JP2017018849A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆浸透膜装置で透過水を製造する際に生じる濃縮水を活用し、排水源から導入された排水を高効率に利用できる水処理システムを提供すること。【解決手段】水処理システム１０は、排水Ｗ１０に含まれる過酸化物を還元して還元処理水Ｗ１１を得る還元装置３０と、還元処理水Ｗ１１を陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂に接触させてイオン交換処理水Ｗ１２を得る混床式純水装置５０と、イオン交換処理水Ｗ１２をＲＯ膜モジュール４１５によって透過水Ｗ１３と濃縮水Ｗ１４とに分離するＲＯ膜装置４０と、透過水Ｗ１３を処理水Ｗ２０として排水源４に還流する還流ラインＬ２０と、濃縮水Ｗ１４を原水タンク２とは異なる水使用設備（ボイラ、クーリングタワー等）９９に供給する濃縮水タンク７１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、過酸化物を含む排水を排水源において再利用するための水処理システムに関する。

飲料工場等で稼動するアセプティック充填設備において、過酸化水素、過酢酸等の過酸化物を含むオキソニア殺菌剤を用いて内容液充填前のペットボトルの洗浄処理を行い、この洗浄処理で生じたリンサー排水を浄化処理して再利用する技術が知られている。過酸化物を含むこの種の排水を浄化する水処理システムを開示するものとして、例えば特許文献１や特許文献２がある。特許文献１及び特許文献２には、還元処理により還元処理水を得る還元装置と、還元処理水にイオン交換樹脂を接触させてイオン交換処理水を得るイオン交換装置と、イオン交換処理水を処理して透過水を得る逆浸透膜装置と、を備える水処理システムの一実施形態がそれぞれ開示されている。

特開２００２−３０７０８１号公報 特開２０１３−２２６５２８号公報

逆浸透膜を用いた水処理システムでは、処理対象の水から塩類や不純物が除去された透過水と共に濃縮水が生じる。回収率を高めることで濃縮水の量を少なくすることができるものの、回収率を１００％に設定することはできない。濃縮水は、逆浸透膜を用いた水処理システムの稼動中は常に排出されるため、その排出量も稼動時間に応じて大きくなり、省水化という観点では無視できないものとなる。濃縮水を別の用途に用いることも考えられるが、濃縮水は塩類や不純物が濃縮されたものであるため、浄化処理を再度行う必要がある等、用途にも制限がある。特許文献１や特許文献２においても、水処理システムの稼動によって生じる濃縮水の活用という観点で改善の余地があった。

本発明は、逆浸透膜装置で透過水を製造する際に生じる濃縮水を活用し、排水源から導入された排水を高効率に利用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、排水源からの過酸化物を含む排水を前記排水源において再利用するための水処理システムであって、排水に含まれる過酸化物を還元して還元処理水を得る還元装置と、還元処理水を少なくとも陰イオン交換樹脂と接触させてイオン交換処理水を得るイオン交換装置と、イオン交換処理水を逆浸透膜モジュールによって透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、透過水を前記排水源に還流する透過水還流部と、濃縮水を前記排水源とは異なる水使用設備に供給する濃縮水供給部と、を備える水処理システムに関する。

前記イオン交換装置は、陽イオン交換樹脂を更に有し、混床式に構成されることが好ましい。

前記水処理システムは、イオン交換処理水に亜硫酸塩を添加する亜硫酸塩添加装置を更に備えることが好ましい。

前記水処理システムは、還元処理水に亜硫酸塩を添加する亜硫酸塩添加装置を更に備えることが好ましい。

なお、本出願において「亜硫酸塩」の用語は、亜硫酸水素塩を除外する意図で用いる場合を除き、亜硫酸塩と亜硫酸水素塩とを総称するものとして用いる。

本発明によれば、逆浸透膜装置で透過水を製造する際に生じる濃縮水を活用し、排水源から導入された排水を高効率に利用できる水処理システムを提供することができる。

本発明の一実施形態である水処理システムが適用されるアセプティック充填設備を概略的に示した図である。 第１実施形態の水処理システムを概略的に示した図である。 ＲＯ膜装置の構成を概略的に示した図である。 第２実施形態の水処理システムを概略的に示した図である。

以下、本発明の水処理システムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「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。

本実施形態の水処理システム１０は、飲料工場で稼動するアセプティック充填設備１に適用されるものであり、ＰＥＴボトルの洗浄で生じるリンサー排水（以下、排水）を処理し、再利用するためのものである。まず、アセプティック充填設備１の全体構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態である水処理システム１０が適用されるアセプティック充填設備１を概略的に示した図である。

図１に示すように、本実施形態のアセプティック充填設備１は、洗浄処理で生じた排水を再利用するための構成として、原水タンク２と、ＵＨＴ装置３と、ボトル洗浄装置（排水源）４と、回収タンク５と、水処理システム１０と、を備える。

原水タンク２は、ＵＨＴ装置３によって殺菌が行われる前の原水Ｗ１を貯留する。原水タンク２は、原水ラインＬ１によってＵＨＴ装置３に接続されている。この原水ラインＬ１を通じてＵＨＴ装置３に原水Ｗ１が供給される。

原水タンク２には、後述の還流ラインＬ２０の下流側の端部が接続されており、水処理システム１０で処理された処理水Ｗ２０が還流されている。また、原水タンク２には、補給水ラインＬ０が接続されている。

ＵＨＴ装置３は、原水Ｗ１に対して超高温殺菌を行って殺菌水Ｗ２を得る。ＵＨＴ装置３は、ＵＨＴ殺菌水ラインＬ２によってボトル洗浄装置４に接続されている。この殺菌水ラインＬ２を通じて殺菌水Ｗ２がボトル洗浄装置４に供給される。

