JP2017074574A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】シリカを含む水を逆浸透膜処理するに際して、スケール分散剤や阻止率向上剤などの追加の薬剤を添加せずに、従来法におけるよりも高濃度にシリカを濃縮しながら逆浸透膜の閉塞を生じさせることなく水回収率を向上させる方法を提案する。【解決手段】1 mg/L asCaCO3以下の硬度成分とシリカとを含む被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水を逆浸透膜装置に供給して、逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とする水処理方法。【選択図】なし

Description

本発明は、水処理方法及び水処理装置に関し、特に逆浸透膜を用いてシリカ含有水を処理する水処理方法及び水処理装置に関する。

シリカ（ＳｉＯ_２）は自然水に含まれる成分で、地下水（井水、地熱水、鉱山排水）に多く含まれる傾向がある。シリカは基本的に有害ではないもののスケール成分であることからしばしば利水上の障害を引き起こす。

ボイラや熱交換器等では、シリカスケールの析出によるトラブルが起こりやすいことから、冷凍空調機器の冷却水等のシリカ濃度については、３０〜５０ｍｇ／Ｌ以下であることが求められている。（出典：社団法人日本冷凍空調工業会、冷凍空調機器用水質ガイドライン、JRA-GL-02-1994）。

逆浸透膜処理（ＲＯ）では、ＲＯ膜の濃縮水側表面に、濃縮されたシリカが析出してＲＯ膜を閉塞させるため、得られる処理水量が減ってしまうという問題がある。ＲＯ膜表面の閉塞は、シリカばかりではなく、鉄、マンガン、カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分によっても発生する。しかし、鉄やマンガンは凝集処理により、カルシウムやマグネシウムは軟化処理により、比較的容易に除去可能であるが、シリカの除去は困難である。したがって、ＲＯ原水の水回収率を律する要因は原水中のシリカ濃度であることが大半であり、原水のシリカ濃度によって水回収率が制限されてしまうことが多い。

シリカ及び硬度成分を含む原水を逆浸透膜処理するに際して、硫酸を添加して原水のｐＨを８〜９若しくは酸性域に調整し、且つポリカルボン酸とホスホン酸とを含むスケール分散剤を添加し、逆浸透膜装置から排出される濃縮水中のシリカ濃度を１５０ｍｇ／Ｌ以下に維持することが提案されている（特許文献１）。特許文献１に開示されている方法では、スケール分散剤を必要とするため薬剤コストが高くなる。また、特許文献１には、逆浸透膜の閉塞を防止するためにシリカ濃度を低く維持する技術的思想が開示されており、水回収率を高くすることができない。

また、電子デバイス製造工場等から排出される有機物含有水を逆浸透膜処理するに際し、有機物含有水のｐＨを９．５以上に調整し、且つポリアルキレングリコール鎖を有する化合物を阻止率向上剤として添加し、低分子量の非イオン性有機物、ホウ素及びシリカを除去することが提案されている（特許文献２）。特許文献２には、シリカを除去するためにポリアルキレングリコール鎖を有する化合物を阻止率向上剤として添加することが開示されており、ｐＨを９．５以上に調整するだけではシリカの濃縮による逆浸透膜の閉塞を解決することができないことが示唆されているといえる。

特許第5768959号公報 特開2008-132421号公報

本発明は、シリカを含む水を逆浸透膜処理するに際して、スケール分散剤や阻止率向上剤などの追加の薬剤を添加せずに、従来法におけるよりも高濃度にシリカを濃縮しながら逆浸透膜の閉塞を生じさせることなく水回収率を向上させる方法を提案することを目的とする。

