JP2021037499A - 排水の処理方法及び排水の処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程1と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程2とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて軟水処理工程1で用いる、排水の処理方法。
【選択図】図1
Description
また、装置によっては、定期的に該装置を化学的、物理的に洗浄する必要があり、その際にも各種の薬剤を使用する必要がある。例えば、キレート樹脂やイオン交換樹脂を用いた処理では、キレート樹脂やイオン交換樹脂を定期的に薬剤で洗浄して、性能を回復させる必要がある。
すなわち、本発明の第1の態様は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程で用いる、排水の処理方法である。
近年、人口増加、生活水準の向上に伴い、上水使用量が増加して、水資源が不足している。また、河川や排水の水質劣化が進行して、その対策が世界各地で急務となっている。例えば、水資源の持続的な使用を目的として、再生水を利用するための事業が検討されている。
1次処理では、大きなごみ(SS:浮遊物質;具体的には、ふん尿が混合した汚水中の固形物)を除去する処理である。
2次処理では、1次処理で取り除けなかった汚水中の有機物を微生物の働きによって除去する処理である。具体的には、簡易ばっ気処理、活性汚泥処理、メタン発酵処理等を行う。
3次処理(高度処理、後処理)では、窒素、リン、難分解性物質等を化学的、物理的、生物学的方法で除去する。
化学的処理としては、凝集剤などを用いた汚濁物質分離、オゾンなどの酸化剤により汚濁物質分解等が挙げられる。
物理的処理としては、活性炭吸着や膜処理による分離がある。
該膜処理による分離に用いられる膜としては、逆浸透膜(RO膜;Reverse osmosis membrane)、限外ろ過膜(UF膜;Ultrafiltration membrane)、精密ろ過膜(MF膜;Microfiltration membrane)等が利用されている。その中でも、逆浸透膜を用いた膜処理は、イオンや塩類など水以外の不純物を直接的に除去することができるという観点から、注目されている。
また、装置によっては、定期的に該装置を化学的、物理的に洗浄する必要があり、その際にも各種の薬剤を使用する必要がある。例えば、キレート樹脂やイオン交換樹脂を用いた処理では、キレート樹脂やイオン交換樹脂を定期的に薬剤で洗浄して、性能を回復させる必要がある。
第1の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程1と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程2とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程1で用いる、排水の処理方法である。
第1の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図1に示す通りである。
本実施形態の排水の処理方法における排水(被処理水)としては、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含み、再利用や河川などへの放流ができない有機性廃水が挙げられる。具体的には、海水、し尿、ゴミの埋め立て地の浸出水等の塩類濃度が高い有機性廃水等が挙げられる。これらは一般的に、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、シリカ(イオン状シリカ、コロイド状シリカ)、塩化物イオン、炭酸イオン等の不純物(以下、各種イオン成分ともいう)を含んでいる。
また、排水のアルカリ金属イオン濃度の下限値は0.01mg/L以上であることが好ましい。一方で、排水のアルカリ金属イオン濃度の上限値は、特に限定されず、例えば、500mg/L以下である。
一方、陰イオンの濃度は、イオンクロマトグラフ分析装置(ICA−2000;東亜ディーケーケー社製)を用いて測定した値を意味する。
軟水処理工程1は、排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する工程である。
カルシウムイオンに炭酸イオンを作用させて、溶解度の低い炭酸カルシウムとして析出させることで、上記排水からカルシウムイオンを除去することができる。
ライムソーダ法とは、排水がアルカリ領域となるようにpHを調整した後、該排水に炭酸ナトリウムを添加することで、該排水に含まれるカルシウムイオンを炭酸カルシウムとして沈殿除去する方法である。
図1に示す通り、本実施形態における排水の処理方法では、該排水のpHの調整は、後述する電気分解工程2により得られるアルカリ性水溶液を用いて、行うことができる。
