JP2018144033A - 逆浸透膜装置の運転管理方法および逆浸透膜処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ｐＨ調整やスケール分散剤の添加を必要とすることなく、低水温条件下（水温５〜１０℃）においても、逆浸透膜装置におけるスケールの発生を抑制し、長時間安定運転を継続する。【解決手段】逆浸透膜装置の給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、逆浸透膜装置の運転を管理する。逆浸透膜のフラックスの低下には、シリカとは独立してアルミニウムイオンや鉄イオンが大きく影響する。逆浸透膜装置の運転の長期安定化には、給水および／または濃縮水中のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を適切に管理することが必要となる。【選択図】図１

Description

本発明は、逆浸透膜装置において、低水温条件下（例えば、水温５〜１０℃）においても、長時間安定に運転を継続することができる逆浸透膜装置の運転管理方法と逆浸透膜処理システムに関する。
なお、本発明において、「逆浸透膜」は、「逆浸透膜」と「ナノ濾過膜」を包含する広義の「逆浸透膜」を意味する。

表面緻密層と多孔質支持層とからなり、溶媒分子は通すが溶質分子を通さない逆浸透膜により、海水の一段淡水化が可能になった。その後、逆浸透膜の利用分野が広がり、低圧力で運転可能な低圧逆浸透膜が開発され、下水二次処理水、工場排水、河川水、湖沼水、ゴミ埋め立て浸出水などの浄化にも逆浸透膜が利用されるようになった。

逆浸透膜は溶質の阻止率が高いため、逆浸透膜処理により得られる透過水は良好な水質を有するので、各種用途に有効利用できるが、逆浸透膜装置は運転を継続すると徐々に処理水量が低下していくため、逆浸透膜装置の給水水質および運転方法を適正に管理することが重要である。特に、低水温条件下では、シリカ主体のスケールが発生する可能性が高く、膜面のシリカスケールに起因するフラックスの低下が問題となる。
例えば、水道水が原水の場合、給水のシリカ濃度は約１０〜２０ｍｇ／Ｌであるのに対して、低水温、特に水温５℃の条件ではシリカの溶解度（平衡時）は２０ｍｇ／Ｌと低いため、逆浸透膜での濃縮が困難となる。
一方で、逆浸透膜装置では、シリカの飽和溶解度以下の条件となるように運転しているにもかかわらず、膜面にシリカスケールが発生し、フラックスが低下する場合がある。

従来、これらの問題に対しては、給水のｐＨ調整やスケール分散剤を使用することで対応しているのが一般的である。例えば、スケール分散剤を添加し、給水のｐＨを５．５程度に調整する方法が採用されている（特許文献１）。
また、スケール分散剤を添加して、濃縮水のランゲリア指数を０．３以下、および濃縮水のシリカ濃度を１５０ｍｇ／Ｌ以下に抑えるように運転する方法が採用されている（特許文献２〜４）。

しかし、ｐＨ調整のために過剰な酸を加えると、給水の炭酸水素イオンや炭酸イオンが溶存二酸化炭素となり、これが逆浸透膜を透過してしまうため、処理水質が悪化する可能性がある。
また、スケール分散剤を用いる方法は、薬剤添加不良時にスケール生成のリスクがあり、また、薬剤コストが経済的な負荷となる。

特許文献５には、供給水及び濃縮水いずれかの水質に応じて、逆浸透膜透過モジュールにおける循環比を変化させる逆浸透膜分離装置が記載され、供給水におけるシリカ濃度Ｃｓを計測し、検出温度値から決定されるシリカ溶解度ＳｓをＣｓと比較することで、目標排水流量Ｑｄ'を決定し、この流量となるように調整することでシリカ系スケールの析出を抑制することが記載されているが、逆浸透膜装置の給水や濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて運転管理を行うことを示唆する記載はない。

特許文献６には、濃縮水のランゲリア指数とシリカ濃度が一定の数値範囲内に維持されるよう、ｐＨ調整手段及び透過水の回収率調整手段を制御することで逆浸透膜エレメントのスケール付着を抑制する方法が記載されているが、この特許文献６にも、逆浸透膜装置の給水や濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて運転管理を行うことを示唆する記載はない。