本発明によれば以下の水処理方法及び水処理装置が提供される。
［１］ 1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水を逆浸透膜装置に供給して、逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とする、ことを特徴とする水処理方法。
［２］ 前記被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記被処理水を前記逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記被処理水を予備加温する、ことを特徴とする［１］に記載の水処理方法。
［３］ 前記被処理水は、1 mg/L asCaCO₃以上の硬度成分及びシリカを含む原水をイオン交換したものである、［１］又は［２］に記載の水処理方法。
［４］ ２以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、
第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を第２の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第２の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を第１の逆浸透膜装置へ供給される当該第１の被処理水に添加し、ｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に第１の逆浸透膜装置に供給する工程、を少なくとも備え、
第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。
［５］ 前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加してｐＨを６．５以上１０．０以下に調整した後に、前記第２の逆浸透膜装置に供給する、ことを特徴とする［４］に記載の水処理方法。
［６］ ２以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第１の逆浸透膜装置から排出される第１の濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、第２の逆浸透膜装置に供給する工程、を少なくとも備え、
最終段の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。
［７］ ３以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、
第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、第２の被処理水として第２の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を第３の逆浸透膜装置に供給し、第３の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を前記第２の被処理水に添加する工程
を少なくとも備え、最終段の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。
［８］ 前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加してｐＨを６．５以上１０．０以下に調整した後に、前記第３の逆浸透膜装置に供給する、ことを特徴とする［７］に記載の水処理方法。
［９］ 前記第２の逆浸透膜装置に供給する被処理水のｐＨ及び水温は、前記第１の逆浸透膜装置に供給する被処理水のｐＨ及び水温よりも高くする、ことを特徴とする［４］〜［８］のいずれか１に記載の水処理方法。
［１０］ 前記第１の逆浸透膜装置へ供給される第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第１の被処理水を前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水及び／又は前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第１の被処理水を予備加温することを特徴とする［４］〜［９］のいずれか１に記載の水処理方法。
［１１］ 前記第１の逆浸透膜装置へ供給される第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第１の被処理水を前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第１の被処理水を予備加温し、
前記第２の逆浸透膜装置へ供給される第２の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第２の被処理水を前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第２の被処理水を予備加温する
ことを特徴とする［４］〜［９］のいずれか１に記載の水処理方法。
［１２］ 逆浸透膜装置と、
当該逆浸透膜装置へ供給する被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加するｐＨ調整手段と、
当該逆浸透膜装置へ供給する被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する加温手段と、
を具備し、［１］に記載の水処理方法を行う装置。
［１３］ 前記逆浸透膜装置の加温手段の上流に、前記逆浸透膜装置から排出される透過水及び／又は濃縮水を熱媒体として用いる熱交換器を具備し、［２］に記載の水処理方法を行う［１２］に記載の装置。
［１４］ 前記逆浸透膜装置の加温手段及びアルカリ剤添加手段の上流に、イオン交換装置を具備し、［３］に記載の水処理方法を行う［１２］又は［１３］に記載の装置。
［１５］ 第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を当該第２の逆浸透膜装置へ供給する配管と、
当該第２の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を当該第１の逆浸透膜装置へ供給される当該第１の被処理水に添加する配管と、
を具備し、［４］に記載の水処理方法を行う装置。
［１６］ 前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を第２の逆浸透膜装置へ供給する配管に、酸添加手段がさらに設けられている、［１５］に記載の装置。
［１７］ 第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第２のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水の水温を２５〜４０℃に加温する第２の加温手段と、
を具備し、［６］に記載の水処理方法を行う装置。
［１８］ 第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第２のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水の水温を２５〜４０℃に加温する第２の加温手段と、
第３の逆浸透膜装置と、
当該第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を当該第３の逆浸透膜装置へ供給する配管と、
当該第３の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水に添加する配管と、
を具備し、［７］に記載の水処理方法を行う装置。
［１９］ 前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加する酸添加手段をさらに具備する、［１８］に記載の装置。
［２０］ 前記第１の逆浸透膜装置の第１の加温手段の上流に、前記第１の逆浸透膜装置及び／又は第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる熱交換器を具備する、［１５］〜［１９］のいずれか１に記載の装置。
［２１］ 前記第１の逆浸透膜装置の第１の加温手段の上流に、前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる第１の熱交換器と、
前記第２の逆浸透膜装置の第２の加温手段の上流に、前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる第２の熱交換器と
を具備する、［１５］〜［１９］のいずれか１に記載の装置。

