JP3870712B2 - 循環冷却水の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は循環冷却水の処理方法及び処理装置に係り、特にｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程を有した循環冷却水の処理方法及び処理装置に関する。また、本発明は、ｐＨ３〜６の条件下で逆浸透膜処理する脱イオン工程を有した水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環冷却水系においては、系内のスケール成分の濃縮によるスケール障害を防止するために冷却塔から系内の水をブロー水として排出し、このブロー水量に見合う水量の水を補給水として補給している。このブロー水は、循環冷却水系の６〜８倍の高濃縮運転により、硬度成分やシリカ等のスケール成分が既に析出限界にまで濃縮された水である。このため、一般的には、これを回収して再利用することはなされていなかったが、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置（以下「ＲＯ膜装置」と称す。）で脱塩して回収、再利用する方法も提案されている（特開平２−９５４９３号公報、特開平４−２５０８８０号公報）。
【０００３】
しかしながら、冷却塔から排出されたブロー水を直接ＲＯ膜装置で処理すると、ＲＯ膜装置内でのスケール成分の濃縮により、ＲＯ膜面に直ちにスケールが発生し、運転を継続することができなくなる。
【０００４】
この問題を解決するために、ブロー水から硬度成分を除去するための軟化装置をＲＯ膜装置の前段に設けることが考えられる。即ち、ブロー水をまず軟化装置で処理し、カルシウムやマグネシウム等のスケール成分を除去した後、アルカリを添加してシリカ溶解度の高い高アルカリ条件にｐＨ調整した後、ＲＯ膜装置で脱塩処理すれば、スケール障害を防止して安定に運転を継続することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、軟化装置による軟化処理と、高アルカリ条件でのＲＯ膜装置による処理との組み合わせでは、軟化処理に要するイオン交換樹脂コスト及び再生薬品コスト、高アルカリ条件とするためのｐＨ調整及びその後の再中和に要する薬品コストが嵩み、また、装置設備も複雑で設備コストも高くなるため、ブロー水の処理に要する費用が高くつくという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、少ない薬品使用量と簡易な処理設備でブロー水を安定かつ安価に処理し、循環冷却水系の補給水としての再利用を可能とする循環冷却水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものであり、ｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程を有した循環冷却水の処理方法及び処理装置を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、このｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程により、ブロー水以外の循環冷却水をも処理しうる水処理方法を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の循環冷却水の処理方法は、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で脱炭酸処理した後、更にｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理することを特徴とする。
【０００９】
本発明の循環冷却水の処理装置は、酸添加手段、脱炭酸処理手段、脱イオン処理手段が配設されると共に、該脱炭酸処理手段及び該脱イオン処理手段に導入される被処理水をｐＨ３〜６に調整するためのｐＨ調整手段を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
ＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段の前段で、循環冷却水をｐＨ３〜６の弱酸性で脱炭酸処理することにより、効果的に水中の炭酸イオン、重炭酸イオンを炭酸ガスとして除去することができ、後段のＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段でのスケール障害の最も大きな要因となる炭酸カルシウム等の炭酸塩スケールの析出を有効に防止することが可能となる。更に、脱イオン処理手段、例えば、ＲＯ膜装置内では、なお残留するシリカがＲＯ膜分離により濃縮されるが、ｐＨ３〜６の弱酸性でＲＯ膜処理するため、シリカの濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上、特に３００〜８００ｍｇ／Ｌになってもシリカによるスケール障害を防止して安定して長期間運転することが可能となる。
【００１１】
本発明において、脱イオン処理する水は、脱イオン処理手段でのスケール障害を確実に防止するために、スケール防止剤が添加されていることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、脱イオン処理手段での目詰まりや閉塞を防止するため、脱イオン処理する水は、懸濁物質除去処理されていることが好ましい。
【００１３】
ところで、本発明者らは、上記の循環冷却水の処理方法及び装置を用いた水処理について種々検討を重ねたところ、上記の脱炭酸処理を行わない場合でも、脱イオン処理のためのＲＯ膜装置でのスケール発生を防止して安定運転（脱イオン処理運転）を継続できる場合があることを見出した。
【００１４】
即ち、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過した後、ＲＯ膜装置で脱イオン処理すると、ＲＯ膜装置でのスケール発生が防止され、長期にわたり安定して脱イオン処理できることが見出された。
【００１５】
本発明の水処理方法は、かかる知見に基づいて創案されたものであり、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過処理した後、逆浸透膜処理することを特徴とするものである。
【００１６】
かかる本発明の水処理方法にあっては、酸添加等によって被処理水のｐＨを３〜６とすることにより、水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が凝集して比較的大きな粒子状となり、これが膜濾過により効率的に除去される。
【００１７】
例えば、ｐＨ調整をしない冷却水（ｐＨ８．６、２５℃）を０．４５μｍミリポアフィルターで５００ｍｍＨｇの減圧濾過した場合、１Ｌの水を濾過するために要する濾過時間は４１５秒であるが、塩酸を加えてｐＨ５．０に調整した冷却水で同様の濾過を行うと、１Ｌの水の濾過時間は２５１秒と大幅に短縮される。
【００１８】
これは、冷却水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が自己凝集し、ミリポアフィルター表面で捕捉された結果である。
【００１９】
一般に、冷却水中の有機物は、補給水すなわち自然水、河川水、井水、市水、工水由来の天然有機物、微生物代謝物、そして冷却水に添加される冷却水薬品等と考えられる。このうち、天然有機物や微生物代謝物である蛋白質等はｐＨ３〜６に等電点を持つ物質が多い。また、懸濁物質をその等電点付近とすると凝集する等電点凝集現象はよく知られている。従って、ｐＨ３〜６に調整することで、冷却水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が自己凝集し、ミリポアフィルター表面で効率的に捕捉されるようになる。
【００２０】
また、この被処理水は、ｐＨを３〜６と酸性にしたものであることから、ＲＯ膜濃縮水が、カルシウムを全硬度で１０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３以上、シリカ１００ｍｇ／Ｌ以上となるように濃縮しても炭酸カルシウムスケールの発生及びシリカによるスケール障害が抑制される。このような作用機構により、循環冷却水を、長期にわたり安定して膜濾過処理及びＲＯ膜処理することができる。
