JP2012196632A - 水処理方法及び水処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄微粒子を夾雑成分として含む原水を陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質工程と、第1逆浸透膜分離工程とを含むように処理する。陽イオン交換樹脂床塔は、陽イオン交換樹脂床に対し原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセスと、陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させる再生プロセスを含んで運転される。再生プロセスでは、アルカリ金属塩の水溶液を供給して陽イオン交換樹脂床を再生する一方で、再生プロセス後の改質プロセスでは、原水を除鉄処理及び酸添加処理することなく、陽イオン交換樹脂床に対する線速度を5〜60m/hに設定して通水する。
【選択図】図1
Description
また、第1逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第2逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第2逆浸透膜分離工程を含むことが好ましい。
また、第2逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むことが好ましい。
また、再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ100mmに設定された改質領域に対し、再生レベルが1〜6eq/L−Rとなる再生液量で部分向流再生を行なうことが好ましい。
また、前記第1逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第2逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第2逆浸透膜分離装置を備えることが好ましい。
また、前記第2逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備えることが好ましい。
また、前記バルブ手段は、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ100mmに設定された改質領域に対し、再生レベルが1〜6eq/L−Rとなる再生液量で部分向流再生を行う再生プロセスに切り換え可能に構成されることが好ましい。
まず、本発明の第1実施形態に係る水処理システム1について、図面を参照しながら説明する。水処理システム1は、例えば、淡水から純水を製造する純水製造システムに適用される。図1は、第1実施形態に係る水処理システム1の全体構成図である。図2は、硬水軟化装置3の概略断面図である。図3は、制御部10により実行されるプロセスのフローチャートである。図4(a)〜(c)は、制御部10により実行される基本プロセスを示す説明図である。
なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
(1)孔径0.45μmのメンブレンフィルタを用いて、原水W1のサンプル液を圧力2.1kg/cm2(=0.206MPa)で30秒間濾過し、濾液を採取する。
(2)サンプル液及び濾液のそれぞれについて、全鉄濃度をJIS K0101「工業用水試験法」鉄の定量に従って測定する。
(3)サンプル液の全鉄濃度をA[mgFe/L]、濾液の全鉄濃度をB[mgFe/L]とし、次式によりメンブレンフィルタでの鉄分の捕捉率を求める。
捕捉率[%]=(A−B)/A×100
この捕捉率を、「鉄微粒子全体に占める0.45μm以上の鉄微粒子の重量比率」とする。例えば、サンプル液の全鉄濃度が0.2mgFe/L、濾液の全鉄濃度が0.04mgFe/Lの場合において、重量比率は、(0.2−0.04)/0.2×100=80[%]と計算される。
本実施形態の水処理システム1において、後述する制御部10は、プロセス制御バルブ32の流路を切り換えることにより、図3に示す以下のプロセスST1〜ST8の運転を実施する。
(ST1)原水W1を陽イオン交換樹脂床311の全体に対して上から下へ通過させる改質プロセス(鉄分改質工程)
(ST2)洗浄水としての原水W1を陽イオン交換樹脂床311の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
(ST3)再生液としての塩水W3を陽イオン交換樹脂床311の全体に対して上から下へ通過させる第1再生プロセス
(ST4)押出水としての原水W1を陽イオン交換樹脂床311の全体に対して上から下へ通過させる第1押出プロセス
(ST5)再生液としての塩水W3を陽イオン交換樹脂床311の主に改質領域313に対して下から上へ通過させる第2再生プロセス
(ST6)押出水としての原水W1を陽イオン交換樹脂床311の主に改質領域313に対して下から上へ通過させる第2押出プロセス
(ST7)濯ぎ水としての原水W1を陽イオン交換樹脂床311に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
(ST8)補給水としての原水W1を塩水タンク4へ供給する補水プロセス
線速度[m/h]=流量[m3/h]÷横断面積[m2]