更に、特許文献７には、供給水のシリカ濃度及び透過水又は濃縮水の温度値から決定したシリカ溶解度に基づいて、濃縮水におけるシリカの許容濃縮倍率を演算し、この許容濃縮倍率の演算値及び透過水の目標流量値から第１排水流量値を演算し、実際排水量が第１排水量値となるように排水弁を制御することで、薬剤を使用することなしに、ＲＯ膜の表面へのスケールの析出やファウリングの発生を抑制する方法が記載されているが、この特許文献７にも、逆浸透膜装置の給水や濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて運転管理を行うことを示唆する記載はない。

特許文献８，９および非特許文献１には、逆浸透膜モジュールにおいて、被処理水中のアルミニウムイオンや鉄イオンの存在によりシリカスケールの析出が促進される旨の記載があるが、これらはいずれもシリカの「共存イオン」としてのアルミニウムイオンと鉄イオンの影響を述べているにすぎず、逆浸透膜装置の濃縮水中のアルミニウムイオンと鉄イオンが、シリカとは全く関係のない、独立した指標として、逆浸透膜のフラックスの低下に影響するという本発明の技術思想を示唆するものではない。

特開平９−２０６７４９号公報 特許第５２８７９０８号公報 特許第５７５７１０９号公報 特許第５７５７１１０号公報 特開２０１４−１８８４３９号公報 特開２０１２−１８３４７３号公報 特開２０１３−１５４２７４号公報 特開平１０−１２８０７５号公報 特開２００３−３２６２５９号公報

S. Salvador Cob et al.，"Silica and silicate precipitation as limiting factors in high-recovery reverse osmosis operations"，Journal of Membrane Science，２０１２年 ７月２３日，Vol.423-424，pp.1-10

逆浸透膜面にスケールが発生すると処理水量が極端に低下するため、長期的な安定運転を実現するためには、給水濃度および運転方法を適切に設定する必要があるが、従来においては、十分に満足し得る技術が提供されていない。

本発明は上記従来の問題点を解決し、ｐＨ調整やスケール分散剤の添加を必要とすることなく、水温５〜１０℃というような低水温条件下においても、逆浸透膜装置におけるシリカスケールの発生を抑制し、長時間安定運転を継続することができる逆浸透膜装置の運転管理方法および逆浸透膜処理システムを提供することを課題とする。

本発明者らは、逆浸透膜のフラックスの低下のメカニズムについて検討を重ねた結果、逆浸透膜のフラックスの低下には、シリカスケールだけではなく、水中におけるアルミニウムイオンや鉄イオンそれ自体が大きく影響することを見出した。すなわち、逆浸透膜装置の運転の長期安定化には、給水および／または濃縮水中のシリカ濃度とともに、シリカとは独立した指標として、ある濃度領域においてはアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を適切に管理することが重要であることを解明した。
本発明はこのような知見に基づいて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ 原水を逆浸透膜装置で処理するにあたり、該逆浸透膜装置に導入される水（以下「給水」と称す。）および／または該逆浸透膜装置の濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、該逆浸透膜装置の運転を管理することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［２］ ［１］において、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、原水の給水としての適否、給水の水温、濃縮倍率（回収率）、圧力（逆浸透膜の給水供給圧力、濃縮水圧力、処理水圧力）、濃縮水水量、連続運転期間、洗浄時間、洗浄頻度、および逆浸透膜の交換時期のうちのいずれか１以上を管理することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［３］ ［１］または［２］において、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度に基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記アルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を、所望の連続運転期間、洗浄時間、濃縮倍率、および給水水質のうちのいずれか１以上を指標として設定することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、或いはアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度とシリカ単独での飽和溶解度とに基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［７］ ［６］において、前記濃縮水のシリカ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下となるように前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［８］ ［１］ないし［６］のいずれかにおいて、前記給水の水温が５〜１０℃の期間と、１０℃を超える期間とがあり、該水温が５〜１０℃の期間において、前記逆浸透膜装置の運転管理方法に従った前記管理と、シリカ濃度及び／又はランジェリア指数による運転管理とを併せて行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。

［９］ 原水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置に導入される水（以下「給水」と称す。）および／または該逆浸透膜装置の濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を測定する測定手段とを備えることを特徴とする逆浸透膜処理システム。

