JP5002418B2 - リーク監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、カチオン交換樹脂装置の出口側に配置され、該装置からリークした硬度成分を監視、検出するリーク監視装置に係り、特に、低コストで簡便に硬度成分のリークを監視、検出することが可能なリーク監視装置に関する。

例えば電気式脱イオン装置などで、硬度成分（Ｃａ^２＋，Ｍｇ^２＋等）を含む被処理水を処理すると、該装置に装備されたイオン交換膜に硬度成分が蓄積して硬度スケールが析出し、処理水質の悪化を招く。

このため、電気式脱イオン装置などに硬度成分が流入するのを防止するため、該装置の前段に、カチオン交換樹脂装置を配置した水処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

カチオン交換樹脂装置は、硬度成分を除去する装置であるが、その交換容量には限界があり、この限界を超えると、カチオン交換樹脂装置から硬度成分がリークする。この場合、カチオン交換樹脂装置に装備されたカチオン交換樹脂を塩酸などの再生薬品で再生したり、新品と交換することで、硬度成分の除去が可能となるが、カチオン交換樹脂の交換容量が限界を超えたことに気づかなかった場合には、硬度成分がリークして、電気式脱イオン装置などで硬度スケールが発生してしまう。

そこで、カチオン交換樹脂装置の出口付近で、該装置からの硬度成分のリークを検出するために、カチオン交換樹脂装置の処理水に含まれる硬度成分を市販の硬度計で測定していた。

しかしながら、硬度計は一般に高価で装置が複雑であり、維持コストを要するという問題があった。
特開平１１−４２４９８号公報

本発明の目的は、カチオン交換樹脂装置からの硬度成分のリークを低コストで簡便に監視するリーク監視装置を提供することにある。

すなわち、本発明のリーク監視装置は、カチオン交換樹脂装置の後段に配置して該装置からの硬度成分のリークを監視するリーク監視装置であって、前記カチオン交換樹脂装置の処理水にアルカリ剤を添加して、前記処理水に含まれる硬度成分を硬度スケールとして析出させるアルカリ剤添加手段と、前記硬度スケールの濃度を計測する計測手段と、を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、カチオン交換樹脂装置からの硬度成分のリークを低コストで簡便に監視できる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るリーク監視装置の構成を模式的に示す図である。図２は、図１のリーク監視装置を適用した水処理装置の一例を模式的に示す図である。

図１に示すように、リーク監視装置は、流路に沿って順に、膜式除濁手段と、アルカリ剤添加手段と、計測手段とを備えている。

膜式除濁手段は、被処理水から懸濁物質（ＳＳ）、ファウリング物質等を除去する装置である。本実施形態では、膜式除濁手段を配置しているが、必要に応じて配置すればよく、被処理水に含まれる濁度成分の濃度が低く、水質が安定している場合には、配置しなくてもよい。膜式除濁手段としては、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）などを使用できる。ろ過膜の材質としては、例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、四フッ化エチレン樹脂などが挙げられる。その形態は、中空糸型、管状型、スパイラル型、平膜型など如何なるモジュール形式の形態であってもよい。この膜式除濁手段で濁度成分を除濁することにより、水質を向上させることができ、後段の計測手段において濁度成分の影響による測定誤差の発生を防止できる。

アルカリ剤添加手段は、本実施形態では、膜式除濁手段の処理水にアルカリ剤を添加してｐＨを調整する装置である。アルカリ剤添加手段は、例えば薬注ポンプ、シリンジポンプなどにアルカリ剤を収容し、これを押し出して添加する。このアルカリ剤添加手段によるｐＨ調整は、膜式除濁手段の処理水に硬度成分（Ｃａ^２＋，Ｍｇ^２＋等）が含まれている場合に、アルカリ剤を添加して硬度スケールの生成を促進させるために行う。

アルカリ剤の添加によって硬度スケールの生成が促進されるメカニズムは、以下のとおりである。

一般に、ＣａＣＯ_３の溶解度は、ｐＨに依存しており、次式で表される。
Ｃａ^２＋＋ＨＣＯ_３ ⁻⇔Ｈ^＋＋ＣａＣＯ_３↓・・・（１）

Ｃａ^２＋を含む水中にアルカリ剤としてＮａＯＨを加えると、水中には溶存したＣＯ_２がＨＣＯ_３ ⁻の形で存在しているため、式（１）においてＨ^＋が消費されて平衡が右方向にシフトし、ＣａＣＯ_３の生成が促進される。ＣａＣＯ_３の溶解度積は８．７×１０^−９（２５℃）であり、非常に溶解しにくく、沈殿物としてＣａＣＯ_３が析出する。