ボトル洗浄装置４は、内容液充填前のＰＥＴボトルに対して洗浄処理を行う。本実施形態のボトル洗浄装置４には、オキソニア殺菌剤を導入するための導入ラインＬ３が接続される。ボトル洗浄装置４は、過酸化水素や過酢酸等の過酸化物を含むオキソニア殺菌剤を用いた洗浄処理を行う。この洗浄処理で、ＵＨＴ装置３で得られた殺菌水Ｗ２をリンサー水として使用する。ボトル洗浄装置４によって殺菌洗浄されたＰＥＴボトルは、内容液充填装置（図示省略）により無菌環境下で殺菌済みの内容液が充填され、キャッピングされる。

回収タンク５は、回収ラインＬ４を通じ、ボトル洗浄装置４の洗浄処理で生じた排水Ｗ１０を貯留する。回収タンク５には、排水Ｗ１０を水処理システム１０に送り出すための排水ラインＬ１０が接続されており、この排水ラインＬ１０を通じて洗浄処理で生じた排水Ｗ１０が水処理システム１０に送られる。

水処理システム１０は、排水ラインＬ１０を通じて送られてくる排水Ｗ１０（排水源であるボトル洗浄装置４で生じた排水Ｗ１０）を浄化処理して処理水Ｗ２０を製造する。この浄化処理の過程で生じた排水の一部（後述するＲＯ膜装置４０の濃縮水Ｗ１４）は、他の水使用設備９９で活用され、残りの排水（還元装置３０の逆洗処理等で生じた排水等）は排出ラインＬ５を通じて系外に排出される。水処理システム１０で製造された処理水Ｗ２０は還流ライン（透過水還流部）Ｌ２０を通じて原水タンク２に戻される。原水タンク２に戻された処理水Ｗ２０は、ＵＨＴ装置３によって殺菌されてボトル洗浄装置４で再びリンサー水として使用される。また、水処理システム１０で排出ラインＬ５を通じて排水された排水量に応じた量の補給水Ｗ０が原水タンク２に適宜のタイミングで補給される。なお、補給水Ｗ０としては、水道水や工業用水等が使用される。

＜第１実施形態＞
次に、第１実施形態の水処理システム１０の構成について説明する。図２は、第１実施形態の水処理システム１０を概略的に示した図である。

図２及び図３に示すように、水処理システム１０は、ＮａＯＨ添加装置（ｐＨ調整剤添加装置）８０と、第１ｐＨ計８１と、還元装置３０と、熱水殺菌ユニット３３と、第１薬注装置３６と、混床式純水装置（イオン交換装置）５０と、流量計３５と、プレフィルタ３８と、第２薬注装置（亜硫酸塩添加装置）３９と、ＲＯ膜装置（逆浸透膜装置）４０と、第２ｐＨ計９１と、ＲＯ水タンク４２と、送水ポンプ４７と、再生用水ポンプ４８と、ファイナルフィルタ６０と、ＵＶ殺菌灯６１と、濃縮水タンク（濃縮水供給部）７１と、第３薬注装置６９と、制御部７０と、を主要な構成として備える。

また、水処理システム１０は、排水ラインＬ１０と、還元処理水ラインＬ１１と、熱水殺菌ラインＬ１１１と、イオン交換処理水ラインＬ１２と、排出ラインＬ１１２と、透過水ラインＬ１３と、濃縮水ラインＬ１４と、還流ライン（透過水還流部）Ｌ２０と、再生用水ラインＬ１５と、濃縮水供給ラインＬ１６と、濃縮水排出ラインＬ１７と、を主要なラインとして備える。

水処理システム１０が備える各構成について、浄化処理の流れと共に説明する。
排水ラインＬ１０は、その下流側の端部が還元装置３０に接続される。この排水ラインＬ１０を通じてボトル洗浄装置４で生じた排水Ｗ１０が水処理システム１０に供給される。

ＮａＯＨ添加装置（ｐＨ調整剤添加装置）８０は、ｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を排水Ｗ１０に添加する。ＮａＯＨ添加装置８０によって添加されるＮａＯＨによって排水Ｗ１０のｐＨが調整される。本実施形態では、２５％ＮａＯＨが添加されることによって、排水Ｗ１０の水質が、例えばｐＨ４．２から中性領域へと調整される。このｐＨ調整が行われることによって、還元装置３０での還元処理の反応効率（すなわち、過酸化物の分解効率）が向上する。

第１ｐＨ計８１は、ＮａＯＨ添加装置８０によってＮａＯＨが添加された後の排水Ｗ１０のｐＨを測定する。そして、ｐＨ測定値が所定範囲（例えば、６．８〜７．２の中性領域）に収まるように、ＮａＯＨの添加量が調整される。

還元装置３０は、ＮａＯＨ添加装置８０によってＮａＯＨが添加された排水Ｗ１０に対して還元処理を行う。本実施形態の還元装置３０は、活性炭の触媒作用により、排水Ｗ１０に含まれる過酢酸及び過酸化水素を還元して酢酸（酢酸イオン）と水に分解し、還元処理水Ｗ１１を得る。

また、還元装置３０は、直列配置される第１還元塔３１及び第２還元塔３２の２塔によって構成される。還元装置３０を第１還元塔３１及び第２還元塔３２の２塔直列式に構成することによって、活性炭の必要な層長（すなわち、過酸化物と活性炭の接触時間）を確保しつつ還元装置３０の高さ（塔長）を抑制し、水処理システム１０の省スペース化が実現されている。また、第１還元塔３１及び第２還元塔３２は、所定のタイミングで逆洗処理がそれぞれ行われ、この逆洗処理で生じた逆洗排水を外部に排出する機能を有する。なお、本実施形態で用いられる活性炭としては、例えば、カルゴンカーボンジャパン社製のダイアソーブ（登録商標）Ｗ、カルゴン社製のＣＥＮＴＡＵＲ（登録商標）が用いられる。

