JP4842772B2 - 重亜硫酸ナトリウムの貯蔵装置 - Google Patents

Description

この発明は、水中に含まれる汚濁物質を分離除去するために行う、ろ過膜を用いた水処理装置において、洗浄用薬品に次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合の還元剤として重亜硫酸ナトリウムを使用する際の、重亜硫酸ナトリウムの貯蔵タンクを備えた水処理装置に関する。また、この発明は、水処理装置に備えられた重亜硫酸ナトリウムの貯蔵タンクから重亜硫酸ナトリウムを取り出し、ろ過膜の薬品洗浄排水処理に利用するろ過膜の薬品洗浄処理方法に関する。

ろ過膜を用いた水処理装置では、長時間の運転によってファウリングが起こり、ろ過性能が低下する。そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。
しかしながら、これら物理洗浄を実施していても次第にファウリングは進行し、ファウリングにより膜目詰まりした膜は薬品洗浄を実施することとなる。薬品洗浄は物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する洗浄方法で、膜のろ過能力をほぼ初期状態まで回復することができる。ところが、薬品洗浄は、その期間、造水ができなくなること、コストがかかることおよびその洗浄廃液処理の観点から、できるだけ回数を少なくすることが望まれている。また、界面活性剤などの特殊な薬品を使用する場合は、プロセスラインへの薬品混入を避けるため、オフラインでの洗浄をしなければならないことからも回数を少なくすることが望まれていた。
これらの対策の一つとして、洗浄薬品を含む水で洗浄する、薬品浸漬工程を設けて膜の洗浄効果を向上する方法が考案されている。この洗浄薬品としては付着した有機物の除去と殺菌を目的として次亜塩素酸ナトリウムが使用され、膜の耐薬品性が高い場合には、次亜塩素酸ナトリウムに水酸化ナトリウムを併用して洗浄効果を高める場合もある。金属塩の除去としてシュウ酸、クエン酸などの有機酸や硫酸のような無機酸が使用される。

薬品を用いた洗浄を行う場合、薬品洗浄工程後には、薬品を含有する洗浄排水が排出されるため、これを安全かつ衛生的に処理する必要がある。この洗浄排水を処理する方法としては、個別に貯留して液状産業廃棄物として廃棄物処理業者に有料で処理を委託する方法があるが、非常に高価であり、浄水処理コストが上昇する。そこで浄水場において排水を処理し、公共用水域に放流可能な程度に処理する方法があげられる。
前記次亜塩素酸ナトリウム洗浄排水の処理は、排水のpHを7以上のアルカリ側に保持しながら残留塩素をチオ硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を添加し、中和処理するのが一般的である。還元剤についてはチオ硫酸ナトリウムは還元反応が終了するまでに時間がかかるため、膜ろ過装置の規模が増大し排水量が増大した場合には、排水処理施設の大規模化が必要となる。重亜硫酸ナトリウムは反応時間が短く、排水処理が容易である。

しかしながら、重亜硫酸ナトリウムの使用および貯蔵には以下に示すような問題点がある。
重亜硫酸ナトリウムは酸と接触すると有害な亜硫酸ガスが発生する。また空気と触れると徐々に酸化され亜硫酸ガスを発生し、硫酸ナトリウムに変化する。亜硫酸ガスはタンク内に保持され徐々に濃度が増加するので、薬品の補充や開放点検の際には亜硫酸ガスに曝露される危険性がある。また硫酸ナトリウムは溶解度が低いために貯蔵タンク内の温度が低下すると結晶化し、薬品の吸入口等を閉塞するおそれがあるために貯蔵時の濃度管理も必要となる。
以上のように、重亜硫酸ナトリウムの還元剤としての有用性は高いことから、安全性に配慮した貯蔵方法を検討する必要がある。
また、その重亜硫酸ナトリウムを用いたろ過膜の洗浄排水処理を安全性に配慮して行う必要がある。

