JP2017136570A - Water treatment method, and water treatment system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water treatment method and a water treatment system for removing calcium in raw water and efficiently obtaining reusable treated water.SOLUTION: A water treatment method includes a reaction step for obtaining a reaction liquid containing calcium carbonate and not containing a coagulant from raw water, a membrane separation step for separating the reaction liquid into a permeate and a concentrated liquid by a membrane filter 15a, and a concentrated-liquid discharging step for discharging a part of the concentrated liquid to the outside. In the reaction step, at least a part of the concentrated liquid obtained in the membrane separation step is recycled and mixed with the reaction liquid, and the reaction liquid is alkalinized. The minimum particle diameter of the calcium carbonate in the reaction liquid is controlled to be larger than the average pore diameter of the membrane filter 15a.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、クーリングタワーブロー廃水などのカルシウムを含む原水からカルシウムを除去し、クーリングタワー冷却水やボイラー補給水などへの再利用が可能な処理水を得るための水処理方法、及び水処理システムに関する。   The present invention relates to a water treatment method and a water treatment system for removing treated calcium from raw water containing calcium such as cooling tower blow waste water and obtaining treated water that can be reused as cooling tower cooling water, boiler replenishing water, and the like.

従来、ビル空調や冷暖房設備に用いられる冷却水を冷却する装置として冷却塔が用いられている。この冷却塔から排出されるクーリングタワーブローダウン(Cooling Tower Blowdown、以下「CTB」と呼ぶ)廃水には、冷却水に含まれるカルシウム分が濃縮されて高濃度で含まれているため、再びクーリングタワーの冷却水やボイラー補給水として用いるためには、CTB廃水中に含まれるカルシウムを除去する必要がある。   Conventionally, a cooling tower has been used as a device for cooling cooling water used in building air conditioning and air conditioning equipment. Cooling Tower Blowdown (hereinafter referred to as “CTB”) wastewater discharged from this cooling tower contains a high concentration of calcium contained in the cooling water, so cooling the cooling tower again In order to use as water or boiler make-up water, it is necessary to remove calcium contained in the CTB waste water.

そこで、CTB廃水に含まれるカルシウムを除去して処理水を得る方法として、凝集剤を添加してMF膜やUF膜で濾過する方法が知られている(特許文献1および特許文献2参照)。   Therefore, as a method of obtaining treated water by removing calcium contained in CTB wastewater, a method of adding a flocculant and filtering with an MF membrane or a UF membrane is known (see Patent Literature 1 and Patent Literature 2).

特開平10−5763号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-5563 特開2003−300069号公報JP 2003-300069 A

しかしながら、上記特許文献1および特許文献2に記載の方法では、凝集剤や凝結剤が大量に必要となり、薬剤コストの問題があるだけでなく、これらの薬剤により汚泥の発生量が増加する。これらの汚泥は、通常は産業廃棄物として埋め立て処理されるので、環境面での負荷になるだけでなく、廃棄コストがかかる。   However, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 require a large amount of a flocculant and a coagulant, which not only has a problem of chemical cost, but also increases the amount of sludge generated by these chemicals. Since these sludges are usually landfilled as industrial waste, they are not only an environmental burden, but also cost disposal.

また、特許文献1では、濃縮液の濃度や凝集剤の種類を限定することで、UF膜やMF膜のフラックス(単位面積あたりの透過水量)の低下を抑制する検討がなされている。しかしながら、凝集剤自体も、濃縮されたときには濃縮液の粘性を増加させ、膜面ケーク層に付着することから、いわゆるファウリング(膜詰まり)の原因物質となっており、フラックスの低下を根本的に防止することはできていない。この結果、低下したフラックスを改善するために、頻繁に膜を薬品で洗浄したり交換したりする必要があり、設備の稼動率が低くなるので効率が悪く、薬品や膜のコストが高くなる。   In Patent Document 1, studies are made to suppress a decrease in flux (permeated water amount per unit area) of the UF membrane or MF membrane by limiting the concentration of the concentrate and the type of the flocculant. However, the flocculant itself also increases the viscosity of the concentrate when it is concentrated and adheres to the membrane surface cake layer, causing so-called fouling (membrane clogging), and fundamentally lowering the flux. It cannot be prevented. As a result, in order to improve the reduced flux, it is necessary to frequently wash or replace the membrane with chemicals, and the operating rate of the equipment is low, so that the efficiency is low and the cost of chemicals and membranes is high.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、原水中のカルシウムを除去し、再利用可能な処理水を効率良く得るための水処理方法、及び水処理システムを提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the water treatment method and water treatment system for removing the calcium in raw | natural water and obtaining the treated water which can be reused efficiently. To do.

発明者らは、これらの問題を鋭意検討したところ、カルシウムを含有する原水を反応工程へ供給し、反応工程内の原水へ、凝集剤を供給せずに、アルカリ性物質を供給することで得られる炭酸カルシウムを含む反応液を膜分離することで透過液と濃縮液に分離し、濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液へ混合することにより、効率よくカルシウムを除去できることを見出した。   The inventors have studied these problems earnestly, and obtained by supplying raw water containing calcium to the reaction process and supplying an alkaline substance to the raw water in the reaction process without supplying a flocculant. It was found that the reaction solution containing calcium carbonate was separated into a permeate and a concentrated solution by membrane separation, and at least a part of the concentrated solution was circulated and mixed with the reaction solution to efficiently remove calcium.

つまり、本発明に係る水処理方法は、原水からカルシウムを除去する水処理方法であって、原水から炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を得る反応工程と、反応液を濾過膜により透過液と濃縮液とに分離する膜分離工程と、濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出工程と、を含み、反応工程では、膜分離工程で得られた濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合すると共に、反応液をアルカリ性に調整し、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜の平均細孔径よりも大きく制御する水処理方法である。なお、「凝集剤を含まない」とは、凝集剤の含有量が完全にゼロの場合だけでなく、凝集剤の効果が実質的に認められない程度の少量を含有する場合を含む。   That is, the water treatment method according to the present invention is a water treatment method for removing calcium from raw water, a reaction step for obtaining a reaction solution containing calcium carbonate and not containing a flocculant from raw water, and allowing the reaction solution to pass through a filtration membrane. A membrane separation step for separating the liquid into a concentrate and a concentrate discharge step for discharging a part of the concentrate out of the system. In the reaction step, at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation step Is mixed with the reaction solution, the reaction solution is adjusted to be alkaline, and the minimum particle size of calcium carbonate in the reaction solution is controlled to be larger than the average pore size of the filtration membrane. The phrase “not containing the flocculant” includes not only the case where the content of the flocculant is completely zero, but also the case where the flocculant contains a small amount such that the effect of the flocculant is not substantially recognized.

発明者らは、鋭意検討の結果、被濾過液中の固形物(炭酸カルシウム)の大きさと濾過膜の細孔径に着目し、凝集剤を使用せずに「固形物の大きさ>濾過膜の細孔径」とすれば、根本的にファウリングの発生しない理想的な膜濾過状態を維持可能であることを見出した。そして、この理想的な膜濾過状態を維持するための条件について鋭意検討を行った。   As a result of intensive studies, the inventors have paid attention to the size of solid matter (calcium carbonate) in the liquid to be filtered and the pore size of the filtration membrane, and without using a flocculant, the size of the solid matter> the filtration membrane. It was found that an ideal membrane filtration state in which fouling does not occur fundamentally can be maintained if the “pore diameter” is used. And earnestly examined about the conditions for maintaining this ideal membrane filtration state.

すなわち、本発明に係る水処理方法では、膜分離工程で得られた濃縮液の少なくとも一部を循環し、反応工程における反応液に混合する。これにより、反応工程において、濃縮液中の炭酸カルシウム粒子が種晶となって晶析効果が発現され、当該種晶の外表面に反応液中の炭酸カルシウムが析出し、反応液中の炭酸カルシウムの粒径が大きくなる。本発明に係る水処理方法では、この晶析効果を利用し、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜の平均細孔径よりも大きくなるように制御する。これにより、細孔閉塞によるフラックス低下を根本的に防止することが可能となり、フラックスを安定的に高く維持することが可能となる。また、本発明に係る水処理方法では、凝集剤を使用しないことからも、フラックスの低下が防止されている。この結果、本発明に係る水処理方法によれば、フラックスの低下によって必要となる頻繁な膜洗浄や膜交換を省略でき、再利用可能な処理水を効率良く得ることが可能となる。   That is, in the water treatment method according to the present invention, at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation step is circulated and mixed with the reaction solution in the reaction step. Thereby, in the reaction step, the calcium carbonate particles in the concentrated solution become seed crystals and a crystallization effect is expressed, and calcium carbonate in the reaction solution is precipitated on the outer surface of the seed crystals, and the calcium carbonate in the reaction solution The particle size of the becomes larger. In the water treatment method according to the present invention, this crystallization effect is utilized, and the minimum particle diameter of calcium carbonate in the reaction solution is controlled to be larger than the average pore diameter of the filtration membrane. As a result, it is possible to fundamentally prevent a decrease in flux due to pore blockage, and it is possible to stably maintain a high flux. Moreover, in the water treatment method according to the present invention, the flux is prevented from being lowered because no flocculant is used. As a result, according to the water treatment method of the present invention, it is possible to omit frequent membrane cleaning and membrane replacement required due to a decrease in flux, and to efficiently obtain reusable treated water.

また、本発明に係る水処理方法の反応工程では、反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合し、濃縮液排出工程では、膜分離工程で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、濃縮液の一部を系外へ排出することが好ましい。   In the reaction step of the water treatment method according to the present invention, at least a part of the concentrated liquid is circulated and mixed with the reaction liquid so that the calcium carbonate concentration in the reaction liquid is within a predetermined range, and the concentrated liquid is discharged. In the step, it is preferable that a part of the concentrate is discharged out of the system so that the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained in the membrane separation step is within a predetermined range.

この水処理方法によれば、反応液中の炭酸カルシウム濃度、及び膜分離工程で得られる濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を濾過膜の平均細孔径よりも大きくするために必要な所定の範囲内とされる。この結果、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜の平均細孔径よりも大きくなるように制御することができる。   According to this water treatment method, the calcium carbonate concentration in the reaction solution and the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained in the membrane separation step are determined so that the minimum particle size of calcium carbonate in the reaction solution is smaller than the average pore size of the filtration membrane. Also, it is set within a predetermined range necessary for increasing the size. As a result, the minimum particle size of calcium carbonate in the reaction solution can be controlled to be larger than the average pore size of the filtration membrane.

また、本発明に係る水処理方法の反応工程では、反応液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上となるように、濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合し、濃縮液排出工程では、膜分離工程で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上15%以下となるように、濃縮液の一部を系外へ排出し、濾過膜の平均細孔径は、0.04μm以上1.0μm以下であることが好ましい。   In the reaction step of the water treatment method according to the present invention, at least a part of the concentrated solution is circulated and mixed with the reaction solution so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution is 0.1% or more. In the discharge step, a part of the concentrate is discharged out of the system so that the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained in the membrane separation step is 0.1% to 15%, and the average pore diameter of the filtration membrane Is preferably 0.04 μm or more and 1.0 μm or less.

この水処理方法によれば、反応中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上とされ、膜分離工程で得られる濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上とされるので、反応工程における反応液を晶析環境に維持できる。また、膜分離工程で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が15%以下とされるので、流動性の悪化に起因する運転コストの増加を防止できる。さらに、濾過膜の平均細孔径を1.0μm以下とすることで、カルシウム析出物だけでなく、原水に含まれる微細な浮遊物質や有機物が中空糸膜を透過して処理水側に漏れるのを防ぐことが可能となり、後段にRO膜を備えてクーリングタワー冷却水やボイラー補給水への再利用が可能な処理水を得る場合に、RO膜へ供給する水質の指標であるFI(ファウリング・インデックス)またはSDI(シルト・デンシティ・インデックス)が極めて小さい良好な水をRO膜へ供給することができる。また、濾過膜の平均細孔径を0.04μm以上とすることで、少ないエネルギーで中空糸膜を透過する濾過水を得ることができる。つまり、濾過膜の平均細孔径を0.04μm未満とすると、濾過抵抗が大きくなるので濾過膜へ圧送するためのポンプが大きくなり、設備費が高くなると共に電気のランニングコストも莫大なものとなる。   According to this water treatment method, the calcium carbonate concentration in the reaction is 0.1% or more, and the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained in the membrane separation step is 0.1% or more. The reaction solution can be maintained in a crystallization environment. Moreover, since the calcium carbonate density | concentration in the concentrate obtained at the membrane separation process shall be 15% or less, the increase in the operating cost resulting from a fluid deterioration can be prevented. Furthermore, by setting the average pore diameter of the filtration membrane to 1.0 μm or less, not only calcium precipitates but also fine floating substances and organic substances contained in the raw water permeate through the hollow fiber membrane and leak to the treated water side. FI (fouling index), which is an index of the quality of water supplied to the RO membrane, when the treated water that can be reused as cooling tower cooling water or boiler replenishment water is provided. ) Or good water with very low SDI (silt density index) can be supplied to the RO membrane. Moreover, the filtration water which permeate | transmits a hollow fiber membrane with little energy can be obtained because the average pore diameter of a filtration membrane shall be 0.04 micrometer or more. That is, if the average pore diameter of the filtration membrane is less than 0.04 μm, the filtration resistance increases, so the pump for pumping to the filtration membrane increases, the equipment cost increases, and the running cost of electricity becomes enormous. .

また、本発明に係る水処理方法の膜分離工程は、濾過膜として中空糸膜を用いた内圧式濾過法を用いることが好ましい。この内圧式濾過法は、中空糸膜の内表面における膜面流速を安定的に高く維持できるため、膜面に濁質が付着し難い。このため、炭酸カルシウム濃縮に適している。   In the membrane separation step of the water treatment method according to the present invention, it is preferable to use an internal pressure filtration method using a hollow fiber membrane as the filtration membrane. In this internal pressure filtration method, the membrane surface flow velocity on the inner surface of the hollow fiber membrane can be stably maintained high, so that turbidity is hardly attached to the membrane surface. For this reason, it is suitable for calcium carbonate concentration.

また、本発明に係る水処理方法は、反応工程において、反応液のpHを9以上13以下に維持することが好ましい。反応液のpHが低いとカルシウムの析出反応に時間を要するため、短時間で原水を処理することができない。また、反応液のpHが高いとpH調整に必要なアルカリ性物質の量が増えるため、ランニングコストが高くなる。したがって、当該pHの範囲内に設定することが好ましい。この場合、例えばアルカリ性物質を用いることで原水のpHをアルカリ性に調整でき、このアルカリ性物質として、例えば水酸化ナトリウム水溶液を用いることができる。   In the water treatment method according to the present invention, it is preferable to maintain the pH of the reaction solution at 9 or more and 13 or less in the reaction step. If the pH of the reaction solution is low, it takes time for the calcium precipitation reaction, so the raw water cannot be treated in a short time. Moreover, since the quantity of the alkaline substance required for pH adjustment will increase when the pH of a reaction liquid is high, a running cost becomes high. Therefore, it is preferable to set within the pH range. In this case, for example, by using an alkaline substance, the pH of the raw water can be adjusted to alkaline, and for example, an aqueous sodium hydroxide solution can be used as the alkaline substance.

また、本発明に係る水処理方法では、反応液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給工程を更に含むことが好ましい。反応液へ二酸化炭素を供給することにより、炭酸カルシウムを反応液中に効率的に生成することができる。特に、原水中に含まれる炭酸成分が少ない場合には、カルシウムと反応して炭酸カルシウムを生成するための炭酸成分を充分に補給する必要があるが、反応液に二酸化炭素を供給することにより、炭酸カルシウムを効率的に生成することができる。   Moreover, it is preferable that the water treatment method according to the present invention further includes a carbon dioxide supply step of supplying carbon dioxide to the reaction solution. By supplying carbon dioxide to the reaction solution, calcium carbonate can be efficiently generated in the reaction solution. In particular, when the carbonic acid component contained in the raw water is small, it is necessary to sufficiently replenish the carbonic acid component to react with calcium to produce calcium carbonate, but by supplying carbon dioxide to the reaction solution, Calcium carbonate can be generated efficiently.

また、本発明に係る水処理方法では、反応液に供給する二酸化炭素は、火力発電機の燃焼装置から排出される排煙中の二酸化炭素であることが好ましい。この排煙としては、例えば、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、ごみ焼却炉の燃焼装置、火力発電所の燃焼装置から排出される排煙を利用することができる。燃焼装置の排煙中に含まれる二酸化炭素は、地球温暖化の原因物質と考えられており、この排煙中の二酸化炭素と、原水に含まれるカルシウムとを反応させて炭酸カルシウムとして固定化することにより、排出される二酸化炭素の絶対量を減らすことができ、地球温暖化の抑制に貢献できるだけでなく、二酸化炭素の供給コストを低くすることができる。   In the water treatment method according to the present invention, the carbon dioxide supplied to the reaction liquid is preferably carbon dioxide in the flue gas discharged from the combustion device of the thermal power generator. As the exhaust gas, for example, exhaust gas discharged from a gas turbine engine, a gas engine, a combustion apparatus of a refuse incinerator, or a combustion apparatus of a thermal power plant can be used. Carbon dioxide contained in the flue gas of the combustion device is considered to be a causative agent of global warming, and the carbon dioxide contained in the flue gas reacts with calcium contained in the raw water to fix it as calcium carbonate. As a result, the absolute amount of carbon dioxide emitted can be reduced, and not only can it contribute to the suppression of global warming, but also the supply cost of carbon dioxide can be reduced.

また、本発明に係る水処理方法は、濃縮液排出工程で排出される前記濃縮液中に含まれる炭酸カルシウムを、燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として使用することが好ましい。   In the water treatment method according to the present invention, it is preferable to use calcium carbonate contained in the concentrated liquid discharged in the concentrated liquid discharging step as a desulfurizing agent for removing sulfur components from the flue gas of the combustion apparatus.

上述したように、上記特許文献1および特許文献2に記載の方法では、汚泥の発生量が増加し、廃棄コストがかかる点に問題があった。ここで、カルシウムを含む原水から得られる汚泥の主成分は炭酸カルシウムであるので、仮にこの純度が高ければ、セメント原料や、火力発電機の排煙から硫黄成分を除去する目的の脱硫剤など、産業上の活用が可能である。ところが、凝集剤や凝結剤などの不純物を含む場合には、これらの用途への活用が不可能となるので、産業廃棄物としての処理が不可欠となっていた。   As described above, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem in that the amount of sludge generated is increased and the disposal cost is increased. Here, since the main component of the sludge obtained from raw water containing calcium is calcium carbonate, if this purity is high, desulfurization agent for the purpose of removing sulfur components from the cement raw material, the exhaust gas of the thermal power generator, etc. Industrial use is possible. However, when impurities such as a flocculant and a coagulant are included, it cannot be used for these purposes, and therefore, treatment as industrial waste has become indispensable.

