JP2018161632A

JP2018161632A - 水処理装置及び水処理方法

Info

Publication number: JP2018161632A
Application number: JP2017061379A
Authority: JP
Inventors: 英邦亀田; Hidekuni Kameda
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18

Abstract

【課題】凝集剤添加量を抑えつつ、逆浸透膜による膜分離処理を長期安定的に行うことができる水処理装置及び水処理方法を提供する。【解決手段】本実施形態による水処理装置は、被処理水に凝集剤を添加する添加部１３と、前記凝集剤が添加された凝集処理水の濾過処理を行う濾過器５と、濾過器５で濾過処理された濾過水が供給される逆浸透膜装置９と、前記濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度を測定する吸光度測定器７と、前記紫外光吸光度と前記可視光吸光度との差に基づいて前記添加部１３による凝集剤の添加濃度を制御する制御装置１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、原水に凝集剤を添加して凝集処理し、凝集処理水を濾過器で処理し、濾過水を逆浸透膜（ＲＯ膜）によって膜分離処理する水処理装置及び水処理方法に係り、特に、凝集処理における凝集剤の添加量を適正化することで、逆浸透膜装置の長期安定運転を可能とする水処理装置及び水処理方法に関する。

井戸水、工業用水、水道水などを原水とする用水処理においては、原水に凝集剤を添加して、原水中の懸濁物質、コロイダル成分や有機物質等を凝結かつ粗大化させた後、沈殿、浮上、濾過、膜濾過等により固液分離する方法や、膜濾過単独で除濁・除菌して処理水を回収することが行われている。

従来、凝集処理における凝集剤の添加量は、ジャーテストによる凝集試験結果から決定していた。この方法では、簡単かつ確実に被処理水に対しての適性添加量を求めることができる。しかし、試験作業に時間がかかっていた。また、試験結果に基づく人間の判断に頼ることから、確実な凝集処理を行うためには、水質変動を見込んで凝集剤の添加量を最適値よりも常に多くしておく必要があった。

しかし、原水の水質変動により、想定より高濃度の有機物が流入した場合、凝集処理では処理しきれず、有機物により後段の逆浸透膜が汚染され、膜性能を維持できなくなることが考えられる。給水の有機物濃度が常に一定値であれば、逆浸透膜装置は設計しやすくなる。

波長２３０〜３００ｎｍの範囲内の紫外光の吸光度と、波長６００〜７００ｎｍの範囲内の可視光の吸光度との差から原水の有機物濃度を測定し、測定結果に基づいて凝集剤の添加量を制御する方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。しかし、この凝集処理制御は、逆浸透膜装置の前段に設けられた濾過器での処理を適正化するためのものである。そのため、逆浸透膜装置の給水の有機物濃度を許容値まで低減できない場合がある。

生物活性炭処理を使用して原海水中の微量有機物を効果的に除去する方法が知られている（例えば特許文献３参照）。この方法を用いて、有機物による逆浸透膜汚染を防止するためには、濾過器の前段に新しいユニットを別途設置する必要があり、コストがかかるという問題があった。

特許第５１０３７４７号公報特開２００７−２４５０７８号公報特開２００４−０２５０１８号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、凝集剤添加量を抑えつつ、逆浸透膜による膜分離処理を長期安定的に行うことができる水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とする。

本発明による水処理装置は、被処理水に凝集剤を添加する添加部と、前記凝集剤が添加された凝集処理水の濾過処理を行う濾過器と、前記濾過器で濾過処理された濾過水が供給される逆浸透膜装置と、前記濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度を測定する吸光度測定器と、前記紫外光吸光度と前記可視光吸光度との差に基づいて前記添加部による凝集剤の添加濃度を制御する制御装置と、を備えるものである。

本発明の一態様において、前記吸光度測定器は、波長２３０〜３００ｎｍの紫外光吸光度、及び波長６００〜７００ｎｍの可視光吸光度を測定する。

本発明の一態様において、前記制御装置は、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と、波長６６０ｎｍの可視光吸光度との差が０．２ａｂｓ以下となるように前記添加部を制御する。

本発明による水処理方法は、被処理水に凝集剤を添加し、前記凝集剤が添加された凝集処理水の濾過処理を行い、濾過処理された濾過水を逆浸透膜で処理する水処理方法であって、前記濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度を測定し、前記紫外光吸光度と前記可視光吸光度との差に基づいて前記凝集剤の添加濃度を制御するものである。

本発明の一態様では、前記濾過水の波長２３０〜３００ｎｍの紫外光吸光度、及び波長６００〜７００ｎｍの可視光吸光度を測定する。

本発明の一態様では、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と、波長６６０ｎｍの可視光吸光度との差が０．２ａｂｓ以下となるように前記凝集剤の添加濃度を制御する。