【００２１】
そして、本発明の方法で処理することにより、ＲＯ膜濃縮水をカルシウム全硬度２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３、シリカ３００〜８００ｍｇ／Ｌまで濃縮することが可能となった。
【００２２】
この水処理方法においても、被処理水にスケール防止剤及び／又はスライム防止剤を添加した後、膜濾過を行うことが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１を参照して本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。図中、１はストレーナ、２は脱炭酸塔であり、入口にｐＨ計２Ａを備える。３は膜濾過装置、４は中間槽であり、ｐＨ計４Ａとレベルスイッチ４Ｂを備える。５はＲＯ膜装置である。Ｖ１〜Ｖ５は開閉弁を示す。
【００２６】
冷却塔からのブロー水は、ストレーナ１で除塵された後、スライム防止剤とｐＨ調整のためのＨＣｌ等の酸が添加され、その後脱炭酸塔２で脱炭酸処理される。
【００２７】
ここでスライム防止剤としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の次亜塩素酸塩、塩素ガス、クロラミン、塩素化イソシアヌル酸塩などの塩素剤、ジブロモヒダントインなどの臭素剤、ＤＢＮＰＡ（ジブロモニトリロプロピオンアシド）、ＭＩＴ（メチルイソチアゾロン）などの有機剤が適用できる。
【００２８】
なお、冷却水には熱交換器由来の銅、鉄などの重金属イオンが含まれている。酸化作用を持つ次亜塩素酸塩と重金属イオンの存在下で酢酸セルロース系ＲＯ膜が促進劣化を受けることがある。また、ポリアミド系ＲＯ膜は次亜塩素酸塩との接触で劣化する。従って、スライム防止剤としては有機剤が好ましい。次亜塩素酸塩は膜劣化の原因になる可能性が高いため、できる限り適用を避け、適用する場合には残留塩素を除去した後、ＲＯ膜装置に通水するのが好ましい。
【００２９】
スライム防止剤は一般に循環冷却水に添加されていることから、スライム防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、処理系内のスライム障害を防止するためには、スライム防止剤を２〜１０ｍｇ／Ｌ程度添加することが望ましい。
【００３０】
脱炭酸塔２の入口でのｐＨ調整は、ｐＨが３〜６、好ましくはｐＨが４．５〜５．５の範囲となるように行う。このような酸性条件とすることにより、ブロー水中のＭアルカリ成分、即ち炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）や重炭酸イオン（ＨＣＯ３ −）を炭酸ガスに変換して脱炭酸塔２で効率的に除去し、後段のＲＯ膜装置５での炭酸成分に起因するスケール障害を有効に防止することができると共に、ＲＯ膜装置５を透過する炭酸成分を低減して処理水の水質を向上することができる。この脱炭酸効率の面からはｐＨが低い方が望ましいが、過度にｐＨが低いと、脱炭酸塔２の流出水のｐＨが下がり過ぎ、ＲＯ膜装置５の前段においてｐＨを再調整する必要が生じたり、腐食の問題が生じるため、調整ｐＨはｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５とする。
【００３１】
脱炭酸塔２の流出水は、ポンプＰ１により懸濁物質除去手段としての膜濾過装置３に導入され、膜濾過により、水中のＳＳ（懸濁物質）が除去される。この膜濾過装置３は、ＲＯ膜装置５の膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去するためのものであり、ＭＦ（精密濾過）膜、ＵＦ（限界濾過）膜等、好ましくはＵＦ膜を用いることができ、その膜型式にも特に制限はなく、中空糸型、スパイラル型等の膜濾過装置を採用することができる。また、濾過方式にも制限はなく、内圧濾過、外圧濾過、クロスフロー濾過、全量濾過のいずれの方式も適用可能である。
【００３２】
この膜濾過装置３の濃縮水は脱炭酸塔２に返送され、透過水は必要に応じてｐＨ調整剤、スケール防止剤が添加された後、中間槽４に貯留される。
【００３３】
この膜濾過装置３では、膜の目詰りによる膜性能の低下を防止するために定期的に逆洗を行う必要がある。膜濾過時には、弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５を開、弁Ｖ２，Ｖ４を閉として脱炭酸処理水を導入し、濃縮水及び透過水を取り出すが、逆洗時には、弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５を閉、弁Ｖ２，Ｖ４を開として、逆洗空気を膜濾過装置３の膜の透過側から逆流させ、逆洗排水を系外へ排出する。なお、この逆洗の間、ポンプＰ１からの脱炭酸処理水は脱炭酸塔２に返送する。
【００３４】
ＲＯ膜装置５の入口側でのｐＨ調整は、シリカによるスケール障害を防止するために、ｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５となるように行う。脱炭酸処理して得られる脱炭酸処理水は、脱炭酸処理前に比較してｐＨが変動する。このため、この中間槽４の入口側では必要に応じてｐＨ調整剤として塩酸、硫酸、硝酸などの酸やＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリを添加する。ＲＯ膜装置５におけるスケール障害防止の面からは、この調整ｐＨは酸性にすることが好ましいが、過度に調整ｐＨが低いと機器や配管材質の腐食の原因となるので、上記ｐＨ範囲とする必要がある。
【００３５】
スケール防止剤は、例えばホスホン酸系、ポリリン酸系、ポリアクリル酸系、ポリアクリルアミド系等のスケール防止剤を用いることができるが、有機系のスケール防止剤はＲＯ膜装置でのファウリングの原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤が好適に用いられる。
【００３６】
前述の如く、ブロー水等の循環冷却水には、既にスケール防止剤が添加されていることから、このスケール防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、１〜２０ｍｇ／Ｌ程度の添加により、ＲＯ膜装置５内でのスケール生成をより確実に防止することができ好ましい。なお、スケール防止剤は、ＲＯ膜装置５の前段で添加されていれば良く、ＲＯ膜装置５の入口部に限らず、脱炭酸塔２の入口側又は出口側その他、その添加箇所には特に制限はない。
【００３７】
中間槽４内の水はポンプＰ２によりＲＯ膜装置５に導入され、ＲＯ膜処理され、濃縮水と透過水がそれぞれ系外へ排出される。
【００３８】
このＲＯ膜装置５のＲＯ膜の種類としては、特に制限はなく、処理する循環冷却水の水質（循環冷却水系に供給される原水水質や循環冷却水系での濃縮倍率）によって適宜決定されるが、脱塩率については８５％以上、特に９０％以上のものが好ましい。脱塩率がこれよりも悪いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水（透過水）を得ることができない。
【００３９】
なお、図１に示す装置において、膜濾過装置３の逆洗排水、ＲＯ膜装置５の濃縮水及び透過水は、必要に応じてｐＨ調整された後系外へ排出される。
【００４０】
図１に示す装置は本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００４１】
酸添加手段としては、被処理水導入ラインやライン中に設けたラインミキサに直接或いは、別途設けたｐＨ調整槽に、酸を薬注ポンプ等により添加することなどを挙げることができる。ここで使用される酸は特に限定されるものではなく、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸を好適に用いることができる。
【００４２】
脱炭酸処理手段としては、通常の炭酸ガス除去手段を用いることができ、脱炭酸塔等の他、脱気膜や曝気塔などを採用することができる。
【００４３】