これに対し、本発明に係る水処理方法では、濃縮液排出工程から排出される濃縮液の主成分は炭酸カルシウムであり、凝集剤を使用しないで濃縮していることから、炭酸カルシウムの純度は極めて高い。このため、得られた炭酸カルシウムを、火力発電機の燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫反応剤として活用することが可能である。通常の火力発電機ボイラーの燃焼装置の場合には、濃縮液中の炭酸カルシウムを液状で排煙脱硫装置に供給することにより、排煙中の硫黄成分を炭酸カルシウムと反応させ、硫酸カルシウム(石膏)に変えて脱硫することができる。また、循環流動床型ボイラーの燃焼装置の場合には、濃縮液中の炭酸カルシウムを脱水してケーク状とし、このケークを燃料の石炭と混合して供給することにより、石炭燃料中の硫黄成分を炭酸カルシウムと反応させ、硫酸カルシウムに変えて脱硫することができる。いずれの燃焼装置においても、脱硫用の炭酸カルシウムの供給コストを低くすることができる。   On the other hand, in the water treatment method according to the present invention, the main component of the concentrate discharged from the concentrate discharge step is calcium carbonate, which is concentrated without using a flocculant, so the purity of calcium carbonate is Extremely expensive. For this reason, it is possible to utilize the obtained calcium carbonate as a desulfurization reaction agent which removes a sulfur component from the flue gas of the combustion apparatus of a thermal power generator. In the case of an ordinary thermal power generator boiler combustion device, the calcium carbonate in the concentrate is supplied to the flue gas desulfurization device in a liquid state, so that the sulfur component in the flue gas reacts with the calcium carbonate to produce calcium sulfate (gypsum). ) And can be desulfurized. Also, in the case of a circulating fluidized bed boiler combustion device, the calcium carbonate in the concentrate is dehydrated to form a cake, and this cake is mixed with the coal of the fuel and supplied, so that the sulfur component in the coal fuel Can be reacted with calcium carbonate and converted to calcium sulfate for desulfurization. In any combustion apparatus, the supply cost of calcium carbonate for desulfurization can be reduced.

また、本発明に係る水処理システムは、原水からカルシウムを除去する水処理システムであって、炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を貯留する反応部と、反応部に原水を供給する原水供給部と、反応部内の反応液にアルカリ性物質を供給するアルカリ供給部と、反応液を濾過膜により透過液と濃縮液とに分離する膜分離部と、濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出部と、膜分離部の濃縮側と反応部とを連絡し、膜分離部で得られた濃縮液の少なくとも一部を反応部内に供給する循環ラインと、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜の平均細孔径よりも大きく制御する制御部と、を備える水処理システムである。   The water treatment system according to the present invention is a water treatment system that removes calcium from raw water, a reaction part that stores a reaction liquid that contains calcium carbonate and does not contain a flocculant, and raw water that supplies raw water to the reaction part A supply unit, an alkali supply unit that supplies an alkaline substance to the reaction solution in the reaction unit, a membrane separation unit that separates the reaction solution into a permeate and a concentrate through a filtration membrane, and discharges a part of the concentrate to the outside of the system A concentrated liquid discharge part, a circulation line connecting the concentrating side of the membrane separation part and the reaction part, and supplying at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation part into the reaction part, and calcium carbonate in the reaction liquid And a control unit that controls the minimum particle size of the filter to be larger than the average pore size of the filtration membrane.

この水処理システムによれば、上記水処理方法と同様に、晶析効果を利用し、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を濾過膜の平均細孔径よりも大きくなるように制御することにより、細孔閉塞によるフラックス低下を根本的に防止することが可能となり、フラックスを安定的に高く維持することが可能となる。   According to this water treatment system, similarly to the above water treatment method, by utilizing the crystallization effect, the minimum particle diameter of calcium carbonate in the reaction solution is controlled to be larger than the average pore diameter of the filtration membrane. Thus, it is possible to fundamentally prevent the flux from being reduced due to pore blockage, and to maintain the flux stably and high.

本発明によれば、原水中のカルシウムを除去し、再利用可能な処理水を効率良く得るための水処理方法、及び水処理システムを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a water treatment method and a water treatment system for removing calcium in raw water and efficiently obtaining reusable treated water.

本発明の一実施形態に係る水処理システムを模式的に示す図である。It is a figure showing typically the water treatment system concerning one embodiment of the present invention. 反応槽内の炭酸カルシウム濃度とカルシウム除去率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the calcium carbonate density | concentration in a reaction tank, and a calcium removal rate. 反応槽内のpHとカルシウム除去率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between pH in a reaction tank, and a calcium removal rate. 二酸化炭素を注入する前後におけるカルシウム除去率の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in the calcium removal rate before and behind injecting carbon dioxide. 炭酸カルシウムの最小粒子径を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the minimum particle diameter of a calcium carbonate. 炭酸カルシウムの濃縮液の濃度と粘度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the density | concentration of a calcium carbonate concentrate, and a viscosity. 実施例1の水処理システムを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the water treatment system of Example 1. FIG. 実施例2の水処理システムを模式的に示す図である。It is a figure which shows the water treatment system of Example 2 typically. 実施例3の水処理システムを模式的に示す図である。It is a figure which shows the water treatment system of Example 3 typically. 比較例の水処理システムを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the water treatment system of a comparative example. 実施例と比較例の濾過性能の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in the filtration performance of an Example and a comparative example.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る水処理システム、及び水処理方法について説明する。   Hereinafter, a water treatment system and a water treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施形態に係る水処理システムは、原水からカルシウムを除去することを目的とする装置であり、本実施形態では、原水としてCTB廃水を処理する装置、及び方法を例に説明する。なお、本実施形態では処理対象をCTB廃水としたが、処理対象の原水はCTB廃水に限定されない。   The water treatment system which concerns on embodiment is an apparatus aiming at removing calcium from raw | natural water, and this embodiment demonstrates the apparatus and method which process CTB wastewater as raw | natural water as an example. In this embodiment, the treatment target is CTB wastewater, but the raw water to be treated is not limited to CTB wastewater.

CTB廃水とは、冷却塔の冷却水として使用された廃水のことである。このCTB廃水を冷却水として再び使用する場合には、冷却水に含まれるカルシウム分が濃縮されてしまうため、CTB廃水中に含まれるカルシウムを除去し、冷却塔にカルシウムが析出することを防ぐ必要がある。従来、カルシウムの除去方法としては、CTB廃水中にアルカリと、凝集剤や凝結剤を添加し、これらの薬剤による凝集効果、吸着効果、共沈効果などによりカルシウムを析出させた後、固液分離することで、カルシウムを極低濃度まで落とした処理水を得る手法が一般的である。しかし、CTB廃水中のカルシウムの残留濃度は非常に高いだけでなく、冷却塔内や冷却水の循環系統内に含まれるカルシウムの析出(カルシウムスケール)を抑制するためのリン酸系、ホスホン酸系、ポリマー系などの析出抑制剤(スケール防止剤、スケール分散剤)の影響により、カルシウムの析出が抑制されてしまうので、CTB廃水中のカルシウムを高い除去率で除去することは困難である。高い除去率で除去する場合、CTB廃水にアルカリと、凝集剤や凝結剤などの薬剤を大量に添加する必要があることから、薬剤コストが増加する。また、これらの薬剤により汚泥の発生量が増加し、廃棄コストがかかる。これに対し、本実施形態に係る水処理システムによれば、凝集剤や凝結剤などのアルカリ以外の薬剤を加えずにCTB廃水中のカルシウムを高い除去率で効率良く除去し、処理水を冷却塔の冷却水として再利用することが可能となる。   CTB waste water is waste water used as cooling water for cooling towers. When this CTB wastewater is used again as cooling water, the calcium content contained in the cooling water is concentrated. Therefore, it is necessary to remove calcium contained in the CTB wastewater and prevent calcium from precipitating in the cooling tower. There is. Conventionally, calcium is removed by adding alkali and flocculants and coagulants to CTB wastewater, and precipitating calcium by the agglomeration effect, adsorption effect, coprecipitation effect, etc. by these agents, followed by solid-liquid separation. Thus, a technique for obtaining treated water in which calcium is reduced to a very low concentration is common. However, the residual concentration of calcium in CTB wastewater is not only very high, but also phosphoric acid and phosphonic acid systems for suppressing the precipitation (calcium scale) of calcium contained in the cooling tower and the cooling water circulation system. Since precipitation of calcium is suppressed by the influence of precipitation inhibitors (scale inhibitors, scale dispersants) such as polymers, it is difficult to remove calcium in CTB wastewater with a high removal rate. When removing at a high removal rate, it is necessary to add a large amount of alkali and a chemical such as a flocculant and a coagulant to the CTB wastewater, which increases the cost of the chemical. In addition, the amount of sludge generated by these chemicals increases and disposal costs increase. In contrast, the water treatment system according to the present embodiment efficiently removes calcium in CTB wastewater with a high removal rate without adding chemicals other than alkali such as a flocculant and a coagulant, and cools the treated water. It can be reused as cooling water for the tower.

図1は、本発明の一実施形態に係る水処理システムを模式的に示す図である。図1に示すように、水処理システム10は、炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を貯留する反応槽(反応部)14と、反応槽14にCTB廃水(原水)を供給する原水供給部11と、反応槽14内の反応液にアルカリ性物質を供給するアルカリ供給部12と、反応槽14に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部13と、反応液を濾過膜15aにより透過液と濃縮液とに分離する膜濾過装置(膜分離部)15と、膜濾過装置15の濃縮側と反応槽14とを連絡し、膜濾過装置15で分離された濃縮液の少なくとも一部を反応槽14内に供給する循環ライン16と、逆浸透膜等からなる後処理装置17と、濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出部18と、を主な構成として備えている。アルカリ供給部(pH調整部)12は、アルカリ性物質として水酸化ナトリウム水溶液を反応液へ供給し、反応液のpHを9以上、13以下に調整し、その状態を維持する。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a water treatment system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the water treatment system 10 includes a reaction tank (reaction unit) 14 that stores a reaction liquid that contains calcium carbonate and does not contain a flocculant, and raw water supply that supplies CTB waste water (raw water) to the reaction tank 14. Part 11, an alkali supply part 12 for supplying an alkaline substance to the reaction liquid in the reaction tank 14, a carbon dioxide supply part 13 for supplying carbon dioxide to the reaction tank 14, and the reaction liquid is concentrated with a permeate by a filtration membrane 15a. A membrane filtration device (membrane separation unit) 15 that separates into a liquid, a concentration side of the membrane filtration device 15 and the reaction tank 14 are connected, and at least a part of the concentrated liquid separated by the membrane filtration device 15 is reacted into the reaction tank 14. The main configuration includes a circulation line 16 that is supplied to the inside, a post-processing device 17 that is made of a reverse osmosis membrane and the like, and a concentrate discharge section 18 that discharges a part of the concentrate to the outside of the system. The alkali supply part (pH adjustment part) 12 supplies sodium hydroxide aqueous solution to a reaction liquid as an alkaline substance, adjusts the pH of a reaction liquid to 9 or more and 13 or less, and maintains the state.

反応槽14は、原水供給部11から供給されるCTB廃水を受け入れる受け入れ口14aと、反応液が排出される排出口14bと、循環ライン16から濃縮液が導入される導入口14cと、を有している。反応槽14は、排出口14bで反応液送り配管19に接続されており、当該反応液送り配管19を介して膜濾過装置15に連絡されている。また、膜濾過装置15は、2次側(処理側)Abにおいて処理水移送ライン20を介して後処理装置17に接続されており、1次側(被処理側)Aaにおいて、排出ライン21を介して濃縮液排出部18に連絡されると共に、排出ライン21から分岐した循環ライン16を介して反応槽14に連絡されている。   The reaction tank 14 has a receiving port 14a for receiving the CTB waste water supplied from the raw water supply unit 11, a discharge port 14b for discharging the reaction solution, and an introduction port 14c for introducing the concentrated solution from the circulation line 16. doing. The reaction tank 14 is connected to the reaction liquid feed pipe 19 at the discharge port 14 b and communicates with the membrane filtration device 15 via the reaction liquid feed pipe 19. The membrane filtration device 15 is connected to the post-treatment device 17 via the treated water transfer line 20 on the secondary side (treatment side) Ab, and the discharge line 21 is connected to the primary side (treated side) Aa. To the concentrate discharge section 18 and to the reaction tank 14 via the circulation line 16 branched from the discharge line 21.

また、水処理システム10は、膜濾過装置15で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度を検出する濃度検出部23と、濃縮液排出部18の排出量を調整する排出量調整部25と、を排出ライン21上に有する。また水処理システム10は、循環ライン16から反応槽14に供給される濃縮液の流量を調整する循環量調整部24を循環ライン16上に有している。なお、反応槽14に供給されない残りの濃縮液は、膜濾過装置15の1次側に送られる。さらに、水処理システム10は、濃度検出部23、排出量調整部25、及び循環量調整部24に接続された制御部27を有している。制御部27は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んで構成されるコンピュータであり、排出量調整部25を制御して濃縮液排出部18の排出量を調整すると共に、循環量調整部24を制御して循環ライン16から反応槽14に供給される濃縮液の流量を調節する。なお、濃縮液中の炭酸カルシウム濃度を検出する濃度検出部23には、赤外線散乱光測定方式や超音波方式などのSS(Suspended Solid:浮遊固形物)濃度計を用いる。   In addition, the water treatment system 10 includes a concentration detection unit 23 that detects a calcium carbonate concentration in the concentrate obtained by the membrane filtration device 15, a discharge amount adjustment unit 25 that adjusts the discharge amount of the concentrate discharge unit 18, On the discharge line 21. Further, the water treatment system 10 has a circulation amount adjustment unit 24 on the circulation line 16 for adjusting the flow rate of the concentrate supplied from the circulation line 16 to the reaction tank 14. The remaining concentrated liquid that is not supplied to the reaction tank 14 is sent to the primary side of the membrane filtration device 15. Further, the water treatment system 10 includes a control unit 27 connected to the concentration detection unit 23, the discharge amount adjustment unit 25, and the circulation amount adjustment unit 24. The control unit 27 is a computer including, for example, a CPU (Central Processing Unit). The control unit 27 controls the discharge amount adjusting unit 25 to adjust the discharge amount of the concentrate discharge unit 18 and the circulation amount adjusting unit 24. The flow rate of the concentrate supplied to the reaction tank 14 from the circulation line 16 is controlled. Note that an SS (Suspended Solid) concentration meter such as an infrared scattered light measurement method or an ultrasonic method is used for the concentration detection unit 23 that detects the calcium carbonate concentration in the concentrate.

このような構成を含む水処理システム10において行われる水処理方法は、CTB廃水(原水)から炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を得る反応工程と、反応液を濾過膜15aにより透過液と濃縮液とに分離する膜分離工程と、濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出工程と、を含んでいる。反応工程では、膜分離工程で得られた濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合すると共に、反応液をアルカリ性に調整している。また、この水処理方法は、反応液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給工程を更に含む場合がある。   The water treatment method performed in the water treatment system 10 having such a configuration includes a reaction step of obtaining a reaction solution containing calcium carbonate and not containing a flocculant from CTB wastewater (raw water), and the reaction solution is filtered by a filtration membrane 15a. And a concentrated liquid discharging process for discharging a part of the concentrated liquid out of the system. In the reaction step, at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation step is circulated and mixed with the reaction solution, and the reaction solution is adjusted to be alkaline. The water treatment method may further include a carbon dioxide supply step for supplying carbon dioxide to the reaction solution.

反応槽14内では、アルカリ供給部12から供給されるアルカリ性物質によって反応液がアルカリ性に調整される(反応工程)。さらに、膜濾過装置15で分離された炭酸カルシウムを含む濃縮液の少なくとも一部が循環ライン16によって循環して反応槽14に混合される(反応工程)。これにより、濃縮液中の炭酸カルシウム粒子が種晶となり、晶析効果を発現させることが可能となり、凝集剤や凝結剤のような薬剤を加えることなく、種晶の外表面に炭酸カルシウムが析出し易い環境とすることができる。このとき、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度は、0.1%以上2.5%以下とすることが好ましく、0.5%以上2.5%以下とすることがより好ましい。すなわち、水処理システム10において、制御部27は、循環量調整部24を制御することによって、反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲(0.1%以上)内となるように、循環ライン16から反応槽14内に供給する濃縮液の供給量を制御することが好ましく、換言すれば、反応工程では、反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲(0.1%以上)内となるように、濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合することが好ましい。   In the reaction tank 14, the reaction solution is adjusted to be alkaline by the alkaline substance supplied from the alkali supply unit 12 (reaction process). Furthermore, at least a part of the concentrated liquid containing calcium carbonate separated by the membrane filtration device 15 is circulated through the circulation line 16 and mixed with the reaction tank 14 (reaction process). As a result, the calcium carbonate particles in the concentrated solution become seed crystals, and it is possible to develop a crystallization effect, and calcium carbonate is precipitated on the outer surface of the seed crystals without adding a chemical such as a flocculant or a coagulant. It is possible to make the environment easy to do. At this time, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is preferably 0.1% or more and 2.5% or less, and more preferably 0.5% or more and 2.5% or less. That is, in the water treatment system 10, the control unit 27 controls the circulation amount adjustment unit 24 so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution is within a predetermined range (0.1% or more). It is preferable to control the supply amount of the concentrate supplied from 16 to the reaction tank 14, in other words, in the reaction step, the calcium carbonate concentration in the reaction solution is within a predetermined range (0.1% or more). Thus, it is preferable to circulate at least a part of the concentrated solution and mix it with the reaction solution.

この知見は、発明者らの実験結果に基づいて導出されたものであり、その詳細について、ビーカーテストの結果を用いて説明する。なお、本ビーカーテストにおけるビーカーは、図1記載の実施形態における反応槽14に対応し、本ビーカーテストにおいて炭酸カルシウムを添加することは、図1記載の膜濾過装置15によって濃縮された濃縮液を循環ライン16によって反応槽14に循環させることに対応し、水酸化ナトリウムを加えることは、図1記載のアルカリ供給部12に対応する。   This knowledge has been derived based on the results of experiments by the inventors, and details thereof will be described using the results of the beaker test. The beaker in this beaker test corresponds to the reaction tank 14 in the embodiment shown in FIG. 1, and the addition of calcium carbonate in this beaker test means that the concentrated solution concentrated by the membrane filtration device 15 shown in FIG. The addition of sodium hydroxide corresponds to the circulation to the reaction tank 14 by the circulation line 16 and corresponds to the alkali supply unit 12 shown in FIG.