ところが、重亜硫酸ナトリウムの安全性に配慮した貯蔵方法についての報告を本発明者らは見出すことが出来ない。例えば、膜の洗浄に際して使用する薬品の種類、濃度についての記載があるが（特許文献１，２）、洗浄排水の処理に関する記載がない。洗浄排水を塩素系廃液と有機酸廃液とを個別に貯留する技術が報告されているが（特許文献３）、排水処理槽が複数個必要になる。
さらに、重亜硫酸ナトリウムを用い、安全性に配慮したろ過膜の洗浄排水処理についての報告もない。

特開平１０−１５３６５号公報 特開平８−１９７０５３号公報 特開２００４−２１６２９７号公報

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の課題は重亜硫酸ナトリウムを安全性に配慮して貯蔵する技術を提供することにある。すなわち、重亜硫酸ナトリウムの還元剤としての有用性を失われることなく貯蔵する技術を提供することにある。

本発明者らの工夫により、前記課題は次のような手段をとることにより解決された。
すなわち、原水からろ過水を得る水処理装置に備えられたろ過膜を次亜塩素酸ナトリウにより洗浄し、洗浄後の次亜塩素酸ナトリウムを、タンクに貯蔵された重亜硫酸ナトリウムを取り出して還元するろ過膜の薬品洗浄方法において、前記タンクに空気または不活性ガス導入して前記タンク内に滞留する亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを排出し、該空気または不活性ガス中の亜硫酸ガスを浄化した後、該浄化した空気または不活性ガスを水処理装置の系外に排出することを特徴とするろ過膜の薬品洗浄方法（請求項１）。

請求項１において、前記タンク内に滞留する亜硫酸含有ガスの当該タンクからの排出が、該タンクのキャップに設けた導入管から空気または不活性ガスを導入し、前記キャップに設けた排出管から該貯蔵タンク外へ排出するものであることを特徴とする（請求項２）。さらに、請求項１又は２において、重亜硫酸ナトリウムの貯蔵タンクの貯蔵温度を１０℃以上とし、重亜硫酸ナトリウムの貯蔵濃度を１６%以下とすると、重亜硫酸ナトリウムの保管や維持に有利である（請求項３）。

また、前記課題は次のような手段をとることにより解決された。
ろ過膜を用いて原水からろ過水を得る薬品洗浄装置を備えた水処理装置において、当該ろ過膜を洗浄した次亜塩素酸ナトリウムを還元するための重亜硫酸ナトリウムが貯蔵されるタンクと、該タンク内に滞留する亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを排出するために、該タンク内に空気または不活性ガスを導入するガス導入装置と、該タンクより排出された亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを浄化する装置を有することを特徴とする原水からろ過水を得る水処理装置（請求項４）。ここで、空気または不活性ガス導入装置としては、特に制限されないのであり、前記貯蔵タンクの種類や大きさなどにより適宜最適な装置を選べばよい。また、ろ過膜も何ら制限されないのであり、中空糸膜からなる膜であれば全て使用できる。例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）などが使用可能であり、さらに、それら中空糸膜を含む膜モジュールでもよい。具体的には平膜型モジュール、中空糸型モジュール、管型モジュールなどが例示される。

請求項４において、前記ガス導入装置は、前記タンクのキャップに設けた、空気または不活性ガスの導入管と該タンク内に滞留する亜硫酸ガスの排出管を有することを特徴とする（請求項５）。

（作用）
本発明によれば、重亜硫酸ナトリウムの補充やタンク交換作業が簡便となり、また亜硫酸ガスに曝露される危険性が低減できる。また硫酸ナトリウムの結晶化が回避でき、配管閉塞の可能性が低くなる。

