JP2011147840A - 水処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】システムを簡素化することができると共に、ランニングコストを低減することができる水処理システムを提供する。
【解決手段】地下水W1を嫌気状態で流通させる第1流通ラインL1と、地下水W1を陽イオン交換体3に導入して処理水W2を製造する陽イオン交換装置2と、処理水W2を嫌気状態で流通させる第2流通ラインL2と、処理水W2を嫌気状態で貯留する処理水貯留タンク6と、処理水W2を嫌気状態で被供給装置7に流通させる第3流通ラインL3とを備え、地下水W1及び処理水W2について、pH値を5から9の範囲かつ酸化還元電位を次式で求められるE1からE2の範囲に維持する。
E1[V]=−0.059×pH値
E2[V]=0.7−0.059×pH値
【選択図】図1

Description

本発明は、ボイラ等に供給する地下水を前処理する水処理システムに関する。
従来より、地下水等の原水に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンを、いわゆる接触酸化法によって除去する水処理システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−239361号公報
しかし、上記特許文献に記載の水処理システムは、原水中に含まれる溶存鉄及び溶存マンガンの除去に、薬剤(例えば、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤)を使用する必要がある。そのため、システムが複雑化すると共に、ランニングコストが増加していた。また、原水中にアンモニア性窒素を多く含有する場合には、塩素剤との反応によりクロラミンを生成し、必要な塩素剤量が更に増加していた。加えて、塩素剤の使用により、副生成物(例えば、発癌性のあるトリハロメタン)の生成が問題視される場合もあった。
本発明は、システムを簡素化することができると共に、ランニングコストを低減することができる水処理システムを提供することを目的とする。
本発明は、地下水を空気と実質的に接触させることなく下流側に流通させる第1流通ラインと、前記第1流通ラインの下流側の端部に接続され、該第1流通ラインを流通する地下水を陽イオン交換体に導入してイオン交換処理することにより処理水を製造するイオン交換装置と、上流側の端部が前記イオン交換装置に接続され、処理水を空気と実質的に接触させることなく下流側に流通させる第2流通ラインと、前記第2流通ラインの下流側の端部に接続され、処理水を空気と実質的に接触させることなく貯留する処理水貯留タンクと、前記処理水貯留タンクに貯留された処理水を空気と実質的に接触させることなく被供給装置に流通させる第3流通ラインと、を備え、前記第1流通ラインを流通する地下水、前記第2流通ラインを流通する処理水、前記処理水貯留タンクに貯留される処理水及び前記第3流通ラインを流通する処理水について、pH値を5から9の範囲、かつ、酸化還元電位を次式で求められるE1からE2の範囲に維持する水処理システムに関する。
E1[V]=−0.059×pH値
E2[V]=0.7−0.059×pH値
また、前記陽イオン交換体は、強酸性陽イオン交換樹脂からなることが好ましい。
また、前記陽イオン交換体は、ゼオライトからなることが好ましい。
また、前記イオン交換装置は、地下水又は処理水によって希釈可能な再生剤溶液を前記陽イオン交換体に供給する再生剤供給装置と、前記再生剤溶液を希釈する地下水若しくは処理水に還元剤を添加し、又は前記再生剤溶液に還元剤を添加する還元剤添加装置と、を備えることが好ましい。
また、前記第2流通ラインに、処理水をナノ濾過膜により膜分離する膜分離装置を備え、前記ナノ濾過膜は、溶存シリカの除去率が1から10%、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が40から60%であることが好ましい。
また、前記第2流通ラインに、処理水を逆浸透膜により膜分離する膜分離装置を備え、
前記逆浸透膜は、溶存シリカの除去率が90%以上、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が90%以上であることが好ましい。
本発明によれば、システムを簡素化することができると共に、ランニングコストを低減することができる水処理システムを提供することができる。
本発明の第1実施形態の水処理システム1を示す構成図である。 本発明の第2実施形態の水処理システム1Aを示す構成図である。 本発明の第3実施形態の水処理システム1Bを示す構成図である。
〔第1実施形態〕
以下に、本発明の第1実施形態について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態の水処理システム1を示す構成図である。