還元処理水ラインＬ１１は、その上流側の端部が還元装置３０に接続されており、下流側の端部が混床式純水装置５０に接続される。

熱水殺菌ラインＬ１１１は、還元処理水ラインＬ１１から分岐するラインであり、その上流側端部が還元処理水ラインＬ１１に接続され、下流側の端部が排水ラインＬ１０に接続される。

熱水殺菌ユニット３３は、熱水殺菌ラインＬ１１１の経路途中に配置される。熱水殺菌ラインＬ１１１を流れる水は、熱水殺菌ユニット３３によって加熱された後、再び還元装置３０に戻されることになる。このように、熱水殺菌ラインＬ１１１によって加熱水を還元装置３０に循環させることにより、活性炭層及びその充填塔を含む循環経路の熱水殺菌が可能になっている。本実施形態では、還元装置３０の熱水殺菌は、予め設定されたスケジュールに基づいて定期的に行われる。

また、排水ラインＬ１０、還元処理水ラインＬ１１及び熱水殺菌ラインＬ１１１には、経路を開閉可能な制御弁が配置されている。より具体的には、排水ラインＬ１０における第１ｐＨ計８１の下流側には制御弁６５が配置され、還元処理水ラインＬ１１における熱水殺菌ラインＬ１１１との接続部分の下流側には制御弁６６が配置される。また、熱水殺菌ラインＬ１１１における熱水殺菌ユニット３３の上流側には制御弁６７が配置され、その下流側には制御弁６８が配置される。

第１薬注装置３６は、還元処理水ラインＬ１１での微生物の繁殖を抑制するため、所定のタイミングで還元処理水Ｗ１１に対して次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を殺菌剤として薬注する。本実施形態では、ＮａＣｌＯの薬注は、予め設定されたスケジュールに基づいて定期的に行われ、殺菌剤を含む水は排出ラインＬ１１２（後述）から系外に排出される。

混床式純水装置（イオン交換装置）５０は、還元装置３０とＲＯ膜装置（逆浸透膜装置）４０の間に配置され、還元処理水Ｗ１１をイオン交換樹脂に接触させてイオン交換処理水Ｗ１２を得る。本実施形態の混床式純水装置５０は、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を含む混床式に構成される。混床式純水装置５０には、エア供給源（図示省略）から計装用エア及び再生時混合用エアが供給されている。計装用エアは、混床式純水装置５０の流路制御弁（図示省略）を駆動するために供給される。混合用エアは、後述の再生処理における陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の混合に用いられる。なお、本実施形態で用いられる陽イオン交換樹脂として、例えば、三菱化学社製のダイヤイオン（登録商標）ＳＫ１Ｂ，ＳＫ１１０等のＨ型強酸性陽イオン交換樹脂を用いることができる。また、陰イオン交換樹脂として、例えば、三菱化学社製のダイヤイオン（登録商標）ＳＡ１０Ａ，ＳＡ２０Ａ等のＯＨ強塩基性陰イオン交換樹脂を用いることができる。

また、混床式純水装置５０は、再生剤を注入することによって陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の再生処理を行う再生剤供給装置５５を備える。本実施形態の再生剤供給装置５５は、上述したＮａＯＨ添加装置８０及び３５％ＨＣｌを添加するＨＣｌ添加装置９０から構成される。すなわち、ｐＨ調整を行う装置と再生剤を供給する装置の一部が兼用される構成となっている。この再生剤供給装置５５による再生処理は、予め設定されるスケジュールに基づいて適宜のタイミングで行われる。再生処理において、ＮａＯＨは陰イオン交換樹脂の再生剤として使用され、ＨＣｌは陽イオン交換樹脂の再生剤として使用される。

イオン交換処理水ラインＬ１２は、その上流側の端部が混床式純水装置５０に接続され、下流側の端部がＲＯ膜装置４０に接続される。このイオン交換処理水ラインＬ１２には、流量計３５、プレフィルタ３８が配置される。

流量計３５は、イオン交換処理水ラインＬ１２を流れるイオン交換処理水Ｗ１２の流量を測定する。本実施形態の流量計３５は、混床式純水装置５０とプレフィルタ３８の間で、イオン交換処理水Ｗ１２の流量を測定する。

プレフィルタ３８は、ＲＯ膜装置４０に供給されるイオン交換処理水Ｗ１２の前処理を行う。このプレフィルタ３８によって還元処理水Ｗ１１から比較的大きな懸濁物質が除去される。

第２薬注装置（亜硫酸塩添加装置）３９は、イオン交換処理水Ｗ１２に含まれるホルムアルデヒドを除去するために亜硫酸塩を注入する。第２薬注装置３９により添加される亜硫酸塩は、水相においてホルムアルデヒドと反応することでヒドロキシメタンスルホン酸イオンを生成可能なものであれば特に限定されるものではなく、通常、アルカリ金属（好ましくはナトリウム）の亜硫酸塩や亜硫酸水素塩である。亜硫酸塩として、亜硫酸塩と亜硫酸塩の混合物を用いることもできる。亜硫酸塩は、通常、水溶液の状態で第２薬注装置３９から添加されるのが好ましい。本実施形態では、プレフィルタ３８の下流側であって、ＲＯ膜装置４０の上流側で亜硫酸水素ナトリウム（例えば、３５％水溶液）が薬注される。

イオン交換処理水Ｗ１２に含まれるホルムアルデヒドは第２薬注装置３９によって添加された亜硫酸水素イオンと付加反応し、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンが生成される。ヒドロキシメタンスルホン酸イオンは、ホルムアルデヒドよりも分子量が大きく、イオン交換処理水Ｗ１２中において負に帯電することから、ＲＯ膜モジュール４１５（後述）で水分子と分離され、イオン交換処理水Ｗ１２から混床式純水装置５０で除去しきれなかった酢酸イオンと共に除去される。なお、イオン交換処理水Ｗ１２中のホルムアルデヒドのモニタリングは、３−メチル−２−ベンゾチアゾリノンヒドラゾン塩酸塩（ＭＢＴＨ）を用いる吸光光度法（ＭＢＴＨ法）等を利用した自動分析装置により行い、モニタリング結果に基づいて亜硫酸塩の薬注を自動的に行うように構成することもできる。