また、脱イオン処理手段としては、ＲＯ膜装置の他、イオン交換樹脂や電気透析装置、連続式電気脱イオン装置などを使用することができるが、冷却水は通常塩濃度が高いこと、更に、処理水質の要求水質の点で、ＲＯ膜装置を用いるのが最も好ましく、他の処理手段は効率が悪いので不適当である。
【００４４】
ｐＨ調整手段としては、本実施例では脱炭酸塔２の入口に酸添加手段を設け、脱炭酸塔２とＲＯ膜装置５との間にｐＨ調整剤添加手段を設け、脱炭酸塔入口側及びＲＯ膜装置入口側のそれぞれで、各薬剤の添加量を自動或いは手動によって調整することで実施している。しかし、ＲＯ膜装置５の入口側のｐＨ調整剤添加手段を省略して、脱炭酸塔２の入口側での酸添加のみにより、脱炭酸塔２の入口側及びＲＯ膜装置５の入口側のｐＨを共に上記ｐＨ範囲に収まるよう調整することも可能である。
【００４５】
ＳＳ除去手段としては、特に制限はなく、膜濾過装置の他、カートリッジフィルタ等を用いることもできる。
【００４６】
このＳＳ除去手段は、ＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段の前段に設ければ良く、脱炭酸処理手段の前でも後でも良い。図１に示す如く、脱炭酸処理手段である脱炭酸塔と脱イオン処理手段であるＲＯ膜装置との間に設けた場合には、スケールの生成し易い循環冷却水がそのまま流入することによる膜濾過装置等のＳＳ除去手段でのスケール障害の問題が解消されるという利点がある。
【００４７】
また、脱炭酸処理手段の前段にＳＳ除去手段を設けた場合には、膜濾過装置等のＳＳ除去手段の逆洗排水等として系外へ排出される水量分のｐＨ調整剤を節減することができ、また、ｐＨ調整前の水が導入されることで、ＳＳ除去手段の構成材料を耐酸性のものにする必要がなくなるという利点がある。
【００４８】
このＳＳ除去手段は、被処理水中のＳＳが少ない場合には、これを省略することができるが、通常の場合、後段のＲＯ膜装置の安定運転のためには、これをＲＯ膜装置の前段側に設けてＳＳを除去するのが好ましい。
【００４９】
なお、図１においては、冷却塔のブロー水を原水として処理を行っているが、本発明で対象とする被処理水はブロー水に限らず、本発明では循環冷却水系の循環配管から循環冷却水の一部又は全部を引き抜いて本発明に従って処理した後当該循環冷却水系に戻すようにしても良い。また、循環冷却水に限らず、カルシウム及びシリカを含む被処理水であれば自然水、河川水、井水、市水、工水にも適用可能である。
【００５０】
次に、図２を参照して本発明の水処理方法の実施の形態を説明する。
【００５１】
図２は本発明の水処理方法の実施の形態を示す系統図である。図中、１１は濾過原水槽であり、ｐＨ計１１Ａを備える。１２は膜濾過装置、１３は濾過水槽、１４はＲＯ膜装置である。Ｖ６〜Ｖ１２は開閉弁を示す。
【００５２】
冷却塔からのブロー水等の被処理水は、濾過原水槽１１に導入され、この濾過原水槽１１でスライム防止剤及びスケール防止剤とｐＨ調整のためのＨＣｌ等の酸が添加され、撹拌空気で均一に混合撹拌される。なお、被処理水はその濾過原水槽１１に導入してもよいが、土砂、落ち葉などの大きな浮遊物の流入を防止するために、Ｙ型ストレーナー等の簡易な濾過手段を設け、これらを除去した後、濾過原水槽１１に導入することが好ましい。
【００５３】
循環冷却水は一般にｐＨ８〜９であるため、本発明では、酸、好ましくはＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の鉱酸を添加してｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５に調整する。このｐＨ調整のための酸は、膜濾過装置１２の前段で添加すれば良く、濾過原水槽１１に限らず、給水又は送水のための配管に添加しても良いが、均一に混合してｐＨを安定させるために濾過原水槽１１に、濾過原水槽１１のｐＨ計１１Ａの測定値に連動して添加するのが好ましい。
【００５４】
スケール防止剤としては、前述のホスホン酸系、ポリアクリル酸系などが適用できるが、有機系のスケール防止剤はＲＯ膜装置でのファウリング原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤を用いるのが好ましい。なお、前述の如く、循環冷却水には既にスケール防止剤が添加されているので、本システムでのスケール防止剤の添加は必ずしも必要ではないが、効果を確実なものにするためにごく少量、例えば１〜５０ｍｇ／Ｌ程度好ましくは１〜１０ｍｇ／Ｌを添加することが好ましい。即ち、スケール防止剤はｐＨが変動した場合、処理の安定化に寄与するため、これを添加することが望ましい。
【００５５】
スライム防止剤としては、前述の如く、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の次亜塩素酸塩、塩素ガス、クロラミン、塩素化イソシアヌル酸塩などの塩素剤、ジブロモヒダントインなどの臭素剤、ＤＢＮＰＡ、ＭＩＴなどの有機剤が採用できるが、前記と同様の理由からスライム防止剤としては有機剤が好ましい。なお、循環冷却水には既にスライム防止剤が添加されているので、スライム防止剤についても、その添加は必ずしも必要ではない。しかし、スライム防止剤は消費、分解され易いため、効果を確実なものにするためにごく少量、例えば０．１〜１０ｍｇ／Ｌ程度特に０．５〜５ｍｇ／Ｌ程度添加するのが好ましい。
【００５６】
図２においては、濾過原水槽１１が空気撹拌されている。この撹拌は必ずしも必要とされるものではないが、添加薬剤を均一に混合するためには、撹拌を行うことが望ましい。濾過原水槽１１での撹拌は、槽内に気液界面を多く発生させて、水中の炭酸ガスを大気中に放散させ易くするという効果もあり、好ましい。撹拌手段としては特に制限はなく、空気撹拌の他、機械撹拌、水流撹拌等であっても良いが、空気撹拌が簡便である。
【００５７】
濾過原水槽１１でｐＨ調整されると共に、スケール防止剤及びスライム防止剤が添加された水は、ポンプＰ３により膜濾過装置１２に導入され、膜濾過により、水中のＳＳ（懸濁物質）が除去される。この膜濾過装置１２は、ＲＯ膜装置１４の膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去するためのものであり、ＭＦ膜、ＵＦ膜等、好ましくはＵＦ膜を用いることができ、その膜型式にも特に制限はなく、中空糸型、スパイラル型等の膜濾過装置を採用することができる。また、濾過方式にも制限はなく、内圧濾過、外圧濾過、クロスフロー濾過、全量濾過のいずれの方式も適用可能である。
【００５８】
この膜濾過装置１２の濃縮水は濾過原水槽１１に返送され、透過水は濾過水槽１３に送給される。
【００５９】
この膜濾過装置１２では、膜の目詰りによる膜性能の低下を防止するために定期的に逆洗を行う必要がある。膜濾過時には、弁Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を開、弁Ｖ９，Ｖ１０を閉として濾過原水槽１１の水を導入し、濃縮水及び透過水を取り出すが、逆洗時には、弁Ｖ７，Ｖ８を閉、弁Ｖ９，Ｖ１０を開として、ポンプＰ３からの濾過原水と共に、逆洗空気を膜濾過装置１２の膜の原水側から導入し、逆洗排水を系外へ排出する。この逆洗排水は、アルカリ剤を添加してｐＨを中性にした後放流する。
【００６０】
本発明ではｐＨ３〜６に調整した水を膜濾過するため、前述の如く、この膜濾過装置１２での膜濾過性が著しく向上し、短時間で効率的な濾過を行える。
【００６１】
濾過水槽１３の水はポンプＰ４によりＲＯ膜装置１４に導入されてＲＯ膜処理され、透過水は必要に応じてｐＨ調整され、処理水として取り出される。ＲＯ膜処理の濃縮水の一部は濾過水槽１３に循環され、残部はアルカリ剤が添加されてｐＨ中性に調整された後、放流される。この濃縮水の循環水量と放流水量は、弁Ｖ８とＶ９の開度で調整される。
【００６２】
このＲＯ膜装置５のＲＯ膜の種類としては、特に制限はなく、処理する循環冷却水の水質（循環冷却水系に供給される原水水質や循環冷却水系での濃縮倍率）によって適宜決定される。膜材質としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系等を用いることができ、脱塩率については８５％以上、特に９０％以上のものが好ましい。脱塩率がこれよりも低いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水（透過水）を得ることができない。
