JP2020058963A - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水を低コストで処理することができる水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理装置１であって、溶解性シリカ除去手段および硬度成分除去手段のうちいずれか１つを備える前処理装置１０と、前処理装置１０で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理手段としての逆浸透膜処理装置１２と、逆浸透膜処理装置１２で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理装置１４と、を備え、正浸透膜処理装置１４で使用された希薄誘引溶液が前処理装置１０で使用される、水処理装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理装置および水処理方法に関する。

排水の放流が環境に与える影響を低減するため、排水の浄化や減容化等の処理を行ってから、放流、廃棄する動きが進んでいる。排水処理には固液分離、膜分離、減圧濃縮等が用いられるが、排水に含まれる溶解性シリカや、カルシウム等の硬度成分が不溶化して、排水処理に用いる配管や装置に付着する、いわゆるスケーリングが起こることで、システムの性能が低下することが知られている。効率的な排水処理を行うため、排水中の溶解性シリカや硬度成分を除去する必要がある。

例えば特許文献１には、溶解性シリカ含有排水について、アルカリ条件下でマグネシウム塩を添加して溶解性シリカを不溶化したのちに固液分離し、得られた処理水を逆浸透膜処理または正浸透膜処理して、排水から淡水を回収する方法が記載されている。

正浸透膜処理では、正浸透膜を介して、供給水と誘引溶液を存在させることにより、加圧せずとも浸透圧で水を誘引溶液に移動させることができる。さらに希釈された誘引溶液を、例えば加温等の手段により相変化させることで、淡水と得つつ、誘引溶液を再利用することができる。

正浸透膜処理の誘引溶液として、炭酸アンモニウム水溶液や、無機塩と温度感応性薬剤の混合物が用いられる（特許文献２参照）。

誘引溶液を再利用するためには加温等の外的エネルギーを加える必要があり、誘引溶液の再利用のための装置を追加で備える必要があるため（図３参照）、トータルとしてシステムのコスト増大につながる。

硬度成分の除去方法として、特許文献３には、硬度成分含有排水にアルカリ剤を添加して析出させ（いわゆる石灰軟化法）、凝集、ろ過処理の後にろ過水を逆浸透膜処理する方法が記載されている。また、特許文献４には、イオン交換樹脂を用いて硬度成分を吸着除去する方法（樹脂軟化法）が記載されている。

しかし、石灰軟化法ではアルカリ剤の添加が必要であり、樹脂軟化法では、硬度成分が吸着したイオン交換樹脂を再生するため、高濃度塩水（塩化ナトリウム水溶液）を通水する必要があり、薬品コストの低減が求められている。

国際特許出願公開第２０１３／１５３５８７号パンフレット 特開２０１７−０５６４２４号公報 特開２０１７−１７０２７５号公報 特開２０１４−２３１０３９号公報

本発明の目的は、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水を低コストで処理することができる水処理装置および水処理方法を提供することにある。

本発明は、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理装置であって、溶解性シリカ除去手段および硬度成分除去手段のうちいずれか１つを備える前処理手段と、前記前処理手段で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理手段と、前記濃縮処理手段で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理手段と、を備え、前記正浸透膜処理手段で使用された希薄誘引溶液が前記前処理手段で使用される、水処理装置である。

前記水処理装置において、前記濃縮処理手段は、逆浸透膜処理手段であることが好ましい。

前記水処理装置において、前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液がマグネシウム塩水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用されたマグネシウム塩希薄水溶液が、前記溶解性シリカ除去手段で使用されることが好ましい。

前記水処理装置において、水酸化マグネシウムと酸とを混合し、ｐＨ７以下で反応させて、前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液として使用するマグネシウム塩水溶液を調製する調製手段をさらに備えることが好ましい。

前記水処理装置において、前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液がアルカリ剤水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用されたアルカリ剤希薄水溶液が、前記硬度成分除去手段で使用されることが好ましい。

前記水処理装置において、前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液が酸水溶液または塩化ナトリウム水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用された酸希薄水溶液または塩化ナトリウム希薄水溶液が、前記硬度成分除去手段で使用されることが好ましい。

また、本発明は、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理方法であって、溶解性シリカ除去工程および硬度成分除去工程のうちいずれか１つを含む前処理工程と、前記前処理工程で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理工程と、前記濃縮処理工程で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理工程と、を含み、前記正浸透膜処理工程で使用した希薄誘引溶液を前記前処理工程で使用する、水処理方法である。