図1に示すように、水処理システム1は、ボイラ7に供給する地下水W1を前処理するものである。この地下水W1は、例えば、通常の水質を有する井戸水等の地下水である。具体的には、地下水W1は、そのpH値が5から9の範囲にあり、かつ、酸化還元電位(ORP値)が次式(1)及び(2)で求められるE1からE2の範囲にある。
E1[V]=−0.059×pH値 … (1)
E2[V]=0.7−0.059×pH値 … (2)
図1に示すように、水処理システム1は、地下水W1を流通させる第1流通ラインL1と、処理水(軟化水)W2を製造する陽イオン交換装置2と、処理水W2を下流側に流通させる第2流通ラインL2と、処理水W2を貯留する処理水貯留タンク6と、処理水W2を被供給装置としてのボイラ7に流通させる第3流通ラインL3と、を主体に構成されている。
なお、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
第1流通ラインL1は、ポンプ等(図示せず)によって地下から汲み上げられた地下水W1を、空気(特に、酸素)と実質的に接触させることなく下流側の陽イオン交換装置2に流通させる。
ここで、「空気と実質的に接触させることなく」とは、「嫌気状態をほぼ保ったまま」の趣旨である。この趣旨は、後述する第2流通ラインL2、処理水貯留タンク6及び第3流通ラインL3についても同様である。
陽イオン交換装置2は、第1流通ラインL1の下流側端部に接続されている。陽イオン交換装置2は、陽イオン交換体3と、再生剤供給装置4と、還元剤添加装置5と、コントロールバルブ(図示せず)と、を有する。具体的には、陽イオン交換体3は、ナトリウム型の陽イオン交換体であり、強酸性陽イオン交換樹脂からなる。
陽イオン交換装置2は、第1流通ラインL1を流通する地下水W1を、この陽イオン交換体3に導入してイオン交換処理することにより、溶存鉄、溶存マンガン、硬度成分及びアンモニア性窒素等の陽イオンが除去された処理水W2(軟化水)を製造する。
コントロールバルブは、陽イオン交換装置2の内部に設けられ、陽イオン交換装置2を流通する流体(地下水W1、処理水W2及び再生剤溶液(後述)等)の流路を制御するものである。
陽イオン交換装置2は、このコントロールバルブを作動させ、再生剤溶液を地下水W1によって希釈可能に構成されている。具体的には、陽イオン交換装置2は、地下水W1及び再生剤溶液(後述)をコントロールバルブ内に導入して混合するように構成されている。これにより、再生剤溶液は、コントロールバルブ内において、空気と実質的に接触することなく、地下水W1によって希釈される。
再生剤供給装置4は、陽イオン交換体3を再生させる再生剤溶液を、陽イオン交換体3に供給可能に構成されている。再生剤溶液としては、例えば、塩化ナトリウム(NaCl)溶液が挙げられる。
還元剤添加装置5は、再生剤溶液を希釈する地下水W1に、還元剤を添加するものである。還元剤としては、例えば、亜硫酸ナトリウムや重亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。この還元剤添加装置5は、地下水W1の水質が上述のE1からE2の範囲から逸脱している場合(例えば、地下水W1の汲み上げ時点でのpH値が7であり、かつ酸化還元電位が290mVを超える場合等)に、例外的かつ最小限度に使用される。
第2流通ラインL2の上流側の端部は、陽イオン交換装置2に接続されている。第2流通ラインL2の下流側の端部は、処理水貯留タンク6(後述)に接続されている。第2流通ラインL2は、陽イオン交換装置2で製造された処理水W2を、空気と実質的に接触させることなく処理水貯留タンク6に流通させる。
また、第2流通ラインL2には、硬度監視装置9が設けられている。硬度監視装置9は、第2流通ラインL2における測定点J1において、処理水W2の硬度を監視(測定)する。
処理水貯留タンク6は、第2流通ラインL2の下流側の端部に接続される。処理水貯留タンク6は、密閉タンクとして構成され、内部にビーズやフロート等の浮遊体6aを有する。浮遊体6aは、処理水貯留タンク6の処理水W2の水面に密集して浮かべられることにより、処理水貯留タンク6内に存在する空気と処理水W2とを、実質的に接触させないようにしている。
第3流通ラインL3の上流側の端部は、処理水貯留タンク6に接続されている。第3流通ラインL3の下流側の端部は、ボイラ7(後述)に接続されている。第3流通ラインL3には、処理水W2を下流側に送出するポンプ8が設けられている。第3流通ラインL3は、処理水貯留タンク6に貯留された処理水W2を、空気と実質的に接触させることなくボイラ7に流通させる。
ボイラ7は、第3流通ラインL3から供給される処理水W2を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を負荷装置(図示せず)に供給する。
次に、水処理システム1の作用について説明する。通常の地下水W1は、地下から汲み上げられた時点で、pH値が5から9の範囲にあり、かつ、酸化還元電位(ORP値)が上述の式(1)及び(2)で求められるE1からE2の範囲、いわゆる還元状態(嫌気状態、脱酸素状態)となっている。