（発明の実施の形態）
以下、本発明の膜ろ過装置の構成について、図に基づき説明する。なお、本発明はこれらの図に基づく膜ろ過装置の構成に何ら制限されるものではない。
図１および図２に本発明における実施の形態に係る構成図を示す。
図1において22が薬品排水処理タンク、24が攪拌機、25がpHメータ、26が重亜硫酸注入バルブ、27が重亜硫酸注入ポンプ、28が重亜硫酸ナトリウムタンク、29：空気送風用コンプレッサーである。
図２は図１に示す装置に逆流防止用トラップ38、亜硫酸ガス洗浄用液体トラップ（水酸化ナトリウムトラップ）39を付加した装置である。

水処理工程は、ろ過工程、逆洗工程、酸注入逆洗工程および次亜塩素酸注入逆洗工程から成り立っており、それぞれの工程での運転条件は原水条件などに応じて決められる。
ろ過工程と逆洗工程を所定回数実施したところもしくは膜差圧が所定値に達した時点で、逆洗工程の代わりとして、酸注入逆洗工程および次亜塩素酸ナトリウム注入逆洗工程が行われる。次亜塩素酸ナトリウム注入逆洗工程は、ろ過工程と逆洗工程を所定回数実施したところもしくは膜差圧が所定値に達した時点で、逆洗工程の代わりとして行われる。これは、通常の逆洗に続けて硫酸による浸漬洗浄を実施するもので、逆洗を行っている状態で、次亜塩素酸ナトリウム注入ポンプ18により、次亜塩素酸ナトリウムタンク17より次亜塩素酸ナトリウムを次亜塩素酸ナトリウム注入バルブ19を通じて注入し、膜5が所定の残留塩素濃度となるように注入し、所定時間の浸漬を行う。所定時間の浸漬が経過した後、膜5のリンスとして、膜ろ過水を用いた逆洗を実施し、膜5内の次亜塩素酸ナトリウムを薬品排水処理タンク22に排出する。排出した次亜塩素酸ナトリウム排出液を攪拌機24で攪拌し、重亜硫酸ナトリウム注入ポンプ27により、重亜硫酸ナトリウムタンク28より重亜硫酸ナトリウムを重亜硫酸ナトリウム注入バルブ26を通じて注入し、次亜塩素酸ナトリウム排出液を公共用水域に放流可能な程度に還元処理する。

重亜硫酸ナトリウムタンク28内の重亜硫酸ナトリウムは空気と触れると徐々に酸化され亜硫酸ガスを発生し、硫酸ナトリウムに変化する。亜硫酸ガスはタンク内に保持され徐々に濃度が増加するので、重亜硫酸ナトリウムタンク28への薬品の補充や開放点検の際には亜硫酸ガスに曝露される危険性がある。そこで、薬品の補充や開放点検時にはあらかじめ空気送風用コンプレッサー29より重亜硫酸ナトリウムタンク28へ空気を導入し、重亜硫酸ナトリウムタンク28に滞留する亜硫酸ガスを排気口32より系外へ排出する。空気送風用コンプレッサー29の代わりに窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスボンベを使用しても良い。
重亜硫酸ナトリウムタンク28と前記排気口32の間に逆流防止用トラップ38および亜硫酸ガス洗浄用液体トラップ39を設けてもよい。亜硫酸ガス洗浄用液体トラップ39には水または水酸化ナトリウムを用いる。この場合、次亜塩素酸ナトリウム排出液の還元工程において、重亜硫酸ナトリウムを注入すると、重亜硫酸ナトリウムタンク28内がわずかに減圧になるおそれがあるが、逆流防止用トラップ38により亜硫酸ガス洗浄用液体トラップ39の洗浄液が重亜硫酸ナトリウムタンク28内に逆流するおそれがない。
また少量貯蔵に際しては、重亜硫酸ナトリウムタンク28を市販ポリタンクとし、キャップ部に重亜硫酸ナトリウム注入ライン、空気送風用コンプレッサー29からの送風ライン、重亜硫酸ナトリウムタンク内排気ガスの排気口32を経る排気ラインを取り付けることにより、補充作業時にタンクごと交換可能とし省力化を図ることができる。