［１０］ ［９］において、前記測定手段で測定されたアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、前記原水の給水としての適否、給水の水温、濃縮倍率（回収率）、圧力（逆浸透膜の給水供給圧力、濃縮水圧力、処理水圧力）、濃縮水水量、連続運転期間、洗浄時間、洗浄頻度、および逆浸透膜の交換時期のうちのいずれか１以上を管理する制御手段を有することを特徴とする逆浸透膜処理システム。

［１１］ ［１０］において、前記制御手段は、前記測定手段で測定された給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度に基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。

［１２］ ［１０］または［１１］において、前記制御手段は、前記濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、或いはアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。

［１３］ ［１０］ないし［１２］のいずれかにおいて、更に前記給水および／または濃縮水のシリカ濃度を測定する手段を有し、前記制御手段は、前記アルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度の測定値と、該シリカ単独での飽和溶解度をベースにした濃度の測定値とに基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。

［１４］ ［１３］において、前記制御手段は、前記濃縮水のシリカ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下となるように前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。

本発明によれば、逆浸透膜装置において、ｐＨ調整やスケール分散剤の添加を必要とすることなく、水質に基づく運転管理で、長期間安定したフラックスで運転を継続することができ、給水が低温（例えば５〜１０℃）であっても、スケールの析出を抑制して高いフラックスで安定した運転が可能である。
例えば、換算フラックスが初期値の７０％となる期間として、少なくとも３ヶ月以上、無洗浄で連続運転することが可能である。
従来法のようにスケール分散剤を用いる場合は、薬剤添加不良時のスケールのリスクがあるが、本発明はスケール分散剤を用いることなく対応可能であるため、このような問題は解消される。

本発明の逆浸透膜処理システムの実施の形態を示す模式的なフロー図である。 実験例３の結果を示すグラフである。 実験例４の結果を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［給水］
本発明において、逆浸透膜で処理する原水としては、水道水、または除濁された工水、井戸水等が挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。
逆浸透膜の給水の水質について、従来、長期連続運転を行うために、給水をＪＩＳ Ｋ３８０２に定義されているファウリングインデックス（ＦＩ）、またはＡＳＴＭ Ｄ４１８９に定義されているシルトデンシティインデックス（ＳＤＩ）や、より簡便な評価方法として谷口により提案されたＭＦ値（Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．２０，ｐ．３５３−３６４，１９７７）で評価し、この値が既定値以下となるように、例えばＦＩ値またはＳＤＩ値が３〜４、あるいはそれ以下となるように、必要に応じて原水を前処理して、給水をある程度清澄にすることが行われているが、本発明においても、必要に応じて除濁処理等の前処理を行って、給水のＦＩ値を４以下とすることが好ましい。

［逆浸透膜処理システムの構成］
図１は本発明の逆浸透膜処理システムの実施の形態の一例を示す模式的なフロー図であり、原水槽（図示せず）からの原水は、図示しない給水ポンプと逆浸透膜装置用高圧ポンプ２により、給水配管３を経て逆浸透膜装置４に導入され、逆浸透膜を透過した透過水が処理水配管６より排出され、一方濃縮水が濃縮水配管５より排出される。

給水配管３には管理計器１が設けられており、給水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を測定し、この測定結果に基づいて、逆浸透膜装置の運転管理が行われる。
なお、この管理計器１は、濃縮水配管５に設けられていてもよく、濃縮水配管５と給水配管３との両方に設けられていてもよい。更に、給水配管３および／または濃縮水配管５には、シリカ濃度やランジェリア指数を測定しこの値に基づいて運転管理を行う管理計器が設けられていてもよく、上記の管理計器１がシリカ濃度および／またはランジェリア指数の測定と制御を兼ねるものであってもよい。

逆浸透膜装置の基本的な運転条件については特に制限はないが、濃縮水量３．６ｍ^３／ｈｒ以上を確保し、超低圧逆浸透膜であれば、標準圧力０．７３５ＭＰａ、膜面積３５〜４１ｍ^２、初期純水フラックス１．０ｍ／ｄａｙ（２５℃）以上、初期脱塩率９８％以上である。但し、逆浸透膜であればアルミニウムイオンや鉄イオンの排除率はほとんど変化しないため、膜の種類はこれによらない。