そのため、この地下水W1を、嫌気状態(還元状態)をほぼ保ったままイオン交換処理することにより、溶存鉄、溶存マンガン、硬度成分等のスケールやスラッジの原因となる陽イオンを除去し、同時に硝酸性窒素も除去して処理水W2を製造することができる。また、この処理水W2のpH値及び酸化還元電位を上記範囲内に維持することができる。
そして、この処理水W2を、嫌気状態をほぼ保ったまま、第2流通ラインL2を介して処理水貯留タンク6に貯留し、更に、処理水貯留タンク6に貯留された処理水W2を、嫌気状態をほぼ保ったまま、第3流通ラインL3を介してボイラ7に供給する。
そのため、処理水W2のpH値及び酸化還元電位を上記範囲内に維持しながら、ボイラ7に供給することができる。従って、各種配管やボイラ7の腐食抑制のために、脱酸素剤等の薬剤を添加する必要がない。
また、地下水W1及び処理水W2を、嫌気状態をほぼ保ったまま、上記のように下流側のボイラ7に流通することにより、地下水W1中の鉄分を第一鉄イオン(Fe2+)の状態に保つと共に、地下水W1及び処理水W2の溶存酸素濃度を1mg/L以下とすることができる。
従って、地下水W1及び処理水W2の酸化還元電位を、E1からE2の範囲に維持することにより、地下水W1中の鉄分は、第一鉄イオン(Fe2+)の状態で存在する。そのため、陽イオン交換装置2において、イオン交換反応による鉄分の除去が容易になると共に、陽イオン交換体3の再生も容易になる。また、地下水W1及び処理水W2の溶存酸素濃度が、1mg/L以下となり、更なる脱酸素処理を行わなくても、各種配管やボイラ7の腐食を抑制することができる。
処理水W2の硬度は、第2流通ラインL2における測定点J1において硬度監視装置9によって監視(測定)される。そして、処理水W2の硬度が所定の閾値に達した場合には、再生剤供給装置4によって再生剤溶液を陽イオン交換体3に供給する。これにより、陽イオン交換体3は、再生される。
還元剤添加装置5は、地下水W1の水質が上述のE1からE2の範囲から逸脱している場合(例えば、地下水W1の汲み上げ時点でのpH値が7であり、かつ酸化還元電位が290mVを超える場合等)に、再生剤溶液を希釈する地下水W1に、還元剤を添加する。この還元剤の添加により、陽イオン交換体3に吸着している第二鉄イオンが第一鉄イオンに還元され、再生時に脱着し易くなる。そのため、再生剤溶液による陽イオン交換体3の再生を、より効率的に行うことができる。
この還元剤添加装置5は、地下水W1の水質が前記所定の場合に限り、例外的かつ最小限度に使用される。
以上に説明した第1実施形態の水処理システム1によれば、以下に示す各効果が奏される。
第1実施形態の水処理システム1においては、地下水W1を空気と実質的に接触させることなく流通させる第1流通ラインL1と、地下水W1を陽イオン交換体3に導入して処理水W2を製造する陽イオン交換装置2と、処理水W2を空気と実質的に接触させることなく流通させる第2流通ラインL2と、処理水W2を空気と実質的に接触させることなく貯留する処理水貯留タンク6と、処理水W2を空気と実質的に接触させることなくボイラ7に流通させる第3流通ラインL3と、を備える。
そのため、第1流通ラインL1を流通する地下水W1、第2流通ラインL2を流通する処理水W2、処理水貯留タンク6に貯留される処理水W2及び第3流通ラインL3を流通する処理水W2について、pH値を5から9の範囲、かつ、酸化還元電位を上述のE1からE2の範囲に維持することができる。
従って、第1実施形態の水処理システム1によれば、除鉄・除マンガン処理のために従来必要とされていた次亜塩素酸ナトリウム等の添加処理や、防食のための脱酸素処理を不要にすることができ、ランニングコストを低減することができると共に、水処理システム1を簡素化することができる。
なお、後述する第2実施形態及び第3実施形態のシステムにおいては、次亜塩素酸ナトリウムの添加処理が不要となることにより、ナノ濾過膜や逆浸透膜の酸化劣化防止のために必要とされていた還元剤(例えば、重亜硫酸ナトリウム等)の添加処理も不要となる。
また、第1実施形態の水処理システム1においては、陽イオン交換体3は、強酸性陽イオン交換樹脂からなる。
そのため、汎用的な陽イオン交換体3によって、地下水W1中の溶存鉄、溶存マンガン、硬度成分及びアンモニア性窒素等の陽イオンを、ナトリウムイオンで置換することができ、容易に処理水W2(軟化水)を製造することができる。
また、第1実施形態の水処理システム1においては、陽イオン交換装置2は、地下水W1によって希釈可能な再生剤溶液を陽イオン交換体3に供給する再生剤供給装置4と、再生剤溶液を希釈する地下水W1に還元剤を添加する還元剤添加装置5と、を備える。