【００６３】
カルシウム及びシリカスケールを防止して安定にＲＯ膜処理する本発明の効果を顕著に得る上で、被処理水としては、カルシウムを全硬度で３０ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３以上、例えば１００〜７００ｍｇ／Ｌ、シリカを３０ｍｇ／Ｌ以上、例えば５０〜１５０ｍｇ／Ｌ含む循環冷却水が好適である。
【００６４】
そして、ＲＯ膜処理では、濃縮水はカルシウムを全硬度で１０００ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３以上、例えば２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ、シリカを１００ｍｇ／Ｌ以上、例えば３００〜８００ｍｇ／Ｌ以上で濃縮運転することが好ましい。
【００６５】
なお、本発明の水処理方法では、炭酸ガスが残留し処理水（ＲＯ膜装置の透過水）の水質が若干低下する（電気伝導率が大きくなる）傾向があるが、炭酸ガスについては、前述の如く、濾過原水槽の撹拌で一部除去することが可能であり、要求水質を十分に満足する処理水を得ることができる。また、本発明の水処理方法では、脱炭酸塔や脱気膜などの脱炭酸処理手段を用いても良い。
【００６６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６７】
実施例１
図１に示す装置により、冷却塔のブロー水（ｐＨ８．６〜８．７，全硬度：約５００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３，シリカ：約１００ｍｇ／Ｌ）を０．４ｍ３／ｈｒの処理量で処理した。
【００６８】
各装置の仕様は次の通りであり、脱炭酸塔の入口において、スライム防止剤として１２％ＮａＣｌＯ溶液を５ｍｇ／Ｌ添加すると共に、ＨＣｌを添加して脱炭酸塔入口での被処理水をｐＨ４．９±０．２に調整した。
【００６９】
また、ＲＯ膜処理する水には必要に応じてＮａＯＨ等を添加してｐＨ４．９±０．２に調整すると共にスケール防止剤としてホスホン酸系スケール防止剤を２０ｍｇ／Ｌ添加した。
ストレーナ：バケット型，８０メッシュ
脱炭酸塔 ：直径２００ｍｍ，高さ２７００ｍｍ
膜濾過装置：０．２μｍＭＦ膜
ＲＯ膜装置：４インチＲＯ膜（脱塩率９４％）１本
運転圧力１．８〜２．１ＭＰａ
【００７０】
その結果、ＲＯ膜装置の透過水量は約２Ｌ／ｍｉｎで１００時間の連続運転後も殆ど透過水量の低下を引き起こすことなく、安定な処理が可能であった。
【００７１】
なお、ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水（処理水）の水質は表１に示す通りであり、補給水として再利用可能な水を得ることができた。
【００７２】
比較例１
実施例１の状態から脱酸塔入口のＨＣｌ添加を中止したところ、ＲＯ膜装置における透過水量は、ＨＣｌ添加時の２Ｌ／ｍｉｎから、約２０時間後には１．５Ｌ／ｍｉｎに大幅に低下し、その後２〜３時間で透過水量は１Ｌ／ｍｉｎとなり、運転を継続することができなくなった。
【００７３】
【表１】
【００７４】
実施例２
図２に示す装置により、冷却塔のブロー水（ｐＨ８．７〜８．８，全硬度：約５００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３，シリカ：約１００ｍｇ／Ｌ）を０．３ｍ３／ｈｒの処理量で処理した。
【００７５】
各装置の仕様は次の通りである。なお、ｐＨ調整の酸にはＨＣｌを使用し、ｐＨ４．５〜５．５に調整した。スケール防止剤にはホスホン酸系スケール防止剤４ｍｇ／Ｌを、スライム防止剤にはメチルイソチアゾロン系スライム防止剤１ｍｇ／Ｌを濾過原水槽に添加した。
濾過原水槽：容量２００Ｌ、撹拌は原水流撹拌
膜濾過装置：公称孔径０．０２μｍ、外圧濾過型中空糸膜（クラレ（株）ＳＦ−３１
００−ＰＶ）１本
濾過水槽 ：容量１００Ｌ
ＲＯ膜装置：合成高分子系スパイラル型ＲＯ膜（脱塩率９９％）（栗田工業（株）Ｋ
ＲＯＡ９８−４ＨＰ）１本
運転圧力１．３〜１．４ＭＰａ、水回収率８０％
【００７６】
その結果、ＲＯ膜装置は透過水量約２８Ｌ／ｍｉｎで１７日間安定した運転が可能であり、スケール障害やスライム障害は発生しなかった。なお、ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水の水質は表２に示す通りであり、補給水として再利用可能な水を得ることができた。
【００７７】
比較例２
実施例２において、ＨＣｌによるｐＨ調整値を６．２〜７．０としたこと以外は同様にして処理を行った。
【００７８】
その結果、１７時間後にはＲＯ膜装置の透過水量は１．０Ｌ／ｍｉｎまで低下し、透過水質も悪化した。ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水の水質は表２に示す通りであった。
【００７９】
実施例３
実施例２において、全硬度約６００ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３、シリカ約１３０ｍｇ／Ｌの冷却水ブロー水を用いて、ＨＣｌによるｐＨ調整値を約４程度にしたこと以外は同様にして処理を行った。表２に示す如く、本実施例においても実施例１と同様安定した処理が可能であった。
【００８０】
【表２】
【００８１】
この結果から、単に膜濾過水をＲＯ膜処理するだけでは、安定処理を継続し得ないことがわかる。
【００８２】
また、比較例２において、透過水量の低下は炭酸カルシウムの析出をきっかけとしたシリカスケール析出が原因と考えられる。比較例２の実験の後に膜エレメントを解体し、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った結果、膜表面は粉末状の析出物で覆われており、この析出物はほぼ１００％シリカであった。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置によれば、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で脱炭酸処理した後、ｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理することにより、従来、回収、再利用されずに排水として排出されていた循環冷却水系の冷却塔のブロー水等を、多量の薬品を必要とすることなく、簡易な装置で安定かつ安価に処理して再利用することが可能となり、循環冷却水系の補給水量を大幅に低減することが可能となる。
【００８４】
また、本発明の水処理方法によれば、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過処理した後、ＲＯ膜処理することにより、より簡素なシステムでＲＯ膜装置のスケール障害を防止して長期にわたり安定な水処理運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】 本発明の水処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１ ストレーナ
２ 脱炭酸塔
３ 膜濾過装置
４ 中間槽
５ ＲＯ膜装置
１１ 濾過原水槽
１２ 膜濾過装置
１３ 濾過水槽
１４ ＲＯ膜装置
【発明の属する技術分野】
本発明は循環冷却水の処理方法及び処理装置に係り、特にｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程を有した循環冷却水の処理方法及び処理装置に関する。また、本発明は、ｐＨ３〜６の条件下で逆浸透膜処理する脱イオン工程を有した水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環冷却水系においては、系内のスケール成分の濃縮によるスケール障害を防止するために冷却塔から系内の水をブロー水として排出し、このブロー水量に見合う水量の水を補給水として補給している。このブロー水は、循環冷却水系の６〜８倍の高濃縮運転により、硬度成分やシリカ等のスケール成分が既に析出限界にまで濃縮された水である。このため、一般的には、これを回収して再利用することはなされていなかったが、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置（以下「ＲＯ膜装置」と称す。）で脱塩して回収、再利用する方法も提案されている（特開平２−９５４９３号公報、特開平４−２５０８８０号公報）。