排出ラインＬ１１２は、イオン交換処理水ラインＬ１２における第２薬注装置３９による薬注位置とＲＯ膜装置４０の間から分岐する。この排出ラインＬ１１２は、還元処理水ラインＬ１１で殺菌剤として注入された次亜塩素酸ナトリウムを系外に排出するためのラインである。排出ラインＬ１１２には、排出ラインＬ１１２の経路を開閉する排出弁１１０が配置される。排出弁１１０は、通常時は排出ラインＬ１１２の経路を閉じる閉状態に制御され、第１薬注装置３６が次亜塩素酸ナトリウムを薬注するタイミングに基づいて排出ラインＬ１１２の経路を開放する開状態に制御される。

ＲＯ膜装置（逆浸透膜装置）４０は、混床式純水装置５０の下流側に配置され、ＲＯ膜に供給されるイオン交換処理水Ｗ１２を透過水Ｗ１３と濃縮水Ｗ１４とに分離する。次に、ＲＯ膜装置４０の構成について説明する。図３は、ＲＯ膜装置４０の構成を概略的に示した図である。

図３に示すように、ＲＯ膜装置４０は、加圧ポンプ４１０と、インバータ４１１と、ＲＯ膜モジュール４１５と、ＵＶ殺菌装置４２０と、流量センサ４３０と、を備える。

加圧ポンプ４１０は、イオン交換処理水ラインＬ１２に設けられる。加圧ポンプ４１０は、上流側から供給されるイオン交換処理水Ｗ１２を吸入し加圧して、ＲＯ膜モジュール４１５に向けて吐出する装置である。イオン交換処理水ラインＬ１２の下流側の端部は、ＲＯ膜モジュール４１５の一次側入口ポートに接続されている。

インバータ４１１は、加圧ポンプ４１０を周波数制御するためのものであり、制御部７０に電気的に接続される。加圧ポンプ４１０は、インバータ４１１を介して制御部７０により駆動及び停止が制御される。

ＲＯ膜モジュール４１５は、単一または複数の逆浸透膜エレメント（図示省略）を備える。逆浸透膜エレメントは、架橋全芳香族ポリアミド等を用いた負荷電性のスキン層、すなわち、負に帯電しやすいスキン層を表面に有するものである。

逆浸透膜エレメントとしては、操作圧力０．７ＭＰａおよび回収率１５％の条件で濃度５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．０および温度２５℃の塩化ナトリウム水溶液を供給したときの水透過係数が１．３×１０^−１１〜１．７×１０^−１１ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１でありかつ塩除去率が９９％以上の性状のものが好ましい。
ここで、操作圧力とは、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ３８０２：１９９５「膜用語」で定義される平均操作圧力をいい、ここでは、ＲＯ膜モジュール４１５の一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。
回収率とは、ＲＯ膜モジュール４１５へ供給される水の流量（Ｑｆ）に対する透過水の流量（Ｑｐ）の割合（％）（すなわち、Ｑｐ／Ｑｆ×１００）をいう。
水透過係数は、透過水量（ｍ３／ｓ）を膜面積（ｍ２）および有効圧力（Ｐａ）で除した値であり、逆浸透膜で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、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ３８０２：１９９５「膜用語」で定義されており、操作圧力（平均操作圧力）から浸透圧差および二次側圧力を差し引いた圧力である。
また、塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度から計算される値であり、逆浸透膜で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４１５に供給される水における特定の塩類の濃度（Ｃ１）および透過水における特定の塩類の濃度（Ｃ２）から、（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００により求められる。

上述のスキン層および性状を備えた逆浸透膜は、逆浸透膜エレメントとして市販されている。このような逆浸透膜エレメントとしては、例えば、東レ社製の型式名「ＴＭＧ２０−４００」（上記条件での水透過係数が１．７×１０^−１１ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１）、ウンジン・ケミカル社製の型式名「ＲＥ８０４０−ＢＬＮ」（上記条件での水透過係数が１．６×１０^−１１ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１）および日東電工社製「ＥＳＰＡ１」（上記条件での水透過係数が１．６×１０^−１１ｍ^３・ｍ^−２・ｓ^−１・Ｐａ^−１）等が挙げられる。

ＲＯ膜装置４０に供給されたイオン交換処理水Ｗ１２は、ＲＯ膜モジュール４１５によって透過水Ｗ１３と濃縮水Ｗ１４に分離される。

透過水ラインＬ１３は、ＲＯ膜モジュール４１５によって分離された透過水Ｗ１３が流通するラインである。本実施形態の透過水ラインＬ１３は、その上流側の端部がＲＯ膜モジュール４１５の二次側ポートに接続され、下流側の端部がＲＯ水タンク４２に接続される。

図２に示すように、透過水ラインＬ１３には、ＮａＯＨ添加装置８０によりＮａＯＨが添加される。ＮａＯＨ添加装置８０によって添加されるＮａＯＨによって透過水Ｗ１３のｐＨが調整される。本実施形態では、２５％ＮａＯＨが添加されることによって透過水Ｗ１３の水質が、例えばｐＨ５．３から中性領域へと調整される。第２ｐＨ計９１は、ＮａＯＨが添加された後の透過水Ｗ１３のｐＨを測定する。そして、ｐＨ測定値が所定範囲（例えば、６．８〜７．２の中性領域）に収まるように、ＮａＯＨの添加量が調整される。

