JP2011131114A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
塩水を逆浸透膜処理する水処理装置のアルカリ液注入部において、塩水とアルカリ液の接触による析出を防止する。
【解決手段】
塩水を逆浸透膜処理する水処理装置であって、高圧ポンプへ至る前のアルカリ液注入点において塩水にアルカリ液を注入するアルカリ液注入手段を有し、かつ、アルカリ液注入手段が、（ａ）一端がアルカリ液送液装置に結合し、他端がアルカリ液注入点において塩水供給管路に結合されたアルカリ液注入管路、（ｂ）一端が淡水送液装置に結合し、他端が淡水注入点においてアルカリ液注入管路に結合された淡水注入管路、（ｃ）アルカリ液注入管路上であって、かつ、淡水注入点の上流に設けられたアルカリ液注入弁、（ｄ）淡水注入管路上に設けられた淡水注入弁、を含む水処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塩水を逆浸透膜処理する水処理装置において、当該水処理装置へのアルカリ液の注入方法に特徴を有する水処理装置に関するものである。

塩水の水処理装置としては、逆浸透膜法による海水淡水化装置及びかん水淡水化装置、精密ろ過膜、限外ろ過膜、砂ろ過若しくは凝集沈殿法を用いた塩水ろ過装置などがある。これら淡水化装置やろ過装置では、殺菌、洗浄及びpH調整などの目的で、アルカリ液を間欠的若しくは連続的に注入することがある。

精密ろ過膜、限外ろ過膜、砂ろ過若しくは凝集沈殿法を用いた塩水ろ過装置では、次亜塩素酸ナトリウムやクロラミン等の殺菌剤を、原水中若しくは逆洗水に連続的若しくは間欠的に注入し、殺菌や洗浄を行う。

逆浸透膜法による海水淡水化装置及びかん水淡水化装置では、逆浸透膜の透過性、分離性の低下を防ぐために、通常、海水やかん水を逆浸透膜に供給する前に、砂ろ過、凝集沈殿、加圧浮上、精密ろ過膜と限外ろ過膜のろ過などの方法を用いて前処理を行う上で、殺菌、洗浄を目的として次亜塩素酸ナトリウムやクロラミン等の殺菌剤を注入するとともに、pH調整を目的として苛性ソーダを連続的に注入することがある。

このとき、高濃度のアルカリ液と塩水が接触すると、塩水中に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンがアルカリ液の塩基と結合し、析出物が発生しやすくなることが知られている。特に、アルカリ液を連続的に注入している塩水の水処理装置を停止した際に、若しくはアルカリ液を間欠的に注入している塩水の水処理装置においてアルカリ液の注入を停止した際に、注入ノズルに塩水が流入し、高濃度のアルカリ液と塩水が接触することによって注入ノズルやアルカリ液の注入管路内で塩が析出する問題があった。塩水が海水である場合は、pHが８を超えると炭酸カルシウムが析出しやすくなることが知られている。析出が発生すると、アルカリ液の注入量が変化し、ひどい場合は注入ノズルが閉塞しアルカリ液が注入できなくなることがある。そのため、定期的に装置を停止し、注入部を解体して洗浄する必要があった。

このアルカリ液注入ラインへの塩水の逆流を防ぐため様々な方法が採られており、最も一般的に採用されている方法として、アルカリ液注入管路の注入部直近に逆止弁を設け、塩水の逆流を防止する手段が採られるが、注入部から逆止弁までの間には塩水が混入しアルカリ液と混和して析出するため、本質的な解決には至っていない。

この他、特許文献１では、装置停止時にアルカリ液注入部にエアを吹き込み、アルカリ液及び海水をエアで置換する方法を提案している。この方法ではアルカリ液と海水の直接接触を防げることから析出の発生は防ぐことができるが、エアが海水配管に流入する問題が新たに発生する。特に海水淡水化装置では、塩水管路中に空気が混入すると、ポンプ起動時にキャビテーションを発生したり、逆浸透膜に気泡による傷が発生したりする恐れがあるため、できるだけ空気の混入は避ける必要がある。