【０００３】
しかしながら、冷却塔から排出されたブロー水を直接ＲＯ膜装置で処理すると、ＲＯ膜装置内でのスケール成分の濃縮により、ＲＯ膜面に直ちにスケールが発生し、運転を継続することができなくなる。
【０００４】
この問題を解決するために、ブロー水から硬度成分を除去するための軟化装置をＲＯ膜装置の前段に設けることが考えられる。即ち、ブロー水をまず軟化装置で処理し、カルシウムやマグネシウム等のスケール成分を除去した後、アルカリを添加してシリカ溶解度の高い高アルカリ条件にｐＨ調整した後、ＲＯ膜装置で脱塩処理すれば、スケール障害を防止して安定に運転を継続することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、軟化装置による軟化処理と、高アルカリ条件でのＲＯ膜装置による処理との組み合わせでは、軟化処理に要するイオン交換樹脂コスト及び再生薬品コスト、高アルカリ条件とするためのｐＨ調整及びその後の再中和に要する薬品コストが嵩み、また、装置設備も複雑で設備コストも高くなるため、ブロー水の処理に要する費用が高くつくという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、少ない薬品使用量と簡易な処理設備でブロー水を安定かつ安価に処理し、循環冷却水系の補給水としての再利用を可能とする循環冷却水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものであり、ｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程を有した循環冷却水の処理方法及び処理装置を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、このｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理する工程により、ブロー水以外の循環冷却水をも処理しうる水処理方法を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の循環冷却水の処理方法は、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で脱炭酸処理した後、更にｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理することを特徴とする。
【０００９】
本発明の循環冷却水の処理装置は、酸添加手段、脱炭酸処理手段、脱イオン処理手段が配設されると共に、該脱炭酸処理手段及び該脱イオン処理手段に導入される被処理水をｐＨ３〜６に調整するためのｐＨ調整手段を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
ＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段の前段で、循環冷却水をｐＨ３〜６の弱酸性で脱炭酸処理することにより、効果的に水中の炭酸イオン、重炭酸イオンを炭酸ガスとして除去することができ、後段のＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段でのスケール障害の最も大きな要因となる炭酸カルシウム等の炭酸塩スケールの析出を有効に防止することが可能となる。更に、脱イオン処理手段、例えば、ＲＯ膜装置内では、なお残留するシリカがＲＯ膜分離により濃縮されるが、ｐＨ３〜６の弱酸性でＲＯ膜処理するため、シリカの濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上、特に３００〜８００ｍｇ／Ｌになってもシリカによるスケール障害を防止して安定して長期間運転することが可能となる。
【００１１】
本発明において、脱イオン処理する水は、脱イオン処理手段でのスケール障害を確実に防止するために、スケール防止剤が添加されていることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、脱イオン処理手段での目詰まりや閉塞を防止するため、脱イオン処理する水は、懸濁物質除去処理されていることが好ましい。
【００１３】
ところで、本発明者らは、上記の循環冷却水の処理方法及び装置を用いた水処理について種々検討を重ねたところ、上記の脱炭酸処理を行わない場合でも、脱イオン処理のためのＲＯ膜装置でのスケール発生を防止して安定運転（脱イオン処理運転）を継続できる場合があることを見出した。
【００１４】
即ち、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過した後、ＲＯ膜装置で脱イオン処理すると、ＲＯ膜装置でのスケール発生が防止され、長期にわたり安定して脱イオン処理できることが見出された。
【００１５】
本発明の水処理方法は、かかる知見に基づいて創案されたものであり、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過処理した後、逆浸透膜処理することを特徴とするものである。
【００１６】
かかる本発明の水処理方法にあっては、酸添加等によって被処理水のｐＨを３〜６とすることにより、水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が凝集して比較的大きな粒子状となり、これが膜濾過により効率的に除去される。
【００１７】
例えば、ｐＨ調整をしない冷却水（ｐＨ８．６、２５℃）を０．４５μｍミリポアフィルターで５００ｍｍＨｇの減圧濾過した場合、１Ｌの水を濾過するために要する濾過時間は４１５秒であるが、塩酸を加えてｐＨ５．０に調整した冷却水で同様の濾過を行うと、１Ｌの水の濾過時間は２５１秒と大幅に短縮される。
【００１８】
これは、冷却水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が自己凝集し、ミリポアフィルター表面で捕捉された結果である。
【００１９】
一般に、冷却水中の有機物は、補給水すなわち自然水、河川水、井水、市水、工水由来の天然有機物、微生物代謝物、そして冷却水に添加される冷却水薬品等と考えられる。このうち、天然有機物や微生物代謝物である蛋白質等はｐＨ３〜６に等電点を持つ物質が多い。また、懸濁物質をその等電点付近とすると凝集する等電点凝集現象はよく知られている。従って、ｐＨ３〜６に調整することで、冷却水中の微生物代謝物や微細粒子、コロイダル物質が自己凝集し、ミリポアフィルター表面で効率的に捕捉されるようになる。
【００２０】
また、この被処理水は、ｐＨを３〜６と酸性にしたものであることから、ＲＯ膜濃縮水が、カルシウムを全硬度で１０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３以上、シリカ１００ｍｇ／Ｌ以上となるように濃縮しても炭酸カルシウムスケールの発生及びシリカによるスケール障害が抑制される。このような作用機構により、循環冷却水を、長期にわたり安定して膜濾過処理及びＲＯ膜処理することができる。
【００２１】
そして、本発明の方法で処理することにより、ＲＯ膜濃縮水をカルシウム全硬度２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３、シリカ３００〜８００ｍｇ／Ｌまで濃縮することが可能となった。
【００２２】
この水処理方法においても、被処理水にスケール防止剤及び／又はスライム防止剤を添加した後、膜濾過を行うことが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１を参照して本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。図中、１はストレーナ、２は脱炭酸塔であり、入口にｐＨ計２Ａを備える。３は膜濾過装置、４は中間槽であり、ｐＨ計４Ａとレベルスイッチ４Ｂを備える。５はＲＯ膜装置である。Ｖ１〜Ｖ５は開閉弁を示す。
【００２６】