図３に示すように、濃縮水ラインＬ１４は、ＲＯ膜モジュール４１５から濃縮水Ｗ１４を濃縮水タンク７１に送り出すラインである。本実施形態では、図３に示すように、ＲＯ膜モジュール４１５によって分離された濃縮水Ｗ１４は、中間濃縮水ラインＬ１３０を通じて濃縮水ラインＬ１４に送られる。中間濃縮水ラインＬ１３０は、共通濃縮水ラインＬ１３１、第１分岐濃縮水ラインＬ１３２、第２分岐濃縮水ラインＬ１３３及び第３分岐濃縮水ラインＬ１３４から構成される。

共通濃縮水ラインＬ１３１は、その上流側の端部がＲＯ膜モジュール４１５の一次側出口ポートに接続されている。また、共通濃縮水ラインＬ１３１は、その経路途中から濃縮水還流ラインＬ４００が分岐するとともに、その終端部では、第１分岐濃縮水ラインＬ１３２、第２分岐濃縮水ラインＬ１３３及び第３分岐濃縮水ラインＬ１３４の３つのラインに分岐している。また、共通濃縮水ラインＬ１３１には、定流量弁（図示省略）が設けられており、ＲＯ膜モジュール４１５における濃縮水Ｗ１４の循環比（二次側ポートから流出する透過水Ｗ１３の流量Ｑｐに対する一次側出口ポートから流出する濃縮水Ｗ１４の流量Ｑｃの比率（Ｑｃ／Ｑｐ）、通常は“５”程度に設定）を一定に保つように構成されている。

濃縮水還流ラインＬ４００は、ＲＯ膜モジュール４１５から送り出された濃縮水Ｗ１４の一部をイオン交換処理水ラインＬ１２における加圧ポンプ４１０よりも上流側に還流させるラインである。また、この濃縮水還流ラインＬ４００には、適宜の箇所に流量調整弁または圧力調整弁（図示省略）が設けられる。

ＵＶ殺菌装置４２０は、濃縮水還流ラインＬ４００の経路途中に配置される。ＵＶ殺菌装置４２０は、ＲＯ膜モジュール４１５の一次側での微生物の繁殖を抑制するため、所定のタイミングで一次側を循環する濃縮水Ｗ１４に対して紫外線を照射する。本実施形態では、紫外線の照射は、予め設定されたスケジュールに基づいて定期的に行われ、ＵＶ殺菌装置４２０によって紫外線が照射された濃縮水Ｗ１４を循環させることにより、ＲＯ膜モジュール４１５の一次側が殺菌される。架橋全芳香族ポリアミドをスキン層に有するＲＯ膜の場合、耐酸化性の問題からＲＯ膜モジュール４１５のＮａＣｌＯ等の酸化型殺菌剤を用いることはできない。しかし、ＵＶ殺菌装置４２０であれば、ＲＯ膜の酸化劣化を引き起こすことなく、ＲＯ膜モジュール４１５の一次側に対して殺菌処理および制菌処理を行うことができる。

第１分岐濃縮水ラインＬ１３２には、第１排水弁４２１が設けられている。第２分岐濃縮水ラインＬ１３３には、第２排水弁４２２が設けられている。第３分岐濃縮水ラインＬ１３４には、第３排水弁４２３が設けられている。第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３は、排出ラインＬ５を通じて装置外へ排出される濃縮水Ｗ１４の排水流量を調節する弁である。

第１排水弁４２１は、第１分岐濃縮水ラインＬ１３２を開閉することができる。第２排水弁４２２は、第２分岐濃縮水ラインＬ１３３を開閉することができる。第３排水弁４２３は、第３分岐濃縮水ラインＬ１３４を開閉することができる。第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３は、それぞれ定流量弁機構（図示省略）を備える。定流量弁機構は、第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３において、それぞれ異なる流量値に設定されている。例えば、第１排水弁４２１は、開状態において、ＲＯ膜モジュール４１５の回収率が９５％となるように排水流量が設定されている。第２排水弁４２２は、開状態において、ＲＯ膜モジュール４１５の回収率が９０％となるように排水流量が設定されている。第３排水弁４２３は、開状態において、ＲＯ膜モジュール４１５の回収率が８０％となるように排水流量が設定されている。

第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３は、それぞれ制御部７０と電気的に接続されている。第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３における弁体の開閉は、制御部７０からの駆動信号により制御される。

第１分岐濃縮水ラインＬ１３２、第２分岐濃縮水ラインＬ１３３及び第３分岐濃縮水ラインＬ１３４は、そのそれぞれの下流側の端部が濃縮水ラインＬ１４に接続されている。濃縮水ラインＬ１４から排出される濃縮水Ｗ１４の排水流量は、第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３を選択的に開閉することにより、段階的に調節できる。例えば、第２排水弁４２２のみを開状態とし、第１排水弁４２１及び第３排水弁４２３を閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール４１５の回収率を９０％とすることができる。また、第１排水弁４２１及び第２排水弁４２２を開状態とし、第３排水弁４２３のみを閉状態とする。この場合には、ＲＯ膜モジュール４１５の回収率を８５％とすることができる。従って、本実施形態において、濃縮水Ｗ１４の排水流量は、第１排水弁４２１〜第３排水弁４２３を選択的に開閉すること（すなわち、開弁数を制御すること）により、回収率を段階的に調節することができる。

なお、本実施形態では、３つの排水弁を図示したが、第１分岐濃縮水ラインＬ１３２〜第３分岐濃縮水ラインＬ１３４を分岐せずに１本とし、このラインに比例制御弁を設けた構成としてもよい。その場合には、制御部７０から指令信号を比例制御弁に送信して弁開度を制御することにより、回収率を無段階で調節することができる。

流量センサ４３０は、透過水ラインＬ１３に設けられる。流量センサ４３０は、透過水ラインＬ１３を流通する透過水Ｗ１３の流量を検出する機器である。流量センサ４３０として、例えば、流路ハウジング内に軸流羽根車又は接線羽根車（図示省略）を配置したパルス発信式の流量センサを用いることができる。流量センサ４３０は、制御部７０と電気的に接続されている。流量センサ４３０で検出された透過水Ｗ１３の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部７０へパルス信号として送信される。制御部７０は、入力された流量検出値に基づいて後述の流量フィードバック水量制御を行う。