表1に示す水質のCTB廃水を9つのビーカーに1リットルずつ入れた状態で、9つのビーカーに水酸化ナトリウムを加え、9つともビーカー内のpHを11に調整した。(「初期状態」と呼ぶ)この初期状態で、各々のビーカーにおけるカルシウム除去率を求めたところ、いずれものビーカーも35%程度のカルシウム除去率であった。次に、9つのビーカーに市販の炭酸カルシウム試薬(平均粒径0.8μm)を、各々、0%、0.1%、0.3%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%となる重量分だけ加えて撹拌した。炭酸カルシウムを加えて撹拌を開始してから10分後、撹拌を停止した。(「撹拌停止後状態」と呼ぶ)この撹拌停止後状態で、各々のビーカーにおけるカルシウム除去率を求めた結果を図2に示す。図2から、初期状態のビーカー(反応槽14)に全く炭酸カルシウムを加えない場合(0%)には、カルシウム除去率は35%程度で非常に低かったが、0.1%の僅かな炭酸カルシウムを加えることにより飛躍的に除去率が向上したことがわかる。さらに、炭酸カルシウムを加える量を増やすことにより、炭酸カルシウムが更に析出し易い環境となることがわかる。ここで、カルシウム除去率は、炭酸カルシウム添加量0.5%で80%を超え、添加量2.5%で約90%に達し、これ以上、添加量を増やしても、カルシウム除去率は向上していない。従って、反応槽14(ビーカー)内の炭酸カルシウム濃度は、0.1%以上2.5%以下とすることが好ましく、0.5%以上2.5%以下とすることがより好ましい。なお、より具体的には、後述するように、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度は、0.1%以上15%以下とすることが好ましく、0.1%以上2.5%以下とすることがより好ましく、0.5%以上2.5%以下とすることが更に好ましい。   In a state in which 1 liter of CTB waste water having the water quality shown in Table 1 was put in each of 9 beakers, sodium hydroxide was added to 9 beakers, and the pH in all 9 beakers was adjusted to 11. In this initial state, the calcium removal rate in each beaker was determined, and all the beakers had a calcium removal rate of about 35%. Next, commercially available calcium carbonate reagent (average particle size 0.8 μm) was placed in 9 beakers, 0%, 0.1%, 0.3%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, respectively. 4% and 5% by weight were added and stirred. Ten minutes after the start of stirring by adding calcium carbonate, the stirring was stopped. FIG. 2 shows the result of calculating the calcium removal rate in each beaker in this post-stirring state (called “post-stirring state”). From FIG. 2, when no calcium carbonate was added to the beaker (reaction vessel 14) in the initial state (0%), the calcium removal rate was about 35%, which was very low. It can be seen that the removal rate was dramatically improved by adding calcium. Furthermore, it turns out that it becomes the environment where calcium carbonate precipitates more easily by increasing the quantity which adds calcium carbonate. Here, the calcium removal rate exceeds 80% when the calcium carbonate addition amount is 0.5%, reaches about 90% when the addition amount is 2.5%, and the calcium removal rate is improved even if the addition amount is further increased. Not done. Therefore, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 (beaker) is preferably 0.1% to 2.5%, and more preferably 0.5% to 2.5%. More specifically, as will be described later, the calcium carbonate concentration in the reaction vessel 14 is preferably 0.1% or more and 15% or less, and more preferably 0.1% or more and 2.5% or less. Is more preferably 0.5% or more and 2.5% or less.

なお、上記カルシウム除去率の測定方法は下記の通りである。 In addition, the measuring method of the said calcium removal rate is as follows.

カルシウム除去率[%]=(1−反応液中残存カルシウム濃度(0.45μmろ過後)/原水中カルシウム濃度(0.45μmろ過後))×100
このカルシウム除去率の測定には、目開き0.45μmのフィルターを使用した。これは、図1記載の実施形態における膜濾過装置15に対応する。なお、このフィルターを用いた場合に、膜濾過装置15に用いる平均細孔径0.04μm以上1.0μm以下の濾過膜と同様の結果が得られることは確認済みである。
Calcium removal rate [%] = (1-residual calcium concentration in reaction solution (after filtration of 0.45 μm) / calcium concentration in raw water (after filtration of 0.45 μm)) × 100
For the measurement of the calcium removal rate, a filter having an aperture of 0.45 μm was used. This corresponds to the membrane filtration device 15 in the embodiment shown in FIG. In addition, when this filter is used, it has been confirmed that the same result as that of a filtration membrane having an average pore diameter of 0.04 μm or more and 1.0 μm or less used in the membrane filtration device 15 can be obtained.

前述の通り、CTB廃水には、冷却塔内や冷却水の循環系統内においてカルシウムの析出を抑制するための析出抑制剤(スケール防止剤、スケール分散剤)が含まれているので、水酸化ナトリウムを加えただけの初期状態においては、カルシウムイオンと炭酸イオンから炭酸カルシウムの一次結晶核が生成する反応が析出抑制剤によって阻まれてしまう。この結果、炭酸カルシウムは容易に析出せず、カルシウム除去率は35%程度と低くなると考えられる。一方、ビーカーに炭酸カルシウム粒子を加えた場合、この粒子が晶析現象における種晶となり、種晶の外表面に炭酸カルシウムが析出することにより、カルシウムの除去率が高くなると考えられる。   As described above, the CTB wastewater contains a precipitation inhibitor (a scale inhibitor, a scale dispersant) for suppressing the precipitation of calcium in the cooling tower and the circulating system of the cooling water. In the initial state in which is added only, the reaction in which primary crystal nuclei of calcium carbonate are generated from calcium ions and carbonate ions is hindered by the precipitation inhibitor. As a result, calcium carbonate does not easily precipitate, and the calcium removal rate is considered to be as low as about 35%. On the other hand, when calcium carbonate particles are added to a beaker, these particles become seed crystals in the crystallization phenomenon, and calcium carbonate is precipitated on the outer surface of the seed crystals, so that the calcium removal rate is considered to be high.

ここで、反応工程における反応液のpHについても説明しておく。カルシウムを含む原水から炭酸カルシウムの形態でカルシウムを除去するためには、反応液中に存在する炭酸の形態が炭酸イオンCO 2−となっている必要がある。炭酸は、pH8近辺では、炭酸水素イオンHCO の形態での存在比率が圧倒的に高く、炭酸イオンCO 2−は殆ど存在しない。従って、pH8ではカルシウムが殆ど除去できない。pH9における炭酸水素イオンと炭酸イオンの存在比は、HCO /CO 2−=95/5程度なので、pH9にすれば僅かながら、炭酸イオンとカルシウムイオンとが反応し、炭酸カルシウムが析出される。さらに、pH9.5では、HCO /CO 2−=90/10(CO 2−の存在比率はpH9の2倍)となるので、カルシウムを除去する実用的な条件としては、少なくともpH9.5以上とすることが好ましい。pHを大きくすることにより、徐々に炭酸イオンの存在比率が大きくなるので、カルシウム除去率が高くなる。pHが高いほどカルシウム除去率も高くなるが、pH12近辺から除去率の向上が鈍くなる。従って、薬剤コストを考慮すれば、pH13以上で運転することは好ましくない。 Here, the pH of the reaction solution in the reaction step will also be described. In order to remove calcium in the form of calcium carbonate from raw water containing calcium, the form of carbonic acid present in the reaction solution needs to be carbonate ion CO 3 2− . Carbonate has an overwhelmingly high abundance ratio in the form of bicarbonate ions HCO 3 around pH 8, and carbonate ions CO 3 2− are hardly present. Therefore, at pH 8, calcium can hardly be removed. Since the abundance ratio of hydrogen carbonate ion to carbonate ion at pH 9 is about HCO 3 / CO 3 2− = 95/5, when it is adjusted to pH 9, carbonate ions and calcium ions react slightly to precipitate calcium carbonate. The Furthermore, at pH 9.5, HCO 3 / CO 3 2− = 90/10 (the existence ratio of CO 3 2− is twice that of pH 9). Therefore, a practical condition for removing calcium is at least pH 9 .5 or more is preferable. By increasing the pH, the abundance ratio of carbonate ions gradually increases, so that the calcium removal rate increases. The higher the pH, the higher the calcium removal rate, but the improvement in the removal rate becomes dull from around pH 12. Therefore, considering the drug cost, it is not preferable to operate at a pH of 13 or higher.

また、効率的に晶析を行うには、準安定領域で反応を行う必要がある。不安定領域では、晶析(粒子表面に析出)するよりも一次結晶核が生成される反応が優先されるからである。一般的に、不安定領域は準安定領域よりも高いpHの領域であり、上記のような理由からも、反応液のpHは、pH13以下であることが好ましく、より好ましくはpH12.5以下である。   Moreover, in order to perform crystallization efficiently, it is necessary to perform reaction in a metastable region. This is because in the unstable region, a reaction in which primary crystal nuclei are generated is given priority over crystallization (precipitation on the particle surface). In general, the unstable region is a region having a pH higher than that of the metastable region. For the reasons described above, the pH of the reaction solution is preferably pH 13 or less, more preferably pH 12.5 or less. is there.

すなわち、反応液のpHは、9以上13以下とすることが好ましく、9.5以上pH12.5以下とすることがより好ましい。なお、反応液の温度としては、5℃〜45℃が適温である。   That is, the pH of the reaction solution is preferably 9 or more and 13 or less, and more preferably 9.5 or more and pH 12.5 or less. In addition, as a temperature of a reaction liquid, 5 to 45 degreeC is a suitable temperature.

この詳細について、ビーカーテストの結果を用いて説明する。なお、本ビーカーテストにおけるビーカーは、図1記載の実施形態における反応槽14に対応する。   This will be described in detail using the results of the beaker test. The beaker in this beaker test corresponds to the reaction tank 14 in the embodiment shown in FIG.

前述の表1に示す水質のCTB廃水を4つのビーカーに1リットルずつ入れた状態で、4つのビーカーに水酸化ナトリウムと市販の炭酸カルシウム試薬(平均粒径0.8μm)を2%の固形物濃度になるように加え、各々のビーカーのpHを8、9、10、11、13に調整した。この状態で撹拌を行い、各々のビーカーにおけるカルシウム除去率を求めた結果を図3に示す。   Solid water of 2% sodium hydroxide and commercially available calcium carbonate reagent (average particle size 0.8 μm) in 4 beakers with 1 liter each of the water quality CTB waste water shown in Table 1 above. In addition, the pH of each beaker was adjusted to 8, 9, 10, 11, and 13. FIG. 3 shows the result of stirring in this state and obtaining the calcium removal rate in each beaker.

前述の通り、pH8での除去率はゼロで、pH9では約10%のカルシウム除去率となり、これ以上になると徐々に除去率が向上する様子が見てとれる。   As described above, the removal rate at pH 8 is zero, the removal rate of calcium is about 10% at pH 9, and it can be seen that the removal rate is gradually improved above this.

次に、CTB廃水が入った反応槽4内に二酸化炭素を供給することにより、カルシウムがより析出し易い環境となると考えられる。前述の通り、CTB廃水には、冷却塔内や冷却水の循環系統内においてカルシウムの析出を抑制するための析出抑制剤(スケール防止剤、スケール分散剤)が含まれているので、水酸化ナトリウムを加えただけでは、カルシウムイオンと炭酸イオンから炭酸カルシウムの一次結晶核が生成する反応を析出抑制剤によって阻まれてしまう可能性がある。これに対し、アルカリ環境下の反応槽4内には二酸化炭素が溶解し易いので、二酸化炭素を供給することにより、反応液中にはカルシウムイオン濃度に対して充分に過剰な炭酸イオン濃度が溶解し、炭酸カルシウムが析出し易くなると考えられる。   Next, by supplying carbon dioxide into the reaction tank 4 containing the CTB wastewater, it is considered that an environment in which calcium is more likely to precipitate is obtained. As described above, the CTB wastewater contains a precipitation inhibitor (a scale inhibitor, a scale dispersant) for suppressing the precipitation of calcium in the cooling tower and the circulating system of the cooling water. If only is added, there is a possibility that the precipitation inhibitor inhibits the reaction that the primary crystal nuclei of calcium carbonate are generated from calcium ions and carbonate ions. On the other hand, since carbon dioxide is easily dissolved in the reaction tank 4 in an alkaline environment, by supplying carbon dioxide, a carbonate ion concentration sufficiently excessive to the calcium ion concentration is dissolved in the reaction solution. However, it is considered that calcium carbonate is likely to precipitate.

この知見は、発明者らの実験結果に基づいて導出されたものであり、その詳細について、ビーカーテストの結果を用いて説明する。なお、本ビーカーテストにおけるビーカーは、図1記載の実施形態における反応槽14に対応し、本ビーカーテストにおいて二酸化炭素を注入することは二酸化炭素供給部13に対応する。すなわち、本実施形態の水処理方法は、反応液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給工程を更に含むものであってもよい。   This knowledge has been derived based on the results of experiments by the inventors, and details thereof will be described using the results of the beaker test. A beaker in the present beaker test corresponds to the reaction tank 14 in the embodiment shown in FIG. 1, and injecting carbon dioxide in the present beaker test corresponds to the carbon dioxide supply unit 13. That is, the water treatment method of the present embodiment may further include a carbon dioxide supply step for supplying carbon dioxide to the reaction solution.

前述の表1に示した水質のCTB廃水を4つのビーカーに1リットルずつ入れた状態で、4つのビーカーに水酸化ナトリウムを加え、各々のビーカーのpHを9、10、11、13に調整した。(「初期状態」と呼ぶ)この初期状態で、各々のビーカーにおけるカルシウム除去率を求めた結果を図4に示す。(「◇」印のプロット)なお、本ビーカーテストでは、二酸化炭素注入の単独効果を明確にするために、前述の炭酸カルシウム試薬はビーカーに投入していない。   In a state where 1 liter of the CTB waste water having the water quality shown in Table 1 was put in four beakers, sodium hydroxide was added to the four beakers, and the pH of each beaker was adjusted to 9, 10, 11, 13. . FIG. 4 shows the result of obtaining the calcium removal rate in each beaker in this initial state (referred to as “initial state”). In the beaker test, the calcium carbonate reagent is not added to the beaker in order to clarify the single effect of carbon dioxide injection.

水酸化ナトリウムを加えた直後、各々のビーカーに二酸化炭素ガスを毎分20ccの速度で注入した。二酸化炭素を注入している過程では、二酸化炭素が廃水に溶解してpHが低下する性質があるので、ビーカーに水酸化ナトリウムを加えることで、各々のビーカーのpHが初期状態の値を維持するように水酸化ナトリウムの添加量を調整し続けた。二酸化炭素の注入開始から20分後、二酸化炭素と水酸化ナトリウムの注入を停止した(「CO注入後状態」と呼ぶ)。このCO注入後状態で、各々のビーカーにおけるカルシウム除去率を求めた結果を同じ図4に示す。(「●」印のプロット)CTB廃水には、冷却塔内や冷却水の循環系統内においてカルシウムの析出を抑制するための析出抑制剤が含まれているため、水酸化ナトリウムを加えただけの初期状態においては炭酸カルシウムが容易に析出せず、カルシウム除去率は低い。一方、CO注入後状態では、CO注入により炭酸カルシウムの析出反応が進むので、いずれのpHにおいてもカルシウムの除去率が高くなる。つまり、図4に示すビーカーテスト結果から、ビーカー(反応槽14)内で反応液がアルカリ性に調整され、更に二酸化炭素が供給されることにより、反応液中にカルシウムイオン濃度に対して充分に過剰な炭酸イオン濃度が溶解するために、CTB廃水中に含まれているカルシウムの析出抑制剤に抗して、炭酸カルシウムが析出し易くなると考えられる。つまり、凝集剤や凝結剤のような薬剤を加えなくても、炭酸カルシウムがより析出し易い環境となることがわかる。 Immediately after adding sodium hydroxide, carbon dioxide gas was injected into each beaker at a rate of 20 cc / min. During the process of injecting carbon dioxide, the pH of each beaker is maintained at the initial value by adding sodium hydroxide to the beaker because carbon dioxide dissolves in the waste water and has a property of lowering the pH. Thus, the amount of sodium hydroxide added was continuously adjusted. Twenty minutes after the start of carbon dioxide injection, carbon dioxide and sodium hydroxide injection were stopped (referred to as the “post-CO 2 injection state”). FIG. 4 shows the result of obtaining the calcium removal rate in each beaker in the state after the CO 2 injection. (Plot marked with “●”) CTB wastewater contains a precipitation inhibitor to suppress calcium precipitation in the cooling tower and cooling water circulation system, so only sodium hydroxide was added. In the initial state, calcium carbonate does not easily precipitate and the calcium removal rate is low. On the other hand, in the state after CO 2 injection, since the precipitation reaction of calcium carbonate proceeds by CO 2 injection, the removal rate of calcium becomes high at any pH. That is, from the result of the beaker test shown in FIG. 4, the reaction solution is adjusted to be alkaline in the beaker (reaction tank 14) and further supplied with carbon dioxide, so that the reaction solution has a sufficient excess with respect to the calcium ion concentration. Therefore, it is considered that calcium carbonate easily precipitates against the calcium precipitation inhibitor contained in the CTB wastewater. That is, it turns out that it becomes the environment where calcium carbonate precipitates more easily without adding chemicals such as a flocculant and a coagulant.

上述したように、水処理システム10は、反応槽14から得られる反応液を膜分離してカルシウムが除去された透過液を得る膜濾過装置(膜分離部)15と、膜濾過装置15によって分離された濃縮液の少なくとも一部を反応槽14へ供給し、濃縮液を循環させる循環ライン16と、を備えている。   As described above, the water treatment system 10 is separated by the membrane filtration device (membrane separation unit) 15 that obtains a permeate from which the calcium is removed by membrane separation of the reaction solution obtained from the reaction tank 14. A circulation line 16 for supplying at least a part of the concentrated liquid to the reaction tank 14 and circulating the concentrated liquid.

また、水処理システム10は、反応槽14と膜濾過装置15とを結ぶ往路を形成する反応液送り配管19、復路を形成する循環ライン16、及び反応液を圧送して膜濾過装置15を加圧するポンプ(図示省略)などを備えている。反応槽14は、原水供給部11から得られるCTB廃水(原水)を受け入れる受け入れ口14aと、循環ライン16の往路となる反応液送り配管19に接続された排出口14bと、循環ライン16に接続された導入口14cと、を備えている。   In addition, the water treatment system 10 applies the reaction liquid feed pipe 19 that forms the forward path connecting the reaction tank 14 and the membrane filtration apparatus 15, the circulation line 16 that forms the return path, and the pressure of the reaction liquid to add the membrane filtration apparatus 15. A pressure pump (not shown) is provided. The reaction tank 14 is connected to the receiving line 14 a that receives the CTB waste water (raw water) obtained from the raw water supply unit 11, the discharge port 14 b that is connected to the reaction liquid feed pipe 19 that is the outgoing path of the circulation line 16, and the circulation line 16. An inlet 14c.

