やシリカ等のスケール成分が既に析出限界にまで濃縮された水である。
【0003】
このため、前記ブロー水を回収し、冷却水として再利用することは困難であったが、近年、逆浸透膜技術を利用して脱塩処理し、回収、再利用する方法が、特開2002−18437号報等において提案されるようになった。
【0004】
ここで、循環冷却水系等の冷却水系には、該水系のスライム障害を防止することを目的として、必要量のヒドラジン(N2H2)が添加される場合がある。従来、このヒドラジンを含んだ被処理水(水系から逆浸透膜装置に導入される水、以下同様。)を逆浸透膜で処理しても、膜の脱塩性能には何ら悪影響を及ぼさないという認識が技術常識とされてきたので、ヒドラジンを含有する被処理水についても、他の被処理水同様に逆浸透膜処理が行われ、また、ヒドラジンは膜の殺菌剤としても用いられてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆浸透膜の脱塩性能低下が発生することが問題となっていたため、本願発明者らが、鋭意研究を重ねたところ、ヒドラジンを含有する被処理水が、重金属を含み、かつpHが酸性である場合には、意外にも逆浸透膜の脱塩性能が低下してしまうという事実を見出した。
【0006】
そこで、本発明は、水系から得られるヒドラジン含有被処理水を、脱塩性能を低下させることなく逆浸透膜処理できる水処理方法を提供することを主目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し、上記技術的課題を解決するために、本発明では、以下の水処理方法を提供する。
【0008】
まず、本願では、水系から得られる被処理水(冷却水に限定されない。)を酸性領域に調整した上で、逆浸透膜で処理する方法であって、少なくとも重金属及びヒドラジンが含まれる前記被処理水に対してキレート剤を添加した後に前記逆浸透膜に導入する工程を含むように工夫した水処理方法を提供する。なお、本水処理方法が適用される逆浸透膜の種類には、特に制限がなく、例えば、ポリアミド系膜、酢酸セルロース系膜等の中から、被処理水の種類に応じて適宜選択できる。
【0009】
この方法では、被処理水、とりわけ冷却水系の循環冷却水を適宜のpH調整手段によって酸性領域に調整し、具体的には、pH3〜6の範囲内、特に好適にはpH4.5〜5.5の範囲内に調整することによって、カルシウム及びシリカを含む被処理水を逆浸透膜処理した場合でも、該膜処理装置での炭酸カルシウムのスケール発生及びシリカによるスケール障害が防止され、長期にわたって安定した脱塩処理を行うことが可能となる。また、被処理水を酸性条件とすることによって、水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が凝集して比較的大きな粒子を形成するので、これらを膜ろ過により効率的に除去できる。
【0010】
被処理水を酸性領域に調整すると、前段落記載のような作用及び効果が得られるという利点があるが、該被処理水中に、重金属と水系のスケール防止剤又は/及び膜の殺菌剤として添加されたヒドラジンの双方が含まれている場合には、逆浸透膜による脱塩性能が低下することが、本願発明者らの研究によって新たに判明した。ヒドラジンは、強い還元作用を有するので、被処理水中の重金属イオンと反応して不安定化合物を形成するものと考えられ、これらの化合物が逆浸透膜を劣化させ、脱塩性能の低下を引き起こすものと予測される。
【0011】
そこで、本願で提供する水処理方法においては、逆浸透膜導入前の被処理水に対して、キレート剤を適宜の薬注装置を介して添加するように工夫する。キレート剤は、被処理水に含まれている重金属イオンとキレート結合し、非常に安定なイオン形態を形成し、ヒドラジンと重金属イオンとの反応を妨害するという作用を発揮するので、前段落記載の不安定化合物による膜性能劣化を未然に防止することができる。
【0012】
キレート剤としては、前記イオン形態を形成し得るものであれば採用でき、例えば、ホスホン酸やヘキサメタリン酸等のポリリン酸塩、クエン酸やエチレンジアミン四酢酸塩等の有機酸塩、ポリアクリル酸やポリマレイン酸等の水溶性高分子等から適宜選択することができる。
【0013】
次に、本願で提供する水処理方法では、逆浸透膜処理前に除濁工程、即ち被処理水中のSS化した重金属を含む懸濁成分を除去する工程を設けるように工夫する。
【0014】
この工夫によれば、キレート剤添加による膜性能劣化防止効果に加えて、膜の目詰まりが有効に防止されるので、逆浸透膜処理工程を効率よく行うことができるという効果が得られる。
【0015】
上記した水処理方法は、酸性であって、かつ少なくとも重金属及びヒドラジンが含まれる被処理水に対して、キレート剤を添加することによって逆浸透膜の劣化を防止する方法に基づいている。
【0016】
以上のように、本発明は、水系から得られるヒドラジン含有被処理水を、脱塩性能を低下させることなく逆浸透膜処理できる水処理方法及び前記被処理水を扱う場合における逆浸透膜の劣化防止方法を提供するという技術的意義を有している。
【0017】
以下、図1に基づいて、本発明に係る水処理方法の好適な実施形態について説明する。図1は、本水処理方法の主要工程を簡略に示す系統図である。
【0018】