以上、説明したように、本実施形態のＲＯ膜装置４０は、回収率を調整可能に構成される。ＲＯ膜装置４０は、制御部７０に電気的に接続されており、制御部７０からの制御信号に基づいてその回収率が調整される。

次に、透過水ラインＬ１３が接続されるＲＯ水タンク４２について説明する。ＲＯ水タンク４２は、透過水ラインＬ１３を通じてＲＯ膜装置４０によって分離された透過水Ｗ１３が貯留される。本実施形態のＲＯ水タンク４２は、紫外線によってＲＯ水タンク４２に貯留された水に対して殺菌を行うＵＶ殺菌装置４５と、ＲＯ水タンク４２の水位を検出する水位センサ４６と、を備える。

本実施形態のＲＯ水タンク４２には、還流ラインＬ２０及び再生用水ラインＬ１５が接続されており、透過水Ｗ１３を異なる供給先に供給できるようになっている。

還流ラインＬ２０には、送水ポンプ４７、ファイナルフィルタ６０及びＵＶ殺菌灯６１が配置される。送水ポンプ４７は、ＲＯ水タンク４２に貯留された透過水Ｗ１３を処理水Ｗ２０として還流ラインＬ２０を通じて原水タンク２側に送る。還流ラインＬ２０は、処理水（透過水）Ｗ２０を排水源であるボトル洗浄装置４（本実施形態では、ボトル洗浄装置４で使用するリンサー水を貯留する原水タンク２）に還流する透過水還流部として機能する。

ファイナルフィルタ６０は、還流ラインＬ２０の経路途中に配置され、還流ラインＬ２０を流れる処理水Ｗ２０に残存する不純物を除去する。

ＵＶ殺菌灯６１は、還流ラインＬ２０におけるファイナルフィルタ６０の下流側に配置される。ＵＶ殺菌灯６１は、ファイナルフィルタ６０によって不純物が除去された処理水Ｗ２０に対して紫外線による殺菌を行う。

ＲＯ水タンク４２に貯留された透過水Ｗ１３を利用するためのもう一方のラインである再生用水ラインＬ１５は、その下流側の端部が混床式純水装置５０に接続される。この再生用水ラインＬ１５には、再生用水ポンプ４８が配置されており、透過水Ｗ１３を再生用水Ｗ１５として混床式純水装置５０に供給可能になっている。混床式純水装置５０に供給された再生用水Ｗ１５は、再生剤の調製（ＮａＯＨ又はＨＣｌの希釈）並びに再生剤の押出を含むイオン交換樹脂床の再生処理に使用される。

次に、濃縮水ラインＬ１４が接続される濃縮水タンク７１について説明する。濃縮水タンク（濃縮水供給部）７１は、ボトル洗浄装置４とは異なる水使用設備９９に濃縮水Ｗ１４を供給する。濃縮水タンク７１は、上述の通り濃縮水ラインＬ１４を介してＲＯ膜装置４０に接続されており、イオン交換処理水Ｗ１２を濃縮した濃縮水Ｗ１４が貯留される。

濃縮水ラインＬ１４には、第３薬注装置６９が配置されており、第１薬注装置３６と同様にＮａＣｌＯが殺菌剤として濃縮水Ｗ１４に薬注される。第３薬注装置６９は、所定のタイミングで濃縮水Ｗ１４に対して次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）を殺菌剤として薬注し、濃縮水ラインＬ１４および濃縮水タンク７１での微生物の繁殖を抑制する。本実施形態では、ＮａＣｌＯの薬注は、予め設定されたスケジュールに基づいて定期的に行われる。

本実施形態の濃縮水タンク７１は、供給ポンプ７２と、水位センサ７３と、を備える。また、濃縮水タンク７１には、水使用設備９９に濃縮水Ｗ１４を供給するための濃縮水供給ラインＬ１６と、濃縮水Ｗ１４を系外に排出するための濃縮水排出ラインＬ１７と、が接続される。

供給ポンプ７２は、濃縮水供給ラインＬ１６に配置される。供給ポンプ７２は、制御部７０の駆動信号に基づいて駆動する。当該供給ポンプ７２が駆動されることによって濃縮水Ｗ１４が水使用設備９９に供給される。本実施形態の水使用設備９９は、ボイラ、クーリングタワー等である。水位センサ７３は、濃縮水タンク７１に貯留された濃縮水Ｗ１４の水位を検出する。水位センサ７３により検出された水位情報は、制御部７０に送信される。

本実施形態の濃縮水タンク７１は、濃縮水排出ラインＬ１７を通じて濃縮水Ｗ１４を系外に排出可能になっている。濃縮水排出ラインＬ１７には開閉弁（図示省略）が配置されている。本実施形態では、制御部７０により開閉弁の開閉状態が制御可能に構成されており、第３薬注装置６９が殺菌を行うタイミングに基づいて該開閉弁を開状態に制御することにより、殺菌剤を含む濃縮水Ｗ１４を系外に排出させることができる。

第１実施形態の水処理システム１０の主要な構成は、以上の通りである。図１に示すように、ボトル洗浄装置４の洗浄処理ではオキソニア殺菌剤が用いられる。そのため、ボトル洗浄装置４の洗浄処理で生じた排水Ｗ１０には、オキソニア殺菌剤に由来する過酸化水素、過酢酸等の過酸化物のほか、ペットボトル等に由来する微量のホルムアルデヒドが含まれる。本実施形態の水処理システム１０は、この排水Ｗ１０に含まれる過酸化物およびホルムアルデヒドの除去処理を行うと共に濃縮水Ｗ１４の活用を行う。次に、水処理システム１０による除去処理の一連の流れ及び処理過程で生じる濃縮水Ｗ１４の活用方法について説明する。

