JP2015160179A

JP2015160179A - 逆浸透膜処理方法

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Publication number: JP2015160179A
Application number: JP2014037695A
Authority: JP
Inventors: 有紀佐藤; Arinori Sato; 拓哉橋田; Takuya Hashida
Original assignee: Mitsubishi Chemical Aqua Solutions Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Aqua Solutions Co Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】濃縮水のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上になる高濃縮率の逆浸透膜処理方法であって、逆浸透膜のファウリングの予防手段として採用されるフラッシング工程が可及的に短時間で且つ少量の洗浄水量によって効果的に行われるように改良された逆浸透膜処理方法を提供する。【解決手段】シリカと硬度成分を含む被処理水を逆浸透膜処理して透過水とシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上である濃縮水とに分離する分離工程と、逆浸透膜の濃縮水側の膜面に所定量の被処理水を洗浄水として分離工程での供給水量以上の流速で流して膜面の付着物を除去するフラッシング工程とを含む逆浸透膜処理方法であって、分離工程においては、濃縮水のランゲリア指数が−１．５以下に保持されるように被処理水に酸の注入を行い、フラッシング工程においては、１日当たりに分離工程に供給される被処理水の１〜１０％相当量の洗浄水を使用する。【選択図】なし

Description

本発明は、逆浸透膜処理方法に関し、詳しくは、ファウリングの予防手段としてフラッシング工程を採用した逆浸透膜処理方法に関する。

逆浸透膜装置は、原水中に含まれるシリカや硬度成分の浸透を阻止し、水分のみを透過させて高純水の透過水を得る装置であり、比較的簡単な構造で且つ小型化し得る純水製造装置として利用されている。

透過水の回収率（％）は、［透過水量／（透過水量＋濃縮水量）］×１００で表され、透過水の回収率が高いほど（濃縮倍率が高いほど）、濃縮水中のシリカや硬度成分の濃度が高くなり、逆浸透膜のファウリングが懸念される。ここで、ファウリングとは逆浸透膜の濃縮水側の膜面に分離対象物質が付着（堆積）する現象であり、いわゆる膜汚染を意味する。

従来、原水を透過水と濃縮水とに分離する分離工程の安定化を図るため、逆浸透膜の濃縮水側の膜面に所定量の被処理水を洗浄水として分離工程での供給水量以上の流速で流して膜面の付着物を除去するフラッシング工程が採用されている（例えば特許文献１）。なお、上記の洗浄水はフラッシング排水として逆浸透膜装置より排出される。

フラッシング工程は、ファウリングの予防手段として採用されるため、予め決定された実施時間や実施頻度などの適切なフラッシング条件に基づいて定期的に行われる。

ところで、フラッシング工程は、分離工程を中断して行われるため、可及的に短時間で且つ少量の洗浄水量によって効果的に行う必要があるが、フラッシング工程を効果的に行う提案は未だなされていないようである。

特開２０１０−１０４９２０号公報

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、濃縮水のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上になる高濃縮率の逆浸透膜処理方法であって、逆浸透膜のファウリングの予防手段として採用されるフラッシング工程が可及的に短時間で且つ少量の洗浄水量によって効果的に行われるように改良された逆浸透膜処理方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、透過水と濃縮水との分離工程をある特定のパラメータに基づく一定条件下に実施するならば、前記の目的を容易に達成し得るとの知見を得た。

本発明は、上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨は、シリカと硬度成分を含む被処理水を逆浸透膜処理して透過水とシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上である濃縮水とに分離する分離工程と、逆浸透膜の濃縮水側の膜面に所定量の被処理水を洗浄水として分離工程での供給水量以上の流速で流して膜面の付着物を除去するフラッシング工程とを含む逆浸透膜処理方法であって、分離工程においては、濃縮水のランゲリア指数が−１．５以下に保持されるように被処理水に酸の注入を行い、フラッシング工程においては、１日当たりに分離工程に供給される被処理水の１〜１０％相当量の洗浄水を使用することを特徴とする逆浸透膜処理方法に存する。