循環ライン16には、濃縮液排出部18へ連絡する排出ライン21が接続されている。また、膜濾過装置15の濾過膜15aの2次側(処理側)Abには、カルシウムを含む析出物が除去された処理水が排出される処理水移送ライン20が接続され、処理水移送ライン20は後処理装置17に接続されている。後処理装置17は、単段或いは多段の逆浸透膜(以下、RO膜)やナノフィルトレーション膜(以下、NF膜)などを備えている。前段の膜濾過装置15によって、原水中の微細な懸濁物質だけでなくカルシウム成分の大部分が除去できる。さらに具体的に、RO膜を備える場合には、RO膜へ供給する水質の指標であるFI(ファウリング・インデックス)またはSDI(シルト・デンシティ・インデックス)が極めて小さい(SDI、FI≦3以下)良好な水をRO膜へ供給することができる。さらに、原水中に含まれていたカルシウムイオンが炭酸カルシウム粒子の形で濾過膜15aで除去されているので、RO膜におけるカルシウムスケールのリスクが極めて小さくなり、RO膜の水回収率を高くすることができる。後処理装置17により処理された処理水は、クーリングタワーの冷却水やボイラーの補給水として利用することができる。   A discharge line 21 communicating with the concentrate discharge unit 18 is connected to the circulation line 16. Further, a treated water transfer line 20 from which treated water from which calcium-containing precipitates are removed is connected to the secondary side (treated side) Ab of the filtration membrane 15a of the membrane filtration device 15, and the treated water transfer line is connected thereto. Reference numeral 20 denotes a post-processing device 17. The post-processing device 17 includes a single-stage or multi-stage reverse osmosis membrane (hereinafter, RO membrane), a nanofiltration membrane (hereinafter, NF membrane), and the like. The membrane filtration device 15 in the previous stage can remove most of the calcium components as well as fine suspended substances in the raw water. More specifically, when an RO membrane is provided, FI (fouling index) or SDI (silt density index), which is an index of water quality supplied to the RO membrane, is extremely small (SDI, FI ≦ 3 or less). Good water can be supplied to the RO membrane. Further, since calcium ions contained in the raw water are removed by the filtration membrane 15a in the form of calcium carbonate particles, the risk of calcium scale in the RO membrane is extremely reduced, and the water recovery rate of the RO membrane is increased. Can do. The treated water treated by the post-treatment device 17 can be used as cooling water for the cooling tower or as makeup water for the boiler.

上記の水処理システム10によれば、反応液に、凝集剤を供給せずに、アルカリ性物質を供給して反応液を生成する反応工程と、反応液を透過液と濃縮液とに分離する膜分離工程と、を含み、膜分離する被処理側で反応液を循環させて析出物を濃縮すると共に、濃縮液の少なくとも一部を循環して反応槽14へ混合する水処理方法を実現できる。   According to the water treatment system 10 described above, the reaction step of supplying the alkaline substance to the reaction solution without supplying the flocculant to generate the reaction solution, and the membrane for separating the reaction solution into the permeate and the concentrated solution A water treatment method that includes a separation step and circulates the reaction solution on the side to be membrane-separated to concentrate the precipitate, and circulates at least a part of the concentrate and mixes it with the reaction vessel 14.

本実施形態では膜分離部として膜濾過装置15を適用している。膜濾過装置15はケーシング内に中空糸膜(以下、「濾過膜」という)を備えた内圧式の濾過装置であり、濾過膜15aの中空部内(中空糸の内側)が1次側(被処理側)Aaとなり、濾過膜15aの中空部外(中空糸の外側)が2次側(処理側)Abとなる。濾過膜15aの平均細孔径は、0.04μm以上、1.0μm以下とすることが好ましく、0.08μm以上、0.6μm以下とすることがより好ましい。また、中空糸膜の濾過装置においては、中空部を流れる流速を0.5〜3.0m/sとすることが好ましい。   In this embodiment, the membrane filtration apparatus 15 is applied as a membrane separation part. The membrane filtration device 15 is an internal pressure type filtration device having a hollow fiber membrane (hereinafter referred to as “filtration membrane”) in the casing, and the inside of the hollow portion (inside the hollow fiber) of the filtration membrane 15a is the primary side (treated). Side) Aa, and the outside of the hollow portion of the filtration membrane 15a (outside of the hollow fiber) becomes the secondary side (processing side) Ab. The average pore diameter of the filtration membrane 15a is preferably 0.04 μm or more and 1.0 μm or less, and more preferably 0.08 μm or more and 0.6 μm or less. Moreover, in the filtration apparatus of a hollow fiber membrane, it is preferable that the flow rate which flows through a hollow part shall be 0.5-3.0 m / s.

なお、濾過膜15aの平均細孔径は、次のように求める。予め平均粒径が分かっているラテックス粒子を0.5%SDS(ドデシルスルホン酸ナトリウム)水溶液にて希釈し、ラテックス濃度0.01%の懸濁液(供給液)を調整する。その懸濁液を濾過膜に供給して透過液を採取し、懸濁液と透過液について、それぞれの濃度から、以下の式によりラテックス阻止率を求める。
ラテックス阻止率[%]=(1−透過液濃度/懸濁液濃度)×100
透過液濃度および懸濁液濃度は、吸光度計を用いて吸光度を測定して求めても良い。
In addition, the average pore diameter of the filtration membrane 15a is calculated | required as follows. Latex particles whose average particle diameter is known in advance are diluted with a 0.5% SDS (sodium dodecyl sulfonate) aqueous solution to prepare a suspension (feed solution) having a latex concentration of 0.01%. The suspension is supplied to the filtration membrane, the permeate is collected, and the latex rejection is determined from the respective concentrations of the suspension and permeate by the following formula.
Latex rejection [%] = (1-permeate concentration / suspension concentration) × 100
The permeate concentration and the suspension concentration may be obtained by measuring the absorbance using an absorptiometer.

異なる5種類以上の平均粒径のラテックス粒子について阻止率を求めて、ラテックス粒子の平均径と阻止率の関係をプロットして、ラテックス阻止率が90%以上となった時点のラテックス平均粒子径を濾過膜の平均細孔径とする。   Obtaining the blocking rate for latex particles having five or more different average particle sizes, plotting the relationship between the average particle size and blocking rate of the latex particles, and determining the latex average particle size when the latex blocking rate reached 90% or more. The average pore diameter of the filtration membrane is used.

濾過膜15aの平均細孔径が大きいほど濾過膜15aの透過量を多くできるが、一方で、反応槽14で析出した炭酸カルシウムの微細粒子が処理水側に漏洩しやすくなり、膜の細孔部分に微細粒子が閉塞して薬品洗浄コストが高くなるという問題がある。逆に、濾過膜15aの平均細孔径を小さくすると、微細粒子が透過し難くなると共に、膜の細孔部分への微細粒子が閉塞するリスクは低くなるが、一方で、濾過膜15aの透水量が少なくなり、濾過膜15aの設備費やエネルギーコストが高くなるという問題がある。   The larger the average pore diameter of the filtration membrane 15a, the larger the permeation amount of the filtration membrane 15a. On the other hand, the fine particles of calcium carbonate precipitated in the reaction tank 14 are liable to leak to the treated water side, and the pore portion of the membrane In addition, there is a problem that the fine particles are clogged and the chemical cleaning cost is increased. Conversely, if the average pore diameter of the filtration membrane 15a is reduced, it becomes difficult for the fine particles to permeate and the risk of clogging the fine particles into the pore portions of the membrane is reduced, but on the other hand, the water permeability of the filtration membrane 15a There is a problem that the facility cost and the energy cost of the filtration membrane 15a are increased.

前記晶析効果は、カルシウムの除去率を向上するだけでなく、膜濾過装置15における膜フラックスの安定性にも大きく寄与している。すなわち、濃縮液中の炭酸カルシウム粒子が種晶となって晶析現象を繰り返し、この晶析現象が炭酸カルシウムの析出性(除去率)を高めているだけでなく、炭酸カルシウムの粒径を大きくしているので、「炭酸カルシウムの粒径>膜の平均細孔径」となるように、炭酸カルシウムの粒径を制御することにより、濾過膜15aの平均細孔径を大きくしても、細孔閉塞による膜フラックスの低下を根本的に防止することが可能となる。また、炭酸カルシウム粒子が透過側への漏洩することも根本的に防止することが可能となる。つまり、従来技術における凝集剤や凝結剤のような薬剤を使わなくても、膜フラックスを安定的に高く維持することや、炭酸カルシウムの除去率も高く維持することが可能となる。すなわち、本発明の水処理方法においては、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径(定義については、後述する)を、濾過膜15aの平均細孔径よりも大きく制御することで、ファウリングの発生を根本的に防止することを可能とする。また、これを実現するために、本発明の水処理システム10においては、制御部27は、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜15aの平均細孔径よりも大きく制御する。   The crystallization effect not only improves the calcium removal rate, but also greatly contributes to the stability of the membrane flux in the membrane filtration device 15. That is, the calcium carbonate particles in the concentrated solution become seed crystals and repeat the crystallization phenomenon. This crystallization phenomenon not only increases the precipitation (removal rate) of calcium carbonate, but also increases the particle size of calcium carbonate. Therefore, even if the average pore size of the filtration membrane 15a is increased by controlling the particle size of the calcium carbonate so that “the particle size of the calcium carbonate> the average pore size of the membrane”, the pores are blocked. It is possible to fundamentally prevent a decrease in membrane flux due to. Further, it is possible to fundamentally prevent the calcium carbonate particles from leaking to the permeate side. In other words, the membrane flux can be stably maintained high and the removal rate of calcium carbonate can be maintained high without using a chemical such as a flocculant or a coagulant in the prior art. That is, in the water treatment method of the present invention, fouling occurs by controlling the minimum particle diameter of calcium carbonate in the reaction solution (the definition will be described later) larger than the average pore diameter of the filtration membrane 15a. Can be fundamentally prevented. Moreover, in order to implement | achieve this, in the water treatment system 10 of this invention, the control part 27 controls the minimum particle diameter of the calcium carbonate in a reaction liquid larger than the average pore diameter of the filtration membrane 15a.

発明者らは、具体的な粒径制御方法について鋭意検討したところ以下の知見を得た。膜濾過装置15の出口の濃縮液の炭酸カルシウム濃度が、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、最大濃度が15%以下となるように、適宜、濃縮液排出部18から濃縮液を抜き出し、かつ、濃縮液の少なくとも一部を反応槽14に循環して反応液に混合する。そして、膜濾過装置15の出口の炭酸カルシウム濃度を制御することで、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度を好ましくは0.1%以上15%以下、より好ましくは0.1%以上2.5%以下、更に好ましくは0.5%以上2.5%以下に調整することにより、晶析効果で得られた炭酸カルシウムの粒子径を制御することができる。ここで、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度の上限値を15%としているのは、最大濃度である15%の濃縮液を膜濾過装置15から反応槽14へ循環した場合、原水量に対して循環量が充分に大きいと、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度も濃縮液の濃度と同じ15%となるからである。   The inventors made extensive studies on a specific particle size control method and obtained the following knowledge. The concentrate discharge unit 18 is appropriately adjusted so that the concentration of calcium carbonate in the concentrate at the outlet of the membrane filtration device 15 is preferably 0.1% or more, more preferably 0.5% or more, and the maximum concentration is 15% or less. The concentrated liquid is extracted from the liquid, and at least a part of the concentrated liquid is circulated to the reaction tank 14 and mixed with the reaction liquid. And by controlling the calcium carbonate concentration at the outlet of the membrane filtration device 15, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is preferably 0.1% or more and 15% or less, more preferably 0.1% or more and 2.5%. Hereinafter, the particle diameter of the calcium carbonate obtained by the crystallization effect can be controlled by adjusting to 0.5% or more and 2.5% or less more preferably. Here, the upper limit value of the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is set to 15% when the concentrated liquid of 15%, which is the maximum concentration, is circulated from the membrane filtration device 15 to the reaction tank 14 with respect to the amount of raw water. This is because if the amount of circulation is sufficiently large, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 will also be 15%, the same as the concentration of the concentrate.

すなわち、膜濾過装置15(膜分離工程)で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度と反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径とは相関関係を有していることから、本実施形態の水処理方法においては、濃縮液排出部18(濃縮液排出工程)において、膜濾過装置15で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲(0.1%以上15%以下)内となるように、濃縮液の一部を系外へ排出することが好ましい。換言すれば、本実施形態の水処理システム10においては、制御部27は、排出量調整部25を制御することによって、濃度検出部23で検出した濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲(0.1%以上15%以下)内となるように、濃縮液排出部18の排出量を制御することが好ましい。   That is, since the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained by the membrane filtration device 15 (membrane separation step) and the minimum particle size of calcium carbonate in the reaction solution have a correlation, the water of this embodiment is used. In the treatment method, the concentration of calcium carbonate in the concentrate obtained by the membrane filtration device 15 is within a predetermined range (0.1% to 15%) in the concentrate discharge unit 18 (concentrate discharge step). Thus, it is preferable to discharge a part of the concentrated liquid out of the system. In other words, in the water treatment system 10 of the present embodiment, the control unit 27 controls the discharge amount adjustment unit 25 so that the calcium carbonate concentration in the concentrated liquid detected by the concentration detection unit 23 is within a predetermined range ( It is preferable to control the discharge amount of the concentrate discharge section 18 so that it is within 0.1% or more and 15% or less.

前述の通り、炭酸カルシウムを含む濃縮液の少なくとも一部を反応槽14へ混合しない場合、つまり図2に示すビーカーテスト結果で、反応槽14内に加える炭酸カルシウム試薬が0%の場合には、晶析効果が発現しない。この場合、CTB廃水中のカルシウムイオンが反応して炭酸カルシウム粒子が一次結晶核として析出する。CTB廃水中のカルシウムイオン濃度は、一般的には40〜400mg/L程度である。このCTB廃水を使って、pH9以上13以下の環境下のビーカーテストにより、一次結晶核を析出させて炭酸カルシウムの最小粒子径を調査したところ、0.022〜0.445μm程度であった。   As described above, when at least a part of the concentrated solution containing calcium carbonate is not mixed into the reaction vessel 14, that is, when the calcium carbonate reagent added to the reaction vessel 14 is 0% in the beaker test result shown in FIG. The crystallization effect does not appear. In this case, calcium ions in the CTB wastewater react to precipitate calcium carbonate particles as primary crystal nuclei. The calcium ion concentration in CTB wastewater is generally about 40 to 400 mg / L. Using this CTB wastewater, primary crystal nuclei were precipitated by a beaker test under an environment of pH 9 or more and 13 or less, and the minimum particle diameter of calcium carbonate was examined. The result was about 0.022 to 0.445 μm.

ここで、図5を用いて「炭酸カルシウムの最小粒子径」について説明する。炭酸カルシウムの粒度分布は、通常、正規分布状の形態となる。本実施形態では、平均粒子径をA、標準偏差をσと表記したとき、「炭酸カルシウムの最小粒子径」を(A−2σ)として定義する。なお、本実施形態では(A−2σ)と定義したが、運転条件に応じて(A−σ)又は(A−3σ)などと定義してもよい。   Here, “the minimum particle diameter of calcium carbonate” will be described with reference to FIG. The particle size distribution of calcium carbonate is usually in the form of a normal distribution. In the present embodiment, when the average particle diameter is represented by A and the standard deviation is represented by σ, the “minimum particle diameter of calcium carbonate” is defined as (A-2σ). In addition, although defined as (A-2σ) in the present embodiment, it may be defined as (A-σ) or (A-3σ) depending on the operating conditions.

なお、炭酸カルシウムの粒度分布の測定方法としては、画像解析法、レーザ回折・散乱光法、および電気抵抗法などが挙げられるが、測定範囲が広いレーザ回折・散乱光法を用いるのが良い。   Examples of the method for measuring the particle size distribution of calcium carbonate include an image analysis method, a laser diffraction / scattering light method, and an electric resistance method, but it is preferable to use a laser diffraction / scattering light method with a wide measurement range.

確率統計理論によれば、粒度分布における区間(A−2σ)から(A+2σ)の粒子径が全体に占める割合は95.45%である。つまり、(A−2σ)より小さい径の炭酸カルシウム粒子の割合は約2.3%((100%−95.45%)÷2)で極微量となるので、濾過膜15aの平均細孔径が(A−2σ)より小さければ、濾過運転中、実質的に膜の閉塞の影響は極めて軽微で無視できるレベルとなり、実用上の問題は発生しない。さらに、区間(A−3σ)から(A+3σ)の粒子径が全体に占める割合は99.73%なので、(A−3σ)より小さい径の炭酸カルシウム粒子の割合は約0.1%((100%−99.73%)÷2)となり、更に微量となるので、濾過膜の平均細孔径が(A−3σ)より小さければ、更に好ましい濾過運転状態となる。   According to the probability statistical theory, the ratio of the particle diameter from the section (A-2σ) to (A + 2σ) in the particle size distribution is 95.45%. That is, the ratio of the calcium carbonate particles having a diameter smaller than (A-2σ) is about 2.3% ((100% −95.45%) ÷ 2), so the average pore diameter of the filtration membrane 15a is small. If it is smaller than (A-2σ), the influence of the blockage of the membrane is substantially negligible and negligible during the filtration operation, and no practical problem occurs. Furthermore, since the ratio of the particle diameter of the section (A-3σ) to (A + 3σ) is 99.73%, the ratio of calcium carbonate particles having a diameter smaller than (A-3σ) is about 0.1% ((100 % −99.73%) ÷ 2), which is a very small amount. Therefore, if the average pore diameter of the filtration membrane is smaller than (A-3σ), a more preferable filtration operation state is obtained.

ここで、0.022μm(前述の一次結晶核の最小粒子径範囲0.022〜0.445μm程度の下限値)の最小粒子径を持つ炭酸カルシウムを、0.04μm(前述の濾過膜の平均細孔径範囲0.04〜1.0μmの下限値)の平均細孔径を持つ濾過膜で濾過する例について具体的な方法を述べる。   Here, calcium carbonate having a minimum particle size of 0.022 μm (the lower limit value of the above-mentioned primary crystal nucleus minimum particle size range of about 0.022 to 0.445 μm) is 0.04 μm (the average fineness of the above-mentioned filtration membrane). A specific method will be described with respect to an example of filtration through a filter membrane having an average pore diameter in the pore diameter range of 0.04 to 1.0 μm.

平均細孔径0.04μmの濾過膜(濾過抵抗が小さく、少ないエネルギーで濾過水を得ることができる最小サイズの平均細孔径を有する濾過膜)を使用する場合には、最小粒子径0.022μm以上0.04μm未満の炭酸カルシウム粒子が細孔に詰まって閉塞してしまう。晶析効果により、最小粒子径0.022μmの結晶粒径を少なくとも2倍以上に成長させれば、粒子径を0.04μmを超える大きさにすることができ、「炭酸カルシウムの最小粒子径>膜の平均細孔径」の関係を成立させて安定的に膜濾過運転を継続することが可能となる。以下の原理により、これを実現することが可能である。   When using a filtration membrane having an average pore size of 0.04 μm (a filtration membrane having a minimum filtration pore size with a small filtration resistance and capable of obtaining filtered water with less energy), a minimum particle size of 0.022 μm or more Calcium carbonate particles of less than 0.04 μm are clogged by clogging. If the crystal grain size with a minimum particle size of 0.022 μm is grown at least twice due to the crystallization effect, the particle size can exceed 0.04 μm, and “minimum particle size of calcium carbonate> The relationship of “average pore diameter of membrane” is established, and the membrane filtration operation can be stably continued. This can be realized by the following principle.