水処理システム１０に導入された排水Ｗ１０は、ＮａＯＨ添加装置８０によってｐＨが中性領域に調整された後、還元装置３０に送られる。還元装置３０では、第１還元塔３１及び第２還元塔３２の活性炭の触媒作用により、排水Ｗ１０に含まれる過酸化水素、過酢酸等の過酸化物が酢酸（酢酸イオン）と水に分解される。本実施形態の還元装置３０は、処理対象の排水Ｗ１０がＮａＯＨ添加装置８０によってｐＨ調整されていることに加え、２塔直列式に構成されているので、排水Ｗ１０中の過酸化水素、過酢酸等の過酸化物を活性炭に十分に接触させることができ、高効率な還元処理が実現されている。還元装置３０で還元処理が行われた排水Ｗ１０は、還元処理水Ｗ１１として下流側の混床式純水装置５０に送られる。

混床式純水装置５０では、還元処理水Ｗ１１がイオン交換樹脂に接触し、酢酸イオンをはじめとするイオン成分が除去される。本実施形態では、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を含む混床式純水装置５０がイオン交換装置として設置されており、還元処理水Ｗ１１から陽イオン及び陰イオンが除去され、塩分濃度の低い脱塩水であるイオン交換処理水Ｗ１２が得られる。イオン交換処理水Ｗ１２は、下流側のプレフィルタ３８に送られる。

プレフィルタ３８によって懸濁物質が除去されたイオン交換処理水Ｗ１２に、第２薬注装置３９によって亜硫酸水素ナトリウムが添加される。イオン交換処理水Ｗ１２に含まれる排水Ｗ１０由来のホルムアルデヒドは、亜硫酸水素イオンと付加反応し、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンが生成される。ヒドロキシメタンスルホン酸イオンが生成されたイオン交換処理水Ｗ１２は、ＲＯ膜装置４０に送られる。

ＲＯ膜装置４０は、付加反応で生成されたヒドロキシメタンスルホン酸イオンや混床式純水装置５０で除去しきれなかったイオン成分をイオン交換処理水Ｗ１２から除去する。これにより、イオン交換処理水Ｗ１２に含まれていたほとんどのホルムアルデヒド（９９％以上）を除去することができる。また、ＲＯ膜装置４０により、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）や菌類等も還元処理水Ｗ１１から除去される。

ＲＯ膜装置４０によって処理されたイオン交換処理水Ｗ１２は、透過水Ｗ１３として下流側のＲＯ水タンク４２に送られる。ＲＯ水タンク４２に貯留された透過水Ｗ１３は、その一部が、ファイナルフィルタ６０による不純物の除去及びＵＶ殺菌灯６１による殺菌処理が行われた後、処理水Ｗ２０として還流ラインＬ２０を通じて原水タンク２に戻される。処理水Ｗ２０は、水処理システム１０によるオキソニア殺菌剤の除去に係る一連の処理により、ボトル洗浄装置４のリンサー排水Ｗ１０が再利用可能な水質レベル（好ましくは、水道水質基準をクリアした飲適レベル）まで処理される。また、ＲＯ水タンク４２に貯留された透過水Ｗ１３の一部は、上述の通り再生用水Ｗ１５として混床式純水装置５０の再生処理で使用される。

一方、ＲＯ膜装置４０の透過水Ｗ１３の製造に伴って生じた濃縮水Ｗ１４は、濃縮水ラインＬ１４を通じて濃縮水タンク７１に送られる。上述の通り、ＲＯ膜装置４０の処理対象の水はイオン交換処理水Ｗ１２であり、混床式純水装置５０によって製造された脱塩水である。処理対象が脱塩水であるため、ＲＯ膜装置４０の処理過程で生じる濃縮水Ｗ１４は、ボイラ、クーリングタワー等の水使用設備９９に使用できるレベルの水質であり、別途処理を行うことなく直接的に水使用設備９９に供給できる。本実施形態では、水使用設備９９からの給水要求を受信した制御部７０が供給ポンプ７２を駆動し、濃縮水供給ラインＬ１６を通じて当該水使用設備９９に補給水としての濃縮水Ｗ１４を供給する。

以上説明した第１実施形態の水処理システム１０によれば、以下のような効果を奏する。
第１実施形態の水処理システム１０は、排水Ｗ１０に含まれる過酸化物を還元して還元処理水Ｗ１１を得る還元装置３０と、還元処理水Ｗ１１を陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂に接触させてイオン交換処理水Ｗ１２を得る混床式純水装置５０と、イオン交換処理水Ｗ１２をＲＯ膜モジュール４１５によって透過水Ｗ１３と濃縮水Ｗ１４とに分離するＲＯ膜装置４０と、透過水Ｗ１３を処理水Ｗ２０としてボトル洗浄装置（排水源）４に還流する還流ラインＬ２０と、濃縮水Ｗ１４を原水タンク２とは異なる水使用設備（ボイラ、クーリングタワー等）９９に供給する濃縮水タンク７１と、を備える。

これにより、透過水Ｗ１３を排水源であるボトル洗浄装置４に還流して再利用しつつ、濃縮水Ｗ１４についても水使用設備９９で利用可能となり、ボトル洗浄装置４からの排水Ｗ１０を効率的に活用できる。また、濃縮水Ｗ１４は、ＲＯ膜装置４０に導入される前に還元装置３０及び混床式純水装置５０によって浄化処理されたイオン交換処理水Ｗ１２を濃縮したものであるので、改めて浄化処理を行うことなく、ボイラやクーリングタワー等の様々な水使用設備９９に使用することができる。

また、本実施形態の水処理システム１０は、イオン交換装置として陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の両方を含む混床式純水装置５０が適用される。

