JP2007061683A - 水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原水の凝集処理工程に鉱酸を全く添加することなく、又はその添加量を著しく少なくして、凝集処理を適正ｐＨ条件下で行うことができる水処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】原水としての工業用水に無機凝集剤を添加して凝集反応槽１で凝集処理した後、加圧浮上装置２及び二層濾過装置３で固液分離し、次いでカチオン交換塔４でカチオンを除去する。このカチオン交換塔４からの脱カチオン水を脱炭酸塔５で脱炭酸処理し、アニオン交換塔６でアニオンを除去して脱イオン水とする。カチオン交換塔４からの処理水は酸性水であるので、その一部を凝集反応槽１又は原水に添加して凝集反応槽１のｐＨを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下水、河川水、海水、工業用水、上水、半導体洗浄排水などの原水を処理する水処理方法及び装置に係り、特に原水を凝集処理すると共に、その後固液分離処理するようにした水処理方法及び装置に関する。

地下水、河川水、海水、工業用水、上水などの用水には、懸濁物質（ＳＳ）、コロイド、有機物などの不純物が含まれており、用水利用に際して、これらの不純物を除去する。

この除去方法として、無機凝集剤や有機凝集剤を用水に添加し、不純物を凝集し、１）沈降分離、２）加圧浮上や自然浮上などの浮上分離、３）砂濾過、二層濾過、膜濾過などの濾過などを、単独で、あるいは複数組み合わせる（例えば特開２００４−２５１０９号）。

図２は、工業用水を処理して脱イオン水を製造する従来フローの一例を示すものである。

工業用水は、凝集反応槽１に導入され、凝集処理された後、加圧浮上装置２及び二層濾過装置３により固液分離処理され、次いでカチオン交換塔（Ｈ１塔）４に導入されてカチオンが除去される。このカチオン交換塔４からの処理水は、脱炭酸塔５にて脱炭酸処理された後、アニオン交換塔（ＯＨ１塔）６にてアニオンが除去され、さらに第２カチオン交換塔（Ｈ２塔）４Ａ及び第２アニオン交換塔（ＯＨ２塔）塔６Ａを通して脱イオン水とされる。上記の凝集反応槽１には、ＰＡＣなどの無機凝集剤が添加されると共に、塩酸が添加されてｐＨ調整される。
特開２００４−２５１０９号

凝集処理では、薬品種類、薬品添加量、反応時間、ｐＨなどが、原水中の不純物を十分凝集させ、分離効率を高め、良好な処理水を得るために重要な条件となる。

凝集ｐＨの適正化のため、塩酸や硫酸などの無機酸、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどの無機アルカリが用水や凝集反応槽に添加される。

無機酸や無機アルカリで凝集ｐＨを適正化しない場合も多いが、こうした場合、凝集剤が実質的にｐＨ調整剤としての役割を兼ね過剰に注入されるケースが多く、ｐＨ条件は良好であっても、過剰な凝集剤により凝集フロックの分離操作からのリークで処理水質を低下させたり、また、発生する汚泥量を増加させたりする。

凝集処理のｐＨ制御に塩酸などの鉱酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリ、あるいは、凝集剤を使用すると、いずれにしても処理水中の塩分濃度が増加する。そのため、この処理水をイオン交換処理する脱イオン装置のイオン負荷が増加し、脱イオン装置の脱イオン効率が、原水のイオン組成から想定される脱イオン効率よりも低くならざるを得ない。具体的には、イオン交換樹脂装置の１サイクル当たりの採水量が、塩分増加に伴い低下する。この結果、イオン交換樹脂装置の採水当たりの再生剤量が増加し、経済性も低下する。

また、凝集処理水を逆浸透膜処理装置や電気再生式イオン交換処理装置で脱イオンする場合においても、塩分の増加は脱イオン処理水の水質を低下させたり、脱イオン処理の効率を低下させる。

本発明は、原水の凝集処理工程に鉱酸を全く添加することなく、又はその添加量を著しく少なくして、凝集処理を適正ｐＨ条件下で行うことができる水処理方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１の水処理方法は、原水に凝集剤を添加して凝集反応させる凝集処理工程と、該凝集処理工程からの水を固液分離する固液分離工程とを有する水処理方法において、原水、処理途中の水又は処理水を脱カチオン処理又は脱アニオン処理することにより生じた酸性水又はアルカリ性水を前記凝集処理工程に添加してｐＨ調整することを特徴とするものである。