ここで「T−Ca濃度」とは、排水中の全カルシウム濃度であって、イオンだけでなく、溶解して未解離のカルシウム塩も含むものである。
電気分解工程2は、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る工程である。
具体的には、電子伝導性を有する1対の電極(陽極;アノード、陰極;カソード)と、イオン伝導性を有する電解質に、電圧をかけることでアノードでは酸化反応、カソードでは還元反応を起こして、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る方法である。
NaCl+2H2O=NaOH+HCl+H2+1/2O2・・・(1)
一方、後述する3室電気分解装置(図8)では、カソード室には水酸化ナトリウム水溶液、アノード室には塩酸が得られる。
この反応で得られる水酸化ナトリウムは、上述した軟水処理工程1で用いられる。
H2=2H++2e−・・・(2)
NaCl+H2O=NaOH+HCl・・・(3)
なお、上記洗浄は、電気分解工程2で酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを継続的に得るために、必要な工程であるため、電気分解工程2で用いる電気分解装置の停止時に行う工程であっても、電気分解工程2に含まれるものである。すなわち、本明細書において、該酸性水溶液を、電気分解工程2で用いる電気分解装置の装置内の洗浄に用いる場合も、該酸性水溶液を、電気分解工程2で用いると表現する。
なお、軟水処理工程1において、アルカリ性に調整された上記排水を、中性にする工程も、後の電気分解工程2で用いる排水のpHを調整する工程であるため、電気分解工程2に含まれるものである。すなわち、本明細書において、該酸性水溶液を、電気分解工程2で用いる電気分解装置に供給される排水のpHを調整するために用いる場合も、該酸性水溶液を、電気分解工程2で用いると表現する。
本実施形態の排水の処理方法は、その他の任意工程を有してもよい。該任意工程としては、上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程;上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程;上記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程が挙げられる。
また、逆浸透膜処理工程を行う場合、前記逆浸透膜処理工程の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に電気分解工程2で得られる酸性水溶液を混合する工程を有していてもよい。
なお、上記逆浸透膜処理工程は、上記軟水処理工程1の前に行ってもよく、上記軟水処理工程1の後に行ってもよく、上記軟水処理工程1の前後両方で行ってもよい。
各任意工程の詳細は後述する。
第2の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程1と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程3と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程2と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程4とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程1で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程2で用いる、排水の処理方法である。
第2の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図3に示す通りである。
軟水処理工程1は、上述した第1の実施形態の排水の処理方法と同様である。
電気透析工程3は、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する工程である。
具体的には、多数の電気透析膜を配列し、交互に形成した濃縮室と希釈室とを備える電気透析装置に前記炭酸カルシウムが除去された排水を供給して、通電することにより濃縮室には各種イオン成分が高濃度に含まれる電気透析濃縮水を得ることができ、希釈室には各種イオン成分が低濃度に含まれる電気透析希釈水を得ることができる。
多価イオンの少ない透析用水を電気透析工程3で用いる電気透析装置における濃縮室に供給することにより、後述の電気分解装置の酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
これにより、電気透析工程3に用いられる電気透析装置が有する1価陰イオン選択透過性イオン交換膜及び1価陽イオン選択透過性イオン交換膜の劣化をより防止することができる。