本発明の一態様では、凝集処理時の被処理水のｐＨが４．５〜６となるようにｐＨ調整剤を添加する。

本発明の一態様では、前記凝集剤の添加濃度が所定値以上となった場合、前記濾過水に分散剤を添加する。

本発明によれば、逆浸透膜装置に供給される、濾過器で処理された濾過水の有機物濃度に基づいて凝集剤の添加濃度を制御するため、凝集剤添加量を抑えつつ、逆浸透膜による膜分離処理を長期安定的に行うことができる。

本発明の実施形態による水処理装置の概略構成図である。（ａ）（ｂ）は凝集剤添加濃度と濾過水吸光度との関係を示すグラフである。実験例１、比較例３及び比較例４の評価結果を示すグラフである。実験例２の実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る水処理装置を示す。水処理装置は、反応槽２、濾過器５、逆浸透膜装置９、制御装置１０等を備える。

原水が配管１を介して反応槽２に導入される。配管１を流れる原水には、酸化剤添加部１１により酸化剤が添加される。次いで、配管１又は反応槽２内の原水に、ｐＨ調整剤添加部１２によりｐＨ調整剤が添加されると共に、凝集剤添加部１３により凝集剤が添加され、凝集処理される。また、図示しないｐＨセンサにより、反応槽２内の原水のｐＨが測定され、測定結果が制御装置１０に入力され、ｐＨ調整剤添加部１２が制御される。反応槽２内の原水は攪拌機により攪拌される。

反応槽２で凝集処理された凝集処理水は、ポンプ４により配管３を介して濾過器５に供給される。濾過器５で濾過処理された濾過水は、ポンプ８により配管６を介して逆浸透膜装置９に供給される。

配管６には吸光度測定器７が設けられている。吸光度測定器７は、濾過器５で濾過処理された濾過水（逆浸透膜給水）の吸光度を測定する。吸光度測定器７は、波長２００〜４００ｎｍの紫外光の吸光度計と、波長４００〜８００ｎｍの可視光の吸光度計とを備える。吸光度測定器７による濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度の測定結果は、制御装置１０に入力される。

吸光度の測定は、濾過水の全量に対して行ってもよく、濾過水の一部を分取して測定してもよい。

制御装置１０は、紫外光吸光度と可視光吸光度との差から、濾過水中の有機物濃度を算出する。波長２００〜４００ｎｍの範囲内の紫外光の吸光度は、有機物の吸光度と、主として無機粘土鉱物よりなる濁度成分の吸光度との合計値である。一方、波長４００〜８００ｎｍの範囲内の可視光の吸光度は、主として無機粘土鉱物よりなる濁度成分の吸光度である。従って、両吸光度の差から、濾過水中の有機物濃度を迅速かつ簡便に求めることができる。

濾過水中の有機物濃度を求めるにあたり、紫外光吸光度は、波長２００〜４００ｎｍ、特に２３０〜３００ｎｍ、例えば２６０ｎｍの吸光度とされる。可視光吸光度は、波長４００〜８００ｎｍ、特に６００〜７００ｎｍ、例えば６６０ｎｍの吸光度とされる。吸光度の測定波長は、上述の範囲内であればよく、この範囲の一部の波長であってもよく、複数域の波長や、全領域の波長であってもよい。

吸光度の測定は、連続的に行うことが好ましいが、１〜１０分程度の一定間隔で行ってもよい。

制御装置１０は、算出した濾過水中の有機物濃度に基づいて、凝集剤添加部１３へ制御信号を出力し、凝集剤の添加量を制御する。また、制御装置１０は、酸化剤添加部１１やｐＨ調整剤添加部１２へ制御信号を出力して、酸化剤やｐＨ調整剤の添加量を制御することができる。

この水処理装置が処理対象とする原水は、有機物を含むものであり、水道水、工業用水、井戸水などが例示される。原水の水質は、波長２３０〜３００ｎｍの範囲内の紫外光の吸光度と、波長６００〜７００ｎｍの範囲内の可視光の吸光度との差が２．０ａｂｓ以下となることが好ましい。

反応槽２で原水に添加する凝集剤としては、塩鉄（塩化第二鉄）、ポリ鉄（ポリ硫酸第二鉄）等の無機凝集剤を用いることができる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

凝集処理はｐＨ４．５〜６、特にｐＨ５〜５．５で行うことが好ましい。ｐＨがこの範囲よりも低い場合、鉄リークにより逆浸透膜が閉塞する可能性がある。一方、ｐＨがこの範囲よりも高い場合、凝集不良となる可能性がある。

凝集助剤としてフェノール性水酸基を有する高分子化合物を添加してもよい。フェノール性水酸基を有する高分子化合物は、例えばノボラック型フェノール樹脂にレゾール型の２次反応を行って得られた反応物であり、アルカリ溶液の形態で添加される。