また、特許文献２では、アルカリ溶液を注入する海水又はかん水配管の上流側に酸溶液を定期的に注入する方法を提案している。この方法によれば、注入ノズル周辺に析出したスケールを再溶解して除去することが可能であるが、注入ノズルやアルカリ溶液注入配管内に析出したスケールは除去することができない。

この他、特許文献３では、アルカリ溶液の代替として、過酸化水素水を添加する方法を提案している。この方法によれば、過酸化水素水によるスケールは発生しないため、スケール除去やスケール付着防止策は不要となるが、使用できる薬品が限られるという不利益の他、pH調整用のアルカリは使用することができない。

特開２００３−２５１３３５号公報 特開２００７−９８３２１号公報 特開２００９−１４８６６７号公報

本発明は、塩水を逆浸透膜処理する水処理装置のアルカリ液注入部において、塩水とアルカリ液の接触による析出を防止することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、次の特徴を有するものである。すなわち、塩水を逆浸透膜処理する水処理装置であって、高圧ポンプへ至る前のアルカリ液注入点において塩水にアルカリ液を注入するアルカリ液注入手段を有し、かつ、アルカリ液注入手段が、（ａ）一端がアルカリ液送液装置に結合し、他端がアルカリ液注入点において塩水供給管路に結合されたアルカリ液注入管路、（ｂ）一端が淡水送液装置に結合し、他端が淡水注入点においてアルカリ液注入管路に結合された淡水注入管路、（ｃ）アルカリ液注入管路上であって、かつ、淡水注入点の上流に設けられたアルカリ液注入弁、（ｄ）淡水注入管路上に設けられた淡水注入弁、を含む水処理装置、である。

本発明によれば、アルカリ液注入部を有する塩水を逆浸透膜処理する水処理装置において、アルカリ液注入管路に淡水を流入させることによって、アルカリ液を塩水の析出限界以下の濃度に希釈することができ、高濃度アルカリ液と塩水との直接接触を防止し、スケール析出の発生を防ぐことができる。

図１は、本発明の水処理装置のアルカリ液注入部周辺を示す実施例に係るフローチャートである。 図２は、従来法の水処理装置のアルカリ液注入部周辺を示す比較例に係るフローチャートである。

本発明の実施形態を説明するために、まず、従来法の塩水の水処理装置におけるアルカリ液の注入方法を比較例として、図２を以て説明する。

塩水の水処理装置としては、逆浸透膜法による海水淡水化装置及びかん水淡水化装置、精密ろ過膜、限外ろ過膜、砂ろ過若しくは凝集沈殿法を用いた塩水ろ過装置などがある。図２はこれら塩水の水処理装置のアルカリ液注入部周辺を示したものである。アルカリ液注入部周辺は主に、一端がアルカリ液送液装置に結合し、他端はアルカリ液注入点３において塩水供給管路４に接続したアルカリ液注入管路５、塩水の水処理装置の一部であって塩水が通過する塩水供給管路４、アルカリ液注入管路５上にあるアルカリ液注入弁８からなる。

図２におけるアルカリ液を塩水に注入するフローは典型的には次に述べるとおりである。塩水供給ユニットから導入された塩水が塩水供給管路４に流入し、アルカリ液注入点３よりアルカリ液が注入される。アルカリ液送液装置から導入されたアルカリ液は、アルカリ液注入管路５を介してアルカリ液注入点３より塩水中に注入される。アルカリ液注入管路５上にはアルカリ液注入弁８があり、アルカリ液の逆流を防止するとともに塩水がアルカリ液注入管路５に流入するのを防止する。

本発明で言う塩水とは、塩分を含む水の総称であり、塩素イオン濃度が300から15,000mg/l程度の一般的にかん水と呼称する比較的低濃度の塩水や、塩素イオン濃度が15,000から40,000mg/l程度の一般的に海水と呼称する比較的高濃度の塩水などを指す。