［逆浸透膜装置の運転管理］
本発明においては、給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を測定し、この測定値（以下「Ａｌ／Ｆｅ測定値」と称す場合がある。）に基づいて、逆浸透膜装置の運転を管理する。この運転管理項目としては、原水の給水としての適否、給水の水温、濃縮倍率（回収率）、圧力（逆浸透膜の給水供給圧力、濃縮水圧力、処理水圧力）、濃縮水水量、連続運転期間、洗浄時間、洗浄頻度および逆浸透膜の交換時期のうちのいずれか１以上が挙げられ、具体的には以下の運転管理を行う方法が挙げられる。

（１） Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値以下の場合は、そのまま逆浸透膜装置に導入し、Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値より高い場合は、原水が給水として不適当であると判断し、逆浸透膜への原水の給水を停止するか、或いは、原水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を低減してＡｌ／Ｆｅ測定値を所定値以下にする処理、例えば、除鉄／除マンガン処理やイオン交換処理を施した後、逆浸透膜装置に導入するようにする。また、上流側でＰＡＣや塩鉄で凝集処理を行っている場合は、洗浄周期に影響を及ぼすので、凝集条件を適宜変更することが好ましい。
（２） Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値以下の場合は、そのまま運転を継続し、Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値より高い場合は、給水の水温を上げる。
（３） Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値よりも高い場合は、フラックスや圧力、濃縮倍率（回収率）を下げ、所定値よりも低い場合はフラックスや圧力、濃縮倍率（回収率）を上げる。
（４） Ａｌ／Ｆｅ測定値が所定値よりも高い場合は連続運転期間を短く、洗浄時間を長く、洗浄頻度を高く、逆浸透膜の交換時間を短く（交換頻度を低く）、設定し、逆にＡｌ／Ｆｅ測定値が所定値よりも低い場合は、連続運転期間を長く、洗浄時間を短く、洗浄頻度を低く、逆浸透膜の交換時間を長く（交換頻度を高く）、設定する。

上記のＡｌ／Ｆｅ測定値の所定値は、当該逆浸透膜装置の仕様やその他の運転条件等に基づいて、所望の安定運転が行えるように適宜設定されるが、例えば給水の水温が低温（５〜１０℃）の場合も１０℃以上の場合も、濃縮水のＡｌ／Ｆｅ測定値としてアルミニウムイオン濃度０．０１〜０．２ｍｇ／Ｌの範囲、鉄イオン濃度０．０１〜０．２ｍｇ／Ｌの範囲、アルミニウムイオンイオンと鉄イオンの合計濃度０．０２〜０．２ｍｇ／Ｌの範囲の範囲で適宜決定される。

また、本発明では、Ａｌ／Ｆｅ測定値から、濃縮水の連続運転期間、洗浄時間、濃縮水倍率、水温のいずれかを設定してもよく、濃縮水のＡｌ／Ｆｅ測定値が所定値以下となるように、これらを管理してもよい。

例えば、濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１５ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１５ｍｇ／Ｌ以下、アルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１５ｍｇ／Ｌ以下となるように運転管理することにより、給水の水温が５〜１０℃の低温であっても、長時間メンテナンスフリー、無洗浄で運転を継続することができる。
例えば、後述の表３で示すように、濃縮水中のアルミニウムイオン濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下、アルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下に管理することで、３カ月以上メンテナンスフリーで運転を継続することができる。なお、濃縮水中のアルミニウムイオン濃度や鉄イオン濃度を管理するにあたっては、濃縮水配管に管理センサを設けても良いし、給水配管に設けられた管理センサの測定値を基に、濃縮倍率を調整する等で上記範囲になるように管理しても良い。

また、Ａｌ／Ｆｅ測定値と共に、給水および／または濃縮水のシリカ濃度も管理指標としてもよく、この場合、濃縮水のシリカ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下、特に６０ｍｇ／Ｌ以下となるように管理することが好ましい。

上記のＡｌ／Ｆｅ測定値に基づく運転管理は、給水の全水温域で有効であるが、給水の水温が１０℃よりも低い場合は他の運転管理、例えば、濃縮水のシリカ濃度および／またはランジェリア指数に基づく運転管理を併せて行うことが好ましい。