そのため、再生剤供給装置4による再生剤溶液の供給によって、陽イオン交換体3を容易に再生することができる。また、還元剤添加装置5による還元剤溶液の供給によって、陽イオン交換体3を効率的に再生することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態については、主として、第1実施形態とは異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。他の実施形態において特に説明しない点は、第1実施形態についての説明が適宜適用又は援用される。
〔第2実施形態〕
本発明の第2実施形態について図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の第2実施形態の水処理システム1Aを示す構成図である。
図2に示すように、第2実施形態の水処理システム1Aは、前記第1実施形態における水処理システム1の第2流通ラインL2に、膜分離装置15を更に備えたものである。
膜分離装置15は、ナノ濾過膜(図示せず)を有し、処理水W2をナノ濾過膜により膜分離処理し、処理水W3を製造するものである。このナノ濾過膜は、溶存シリカの除去率が1から10%、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が40から60%である。
膜分離装置15で製造された処理水W3は、嫌気状態をほぼ保ったまま、第2流通ラインL2を介して処理水貯留タンク6に貯留される。処理水貯留タンク6に貯留された処理水W3は、嫌気状態をほぼ保ったまま、第3流通ラインL3を介してボイラ7に供給される。
以上に説明した第2実施形態の水処理システム1Aによれば、前記第1実施形態の水処理システム1と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第2実施形態の水処理システム1Aにおいては、前記第1実施形態の水処理システム1の構成に加え、第2流通ラインL2に、ナノ濾過膜を有した膜分離装置15を備える。このナノ濾過膜は、溶存シリカの除去率が1から10%、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が40から60%である。
そのため、ボイラ7の伝熱管等の腐食を促進する塩化物イオン及び硫酸イオンを確実に除去することができると共に、地下水W1由来のシリカを伝熱管等の防食に寄与させることができる。
〔第3実施形態〕
本発明の第3実施形態について図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の第3実施形態の水処理システム1Bを示す構成図である。
図3に示すように、第3実施形態の水処理システム1Bは、前記第1実施形態における水処理システム1の第2流通ラインL2に、膜分離装置20を更に備える。第3実施形態の水処理システム1Bは、前記第1実施形態におけるボイラ7を備えておらず、いわゆる純水製造システムとして構成されている。
膜分離装置20は、逆浸透膜装置(図示せず)を有し、処理水W2を逆浸透膜により透過水(純水)W4と濃縮水(図示せず)とに膜分離するものである。この逆浸透膜は、溶存シリカの除去率が90%以上、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が90%以上である。
膜分離装置20で製造された処理水としての透過水W4は、嫌気状態をほぼ保ったまま、第2流通ラインL2を介して処理水貯留タンク6に貯留される。処理水貯留タンク6に貯留された透過水W4は、嫌気状態をほぼ保ったまま、第3流通ラインL3を介して、図示しない被供給装置等に純水として供給される。
以上に説明した第3実施形態の水処理システム1Bによれば、前記第1実施形態の水処理システム1と同様の効果が奏されると共に、以下に示す各効果が奏される。
第3実施形態の水処理システム1Bにおいては、前記第1実施形態の水処理システム1の構成に加え、第2流通ラインL2に、逆浸透膜装置を有した膜分離装置20を備える。この逆浸透膜は、溶存シリカの除去率が90%以上、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が90%以上である。
そのため、溶存シリカ、塩化物イオン及び硫酸イオンを確実に除去することができ、純度の高い透過水W4(純水)を製造することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、陽イオン交換体3は、ナトリウム型の陽イオン交換体であるとして説明したが、カリウム型又は水素イオン型の陽イオン交換体であってもよい。陽イオン交換体3をカリウム型の陽イオン交換体とする場合は、再生剤供給装置4の再生剤として、塩化カリウムを使用するとよい。また、陽イオン交換体3を水素イオン型の陽イオン交換体とする場合は、再生剤供給装置4の再生剤として、塩酸を使用するとよい。
また、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、再生剤供給装置4は、再生剤溶液を地下水W1によって希釈するとして説明したが、処理水W2によって希釈してもよい。