図1中の符号1は、循環冷却水系等の水系(例えば、冷却塔)を簡略に表しており、該水系に通水される冷却水等の水には、該水系のスライム防止を目的として、ヒドラジン2が必要量添加される。従って、水系1からのブロー水3には、ヒドラジン2が含有されており、また、該ブロー水3には、熱交換器等由来の銅、鉄などの重金属が含まれている。
【0019】
水系1からのブロー水3は、ストレーナ4で除塵された後に、スライム防止剤5とpH調整のための塩酸等の酸6が添加されて、脱炭酸塔8において脱炭酸処理される。なお、符号7は、脱炭酸塔入り口に設けられたpH計であり、V1〜V5は、それぞれの箇所に設けられた開閉弁を表している。
【0020】
前記脱炭酸塔8においては、ブロー水3中に含まれる炭酸イオン(CO3 2−)を炭酸ガスに変換して効率よく除去することによって、後続の逆浸透膜Rでの前記炭酸成分に起因するスケール障害を有効に防止するとともに、処理水Tの水質を向上させることができる。
【0021】
脱炭酸塔8からの流出水9は、ポンプP1によって、MF(精密濾過)膜、UF(限外濾過)膜、カートリッジフィルタ等の膜濾過手段を備える除濁装置10に導入されることによって、水中のSS(懸濁物質)を除去する(除濁工程)。これにより、後続の逆浸透膜Rにおける膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去されるので、逆浸透膜Rへの通水が安定的に行われるようになる。
【0022】
ここで、前記除濁工程は、被処理水中のSSが少ない場合には、省略することが可能であるが、逆浸透膜処理を継続安定して行うには、該工程を積極的に行う方が望ましい。この除濁工程は、逆浸透膜処理工程の前段工程において行えば良いのであって、図1の配置構成に限定されない。例えば、脱炭酸塔8の前であってもよい。
【0023】
図1に示す除濁装置10からの濃縮水11は、再び脱炭酸塔8に返送され、一方、除濁装置10からの透過水12には、pH調整剤13とキレート剤14が添加された後に、中間給水槽15に導入される。なお、pH調整剤13とキレート剤14は、中間給水槽15に直接添加してもよい。
【0024】
ここで、中間給水槽15に一旦貯留される被処理水16のpH調整は、該被処理水16に含まれるカルシウムやシリカによる逆浸透膜Rのスケール障害を防止するために、pH3〜6、好ましくはpH4.5〜5.5の範囲に収まるように行う。脱炭酸処理された被処理水16は、脱炭酸処理前に比較してpHが変動するので、pH調整剤13として、塩酸、硫酸、硝酸等の酸やNaOH、KOH等のアルカリを用いて、前記範囲のpHに調整する。なお、このpH調整において、過度にpHが低いと、機器や配管の腐食の原因となるので、前記範囲に調整するのが好ましい。
【0025】
キレート剤14は、透過水12に含まれている銅や鉄等の重金属イオンとキレート結合し、非常に安定なイオン形態を形成することによって、水系1へ添加されたスケール防止剤又は逆浸透膜R等の殺菌剤として添加されたヒドラジンと前記重金属イオンとの反応を妨害するという作用を発揮する。この作用によって、重金属とヒドラジンの反応による不安定化合物生成を有効に妨害できるので、該不安定化合物によって起こると考えられる逆浸透膜Rの劣化を確実に防止できる。
【0026】
キレート剤14としては、例えば、ホスホン酸やヘキサメタリン酸等のポリリン酸塩、クエン酸やエチレンジアミン四酢酸塩等の有機酸塩、ポリアクリル酸やポリマレイン酸等の水溶性高分子等から適宜選択することができる。
【0027】
なお、pH調整剤13,キレート剤14に加えて、逆浸透膜Rのスケール発生を防止するために、ホスホン酸系、ポリリン酸系、ポリアクリル酸系、ポリアクリルアミド系等のスケール防止剤を添加してもよい。有機系のスケール防止剤は、逆浸透膜Rでのファウリングの原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤が好適に採用できる。
【0028】
pHが上記範囲内に調整され、かつキレート剤14が添加された被処理水16は、中間給水槽15からポンプP2によって逆浸透膜Rに導入されて、継続安定な脱塩処理が施された後、濃縮水17と処理水(透過水)Tとして、それぞれ系外に排出される。なお、符号18は、中間給水槽16に付設されたpH計、符号19は、レベルスイッチである。
【0029】
ここで、逆浸透膜Rの種類には、特に制限がなく、被処理水16の水質いよって適宜決定することができるが、脱塩率については85%以上、特に好適には90%以上のものを採用することが望ましい。脱塩率が前記数値よりも低いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水Tが得られないからである。
【0030】
なお、上記した本発明に係る水処理方法は、冷却水系からのブロー水3に限らず、例えば、循環冷却水系の循環配管から循環冷却水の一部又は全部を引き抜いて、本発明方法で処理した後、再び循環冷却水系に戻すように工夫することもできる。また、本発明方法は、冷却水に限らず、自然水、河川水、井水、市水、工水等にも適用することができる。
【0031】
【実施例】
以下、本発明の実施例及びその比較例について説明する。
【0032】