前記水処理方法において、前記濃縮処理工程は、逆浸透膜処理工程であることが好ましい。

前記水処理方法において、前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液がマグネシウム塩水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用したマグネシウム塩希薄水溶液を、前記溶解性シリカ除去工程で使用することが好ましい。

前記水処理方法において、水酸化マグネシウムと酸とを混合し、ｐＨ７以下で反応させて、前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液として使用するマグネシウム塩水溶液を調製する調製工程をさらに含むことが好ましい。

前記水処理方法において、前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液がアルカリ剤水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用したアルカリ剤希薄水溶液を、前記硬度成分除去工程で使用することが好ましい。

前記水処理方法において、前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液が酸水溶液または塩化ナトリウム水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用した酸希薄水溶液または塩化ナトリウム希薄水溶液を、前記硬度成分除去工程で使用することが好ましい。

本発明により、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水を低コストで処理することができる。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す概略構成図である。 従来の水処理装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る水処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

水処理装置１は、溶解性シリカ除去手段および硬度成分除去手段のうち少なくとも１つを備える前処理手段としての前処理装置１０と、前処理装置１０で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理手段としての逆浸透膜処理装置１２と、逆浸透膜処理装置１２で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理手段としての正浸透膜処理装置１４とを備える。

図１の水処理装置１において、被処理水配管１６が前処理装置１０の被処理水入口に接続され、前処理装置１０の出口と逆浸透膜処理装置１２の入口とは、前処理水配管１８により接続されている。逆浸透膜処理装置１２の濃縮水出口と正浸透膜処理装置１４の濃縮水入口とは、濃縮水配管２０により接続され、逆浸透膜処理装置１２の透過水出口には、透過水配管２２が接続されている。正浸透膜処理装置１４の誘引溶液入口には、誘引溶液配管２４が接続され、正浸透膜処理装置１４の希薄誘引溶液出口と、前処理装置１０の希薄誘引溶液入口とは、希薄誘引溶液配管２６により接続され、正浸透膜処理装置１４のＦＯ濃縮水出口には、ＦＯ濃縮水配管２８が接続されている。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置１の動作について説明する。

溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水は、被処理水配管１６を通して前処理装置１０へ送液される。前処理装置１０において、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つの除去処理が行われる（前処理工程）。

被処理水が溶解性シリカを含む場合、前処理装置１０は、例えば、被処理水にマグネシウム塩を添加して反応させ、溶解性シリカを不溶化させるマグネシウム反応手段と、反応後の被処理水に凝集剤を添加して、凝集させる凝集処理手段と、凝集処理させた被処理水から凝集物を分離する固液分離手段と、を有する。前処理装置１０において、例えばアルカリ条件（例えば、ｐＨ１０〜１２）下で被処理水にマグネシウム塩が添加され、溶解性シリカが不溶化される（マグネシウム反応工程）。その後、必要に応じて凝集剤が添加されて、凝集処理され（凝集処理工程）、凝集物が固液分離される（固液分離工程）。固液分離で得られた前処理水は、前処理水配管１８を通して、逆浸透膜処理装置１２へ送液される。

被処理水が硬度成分を含み、石灰軟化法により硬度成分の除去が行われる場合、前処理装置１０は、例えば、被処理水にアルカリ剤を添加して反応させ、硬度成分を不溶化させるアルカリ剤反応手段と、反応後の被処理水に必要に応じて凝集剤を添加して、凝集させる凝集処理手段と、凝集処理させた被処理水から凝集物を分離する固液分離手段と、を有する。前処理装置１０において、例えば被処理水にアルカリ剤が添加され、硬度成分が不溶化される（アルカリ剤反応工程）。その後、凝集剤が添加されて、凝集処理され（凝集処理工程）、凝集物が固液分離される（固液分離工程）。固液分離で得られた前処理水は、前処理水配管１８を通して、逆浸透膜処理装置１２へ送液される。

被処理水が硬度成分を含み、樹脂軟化法により硬度成分の除去が行われる場合、前処理装置１０は、例えば、イオン交換樹脂等を用いてイオン交換処理を行うイオン交換処理手段を有する。前処理装置１０において、例えばイオン交換処理手段としてイオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔に被処理水が通液され、硬度成分が吸着除去される（イオン交換工程）。イオン交換処理で得られた前処理水は、前処理水配管１８を通して逆浸透膜処理装置１２へ送液される。イオン交換樹脂の再生が必要になった場合は、再生剤が通液されることによりイオン交換樹脂が再生される。