本発明の処理方法及び処理装置によれば、シリカを含む水を逆浸透膜処理するに際して、スケール分散剤や阻止率向上剤などの追加の薬剤を添加せずに、従来法におけるよりも高濃度にシリカを濃縮しながら逆浸透膜の閉塞を生じさせることなく水回収率を向上させることができる。

本発明の処理方法及び処理装置では、ｐＨ調整及び水温調整を行うだけで、追加の薬剤を添加する必要がないため、薬剤添加に起因する追加の維持管理が不要で、汚泥発生量が増加することもない。

従来の水処理方法及び装置においては、濃縮水中のシリカ濃度が高くなると、逆浸透膜が閉塞して安定した水処理を行うことができなかったが、本発明の処理方法及び処理装置では、濃縮水中のシリカ濃度が高くても逆浸透膜の閉塞が生じず、９０％よりも高く、好ましくは９３％以上の高い水回収率で安定した水処理を長期にわたって行うことができる。

また、逆浸透膜装置から排出される透過水と被処理水とを熱交換して、被処理水を予備加温することで、被処理水の加温に必要な外部熱エネルギーを低減できるため、水処理費用をさらに低減することができる。

さらに、逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加して逆浸透膜処理することで、最終的に得られる透過水の電気伝導率を低く維持し、良好な処理水水質を維持することができる。

比較例１における透過水量の経時変化を示すグラフである。 比較例２における透過水量の経時変化を示すグラフである。 比較例３における透過水量の経時変化を示すグラフである。 比較例４における透過水量の経時変化を示すグラフである。 実施例１における透過水量の経時変化を示すグラフである。 実施例２における透過水量の経時変化を示すグラフである。 実施例３における透過水量の経時変化を示すグラフである。 実施例４における透過水量の経時変化を示すグラフである。 実施例５における透過水量の経時変化を示すグラフである。 参考例１における透過水量の経時変化を示すグラフである。

本発明の水処理方法は、1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水を逆浸透膜装置に供給して、逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは６００ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは７００ｍｇ／Ｌ以上とする、ことを特徴とする。

被処理水のｐＨ調整は、水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤の注入により行うことができる。アルカリ剤の注入は、被処理水のｐＨをモニタリングしながら行うｐＨ制御注入方式が好ましいが、被処理水の性状が安定している場合には一定の注入率で連続注入する方式でもよい。ｐＨ調整値は、１０．０〜１２．０、好ましくは１０．５〜１１．５の範囲とする。ｐＨ値が低過ぎるとシリカが析出してしまい、逆浸透膜装置の閉塞を誘発する。ｐＨ値が高すぎると逆浸透膜が劣化する。

被処理水の水温調整は、ヒーターやボイラ蒸気などの外部熱源、又は蒸気や温水などの排熱利用及びこれらの任意の組み合わせにより行うことができる。本発明においては、ボイラ蒸気と、逆浸透膜装置から排出される透過水を熱交換媒体として利用する熱交換との組み合わせが特に好ましい。排熱利用と組み合わせることによって、外部熱源からのエネルギー必要量を低く抑えることができ、エネルギーコストを抑制することができる。水温調整範囲は、２５〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃とする。水温が低すぎるとシリカが析出していまい，逆浸透膜装置の閉塞を誘発し、水温が高すぎると逆浸透膜が劣化する。

被処理水のｐＨと水温の両者を最適範囲に調整することで、シリカを溶解させたまま、逆浸透膜装置に供給することができ、逆浸透膜装置の閉塞を防止し、たとえば９０％よりも高い水回収率設定、好ましくは９３％以上の高い水回収率設定での長期運転を可能とし、薬剤及びエネルギーも節約できる。

本発明の処理対象となる被処理水は、1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含むものである。マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分を多く含む原水の場合には、予め軟化処理により硬度成分を除去することが好ましい。軟化処理としてはイオン交換処理が好適であり、たとえばＮａ型強酸性カチオン交換樹脂を用いる軟水装置を用いることができる。