電気分解工程2は、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る工程である。具体的な方法は、上述した第1の実施形態の排水の処理方法を同様であるが、本実施形態は電気分解工程2の前に電気透析工程3を有するため、排水中のアルカリ金属イオン(1価のカチオン)の濃度を高めることができ、より効率的にアルカリ性水溶液を得ることができる。
具体的に、該電気透析濃縮水の電気分解装置のカソード室及びアノード室の供給量の比率(カソード室供給量:アノード室供給量)は、1:1.2〜1:3であることが好ましく、1:1.5〜1:2.5であることがより好ましい。
逆浸透膜処理工程4は、炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する工程である。
ここで、逆浸透膜(RO膜;Reverse Osmosis Membrane)は、水を通しイオンや塩類など水以外の不純物は透過しない性質を持つ膜である。
ここで、全蒸発残留物(TDS)は、水中に浮遊・溶解して含まれる物質であり、該水を蒸発させた際に残留する物質の総量である。
例えば、供給水中の全蒸発残留物(TDS)の含有量が、10000mg/L超である場合は、高圧逆浸透膜が用いられる。供給水中の全蒸発残留物(TDS)の含有量が、1000mg/L超10000mg/L以下である場合は、中圧逆浸透膜が用いられる。供給水中の全蒸発残留物(TDS)の含有量が、1000mg/L以下である場合は、低圧逆浸透膜が用いられる。
本実施形態の逆浸透膜処理工程において、5.5MPa(800psi)の耐圧仕様の高圧逆浸透膜を併用することでより高く浸透膜処理水を回収することができる。
例えば、軟水処理工程1の処理水に炭酸カルシウムが残留し、かつ、シリカ(イオン状シリカ、コロイド状シリカ)を含有する場合は、同処理水と該酸性水溶液を混合して、排水のpHを調整することにより、該排水中に含まれる炭酸カルシウムの析出を防ぎ、SiO2のイオン化を維持させてSiO2の沈殿によるスケール形成を阻止することができる。
一方で、その後の逆浸透膜処理工程4では、電気分解工程2により得られる酸性水溶液を用いて、前記炭酸カルシウムが除去された排水のpHを、好ましくは9.5程度、より好ましくは、8.5〜9.5に調整することが好ましい。
第2の実施形態の排水の処理方法は、第1の実施形態の排水の処理方法にさらに電気透析工程3及び逆浸透膜処理工程4を有する。第2の実施形態の排水の処理方法は、電気透析工程3を有するため、排水中のアルカリ金属イオンの濃度を高めることができ、後の電気分解工程2において、より効率的にアルカリ性水溶液を得ることができる。
また、第2の実施形態の排水の処理方法は、逆浸透膜処理工程4を有するため、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物(TDS)の含有量がより低減された処理水(逆浸透膜処理水)を得ることができる。
さらに、第2の実施形態の排水の処理方法が、逆浸透膜処理工程4の前に、本実施形態の逆浸透膜処理工程4で用いる排水(炭酸カルシウムが除去された排水及び/又は電気透析希釈水)と上述した電気分解工程2によって得られる酸性水溶液とを混合する工程を有する場合は、SiO2の除去性をより向上させることができる。
第3の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程1と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程3と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程2と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程4とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程1で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程2で用いる、排水の処理方法である。
第3の実施形態の排水の処理方法の模式図は、図4に示す通りである。
次亜塩素酸ナトリウム製造工程は、電気透析濃縮水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する工程である。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造するための電気分解装置を用いて、該電気分解装置のアノード触媒を適宜選択することにより、下記式(4)のような反応が起こり、排水中に含まれる塩化物イオンから次亜塩素酸ナトリウムを製造することができる。
2Cl−=Cl2+2e−
2NaOH+Cl2→NaCl+NaClO+H2O ・・・(4)
そのため、第3の実施形態の排水の処理方法では、上述した第1及び第2の実施形態の排水の処理方法の効果に加えて、処理水(逆浸透膜処理水)の消毒剤として用いる次亜塩素酸ナトリウム水溶液をオンサイトで次亜塩素酸ナトリウム製造工程において製造し、処理水(逆浸透膜処理水)に添加することで該次亜塩素酸ナトリウム水溶液を消毒剤として利用することができる。次亜塩素酸成分はアルカリ域では次亜塩素酸イオンとして、酸性域では次亜塩素酸として安定に存在し、電気分解する溶液のpHを変えることでいずれも製造することができる。殺菌力は後者においてより高まることが知られている。本明細書における次亜塩素酸ナトリウムは、それらを総称している。