冷却塔からのブロー水は、ストレーナ１で除塵された後、スライム防止剤とｐＨ調整のためのＨＣｌ等の酸が添加され、その後脱炭酸塔２で脱炭酸処理される。
【００２７】
ここでスライム防止剤としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の次亜塩素酸塩、塩素ガス、クロラミン、塩素化イソシアヌル酸塩などの塩素剤、ジブロモヒダントインなどの臭素剤、ＤＢＮＰＡ（ジブロモニトリロプロピオンアシド）、ＭＩＴ（メチルイソチアゾロン）などの有機剤が適用できる。
【００２８】
なお、冷却水には熱交換器由来の銅、鉄などの重金属イオンが含まれている。酸化作用を持つ次亜塩素酸塩と重金属イオンの存在下で酢酸セルロース系ＲＯ膜が促進劣化を受けることがある。また、ポリアミド系ＲＯ膜は次亜塩素酸塩との接触で劣化する。従って、スライム防止剤としては有機剤が好ましい。次亜塩素酸塩は膜劣化の原因になる可能性が高いため、できる限り適用を避け、適用する場合には残留塩素を除去した後、ＲＯ膜装置に通水するのが好ましい。
【００２９】
スライム防止剤は一般に循環冷却水に添加されていることから、スライム防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、処理系内のスライム障害を防止するためには、スライム防止剤を２〜１０ｍｇ／Ｌ程度添加することが望ましい。
【００３０】
脱炭酸塔２の入口でのｐＨ調整は、ｐＨが３〜６、好ましくはｐＨが４．５〜５．５の範囲となるように行う。このような酸性条件とすることにより、ブロー水中のＭアルカリ成分、即ち炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）や重炭酸イオン（ＨＣＯ３ −）を炭酸ガスに変換して脱炭酸塔２で効率的に除去し、後段のＲＯ膜装置５での炭酸成分に起因するスケール障害を有効に防止することができると共に、ＲＯ膜装置５を透過する炭酸成分を低減して処理水の水質を向上することができる。この脱炭酸効率の面からはｐＨが低い方が望ましいが、過度にｐＨが低いと、脱炭酸塔２の流出水のｐＨが下がり過ぎ、ＲＯ膜装置５の前段においてｐＨを再調整する必要が生じたり、腐食の問題が生じるため、調整ｐＨはｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５とする。
【００３１】
脱炭酸塔２の流出水は、ポンプＰ１により懸濁物質除去手段としての膜濾過装置３に導入され、膜濾過により、水中のＳＳ（懸濁物質）が除去される。この膜濾過装置３は、ＲＯ膜装置５の膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去するためのものであり、ＭＦ（精密濾過）膜、ＵＦ（限界濾過）膜等、好ましくはＵＦ膜を用いることができ、その膜型式にも特に制限はなく、中空糸型、スパイラル型等の膜濾過装置を採用することができる。また、濾過方式にも制限はなく、内圧濾過、外圧濾過、クロスフロー濾過、全量濾過のいずれの方式も適用可能である。
【００３２】
この膜濾過装置３の濃縮水は脱炭酸塔２に返送され、透過水は必要に応じてｐＨ調整剤、スケール防止剤が添加された後、中間槽４に貯留される。
【００３３】
この膜濾過装置３では、膜の目詰りによる膜性能の低下を防止するために定期的に逆洗を行う必要がある。膜濾過時には、弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５を開、弁Ｖ２，Ｖ４を閉として脱炭酸処理水を導入し、濃縮水及び透過水を取り出すが、逆洗時には、弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５を閉、弁Ｖ２，Ｖ４を開として、逆洗空気を膜濾過装置３の膜の透過側から逆流させ、逆洗排水を系外へ排出する。なお、この逆洗の間、ポンプＰ１からの脱炭酸処理水は脱炭酸塔２に返送する。
【００３４】
ＲＯ膜装置５の入口側でのｐＨ調整は、シリカによるスケール障害を防止するために、ｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５となるように行う。脱炭酸処理して得られる脱炭酸処理水は、脱炭酸処理前に比較してｐＨが変動する。このため、この中間槽４の入口側では必要に応じてｐＨ調整剤として塩酸、硫酸、硝酸などの酸やＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリを添加する。ＲＯ膜装置５におけるスケール障害防止の面からは、この調整ｐＨは酸性にすることが好ましいが、過度に調整ｐＨが低いと機器や配管材質の腐食の原因となるので、上記ｐＨ範囲とする必要がある。
【００３５】
スケール防止剤は、例えばホスホン酸系、ポリリン酸系、ポリアクリル酸系、ポリアクリルアミド系等のスケール防止剤を用いることができるが、有機系のスケール防止剤はＲＯ膜装置でのファウリングの原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤が好適に用いられる。
【００３６】
前述の如く、ブロー水等の循環冷却水には、既にスケール防止剤が添加されていることから、このスケール防止剤の添加は必ずしも必要とされないが、１〜２０ｍｇ／Ｌ程度の添加により、ＲＯ膜装置５内でのスケール生成をより確実に防止することができ好ましい。なお、スケール防止剤は、ＲＯ膜装置５の前段で添加されていれば良く、ＲＯ膜装置５の入口部に限らず、脱炭酸塔２の入口側又は出口側その他、その添加箇所には特に制限はない。
【００３７】
中間槽４内の水はポンプＰ２によりＲＯ膜装置５に導入され、ＲＯ膜処理され、濃縮水と透過水がそれぞれ系外へ排出される。
【００３８】
このＲＯ膜装置５のＲＯ膜の種類としては、特に制限はなく、処理する循環冷却水の水質（循環冷却水系に供給される原水水質や循環冷却水系での濃縮倍率）によって適宜決定されるが、脱塩率については８５％以上、特に９０％以上のものが好ましい。脱塩率がこれよりも悪いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水（透過水）を得ることができない。
【００３９】
なお、図１に示す装置において、膜濾過装置３の逆洗排水、ＲＯ膜装置５の濃縮水及び透過水は、必要に応じてｐＨ調整された後系外へ排出される。
【００４０】
図１に示す装置は本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００４１】
酸添加手段としては、被処理水導入ラインやライン中に設けたラインミキサに直接或いは、別途設けたｐＨ調整槽に、酸を薬注ポンプ等により添加することなどを挙げることができる。ここで使用される酸は特に限定されるものではなく、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸を好適に用いることができる。
【００４２】
脱炭酸処理手段としては、通常の炭酸ガス除去手段を用いることができ、脱炭酸塔等の他、脱気膜や曝気塔などを採用することができる。
【００４３】
また、脱イオン処理手段としては、ＲＯ膜装置の他、イオン交換樹脂や電気透析装置、連続式電気脱イオン装置などを使用することができるが、冷却水は通常塩濃度が高いこと、更に、処理水質の要求水質の点で、ＲＯ膜装置を用いるのが最も好ましく、他の処理手段は効率が悪いので不適当である。
【００４４】
ｐＨ調整手段としては、本実施例では脱炭酸塔２の入口に酸添加手段を設け、脱炭酸塔２とＲＯ膜装置５との間にｐＨ調整剤添加手段を設け、脱炭酸塔入口側及びＲＯ膜装置入口側のそれぞれで、各薬剤の添加量を自動或いは手動によって調整することで実施している。しかし、ＲＯ膜装置５の入口側のｐＨ調整剤添加手段を省略して、脱炭酸塔２の入口側での酸添加のみにより、脱炭酸塔２の入口側及びＲＯ膜装置５の入口側のｐＨを共に上記ｐＨ範囲に収まるよう調整することも可能である。
【００４５】
ＳＳ除去手段としては、特に制限はなく、膜濾過装置の他、カートリッジフィルタ等を用いることもできる。
【００４６】
このＳＳ除去手段は、ＲＯ膜装置等の脱イオン処理手段の前段に設ければ良く、脱炭酸処理手段の前でも後でも良い。図１に示す如く、脱炭酸処理手段である脱炭酸塔と脱イオン処理手段であるＲＯ膜装置との間に設けた場合には、スケールの生成し易い循環冷却水がそのまま流入することによる膜濾過装置等のＳＳ除去手段でのスケール障害の問題が解消されるという利点がある。