図３に硫酸ナトリウムの溶解度曲線を示す。
硫酸ナトリウムは溶解度が低く、１０℃では溶解度が約8%である。重亜硫酸ナトリウムの構造式は、NaHSO₃で表記され、硫酸ナトリウムはNa₂SO₄で表記される。重亜硫酸ナトリウム２分子の分解により硫酸ナトリウム１分子が生成することから、重亜硫酸ナトリウム水溶液の貯蔵濃度を１６%以下にすることで貯蔵温度が１０℃であっても結晶化による薬品の吸入口等の閉塞を回避することができる。

本発明により、ろ過膜の洗浄排水処理が安全に、また簡便に行うことができる。しかも配管閉塞等のトラブルも回避できる。すなわち、重亜硫酸ナトリウムの補充やタンク交換作業が簡便となり、亜硫酸ガスに曝露される危険性が低減できる。さらに硫酸ナトリウムの結晶化が回避でき、配管閉塞の可能性が低くなるなど、重亜硫酸ナトリウムの保管や維持・管理に有利である。本発明の排水処理により生じる洗浄排水は公共下水道に排出可能であり、本発明は極めて実用的な発明である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明はこの実施例によって制限されるものではない
（実施例１）
図１に示す装置において容量５０Lの塩化ビニル製タンクに１６%重亜硫酸ナトリウムを貯蔵した。タンクキャップを開放し、亜硫酸ガス検知管を用いて亜硫酸ガス濃度を測定したところ、開口部で０．０５%、タンク内部で２．５%の濃度であった。薬品補充作業時に空気コンプレッサーによりタンク内の亜硫酸ガスを開口部で検出されなくなるまで置換してから薬品補充作業をおこなった。

（実施例２）
図２に示す装置において容量５０Lの塩化ビニル製タンクに１６%重亜硫酸ナトリウムを貯蔵した。タンクキャップを開放し、亜硫酸ガス検知管を用いて亜硫酸ガス濃度を測定したところ、開口部で０．０５%、タンク内部で２．５%の濃度であった。薬品補充作業時に空気コンプレッサーによりタンク内の亜硫酸ガスを開口部で検出されなくなるまで置換してから薬品補充作業をおこなった。

（実施例３）
図１に示す装置において重亜硫酸ナトリウムタンクを容量２０Lの市販ポリタンクとし１６%重亜硫酸ナトリウムを貯蔵した。ポリタンクのキャップ部に重亜硫酸ナトリウム注入ライン、空気送風用コンプレッサーからの送風ライン、重亜硫酸ナトリウムタンク内排気排気ガスのラインを取り付けた。
薬品補充作業時に空気コンプレッサーによりタンク内の亜硫酸ガスを開口部では検出されなくなるまで置換した。
これとは別に、容量20Lの市販ポリタンクに１６%重亜硫酸ナトリウムを調製した。薬品補充作業は膜ろ過装置において１６%重亜硫酸ナトリウムを貯蔵していたタンクのキャップをはずし、別途準備したポリタンクに付け替えることで終了した。

（比較例１）
容量５０Lの塩化ビニル製タンクに市販３５%重亜硫酸ナトリウムを貯蔵した。
タンクキャップを開放し、亜硫酸ガス検知管を用いて亜硫酸ガス濃度を測定したところ、開口部で０．０５%、タンク内部で３．０%の濃度であった。
またタンク内に硫酸ナトリウム結晶が析出し、重亜硫酸ナトリウム注入ラインが閉塞した。このときの貯蔵温度は８℃であった。このことから、重亜硫酸ナトリウム水溶液の貯蔵濃度を１６%以下が好ましいことが分かる。