請求項２の水処理方法は、請求項１において、前記凝集剤は無機凝集剤であることを特徴とするものである。

請求項３の水処理方法は、請求項１又は２において、前記固液分離工程の後にカチオン交換処理し、このカチオン交換処理により生じた酸性水の少なくとも一部を前記凝集処理工程に添加することを特徴とするものである。

請求項４の水処理方法は、請求項１又は２において、前記固液分離工程の後にカチオン交換処理し、次いで脱炭酸処理し、その後アニオン交換処理する方法であって、該カチオン交換処理水の一部を前記凝集処理工程に添加することを特徴とするものである。

請求項５の水処理方法は、請求項１又は２において、前記固液分離工程からの水の一部を処理水として取り出し、残部をカチオン交換処理して酸性水を生じさせ、この酸性水を前記凝集処理工程に添加することを特徴とするものである。

請求項６の水処理装置は、原水を凝集処理する凝集処理手段と、該凝集処理手段からの水を固液分離する固液分離手段とを有する水処理装置において、原水、処理途中の水又は処理水を脱カチオン処理又は脱アニオン処理することにより生じた酸性水又はアルカリ性水を前記凝集処理手段に添加する手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項７の水処理装置は、請求項６において、前記固液分離手段で固液分離処理された水をカチオン交換処理し、このカチオン交換処理により生じた酸性水の少なくとも一部を前記凝集処理手段に添加する手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項８の水処理装置は、請求項６において、前記固液分離手段で固液分離処理された水をカチオン交換手段でカチオン交換処理し、次いで前記脱炭酸手段で脱炭酸処理し、その後、アニオン交換手段でアニオン交換処理するよう構成されている水処理装置であって、該カチオン交換手段からのカチオン交換処理水の一部を前記凝集処理に添加する手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項９の水処理装置は、請求項６において、前記固液分離手段からの水の一部を処理水として取り出す手段と、残部をカチオン交換処理して酸性水を生じさせるカチオン交換手段と、該カチオン交換手段からの酸性水を前記凝集処理手段に添加する手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の水処理方法及び装置によると、原水、処理途中の水又は処理水を脱カチオン処理又は脱アニオン処理して酸性水又はアルカリ性水を生じさせ、この酸性水又はアルカリ性水を凝集工程でのｐＨ調整に用いるので、凝集工程でのｐＨ調整に塩酸等の鉱酸を用いることが不要となるか、又は鉱酸の添加量が著しく少なくて足りるようになる。

このため、処理系にカチオン及びアニオンの双方を除去するように脱イオン装置を設置した場合でも、脱イオン装置のイオン負荷が全く又は殆ど増加することがない。この結果、脱イオン装置の再生剤の使用量も全く又は殆ど増加しない。

なお、かかる脱イオン装置を設置しない場合でも、本発明によると、塩分濃度の低い処理水を得ることができる。この塩分濃度の低い処理水は洗浄用水等として好適である。

以下、図１を参照して実施の形態について説明する。

この実施の形態においても、図２のフローと同様に、原水としての工業用水に無機凝集剤を添加して凝集反応槽１で凝集処理した後、加圧浮上装置２及び二層濾過装置３で固液分離し、次いで第１カチオン交換塔（Ｈ１塔）４でカチオンを除去する。この第１カチオン交換塔（Ｈ１塔）４からの脱カチオン水を脱炭酸塔５で脱炭酸処理し、第１アニオン交換塔（ＯＨ１塔）６でアニオンを除去し、さらに第２カチオン交換塔（Ｈ２塔）４Ａ及び第２アニオン交換塔（ＯＨ２塔）６Ａを通して脱イオン水とする。

この実施の形態では、脱炭酸塔５として、充填材を充填した充填塔に散水し、気相部をエジェクタで減圧するようにした減圧脱気装置が用いられている。

ただし、脱炭酸塔５はこれ以外の構成のもの、例えば、膜式や加熱式のものを用いてもよい。

この実施の形態では、第１カチオン交換塔（Ｈ１塔）４からの脱カチオン水が酸性水となっているので、この酸性水の一部を配管７を介して凝集反応槽１に直接に添加するか又は原水に添加して凝集反応槽１に添加することにより、凝集反応槽１内のｐＨを調整する。