本発明によれば、前記の課題が達成される。

図１は本発明の実施形態の一例を示す系統図である。

以下、本発明の実施形態を図１に基づき詳細に説明する。

図１に例示した実施形態は、除濁装置（１０）として東レ社製の限外濾過（ＵＦ）膜「ＨＦＵ−１０２０」、活性炭吸着装置（２０）としてカルゴンカーボンジャパン社製の活性炭「ダイヤホープＭ００６Ｎ」の充填塔（塔サイズ：２５９ｍｍφ×１３５２ｍｍＨ、充填量：５０Ｌ（充填層高：９５０ｍｍＨ）、逆浸透膜装置（３０）として東レ社製「ＴＭＬ２０Ｎ−４００」を備えている。除濁装置（１０）と活性炭吸着装置（２０）は任意に設けられる前処理手段であり、特に上記のものに限定されず、除濁装置（１０）としては、精密濾過（ＭＦ）膜なども使用することができる。

除濁装置（１０）は、被処理水の濁度が低い場合には省略することも出来る。また、活性炭吸着装置（２０）は、被処理水の残留塩素や有機物の吸着除去に使用されるため、被処理水の残留塩素や有機物の濃度が低い場合には省略することも出来る。

一般的にシリカと硬度成分を含む被処理水には工業用水が使用される。被処理水は、管路（１）〜（３）を経由し、除濁装置（１０）及び活性炭吸着装置（２０）で前処理される。その後、逆浸透膜装置（３０）で処理され、透過水と濃縮水とに分離される。透過水は管路（４）から回収される。濃縮水は管路（５）から回収されて装置外に排出されるが、その一部は、濃縮リターン水として、管路（５）から分岐して管路（３）に接続する循環管路（６）に供給される。

透過水の回収率（％）は管路（５）に設置された流量調節弁（５１）によって調節される。流量調節弁（５１）によって逆浸透膜装置（３０）の系外に排出される濃縮水量を低くすれば透過水の回収率（％）が高められる。本発明において、透過水の回収率（％）は、管路（５）から回収される濃縮水のシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上になるような高い値に設定される。因みに、２０℃におけるシリカの飽和溶解度は約１００〜１２０ｍｇ／Ｌである。

循環管路（６）の分岐点より前の上流位置の管路（５）から分岐して設けられた管路（７）は、後述するフラッシング工程における洗浄排水のために設置されたものである。洗浄水量の調節は、管路（７）に設置された流量調節弁（７１）によって行われる。流量調節弁（７１）を開放すれば洗浄水量（フラッシング排水量）が高められる。

フラッシング工程における洗浄水量の調節は、流量調節弁（５１）によっても可能であり、管路（７）及び流量調節弁（７１）を省略することも出来る。しかし、流量調節弁（５１）には透過水の回収率（％）の微調節のために小さなスケールで操作可能な比較的高精度の弁が使用されるため、大きなスケールで操作可能であることが好ましいフラッシング工程のためには、図示するように管路（７）及び流量調節弁（７１）を設け、適切な流量調節弁（７１）を使用するのが望ましい。

なお、図中、符号（８）は、後述する被処理水のｐＨ調節に使用するために設けられた酸供給管路であり、符号（５２）は、後述する濃縮水のランゲリア指数を算出するために必要なｐＨ測定器である。

（分離工程）
分離工程においては、濃縮水のランゲリア指数が−１．５以下に保持されるように被処理水に酸の注入を行う。

フェアー・ゲイヤーのランゲリア指数（ＬａｎｇｅｌｉａｒＳａｔｕｒａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ；以下「ＬＳＩ」という）は以下の式により求められる（「衛生工学演習上水道と下水道」１９９２年４月３０日、森本出版発行、第１１７〜１１８頁参照）。

［数１］
ＬＳＩ（２５℃）＝水のｐＨ−ｐＨｓ
ｐＨｓ＝８．３１３−ｌｏｇ［Ｃａ^２＋］−ｌｏｇ［Ａ］＋Ｓ

ここに、８．３１３は定数、［Ｃａ^２＋］はｍｅｑ／Ｌ（１Ｌ当たりのミリ当量）で表されるＣａイオン量であって、Ｃａ^２＋ｍｇ／Ｌ÷（４０．０８÷２）で求められる。Ａはｍｅｑ／Ｌで表される総アルカリ度であって、総アルカリ度ｍｇ／Ｌ÷（１００÷２）で求められる。

Ｓは次式で示す補正値である。式中、Ｓｄは溶解性物質の濃度［ｍｇ／Ｌ］である。

［数２］
Ｓ＝２√μ／（１＋√２）
μ＝２．５×１０^−５Ｓｄ

被処理水のｐＨ測定は常法に従って行うことが出来、濃縮水のｐＨｓに算出に必要なＣａイオン量［Ｃａ^２＋］、総アルカリ度Ａ、溶解性物質Ｓｄは、例えば、次の方法によって測定することが出来る。なお、溶解性物質の濃度は、透過水の回収率を変えない限り略変わらないので、一度測定した値を使用し、毎回の測定は省略してもよい。