第4の実施形態の排水の処理方法は、上述した第2の実施形態の排水の処理方法の前に、さらに、逆浸透膜処理工程を有する排水の処理方法である。
なお、便宜上、上述したような軟水処理工程の後に行う逆浸透膜処理工程を第2の逆浸透膜処理工程とし、軟水処理工程の前に行う逆浸透膜処理工程を第1の逆浸透膜処理工程とする。
すなわち、第4の実施形態の排水の処理方法は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、前記排水を第1の逆浸透膜を用いて、第1の逆浸透膜処理水と第1の逆浸透膜濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜処理工程6と、前記第1の逆浸透膜濃縮水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、軟水処理工程1と、前記炭酸カルシウムが除去された第1の逆浸透膜濃縮水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程3と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程2と、前記炭酸カルシウムが除去された第1の逆浸透膜濃縮水の一部を第2の逆浸透膜を用いて、第2の逆浸透膜処理水と第2の逆浸透膜濃縮水とに分離する第2の逆浸透膜処理工程4とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて軟水処理工程1で用い、前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて電気分解工程2で用いる、排水の処理方法である。
第1の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第1の循環部とを備える、排水の処理装置である。
第1の実施形態の排水の処理装置について、図6を用いて詳細に説明する。
排水を供給する排水流入管10が晶析装置110に接続されている。晶析装置110の出口側には、晶析処理水排出管11、晶析処理水カソード室供給管12、及び晶析処理水アノード室供給管13が接続されている。晶析装置110は、晶析処理水カソード室供給管12及び晶析処理水アノード室供給管13を介して電気分解装置120に接続されている。電気分解装置120の出口側には、アルカリ性水循環管14、洗浄用酸性水循環管15及びpH調整用酸性水循環管16が接続されている。アルカリ性水循環管14は排水流入管10に接続され、電気分解装置120は、アルカリ性水循環管14及び排水流入管10を介して晶析装置110に接続されている。pH調整用酸性水循環管16は晶析処理水排出管11に接続されている。
電気分解装置120として、具体的には、図7に示す2室電気分解装置121、図8に示す3室電気分解装置125等が挙げられる。
該導電性金属としては、チタン等が挙げられる。
該触媒としては、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属;チタン、タンタル等の弁金属(バルブメタル);該弁金属(バルブメタル)の酸化物などが挙げられる。
また、該触媒層の厚さは0.1〜100μmが好ましい。
触媒の密着力を高めるために、該導電性金属には粗面化処理が行われていることが好ましい。該粗面化処理としては、粉末を吹き付けるブラスト処理、可溶性の酸を用いたエッチング、プラズマ溶射等が挙げられる。
その中でも、より塩素の発生を抑制することができるという観点から、水素ガス拡散電極を用いることが好ましい。
触媒粒子として、具体的には、白金、ルテニウム等が挙げられる。
水素ガス拡散電極の支持体としては、触媒粒子を有する導電性のカーボン材料(シート、クロス、ペーパー等)上に疎水性樹脂を固定したものが挙げられる。
給電部としては、酸性に耐久性のある材料で作製した金属メッシュ等の多孔性板が挙げられる。上記支持体と給電部とは、圧着により接合されている。
該導電性金属としては、チタン、ニッケル、鉄、ステンレス、カーボン等が挙げられる。
該触媒としては、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属;チタン、タンタル等の弁金属(バルブメタル);該弁金属(バルブメタル)の酸化物などが挙げられる。
また、カソード123としては、白金めっきを施した導電性金属を用いてもよい。
3室電気分解装置125においては、電気分解は中間室131のみで行われ、中間室131で発生したイオンが、両側のアノード室130、及びカソード室132に移動する。