【００４７】
また、脱炭酸処理手段の前段にＳＳ除去手段を設けた場合には、膜濾過装置等のＳＳ除去手段の逆洗排水等として系外へ排出される水量分のｐＨ調整剤を節減することができ、また、ｐＨ調整前の水が導入されることで、ＳＳ除去手段の構成材料を耐酸性のものにする必要がなくなるという利点がある。
【００４８】
このＳＳ除去手段は、被処理水中のＳＳが少ない場合には、これを省略することができるが、通常の場合、後段のＲＯ膜装置の安定運転のためには、これをＲＯ膜装置の前段側に設けてＳＳを除去するのが好ましい。
【００４９】
なお、図１においては、冷却塔のブロー水を原水として処理を行っているが、本発明で対象とする被処理水はブロー水に限らず、本発明では循環冷却水系の循環配管から循環冷却水の一部又は全部を引き抜いて本発明に従って処理した後当該循環冷却水系に戻すようにしても良い。また、循環冷却水に限らず、カルシウム及びシリカを含む被処理水であれば自然水、河川水、井水、市水、工水にも適用可能である。
【００５０】
次に、図２を参照して本発明の水処理方法の実施の形態を説明する。
【００５１】
図２は本発明の水処理方法の実施の形態を示す系統図である。図中、１１は濾過原水槽であり、ｐＨ計１１Ａを備える。１２は膜濾過装置、１３は濾過水槽、１４はＲＯ膜装置である。Ｖ６〜Ｖ１２は開閉弁を示す。
【００５２】
冷却塔からのブロー水等の被処理水は、濾過原水槽１１に導入され、この濾過原水槽１１でスライム防止剤及びスケール防止剤とｐＨ調整のためのＨＣｌ等の酸が添加され、撹拌空気で均一に混合撹拌される。なお、被処理水はその濾過原水槽１１に導入してもよいが、土砂、落ち葉などの大きな浮遊物の流入を防止するために、Ｙ型ストレーナー等の簡易な濾過手段を設け、これらを除去した後、濾過原水槽１１に導入することが好ましい。
【００５３】
循環冷却水は一般にｐＨ８〜９であるため、本発明では、酸、好ましくはＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の鉱酸を添加してｐＨ３〜６、好ましくは４．５〜５．５に調整する。このｐＨ調整のための酸は、膜濾過装置１２の前段で添加すれば良く、濾過原水槽１１に限らず、給水又は送水のための配管に添加しても良いが、均一に混合してｐＨを安定させるために濾過原水槽１１に、濾過原水槽１１のｐＨ計１１Ａの測定値に連動して添加するのが好ましい。
【００５４】
スケール防止剤としては、前述のホスホン酸系、ポリアクリル酸系などが適用できるが、有機系のスケール防止剤はＲＯ膜装置でのファウリング原因となることがあるため、ホスホン酸系、ポリリン酸系のスケール防止剤を用いるのが好ましい。なお、前述の如く、循環冷却水には既にスケール防止剤が添加されているので、本システムでのスケール防止剤の添加は必ずしも必要ではないが、効果を確実なものにするためにごく少量、例えば１〜５０ｍｇ／Ｌ程度好ましくは１〜１０ｍｇ／Ｌを添加することが好ましい。即ち、スケール防止剤はｐＨが変動した場合、処理の安定化に寄与するため、これを添加することが望ましい。
【００５５】
スライム防止剤としては、前述の如く、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）等の次亜塩素酸塩、塩素ガス、クロラミン、塩素化イソシアヌル酸塩などの塩素剤、ジブロモヒダントインなどの臭素剤、ＤＢＮＰＡ、ＭＩＴなどの有機剤が採用できるが、前記と同様の理由からスライム防止剤としては有機剤が好ましい。なお、循環冷却水には既にスライム防止剤が添加されているので、スライム防止剤についても、その添加は必ずしも必要ではない。しかし、スライム防止剤は消費、分解され易いため、効果を確実なものにするためにごく少量、例えば０．１〜１０ｍｇ／Ｌ程度特に０．５〜５ｍｇ／Ｌ程度添加するのが好ましい。
【００５６】
図２においては、濾過原水槽１１が空気撹拌されている。この撹拌は必ずしも必要とされるものではないが、添加薬剤を均一に混合するためには、撹拌を行うことが望ましい。濾過原水槽１１での撹拌は、槽内に気液界面を多く発生させて、水中の炭酸ガスを大気中に放散させ易くするという効果もあり、好ましい。撹拌手段としては特に制限はなく、空気撹拌の他、機械撹拌、水流撹拌等であっても良いが、空気撹拌が簡便である。
【００５７】
濾過原水槽１１でｐＨ調整されると共に、スケール防止剤及びスライム防止剤が添加された水は、ポンプＰ３により膜濾過装置１２に導入され、膜濾過により、水中のＳＳ（懸濁物質）が除去される。この膜濾過装置１２は、ＲＯ膜装置１４の膜汚染の原因となる水中の濁質やコロイダル成分を除去するためのものであり、ＭＦ膜、ＵＦ膜等、好ましくはＵＦ膜を用いることができ、その膜型式にも特に制限はなく、中空糸型、スパイラル型等の膜濾過装置を採用することができる。また、濾過方式にも制限はなく、内圧濾過、外圧濾過、クロスフロー濾過、全量濾過のいずれの方式も適用可能である。
【００５８】
この膜濾過装置１２の濃縮水は濾過原水槽１１に返送され、透過水は濾過水槽１３に送給される。
【００５９】
この膜濾過装置１２では、膜の目詰りによる膜性能の低下を防止するために定期的に逆洗を行う必要がある。膜濾過時には、弁Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を開、弁Ｖ９，Ｖ１０を閉として濾過原水槽１１の水を導入し、濃縮水及び透過水を取り出すが、逆洗時には、弁Ｖ７，Ｖ８を閉、弁Ｖ９，Ｖ１０を開として、ポンプＰ３からの濾過原水と共に、逆洗空気を膜濾過装置１２の膜の原水側から導入し、逆洗排水を系外へ排出する。この逆洗排水は、アルカリ剤を添加してｐＨを中性にした後放流する。
【００６０】
本発明ではｐＨ３〜６に調整した水を膜濾過するため、前述の如く、この膜濾過装置１２での膜濾過性が著しく向上し、短時間で効率的な濾過を行える。
【００６１】
濾過水槽１３の水はポンプＰ４によりＲＯ膜装置１４に導入されてＲＯ膜処理され、透過水は必要に応じてｐＨ調整され、処理水として取り出される。ＲＯ膜処理の濃縮水の一部は濾過水槽１３に循環され、残部はアルカリ剤が添加されてｐＨ中性に調整された後、放流される。この濃縮水の循環水量と放流水量は、弁Ｖ８とＶ９の開度で調整される。
【００６２】
このＲＯ膜装置５のＲＯ膜の種類としては、特に制限はなく、処理する循環冷却水の水質（循環冷却水系に供給される原水水質や循環冷却水系での濃縮倍率）によって適宜決定される。膜材質としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系等を用いることができ、脱塩率については８５％以上、特に９０％以上のものが好ましい。脱塩率がこれよりも低いと、脱イオン効率が悪く、良好な水質の処理水（透過水）を得ることができない。
【００６３】
カルシウム及びシリカスケールを防止して安定にＲＯ膜処理する本発明の効果を顕著に得る上で、被処理水としては、カルシウムを全硬度で３０ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３以上、例えば１００〜７００ｍｇ／Ｌ、シリカを３０ｍｇ／Ｌ以上、例えば５０〜１５０ｍｇ／Ｌ含む循環冷却水が好適である。
【００６４】
そして、ＲＯ膜処理では、濃縮水はカルシウムを全硬度で１０００ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３以上、例えば２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ、シリカを１００ｍｇ／Ｌ以上、例えば３００〜８００ｍｇ／Ｌ以上で濃縮運転することが好ましい。
【００６５】
なお、本発明の水処理方法では、炭酸ガスが残留し処理水（ＲＯ膜装置の透過水）の水質が若干低下する（電気伝導率が大きくなる）傾向があるが、炭酸ガスについては、前述の如く、濾過原水槽の撹拌で一部除去することが可能であり、要求水質を十分に満足する処理水を得ることができる。また、本発明の水処理方法では、脱炭酸塔や脱気膜などの脱炭酸処理手段を用いても良い。
【００６６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００６７】
実施例１