また、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、陽イオン交換体3は、強酸性陽イオン交換樹脂からなるものとして説明したが、アンモニウムイオン(アンモニア性窒素)の吸着性に優れるゼオライト(例えば、ナトリウム型の人工ゼオライト)からなっていてもよい。
また、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、還元剤添加装置5は、再生剤溶液を希釈する地下水W1に還元剤を添加するものとして説明したが、再生剤溶液又は再生剤溶液を希釈する処理水W2等に還元剤を添加してもよい。
また、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、処理水貯留タンク6を密閉タンクとし構成し、処理水W2等の水面に浮遊体6aを浮かべることにより、処理水W2等と処理水貯留タンク6内の空気とを実質的に接触させないようにしているが、これに制限されない。例えば、処理水貯留タンク6を密閉タンクとして構成し、処理水W2等の水面の上方に形成される空間に窒素ガスを封入してもよい。
また、前記第1実施形態から前記第3実施形態においては、地下水W1の水質が上述のE1からE2の範囲から逸脱している場合(例えば、地下水W1の汲み上げ時点でのpH値が7であり、かつ酸化還元電位が290mVを超える場合等)に、還元剤添加装置5によって地下水W1に還元剤を添加するものとして説明したが、これに制限されない。例えば、汲み上げた地下水W1を一旦受水槽(図示せず)で受け、その地下水W1に、窒素ガスや水素ガスをバブリングしたり、加圧溶解させることで、イオン交換前の酸化還元電位値を低下させるようにしてもよい。
また、前記第3実施形態においては、膜分離装置20で製造された透過水W4を、第2流通ラインL2を介して処理水貯留タンク6に貯留するものとして説明したが、膜分離装置20の下流側における第2流通ラインL2に、電気脱イオン装置(EDI)を更に設けてもよい。これにより、更に高純度の純水を提供することができる。
1,1A,1B 水処理システム
2 陽イオン交換装置
3 陽イオン交換体
4 再生剤供給装置
5 還元剤添加装置
6 処理水貯留タンク
7 ボイラ(被供給装置)
10 還元剤添加装置
15,20 膜分離装置
L1 第1流通ライン
L2 第2流通ライン
L3 第3流通ライン
W1 地下水
W2,W4 処理水
W3 透過水(処理水)

Claims (6)

  1. 地下水を空気と実質的に接触させることなく下流側に流通させる第1流通ラインと、
    前記第1流通ラインの下流側の端部に接続され、該第1流通ラインを流通する地下水を陽イオン交換体に導入してイオン交換処理することにより処理水を製造するイオン交換装置と、
    上流側の端部が前記イオン交換装置に接続され、処理水を空気と実質的に接触させることなく下流側に流通させる第2流通ラインと、
    前記第2流通ラインの下流側の端部に接続され、処理水を空気と実質的に接触させることなく貯留する処理水貯留タンクと、
    前記処理水貯留タンクに貯留された処理水を空気と実質的に接触させることなく被供給装置に流通させる第3流通ラインと、
    を備え、
    前記第1流通ラインを流通する地下水、前記第2流通ラインを流通する処理水、前記処理水貯留タンクに貯留される処理水及び前記第3流通ラインを流通する処理水について、pH値を5から9の範囲、かつ、酸化還元電位を次式で求められるE1からE2の範囲に維持する水処理システム。
    E1[V]=−0.059×pH値
    E2[V]=0.7−0.059×pH値
  2. 前記陽イオン交換体は、強酸性陽イオン交換樹脂からなる請求項1に記載の水処理システム。
  3. 前記陽イオン交換体は、ゼオライトからなる請求項1に記載の水処理システム。
  4. 前記イオン交換装置は、
    地下水又は処理水によって希釈可能な再生剤溶液を前記陽イオン交換体に供給する再生剤供給装置と、
    前記再生剤溶液を希釈する地下水若しくは処理水に還元剤を添加し、又は前記再生剤溶液に還元剤を添加する還元剤添加装置と、
    を備える請求項1から3のいずれか一つに記載の水処理システム。
  5. 前記第2流通ラインに、処理水をナノ濾過膜により膜分離する膜分離装置を備え、
    前記ナノ濾過膜は、溶存シリカの除去率が1から10%、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が40から60%である請求項1から4のいずれか一つに記載の水処理システム。
  6. 前記第2流通ラインに、処理水を逆浸透膜により膜分離する膜分離装置を備え、
    前記逆浸透膜は、溶存シリカの除去率が90%以上、かつ、塩化物イオンの除去率及び硫酸イオンの除去率が90%以上である請求項1から4のいずれか一つに記載の水処理システム。
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