水道水に塩酸を加え、pHを4〜6に調整した水を限外ろ過膜でろ過し、そのろ過水に硫酸銅溶液を添加し、逆浸透膜に供給される被処理水の銅濃度を0.2〜0.3mg/Lになるように調整した。更に、この水にヒドラジンを5mg/Lになるように添加した後、逆浸透膜に供給した。なお、逆浸透膜には、日東電工製NTR759HRを採用し、運転圧力0.6MPa、回収率67%の条件で通水した。
【0033】
<実施例>
逆浸透膜装置に対する被処理水の給水槽にキレート剤(ヘキサメタリン酸ナトリウム)を3mg/L添加し、該給水槽から供給される被処理水を逆浸透膜処理した。その結果を、図2に示す。
【0034】
図2に示されているように、本実施例では、脱塩率が94〜96%の高いレベルで維持され続け、200日を経過した段階でも、脱塩率が95%前後に維持されたので、被処理水を安定して、逆浸透膜に通水することができた。また、運転差圧は、通水開始直後の0.6MPaから変化することなく、安定していた。
【0035】
<比較例>
キレート剤を全く添加しなかった以外は、前記実施例と同条件で逆浸透膜処理を行った。その結果を図3に示す。
【0036】
図3に示されているように、本比較例における脱塩率は、通水開始直後は、実施例と略同様のレベルであったが、80日経過後から脱塩率が顕著に低下し始め、130日目には、脱塩率は30%まで低下した。
【0037】
以上説明した実施例、比較例から、被処理水が酸性であって、重金属を含む場合においては、キレート剤が逆浸透膜の劣化防止に有効に作用し、高い脱塩率を長期にわたって維持できることがわかる。
【0038】
【発明の効果】
本発明に係る水処理方法によれば、まず第1に、被処理水を適宜のpH調整手段によって所定範囲の酸性領域に調整することによって、カルシウム及びシリカを含む被処理水を逆浸透膜処理した場合でも、該膜処理装置での炭酸カルシウムのスケール発生及びシリカによるスケール障害が防止できるので、長期にわたって安定した脱塩処理を行うことが可能となる。また、被処理水を酸性条件とすることによって、水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が凝集して比較的大きな粒子を形成するので、これらを膜ろ過により効率的に除去できる。
【0039】
第2には、被処理水中に重金属とヒドラジンの双方が含まれている場合では、ヒドラジンが被処理水中の重金属イオンと反応して不安定化合物を形成し、この不安定化合物が逆浸透膜を劣化させ、脱塩性能の低下を引き起こすという新しい知見に基づいて、逆浸透膜導入前の被処理水にキレート剤を添加するように工夫をしたことによって、該キレート剤は、重金属イオンとキレート結合して非常に安定なイオン形態を形成し、ヒドラジンと重金属イオンとの反応を妨害するので、前記不安定化合物による膜性能劣化を未然に防止することができるようになる。
【0040】
第3には、本願で提供する水処理方法において、逆浸透膜処理前に除濁工程を設けるように工夫したことによって、キレート剤添加による膜性能劣化防止効果に加えて、膜の目詰まりや膜汚染を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水処理方法の主要工程を簡略に示す系統図
【図2】実施例の結果を示す図(グラフ)
【図3】比較例の結果を示す図(グラフ)
【符号の説明】
1 水系
2 ヒドラジン
3 ブロー水
4 ストレーナ
8 脱炭酸塔
10 除濁装置
13 pH調整剤
14 キレート剤
15 中間給水槽
16 被処理水
R 逆浸透膜
T 処理水
Claims (5)
- 水系から得られる被処理水を酸性領域に調整した上で、逆浸透膜で処理する方法であって、少なくとも重金属及びヒドラジンが含まれる前記被処理水に対してキレート剤を添加した後に前記逆浸透膜に導入する工程を含むことを特徴とする水処理方法。
- 前記酸性領域は、pH3〜6の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
- 前記ヒドラジンは、水系のスライム障害防止剤又は/及び逆浸透膜の殺菌剤として、前記被処理水に添加されたものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水処理方法。
- 逆浸透膜処理前に除濁工程が設けられたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の水処理方法。
- 前記被処理水は、冷却水系の循環冷却水であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の水処理方法。
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WO2006009185A1 (ja) * | 2004-07-16 | 2006-01-26 | Kurita Water Industries Ltd. | シリカ除去装置及びシリカ除去方法 |
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- 2002-06-25 JP JP2002184465A patent/JP3729260B2/ja not_active Expired - Fee Related
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