なお、塩水として、砂ろ過、凝集沈殿、加圧浮上、精密ろ過膜と限外ろ過膜のろ過などの方法を用いて前処理した塩水を使用することもできる。

ここで、塩水供給管路４としては、塩水による腐食に対する耐性を持ち、かつアルカリ液に対しても耐食性を有する材料とすることが好ましい。具体的には各種ステンレス鋼がある。ステンレス鋼は耐塩水耐食性を向上させるために鉄にクロム、ニッケル、モリブデン、窒素、銅などを含ませた合金鋼であり、その金属組織によりオーステナイト系（例えば304、304L、316、316L、317、317L、904L）とオーステナイト・フェライト系（例えば254SMO 、2205、2507、Zeron100、329）があり、本発明においてはこれらのどのステンレス合金鋼を使用してもよい。また、各種のプラスチック材を使用することもできる。プラスチック材には耐塩水腐食性を持つポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステルや、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン重合体等のフッ素樹脂があり、本発明においてはこれらのどのプラスチック材を使用してもよい。また、先述のプラスチック材を、塩水と鋼管が直接接触しないよう鋼管内面にライニング若しくはコーティングしたライニング鋼管を使用してもよい。

アルカリ液としては、次亜塩素酸ナトリウムやクロラミン等の殺菌剤、苛性ソーダの他、消石灰、ソーダ灰、重曹等のpH調整剤が使用できる。なお、塩化臭素、二酸化塩素、オゾン、エタノール、過酸化水素水等の殺菌剤も併せて使用することができる。

アルカリ液送液装置は、アルカリ液を貯蔵するタンク及び送液に必要な圧力を昇圧するポンプからなる。アルカリ液の原料が紛体又は固形物の場合は、タンクに溶解させるための攪拌機能を有しても良い。ポンプにはアルカリ液が取り扱える耐食性を有していれば形式にはこだわらず、ダイアフラム式ポンプの他、電磁式注入ポンプ、渦巻き式ポンプ、容積式ポンプ等を用いても良い。

アルカリ液注入管路５としては、アルカリ液に対する耐食性を有していれば材質にはこだわらず、先述の塩水供給管路４の材料として記載したステンレス鋼やプラスチック材を用いることができる。

アルカリ液注入弁８は、アルカリ液の逆流を防止するために設ける。図２では逆止弁として記載したが、型式としてはボール弁、バタフライ弁、グローブ弁、ダイアフラム弁としても良いし、これらの弁を併用しても良い。アルカリ液注入弁或いは併用する弁として、ある程度のアルカリ液注入圧力を維持するために背圧弁を使用することもできる。また、アルカリ液注入弁はアルカリ液の注入量を制御するために使用してもよく、その場合はニードル弁やグローブ弁とすることが好ましい。アルカリ液注入弁８は手動弁だけでなく、遠隔操作若しくは現地盤から操作できる自動弁としても良いし、前述の弁と併用しても良い。また、アルカリ液の過剰注入や、水処理装置の停止時に意図しないアルカリ液の流入等を防止する手段が他にある場合は、アルカリ液注入弁８を使用しなくても良い。例えばアルカリ液送液装置のポンプに逆流防止機能を有している場合などである。アルカリ液注入弁８の設置位置は、水処理装置が停止したときに塩水がアルカリ液注入管路５に流入しないよう、できるだけアルカリ液注入点３近傍が好ましいが、アルカリ液注入装置直近としても良い。

アルカリ液注入点３としては、アルカリ液と塩水との混和が期待できる形状であれば如何なる注入方法を用いても良いが、アルカリ液と塩水の混和を速やかに行うため、注入ノズルを用いて塩水供給管路４断面の中心近傍にアルカリ液を注入することが好ましい。

本発明では、図１に示す実施形態（実施例）のように、淡水供給装置から流入する淡水を淡水注入点６においてアルカリ液注入管路５に接続することを特徴とする。このような構成とすることにより、水処理装置が停止した際に、アルカリ液注入弁８より下流のアルカリ液注入管路５に残留したアルカリ液を淡水で置換することができ、塩水の流入によるスケール析出の発生を防止し、アルカリ液注入部及びアルカリ液注入管路の閉塞及び狭窄を防止することができる。アルカリ液注入後の塩水は、高圧ポンプ２により昇圧され逆浸透膜モジュール１に供給される。