CTB廃水中のカルシウムイオンが反応して炭酸カルシウムになるとき、種晶が充分に多い場合には、一次結晶核の生成反応よりも晶析反応の方が優先的に進行する傾向がある。一般に、過飽和となった溶質(本発明ではカルシウムイオン)が析出する場合、晶析反応の方が一次結晶核生成反応より小さい過飽和度で反応が進行するため、晶析反応の方が優先的に進行する。ここで、種晶が充分に多い場合とは、前述の炭酸カルシウムの除去率に関するビーカーテストの結果(図2)から明らかなように、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度が、少なくとも0.1%以上、好ましくは0.5%以上の場合であり、常にこの条件を保つことにより晶析環境を維持することが可能となる。   When calcium ions in CTB wastewater react to become calcium carbonate, if there are sufficiently many seed crystals, the crystallization reaction tends to proceed more preferentially than the primary crystal nucleus formation reaction. Generally, when a supersaturated solute (calcium ion in the present invention) is precipitated, the crystallization reaction proceeds with a supersaturation degree smaller than that of the primary crystal nucleation reaction. proceed. Here, the case where the seed crystals are sufficiently large means that the calcium carbonate concentration in the reaction vessel 14 is at least 0.1%, as is clear from the result of the beaker test regarding the calcium carbonate removal rate described above (FIG. 2). Above, preferably 0.5% or more, and by always maintaining this condition, it is possible to maintain the crystallization environment.

運転初期、反応槽4内に炭酸カルシウムの種晶が存在していない状態で生成された一次結晶核の粒子径をDi(μm)、反応槽4で原水から得られた炭酸カルシウム濃度をCi(mg/L)とする。ここで、反応槽14で原水から得られた炭酸カルシウム濃度とは、原水として反応槽14に持ち込まれたカルシウムイオンが反応槽14内で反応して新たに生成された炭酸カルシウムによる濃度の増分を意味する。さらに具体的には、濃縮液として反応槽14に混合された種晶の表面に新たに晶析された炭酸カルシウムの増分と、一次結晶核として新たに析出した炭酸カルシウムの増分の総和である。また、CTB廃水を反応槽14へ供給し続けながら、反応槽14内が常に晶析環境となるように反応槽14内の炭酸カルシウム濃度をCr=0.5%(5000mg/L)とし、膜濾過装置15出口の炭酸カルシウム濃度をCm(mg/L)、Cm≧Crとしながら、充分に長い時間運転を継続して定常状態に達した状況を想定する。(濃縮液排出部18から濃縮液を排出しながら、充分に長い時間この条件を維持して運転する。)反応槽14内は晶析環境が維持されているので、CTB廃水中のカルシウムイオンから得られた炭酸カルシウムが、全て晶析反応により結晶を大きく成長させた(一次結晶核の生成反応が起きない)と仮定すると、運転初期に生成された一次結晶核は、Cm/Ci(倍)の体積に成長していることになる。例えば、Di=0.022μm、Ci=500mg/L、Cm=5000mg/Lであれば、Cm/Ci=10(倍)で、粒径は、Di×(Cm/Ci)(1/3)=0.022μm×2.2倍=0.047μmとなり、濾過膜15aの平均細孔径0.04μmより大きくすることができる。 At the initial stage of operation, the particle diameter of primary crystal nuclei generated in a state where no seed crystal of calcium carbonate is present in the reaction tank 4 is Di (μm), and the calcium carbonate concentration obtained from raw water in the reaction tank 4 is Ci ( mg / L). Here, the calcium carbonate concentration obtained from the raw water in the reaction tank 14 is the increase in concentration due to the calcium carbonate newly generated by the reaction of calcium ions brought into the reaction tank 14 as raw water in the reaction tank 14. means. More specifically, it is the sum of increments of calcium carbonate newly crystallized on the surface of the seed crystal mixed in the reaction tank 14 as a concentrate and increments of calcium carbonate newly precipitated as primary crystal nuclei. Further, while supplying the CTB waste water to the reaction tank 14, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is set to Cr = 0.5% (5000 mg / L) so that the inside of the reaction tank 14 is always a crystallization environment, and the membrane It is assumed that the calcium carbonate concentration at the outlet of the filtration device 15 is Cm (mg / L) and Cm ≧ Cr, and the operation is continued for a sufficiently long time to reach a steady state. (Operating while maintaining this condition for a sufficiently long time while discharging the concentrate from the concentrate discharge section 18) The crystallization environment is maintained in the reaction tank 14, so that the calcium ions in the CTB wastewater Assuming that all of the obtained calcium carbonate has grown crystals greatly by the crystallization reaction (the primary crystal nucleus formation reaction does not occur), the primary crystal nucleus generated in the initial stage of operation is Cm / Ci (times). Will grow to a volume of. For example, if Di = 0.022 μm, Ci = 500 mg / L, and Cm = 5000 mg / L, Cm / Ci = 10 (times) and the particle size is Di × (Cm / Ci) (1/3) = 0.022 μm × 2.2 times = 0.047 μm, which is larger than the average pore diameter of the filtration membrane 15a of 0.04 μm.

上記の検討結果から、Cm/Ciを、少なくとも10倍以上とすれば、最小サイズの一次結晶核0.022μmを、濾過膜15aの平均細孔径0.04μm(最小サイズの平均細孔径を有する濾過膜)よりも大きくすることができる。しかしながら、反応槽4内において晶析環境が維持されていても、現実的には、極僅かであるが一次結晶核の生成反応も晶析反応と同時進行してしまう可能性がある。また、原水中のカルシウムイオンの一部は、炭酸カルシウムに反応せずに未反応のまま残ることがある。これらを考慮すると、実用的にはCm/Ciを20倍以上とすることが好ましい。   From the above examination results, when Cm / Ci is at least 10 times or more, 0.022 μm of the primary crystal nucleus having the minimum size is filtered with an average pore diameter of 0.04 μm (filter having the minimum pore size of the average size). Film). However, even if the crystallization environment is maintained in the reaction vessel 4, in reality, there is a possibility that the formation reaction of the primary crystal nuclei may proceed simultaneously with the crystallization reaction although it is extremely small. In addition, some of the calcium ions in the raw water may remain unreacted without reacting with calcium carbonate. Considering these, it is preferable to set Cm / Ci to 20 times or more practically.

前述の通り、CTB廃水中のカルシウムイオン濃度は、一般的には40〜400mg/L程度である。カルシウムイオン濃度が下限値40mg/Lの原水(CTB廃水)が反応槽14に供給され、カルシウムイオンの全てが炭酸カルシウムに反応したと仮定すると、CaとCaCOの分子量比率から、Ci=100mg/Lとなる。Cm/Ci≧10(倍)のとき、Cm≧Ci×10=100×10=1000mg/L(0.1%)となる。好ましくはCm/Ci≧20(倍)なので、Cm≧Ci×20=100×20=2000mg/L(0.2%)である。つまり、膜濾過装置15出口の濃縮液の炭酸カルシウム濃度Cmは、0.1%以上とすることが好ましく、0.2%以上とすることがより好ましい。 As described above, the calcium ion concentration in CTB wastewater is generally about 40 to 400 mg / L. Assuming that raw water (CTB wastewater) having a calcium ion concentration of 40 mg / L is supplied to the reaction tank 14 and assuming that all of the calcium ions have reacted with calcium carbonate, from the molecular weight ratio of Ca and CaCO 3 , Ci = 100 mg / L. When Cm / Ci ≧ 10 (times), Cm ≧ Ci × 10 = 100 × 10 = 1000 mg / L (0.1%). Since Cm / Ci ≧ 20 (times), Cm ≧ Ci × 20 = 100 × 20 = 2000 mg / L (0.2%). That is, the calcium carbonate concentration Cm of the concentrated liquid at the outlet of the membrane filtration device 15 is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more.

次に、0.445μm(前述の一次結晶核の最小粒子径範囲0.022〜0.445μm程度の上限値)の最小粒子径を持つ炭酸カルシウムを、1.0μm(前述の濾過膜の平均細孔径範囲0.04〜1.0μmの上限値)の平均細孔径を持つ濾過膜で濾過する例について具体的な方法を述べる。   Next, calcium carbonate having a minimum particle size of 0.445 μm (upper limit value of the above-mentioned primary crystal nucleus minimum particle size range of 0.022 to 0.445 μm) is changed to 1.0 μm (average fineness of the above-mentioned filtration membrane). A specific method will be described for an example of filtration through a filtration membrane having an average pore diameter in the pore diameter range of 0.04 to 1.0 μm.

平均細孔径1.0μmの濾過膜(濾過抵抗が小さく、少ないエネルギーで濾過水を得ることができる最大サイズの平均細孔径を有する濾過膜)を使用する場合には、最小粒子径0.445μm以上1.0μm未満の炭酸カルシウム粒子が細孔に詰まって閉塞してしまう。晶析効果により、最小粒子径0.445μmの結晶粒径を少なくとも2.3倍以上に成長させれば、粒子径を1.0μmを超える大きさにすることができ、「炭酸カルシウムの最小粒子径>膜の平均細孔径」の関係を成立させて安定的に膜濾過運転を継続することが可能となる。以下の原理により、これを実現することが可能である。   When using a filtration membrane having an average pore diameter of 1.0 μm (a filtration membrane having a maximum average pore diameter that can obtain filtered water with low filtration resistance and low energy), a minimum particle diameter of 0.445 μm or more Calcium carbonate particles of less than 1.0 μm are clogged by clogging. If the crystal grain size with a minimum particle size of 0.445 μm is grown at least 2.3 times or more due to the crystallization effect, the particle size can exceed 1.0 μm. By satisfying the relationship of “diameter> average pore diameter of membrane”, the membrane filtration operation can be stably continued. This can be realized by the following principle.

例えば、カルシウムイオン濃度が80mg/Lの原水(CTB廃水)が反応槽14に供給され、カルシウムイオンの全てが炭酸カルシウムに反応したと仮定すると、CaとCaCOの分子量比率から、Ci=200mg/Lとなる。この条件でCTB廃水を反応槽14へ供給し続けながら、膜濾過装置15出口の炭酸カルシウム濃度をCm=1.0%(10000mg/L)、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度がCr=0.5%(5000mg/L)になるように(前記濃縮液を反応槽14へ循環する量を)調整し、充分に長時間運転し定常状態に達した状態を想定する。 For example, assuming that raw water (CTB wastewater) having a calcium ion concentration of 80 mg / L is supplied to the reaction tank 14 and that all of the calcium ions have reacted to calcium carbonate, from the molecular weight ratio of Ca and CaCO 3 , Ci = 200 mg / L. While continuing to supply CTB wastewater to the reaction tank 14 under these conditions, the calcium carbonate concentration at the outlet of the membrane filtration device 15 is Cm = 1.0% (10000 mg / L), and the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is Cr = 0. It is assumed that the concentration is adjusted to 5% (5000 mg / L) (the amount by which the concentrated liquid is circulated to the reaction tank 14), the operation is sufficiently long, and a steady state is reached.

運転初期は、反応槽14内には炭酸カルシウムの種晶が存在していないので、反応槽14内でCTB廃水中のカルシウムイオンから最小粒子径Di=0.445μmの炭酸カルシウムの一次結晶核が生成されたと仮定する。その後、反応槽14内にCTB廃水として持ち込まれたカルシウムイオンは、運転初期に生成された一次結晶核の表面において晶析効果により反応し結晶を徐々に成長させる。   In the initial stage of operation, since the seed crystal of calcium carbonate does not exist in the reaction tank 14, primary crystal nuclei of calcium carbonate having a minimum particle diameter Di = 0.445 μm from the calcium ions in the CTB wastewater in the reaction tank 14. Assume that it was created. Thereafter, calcium ions brought into the reaction vessel 14 as CTB wastewater react on the surface of primary crystal nuclei generated in the initial stage of operation due to the crystallization effect to gradually grow crystals.

運転開始直後は、反応槽14内に種晶となる炭酸カルシウム粒子が少ないため、晶析による結晶成長反応と同時に、新たな一次結晶核の生成反応が進行するが、充分に長時間運転した定常状態では、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度がCr=0.5%となり種晶が充分に多い環境となる。   Immediately after the start of operation, since there are few calcium carbonate particles as seed crystals in the reaction vessel 14, a new primary crystal nucleus formation reaction proceeds simultaneously with the crystal growth reaction by crystallization, but the operation is performed for a sufficiently long time. In the state, the calcium carbonate concentration in the reaction tank 14 is Cr = 0.5%, and the environment is sufficiently rich in seed crystals.

膜濾過装置15出口の炭酸カルシウム濃度がCm=10000mg/L(1.0%)、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度がCr=5000mg/L(0.5%)の状態で定常状態に達した時点で、CTB廃水中のカルシウムイオンから反応して得られたCi=200mg/Lの炭酸カルシウムが、全て晶析反応により炭酸カルシウムに変化し結晶を大きく成長させた(一次結晶核の生成反応が起きない)と仮定すると、運転初期に生成されていた一次結晶核は、Cm/Ci=10000mg/L÷200mg/L=50倍の体積に成長していることになる。つまり、Di=0.445μm、Ci=200mg/L、Cm=10000mg/Lのとき、Cm/Ci=50(倍)で、粒径は、Di×(Cm/Ci)(1/3)=0.445μm×3.7倍=1.65μmとなり、最大サイズの平均細孔径1.0μmの濾過膜(前述)でも細孔の閉塞なく安定な濾過運転を継続することが可能である。 A steady state was reached with the calcium carbonate concentration at the outlet of the membrane filtration device 15 being Cm = 10000 mg / L (1.0%) and the calcium carbonate concentration in the reaction vessel 14 being Cr = 5000 mg / L (0.5%). At that time, all of the calcium carbonate of Ci = 200 mg / L obtained by reacting with calcium ions in the CTB wastewater was converted into calcium carbonate by the crystallization reaction, and the crystal grew greatly (the primary crystal nucleus formation reaction was Assuming that this does not occur, the primary crystal nuclei generated at the beginning of operation have grown to a volume of Cm / Ci = 10000 mg / L ÷ 200 mg / L = 50 times. That is, when Di = 0.445 μm, Ci = 200 mg / L, and Cm = 10000 mg / L, Cm / Ci = 50 (times) and the particle size is Di × (Cm / Ci) (1/3) = 0. .445 μm × 3.7 times = 1.65 μm, and it is possible to continue a stable filtration operation without clogging of pores even with a maximum-size filter membrane having an average pore diameter of 1.0 μm (described above).

また、水処理システム10の立ち上げ初期、反応槽14内に、膜の平均細孔径よりも大きい最小粒子径をもつ炭酸カルシウム粒子を種晶として投入しておくこともできる。例えば、水処理システム10の立ち上げ初期、膜の平均細孔径(例えば1.0μm)よりも大きい最小粒子径(例えば1.1μm以上)の炭酸カルシウム粒子を種晶として、反応槽14内の炭酸カルシウム濃度Cr=1.0%、膜濾過装置15出口の濃縮液の炭酸カルシウム濃度Cm=2.0%となるように投入し、この条件を維持するように調整しながら運転すれば、濃縮液内の炭酸カルシウム粒子の最小粒子径は、晶析効果によって膜の平均細孔径1.0μmを下回ることがないので、細孔閉塞による膜フラックスの低下を根本的に防止でき、常に安定的な膜濾過運転を継続することができる。   In addition, calcium carbonate particles having a minimum particle diameter larger than the average pore diameter of the membrane can be introduced as seed crystals in the reaction tank 14 at the initial start-up of the water treatment system 10. For example, at the initial stage of start-up of the water treatment system 10, the carbonic acid in the reaction vessel 14 is seeded with calcium carbonate particles having a minimum particle size (eg, 1.1 μm or more) larger than the average pore size (eg, 1.0 μm) of the membrane. When the calcium carbonate concentration Cm = 1.0% and the calcium carbonate concentration Cm = 2.0% of the concentrated liquid at the outlet of the membrane filtration device 15 are charged and the operation is performed while maintaining this condition, the concentrated liquid is obtained. The minimum particle size of the calcium carbonate particles in the membrane does not fall below the average pore size of 1.0 μm due to the crystallization effect, so that it is possible to fundamentally prevent a decrease in membrane flux due to pore clogging, and an always stable membrane. The filtration operation can be continued.

上述のように、膜濾過装置15出口の炭酸カルシウム濃度を大きくすれば、炭酸カルシウム粒子が水処理システム10内で晶析環境に晒される時間が長くなる(または、機会が多くなる)ので、晶析効果により炭酸カルシウムの粒径を濾過膜15aの平均細孔径よりも大きく制御することができる。   As described above, if the calcium carbonate concentration at the outlet of the membrane filtration device 15 is increased, the time during which the calcium carbonate particles are exposed to the crystallization environment in the water treatment system 10 becomes longer (or the opportunity increases). The particle size of calcium carbonate can be controlled to be larger than the average pore size of the filtration membrane 15a by the deposition effect.

また、膜濾過装置15出口の炭酸カルシウム濃度を大きくすると、濃縮液排出部18から抜き出された炭酸カルシウムの濃縮液を脱水して燃焼装置の排煙脱硫剤として使用する場合に、脱水機の大きさを小さくすることができ、脱水機の設備コスト、運転動力コスト、設置スペースを小さくすることができる。   In addition, when the calcium carbonate concentration at the outlet of the membrane filtration device 15 is increased, when the calcium carbonate concentrate extracted from the concentrate discharge section 18 is dehydrated and used as a flue gas desulfurization agent, The size can be reduced, and the equipment cost, operating power cost, and installation space of the dehydrator can be reduced.

しかしながら、図6に示すように、炭酸カルシウムの濃縮液の粘度は、炭酸カルシウム濃度が15%を超えた付近から急激に上昇して流動性が悪化する傾向がある。膜濾過装置15として中空糸膜を用いた内圧式濾過法を用いる場合には、中空糸内部の圧力損失が粘度に比例して大きくなるので、炭酸カルシウム濃度が15%を超えた付近から、圧送ポンプの電力すなわち運転コストが急激に高くなる。従って、膜濾過装置15出口の濃縮液の炭酸カルシウム濃度が最大でも15%以下となるように、適宜、濃縮液排出部18から濃縮液を抜き出すとよい。   However, as shown in FIG. 6, the viscosity of the calcium carbonate concentrate tends to rapidly increase from the vicinity where the calcium carbonate concentration exceeds 15% and the fluidity tends to deteriorate. When an internal pressure filtration method using a hollow fiber membrane is used as the membrane filtration device 15, the pressure loss inside the hollow fiber increases in proportion to the viscosity. The power of the pump, that is, the operating cost increases rapidly. Therefore, the concentrate may be appropriately extracted from the concentrate discharge unit 18 so that the concentration of calcium carbonate in the concentrate at the outlet of the membrane filtration device 15 is at most 15%.

また、本実施形態ではカルシウムの除去率が極めて高いので、後段にRO膜やNF膜などの後処理装置17を備えてクーリングタワー冷却水やボイラー補給水への再利用が可能な処理水を得る場合において、後処理装置17の負担が減り、最終処理効率(水回収率)を向上できる。   In this embodiment, since the calcium removal rate is extremely high, a post-treatment device 17 such as an RO membrane or an NF membrane is provided in the subsequent stage to obtain treated water that can be reused for cooling tower cooling water or boiler makeup water. , The burden on the post-treatment device 17 is reduced, and the final treatment efficiency (water recovery rate) can be improved.