すなわち、本実施形態では、膜式除濁処理手段の処理水に中性の状態で溶解していた硬度成分（例えばＣａ^２＋）にアルカリ剤が添加され、ｐＨ調整が行われると、ｐＨの影響を受けてＣａＣＯ_３などの硬度スケールが沈殿物として発生する。

アルカリ剤の添加によるｐＨ調整は、硬度成分が硬度スケールとして析出するようなｐＨの範囲になればよく、好ましくはｐＨが９以上、１３以下、より好ましくは１０以上、１２以下となるように行われる。ｐＨが９未満であると、水中に硬度成分が存在していても、硬度スケールの発生が不十分になり、後段の計測手段で硬度成分を検出しにくい。一方、ｐＨが１３を超えると、アルカリ剤の添加量が多量で高濃度のため、アルカリ剤そのものが析出しやすく、これを計測手段で検出してしまう恐れがある。

アルカリ剤としては、特に制限されるものではないが、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ、ＮＨ_３ガスのような実質的に２価以上のカチオンを含まないアルカリ剤が好ましい。アルカリ剤に２価以上のカチオンが含まれていると、例えば水酸化バリウムの場合、硬度成分とは無関係のスケール（ＢａＳＯ_４）を発生する可能性がある。

計測手段は、アルカリ剤添加手段によるアルカリ剤の添加によって生成した硬度スケールの濃度（水中に含まれる硬度スケールの量の割合）を計測する装置である。計測手段で計測された硬度スケールの濃度が所定値以上の場合には、カチオン交換樹脂装置に装備されたカチオン交換樹脂から硬度成分のリークが発生したものと判断される。これにより、水処理装置（図２参照）の緊急停止などの処置を行い、カチオン交換樹脂を新品に交換したり、塩酸などの再生薬品で再生した後、運転を再開する。計測手段としては、例えば、濁度計、微粒子カウンターなどを使用することができる。本実施形態では、膜式除濁手段により、水中の濁度成分が除濁されているため、計測手段では計測誤差が生じにくい。

次に、本発明のリーク監視装置を図２に示す水処理装置に適用して、詳細に説明する。

図２に示すように、水処理装置は、流路に沿って順に、逆浸透膜処理装置と、カチオン交換樹脂装置と、本発明のリーク監視装置と、電気式脱イオン装置とを備えている。なお、必要に応じて、それぞれの構成機器間に別の機器を配置することも可能である。

逆浸透膜処理装置は、工業用水、市水、井水などの原水中の炭酸イオンを含むイオン類、シリカ等の不純物を分離除去する装置である。後述する電気式脱イオン装置においても、これらのイオン類、シリカ等の分離除去は可能であるが、電気式脱イオン装置のみにより、これらの不純物を除去したのでは処理コストが高くなるので、予め逆浸透膜処理装置により脱塩し電気式脱イオン装置への負荷を低減しておく。なお、この逆浸透膜処理装置は、水中の微粒子、有機物、生菌等も除去するので、それらの流入による電気式脱イオン装置の汚染を防止することができ、安定した電気式脱イオン装置の運転を可能とする。逆浸透膜処理装置に用いる逆浸透膜の材質は、例えば、アラミド系膜、ポリアミド系膜、酢酸セルロース膜などが例示される。また、その形態については、スパイラル型、プレート型、チューブラ型など如何なるモジュール形式の形態であってもよい。

カチオン交換樹脂装置は、逆浸透膜処理装置で取りきれなかった硬度成分（Ｃａ^２＋，Ｍｇ^２＋等）を実質的に完全に除去して電気式脱イオン装置における硬度スケールの形成を防止する。カチオン交換樹脂装置に用いるカチオン交換樹脂としては、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂を用いることが好ましい。Ｈ型に再生された強酸性カチオン交換樹脂を用いることも可能であるが、Ｈ型に再生された強酸性カチオン交換樹脂を使用した場合には、電気式脱イオン装置で容易に除去可能なナトリウムイオン（Ｎａ⁺）等の一価のイオンも一緒に除去されてしまうため、当該強酸性カチオン交換樹脂の再生頻度が高くなり、ランニングコストの上昇を招く。また、Ｎａ型に再生された弱酸性カチオン交換樹脂を使用した場合には、強酸性カチオン交換樹脂に比べてイオン交換速度が遅く、硬度成分の除去が不十分になり、電気式脱イオン装置で硬度スケールが発生しやすくなる。