これにより、酢酸イオンだけでなく陽イオンも還元処理水Ｗ１１から取り除かれ、より塩分濃度の低い脱塩水をＲＯ膜装置４０に供給できる。ＲＯ膜装置に供給されるイオン交換処理水Ｗ１２の塩分濃度が低く保たれることにより、イオン交換処理水Ｗ１２の濃縮によって生じる濃縮水Ｗ１４の利用範囲も広がる。更に、陽イオン交換樹脂がないイオン交換装置に比べ、陽イオンを除去できる分、ＲＯ膜装置４０の回収率を高くすることができ、水処理システム１０全体の処理効率を効果的に向上させることができる。

また、本実施形態の水処理システム１０は、イオン交換処理水Ｗ１２に亜硫酸塩を添加する第２薬注装置３９を更に備える。

これにより、ＲＯ膜の通過時にホルムアルデヒドが除去される。従って、排水Ｗ１０の循環再利用によってホルムアルデヒドが濃縮されるような事態も防止され、処理水Ｗ２０では、ホルムアルデヒド濃度を水道水質基準の０．０８ｍｇ／Ｌ以下に抑制することができる。また、濃縮水Ｗ１４では、ホルムアルデヒドがヒドロキシメタンスルホン酸イオンの形で無害化されているため、濃縮水Ｗ１４を安全な用水として利用することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の水処理システム２１０について説明する。図４は、第２実施形態の水処理システム２１０を概略的に示した図である。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することがある。

第２実施形態の水処理システム２１０は、第２薬注装置３９が薬注を行う位置が第１実施形態の水処理システム１０とは異なっている。図４に示すように、第２実施形態の第２薬注装置３９は、還元処理水Ｗ１１に対して亜硫酸塩を添加する。より具体的には、還元装置３０と混床式純水装置５０との間である還元処理水ラインＬ１１で亜硫酸塩の薬注が行われる。また、第２薬注装置３９の薬注位置は、第１薬注装置３６の薬注位置の下流側となっている。

亜硫酸塩が添加されると還元処理水Ｗ１１に含まれるホルムアルデヒドは添加された亜硫酸塩と反応し、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンが生成される。ヒドロキシメタンスルホン酸イオンは、下流側に配置される混床式純水装置５０の陰イオン交換樹脂によって捕捉され、その結果ホルムアルデヒドが除去される。

以上説明した第２実施形態の水処理システム２１０によれば、以下のような効果を奏する。第２実施形態の水処理システム２１０が備える第２薬注装置３９は、還元処理水Ｗ１１に亜硫酸水素ナトリウムを添加するように構成される。これにより、ＲＯ膜を使用することなくホルムアルデヒドを除去できるので、ホルムアルデヒドが回収率に影響を与える可能性をより小さくして、効率の高い水処理システム２１０を実現できる。また、ホルムアルデヒドと反応しなかった亜硫酸塩も混床式純水装置５０に捕捉されるので、下流側のＲＯ膜装置４０から排出される濃縮水Ｗ１４への影響も低減でき、濃縮水Ｗ１４の使用範囲をより拡げることができる。

以上、本発明の水処理システムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の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、上記実施形態では、排出ラインＬ１１２によって次亜塩素酸ナトリウムを系外に排出する構成であるが、亜硫酸塩の注入量及びタイミングを調整し、亜硫酸塩によって次亜塩素酸ナトリウムを還元する構成としてもよい。この場合、排出ラインＬ１１２を省略することも可能である。

上記実施形態では、イオン交換装置として混床式純水装置５０を適用しているが、この構成は適宜変更することができる。例えば、陽イオン交換樹脂を有しない陰イオン交換樹脂の単床式純水装置に変更することもできる。

上記実施形態では、透過水Ｗ１３を再生用水Ｗ１５として再生用水ラインＬ１５を通じて混床式純水装置５０に供給する構成であるが、この構成は適宜変更することができる。例えば、濃縮水タンク７１に貯留された濃縮水Ｗ１４を再生処理水として再生処理を行う混床式純水装置５０に供給する構成とすることもできる。また、水使用設備が要求する水質によっては、第３薬注装置６９を省略することもできる。このように、濃縮水Ｗ１４の使用範囲は、上記実施形態の構成に限定されず、種々の水使用設備に使用することができる。

上記実施形態では、飲料工場で用いるアセプティック充填設備１に用いられる水処理システムを本発明の適用例として説明したが、上記実施形態の構成に限定されるわけではない。排水源からの排水を処理して排水源で再利用するものであれば、本発明の水処理システムを適用することができる。

４ ボトル洗浄装置（排水源）
１０ 水処理システム
３０ 還元装置
３９ 第２薬注装置（亜硫酸塩添加装置）
４０ ＲＯ膜装置（逆浸透膜装置）
５０ 混床式純水装置（イオン交換装置）
７１ 濃縮水タンク（濃縮水供給部）
９９ 水使用設備
２１０ 水処理システム
Ｌ２０ 還流ライン（透過水還流部）

Claims (4)

1. 排水源からの過酸化物を含む排水を前記排水源において再利用するための水処理システムであって、
   排水に含まれる過酸化物を還元して還元処理水を得る還元装置と、
   還元処理水を少なくとも陰イオン交換樹脂と接触させてイオン交換処理水を得るイオン交換装置と、
   イオン交換処理水を逆浸透膜モジュールによって透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜装置と、
   透過水を前記排水源に還流する透過水還流部と、
   濃縮水を前記排水源とは異なる水使用設備に供給する濃縮水供給部と、
   を備える水処理システム。
2. 前記イオン交換装置は、陽イオン交換樹脂を更に有し、混床式に構成される請求項１に記載の水処理システム。
3. イオン交換処理水に亜硫酸塩を添加する亜硫酸塩添加装置を更に備える請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 還元処理水に亜硫酸塩を添加する亜硫酸塩添加装置を更に備える請求項１又は２に記載の水処理システム。

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