また、本実施形態では、膜分離部として膜濾過装置15を用いており、その結果、例えば、凝集沈殿法と比べると、沈殿槽が不要になるので省スペース化という観点から有利であり、さらに、沈殿槽からの浮遊汚泥流出(キャリー・オーバー)の心配もなくなるという利点もある。   Further, in the present embodiment, the membrane filtration device 15 is used as the membrane separation unit, and as a result, compared to, for example, the coagulation sedimentation method, a sedimentation tank is unnecessary, which is advantageous from the viewpoint of space saving. There is also an advantage that there is no worry about floating sludge outflow (carry over) from the sedimentation tank.

なお、上記実施形態では、反応槽14への原水供給量(既知の運転条件)と、濃縮液中の炭酸カルシウム濃度(濃度検出部23にて検出)と、循環ライン16から反応槽14に供給される濃縮液の供給量(循環量調整部24で調整)と、から反応液中の炭酸カルシウム濃度を間接的に推定することで、反応液中の炭酸カルシウム濃度を所定の範囲(0.1%以上)内に制御する構成としたが、反応槽14内部、或いは反応槽14の出口部分の配管上に、反応液中の炭酸カルシウム濃度を検出する濃度検出部を更に設置しても構わない。   In the above embodiment, the amount of raw water supplied to the reaction tank 14 (known operating conditions), the concentration of calcium carbonate in the concentrate (detected by the concentration detection unit 23), and the supply from the circulation line 16 to the reaction tank 14 The concentration of calcium carbonate in the reaction liquid is indirectly estimated from the supply amount of the concentrated liquid (adjusted by the circulation amount adjusting unit 24) and the concentration of calcium carbonate in the reaction liquid is within a predetermined range (0.1 % Or more), however, a concentration detector for detecting the calcium carbonate concentration in the reaction solution may be further installed in the reaction tank 14 or on the piping at the outlet of the reaction tank 14. .

また、本実施形態では、膜濾過装置15として、ケーシング内に中空糸膜を備えた内圧式の膜濾過装置を用いるようにしたが、膜濾過装置15は、高いpH条件のもと、長期間の耐久性を有するものであることが要求される。このような要求を満たす中空糸膜であって、さらに耐擦過性に優れ、高濃度の炭酸カルシウムを含む濃縮液を安定的に生成可能な中空糸膜としては、国際公開第2007/119850号に記載の多孔質膜を用いることが望ましい。   Moreover, in this embodiment, although the internal pressure type membrane filtration apparatus provided with the hollow fiber membrane in the casing was used as the membrane filtration apparatus 15, the membrane filtration apparatus 15 is used for a long time under a high pH condition. It is required to have the durability of As a hollow fiber membrane satisfying such requirements, and having excellent scratch resistance and capable of stably producing a concentrated liquid containing a high concentration of calcium carbonate, International Publication No. 2007/119850 is disclosed. It is desirable to use the described porous membrane.

すなわち、PVDF(ポリフッ化ビリニデン:poly(vinylidene fluoride))樹脂を主成分とする高分子を含む多孔質膜であって、多孔質膜中のPVDF樹脂の結晶化度が、50%以上90%以下であり、多孔質膜中のPVDF樹脂の結晶化度に膜の比表面積を乗じた値が、300(%・m2/g)以上2000(%・m2/g)以下である多孔質膜を用いることが望ましい。 That is, a porous film containing a polymer mainly composed of PVDF (poly (vinylidene fluoride)) resin, and the degree of crystallinity of the PVDF resin in the porous film is 50% or more and 90% or less. And the value obtained by multiplying the crystallinity of the PVDF resin in the porous film by the specific surface area of the film is 300 (% · m 2 / g) or more and 2000 (% · m 2 / g) or less. It is desirable to use

ここで、PVDF樹脂とは、フッ化ビニリデンのホモポリマー、又は、フッ化ビニリデンをモル比で50%以上含有する共重合ポリマーを意味する。PVDF樹脂は、強度に優れる観点から、ホモポリマーであることが好ましい。PVDF樹脂が共重合ポリマーである場合、フッ化ビニリデンモノマーと共重合させる他の共重合モノマーとしては、公知のものを適宜選択して用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、フッ素系モノマーや塩素系モノマー等を好適に用いることができる。なお、PVDF樹脂の重量平分子量(Mw)は、特に限定されるものではないが、10万以上、100万以下であることが好ましく、15万以上、50万以下であることがより好ましい。   Here, the PVDF resin means a homopolymer of vinylidene fluoride or a copolymer containing 50% or more of vinylidene fluoride in a molar ratio. The PVDF resin is preferably a homopolymer from the viewpoint of excellent strength. When the PVDF resin is a copolymer, other copolymer monomers to be copolymerized with the vinylidene fluoride monomer can be appropriately selected from known ones, and are not particularly limited. Fluorine monomers and chlorine monomers can be preferably used. The weight average molecular weight (Mw) of the PVDF resin is not particularly limited, but is preferably 100,000 or more and 1,000,000 or less, more preferably 150,000 or more and 500,000 or less.

多孔質膜は、高分子成分の主成分として、PVDF樹脂を含む。ここで、「主成分として含む」とは、高分子成分の固形分換算で50重量%以上含むことを意味する。また、多孔質膜は、特に限定されるものではないが、高分子成分の主成分として、PVDF樹脂を80重量%以上、99.99重量%以下含むことが好ましく、90重量%以上、99重量%以下含むことがより好ましい。一方、多孔質膜は、他の高分子成分を含むものであってもよい。他の高分子成分としては、特に限定されるものではないが、PVDF樹脂と相溶するものが好ましく、例えば、PVDF樹脂と同様に高い薬品耐性を示すフッ素系の樹脂等を好適に用いることができる。また、後述するポリエチレングリコールのような親水性の樹脂を、他の高分子成分として用いてもよい。   The porous membrane contains PVDF resin as the main component of the polymer component. Here, “containing as a main component” means containing 50% by weight or more in terms of solid content of the polymer component. The porous membrane is not particularly limited, but preferably contains 80% by weight or more and 99.99% by weight or less of PVDF resin as a main component of the polymer component, and 90% by weight or more and 99% by weight. % Or less is more preferable. On the other hand, the porous membrane may contain other polymer components. The other polymer component is not particularly limited, but is preferably compatible with PVDF resin. For example, a fluorine-based resin exhibiting high chemical resistance like PVDF resin is preferably used. it can. Moreover, you may use hydrophilic resin like the polyethylene glycol mentioned later as another polymer component.

そして、多孔質膜は、上述したように、膜を構成するPVDF樹脂の結晶化度が50%以上、90%以下であり、且つ、この結晶化度に多孔質膜の比表面積を乗じた値が300(%・m2/g)以上、2000(%・m2/g)以下であることを特徴とする。 As described above, the porous film has a crystallinity of PVDF resin constituting the film of 50% or more and 90% or less, and a value obtained by multiplying the crystallinity by the specific surface area of the porous film. Is 300 (% · m 2 / g) or more and 2000 (% · m 2 / g) or less.

ここで、PVDF樹脂の結晶化度が50%未満であると、膜の剛性が低く、濾過圧力で変形してしまうので濾過に適さない。PVDF樹脂の高いpHの濃縮液による劣化は、柔軟性を発現している非晶質部分から生じるものと推定される。そのため、PVDF樹脂の結晶化度が90%を超え、相対的に非晶質部分が少なくなると、高いpHの濃縮液によって非晶質部分が分解劣化した際に、多孔質全体が脆くなり破損しやすくなる。一方、多孔質膜の比表面積が小さすぎると、透水性が低下するので濾過用途には適さず、逆に大きくなると、透水性は向上するものの、高いpHの反応液と接触する面積が増えるため、結果として反応液に対する耐性は低下してしまう。これらの知見から、透水性及び高いpHの反応液に対する耐性に優れる多孔質膜として、膜の比表面積に結晶化度をかけた値が、上記の範囲であることが望ましい。   Here, when the degree of crystallinity of the PVDF resin is less than 50%, the rigidity of the membrane is low and the film is deformed by the filtration pressure, and thus is not suitable for filtration. It is presumed that the deterioration of the PVDF resin due to the concentrated solution having a high pH is caused by an amorphous part exhibiting flexibility. Therefore, when the degree of crystallinity of PVDF resin exceeds 90% and the amorphous part becomes relatively small, the entire porous part becomes brittle and breaks when the amorphous part is decomposed and deteriorated by the concentrated solution having a high pH. It becomes easy. On the other hand, if the specific surface area of the porous membrane is too small, the water permeability decreases, so it is not suitable for filtration applications. On the other hand, if it becomes large, the water permeability improves, but the area that comes into contact with the high pH reaction liquid increases. As a result, the resistance to the reaction solution decreases. From these findings, it is desirable that the value obtained by multiplying the specific surface area of the membrane by the degree of crystallinity is in the above range as a porous membrane excellent in water permeability and resistance to a high pH reaction solution.

なお、上記多孔質膜の製造方法は、国際公開第2007/119850号に記載の製造方法を用いることができる。また、結晶化度および比表面積の測定方法についても、国際公開第2007/119850号に記載の測定方法を用いることができる。   In addition, the manufacturing method of the international publication 2007/119850 can be used for the manufacturing method of the said porous membrane. Moreover, also about the measuring method of a crystallinity degree and a specific surface area, the measuring method as described in international publication 2007/119850 can be used.

以下では、実施例及び比較例を用いて本発明をより具体的に説明する。図7〜図9は、実施例の水処理システムを模式的に示す図、図10は比較例の水処理システムを模式的に示す図、図11は実施例と比較例の濾過性能の違いを示すグラフである。なお、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples. FIGS. 7 to 9 are diagrams schematically showing the water treatment system of the example, FIG. 10 is a diagram schematically showing the water treatment system of the comparative example, and FIG. 11 shows the difference in filtration performance between the example and the comparative example. It is a graph to show. The scope of the present invention is not limited to these examples.

まず、図7に示す実施例1について説明する。図7に示すように、実施例1に係る水処理システム30は、炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を貯留する反応槽(反応部)34と、反応槽34にCTB廃水(原水)を供給する原水供給部31と、反応槽34内の反応液にアルカリ性物質を供給するアルカリ供給部32と、反応槽34に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部33と、反応液を濾過膜35aにより透過液と濃縮液とに分離する膜分離部35と、膜分離部35の濃縮側と反応槽34とを連絡し、膜分離部35で分離された濃縮液の少なくとも一部を反応槽34内に供給する循環ライン36と、を備えている。   First, Example 1 shown in FIG. 7 will be described. As shown in FIG. 7, the water treatment system 30 according to Example 1 includes a reaction tank (reaction unit) 34 that stores a reaction liquid that contains calcium carbonate and does not contain a flocculant, and CTB waste water (raw water) in the reaction tank 34. The raw water supply unit 31 for supplying the reaction solution, the alkali supply unit 32 for supplying an alkaline substance to the reaction solution in the reaction vessel 34, the carbon dioxide supply unit 33 for supplying carbon dioxide to the reaction vessel 34, and the reaction solution through the filtration membrane 35a. The membrane separation part 35 that separates the permeate and the concentrated liquid by the above, the concentration side of the membrane separation part 35 and the reaction tank 34 are connected, and at least a part of the concentrated liquid separated by the membrane separation part 35 is connected to the reaction tank 34. And a circulation line 36 for supplying the inside.

反応槽34は、反応液送り配管39で圧送ポンプ42に接続されている。膜分離部35は、濾過膜35aの2次側(処理側)において処理水移送ライン40を介して後処理装置に接続されており、1次側(被処理側)において、排出ライン41を介して濃縮液排出部に連絡されると共に、排出ライン41から分岐した循環ライン36を介して反応槽34に連絡されている。循環ライン36は、濃縮液を反応槽34内に供給する配管36aと、残りの濃縮液を圧送ポンプ42の上流側に送る配管36bと、を有している。   The reaction tank 34 is connected to a pressure feed pump 42 by a reaction liquid feed pipe 39. The membrane separation unit 35 is connected to the post-treatment device via the treated water transfer line 40 on the secondary side (treatment side) of the filtration membrane 35a, and via the discharge line 41 on the primary side (side to be treated). In addition to being communicated to the concentrate discharge section, it is also communicated to the reaction tank 34 via a circulation line 36 branched from the discharge line 41. The circulation line 36 includes a pipe 36 a that supplies the concentrated liquid into the reaction tank 34 and a pipe 36 b that supplies the remaining concentrated liquid to the upstream side of the pressure feed pump 42.

また、水処理システム30は、膜分離部35で得られた濃縮液中の炭酸カルシウム濃度を検出する濃度検出部43と、濃縮液排出部の排出量を調整する排出量調整部45と、を排出ライン41上に有し、循環ライン36(配管36a)から反応槽34に供給される濃縮液の流量を検出すると共に当該流量を調整する循環量調整部44を循環ライン36上に有している。さらに、水処理システム30は、濃度検出部43、排出量調整部45、及び循環量調整部44に接続された制御部47を有している。制御部47は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んで構成されるコンピュータであり、排出量調整部45を制御して濃縮液排出部の排出量を調整すると共に、循環量調整部44を制御して循環ライン36から反応槽34に供給される濃縮液の流量を調節する。なお、二酸化炭素供給部33において供給される二酸化炭素としては、火力発電機の燃焼装置から排出される排煙中の二酸化炭素を用いることができる。また、濃縮液排出部で排出される濃縮液中に含まれる炭酸カルシウムは、当該燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として使用することができる。   In addition, the water treatment system 30 includes a concentration detection unit 43 that detects the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained by the membrane separation unit 35, and a discharge amount adjustment unit 45 that adjusts the discharge amount of the concentrate discharge unit. A circulation amount adjusting unit 44 is provided on the circulation line 36 for detecting the flow rate of the concentrate supplied from the circulation line 36 (pipe 36a) to the reaction tank 34 and adjusting the flow rate. Yes. Further, the water treatment system 30 includes a control unit 47 connected to the concentration detection unit 43, the discharge amount adjustment unit 45, and the circulation amount adjustment unit 44. The control unit 47 is a computer that includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and controls the discharge amount adjusting unit 45 to adjust the discharge amount of the concentrate discharge unit, and also controls the circulation amount adjusting unit 44. Then, the flow rate of the concentrate supplied from the circulation line 36 to the reaction vessel 34 is adjusted. In addition, as the carbon dioxide supplied in the carbon dioxide supply part 33, the carbon dioxide in the flue gas discharged | emitted from the combustion apparatus of a thermal power generator can be used. Moreover, the calcium carbonate contained in the concentrate discharged | emitted by a concentrate discharge part can be used as a desulfurization agent which removes a sulfur component from the flue gas of the said combustion apparatus.

また、水処理システム30において行われる水処理方法は、CTB廃水(原水)から炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を得る反応工程と、反応液を濾過膜35aにより透過液と濃縮液とに分離する膜分離工程と、濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出工程と、を含んでいる。反応工程では、膜分離工程で得られた濃縮液の少なくとも一部を循環して反応液に混合すると共に、反応液をアルカリ性に調整している。また、この水処理方法は、反応液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給工程を更に含む場合がある。   The water treatment method performed in the water treatment system 30 includes a reaction step of obtaining a reaction solution containing calcium carbonate and not containing a flocculant from CTB waste water (raw water), and the reaction solution is separated into a permeate and a concentrated solution by a filtration membrane 35a. A membrane separation step for separating the concentrated solution and a concentrated solution discharging step for discharging a part of the concentrated solution out of the system. In the reaction step, at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation step is circulated and mixed with the reaction solution, and the reaction solution is adjusted to be alkaline. The water treatment method may further include a carbon dioxide supply step for supplying carbon dioxide to the reaction solution.

以下、図7に示す水処理システム30について、ビーカースケールのテスト装置による実験結果を用いてより具体的に説明する。なお、本ビーカースケールテストにおけるビーカーは、図7記載の実施例1における反応槽34に対応し、本ビーカーテストにおいて炭酸カルシウムを添加することは、図7記載の膜分離部35によって濃縮された濃縮液を循環ライン3によって反応槽34に循環させることに対応する。図7の反応工程における反応槽34の容積は1リットルであり、原水として表1に示したCTB廃水を連続的に供給し、反応槽34に水酸化ナトリウムを加えながらpHを9.5以上12以下となるように調整するようにした。また、膜分離工程の濾過膜35aとして、平均細孔径0.45μm、糸内径1.1mmの内圧型中空糸精密濾過膜を使用した。図7における炭酸ガス(「(CO)」として図示)は、本ビーカーテストにおいては注入していないが、前述の通り、原水中の炭酸成分がカルシウムとの反応に不足している場合には注入を行うことが好ましい。 Hereinafter, the water treatment system 30 shown in FIG. 7 will be described more specifically using experimental results from a beaker scale test apparatus. The beaker in this beaker scale test corresponds to the reaction tank 34 in Example 1 shown in FIG. 7, and the addition of calcium carbonate in this beaker test is the concentration concentrated by the membrane separation unit 35 shown in FIG. This corresponds to circulating the liquid through the circulation line 3 to the reaction vessel 34. The volume of the reaction vessel 34 in the reaction step of FIG. 7 is 1 liter, and the CTB waste water shown in Table 1 is continuously supplied as raw water, and the pH is adjusted to 9.5 to 12 while adding sodium hydroxide to the reaction vessel 34. Adjustments were made to be as follows. Further, as the filtration membrane 35a in the membrane separation step, an internal pressure type hollow fiber microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.45 μm and a yarn inner diameter of 1.1 mm was used. Carbon dioxide gas (shown as “(CO 2 )”) in FIG. 7 is not injected in this beaker test, but as described above, when the carbonic acid component in the raw water is insufficient for reaction with calcium, It is preferable to perform the injection.

なお、図7は本発明の一実施例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、図7に限定されるものではなく、図8、図9の実施例は、発明の要旨、効果は同じである。   FIG. 7 shows an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to FIG. 7 as long as it does not exceed the gist thereof. The embodiment of FIGS. The gist and effect are the same.

例えば、図8の実施例2に係る水処理システム30Bは、図7の反応工程における反応槽34を同じ容積(=反応時間)を有する反応管(反応部)48に代替したものであり、本発明の要旨、効果は同じである。すなわち、本発明における反応部は、反応槽34であってもよいし、反応管48でもよい。その他の構成については実施例1と同一であるので、説明を省略する。   For example, the water treatment system 30B according to Example 2 in FIG. 8 is obtained by replacing the reaction tank 34 in the reaction step in FIG. 7 with a reaction tube (reaction unit) 48 having the same volume (= reaction time). The gist and effects of the invention are the same. That is, the reaction unit in the present invention may be the reaction tank 34 or the reaction tube 48. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.