また該酸性水溶液(例えば、塩酸)は、pH調整用酸性水循環管16を介して、晶析処理水排出管11中の排水(上記排水から炭酸カルシウムが除去された排水;晶析処理水ともいう)に供給され、該排水のpHを調整するために用いられる。なお、図示してはいないが、pH調整用酸性水循環管16と晶析処理水排出管11とが接続している部分が混合部(上記炭酸カルシウムが除去された排水に酸性水溶液が混合される部分)である。
また、本実施形態の排水の処理装置が逆浸透膜処理装置を備える場合、逆浸透膜処理装置の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に電気分解装置で得られる酸性水溶液を混合する混合部を備えていてもよい。
なお、上記逆浸透膜処理装置は、上記晶析装置の前に備えていてもよく、上記晶析装置の後に備えていてもよく、上記晶析処理装置の前後両方に備えていてもよい。
各任意の装置の詳細は後述する。
第2の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置と、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第1の循環部と前記酸性水溶液の少なくとも一部を前記電気分解装置に循環させる第2の循環部とを備える、排水の処理装置である。
第2の実施形態の排水の処理装置について、図9を用いて詳細に説明する。
排水を供給する排水流入管20が晶析装置210に接続されている。晶析装置210の出口側には、晶析処理水排出管21、晶析処理水電気透析濃縮室供給管22、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管23が接続されている。晶析装置210は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管22及び晶析処理水電気透析希釈室供給管23を介して電気透析装置230に接続されている。また、晶析装置210は、晶析処理水排出管21を介して、逆浸透膜処理装置240と接続されている。電気透析装置230の出口側には、電気透析希釈水排出管24、電気透析濃縮水カソード室供給管25、及び電気透析濃縮水アノード室供給管26が接続されている。電気透析装置230は、電気透析濃縮水カソード室供給管25、及び電気透析濃縮水アノード室供給管26を介して、電気分解装置220と接続されている。また、電気透析装置230は、電気透析希釈水排出管24及び晶析処理水排出管21を介して、逆浸透膜処理装置240と接続されている。電気分解装置220の出口側には、アルカリ性水循環管27、洗浄用酸性水循環管28、及びpH調整用酸性水循環管29が接続されている。電気分解装置220は、アルカリ性水循環管27及び排水流入管20を介して晶析装置210と接続されている。また、電気分解装置220は、pH調整用酸性水循環管29及び晶析処理水排出管21を介して逆浸透膜処理装置240と接続されている。さらに、電気分解装置220は、電気透析用酸性水循環管30、晶析処理水電気透析濃縮室供給管22、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管23を介して、電気透析装置230に接続されている。逆浸透膜処理装置240の出口側には、逆浸透膜濃縮水排出管31及び逆浸透膜処理水排出管32が接続されている。
1価イオン選択透過性イオン交換膜を有する電気透析装置231は、アノード232及びカソード233を備える。さらに、その間に1価陰イオン選択透過性イオン交換膜234と1価陽イオン選択透過性イオン交換膜235とをそれぞれ交互に備えることにより、電気透析希釈室236及び電気透析濃縮室237に分けられている。
カソード233として、具体的には、上述したカソード123と同様のものを用いることができる。
1価陰イオン選択透過性イオン交換膜234として、具体的には、ACS(アストム社製)等を用いることができる。
1価陽イオン選択透過性イオン交換膜235として、具体的には、CIMS(アストム社製)等を用いることができる。
多価イオンの少ない透析用水を電気透析装置(電気透析装置の濃縮室)に供給することにより、後述の電気分解装置の酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の製造効率を向上させることができる。
逆浸透膜の市販例としては、東レ社製のTM720−400等が挙げられる。
また、第2の実施形態の排水の処理装置は、逆浸透膜処理装置を備えるため、排水に含まれるイオンや塩類など水以外の不純物を除去することができ、全蒸発残留物(TDS)の含有量がより低減された処理水(逆浸透膜処理水)を製造することができる。
第3の実施形態の排水の処理装置は、第2の実施形態の排水の処理装置にさらに次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備える装置である。
なお、晶析装置310、電気透析装置330、電気分解装置320、及び逆浸透膜処理装置340はそれぞれ上述した第1及び第2の実施形態の排水の処理装置で説明した装置と同様の装置が挙げられる。