なお、本発明の淡水を注入する方法は、逆浸透膜処理される場合に限られず、砂ろ過、凝集沈殿、加圧浮上、精密ろ過膜や限外ろ過膜による処理を行う場合においても適用可能である。

ここで、逆浸透膜モジュール１とは、供給液の一部の成分、例えば水を透過させイオンや塩類など他の成分を透過させない半透性膜を中に組み込んだモジュールである。逆浸透膜の素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材が使用できる。膜形態には中空糸膜、平膜などがある。

高圧ポンプ２とは、様々な形式があるが、本発明においては目的の圧力と流量を得られるものであれば特に形式を限定するものではなく、例えばプランジャーポンプのようなピストンタイプのポンプ、渦巻ポンプ、遠心ポンプ、多段遠心ポンプなどを適宜目的に応じて用いることができる。

図１の実施形態では、淡水送液装置に接続した淡水注入管路７を淡水注入点６においてアルカリ液注入管路５に接続すると共に、アルカリ液注入管路５上であって且つ淡水注入管路７との淡水注入点６の上流にアルカリ液注入弁８を設け、且つ淡水注入管路７上に淡水注入弁９を設けることにより、アルカリ液注入時はアルカリ液注入弁８を開放し且つ淡水注入弁９を閉止することによって良好にアルカリ液を塩水に注入することができ、水処理装置が停止した場合や、アルカリ液の間欠注入を停止した場合はアルカリ液注入弁８を閉止し、且つ淡水注入弁９を開放することにより、アルカリ液注入弁８より下流のアルカリ液注入管路５中に残存したアルカリ液によりスケールを析出させることなく、アルカリ液を析出限界以下の濃度に希釈させることができる。

ここで、アルカリ液注入弁８及び淡水注入弁９は、アルカリ液及び淡水の注入及び停止を切り替えられる機能を有すれば良く、弁形式にこだわる必要は無い。即ち、前述の従来法で使用できるアルカリ注入弁と同じ弁を使用することができる。

淡水については、アルカリ液原液と接触してもスケール析出の発生しない水であればいずれを使用しても良く、逆浸透膜処理により得られた透過水や飲料水（市水）等が好ましい。淡水注入管路７としては、淡水に対する耐食性を有していれば材質は限定されず、先述の塩水供給管路４の材料として記載したステンレス鋼やプラスチック材を用いることができる。

淡水注入点６としては、淡水によるアルカリ液の希釈が期待できる形状であれば如何なる注入方法を用いても良く、一般的に25A以下の小口径配管を用いることが多いことから、Ｔ字継ぎ手としても良いし、注入ノズルを用いてアルカリ液注入管路５断面の中心近傍に淡水を注入できるようにしても良い。

１：逆浸透膜モジュール
２：高圧ポンプ
３：アルカリ液注入点
４：塩水供給管路
５：アルカリ液注入管路
６：淡水注入点
７：淡水注入管路
８：アルカリ液注入弁
９：淡水注入弁

Claims (1)

1. 塩水を逆浸透膜処理する水処理装置であって、高圧ポンプへ至る前のアルカリ液注入点において塩水にアルカリ液を注入するアルカリ液注入手段を有し、かつ、アルカリ液注入手段が、
   （ａ）一端がアルカリ液送液装置に結合し、他端がアルカリ液注入点において塩水供給管路に結合されたアルカリ液注入管路、
   （ｂ）一端が淡水送液装置に結合し、他端が淡水注入点においてアルカリ液注入管路に結合された淡水注入管路、
   （ｃ）アルカリ液注入管路上であって、かつ、淡水注入点の上流に設けられたアルカリ液注入弁、
   （ｄ）淡水注入管路上に設けられた淡水注入弁、を含む水処理装置。

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