具体的な運転管理方法としては、以下のように、給水の水温が５〜１０℃の場合に、給水または濃縮水のシリカ濃度およびカルシウム硬度、または濃縮水のアルミニウムイオン濃度、鉄イオン濃度から回収率を決定し、各々の値に基づいて算出した回収率の中で最も低い回収率を選定する方法が挙げられる。
即ち、まず、濃縮水シリカ濃度８０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは６０ｍｇ／Ｌ以下となる回収率を決定する。例えば、給水のシリカ濃度が２０ｍｇ／Ｌの場合、シリカ単独での飽和溶解度を考慮して回収率は７０％程度とする。
また、濃縮水のランゲリア指数が０以下となるように回収率を決定する。
更に、濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、もしくは、これらの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように回収率を決定する。
上記の３つの回収率のうち最も低い回収率で運転を行うことにより、フラックスの低下を抑えて長期に亘り安定運転を行える。なお、フラックスが初期値の７０％以下になると洗浄によっても回復出来ない可能性が高くなる。しかし、Ａｌ／Ｆｅ測定値に基づく運転管理を行うことにより、フラックスが初期値の７０％以下に低下するまで３ヵ月間もの間、無薬注運転が可能となる。

［フラッシングについて］
本発明では、逆浸透膜装置の運転停止時には以下の通り低圧フラッシングを行うことが好ましい。

即ち、水温５℃におけるシリカの平衡濃度は２０ｍｇ／Ｌである。シリカの重合速度は遅いため、濃縮水ではシリカ濃度８０ｍｇ／Ｌまで許容される。ただし、そのまま装置の運転を停止すると、濃縮水側でシリカの析出が生じる可能性があるため、低圧フラッシングを実施する。
低圧フラッシングは、装置停止の際に、逆浸透膜装置用高圧ポンプを停止して、給水ポンプのみを作動し、
圧力：０．１〜０．３ＭＰａ程度
水量：逆浸透膜ベッセルの保有水量の３倍分以上例えば３〜５倍程度
を流し、その間の時間を確保することで実施される。
また、運転停止時に上記の低圧フラッシングを実施し、その後、５時間以上装置の運転停止状態が続く場合には再度低圧フラッシングを実施することが好ましい。

［その他の処理］
本発明における逆浸透膜装置の後段には、電気脱イオン装置やイオン交換装置を設けて、逆浸透膜透過水を更に処理することができる。また、逆浸透膜装置の前段には保安フィルターを設けてもよく、原水の残留塩素濃度が高い場合には、逆浸透膜装置の前段に活性炭塔等の残留塩素除去器を設けてもよい。

以下に実施例に代わる実験例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実験例１］
以下の条件で逆浸透膜装置を運転した。

＜試験条件＞
原水：野木町水
処理水量：０．６〜０．８ｍ／ｄａｙ
逆浸透膜：日東電工社製 超低圧逆浸透膜「ＥＳ−２０」
回収率：７５％
給水（逆浸透膜入口）水温：５〜８℃
給水シリカ濃度：約１６ｍｇ／Ｌ

Ｒｕｎ１は、野木町水に薬品無添加で行った。Ｒｕｎ２では、野木町水にＭｇ源、Ｆｅ源、Ａｌ源としてそれぞれ塩化マグネシウム、塩化第二鉄、塩化アルミニウムを所定濃度となるように添加した。

Ｒｕｎ１，２における逆浸透膜装置の給水と濃縮水の各成分濃度を調べ、各々の成分毎の濃縮倍率と水量の濃縮倍率を求めた。
また、４日間の運転前後の差圧から、差圧上昇速度を調べた。
結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｒｕｎ２では、差圧上昇傾向が認められ、また、Ｆｅのマテリアルバランスが合っていないことから逆浸透膜面でのＦｅ成分による閉塞が生じていることが推定される。また、Ａｌについても、他の共存イオンに比較して、誤差が大きく、膜面への付着が考えられる。