この第１カチオン交換塔（Ｈ１塔）４からの酸性水は、この凝集反応槽１内のｐＨをｐＨ計などで検知し、凝集処理に適したｐＨになるよう添加制御する。無機凝集剤がＰＡＣなどのアルミニウム塩の場合は、通常、ｐＨが５〜８となるように添加制御されるのが好ましい。

図２は本発明の別の実施の形態に係る水処理方法及び装置を示すフロー図である。

この実施の形態では、二層濾過装置３からの濾過水の一部を処理水として系外に取り出す。また、濾過水の残部を配管８を介してカチオン交換塔（Ｈ塔）４に導入し、カチオン交換処理して酸性水とし、この酸性水を配管９を介して凝集反応槽に直接に添加するか又は原水に添加して凝集反応槽１に添加することにより凝集反応槽１内のｐＨを制御する。図２のその他の部分は図１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

上記の無機凝集剤としては、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド、塩化アルミ、電解アルミ、塩化鉄、硫酸鉄などの無機凝集剤が好適である。

なお、カチオン交換塔４からの酸性水だけではｐＨ調整が不十分である場合には、塩酸などの鉱酸を併用してもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。例えば、凝集反応後の固液分離に膜分離装置を用いてもよい。また、図１では、固液分離処理水をまずカチオン交換処理した後、脱炭酸処理しているが、固液分離処理水を脱炭酸処理し、その後、カチオン交換処理及びアニオン交換処理してもよい。
酸性水又はアルカリ性水を生じさせるための脱カチオン処理又は脱アニオン処理には、電気透析装置や電気再生式イオン交換処理装置などの電気脱イオン装置などを用いてもよく、酸性水又はアルカリ性水を生じさせるタイプのＲＯ（逆浸透膜）装置を用いてもよい。

上記実施の形態では、カチオン交換処理により生じた酸性水を凝集反応槽１に添加しているが、凝集反応槽１のｐＨを例えば５〜８に保つのにアルカリ性水の添加が必要な場合には、アニオン交換処理をカチオン交換処理よりも先に行い、このアニオン交換処理により生じたアルカリ性水を凝集反応槽１に添加するようにしてもよい。

本発明では、原水や、処理途中の水を処理して酸性水又はアルカリ性水を生じさせ、この酸性水又はアルカリ性水を凝集反応槽１に添加するようにしてもよい。

水処理系に、活性炭吸着塔など他の水処理手段を設けてもよい。凝集剤として無機凝集剤と高分子凝集剤とを併用してもよい。

以下、実施例及び比較例について説明する。なお、この実施例及び比較例では、原水として、ｐＨ８．０５、電気伝導度１３．２ｍＳ／ｍ、全硬度５５ｍｇ
ａｓ ＣａＣＯ_３／Ｌ、Ｎａイオン１７ｍｇ ａｓ ＣａＣＯ_３／Ｌ、塩化物イオン９ｍｇ ａｓ ＣａＣＯ_３／Ｌ、硫酸イオン１２ｍｇ
ａｓ ＣａＣＯ_３／Ｌの工業用水を用いた。

説明の便宜上、まず比較例について説明する。

比較例１
図３に示すフローにて上記原水を処理した。

原水流量２００ｍ^３／ｈｒに無機凝集剤としてＰＡＣ４０ｍｇ／Ｌを添加し、凝集反応槽１（４０ｍ^３）に３５％塩酸を添加し、ｐＨ６．５になるよう調整した。凝集反応水は、加圧浮上槽２（８ｍφ）と２層濾過装置３（７ｍφ）で固液分離した。

その結果、濾過時間１０８秒、残留アルミ濃度２０μｇ／Ｌ以下の処理水が得られた。濾過時間の測定には、多孔性フィルタとしてφ４７ｍｍ、孔径０．４５μｍのＣＡ系ＭＦ膜を用い、検水１０００ｍＬの濾過時間を測定した。