第3の実施形態の排水の処理装置について、図11を用いて詳細に説明する。
排水を供給する排水流入管40が晶析装置310に接続されている。晶析装置310の出口側には、晶析処理水排出管41、晶析処理水電気透析濃縮室供給管42、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管43が接続されている。晶析装置310は、晶析処理水電気透析濃縮室供給管42及び晶析処理水電気透析希釈室供給管43を介して電気透析装置330に接続されている。また、晶析装置310は、晶析処理水排出管41を介して、逆浸透膜処理装置340と接続されている。電気透析装置330の出口側には、電気透析希釈水排出管44、電気透析濃縮水カソード室供給管45、電気透析濃縮水アノード室供給管46、及び電気透析濃縮水供給管53が接続されている。電気透析装置330は、電気透析濃縮水カソード室供給管45、及び電気透析濃縮水アノード室供給管46を介して、電気分解装置320と接続されている。また、電気透析装置330は、電気透析希釈水排出管44及び晶析処理水排出管41を介して、逆浸透膜処理装置340と接続されている。さらに、電気透析装置330は、電気透析濃縮水供給管53を介して次亜塩素酸ナトリウム製造装置350に接続されている。電気分解装置320の出口側には、アルカリ性水循環管47、洗浄用酸性水循環管48、pH調整用酸性水循環管49、及び電気透析用酸性水循環管50が接続されている。電気分解装置320は、アルカリ性水循環管47及び排水流入管40を介して晶析装置310と接続されている。また、電気分解装置320は、pH調整用酸性水循環管49及び晶析処理水排出管41を介して逆浸透膜処理装置340と接続されている。さらに、電気分解装置320は、電気透析用酸性水循環管50、晶析処理水電気透析濃縮室供給管42、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管43を介して、電気透析装置330に接続されている。逆浸透膜処理装置340の出口側には、逆浸透膜濃縮水排出管51及び逆浸透膜処理水排出管52が接続されている。
次亜塩素酸ナトリウム製造装置350として、具体的には、図12に示す1室電気分解装置351が挙げられる。1室電気分解装置351は、アノード352とカソード353を備える。
該排水を電気分解することにより、次亜塩素酸ナトリウムが製造される。
第4の実施形態の排水の処理装置は、上述した第2の実施形態の排水の処理装置に、さらに、逆浸透膜処理装置を備える排水の処理装置である。
すなわち、第4の実施形態の排水の処理装置は、少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、前記排水を第1の逆浸透膜を用いて、第1の逆浸透膜処理水と第1の逆浸透膜濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜処理装置と、前記第1の逆浸透膜濃縮水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、前記炭酸カルシウムが除去された第1の逆浸透膜濃縮水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置と、前記電気透析濃縮水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解装置と、前記炭酸カルシウムが除去された第1の逆浸透膜濃縮水の一部を第2の逆浸透膜を用いて、第2の逆浸透膜処理水と第2の逆浸透膜濃縮水とに分離する第2の逆浸透膜部とを有し、前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第1の循環部と前記酸性水溶液の少なくとも一部を前記電気分解装置に循環させる第2の循環部とを備える、排水の処理装置である。
なお、晶析装置410、電気透析装置430、電気分解装置420、及び逆浸透膜処理装置440はそれぞれ上述した第1及び第2の実施形態の排水の処理装置で説明した装置とそれぞれ同様の装置が挙げられる。
第4の実施形態の排水の処理装置について、図13を用いて詳細に説明する。
排水を供給する排水流入管80が第1の逆浸透膜処理装置450に接続されている。第1の逆浸透膜処理装置450の出口側には、第1の逆浸透膜処理水排出管81及び第1の逆浸透膜濃縮水供給管60が接続されている。第1の逆浸透膜処理装置450は、第1の逆浸透膜濃縮水供給管60を介して晶析装置410に接続されている。晶析装置410の出口側には、晶析処理水排出管61、透析用水電気透析濃縮室供給管62、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管63が接続されている。晶析装置410は、晶析処理水電気透析希釈室供給管63を介して電気透析装置430に接続されている。また、晶析装置410は、晶析処理水排出管61を介して、第2の逆浸透膜処理装置440と接続されている。