また、図7の実施例1では、膜分離工程における内圧式濾過膜の中空部分を通過して出た濃縮液を直接、圧送ポンプ42の吸い込み側に戻しているのに対して、図9の実施例3に係る水処理システム30Cでは、圧送ポンプ42の上流側に循環用の循環槽49を設けている。実施例3は、実施例1に比べ、濃縮液が圧送ポンプ42への戻る際の運動エネルギー分だけ不利となる違いがあるが、循環槽49の有無に関係なく、本発明における本発明の要旨、効果は同じである。なお、循環槽49を設ける場合には、その設置スペースなどを考慮して、1時間未満の滞留時間を有する循環槽49を設けることが好ましい。その他の構成については実施例1と同一であるので、説明を省略する。   Further, in Example 1 of FIG. 7, the concentrated liquid that has passed through the hollow portion of the internal pressure filtration membrane in the membrane separation step is directly returned to the suction side of the pressure pump 42, whereas in FIG. In the water treatment system 30 </ b> C according to the third embodiment, a circulation tank 49 for circulation is provided on the upstream side of the pressure feed pump 42. Example 3 is different from Example 1 in that the concentrated liquid is disadvantageous by the amount of kinetic energy when returning to the pumping pump 42, but regardless of the presence or absence of the circulation tank 49, the gist of the present invention in the present invention. The effect is the same. In addition, when providing the circulation tank 49, it is preferable to provide the circulation tank 49 which has a residence time of less than 1 hour in consideration of the installation space. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.

すなわち、図7〜9の3つの実施例において、反応工程への原水の供給量(原水供給部31による供給量)、反応工程における反応時間、膜分離工程における濾過膜35aへ(反応工程からの反応液と濾過膜から出た濃縮液とを混合した)混合液を送る圧送ポンプ42の出力(=吐出量)を同じ条件で運転すれば、濾過膜35aから出る透過液量、濾過膜出口の濃縮液の反応工程への返送量(循環量調整部44における流量)は、3つの実施例で同じとなり、本発明の要旨、効果も同じとなる。したがって、図7〜図9の実施例1〜3の代表として、図7の実施例1について、以下で詳しく説明する。   That is, in the three examples of FIGS. 7 to 9, the amount of raw water supplied to the reaction step (the amount supplied by the raw water supply unit 31), the reaction time in the reaction step, and the filtration membrane 35a in the membrane separation step (from the reaction step) If the output (= discharge amount) of the pressure feed pump 42 that sends the mixed liquid (mixed with the reaction liquid and the concentrated liquid from the filtration membrane) is operated under the same conditions, the amount of permeate discharged from the filtration membrane 35a, the filtration membrane outlet The amount of the concentrated liquid returned to the reaction step (the flow rate in the circulation rate adjusting unit 44) is the same in the three embodiments, and the gist and the effect of the present invention are also the same. Therefore, the first embodiment of FIG. 7 will be described in detail below as a representative of the first to third embodiments of FIGS.

反応工程の反応槽34(容積1リットル)に原水供給部31から毎分50ccの原水を供給しながら、膜分離工程の膜分離部35(濾過膜35a)の上流側の圧送ポンプ42を起動し、毎分50ccの濾過量で透過液が出るように、圧送ポンプ42の出力(=吐出量)を調整した。   While supplying 50 cc of raw water from the raw water supply unit 31 to the reaction tank 34 (volume 1 liter) in the reaction process, the pumping pump 42 upstream of the membrane separation unit 35 (filtration membrane 35a) in the membrane separation process is started. The output (= discharge amount) of the pressure feed pump 42 was adjusted so that the permeate was discharged at a filtration rate of 50 cc per minute.

原水中のカルシウム成分は、アルカリ供給部32から水酸化ナトリウムが供給されてアルカリ環境とされた反応槽34において炭酸カルシウムとして析出する。反応槽34で析出した炭酸カルシウム粒子を含む反応液は、圧送ポンプ42を経由して内圧式の濾過膜35aの中空糸内部へ導入されて固液分離される(膜分離工程)。   The calcium component in the raw water is precipitated as calcium carbonate in the reaction tank 34 in which sodium hydroxide is supplied from the alkali supply unit 32 to make an alkaline environment. The reaction liquid containing calcium carbonate particles precipitated in the reaction tank 34 is introduced into the hollow fiber of the internal pressure type filtration membrane 35a via the pressure feed pump 42 and separated into solid and liquid (membrane separation step).

運転開始当初、濾過膜の透過液量は毎分50ccで、濾過膜出口から出る濃縮液は循環ライン36を通って再び圧送ポンプ42の上流側へ向かって流れるが、この濃縮液の一部(原水供給部31による供給量と等量の毎分50cc)を途中で分岐して配管36aで反応槽34へ循環し(制御部47が循環量調整部44を制御することにより実現される)、残りの濃縮液は配管36bで圧送ポンプ42側に送って循環した。反応槽34に循環した濃縮液中には炭酸カルシウム粒子が含まれており、この粒子が反応槽34において種晶として晶析効果を発揮する。   At the beginning of the operation, the permeated liquid amount of the filtration membrane is 50 cc per minute, and the concentrated liquid flowing out from the outlet of the filtered film flows again through the circulation line 36 toward the upstream side of the pressure pump 42, but a part of this concentrated liquid ( 50 cc per minute, which is equal to the amount supplied by the raw water supply unit 31), and is circulated to the reaction tank 34 through the pipe 36 a (this is realized by the control unit 47 controlling the circulation amount adjustment unit 44). The remaining concentrated liquid was circulated by sending it to the pressure feed pump 42 side through the pipe 36b. The concentrated liquid circulated in the reaction vessel 34 contains calcium carbonate particles, and these particles exhibit a crystallization effect as seed crystals in the reaction vessel 34.

なお、上記の運転開始初期、反応槽34内の晶析効果が発現していない時点において、炭酸カルシウム粒子(一次結晶核)の最小粒子径は0.19μmで、濾過膜35aの平均細孔径0.45μmよりも小さかった。   Note that at the beginning of the above operation, when the crystallization effect in the reaction vessel 34 is not manifested, the minimum particle diameter of the calcium carbonate particles (primary crystal nuclei) is 0.19 μm, and the average pore diameter of the filtration membrane 35a is 0. It was smaller than 45 μm.

なお、炭酸カルシウム粒子の粒度分布は、レーザ回折・散乱光法の原理による測定器LA−920(堀場製作所製)を用いて測定した。測定に際しては、試料を1000ml用い、試料を均一にする目的で前処理として分散媒ヘキサメタリン酸Na1%溶液を添加した後、前述の測定器で測定を行った。測定した炭酸カルシウム粒子の粒度分布における平均粒子径A、標準偏差σを求め、(A−2σ)の値を実施例1の最小粒子径として算出した。   The particle size distribution of the calcium carbonate particles was measured using a measuring instrument LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.) based on the principle of laser diffraction / scattered light method. In the measurement, 1000 ml of the sample was used, and a dispersion medium hexametaphosphate Na 1% solution was added as a pretreatment for the purpose of making the sample uniform. The average particle diameter A and the standard deviation σ in the measured particle size distribution of the calcium carbonate particles were determined, and the value of (A-2σ) was calculated as the minimum particle diameter of Example 1.

また、濾過膜35aの平均細孔径は、以下のように求めた。ラテックス粒子径が、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.5μmの単分散のラテックス(JSR製 STADEX)を、それぞれ0.5%SDS(ドデシルスルホン酸ナトリウム)水溶液にて希釈し、ラテックス濃度0.01%の懸濁液を調整した。100mLの懸濁液をビーカーに入れ、チューブポンプにて有効長約21cmの中空糸膜に対して、内表面から100kPaの圧力にて供給し、中空糸膜を透過させて透過液を得た。懸濁液と透過液をそれぞれサンプリングし、分光光度計((株)島津製作所製 UV-mini1240)を用いて吸光度を測定し、濃度を得た。透過液と懸濁液の濃度から、ラテックス阻止率とラテックス平均粒径の関係を求めると、ラテックス阻止率が90%以上となった時点のラテックス平均粒径は0.45μmであった。この結果から、濾過膜35aの平均細孔径を0.45μmとした。   Moreover, the average pore diameter of the filtration membrane 35a was calculated | required as follows. Monodisperse latexes (STADEX from JSR) with latex particle sizes of 0.3 μm, 0.35 μm, 0.4 μm, 0.45 μm, and 0.5 μm were each added to 0.5% SDS (sodium dodecyl sulfonate) aqueous solution. To prepare a suspension having a latex concentration of 0.01%. 100 mL of the suspension was placed in a beaker and supplied to the hollow fiber membrane having an effective length of about 21 cm with a tube pump at a pressure of 100 kPa from the inner surface, and the permeate was obtained by permeating the hollow fiber membrane. The suspension and the permeate were sampled and the absorbance was measured using a spectrophotometer (UV-mini 1240 manufactured by Shimadzu Corporation) to obtain the concentration. When the relationship between the latex rejection rate and the latex average particle size was determined from the concentrations of the permeate and the suspension, the latex average particle size when the latex rejection rate reached 90% or more was 0.45 μm. From this result, the average pore diameter of the filtration membrane 35a was set to 0.45 μm.

この条件で、原水供給と膜濾過の運転を続け、濾過膜出口の濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が2.5%になるまで、濃縮液排出工程からの濃縮液排出を行わずに運転を継続した。濾過膜出口の濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が2.5%になった時、反応槽34における炭酸カルシウム濃度は約1.3%であった。   Under these conditions, the raw water supply and membrane filtration operation are continued, and the operation is continued without discharging the concentrate from the concentrate discharge process until the calcium carbonate concentration in the concentrate at the outlet of the filtration membrane reaches 2.5%. did. When the concentration of calcium carbonate in the concentrated liquid at the outlet of the filtration membrane reached 2.5%, the concentration of calcium carbonate in the reaction tank 34 was about 1.3%.

膜分離工程における濾過膜出口の濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が2.5%に達した時点で、濾過膜35aを新しいものに交換し、圧送ポンプ42の出力を、初期、毎分50ccの濾過量で透過液が出るように調整し、以後、圧送ポンプ42の出力(=吐出量)を一定にして運転を再開した。   When the calcium carbonate concentration in the concentrate at the filtration membrane outlet in the membrane separation process reaches 2.5%, the filtration membrane 35a is replaced with a new one, and the output of the pressure pump 42 is initially filtered at 50 cc per minute. After that, the permeate was adjusted so that the permeated liquid was discharged. Thereafter, the output (= discharge amount) of the pressure feed pump 42 was kept constant, and the operation was resumed.

一方、原水は、濾過膜35aから出る透過液と等量(運転再開当初は毎分50cc、時間と共に徐々に減少)になるように調整しながら原水供給部31から供給し続け、濾過運転中は、濾過膜35aの逆洗操作は行わなかった。また、新膜に交換して運転を再開した後も、反応槽34への濃縮液返送(毎分50ccで一定)は継続した。運転再開当初、反応槽34における炭酸カルシウム濃度は、約1.3%であった。これは、制御部47が、循環量調整部44を制御することによって、反応槽34内における反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内(ここでは、約1.3%)となるように、循環ライン36から反応槽34内に供給する濃縮液の供給量を制御することにより実現される(反応工程)。   On the other hand, the raw water continues to be supplied from the raw water supply unit 31 while being adjusted so as to be equivalent to the permeate exiting from the filtration membrane 35a (50 cc per minute at the beginning of the operation, gradually decreasing with time). The backwashing operation of the filtration membrane 35a was not performed. In addition, the concentrated liquid was returned to the reaction tank 34 (constant at 50 cc / min) even after the operation was resumed after replacing with a new membrane. At the beginning of the resumption of operation, the calcium carbonate concentration in the reaction vessel 34 was about 1.3%. This is because the control unit 47 controls the circulation amount adjusting unit 44 so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution in the reaction tank 34 is within a predetermined range (here, about 1.3%). This is realized by controlling the supply amount of the concentrate supplied from the circulation line 36 into the reaction tank 34 (reaction process).

また、濾過膜出口の濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が、常に2.5%を保つように濃縮液排出工程からの濃縮液排出量を調整した。濃縮液の排出量は、毎分0.34cc程度であった。これは、制御部47が、排出量調整部45を制御することによって、濃度検出部43で検出した濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内(ここでは、2.5%)となるように、濃縮液排出部の排出量を制御することにより実現される(濃縮液排出工程)。   Further, the amount of concentrated liquid discharged from the concentrated liquid discharging step was adjusted so that the concentration of calcium carbonate in the concentrated liquid at the outlet of the filtration membrane was always maintained at 2.5%. The discharge amount of the concentrate was about 0.34 cc per minute. This is because the control unit 47 controls the discharge amount adjustment unit 45 so that the calcium carbonate concentration in the concentrated liquid detected by the concentration detection unit 43 is within a predetermined range (here, 2.5%). Further, it is realized by controlling the discharge amount of the concentrate discharge section (concentrate discharge process).

新膜に交換して運転を再開した後の濾過時間と濾過性能の関係を図11に示す。(「●」印のプロット)ここで、濾過性能とは、濾過膜35aの中空部分を通る循環水側の平均圧力と透過水側圧力の差を100kPaに換算し、循環水側温度25°Cに水の粘性換算をして求めた膜フラックスで、単位はLMH(L/m/Hr)である。 FIG. 11 shows the relationship between filtration time and filtration performance after switching to a new membrane and restarting operation. Here, the filtration performance means that the difference between the circulating water side average pressure and the permeate side pressure passing through the hollow portion of the filtration membrane 35a is converted to 100 kPa, and the circulating water side temperature is 25 ° C. The unit is LMH (L / m 2 / Hr).

また、濾過時間(200分=3.33Hr)における膜フラックスの低下速度は、39LMH(L/m/Hr)であった。 Further, the rate of decrease in film flux in filtration time (200 minutes = 3.33Hr) was 39LMH 2 (L / m 2 / Hr 2).

新膜に交換して膜濾過運転を再開した時、濾過膜出口の濃縮液に含まれる炭酸カルシウムの最小粒子径は0.88μmで濾過膜35aの平均細孔径0.45μmを上回っていた。このように、実施例1の水処理システム30においては、制御部47は、反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、濾過膜35aの平均細孔径よりも大きく制御する。時間と共に濾過量が低下しない理由は、最小粒子径0.88μmの大きさの炭酸カルシウム粒子が、濾過膜(平均細孔径0.45μm)の細孔に閉塞せずに濾過が安定に継続していたためと考えられる。また、濾過膜35aから出た透過液中のカルシウム濃度は16mg/Lで、原水中のカルシウムの除去率は81%であった。   When the membrane filtration operation was resumed after replacement with a new membrane, the minimum particle size of calcium carbonate contained in the concentrate at the outlet of the filtration membrane was 0.88 μm, which exceeded the average pore size of 0.45 μm of the filtration membrane 35a. Thus, in the water treatment system 30 of Example 1, the control part 47 controls the minimum particle diameter of the calcium carbonate in a reaction liquid larger than the average pore diameter of the filtration membrane 35a. The reason why the filtration rate does not decrease with time is that the calcium carbonate particles having a minimum particle diameter of 0.88 μm are not blocked by the pores of the filtration membrane (average pore diameter of 0.45 μm), and the filtration continues stably. It is thought that it was because of. In addition, the calcium concentration in the permeate exiting from the filtration membrane 35a was 16 mg / L, and the removal rate of calcium in the raw water was 81%.

さらに、濃縮液排出工程から排出された濃縮液には、凝集剤のような不純物は含まれておらず純粋な炭酸カルシウムだけが含まれているので、この濃縮液から得られた汚泥を、燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として使用することができる。
(比較例)
図10に示す比較例1に係る水処理システム60の構成は、基本的には図7に示す実施例1と同じであり、実施例1との相違点は、反応槽34において凝集剤を添加する凝集剤添加部50を備えている点だけである。すなわち、図10の反応槽34の容積は1リットル、原水として表1に示したCTB廃水を連続的に供給し、反応槽34に凝集剤(FeCl)を50mg/L(Fe換算)と水酸化ナトリウムを加えながらpHを9.5以上12以下となるように調整するようにした。また、濾過膜35aとして、平均細孔径0.45μm、糸内径1.1mmの内圧型中空糸精密濾過膜を使用した。図10における炭酸ガス(「(CO)」として図示)は、本ビーカーテストにおいては注入していないが、前述の通り、原水中の炭酸成分がカルシウムとの反応に不足している場合には注入を行うことが好ましい。
Furthermore, since the concentrate discharged from the concentrate discharge process does not contain impurities such as flocculants and contains only pure calcium carbonate, the sludge obtained from this concentrate is burned. It can be used as a desulfurizing agent for removing sulfur components from the flue gas of the apparatus.
(Comparative example)
The configuration of the water treatment system 60 according to Comparative Example 1 shown in FIG. 10 is basically the same as that of Example 1 shown in FIG. 7. The difference from Example 1 is that a flocculant is added in the reaction tank 34. It is only a point provided with the flocculant addition part 50 to do. That is, the volume of the reaction tank 34 in FIG. 10 is 1 liter, and the CTB waste water shown in Table 1 is continuously supplied as raw water, and a flocculant (FeCl 3 ) is added to the reaction tank 34 at 50 mg / L (Fe conversion) and water. The pH was adjusted to 9.5 or more and 12 or less while adding sodium oxide. Further, as the filtration membrane 35a, an internal pressure type hollow fiber microfiltration membrane having an average pore diameter of 0.45 μm and a yarn inner diameter of 1.1 mm was used. Carbon dioxide gas (shown as “(CO 2 )”) in FIG. 10 is not injected in this beaker test. However, as described above, when the carbonic acid component in the raw water is insufficient for the reaction with calcium, It is preferable to perform the injection.

反応工程の反応槽34(容積1リットル)に毎分50ccの原水を供給しながら、膜分離工程の濾過膜35aの上流側の圧送ポンプ42を起動し、毎分50ccの濾過量で透過液が出るように、圧送ポンプ42の出力(=吐出量)を調整した。   While supplying 50 cc of raw water to the reaction tank 34 (volume: 1 liter) in the reaction process, the pumping pump 42 upstream of the filtration membrane 35a in the membrane separation process is started, and the permeate is filtered at a filtration rate of 50 cc per minute. The output (= discharge amount) of the pressure-feed pump 42 was adjusted so as to exit.

原水中のカルシウム成分は、水酸化ナトリウムが供給されてアルカリ環境とされた反応槽34において炭酸カルシウムとして析出する。反応槽34で析出した炭酸カルシウム粒子を含む反応液は、膜分離工程の圧送ポンプ42を経由して内圧式濾過膜の中空糸内部へ導入されて固液分離される。   The calcium component in the raw water is precipitated as calcium carbonate in the reaction tank 34 supplied with sodium hydroxide to be in an alkaline environment. The reaction liquid containing calcium carbonate particles precipitated in the reaction tank 34 is introduced into the hollow fiber of the internal pressure filtration membrane through the pressure feed pump 42 in the membrane separation step, and is separated into solid and liquid.