原水に添加される酸化剤としては、例えば次亜塩素酸ナトリウムを用いることができ、添加量は０．３〜１．０ｍｇ／ＬａｓＣｌ_２程度が好ましい。ｐＨ調整剤として、水酸化ナトリウム、消石灰、塩酸、硫酸などを用いることができる。

濾過器６には、重力濾過器、圧力濾過器、除濁膜装置等を用いることができる。図１は除濁膜装置を用いる例を示している。除濁膜装置はクロスフロー方式でもよく、全量濾過方式であってもよい。除濁膜の膜材質は例えばＰＶＤＦであり、孔径は０．０２μｍ以上である。

除濁膜装置では通水、エアバブリング、逆洗、水張りの工程が順に行われる。濾過通水時間は２０〜４０分程度、例えば３０分である。入口圧力と出口圧力との差圧を０．０２〜０．０４ＭＰａ程度にして運転される。差圧が０．０７〜０．１０ＭＰａになったら定置洗浄する。

制御装置１０による凝集剤の添加濃度の制御は閾値制御などにより行うことができる。例えば、凝集剤の定量注入により凝集処理を行い、濾過水の吸光度差が所定値（例えば０．２ａｂｓ）を超えた場合、制御装置１０は、凝集剤の添加量を増加するように凝集剤添加部１３へ制御信号を出力する。吸光度差が所定値（例えば０．２ａｂｓ）を下回った場合、制御装置１０は、凝集剤の添加を定量注入に戻すように凝集剤添加部１３へ制御信号を出力する。

濾過水の吸光度差が第１所定値（例えば０．２ａｂｓ）未満のときは凝集剤添加量ｂ１とし、吸光度差が第１所定値〜第２所定値（例えば０．２〜０．３ａｂｓ）の範囲内のときは凝集剤添加量をｂ２とし、吸光度差が第２所定値（例えば０．３ａｂｓ）を超えたときは凝集剤添加量をｂ３として、吸光度差０．３ａｂｓ未満を維持するようにしてもよい。

濾過水の波長２６０ｎｍの紫外光の吸光度が０．２ａｂｓとなる時の凝集剤添加量ｂｘに応じて、逆浸透膜装置９の前段で分散剤を添加するか否か切り替えてもよい。例えば、図２（ａ）に示すように、凝集剤添加量ｂｘが所定値ｂｚ（例えば鉄塩１００ｍｇ／Ｌ）未満の場合は、分散剤は添加しない。図２（ｂ）に示すように凝集剤添加量ｂｘが所定値ｂｚを超える場合は、分散剤を添加する。

分散剤としては、特許第５８６７５３２号に記載されているようなポリビニルピロリドンやポリアクリルアミドや、本出願人が先に出願した特願２０１７−０５０１６７号に記載するエチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミン五メチレンホスホン酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸等のポリアミン等、フェノール性ヒドロキシ基を有する有機化合物に対する分散剤を好適に用いることができる。

本実施形態によれば、逆浸透膜給水（濾過水）の有機物濃度により凝集剤の添加量を制御するため、凝集剤添加量を抑えつつ、逆浸透膜による膜分離処理を長期安定的に行うことができる

逆浸透膜装置９において、ライン量は３．６ｍ^３／ｈ以上、回収率は８０％程度であることが好ましい。逆浸透膜としては、標準圧力０．７３５ＭＰａの超低圧膜を用いることができ、膜面積は３５〜４１ｍ^２程度が好ましいが、これに限定されない。逆浸透膜の初期純水フラックスは、２５℃圧力０．７３５ＭＰａで１．０ｍ／ｄ以上であり、初期脱塩率は９８％以上である。カルシウム硬度ランゲリア指数が０以下となるように回収率を設定する。シリカはブライン水が溶解度以内となるように回収率を設定する。回収率は通常５０〜８０％程度である。

必要に応じて、逆浸透膜装置９の後段に、電気脱イオン装置やイオン交換器を設置してもよい。残留塩素リークの可能性がある場合は、逆浸透膜装置９の前段に、活性炭濾過器や保安フィルタを設置することが好ましい。

［実施例１］
波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が２．０ａｂｓ以下、波長６６０ｎｍの可視光吸光度が１．０ａｂｓ以下の井戸水を原水とし、この原水に凝集剤を添加して凝集処理を行った後、除濁膜に通水した。

試験前に原水（波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が１．５ａｂｓ、波長６６０ｎｍの可視光吸光度が０．３ａｂｓ）を採取してジャーテストを行い、凝集剤はジャーテストで求めた添加濃度７０ｍｇ／Ｌを出発添加濃度とした。凝集剤として塩鉄を添加し、ｐＨを５．５に調整した。