以下、本発明を具体的に説明する。

［第１の態様］

被処理水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、逆浸透膜装置ＲＯに供給する。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、上記のフローの場合、逆浸透膜装置からの透過水が９５％、濃縮水が５％となることをいう。

［第２の態様］

２機の逆浸透膜装置を直列に用いて１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水を２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の被処理水として用いる態様である。被処理水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、逆浸透膜処理ＲＯ−１により得られる濃縮水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、装置全体から得られる透過水が９５％、濃縮水が５％となることをいい、上記のフローの場合、たとえば逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を６５％に設定し、濃縮水３５％が得られ、逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を８５％に設定して透過水３０％が得られる設定でもよい。

［第３の態様］

第２の態様の変形例であり、被処理水を無処理のまま１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１へ供給し、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水を２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の被処理水として用いる態様である。被処理水を１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、逆浸透膜処理ＲＯ−１により得られる濃縮水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、最終的に得られる逆浸透膜装置からの透過水が９５％、濃縮水が５％となることをいい、上記のフローの場合、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を６５％に設定し、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を８５％に設定し、全体として水回収率９５％に設定してもよい。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給する被処理水は無処理のままであり、最終的に水回収率９５％を達成する２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２への被処理水のｐＨ調整及び温度調整のみで足りるため、第２の態様と比較すると、薬剤注入量及び加温エネルギーを約６５％節約できる。

［第４の態様］

２機の逆浸透膜装置を用いて１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水を２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する態様である。被処理水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、逆浸透膜処理ＲＯ−１により得られる透過水を２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水は、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水に戻し入れ、アルカリ剤の添加及び温度調整後に１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１にて処理する。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、上記のフローの場合、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水が９５％となることをいう。

［第５の態様］

第４の態様の変形例であり、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水に酸を添加して中和させた後、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する態様である。被処理水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、逆浸透膜処理ＲＯ−１により得られる透過水に酸を添加した後、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水は、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水に戻し入れ、アルカリ剤の添加及び温度調整後に１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１にて処理する。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、上記のフローの場合、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水が９５％となることをいう。

第５の態様では、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２へ供給する水に酸を添加することによって、被処理水のｐＨを強アルカリ側から中性域に近づけて電気伝導率を下げることにより、低い電気伝導率の良質な透過水を得ることができる。上記のフローでは２機の逆浸透膜装置を用いた例を示しているが、逆浸透膜装置の台数に制限はない。２機以上の逆浸透膜装置を用いる場合には、最終段の逆浸透膜装置への供給水に酸を添加すればよい。また、添加する酸としては特に限定されず、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、その他の酸を使用することができる。

［第６の態様］

第２の態様の変形例であり、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水を熱媒体とする熱交換によって被処理水を予備加温する態様である。本態様は、被処理水を加温するエネルギーの節約に資する。

上記フローでは、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水を熱媒体として用いているが、第１の態様〜第５の態様のいずれにおいても逆浸透膜装置からの透過水を熱媒体として用いることができる。

［第７の態様］

３機の逆浸透膜装置を用いる態様である。被処理水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、逆浸透膜処理ＲＯ−１により得られる濃縮水にアルカリ剤（水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を添加してｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給し、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水に酸を添加した後に３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３に供給する。３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３からの濃縮水を１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水に戻し入れて２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給する。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水は、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水と熱交換する熱媒体として用いる。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水は、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給される１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水と熱交換する熱媒体として用いる。１段目及び２段目の逆浸透膜装置へ供給される被処理水及び濃縮水は予備加温されるため、水温を２５〜４０℃に調整するために必要な熱エネルギーを節約することができる。

たとえば、被処理水を水温３５℃、ｐＨ１０．９に調整した場合には、逆浸透膜装置の水回収率を９５％以上に設定しても長期間安定した運転を実現できる。逆浸透膜装置の水回収率を９５％に設定するとは、上記のフローの場合、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１及び３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３からの透過水の合計が９５％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水が５％となることをいう。