塩水タンク4は、陽イオン交換樹脂床311を再生する再生液としての塩水W3を貯留する。塩水W3は、アルカリ金属塩の水溶液(例えば、塩化ナトリウム水溶液や塩化カリウム水溶液)が使用される。塩水タンク4には、塩水ラインL3の上流側の端部が接続されている。塩水ラインL3の下流側の端部は、プロセス制御バルブ32と連通し、プロセス制御バルブ32を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。塩水ラインL3には、塩水弁(不図示)が設けられている。塩水弁は、塩水ラインL3を開閉する。塩水弁は、プロセス制御バルブ32に組み込まれており、弁体の駆動部が制御部10と不図示の信号線を介して電気的に接続されている。塩水弁における弁の開閉は、制御部10により制御される。塩水タンク4は、第1再生プロセスST3及び第2再生プロセスST5において、陽イオン交換樹脂床311を再生する塩水W3を圧力タンク31へ送出する。塩水タンク4、不図示の塩水弁、不図示のエゼクタ及び塩水流量計は、本実施形態における再生液供給手段を構成する。
回収率とは、RO膜モジュール5bへの供給水(ここでは塩化ナトリウム水溶液)の流量Q1に対する透過水の流量Q2の割合(すなわち、Q2/Q1×100)をいう。
水透過係数は、透過水量[m3/s]を膜面積[m2]及び有効圧力[Pa]で除した値であり、逆浸透膜の水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、JIS K3802−1995「膜用語」で定義され、操作圧力(平均操作圧力)から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度(ここでは塩化ナトリウム濃度)から計算される値であり、逆浸透膜の溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、RO膜モジュール5bへの入口濃度(C1)及び透過水の濃度(C2)から、(1−C2/C1)×100により求められる。
本実施形態の水処理システム1においては、原水W1を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理し、得られた処理水W2を、RO膜モジュール5bに供給する。これによれば、粒子径の大きな鉄微粒子が微細化されるため、RO膜モジュール5bの膜表面における鉄微粒子の沈着が少なくなり、RO膜モジュール5bにおけるファウリングの発生が抑制される。従って、前処理として除鉄処理及び酸添加処理することなしに、長期間に亘って良好な水透過性能を維持することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る水処理システム1Aについて、図5を参照しながら説明する。図5は、第2実施形態に係る水処理システム1Aの全体構成図である。なお、第2実施形態では、主に第1実施形態との相違点について説明する。このため、第1実施形態と同一(又は同等)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。また、第2実施形態において特に説明しない点については、第1実施形態の説明が適宜に適用される。
本実施形態では、逆浸透膜分離装置5の下流側に、電気脱イオン装置6を備える点が第1実施形態と異なる。その他の構成は第1実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
イオン交換樹脂混床塔は、一つの塔内に陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合した状態で収容したものである。イオン交換樹脂混床塔においては、透過水W5に含まれる陽イオン及び陰イオンが同時に除去される。
なお、上述した電気脱イオン装置6において、脱塩室に陽イオン交換樹脂のみを収容した場合にも、陽イオン交換樹脂単床塔を用いた場合と同様に、陰イオン及び陽イオンを段階的に除去することができる。すなわち、電気脱イオン装置6では、逆浸透膜分離装置5を透過した陽イオンが除去される。
次に、本発明の第3実施形態に係る水処理システム1Bについて、図6を参照しながら説明する。図6は、第3実施形態に係る水処理システム1Bの全体構成図である。なお、第3実施形態では、主に第1実施形態との相違点について説明する。このため、第1実施形態と同一(又は同等)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。また、第2実施形態において特に説明しない点については、第1実施形態の説明が適宜に援用される。
本実施形態では、第1実施形態の透過水W5を「第1透過水W5」とし、第1実施形態の濃縮水W6を「第1濃縮水W6」とする。また、本実施形態では、第2逆浸透膜分離装置8で製造された透過水を「第2透過水W9」とし、第2逆浸透膜分離装置8で製造された濃縮水を「第2濃縮水W10」とする。
第3実施形態において、第2逆浸透膜分離装置8で製造される第2透過水W9の水質は、RO膜モジュール8bの膜表面のpHに依存する。そのため、RO膜モジュール8bの膜表面のpHが変動すると、第2逆浸透膜分離装置8で製造される第2透過水W9の水質も不安定になる。
鉄分改質装置の改質効果を確認するために、改質処理していない原水と、改質処理された処理水について、鉄微粒子の重量比率を検証した。
実施例
試験1の条件にて鉄分の改質処理を実施した処理水を供給水として、東レ社製「SUL−G10」エレメント1本を装填した逆浸透膜モジュールに供給し、透過水量200L/h、回収率75%、温度25℃の条件で運転した。透過水流量は、加圧ポンプの回転数を調節することにより、上記流量に一致させた。また、逆浸透膜モジュールへの通水はクロスフロー方式とし、透過水流量に対して系内の循環流量が5倍となるように、濃縮水の一部を加圧ポンプの1次側へ循環させた。
改質処理を実施していない原水を供給水とした点を除き、実施例と同様の条件で供給水を処理した。