本発明を次のように記載することもできる。
（１）空気または不活性ガス導入装置を設けることを特徴とするろ過膜を用いて原水からろ過水を得る薬品洗浄装置を備えた水処理装置に備えるための重亜硫酸ナトリウム貯蔵タンク。
（２）排出されたガスを浄化する装置をさらに設けることを特徴とする上記（１）記載の重亜硫酸ナトリウム貯タンク。
（３）貯蔵タンクのキャップに、空気または不活性ガスの導入管と、タンクからの排出ガスの排出管を設け、前記タンクの本体の交換を容易にすることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の重亜硫酸ナトリウム貯蔵タンク。
（４）重亜硫酸ナトリウムの貯蔵タンクの貯蔵温度を１０℃以上とし、重亜硫酸ナトリウムの貯蔵濃度を１６%以下とすることを特徴とする上記（１）〜（２）記載のいずれかの重亜硫酸ナトリウム貯蔵タンク。

本発明の実施の形態１に係る水処理装置の構成図を示す。 本発明の実施の形態２に係る水処理装置の構成図を示す。 硫酸ナトリウムの溶解度曲線を示す。

符号の説明

1：原水、2：原水タンク、3：運転ポンプ、4：膜入口バルブ、5：膜、6：膜出口バルブ、7：逆洗タンク入口バルブ、8：逆洗タンク、9：処理水、10：逆洗ポンプ、11：逆洗バルブ、12：逆洗排水バルブ、13：逆洗排水、14：酸貯蔵タンク、15：酸注入ポンプ、16：酸注入バルブ、17：次亜塩素酸ナトリウムタンク、18：次亜塩素酸ナトリウムポンプ、19：次亜塩素酸ナトリウム注入バルブ、20：電気伝導度計、21：薬品洗浄排水バルブ、22：薬品排水処理タンク、23：薬品処理排水、24：攪拌機、25：pHメータ、26：重亜硫酸注入バルブ、27：重亜硫酸注入ポンプ、28：重亜硫酸ナトリウムタンク、29：空気送風用コンプレッサー、30：ドレンバルブ、31：ドレン、32：排気口、33：アルカリ注入バルブ、34：アルカリ注入ポンプ、35：アルカリ剤タンク、36：ドレンバルブ、37：ドレン、38：逆流防止用トラップ、39：亜硫酸ガス洗浄用液体トラップ

Claims (5)

1. 原水からろ過水を得る水処理装置に備えられたろ過膜を次亜塩素酸ナトリウにより洗浄し、洗浄後の次亜塩素酸ナトリウムを、タンクに貯蔵された重亜硫酸ナトリウムを取り出して還元するろ過膜の薬品洗浄方法において、前記タンクに空気または不活性ガス導入して前記タンク内に滞留する亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを排出し、該空気または不活性ガス中の亜硫酸ガスを浄化した後、該浄化した空気または不活性ガスを水処理装置の系外に排出することを特徴とするろ過膜の薬品洗浄方法。
2. 前記タンク内に滞留する亜硫酸含有ガスの当該タンクからの排出が、該タンクのキャップに設けた導入管から空気または不活性ガスを導入し、前記キャップに設けた排出管から該貯蔵タンク外へ排出するものであることを特徴とする請求項１記載のろ過膜の薬品洗浄処理方法。
3. 重亜硫酸ナトリウムの貯蔵タンクの貯蔵温度を１０℃以上とし、重亜硫酸ナトリウムの貯蔵濃度を１６%以下とすることを特徴とする請求項１又は２記載のろ過膜の薬品洗浄処理方法。
4. ろ過膜を用いて原水からろ過水を得る薬品洗浄装置を備えた水処理装置において、当該ろ過膜を洗浄した次亜塩素酸ナトリウムを還元するための重亜硫酸ナトリウムが貯蔵されるタンクと、
   該タンク内に滞留する亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを排出するために、該タンク内に空気または不活性ガスを導入するガス導入装置と
   該タンクより排出された亜硫酸ガスを含む空気または不活性ガスを浄化する装置を有することを特徴とする原水からろ過水を得る水処理装置。
5. 前記ガス導入装置は、前記タンクのキャップに設けた、空気または不活性ガスの導入管と該タンク内に滞留する亜硫酸ガスの排出管を有することを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。

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