［第８の態様］

逆浸透膜装置へ供給する被処理水のｐＨ調整及び温度調整を行う前に、イオン交換する態様である。原水をイオン交換塔に給水してイオン交換して、原水中の硬度成分（カルシウム、マグネシウムなど）を除去して、1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分を含有する被処理水を得る。上記のフローでは、被処理水の処理態様は第５の態様を示したが、被処理水の処理態様は上述の第１の態様〜第７の態様及びその他の変形例を制限なく用いることができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

下記実施例及び比較例において用いた被処理水は、水温１６℃、ｐＨ８、カルシウム含有量０．１５ｍｇ／Ｌ以下、マグネシウム含有量０．１５ｍｇ／Ｌ以下、シリカ（ＳｉＯ_２）含有量４２ｍｇ／Ｌの井水である。

［比較例１］

上記第１の態様において、被処理水のｐＨ調整のみ行い、温度調整は行なわない態様に相当する。

被処理水に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１０に調整したが、加温は行わず水温は１６℃のままで逆浸透膜装置に供給した。濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は４２０ｍｇ／Ｌであった。透過水の回収率を９０％に設定して１年間運転した結果、透過水流量が徐々に低下し、回収率９０％を維持できなかった（図１）。

［比較例２］

上記第１の態様において、被処理水のｐＨ調整を行なわず、温度調整のみ行なった態様に相当する。

被処理水を３５℃に加温したがｐＨ調整を行わずｐＨ８のままで逆浸透膜装置ＲＯに供給した。逆浸透膜装置からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は１６３ｍｇ／Ｌであった。逆浸透膜装置の水回収率を７４％に設定して１年間運転した結果、透過水流量が徐々に低下し、回収率７４％でさえも維持できなかった（図２）。

［比較例３］

上記第２の態様において、被処理水のｐＨ調整を行なわず、温度調整のみ行なった態様に相当する。

被処理水を２２℃に加温したがｐＨ調整を行わずｐＨ８のままで１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水を３５℃に加温したがｐＨ調整は行わずに２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は１３１ｍｇ／Ｌ、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は１６３ｍｇ／Ｌで、最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は１６３ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を６８％に設定し、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を１９％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少ないが低下する傾向を示し、水回収率は７４％であった（図３）。しかし、水回収率７４％では全体の処理水量が低く、原水の約２５％が排水として排出されるため、排水処理の負担が大きく、実用的ではない。

［比較例４］
上記第１の態様において、被処理水に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを９．６に調整し、２０℃に加温した後、逆浸透膜装置に供給した。逆浸透膜装置の水回収率を８９．４％に設定して運転した。本例で用いた被処理水はシリカ濃度が３５．８ｍｇ／Ｌであった点を除いて他の条件は他の例と同じであったが、水回収率の設定を高くしたため、濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は３３８ｍｇ／Ｌと濃縮率は高くなった。その結果、透過水流量の減少が著しく、３ヶ月で１／２まで減少したため運転を停止した（図４）。すなわち、ｐＨが１０未満で水回収率を高く設定すると、シリカ濃縮率は高くなるが、透過水流量が著しく減少するため、実用できない。

［実施例１］
第２の態様において、被処理水を２２℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１０に調整して１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水を３５℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１に調整して２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は４５２ｍｇ／Ｌ、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は８３３ｍｇ／Ｌで、最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は８３３ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を９０．７％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を４５．７％、全体として水回収率を９５％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少なく、回収率９５％を維持できた（図５）。

［実施例２］
第４の態様において、被処理水を２５℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１に調整して１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給し、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水をそのまま２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水は１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水に戻し入れた。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度、つまり本例において最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は７１２ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を９４．３％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を９６％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少なく、透過水回収率９３．６％を維持できた（図６）。透過水の電気伝導率は５．０ｍＳ／ｍであった。

［実施例３］
第５の態様において、被処理水を２５℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１に調整して１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給した。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水に硫酸を添加してｐＨを１０に調製した後、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水は１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水に戻し入れた。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度、つまり本例において最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は７１２ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を９４．３％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を９６％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少なく、透過水回収率９３．６％を維持できた（図７）。透過水の電気伝導率は１．５ｍＳ／ｍであった。実施例２と３の結果から、２段目の逆浸透膜装置に供給する透過水に酸を添加してｐＨを調整することで、処理後の透過水の電気伝導率を低くすることができ、より良好な水質の透過水を得ることができるといえる。