電気透析装置430の出口側には、電気透析希釈水排出管64、電気透析濃縮水カソード室供給管65、及び電気透析濃縮水アノード室供給管66が接続されている。電気透析装置430は、電気透析濃縮水カソード室供給管65、及び電気透析濃縮水アノード室供給管66を介して、電気分解装置420と接続されている。また、電気透析装置430は、電気透析希釈水排出管64及び晶析処理水排出管61を介して、第2の逆浸透膜処理装置440と接続されている。電気分解装置420の出口側には、アルカリ性水循環管67、洗浄用酸性水循環管68、pH調整用酸性水循環管69、及び電気透析用酸性水循環管70が接続されている。電気分解装置420は、アルカリ性水循環管67及び第1の逆浸透膜濃縮水供給管60を介して晶析装置410と接続されている。また、電気分解装置420は、pH調整用酸性水循環管69及び晶析処理水排出管61を介して第2の逆浸透膜処理装置440と接続されている。さらに、電気分解装置420は、電気透析用酸性水循環管70、透析用水電気透析濃縮室供給管62、及び晶析処理水電気透析希釈室供給管63を介して、電気透析装置430に接続されている。第2の逆浸透膜処理装置440の出口側には、第2の逆浸透膜濃縮水排出管71及び第2の逆浸透膜処理水排出管72が接続されている。第2の逆浸透膜処理水排出管72は、第1の逆浸透膜処理水排出管81と接続されている。
被処理水としては、少なくとも表1に示す各種イオン成分(ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、及び塩化物イオン)を含む試験用水(模擬排水)を用いて各例の排水の処理を行った。なお、試験用水は、表1に示す各種イオン成分のみを含むものではなく、分析したイオン成分のみを示している。
(実施例1)
[軟水処理工程]
試験用水を撹拌機付きのビーカーに入れ、軟水処理を行い、試験用水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去した。該軟水処理において、後述する電気分解工程で得られるアルカリ性溶液(水酸化ナトリウム水溶液)を用いて、試験用水のpHが11となるように調整した。
該炭酸カルシウムが除去された試験用水(晶析処理水)の各種イオン成分の濃度は表1に示す通りであった。なお、表1には、分析したイオン成分のみ示している。
1価イオンを選択的に透過するイオン交換膜を組み込んだ小型の電気透析装置(アストム社製S3、電気透析濃縮室数10区画、電極面積55cm2)で、電気透析希釈室に8Lの晶析処理水、濃縮室に0.5Lの水道水を満たして、各室の流量を5mL/minに固定し、電圧10Vを与えて電気透析処理を行い、電気透析濃縮水及び電気透析希釈水を得た。なお、電気透析装置に供給する晶析処理水は、予め後述する電気分解工程で得られる酸性水溶液(塩酸)を用いて、晶析処理水のpHが7となるように調整した。
電気透析工程によって得られた電気透析濃縮水の各種イオン成分の濃度は表1に示す通りであった。なお、表1には、分析したイオン成分のみ示している。
イオン交換膜を有する2室電気分解装置に、電気透析工程によって得られた電気透析濃縮水を供給し、電流密度5A/dm2、電圧18Vで、電気分解を行った。
該2室電気分解装置のアノード及びカソードとしては、デノラ・ペルメレック社製のDSE(登録商標)メッシュ電極を用いた。電極間距離は2mmとした。
その結果、900mg/Lのアルカリ性水溶液(水酸化ナトリウム水溶液)と、340mg/Lの酸性水溶液(塩酸)とが得られた。該アルカリ性水溶液及び該酸性水溶液の各種イオン成分の濃度は表1に示す通りであった。
なお、塩酸は濃度が既知の水酸化ナトリウム水溶液により定量した。水酸化ナトリウム水溶液は濃度が既知の塩酸により定量した。
晶析処理水及び電気透析希釈水を混合し、そこに上記電気分解工程で得られた酸性水溶液(塩酸)を加え、pHが8となるように調整し、逆浸透膜供給水を製造した。該逆浸透膜供給水を逆浸透膜(中圧TM720−400、東レ社製)を備える逆浸透膜処理装置に供給して、逆浸透膜処理水及び逆浸透膜濃縮水を得た。このときの試験用水の供給量は31.2L/hであり、逆浸透膜処理水の回収量は23.4L/hであり、水回収率は75%であった。
逆浸透膜供給水、逆浸透膜処理水及び逆浸透膜濃縮水の各種イオン成分の濃度は表1に示す通りであった。なお、表1には、分析したイオン成分のみ示している。
表1に示す試験用水及び各種処理水(晶析処理水、電気透析濃縮水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、逆浸透膜供給水、逆浸透膜処理水、逆浸透膜濃縮水)の各種イオン成分の濃度の分析方法は、陽イオンの濃度は、アルゴンガスのICPを光源とする発光分光分析装置(ICP−AES;SPS5520、セイコーインスツル社製)を用いて測定した値である。
一方、陰イオンの濃度は、イオンクロマトグラフ分析装置(ICA−2000;東亜ディーケーケー社製)を用いて測定した値である。