除濁膜の処理水の波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と波長６６０ｎｍの可視光吸光度を測定し、吸光度差が０．３ａｂｓ未満となるように凝集剤添加濃度を制御しながら、除濁膜の処理水を逆浸透膜装置へ通水した。２週間通水して逆浸透膜のフラックス挙動を評価した。評価結果を以下の表１に示す。

［比較例１］
凝集剤を添加濃度７０ｍｇ／Ｌで定量注入した以外は、実施例１と同一条件にて処理を行った。評価結果を以下の表１に示す。

［比較例２］
凝集剤の添加濃度７０ｍｇ／Ｌを出発添加濃度とし、原水の波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と波長６６０ｎｍの可視光吸光度との吸光度差に比例して凝集剤の添加濃度を制御した以外は、実施例１と同一条件にて処理を行った。評価結果を以下の表１に示す。

表１における「フラックス低下速度から算出した運転継続可能日数(ヶ月)」は、フラックスが初期値の７０％に到達するまでの期間とした。

実施例１と比較して、比較例1では原水の有機物濃度の変動により、凝集による有機物の除去が間に合わない期間があり、その間、逆浸透膜でファウリングを引き起こしたため、フラックス低下が認められたと考えられる。比較例２では、原水の吸光度差で凝集剤の添加濃度を比例制御するため、実施例１と比較して、凝集剤の添加濃度が高くなった。

［実験例１］
フミン酸ナトリウム、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、塩化カルシウム、塩化ナトリウムを添加して、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が０．２ａｂｓ、アルミニウム濃度が０．０５ｍｇ／Ｌ、鉄濃度が０．０１ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度が５ｍｇ／Ｌ、導電率が５０ｍＳ／ｍとなるように調製した被処理水を、ＲＯ平膜試験機に通水した。回収率は８０％とした。なお、硫酸を用いて被処理水のｐＨを7に調整した。フラックスの挙動を評価した評価結果を図３に示す。

［比較例３］
フミン酸ナトリウムで波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が０．６ａｂｓとなるように被処理水を調製した以外は、実験例１と同一とした。評価結果を図３に示す。

［比較例４］
フミン酸ナトリウムで波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が１．０ａｂｓとなるように被処理水を調製した以外は、実験例１と同一とした。評価結果を図３に示す。

図３の通り、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が０．２ａｂｓの被処理水の場合、長期にわたってフラックスが安定した。波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が高くなると、フラックスが低下することが確認された。

［実験例２］
波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が２．０ａｂｓである井戸水を用いたジャーテストを実施した。凝集剤として塩鉄を添加した。被処理水のｐＨを５．５に調整して凝集処理を行った。ジャーテストの結果を図４に示す。被処理水の波長２６０ｎｍの紫外光吸光度が２．０ａｂｓ以下であれば、凝集処理水の波長２６０ｎｍの紫外光吸光度を０．２ａｂｓ以下に低下できることが確認された。

２反応槽
５濾過器
９逆浸透膜装置
１０制御装置

Claims

被処理水に凝集剤を添加する添加部と、
前記凝集剤が添加された凝集処理水の濾過処理を行う濾過器と、
前記濾過器で濾過処理された濾過水が供給される逆浸透膜装置と、
前記濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度を測定する吸光度測定器と、
前記紫外光吸光度と前記可視光吸光度との差に基づいて前記添加部による凝集剤の添加濃度を制御する制御装置と、
を備える水処理装置。
請求項１において、前記吸光度測定器は、波長２３０〜３００ｎｍの紫外光吸光度、及び波長６００〜７００ｎｍの可視光吸光度を測定することを特徴とする水処理装置。
請求項２において、前記制御装置は、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と、波長６６０ｎｍの可視光吸光度との差が０．２ａｂｓ以下となるように前記添加部を制御することを特徴とする水処理装置。
被処理水に凝集剤を添加し、前記凝集剤が添加された凝集処理水の濾過処理を行い、濾過処理された濾過水を逆浸透膜で処理する水処理方法であって、
前記濾過水の紫外光吸光度及び可視光吸光度を測定し、
前記紫外光吸光度と前記可視光吸光度との差に基づいて前記凝集剤の添加濃度を制御することを特徴とする水処理方法。
請求項４において、前記濾過水の波長２３０〜３００ｎｍの紫外光吸光度、及び波長６００〜７００ｎｍの可視光吸光度を測定することを特徴とする水処理方法。
請求項５において、波長２６０ｎｍの紫外光吸光度と、波長６６０ｎｍの可視光吸光度との差が０．２ａｂｓ以下となるように前記凝集剤の添加濃度を制御することを特徴とする水処理方法。
請求項４〜６のいずれかにおいて、凝集処理時の被処理水のｐＨが４．５〜６となるようにｐＨ調整剤を添加することを特徴とする水処理方法。
請求項４〜７のいずれかにおいて、前記凝集剤の添加濃度が所定値以上となった場合、前記濾過水に分散剤を添加することを特徴とする水処理方法。