Ｒｕｎ２における運転後の逆浸透膜の膜面付着物の元素分析を行い、結果を表２に示した。表２より、共存イオンの中でも特にＡｌ、Ｆｅが多く付着していることが分かる。

［実験例２］
水温５℃、シリカ２０ｍｇ／Ｌで残留塩素を除去した水道水を逆浸透膜装置の給水として用い、Ａｌ源、Ｆｅ源としてそれぞれ塩化アルミニウム、塩化第二鉄を添加し、所定のＡｌ濃度、Ｆｅ濃度に調整し、日東電工社製超低圧逆浸透膜「ＥＳ−２０」を用いて３倍濃縮した（濃縮水シリカ６０ｍｇ／Ｌ）。
この給水のＡｌ濃度およびＦｅ濃度を種々変更し、計算により求めた逆浸透膜処理で得られた濃縮水のＡｌ濃度、Ｆｅ濃度、およびＦｅとＡｌの合計濃度と、フラックスの低下速度から求めた換算フラックスが初期値の７０％に低下するまでの運転期間（以下、「７０％運転継続可能日数」（表３中は、月数で示す。）と称する場合がある。）との関係をグラフ化し、その結果を表３にまとめた。

表３より、７０％運転継続可能日数は、濃縮水のＡｌ濃度、Ｆｅ濃度、およびＡｌとＦｅの合計濃度に依存していることが分かる。また、実施例の条件１と２、条件３と４、条件６と７から、Ａｌ濃度のほうがＦｅ濃度より運転継続可能日数に影響を及ぼすことがわかる。

さらに、実施例の条件１〜６と比較例の条件１〜３および実施例の条件７から、濃縮水中のＡｌ濃度（計算値）は０．２ｍｇ／Ｌ以下、Ｆｅ濃度（計算値）は０．２ｍｇ／Ｌ以下、ＡｌとＦｅの合計濃度（計算値）は０．２ｍｇ／Ｌ以下に設定することで、長期間にわたって逆浸透膜を安定に運転することが可能であることは明らかである。

表３には、グラフ化した一部の数値から７０％運転継続可能日数を計算した結果を示したが、これらの結果を利用して、以下のようにして運転管理を行うことができる。例えば、グラフ化した結果の傾きから運転継続可能日数とＡｌ／Ｆｅ測定値の関係式を求め、この関係式に運転継続可能日数として所定の日数を代入してＡｌ／Ｆｅ測定値を算出する。そして、濃縮水中のＡｌ／Ｆｅ測定値が当該算出した値となるように、濃縮倍率（回収率）等を制御する。
あるいは、上記関係式にＡｌ／Ｆｅ測定値を代入し、７０％運転継続可能日数を求めることで、連続運転可能な時間を設定することができ、洗浄周期を予測することができる。また、給水のＡｌ／Ｆｅ測定値に対して、どの程度まで濃縮可能かを算出することもできる。

なお、上記表３には、算式フラックスが７０％に低下するまでの運転期間を評価したが、初期フラックスからの低下は、７０％に限定されず、洗浄頻度、所望の運転条件での運転を継続できるように適宜決定される。

［実験例３］
濃縮水中のアルミニウムイオンおよび鉄イオンは、シリカを析出させるための共存イオンとしてではなく、シリカとは独立して逆浸透膜のフラックスの低下に影響する因子であることを立証する実験を行った。
純水に、塩化第二鉄および塩化アルミニウムを下記表４に示すＡｌ濃度、Ｆｅ濃度となるように添加して模擬給水１を調製した。別に、純水に、塩化第二鉄と、塩化アルミニウムとシリカを添加して、下記表４に示すＡｌ濃度、Ｆｅ濃度、ＳｉＯ_２濃度の模擬給水２を調製した。

模擬給水１，２をそれぞれ以下の試験条件で逆浸透膜に通水し、フラックスの経時変化を調べ、結果を図２に示した。

＜試験条件＞
逆浸透膜：日東電工社製 超低圧逆浸透膜「ＥＳ−２０」
回収率：８０％
給水（逆浸透膜入口）水温：２３℃
初期フラックス：１．０ｍ／ｄａｙ

図２より明らかなように、給水のシリカの有無にかかわらず、給水中のＡｌ濃度とＦｅ濃度が同じであると、フラックスの低下傾向は同等となる。この結果から、次のことが分かる。
仮りにアルミニウムイオンおよび鉄イオンがシリカの共存イオンとして影響するものであれば、シリカを含有しない模擬給水１とシリカを含有する模擬給水２とは同じフラックス低下傾向とはならないはずであるが、実験例３の結果からも明らかなように、シリカを含む模擬給水２とシリカを含まない模擬給水１とでは同じフラックス低下傾向を示している。このことは、アルミニウムイオンと鉄イオンはシリカとは独立して制御、管理しなくてはならない指標であることを意味している。