次に、前処理工程で得られた前処理水は、逆浸透膜処理装置１２において濃縮処理される（濃縮処理工程）。逆浸透膜処理により得られた濃縮水は、濃縮水配管２０を通して正浸透膜処理装置１４へ送液され、透過水は、透過水配管２２を通して排出される。

逆浸透膜処理により得られた濃縮水は、正浸透膜処理装置１４において正浸透膜処理される（正浸透膜処理工程）。正浸透膜処理装置１４において、誘引溶液が誘引溶液配管２４を通して正浸透膜の２次側に送液され、正浸透膜を介して、濃縮水と誘引溶液を存在させることにより、浸透圧で水が誘引溶液に移動される。

正浸透膜処理工程で使用された希薄誘引溶液は、希薄誘引溶液配管２６を通して前処理装置１０へ送液され、前処理装置１０において前処理工程で使用される。正浸透膜処理工程で得られたＦＯ濃縮水は、ＦＯ濃縮水配管２８を通して排出される。ＦＯ濃縮水は、回収、再利用されてもよい。

前処理装置１０が溶解性シリカ除去を行う装置を含む場合、例えば、正浸透膜処理装置１４における誘引溶液として、マグネシウム塩水溶液が用いられ、正浸透膜処理装置１４で使用された希薄誘引溶液（マグネシウム塩希薄水溶液）は、前処理装置１０において添加されるマグネシウム塩として使用されればよい。

前処理装置１０が石灰軟化法により硬度成分の除去を行う装置を含む場合、例えば、正浸透膜処理装置１４における誘引溶液として、アルカリ剤水溶液が用いられ、正浸透膜処理装置１４で使用された希薄誘引溶液（アルカリ剤希薄水溶液）は、前処理装置１０において添加されるアルカリ剤として使用されればよい。

前処理装置１０が樹脂軟化法により硬度成分の除去を行う装置を含む場合、例えば、正浸透膜処理装置１４における誘引溶液として、酸水溶液または塩化ナトリウム水溶液が用いられ、正浸透膜処理装置１４で使用された希薄誘引溶液（酸希薄水溶液または塩化ナトリウム希薄水溶液）は、前処理装置１０においてイオン交換樹脂の再生剤として使用されればよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置により、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水を低コストで処理することができる。

正浸透膜処理で希釈された希薄誘引溶液が前処理工程で使用されることで、本来必要であった誘引溶液の再利用に必要なコストが削減され、また、再生設備を備えなくてもよい。希薄誘引溶液は前処理工程で本来使用するものが希釈されているだけなので、追加のコストがほとんど発生しない。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置の処理対象となる被処理水は、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む水であればよく、特に制限はないが、例えば、工業用水、表層水、水道水、地下水、海水、海水を逆浸透法もしくは蒸発法によって脱塩した海水淡水化処理水、各種排水、例えば半導体製造工程で排出される排水等が挙げられる。

被処理水中に溶解性シリカが含まれる場合、溶解性シリカの濃度は、例えば、５〜４００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中に硬度成分が含まれる場合、カルシウム硬度成分の濃度は、５〜６００ｍｇ／Ｌの範囲である。被処理水中の全蒸発残留物（ＴＤＳ：Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄ）は、例えば、１００〜５００００ｍｇ／Ｌの範囲である。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置において、被処理水が溶解性シリカおよび硬度成分の両者を含む場合は、前処理手段（前処理工程）は、溶解性シリカ除去手段（溶解性シリカ除去工程）および硬度成分除去手段（硬度成分除去工程）の両者を備えてもよい。溶解性シリカ除去手段（溶解性シリカ除去工程）および硬度成分除去手段（硬度成分除去工程）の順序は、第１に溶解性シリカ除去手段（溶解性シリカ除去工程）、第２に硬度成分除去手段（硬度成分除去工程）であっても、第１に硬度成分除去手段（硬度成分除去工程）、第２に溶解性シリカ除去手段（溶解性シリカ除去工程）であってもよい。

この場合、正浸透膜処理装置１４（正浸透膜処理工程）における誘引溶液として、マグネシウム塩水溶液、アルカリ剤水溶液、酸水溶液および塩化ナトリウム水溶液のうち少なくとも１つが用いられ、正浸透膜処理装置１４で使用された希薄誘引溶液（マグネシウム塩希薄水溶液、アルカリ剤希薄水溶液、酸希薄水溶液および塩化ナトリウム希薄水溶液のうち少なくとも１つ）が、前処理装置１０（前処理工程）の溶解性シリカ除去手段（溶解性シリカ除去工程）および硬度成分除去手段（硬度成分除去工程）のうち適した方において使用されればよい。