塩酸添加量は、塩化物イオンとして１５ｍｇ ａｓ ＣａＣＯ_３／Ｌであった。

濾過水を原水として、ハイシリーズ（登録商標）式純水処置（セミ向流方式４床５塔）で純水を得た。カチオン交換塔（Ｈ１塔）４、カチオン交換塔（Ｈ２塔）４Ａにはゲル型強酸性カチオン交換樹脂を、それぞれ６．８ｍ^３、１．７ｍ^３充填した。アニオン交換塔（ＯＨ１塔）６、アニオン交換塔（ＯＨ２塔）６Ａにはポーラス型強塩基性アニオン交換樹脂をそれぞれ７．４ｍ^３、２．５ｍ^３充填した。純水装置のブレークポイントをアニオン交換塔（ＯＨ１塔）６出口の電気伝導度０．２ｍＳ／ｍとして純水を採水したところ、採水量は４，５００ｍ^３であった。

実施例１
図１のフローに従い、第１カチオン交換塔（Ｈ１塔）４の処理水の一部を配管７により原水に添加して凝集反応槽１のｐＨを比較例１と同じく６．５に調整した。配管７によるカチオン交換処理水の凝集反応槽１への添加量は、原水１ｍ^３当たり０．３５ｍ^３であった。なお、ｐＨ調整に塩酸等は全く添加しなかった。その他の条件は比較例１と同一とした。その結果、比較例１と同水質の処理水が得られた。

この実施例１によると、比較例１に比べ、アニオン交換塔６，６Ａへのアニオン負荷が２５％低減され、採水量は５，９５０ｍ^３と１．３３倍に増加した。

実施例のフロー図である。 実施例のフロー図である。 従来例のフロー図である。

符号の説明

１ 凝集反応槽
４，４Ａ カチオン交換塔
５ 脱炭酸塔
６，６Ａ アニオン交換塔

Claims (9)

1. 原水に凝集剤を添加して凝集反応させる凝集処理工程と、該凝集処理工程からの水を固液分離する固液分離工程とを有する水処理方法において、
   原水、処理途中の水又は処理水を脱カチオン処理又は脱アニオン処理することにより生じた酸性水又はアルカリ性水を前記凝集処理工程に添加してｐＨ調整することを特徴とする水処理方法。
2. 請求項１において、前記凝集剤は無機凝集剤であることを特徴とする水処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記固液分離工程の後にカチオン交換処理し、このカチオン交換処理により生じた酸性水の少なくとも一部を前記凝集処理工程に添加することを特徴とする水処理方法。
4. 請求項１又は２において、前記固液分離工程の後にカチオン交換処理し、次いで脱炭酸処理し、その後アニオン交換処理する方法であって、
   該カチオン交換処理水の一部を前記凝集処理工程に添加することを特徴とする水処理方法。
5. 請求項１又は２において、前記固液分離工程からの水の一部を処理水として取り出し、残部をカチオン交換処理して酸性水を生じさせ、この酸性水を前記凝集処理工程に添加することを特徴とする水処理方法。
6. 原水を凝集処理する凝集処理手段と、該凝集処理手段からの水を固液分離する固液分離手段とを有する水処理装置において、
   原水、処理途中の水又は処理水を脱カチオン処理又は脱アニオン処理することにより生じた酸性水又はアルカリ性水を前記凝集処理手段に添加する手段を備えたことを特徴とする水処理装置。
7. 請求項６において、前記固液分離手段で固液分離処理された水をカチオン交換処理し、このカチオン交換処理により生じた酸性水の少なくとも一部を前記凝集処理手段に添加する手段を備えたことを特徴とする水処理装置。
8. 請求項６において、前記固液分離手段で固液分離処理された水をカチオン交換手段でカチオン交換処理し、次いで前記脱炭酸手段で脱炭酸処理し、その後、アニオン交換手段でアニオン交換処理するよう構成されている水処理装置であって、
   該カチオン交換手段からのカチオン交換処理水の一部を前記凝集処理に添加する手段を備えたことを特徴とする水処理装置。
9. 請求項６において、前記固液分離手段からの水の一部を処理水として取り出す手段と、残部をカチオン交換処理して酸性水を生じさせるカチオン交換手段と、該カチオン交換手段からの酸性水を前記凝集処理手段に添加する手段とを備えたことを特徴とする水処理装置。

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