（Ｃａイオン量［Ｃａ^２＋］）
フレーム原子吸光法により測定する。試料をアセチレン−空気フレーム中に噴霧し、カルシウムによる原子吸光を波長４２２．７ｎｍで測定し、試料中のカルシウムイオンを定量する。フレーム原子吸光分析装置としては、島津製作所製の原子吸光分光光度計「ＡＡ−６３００」とカルシウム中空陰極ランプを使用することが出来る。そして、試験試料中のカルシウムイオン濃度は、予め既知濃度の標準試料を測定して作成した検量線から算定することが出来る。

（総アルカリ度Ａ）
採取した試料Ｖ（ｍｌ）に指示薬（メチルレッドブロムクレゾールグリーン混合指示薬）を数滴加え、０．０１ｍｏｌ／Ｌ硫酸を使用し、液が青から灰紫色（ｐＨ４．８）に呈するまで滴定する。これに要した硫酸の滴定量ａ（ｍｌ）から次式により試料中の総アルカリ度（ｍｇ／Ｌ）を算定する。

［数３］
総アルカリ度（ｍｇ／Ｌ）＝ａ×ｆ×（１０００／Ｖ）×１．００１
ａ：試料の滴定に要した０．０１ｍｏｌ／Ｌ硫酸の滴定量（ｍｌ）
ｆ：０．０１ｍｏｌ／Ｌ硫酸のファクター
Ｖ：試料採取量（ｍｌ）
１．００１：０．０１ｍｏｌ／Ｌ硫酸１ｍｌのＣａＣＯ_３相当量（ｍｇ）

（溶解性物質の測定）
先ず、採取した試料Ｖ（ｍｌ）を１０５〜１１０℃で乾燥させてデシケーター中で放冷後、秤量した蒸発皿にろ液及び洗液を採り、水浴上で蒸発乾固する。次に、これを上記同温度で２〜３時間乾燥させ、デシケーター中で放冷後、秤量し、蒸発皿の前後の重量差ｂ（ｍｇ）を求める。そして、次式により検水中の溶解性物質の濃度（ｍｇ／Ｌ）を算定する。

［数４］
溶解性物質（ｍｇ／Ｌ）＝ｂ×１０００／Ｖ
ｂ：試料乾燥後の蒸発皿重量−蒸発皿重量（ｍｇ）
Ｖ：試料採取量（ｍｌ）

被処理水のｐＨ調節は、濃縮水のＬＳＩの算出値に基づき、酸供給管路（８）に設けられた供給ポンプ（図示せず）を操作して被処理水に注入する酸の量を制御することにより行われる。通常、酸としては塩酸が使用される。酸の注入で被処理水のｐＨが低くなり、濃縮水のｐＨも低くなるため、濃縮水のＬＳＩはマイナス側の大きな値となるが、必要以上にｐＨを低くすることは薬剤（酸）の使用量の増加を招いて経済的ではないと共に透過水の水質悪化を招いて適切ではない。よって、本発明の目的を達成するためには濃縮水のＬＳＩが−２．０〜−１．５に保持されるような酸の注入量で十分であり、例えば、１５％塩酸水溶液では８０〜１６０ｍｌ／ｈの注入量で十分である。酸注入量のための特別な制御は、被処理水の水質に大きな変動がない限り不要であり、例えば、一定の頻度で行う濃縮水の水質分析およびＬＳＩの算出値から、都度酸注入量の調節を行えばよい。

被処理水、例えば、工業用水の水質変動はさほど大きなものではなく、シリカ及び硬度成分（Ｃａイオン）共に変動幅は５〜１０％である。濃度で言えば２〜３ｍｇ／Ｌである。濃縮水の水質分析およびＬＳＩの算出の頻度は例えば１〜３回／週の範囲で行えばよい。

（フラッシング工程）
フラッシング工程においては、１日当たりに分離工程に供給される被処理水の１〜１０％相当量の洗浄水を使用する。フラッシング工程の実施時間と実施頻度は、特に制限されないが、一回当たり０．５〜３分とし、１〜１０時間毎に１回程度とするのがよい。

本発明においては、上記のような比較的少量のフラッシング洗浄水によっても逆浸透膜のファウリングを効果的に予防することが出来る。フラッシング洗浄水が少量で十分であるということは、フラッシング工程に要する時間が短縮されることを意味する。その結果、透過水と濃縮水とに分離する分離工程が安定的かつ効率的に行われる。