本実施形態に係る水処理方法および水処理装置において、被処理水中の濁質成分等を除去する濁質除去手段をさらに備えてもよい。濁質除去手段としては、例えば、砂ろ過装置、限外ろ過（ＵＦ）膜等の膜ろ過装置、加圧浮上装置等が挙げられる。濁質除去手段の設置位置は、特に制限はないが、濁質除去手段が砂ろ過装置の場合、例えば、前処理装置１０（前処理工程）の前段であり、濁質除去手段が膜ろ過装置や加圧浮上装置の場合、例えば、前処理装置１０（前処理工程）と逆浸透膜処理装置１２（濃縮処理工程）との間である。

［前処理工程：溶解性シリカ除去］
被処理水が溶解性シリカを含む場合の前処理工程において、例えば、アルカリ条件下で被処理水にマグネシウム塩が添加され、溶解性シリカが不溶化される（マグネシウム反応工程）。

用いられるマグネシウム塩としては、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）等のマグネシウム塩またはその水和物であればよく、特に制限はないが、硫酸塩添加による難溶解性物質生成を抑制する等の観点から、塩化マグネシウムが好ましい。

マグネシウム反応工程におけるｐＨはアルカリ条件であればよく、特に制限はないが、例えば、ｐＨ１０〜１２の範囲であり、１０．５〜１１．５の範囲であることが好ましく、１１〜１１．５の範囲であることがより好ましい。マグネシウム反応工程におけるｐＨが１０未満、または１２を超えると、シリカ除去率が低くなる場合がある。

ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等のアルカリを用いればよく、必要に応じて塩酸、硫酸等の無機酸を用いてもよい。

マグネシウム反応工程における温度は、シリカの不溶化反応が進行する温度であればよく、特に制限はないが、例えば、１℃〜５０℃未満の範囲であり、１０℃〜５０℃未満の範囲であることがより好ましい。マグネシウム反応工程における温度が１℃未満であると、シリカの不溶化反応が不十分となる場合があり、５０℃以上であると、処理コストが高くなる場合がある。

マグネシウム反応工程における反応時間は、シリカの不溶化反応が進行することができればよく、特に制限はないが、例えば、１分〜６０分の範囲であり、５分〜３０分の範囲であることがより好ましい。マグネシウム反応工程における反応時間が１分未満であると、シリカの不溶化反応が不十分となる場合があり、６０分を超えると、反応槽が過大になる場合がある。

マグネシウム塩の添加量は、被処理水中のシリカの重量濃度に対して、マグネシウム濃度として０．１〜１０倍量の範囲であることが好ましく、０．５〜５倍量の範囲であることがより好ましい。マグネシウム塩の添加量が被処理水中のシリカの重量濃度に対して０．１倍量未満であると、シリカの不溶化反応が不十分となる場合があり、１０倍量を超えると、汚泥発生量が過剰になってしまう場合がある。

溶解性シリカを不溶化させるために、マグネシウム塩の他に、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化第二鉄、硫酸第二鉄等の鉄塩等が用いられてもよい。シリカ除去率等の点から、マグネシウム塩を用いることが好ましい。

凝集処理工程では、例えば、凝集槽において、無機凝集剤が、マグネシウム反応後の被処理水に添加され、不溶化物が凝集される（凝集工程）。その後、フロック形成槽において、高分子凝集剤が、添加され、フロックが形成される（フロック形成工程）。

凝集工程で用いられる無機凝集剤としては、塩化鉄等の鉄系無機凝集剤、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられ、薬品コストおよび凝集ｐＨ範囲等の点から、鉄系無機凝集剤が好ましい。

無機凝集剤の添加量は、添加したマグネシウム塩の量に対して重量比で０．１〜１０倍量の範囲であることが好ましく、１〜５倍量の範囲であることがより好ましい。無機凝集剤の添加量が添加したマグネシウム塩の量に対して重量比で０．１倍量未満であると、凝集が不十分となる場合があり、１０倍量を超えると、汚泥発生量が過剰になる場合がある。

凝集工程におけるｐＨは、例えば、３〜１１の範囲である。凝集工程におけるｐＨが３未満、または１１を超えると、凝集不良を生じる場合がある。さらに、凝集工程におけるｐＨが９未満となると、フロックからシリカが溶け出してしまうことがあることから、ｐＨ９〜１１の範囲で凝集工程を行うことが望ましい。