図１に示す装置により、冷却塔のブロー水（ｐＨ８．６〜８．７，全硬度：約５００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３，シリカ：約１００ｍｇ／Ｌ）を０．４ｍ３／ｈｒの処理量で処理した。
【００６８】
各装置の仕様は次の通りであり、脱炭酸塔の入口において、スライム防止剤として１２％ＮａＣｌＯ溶液を５ｍｇ／Ｌ添加すると共に、ＨＣｌを添加して脱炭酸塔入口での被処理水をｐＨ４．９±０．２に調整した。
【００６９】
また、ＲＯ膜処理する水には必要に応じてＮａＯＨ等を添加してｐＨ４．９±０．２に調整すると共にスケール防止剤としてホスホン酸系スケール防止剤を２０ｍｇ／Ｌ添加した。
ストレーナ：バケット型，８０メッシュ
脱炭酸塔 ：直径２００ｍｍ，高さ２７００ｍｍ
膜濾過装置：０．２μｍＭＦ膜
ＲＯ膜装置：４インチＲＯ膜（脱塩率９４％）１本
運転圧力１．８〜２．１ＭＰａ
【００７０】
その結果、ＲＯ膜装置の透過水量は約２Ｌ／ｍｉｎで１００時間の連続運転後も殆ど透過水量の低下を引き起こすことなく、安定な処理が可能であった。
【００７１】
なお、ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水（処理水）の水質は表１に示す通りであり、補給水として再利用可能な水を得ることができた。
【００７２】
比較例１
実施例１の状態から脱酸塔入口のＨＣｌ添加を中止したところ、ＲＯ膜装置における透過水量は、ＨＣｌ添加時の２Ｌ／ｍｉｎから、約２０時間後には１．５Ｌ／ｍｉｎに大幅に低下し、その後２〜３時間で透過水量は１Ｌ／ｍｉｎとなり、運転を継続することができなくなった。
【００７３】
【表１】
実施例２
図２に示す装置により、冷却塔のブロー水（ｐＨ８．７〜８．８，全硬度：約５００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ３，シリカ：約１００ｍｇ／Ｌ）を０．３ｍ３／ｈｒの処理量で処理した。
【００７５】
各装置の仕様は次の通りである。なお、ｐＨ調整の酸にはＨＣｌを使用し、ｐＨ４．５〜５．５に調整した。スケール防止剤にはホスホン酸系スケール防止剤４ｍｇ／Ｌを、スライム防止剤にはメチルイソチアゾロン系スライム防止剤１ｍｇ／Ｌを濾過原水槽に添加した。
濾過原水槽：容量２００Ｌ、撹拌は原水流撹拌
膜濾過装置：公称孔径０．０２μｍ、外圧濾過型中空糸膜（クラレ（株）ＳＦ−３１
００−ＰＶ）１本
濾過水槽 ：容量１００Ｌ
ＲＯ膜装置：合成高分子系スパイラル型ＲＯ膜（脱塩率９９％）（栗田工業（株）Ｋ
ＲＯＡ９８−４ＨＰ）１本
運転圧力１．３〜１．４ＭＰａ、水回収率８０％
【００７６】
その結果、ＲＯ膜装置は透過水量約２８Ｌ／ｍｉｎで１７日間安定した運転が可能であり、スケール障害やスライム障害は発生しなかった。なお、ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水の水質は表２に示す通りであり、補給水として再利用可能な水を得ることができた。
【００７７】
比較例２
実施例２において、ＨＣｌによるｐＨ調整値を６．２〜７．０としたこと以外は同様にして処理を行った。
【００７８】
その結果、１７時間後にはＲＯ膜装置の透過水量は１．０Ｌ／ｍｉｎまで低下し、透過水質も悪化した。ＲＯ膜装置の給水、濃縮水及び透過水の水質は表２に示す通りであった。
【００７９】
実施例３
実施例２において、全硬度約６００ｍｇ／Ｌ as ＣａＣＯ３、シリカ約１３０ｍｇ／Ｌの冷却水ブロー水を用いて、ＨＣｌによるｐＨ調整値を約４程度にしたこと以外は同様にして処理を行った。表２に示す如く、本実施例においても実施例１と同様安定した処理が可能であった。
【００８０】
【表２】
この結果から、単に膜濾過水をＲＯ膜処理するだけでは、安定処理を継続し得ないことがわかる。
【００８２】
また、比較例２において、透過水量の低下は炭酸カルシウムの析出をきっかけとしたシリカスケール析出が原因と考えられる。比較例２の実験の後に膜エレメントを解体し、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った結果、膜表面は粉末状の析出物で覆われており、この析出物はほぼ１００％シリカであった。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置によれば、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で脱炭酸処理した後、ｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理することにより、従来、回収、再利用されずに排水として排出されていた循環冷却水系の冷却塔のブロー水等を、多量の薬品を必要とすることなく、簡易な装置で安定かつ安価に処理して再利用することが可能となり、循環冷却水系の補給水量を大幅に低減することが可能となる。
【００８４】
また、本発明の水処理方法によれば、循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過処理した後、ＲＯ膜処理することにより、より簡素なシステムでＲＯ膜装置のスケール障害を防止して長期にわたり安定な水処理運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の循環冷却水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】 本発明の水処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１ ストレーナ
２ 脱炭酸塔
３ 膜濾過装置
４ 中間槽
５ ＲＯ膜装置
１１ 濾過原水槽
１２ 膜濾過装置
１３ 濾過水槽
１４ ＲＯ膜装置
Claims (11)
- 循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で脱炭酸処理した後、更にｐＨ３〜６の条件下で脱イオン処理することを特徴とする水処理方法。
- 循環冷却水にスケール防止剤を添加することを特徴とする請求項１の水処理方法。
- 脱イオン処理する前に、懸濁物質除去処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
- 前記脱イオン処理が逆浸透膜処理であって、該逆浸透膜処理において濃縮水のカルシウム全硬度２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ ３ 、シリカ濃度３００〜８００ｍｇ／Ｌまで濃縮することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水処理方法。
- 循環冷却水の処理装置であって、
酸添加手段、脱炭酸処理手段、脱イオン処理手段が配設されると共に、該脱炭酸処理手段及び該脱イオン処理手段に導入される被処理水をｐＨ３〜６に調整するためのｐＨ調整手段を設けてなる水処理装置。 - 更にスケール防止剤添加手段を設けたことを特徴とする請求項５の水処理装置。
- 更に脱イオン処理手段よりも前段に懸濁物質除去手段を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載の水処理装置。
- 前記脱イオン手段が逆浸透膜装置であって、該逆浸透膜装置において濃縮水のカルシウム全硬度２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ ３ 、シリカ濃度３００〜８００ｍｇ／Ｌまで濃縮することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の水処理装置。
- 循環冷却水をｐＨ３〜６の条件下で膜濾過処理した後、逆浸透膜処理することを特徴とする水処理方法。
- 循環冷却水にスケール防止剤及び／又はスライム防止剤を添加した後、膜濾過処理することを特徴とする請求項９に記載の水処理方法。
- 前記脱イオン処理が逆浸透膜処理であって、該逆浸透膜処理において濃縮水のカルシウム全硬度２０００〜５０００ｍｇ／Ｌ ａｓ ＣａＣＯ ３ 、シリカ濃度３００〜８００ｍｇ／Ｌまで濃縮することを特徴とする請求項８又は９に記載の水処理方法。
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