以下、本発明を実施例および比較例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４及び比較例１〜２：
被処理水として工業用水を使用し、前述の実施態様に従って逆浸透膜処理を実施した。すなわち、除濁装置（１０）と活性炭吸着装置（２０）にて前処理した被処理水を９５５Ｌ／ｈの流量で逆浸透膜装置（３０）に供給した。分離工程およびフラッシング工程の条件を表１に示す。

なお、酸供給管路（８）から被処理水に注入する酸には１５％塩酸水溶液を使用した。また、フラッシング工程は、通水タイマーにより自動制御される流量調節弁（７１）を全開することによって行った。流量調節弁（７１）の全開により逆浸透膜装置（３０）に供給される被処理水の実質的全量がフラッシング洗浄水として利用される。

実施例１〜４及び比較例１〜２において、表２に示すように条件変更を行った。すなわち、透過水と濃縮水の分離工程においては、被処理水のｐＨ調節を行って濃縮水のＬＳＩを同表に示す値に保持した。なお、濃縮水の水質分析およびＬＳＩの算出の頻度は３回／週の頻度で行った。また、フラッシング工程においては、その実施頻度を変更した。そして、逆浸透膜装置（３０）の運転圧を測定し、初期値に対する上昇速度を求めた。結果を表２に示す。表２中の濃縮水質は３回測定の平均値を示す。

因みに、１日当たりに分離工程に供給される被処理水に対するフラッシング水の使用割合の計算方法について、実施例１（フラッシング頻度：６時間毎）に基づき説明する。

（１）１サイクル（１回の分離工程＋１回のフラッシング工程）の時間：
通水時間（６ｈ×６０ｍｉｎ）＋１ｍｉｎ＝３６１ｍｉｎ
（２）１日（２４時間）中のサイクル数：
（２４ｈ×６０ｍｉｎ）／３６１ｍｉｎ＝３．９８８・・・回（４回未満→３回）
（３）１日（２４時間）中の分離工程の時間：
２４時間−（１回のフラッシング×回数）
＝（２４ｈ×６０ｍｉｎ）−（１ｍｉｎ×３）＝１４３７ｍｉｎ
（４）被処理水量：
９５５Ｌ／ｈ＝１５．９２Ｌ／ｍｉｎ
（５）１回１分当たりのフラッシング水量：
５４００Ｌ／ｈ／６０ｍｉｎ＝９０Ｌ
（６）被処理水に対するフラッシング水の使用割合：
［９０Ｌ×３回］／［（１４３７ｍｉｎ×１５．９２Ｌ／ｍｉｎ）＋（９０Ｌ×３回）］×１００≒１％

表２に示すように、実施例１〜４では、濃縮水のＬＳＩが−１．５以下に保持されているため、運転圧上昇速度が小さくてフラッシング工程が効果的に行われている。一方、比較例１では、濃縮水のＬＳＩが−１．５を超えているため、フラッシング工程を同一頻度で行った実施例３及び４と比較しても運転圧上昇速度が大きくてフラッシング工程が効果的に行われていない。また、比較例２では、濃縮水のＬＳＩが−１．５以下に保持されているが、フラッシング工程がないために運転圧上昇速度が比較的大きい。

なお、実施例１〜４及び比較例１〜２において、回収率が９３％で一定であるにも拘わらず濃縮水質のＳｉＯ_２濃度が変動としているのは、被処理水中のＳｉＯ_２濃度の変動によるものである。ＳｉＯ_２濃度は濃縮されて拡大された値となる。

１〜８：管路
１０：除濁装置
２０：活性炭吸着装置
３０：逆浸透膜装置
５１：流量調節弁
５２：ｐＨ測定器
７１：流量調節弁

Claims

シリカと硬度成分を含む被処理水を逆浸透膜処理して透過水とシリカ濃度がシリカの飽和溶解度以上である濃縮水とに分離する分離工程と、逆浸透膜の濃縮水側の膜面に所定量の被処理水を洗浄水として分離工程での供給水量以上の流速で流して膜面の付着物を除去するフラッシング工程とを含む逆浸透膜処理方法であって、分離工程においては、濃縮水のランゲリア指数が−１．５以下に保持されるように被処理水に酸の注入を行い、フラッシング工程においては、１日当たりに分離工程に供給される被処理水の１〜１０％相当量の洗浄水を使用することを特徴とする逆浸透膜処理方法。