［実施例４］
第７の態様において、被処理水を２５℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１０に調整した後、１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給した。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水を３５℃に加温して水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１に調整した後、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水に硫酸を添加してｐＨを１０に調整した後、３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３に供給した。３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３からの濃縮水は２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２へ供給される１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水に戻し入れた。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水は１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水と熱交換して、被処理水を予備加温した。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの透過水は２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２へ供給される１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水と熱交換した。

１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は４７２ｍｇ／Ｌ、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度、つまり本例において最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は８４０ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を９１．１％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を４４％、３段目の逆浸透膜装置ＲＯ−３の水回収率を９６％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少なく、透過水回収率９５％を維持できた（図８）。透過水の電気伝導率は１．５ｍＳ／ｍであった。

［実施例５］
第８の態様に相当する。原水としてカルシウム１０ｍｇ／Ｌ、マグネシウム５ｍｇ／Ｌ、シリカ（ＳｉＯ_２）４２ｍｇ／Ｌを含む井水をイオン交換してカルシウム０．０３ｍｇ／Ｌ以下、マグネシウム０．０３ｍｇ／Ｌ以下、シリカ（ＳｉＯ_２）４２ｍｇ／Ｌを含み、ｐＨ８、水温１６℃の被処理水を得た。被処理水を２５℃に加温し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１１に調整して１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１に供給した。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの透過水に硫酸を添加してｐＨを１０に調整した後、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２に供給した。２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２からの濃縮水は１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１への被処理水に戻し入れた。

１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１からの濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度、つまり本例において最終的に得られた濃縮水中シリカ（ＳｉＯ_２）濃度は８４０ｍｇ／Ｌであった。１段目の逆浸透膜装置ＲＯ−１の水回収率を９５．２％、２段目の逆浸透膜装置ＲＯ−２の水回収率を９６％に設定して１年間運転した結果、透過水流量の変動は少なく、透過水回収率９５％を維持できた（図９）。透過水の電気伝導率は１．５ｍＳ／ｍであった。

［参考例１］

原水をイオン交換して硬度成分を除去して被処理水とした以外は第１の態様に相当する。被処理水に水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１０．５に調整し、加温して水温を２５℃に調整した後、逆浸透膜装置に供給した。水回収率を９２．８％に設定して１年間運転したが、６ヶ月を経過した頃にイオン交換塔の不具合で硬度成分が１ｍｇ／Ｌを越える期間が２ヶ月続き、この間の透過水流量が２０％程度減少したため、酸を用いて逆浸透膜装置を洗浄したところ、透過水量が回復した（図１０）。濃縮水中シリカ濃度は５３８ｍｇ／Ｌであった。

本例より、被処理水中硬度成分濃度が１ｍｇ／Ｌを越えると、ｐＨ及び水温を調整しても水回収率９０％以上を維持することができないことが確認できる。

上記実施例１〜５及び比較例１〜４の処理条件及び処理結果をまとめて表１に示す。

Claims (21)

1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該被処理水を逆浸透膜装置に供給して、逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とする、ことを特徴とする水処理方法。

前記被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記被処理水を前記逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記被処理水を予備加温する、ことを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。

前記被処理水は、1 mg/L asCaCO₃以上の硬度成分及びシリカを含む原水をイオン交換したものである、請求項１又は２に記載の水処理方法。

２以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、
第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を第２の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第２の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を第１の逆浸透膜装置へ供給される当該第１の被処理水に添加し、ｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に第１の逆浸透膜装置に供給する工程、を少なくとも備え、
第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。

前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加してｐＨを６．５以上１０．０以下に調整した後に、前記第２の逆浸透膜装置に供給する、ことを特徴とする請求項４に記載の水処理方法。

２以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第１の逆浸透膜装置から排出される第１の濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、第２の逆浸透膜装置に供給する工程、を少なくとも備え、
最終段の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。