凝集工程における温度は、例えば、１℃〜８０℃の範囲である。凝集工程における温度が１℃未満、または８０℃を超えると、凝集不良を生じる場合がある。

フロック形成工程で用いられる高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸エステル系等のカチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤等が挙げられ、凝集性等の点から、アニオン系高分子凝集剤が好ましい。

市販の高分子凝集剤としては、オルフロックＯＡ−３Ｈ（オルガノ株式会社製）等のアニオン系高分子凝集剤が挙げられる。

高分子凝集剤の添加量は、原水の水量に対して０．１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲であることが好ましく、１〜５ｍｇ／Ｌの範囲であることがより好ましい。高分子凝集剤の添加量が原水の水量に対して０．１ｍｇ／Ｌ未満であると、フロック形成が向上しない場合があり、１０ｍｇ／Ｌを超えると、処理水中に溶存の高分子凝集剤が残留してしまう場合がある。

フロック形成工程におけるｐＨは、例えば、３〜１１の範囲である。フロック形成工程におけるｐＨが３未満、または１１を超えると、凝集不良を生じる場合がある。さらに、フロック工程におけるｐＨが９未満となると、フロックからシリカが溶け出してしまうことがあることから、ｐＨ９〜１１の範囲でフロック形成工程を行うことが望ましい。

フロック形成工程における温度は、例えば、１℃〜８０℃の範囲である。フロック形成工程における温度が１℃未満、または８０℃を超えると、凝集不良を生じる場合がある。

上記凝集処理では、凝集工程およびフロック形成工程として、無機凝集剤および高分子凝集剤を用いているが、無機凝集剤、高分子凝集剤等のうちの少なくとも１つを用いればよく、鉄系無機凝集剤およびアニオン系高分子凝集剤のうちの少なくとも１つを用いることが好ましい。マグネシウム塩と反応し不溶化されたシリカを凝集させる際、鉄系無機凝集剤およびアニオン系高分子凝集剤のうちの少なくとも１つを用いることで、凝集性および固液分離性が向上する。

固液分離工程では、例えば、沈殿槽において、フロック形成された凝集物が固液分離される（固液分離工程）。固液分離で得られた前処理水は、逆浸透膜処理装置１２へ送液される。一方、汚泥は、汚泥配管を通して排出される。汚泥は、回収、再利用されてもよい。

固液分離工程における固液分離としては、自然沈降による沈降分離の他に、加圧浮上処理、膜ろ過処理等が挙げられ、分離性等の点から、沈降分離が好ましい。

［前処理工程：石灰軟化法による硬度成分除去］
被処理水が硬度成分を含む場合、石灰軟化法により硬度成分を除去すればよい。硬度成分は一次硬度と永久硬度とに分類され、一次硬度は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ剤によって、永久硬度は炭酸ナトリウム（ＮａＣＯ_３）等の炭酸塩の添加によって除去される。本明細書では便宜上、炭酸塩もアルカリ剤として記載する。すなわち、前処理工程において、被処理水にアルカリ剤が添加され、硬度成分が不溶化される（アルカリ剤反応工程）。

用いられるアルカリ剤としては、例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸水素カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２）、炭酸水素マグネシウム（Ｍｇ（ＨＣＯ_３）_２）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）等が挙げられ、これらのうち一つ以上を用いることができる。すなわち、必要に応じて水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムをそれぞれ添加することも可能である。不溶化効率等の観点から炭酸ナトリウムが好ましい。

アルカリ剤反応工程におけるｐＨはアルカリ条件であればよく、特に制限はないが、例えば、ｐＨ９〜１３の範囲であり、１１〜１２の範囲であることが好ましい。アルカリ剤反応工程におけるｐＨが９未満であると、硬度成分除去率が低くなり、１３を超えると、アルカリ剤の添加量が多くなる場合がある。

アルカリ剤反応工程における温度は、硬度成分の不溶化反応が進行する温度であればよく、特に制限はないが、例えば、１℃〜８０℃の範囲である。アルカリ剤反応工程における温度が１℃未満であると、硬度成分の不溶化反応が不十分となる場合があり、８０℃を超えると、設備の耐熱温度が問題となる場合がある。