［実験例４］
給水に更にシリカを添加し、給水の、シリカ濃度、Ａｌ濃度およびＦｅ濃度を変更し、計算により求めた逆浸透膜処理で得られた濃縮水のＡｌ濃度、Ｆｅ濃度、ＦｅとＡｌの合計濃度、およびシリカ濃度が表５に示す濃度となるようにして、実験例２と同様に水温５℃又は２５℃における７０％運転継続可能日数との関係を調べ、結果を表５に示した。

また、同様に濃縮水のＡｌとＦｅの合計濃度を種々変えて、５℃又は２５℃で、濃縮水Ａｌ＋Ｆｅ濃度の計算値と７０％運転継続可能日数との関係を調べ、結果を図３に示した。

表５より水温によらず、Ａｌ、Ｆｅ濃度が同等であれば７０％運転継続可能日数は同等となること、即ち、７０％運転継続可能日数にＡｌ濃度とＦｅ濃度が影響することが分かる。
また、図３より、濃縮水のＡｌとＦｅの合計濃度が大きいほど７０％運転継続可能日数が短くなり、７０％運転継続可能日数を３ヶ月以上とするためには、Ａｌ＋Ｆｅ濃度は０．２０ｍｇ／Ｌ以下とする必要があることが分かる。

１ 管理計器
２ 高圧ポンプ
３ 給水配管
４ 逆浸透膜装置
５ 濃縮水配管
６ 処理水配管

Claims (14)

1. 原水を逆浸透膜装置で処理するにあたり、該逆浸透膜装置に導入される水（以下「給水」と称す。）および／または該逆浸透膜装置の濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、該逆浸透膜装置の運転を管理することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
2. 請求項１において、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、原水の給水としての適否、給水の水温、濃縮倍率（回収率）、圧力（逆浸透膜の給水供給圧力、濃縮水圧力、処理水圧力）、濃縮水水量、連続運転期間、洗浄時間、洗浄頻度、および逆浸透膜の交換時期のうちのいずれか１以上を管理することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
3. 請求項１または２において、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度に基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記アルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を、所望の連続運転期間、洗浄時間、濃縮倍率、および給水水質のうちのいずれか１以上を指標として設定することを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、或いはアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度とシリカ単独での飽和溶解度とに基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
7. 請求項６において、前記濃縮水のシリカ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下となるように前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記給水の水温が５〜１０℃の期間と、１０℃を超える期間とがあり、該水温が５〜１０℃の期間において、前記逆浸透膜装置の運転管理方法に従った前記管理と、シリカ濃度及び／又はランジェリア指数による運転管理とを併せて行うことを特徴とする逆浸透膜装置の運転管理方法。
9. 原水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置に導入される水（以下「給水」と称す。）および／または該逆浸透膜装置の濃縮水のアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度を測定する測定手段とを備えることを特徴とする逆浸透膜処理システム。
10. 請求項９において、前記測定手段で測定されたアルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度に基づいて、前記原水の給水としての適否、給水の水温、濃縮倍率（回収率）、圧力（逆浸透膜の給水供給圧力、濃縮水圧力、処理水圧力）、濃縮水水量、連続運転期間、洗浄時間、洗浄頻度、および逆浸透膜の交換時期のうちのいずれか１以上を管理する制御手段を有することを特徴とする逆浸透膜処理システム。
11. 請求項１０において、前記制御手段は、前記測定手段で測定された給水および／または濃縮水のアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度に基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。
12. 請求項１０または１１において、前記制御手段は、前記濃縮水のアルミニウムイオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、鉄イオン濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下、或いはアルミニウムイオンと鉄イオンの合計濃度が０．２ｍｇ／Ｌ以下となるように、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。
13. 請求項１０ないし１２のいずれか１項において、更に前記給水および／または濃縮水のシリカ濃度を測定する手段を有し、前記制御手段は、前記アルミニウムイオンおよび／または鉄イオン濃度の測定値と、該シリカ単独での飽和溶解度をベースとした濃度の測定値とに基づいて、前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。
14. 請求項１３において、前記制御手段は、前記濃縮水のシリカ濃度が８０ｍｇ／Ｌ以下となるように前記管理を行うことを特徴とする逆浸透膜処理システム。

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