３以上の逆浸透膜装置を用い、
1 mg/L asCaCO₃以下の硬度成分とシリカとを含む第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ当該第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、当該第１の被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給する工程、
第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０の範囲に調整し、且つ水温を２５〜４０℃の範囲に調整した後に、第２の被処理水として第２の逆浸透膜装置に供給する工程、及び
第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を第３の逆浸透膜装置に供給し、第３の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を前記第２の被処理水に添加する工程
を少なくとも備え、最終段の逆浸透膜装置から排出される濃縮水中シリカ濃度を５５０ｍｇ／Ｌ以上とすることを特徴とする水処理方法。

前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加してｐＨを６．５以上１０．０以下に調整した後に、前記第３の逆浸透膜装置に供給する、ことを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。

前記第２の逆浸透膜装置に供給する被処理水のｐＨ及び水温は、前記第１の逆浸透膜装置に供給する被処理水のｐＨ及び水温よりも高くする、ことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１に記載の水処理方法。

前記第１の逆浸透膜装置へ供給される第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第１の被処理水を前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水及び／又は前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第１の被処理水を予備加温することを特徴とする請求項４〜９のいずれか１に記載の水処理方法。

前記第１の逆浸透膜装置へ供給される第１の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第１の被処理水を前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第１の被処理水を予備加温し、
前記第２の逆浸透膜装置へ供給される第２の被処理水の水温を２５〜４０℃の範囲に調整する前に、前記第２の被処理水を前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水と熱交換させ、前記第２の被処理水を予備加温する
ことを特徴とする請求項４〜９のいずれか１に記載の水処理方法。

逆浸透膜装置と、
当該逆浸透膜装置へ供給する被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加するｐＨ調整手段と、
当該逆浸透膜装置へ供給する被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する加温手段と、
を具備し、請求項１に記載の水処理方法を行う装置。

前記逆浸透膜装置の加温手段の上流に、前記逆浸透膜装置から排出される透過水及び／又は濃縮水を熱媒体として用いる熱交換器を具備し、請求項２に記載の水処理方法を行う請求項１２に記載の装置。

前記逆浸透膜装置の加温手段及びアルカリ剤添加手段の上流に、イオン交換装置を具備し、請求項３に記載の水処理方法を行う請求項１２又は１３に記載の装置。

第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を当該第２の逆浸透膜装置へ供給する配管と、
当該第２の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を当該第１の逆浸透膜装置へ供給される当該第１の被処理水に添加する配管と、
を具備し、請求項４に記載の水処理方法を行う装置。

前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を第２の逆浸透膜装置へ供給する配管に、酸添加手段がさらに設けられている、請求項１５に記載の装置。

第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第２のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水の水温を２５〜４０℃に加温する第２の加温手段と、
を具備し、請求項６に記載の水処理方法を行う装置。

第１の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第１のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置へ供給する第１の被処理水の水温を２５〜４０℃に加温する第１の加温手段と、
第２の逆浸透膜装置と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水のｐＨを１０．０〜１２．０に調整するアルカリ剤を添加する第２のｐＨ調整手段と、
当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水の水温を２５〜４０℃に加温する第２の加温手段と、
第３の逆浸透膜装置と、
当該第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を当該第３の逆浸透膜装置へ供給する配管と、
当該第３の逆浸透膜装置から排出される濃縮水を当該第１の逆浸透膜装置から排出される濃縮水に添加する配管と、
を具備し、請求項７に記載の水処理方法を行う装置。

前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水に酸を添加する酸添加手段をさらに具備する、請求項１８に記載の装置。

前記第１の逆浸透膜装置の第１の加温手段の上流に、前記第１の逆浸透膜装置及び／又は第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる熱交換器を具備する、請求項１５〜１９のいずれか１に記載の装置。

前記第１の逆浸透膜装置の第１の加温手段の上流に、前記第１の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる第１の熱交換器と、
前記第２の逆浸透膜装置の第２の加温手段の上流に、前記第２の逆浸透膜装置から排出される透過水を熱媒体として用いる第２の熱交換器と
を具備する、請求項１５〜１９のいずれか１に記載の装置。