アルカリ剤反応工程における反応時間は、硬度成分の不溶化反応が進行することができればよく、特に制限はないが、例えば、１０分〜３０分の範囲である。アルカリ剤反応工程における反応時間が１０分未満であると、硬度成分の不溶化反応が不十分となる場合があり、３０分を超えると、反応槽が大きくなって設備コストが高くなる場合がある。

アルカリ剤の添加量は、被処理水中の硬度成分のモル濃度に対して、１．０〜２．０倍量の範囲であることが好ましく、１．０〜１．２倍量の範囲であることがより好ましい。アルカリ剤の添加量が被処理水中の硬度成分のモル濃度に対して１．０倍量未満であると、硬度成分の不溶化反応が不十分となる場合があり、２．０倍量を超えると、薬品コストが高くなる場合がある。

以降の凝集処理工程および固液分離工程は、上記前処理工程（マグネシウム塩によるシリカ除去）と同様である。固液分離で得られた前処理水は、逆浸透膜処理装置１２へ送液される。

［前処理工程：樹脂軟化法による硬度成分除去］
被処理水が硬度成分を含む場合の樹脂軟化法による前処理工程において、例えば、イオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔に被処理水が通液され、硬度成分が吸着除去される（イオン交換工程）。イオン交換処理で得られた前処理水は、逆浸透膜処理装置１２へ送液される。

イオン交換工程で用いられるイオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂であり、例えば、Ａｍｂｅｒｒｅｘ１００Ｎａ、ＩＲＣ−７６（オルガノ株式会社製）等が挙げられる。

イオン交換樹脂の再生が必要になった場合は、再生剤が通液されることによりイオン交換樹脂が再生される。

用いられる再生剤としては、塩酸、硫酸、硝酸等の酸水溶液、塩化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液等が挙げられ、これらのうち一つ以上を用いることができる。すなわち、必要に応じて酸水溶液で再生をしたのちに、塩化ナトリウム水溶液で追加再生をすることも可能である。誘引溶液の再利用等の観点から、酸水溶液、塩化ナトリウム水溶液が好ましい。酸水溶液で再生されれば、イオン交換樹脂はＨ形となり、塩化ナトリウム水溶液で再生されれば、イオン交換樹脂はＮａ形となる。

［濃縮処理工程］
濃縮処理手段としては、前処理水を濃縮することができるものであればよく、特に制限はないが、逆浸透膜処理装置の他に、ナノろ過膜等を用いる膜ろ過装置、蒸留装置、電気透析装置等のうち一つ以上を用いることができる。すなわち、必要に応じて逆浸透膜処理装置によって得られた濃縮水を電気透析処理によってさらに濃縮してもよいし、第１の逆浸透処理によって得られた濃縮水を第２の逆浸透処理によってさらに濃縮してもよい。前処理水中のＴＤＳが低い場合に効率的に処理することができる等の点から、逆浸透膜処理装置が好ましい。

逆浸透膜処理装置で使用される逆浸透膜としては、純水製造用途や排水回収等の用途に使用される超低圧逆浸透膜、低圧逆浸透膜の他に、海水淡水化等の用途に使用される中圧逆浸透膜や高圧逆浸透膜等が挙げられる。超低圧逆浸透膜、低圧逆浸透膜としては、例えば、ＥＳ１５（日東電工製）、ＴＭ７２０Ｄ（東レ製）、ＢＷ３０ＨＲＬＥ（ダウケミカル製）、ＬＦＣ３−ＬＤ（Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ製）が挙げられる。高圧逆浸透膜としては、例えば、ＳＷＣ５−ＬＤ（Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ製）、ＴＭ８２０Ｖ（東レ製）、ＸＵＳ１８０８０８（ダウケミカル製）が挙げられる。

濃縮処理工程において、ｐＨ調整剤や、系内での無機塩のスケーリングを抑制するスケール分散剤、系内での微生物発生を抑制する殺菌剤等の薬品を添加してもよい。

［正浸透膜処理工程］
正浸透膜処理工程で用いられる正浸透膜の形状としては、特に制限はないが、例えば、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラ膜、プレートアンドフレーム構造の膜等を使用することができる。正浸透膜の膜材質としては、芳香族ポリアミド系、酢酸セルロース系等が挙げられる。また、分離膜の基材に、機能性たんぱく質や無機材料等を組み込んで分離性能や透水性等を付与した膜を用いることも可能である。正浸透膜としては、例えば、ＨＰ５２３０（東洋紡製）、ＨＦＦＯ２（アクアポリン製）、ＯｓｍｏＦ２Ｏ（Ｆｒｕｉｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ製）が挙げられる。これら正浸透膜は、単段で使用してもよいし、複数段を直列に接続して使用してもよい。すなわち、第１の正浸透膜処理によって得られた濃縮水を第２の正浸透膜処理によってさらに濃縮してもよい。