実施例及び比較例のそれぞれにおいて、水処理運転中の逆浸透膜エレメントの有効圧力の変化を経時的に測定した。そして、有効圧力の測定値、透過水流量の設定値、及び逆浸透膜エレメントの有効膜面積から水透過係数を算出し、逆浸透膜モジュールにおける透水性能の指標とした。なお、初期状態の水透過係数は、逆浸透膜エレメントの個体差により多少のばらつきがあるため、水処理運転の開始から1時間経過時点の数値を初期値とした。結果を表1に示す。
3 鉄分改質装置
4 塩水タンク
5 逆浸透膜分離装置(第1逆浸透膜分離装置)
5b RO膜モジュール(逆浸透膜)
6 電気脱イオン装置(電気脱イオンモジュール)
8 第2逆浸透膜分離装置
10 制御部
31 圧力タンク(陽イオン交換樹脂床塔)
32 プロセス制御バルブ(バルブ手段)
311 陽イオン交換樹脂床
313 改質領域
321 頂部スクリーン
322 底部スクリーン
323 中間部スクリーン
L1 原水ライン
L2 処理水ライン
L3 塩水ライン
L4 排水ライン
L5,L7 通水ライン
L6,L8 濃縮水ライン
W1 原水
W2 処理水
W3 塩水(再生液)
W4 排水
W5 透過水(第1透過水)
W6 濃縮水(第1濃縮水)
W7 脱イオン水
W8,W10 第2濃縮水
W9 第2透過水
Claims (10)
- 全鉄濃度が0.2mgFe/L以下、且つ鉄微粒子全体に占める0.45μm以上の鉄微粒子の重量比率が80%以上、且つpHが5.5〜8.5である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質工程と、
鉄分改質工程で改質処理された処理水を第1逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第1逆浸透膜分離工程と、を含み、
前記陽イオン交換樹脂床塔においては、深さが300〜1500mmの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス;前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスを含んで運転され、
再生プロセスでは、アルカリ金属塩の水溶液を供給して前記陽イオン交換樹脂床を再生する一方で、再生プロセス後の改質プロセスでは、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を5〜60m/hに設定して通水する、
水処理方法。 - 第1逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項1に記載の水処理方法。 - 第1逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、更に第2逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第2逆浸透膜分離工程を含む、
請求項1に記載の水処理方法。 - 第2逆浸透膜分離工程で得られた透過水を、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含む、
請求項3に記載の水処理方法。 - 再生プロセスでは、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ100mmに設定された改質領域に対し、再生レベルが1〜6eq/L−Rとなる再生液量で部分向流再生を行なう、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の水処理方法。 - 全鉄濃度が0.2mgFe/L以下、且つ鉄微粒子全体に占める0.45μm以上の鉄微粒子の重量比率が80%以上、且つpHが5.5〜8.5である原水を、陽イオン交換樹脂床塔で改質処理する鉄分改質装置と、
前記鉄分改質装置で改質処理された処理水を第1逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第1逆浸透膜分離装置と、
前記陽イオン交換樹脂床塔に収容された、深さが300〜1500mmの陽イオン交換樹脂床に対し、原水を通過させて改質処理された処理水を製造する改質プロセス;前記陽イオン交換樹脂床に対して再生液を通過させることにより前記陽イオン交換樹脂床の再生させる再生プロセスに切り換え可能なバルブ手段と、
再生プロセスにおいて、前記陽イオン交換樹脂床に対し、再生液としてアルカリ金属塩の水溶液を供給する再生液供給手段と、
再生プロセス後の改質プロセスにおいて、原水を、除鉄処理及び酸添加処理することなく、前記陽イオン交換樹脂床に対する線速度を5〜60m/hに設定して通水する原水供給手段と、を備える、
水処理システム。 - 前記第1逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項6に記載の水処理システム。 - 前記第1逆浸透膜分離装置で得られた透過水を、更に第2逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第2逆浸透膜分離装置を備える、
請求項6に記載の水処理システム。 - 前記第2逆浸透膜分離装置で得られた透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュール、イオン交換樹脂混床塔又は陽イオン交換樹脂単床塔を備える、
請求項8に記載の水処理システム。 - 前記バルブ手段は、前記陽イオン交換樹脂床の底部を基点として深さ100mmに設定された改質領域に対し、再生レベルが1〜6eq/L−Rとなる再生液量で部分向流再生を行う再生プロセスに切り換え可能に構成された、
請求項6〜9のいずれか一項に記載の水処理システム。
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