運転開始当初、濾過膜の透過液量は毎分50ccで、濾過膜出口から出る濃縮液は再び圧送ポンプ42の上流側へ向かって流れるが、この濃縮液の一部(原水供給量と等量の毎分50cc)を途中で分岐して反応槽34へ循環し、残りの濃縮液は圧送ポンプ42側に送って循環した。反応槽34に循環した濃縮液中には炭酸カルシウム粒子が含まれており、実施例1と同様に、この粒子が反応槽34において種晶として晶析効果を発揮している。また、この濃縮液中には、反応槽34で添加した凝集剤も含まれている。   At the beginning of operation, the amount of permeated liquid through the filtration membrane is 50 cc / min, and the concentrated liquid flowing out from the outlet of the filtering film flows again toward the upstream side of the pumping pump 42. 50 cc / min.) Was branched halfway and circulated to the reaction tank 34, and the remaining concentrated liquid was sent to the pressure pump 42 side and circulated. The concentrated liquid circulated in the reaction vessel 34 contains calcium carbonate particles, and these particles exhibit a crystallization effect as seed crystals in the reaction vessel 34 as in Example 1. The concentrated liquid also contains a flocculant added in the reaction vessel 34.

この条件で、原水供給と膜濾過の運転を続け、濾過膜出口の濃縮液中のSS濃度(炭酸カルシウムと凝集剤の混合物濃度)が2.5%になるまで、濃縮液排出工程からの濃縮液排出を行わずに運転を継続した。濾過膜出口の濃縮液中のSS濃度が2.5%になった時、反応槽34におけるSS濃度は約1.3%であった。   Under these conditions, the raw water supply and the membrane filtration operation are continued, and the concentration from the concentrate discharge step is continued until the SS concentration (concentration of the mixture of calcium carbonate and coagulant) in the concentrate at the outlet of the filtration membrane becomes 2.5% The operation was continued without draining the liquid. When the SS concentration in the concentrate at the outlet of the filtration membrane became 2.5%, the SS concentration in the reaction vessel 34 was about 1.3%.

膜分離工程における濾過膜出口の濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が2.5%に達した時点で、濾過膜35aを新しいものに交換し、圧送ポンプ42の出力を、初期、毎分50ccの濾過量で透過液が出るように調整し、以後、圧送ポンプ42の出力(=吐出量)を一定にして運転を再開した。   When the calcium carbonate concentration in the concentrate at the filtration membrane outlet in the membrane separation process reaches 2.5%, the filtration membrane 35a is replaced with a new one, and the output of the pressure pump 42 is initially filtered at 50 cc per minute. After that, the permeate was adjusted so that the permeated liquid was discharged. Thereafter, the output (= discharge amount) of the pressure feed pump 42 was kept constant, and the operation was resumed.

一方、原水は、濾過膜35aから出る透過液と等量(運転開始当初は毎分50cc、時間と共に徐々に減少)になるように調整しながら供給し続け、濾過運転中は、濾過膜35aの逆洗操作は行わなかった。また、新膜に交換して運転を再開した後も、反応槽34への濃縮液返送(毎分50ccで一定)は継続した。運転再開当初、反応槽34におけるSS濃度は、約1.3%であった。   On the other hand, the raw water continues to be supplied while being adjusted so as to be equivalent to the permeate flowing out from the filtration membrane 35a (50 cc per minute at the beginning of operation, gradually decreasing with time). No backwash operation was performed. In addition, the concentrated liquid was returned to the reaction tank 34 (constant at 50 cc / min) even after the operation was resumed after replacing with a new membrane. At the beginning of the resumption of operation, the SS concentration in the reaction vessel 34 was about 1.3%.

さらに、濾過膜出口の濃縮液中のSS濃度が、常に2.5%を保つように濃縮液排出工程からの濃縮液排出量を調整した。濃縮液の排出量は、毎分0.53cc程度であった。   Furthermore, the concentrated liquid discharge amount from the concentrated liquid discharge process was adjusted so that the SS concentration in the concentrated liquid at the outlet of the filtration membrane always maintained 2.5%. The amount of concentrated liquid discharged was about 0.53 cc per minute.

新膜に交換して運転を再開した後の濾過時間と濾過性能の関係を図11に示す。(「◇」印のプロット)また、濾過時間(200分=3.33Hr)における膜フラックスの低下速度は、153LMH(L/m/Hr)で、実施例1の39LMH(L/m/Hr)に対して悪化していた。 FIG. 11 shows the relationship between filtration time and filtration performance after switching to a new membrane and restarting operation. (Plot marked with “◇”) The rate of decrease in membrane flux at the filtration time (200 minutes = 3.33 Hr) was 153 LMH 2 (L / m 2 / Hr 2 ), which was 39 LMH 2 (L / m 2 / Hr 2 ).

新膜に交換して膜濾過運転を再開した時、濾過膜出口の濃縮液に含まれるSS(浮遊固形物:炭酸カルシウムと凝集剤反応物の混合物)の最小粒子径は3.4μm以上で濾過膜35aの平均細孔径0.45μmを大きく上回っていた。これは、凝集剤により炭酸カルシウム粒子同士が凝集して粒子径が大きくなったためである。被濾過液内の粒子径と濾過膜35aの細孔径の関係においては、濾過が安定に継続されるはずであるが、時間と共に濾過量が徐々に減少している。この理由は、SS中に含まれる凝集剤反応物(酸化鉄成分)が濃縮されて濃縮液の粘性を上げ、膜面ケーク層に付着するファウリング(膜詰まり)が起きているからであると考えられる。   When the membrane filtration operation is restarted after replacing with a new membrane, the minimum particle size of SS (floating solids: mixture of calcium carbonate and coagulant reactant) contained in the concentrate at the filtration membrane outlet is 3.4 μm or more. The average pore diameter of the membrane 35a was much larger than 0.45 μm. This is because the calcium carbonate particles are aggregated by the aggregating agent to increase the particle diameter. In the relationship between the particle diameter in the liquid to be filtered and the pore diameter of the filtration membrane 35a, the filtration should be continued stably, but the amount of filtration gradually decreases with time. The reason for this is that the flocculant reactant (iron oxide component) contained in the SS is concentrated to increase the viscosity of the concentrate and fouling (film clogging) adhering to the film surface cake layer occurs. Conceivable.

膜濾過出口における2.5%のSS(炭酸カルシウムと凝集剤反応物の混合物)中に含まれる炭酸カルシウム含有量を測定したところ、SS全体の約60%で、残り40%が凝集剤反応物であることがわかった。このことは、濃縮液中に含まれる大量の凝集剤反応物が濃縮液の粘性を上げ、これが膜ファウリングの要因になっていることを裏付けている。   When the content of calcium carbonate contained in 2.5% SS (mixture of calcium carbonate and flocculant reactant) at the membrane filtration outlet was measured, about 60% of the total SS and the remaining 40% were flocculant reactant. I found out that This confirms that a large amount of the flocculant reactant contained in the concentrate increases the viscosity of the concentrate, which causes membrane fouling.

また、濃縮液排出工程から排出された濃縮液中のSSには、前述の通り、約40%の凝集剤反応物(酸化鉄成分が主体で炭酸カルシウムの不純物)が含まれているので、この濃縮液から得られた汚泥を、燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として活用することはできない。   Further, as described above, the SS in the concentrate discharged from the concentrate discharge step contains about 40% of a flocculant reactant (iron oxide component and mainly calcium carbonate impurities). The sludge obtained from the concentrated liquid cannot be used as a desulfurization agent for removing sulfur components from the flue gas of the combustion apparatus.

さらに、濃縮液排出工程からの濃縮液排出量は、前記実施例1の毎分0.34cc(濃度2.5%)に対して、比較例は毎分0.53cc(濃度2.5%)なので約60%も増量しており、産業廃棄物として処理をせざるを得ないので、環境面の負荷が大きくなると共に膨大な廃棄コストがかかる。   Furthermore, the amount of concentrated liquid discharged from the concentrated liquid discharging step was 0.34 cc / min (concentration 2.5%) in Example 1 whereas the comparative example was 0.53 cc / min (concentration 2.5%). Therefore, the amount is increased by about 60%, and it must be treated as industrial waste, which increases the environmental load and enormous disposal costs.

さらに、濾過膜35aから出た透過液中のカルシウム濃度は19mg/Lで、原水中のカルシウムの除去率は78%で、実施例1と同等であった。   Furthermore, the calcium concentration in the permeate discharged from the filtration membrane 35a was 19 mg / L, and the removal rate of calcium in the raw water was 78%, which was the same as in Example 1.

以上に詳述した通り、本発明によれば、凝集剤や凝結剤などの薬剤を使わずに、膜分離工程における濾過膜の膜フラックスを安定的に高く維持しながら、低いコストで原水中のカルシウムを効率良く除去することができる。また、濾過膜の膜フラックスが安定化するので、薬品洗浄頻度を低減することができ、薬品洗浄のための薬剤コストを低減すると共に、膜の予備本数の低減を図ることができる。さらに、装置稼動率が向上することで、廃水の貯水槽容量を縮小することができ、設備費が安価となる。加えて、膜分離工程で濃縮され、濃縮液排出部から系外に排出された炭酸カルシウムの濃縮液には、凝集剤や凝結剤などの不純物が全く含まれていないので、セメント原料や火力発電機の排煙から硫黄成分を除去する目的の脱硫剤など、産業上の活用が可能となる。   As described in detail above, according to the present invention, without using a chemical such as a flocculant or a coagulant, the membrane flux of the filtration membrane in the membrane separation process is stably maintained high, and at a low cost, Calcium can be removed efficiently. In addition, since the membrane flux of the filtration membrane is stabilized, the frequency of chemical cleaning can be reduced, the chemical cost for chemical cleaning can be reduced, and the number of preliminary membranes can be reduced. Furthermore, since the device operating rate is improved, the capacity of the wastewater storage tank can be reduced, and the equipment cost is reduced. In addition, the calcium carbonate concentrate concentrated in the membrane separation process and discharged out of the system from the concentrate discharge section does not contain any impurities such as flocculants and coagulants. Industrial utilization such as desulfurization agent for removing sulfur components from the machine smoke is possible.

10,30,30B,30C 水処理システム
11,31 原水供給部
12,32 アルカリ供給部
13,33 二酸化炭素供給部
14 反応槽
15 膜濾過装置(膜分離部)
15a,35a 濾過膜
16,36 循環ライン
17 後処理装置
18 濃縮液排出部
23,43 濃度検出部
24,44 循環量調整部
25,45 排出量調整部
25 循環水側温度
27,47 制御部
34 反応槽(反応部)
35 膜分離部
48 反応管(反応部)
10, 30, 30B, 30C Water treatment system 11, 31 Raw water supply unit 12, 32 Alkali supply unit 13, 33 Carbon dioxide supply unit 14 Reaction tank 15 Membrane filtration device (membrane separation unit)
15a, 35a Filtration membrane 16, 36 Circulation line 17 Post-processing device 18 Concentrate discharge unit 23, 43 Concentration detection unit 24, 44 Circulation amount adjustment unit 25, 45 Discharge amount adjustment unit 25 Circulating water side temperature 27, 47 Control unit 34 Reaction tank (reaction unit)
35 Membrane separation part 48 Reaction tube (reaction part)

Claims (16)

原水からカルシウムを除去する水処理方法であって、
前記原水から炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を得る反応工程と、
前記反応液を濾過膜により透過液と濃縮液とに分離する膜分離工程と、
前記濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出工程と、を含み、
前記反応工程では、前記膜分離工程で得られた前記濃縮液の少なくとも一部を循環して前記反応液に混合すると共に、前記反応液をアルカリ性に調整し、
前記反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、前記濾過膜の平均細孔径よりも大きく制御する水処理方法。
A water treatment method for removing calcium from raw water,
A reaction step of obtaining a reaction solution containing calcium carbonate and not containing a flocculant from the raw water;
A membrane separation step of separating the reaction solution into a permeate and a concentrate by a filtration membrane;
A concentrate discharging step of discharging a part of the concentrate out of the system,
In the reaction step, at least a part of the concentrated solution obtained in the membrane separation step is circulated and mixed with the reaction solution, and the reaction solution is adjusted to be alkaline.
A water treatment method for controlling a minimum particle size of calcium carbonate in the reaction solution to be larger than an average pore size of the filtration membrane.
前記反応工程では、前記反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、前記濃縮液の少なくとも一部を循環して前記反応液に混合し、
前記濃縮液排出工程では、前記膜分離工程で得られた前記濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、前記濃縮液の一部を系外へ排出する請求項1に記載の水処理方法。
In the reaction step, at least part of the concentrated solution is circulated and mixed with the reaction solution so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution is within a predetermined range,
The said concentrate discharge process WHEREIN: A part of said concentrate is discharged | emitted out of the system so that the calcium carbonate density | concentration in the said concentrate obtained in the said membrane separation process may become in a predetermined range. Water treatment method.
前記反応工程では、前記反応液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上となるように、前記濃縮液の少なくとも一部を循環して前記反応液に混合し、
前記濃縮液排出工程では、前記膜分離工程で得られた前記濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上15%以下となるように、前記濃縮液の一部を系外へ排出し、
前記濾過膜の平均細孔径は、0.04μm以上1.0μm以下である請求項1又は2に記載の水処理方法。
In the reaction step, at least a part of the concentrated liquid is circulated and mixed with the reaction liquid so that the calcium carbonate concentration in the reaction liquid is 0.1% or more,
In the concentrate discharge step, a part of the concentrate is discharged out of the system so that the calcium carbonate concentration in the concentrate obtained in the membrane separation step is 0.1% or more and 15% or less,
The water treatment method according to claim 1 or 2, wherein an average pore diameter of the filtration membrane is 0.04 µm or more and 1.0 µm or less.
前記膜分離工程は、前記濾過膜として中空糸膜を用いた内圧式濾過法を用いる請求項1〜3のいずれか一項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane separation step uses an internal pressure filtration method using a hollow fiber membrane as the filtration membrane. 前記反応工程において、前記反応液のpHを9以上13以下に維持する請求項1〜4のいずれか一項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the reaction step, the pH of the reaction solution is maintained at 9 or more and 13 or less. 前記反応液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給工程を更に含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の水処理方法。   The water treatment method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a carbon dioxide supply step of supplying carbon dioxide to the reaction solution. 前記二酸化炭素は、火力発電機の燃焼装置から排出される排煙中の二酸化炭素である請求項6に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 6, wherein the carbon dioxide is carbon dioxide in flue gas discharged from a combustion device of a thermal power generator. 前記濃縮液排出工程で排出される前記濃縮液中に含まれる炭酸カルシウムを、燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として使用する請求項1〜7のいずれか一項に記載の水処理方法。   The water according to any one of claims 1 to 7, wherein calcium carbonate contained in the concentrate discharged in the concentrate discharge step is used as a desulfurizing agent for removing sulfur components from the flue gas of the combustion apparatus. Processing method. 原水からカルシウムを除去する水処理システムであって、
炭酸カルシウムを含み凝集剤を含まない反応液を貯留する反応部と、
前記反応部に前記原水を供給する原水供給部と、
前記反応部内の前記反応液にアルカリ性物質を供給するアルカリ供給部と、
前記反応液を濾過膜により透過液と濃縮液とに分離する膜分離部と、
前記濃縮液の一部を系外へ排出する濃縮液排出部と、
前記膜分離部の濃縮側と前記反応部とを連絡し、前記膜分離部で得られた前記濃縮液の少なくとも一部を前記反応部内に供給する循環ラインと、
前記反応液中の炭酸カルシウムの最小粒子径を、前記濾過膜の平均細孔径よりも大きく制御する制御部とを備える水処理システム。
A water treatment system for removing calcium from raw water,
A reaction part for storing a reaction liquid containing calcium carbonate and not containing a flocculant;
A raw water supply unit for supplying the raw water to the reaction unit;
An alkali supply unit for supplying an alkaline substance to the reaction solution in the reaction unit;
A membrane separation part for separating the reaction solution into a permeate and a concentrate by a filtration membrane;
A concentrated liquid discharger for discharging a part of the concentrated liquid out of the system;
A circulation line that connects the concentration side of the membrane separation unit and the reaction unit, and supplies at least a part of the concentrate obtained in the membrane separation unit into the reaction unit;
A water treatment system comprising: a control unit that controls a minimum particle diameter of calcium carbonate in the reaction solution to be larger than an average pore diameter of the filtration membrane.
前記水処理システムは、前記膜分離部で得られた前記濃縮液中の炭酸カルシウム濃度を検出する濃度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記反応部内における前記反応液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、前記循環ラインから前記反応部内に供給する前記濃縮液の供給量を制御し、
前記濃度検出部で検出した前記濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が所定の範囲内となるように、前記濃縮液排出部の排出量を制御する請求項9に記載の水処理システム。
The water treatment system further includes a concentration detection unit that detects a calcium carbonate concentration in the concentrate obtained by the membrane separation unit,
The control unit controls the supply amount of the concentrate supplied from the circulation line into the reaction unit so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution in the reaction unit is within a predetermined range;
The water treatment system of Claim 9 which controls the discharge | emission amount of the said concentrate discharge part so that the calcium carbonate density | concentration in the said concentrate detected in the said density | concentration detection part may be in the predetermined range.
前記制御部は、前記反応部内における前記反応液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上となるように、前記循環ラインから前記反応部内に供給する前記濃縮液の供給量を制御し、
前記濃度検出部で検出した前記濃縮液中の炭酸カルシウム濃度が0.1%以上15%以下となるように、前記濃縮液排出部の排出量を制御し、
前記濾過膜の平均細孔径は、0.04μm以上1.0μm以下である請求項10に記載の水処理システム。
The control unit controls the supply amount of the concentrate supplied from the circulation line into the reaction unit so that the calcium carbonate concentration in the reaction solution in the reaction unit is 0.1% or more,
Controlling the discharge amount of the concentrate discharge section so that the calcium carbonate concentration in the concentrate detected by the concentration detection section is 0.1% or more and 15% or less,
The water treatment system according to claim 10, wherein an average pore diameter of the filtration membrane is 0.04 μm or more and 1.0 μm or less.
前記膜分離部は、前記濾過膜として中空糸膜を用いた内圧式濾過法を用いる請求項9〜11のいずれか一項に記載の水処理システム。   The water treatment system according to any one of claims 9 to 11, wherein the membrane separation unit uses an internal pressure filtration method using a hollow fiber membrane as the filtration membrane. 前記反応部における前記反応液のpHが9以上13以下に維持される請求項9〜12のいずれか一項に記載の水処理システム。   The water treatment system according to any one of claims 9 to 12, wherein the pH of the reaction solution in the reaction unit is maintained at 9 or more and 13 or less. 前記反応部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部を更に備える請求項9〜13のいずれか一項に記載の水処理システム。   The water treatment system according to any one of claims 9 to 13, further comprising a carbon dioxide supply unit that supplies carbon dioxide to the reaction unit. 前記二酸化炭素は、火力発電機の燃焼装置から排出される排煙中の二酸化炭素である請求項14に記載の水処理システム。   The water treatment system according to claim 14, wherein the carbon dioxide is carbon dioxide in flue gas discharged from a combustion device of a thermal power generator. 前記濃縮液排出部で排出される前記濃縮液中に含まれる炭酸カルシウムを、燃焼装置の排煙から硫黄成分を除去する脱硫剤として使用する請求項9〜15のいずれか一項に記載の水処理システム。   The water as described in any one of Claims 9-15 which uses calcium carbonate contained in the said concentrate discharged | emitted by the said concentrate discharge part as a desulfurization agent which removes a sulfur component from the flue gas of a combustion apparatus. Processing system.
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