正浸透膜処理工程で用いられる誘引溶液としては、上記の通り、マグネシウム塩水溶液、アルカリ剤水溶液、酸水溶液、塩化ナトリウム水溶液等が挙げられる。また、上記以外にも、本水処理装置で使用する薬品であれば制限なく使用することができる。すなわち、凝集処理工程で使用される各種凝集剤や、濃縮処理工程で使用されるスケール分散剤や殺菌剤等を、誘引溶液として用いることも可能である。

正浸透膜処理工程において複数段の正浸透膜処理を行う場合、上記誘引溶液を組み合わせて用いてもよい。例えば、第１の正浸透膜処理工程の誘引溶液として塩化ナトリウム水溶液を用い、第２の正浸透膜処理工程の誘引溶液としてマグネシウム塩水溶液を用いる。また、例えば、第１の正浸透膜処理工程によって得られた希薄塩化ナトリウム溶液は、軟化樹脂の再生液として、第２の正浸透膜処理工程によって得られた希薄マグネシウム塩溶液は、溶解性シリカ除去工程のマグネシウム源として使用することができる。

［水処理装置の他の例］
本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例の概略構成を図２に示す。図２に示す水処理装置３は、水酸化マグネシウムと酸とを混合し、ｐＨ７以下で反応させて、誘引溶液として使用するマグネシウム塩水溶液を調製する調製手段として、誘引溶液調製槽３０をさらに備える。

図２の水処理装置３において、誘引溶液調製槽３０の出口と正浸透膜処理装置１４の誘引溶液入口とは、誘引溶液配管３２により接続されている。

図１の水処理装置１と同様にして、溶解性シリカ除去工程および硬度成分除去工程のうちいずれか１つを含む前処理工程と、前処理工程で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理工程と、が行われる。

一方、誘引溶液調製槽３０において、水酸化マグネシウムと酸とが混合され、ｐＨ７以下で反応されて、誘引溶液として使用するマグネシウム塩水溶液が調製される（調製工程）。

逆浸透膜処理により得られた濃縮水は、正浸透膜処理装置１４において正浸透膜処理される（正浸透膜処理工程）。正浸透膜処理装置１４において、誘引溶液調製槽３０で調製された誘引溶液が誘引溶液配管３２を通して正浸透膜の２次側に送液され、正浸透膜を介して、濃縮水と誘引溶液を存在させることにより、浸透圧で水が誘引溶液に移動される。

正浸透膜処理工程で使用された希薄誘引溶液は、希薄誘引溶液配管２６を通して前処理装置１０へ送液され、前処理装置１０において前処理工程で使用される。

調製工程で用いられる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等が挙げられ、難溶解性物質生成抑制等の観点から、塩酸または硝酸が好ましい。

調製工程におけるｐＨは７以下であればよく、特に制限はないが、例えば、ｐＨ１〜７の範囲であり、２〜５の範囲であることが好ましい。調製工程におけるｐＨが７を超えると、マグネシウム塩の溶解が不十分となる場合があり、１未満であると、酸の添加量が過剰となる場合がある。

調製工程における温度は、マグネシウム塩の溶解反応が進行する温度であればよく、特に制限はないが、例えば、１℃〜８０℃の範囲である。調製工程における温度が１℃未満であると、マグネシウム塩の溶解反応が不十分となる場合があり、８０℃を超えると、設備の耐熱性等が問題となる場合がある。

調製工程における反応時間は、マグネシウム塩の溶解反応が進行することができればよく、特に制限はないが、例えば、５分〜１２０分の範囲である。調製工程における反応時間が５分未満であると、マグネシウム塩の溶解反応が不十分となる場合があり、１２０分を超えると、設備が課題となる場合がある。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
ＴＤＳ１００ｐｐｍ、溶解性シリカ１５ｐｐｍを含む工業用水について、図１に記載の水処理装置を用いて濃縮処理を実施した。逆浸透膜処理装置によって、ＴＤＳ８％まで濃縮した。この濃縮水を正浸透膜処理装置（正浸透膜：ＨＰ５２３０（東洋紡製））に供給し、さらに誘引溶液として３０重量％塩化マグネシウム溶液を供給し、ＴＤＳ２０％のＦＯ濃縮水を得た。正浸透膜処理によって希釈された希薄塩化マグネシウム溶液は、溶解性シリカ除去装置にそのまま添加した。正浸透膜処理に用いたエネルギーコストを算出した。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
実施例１で用いた水処理装置において、正浸透膜処理装置の代わりにエバポレータを用いた濃縮操作を実施し、同じくＴＤＳ２０％の濃縮水を得た。エバポレータに用いたエネルギーコストを算出し、実施例１と比較した。結果を表１に示す。