表1に示す試験用水及び各種処理水のTDSは、電気伝導率から換算した値である。具体的には、TDSは、電気伝導率[μS/cm]×α(換算係数)で表される。電気伝導率は導電率計(D74、堀場製作所社製)で計測した。αを試験用水の水質を考慮して、0.001とした。
表1に示す試験用水及び各種処理水のpHは、各種水溶液の25℃におけるpHをpHメーター(D74、堀場製作所社製)で測定した値である。
2・・・電気分解工程
3・・・電気透析工程
4・・・逆浸透膜処理工程(第2の逆浸透膜処理工程)
5・・・次亜塩素酸ナトリウム製造工程
6・・・第1の逆浸透膜処理工程
100、200、300、400・・・排水の処理装置
110、210、310、410・・・晶析装置
120、220、320、420・・・電気分解装置
121・・・2室電気分解装置
125・・・3室電気分解装置
230、330、430・・・電気透析装置
231・・・1価イオン選択透過性イオン交換膜を有する電気透析装置
240、340、440、450・・・逆浸透膜処理装置
350・・・次亜塩素酸ナトリウム製造装置
351・・・1室電気分解装置
14、27、47、67・・・アルカリ性水循環管
15、28、48、68・・・洗浄用酸性水循環管
16、29、49、69・・・pH調整用酸性水循環管
Claims (14)
- 少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理方法であって、
前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する軟水処理工程と、
前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを得る電気分解工程とを有し、
前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記軟水処理工程で用いる、排水の処理方法。 - 前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて前記電気分解工程で用いる、請求項1に記載の排水の処理方法。
- さらに、前記軟水処理工程後、前記電気分解工程前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析工程を有する、請求項1又は2に記載の排水の処理方法。
- さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排水の処理方法。
- さらに、前記逆浸透膜処理工程の前に、前記炭酸カルシウムが除去された排水に前記酸性水溶液を混合する工程を有する、請求項4に記載の排水の処理方法。
- さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造工程を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排水の処理方法。
- 前記電気分解工程を水素酸化反応によって行う、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排水の処理方法。
- 少なくとも塩化物イオン、アルカリ金属イオン、炭酸イオン及びカルシウムイオンを含む排水を処理する排水の処理装置であって、
前記排水から炭酸カルシウムを結晶化させて除去する、晶析装置と、
前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを製造する電気分解装置と、
前記アルカリ性水溶液の少なくとも一部を前記晶析装置に循環させる第1の循環部とを備える、排水の処理装置。 - 前記酸性水溶液の少なくとも一部を循環させて、前記電気分解装置に循環させる第2の循環部を備える、請求項8に記載の排水の処理装置。
- さらに、前記晶析装置と、前記電気分解装置との間に前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気透析処理により電気透析濃縮水と電気透析希釈水とに分離する電気透析装置を備える、請求項8又は9に記載の排水の処理装置。
- さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を逆浸透膜を用いて、逆浸透膜処理水と逆浸透膜濃縮水とに分離する逆浸透膜処理装置を備える、請求項8〜10のいずれか一項に記載の排水の処理装置。
- さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水に前記酸性水溶液を混合する混合部を備える、請求項11に記載の排水の処理装置。
- さらに、前記炭酸カルシウムが除去された排水の一部を電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する次亜塩素酸ナトリウム製造装置を備える、請求項8〜11のいずれか一項に記載の排水の処理装置。
- 前記電気分解装置は、アノードが水素ガス拡散電極である、請求項8〜12のいずれか一項に記載の排水の処理装置。
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