＜比較例２＞
実施例１で用いた水処理装置において、正浸透膜処理装置の誘引溶液として、３０重量％炭酸アンモニウム溶液を用い、同じくＴＤＳ２０％の濃縮水を得た。正浸透膜処理によって希釈された希薄炭酸アンモニウム溶液は、再生装置に送り、熱による再生を実施した（再生工程）。正浸透膜処理に用いたエネルギーコストを算出した（再生工程に供したエネルギーを含む）。結果を表１に示す。

このように、実施例１の処理方法により、比較例１，２の処理方法に比べて、低いエネルギーコストで濃縮することができ、溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水を低コストで処理することができることがわかった。

１，３，５ 水処理装置、１０，５０ 前処理装置、１２ 逆浸透膜処理装置、１４，５２ 正浸透膜処理装置、１６ 被処理水配管、１８ 前処理水配管、２０ 濃縮水配管、２２ 透過水配管、２４，３２ 誘引溶液配管、２６ 希薄誘引溶液配管、２８ ＦＯ濃縮水配管、３０ 誘引溶液調製槽、５４ 誘引溶液槽、５６ 加熱装置。

Claims (10)

1. 溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理装置であって、
   溶解性シリカ除去手段および硬度成分除去手段のうちいずれか１つを備える前処理手段と、
   前記前処理手段で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理手段と、
   前記濃縮処理手段で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理手段と、
   を備え、
   前記正浸透膜処理手段で使用された希薄誘引溶液が前記前処理手段で使用されることを特徴とする、水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置であって、
   前記濃縮処理手段は、逆浸透膜処理手段であることを特徴とする、水処理装置。
3. 請求項１または２に記載の水処理装置であって、
   前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液がマグネシウム塩水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用されたマグネシウム塩希薄水溶液が、前記溶解性シリカ除去手段で使用されることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１または２に記載の水処理装置であって、
   前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液がアルカリ剤水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用されたアルカリ剤希薄水溶液が、前記硬度成分除去手段で使用されることを特徴とする水処理装置。
5. 請求項１または２に記載の水処理装置であって、
   前記正浸透膜処理手段で用いる誘引溶液が酸水溶液または塩化ナトリウム水溶液であり、前記正浸透膜処理手段で使用された酸希薄水溶液または塩化ナトリウム希薄水溶液が、前記硬度成分除去手段で使用されることを特徴とする水処理装置。
6. 溶解性シリカおよび硬度成分のうち少なくとも１つを含む被処理水の処理を行う水処理方法であって、
   溶解性シリカ除去工程および硬度成分除去工程のうちいずれか１つを含む前処理工程と、
   前記前処理工程で得られた前処理水を濃縮処理する濃縮処理工程と、
   前記濃縮処理工程で得られた濃縮水を正浸透膜処理する正浸透膜処理工程と、
   を含み、
   前記正浸透膜処理工程で使用した希薄誘引溶液を前記前処理工程で使用することを特徴とする、水処理方法。
7. 請求項６に記載の水処理方法であって、
   前記濃縮処理工程は、逆浸透膜処理工程であることを特徴とする、水処理方法。
8. 請求項６または７に記載の水処理方法であって、
   前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液がマグネシウム塩水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用したマグネシウム塩希薄水溶液を、前記溶解性シリカ除去工程で使用することを特徴とする水処理方法。
9. 請求項６または７に記載の水処理方法であって、
   前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液がアルカリ剤水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用したアルカリ剤希薄水溶液を、前記硬度成分除去工程で使用することを特徴とする水処理方法。
10. 請求項６または７に記載の水処理方法であって、
    前記正浸透膜処理工程で用いる誘引溶液が酸水溶液または塩化ナトリウム水溶液であり、前記正浸透膜処理工程で使用した酸希薄水溶液または塩化ナトリウム希薄水溶液を、前記硬度成分除去工程で使用することを特徴とする水処理方法。

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