電気式脱イオン装置は、陽極と陰極との間に複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配置してアニオン交換膜とカチオン交換膜によって仕切られた脱塩室と濃縮室とが交互に形成され、被処理水が供給される脱塩室にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体が充填され、陽極と陰極間には直流電圧が印加されるように構成されている。このように構成された電気式脱イオン装置では、供給水中のイオン成分は、脱塩室のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体に吸着されるが、混合体に吸着されたイオン成分は直流電流の作用により濃縮室に移行されてアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合体は連続的に再生される。すなわち、電気式脱イオン装置ではイオンの吸着と再生が並行して行われる。

図２に示すように、カチオン交換樹脂装置と電気式脱イオン装置との間に、本発明のリーク監視装置を配置している。これにより、カチオン交換樹脂装置から硬度成分がリークした場合に、本発明のリーク監視装置でこれを検出することができ、電気式脱イオン装置への硬度成分の流入を防止できる。従来の硬度計であれば、装置が高価で複雑であり、維持コストを要したが、本発明のリーク監視装置によれば、低コストで簡便に行うことができ、さらには維持コストを少なく抑えることが可能である。

なお、本実施形態では、本発明のリーク監視装置を図２に示す水処理装置に適用したが、これ以外の構成を備えた図３に示すような水処理装置に適用することも可能である。

図３に示すように、この水処理装置では、流路に沿って順に、カチオン交換樹脂装置、本発明のリーク監視装置、脱気装置、逆浸透膜処理装置を備えている。図２に示した水処理装置と同様に、本発明のリーク監視装置は、カチオン交換樹脂装置の後段（出口側）に配置されている。リーク監視装置は、図１と同様の構成であるため、その説明を一部省略または簡略化する。

図３に示す水処理装置において、カチオン交換樹脂装置は、例えば工業用水、市水、井水などの原水から硬度成分（Ｃａ^２＋，Ｍｇ^２＋等）を除去する装置である。

リーク監視装置は、図１と同一の構成であり、膜式除濁手段と、アルカリ剤添加手段と、計測手段とを備える。リーク監視装置は、カチオン交換樹脂装置の出口に配置され、カチオン交換樹脂装置から硬度成分がリークしたかどうかを監視し、微量リークの硬度成分があった場合には、これを検出する。

リーク監視装置による監視方法としては、膜式除濁手段で、カチオン交換樹脂装置の処理水から濁度成分を除去した後、アルカリ剤添加手段でアルカリ剤（例えばＮａＯＨ）を添加してｐＨ調整を行う。微量リークの硬度成分がある場合には、硬度スケール（例えばＣａＣＯ_３など）が沈殿物として析出する。析出した硬度スケールは、計測手段（例えば濁度計、微粒子カウンター）で計測される。

脱気装置は、水中から溶存するＣＯ_２を脱気する装置である。

逆浸透膜処理装置は、脱気装置の処理水中のシリカ等の不純物を分離除去する装置である。

図３に示す水処理装置では、カチオン交換樹脂装置と脱気装置との間に本発明のリーク監視装置を配置することで、カチオン交換樹脂装置の処理水に微量リークの硬度成分があった場合に、本発明のリーク監視装置でこれを検出し、後段の逆浸透膜処理装置への硬度成分の流入を防止できる。また、上述したように、従来の硬度計を使用した場合と比べて、低コストで簡便に、さらには維持コストを少なく抑えて、監視、検出を行うことができる。

本発明を実施例により説明する。

（実施例１）
図４の経路Ａに示すように、この実施例の装置は、被処理水の流れに沿って順に、カチオン交換樹脂装置と、リーク監視装置として膜式除濁手段、アルカリ剤添加手段及び計測手段を備えている。アルカリ剤添加手段で用いたアルカリ剤は、ＮａＯＨである。アルカリ剤添加手段で膜式除濁手段の処理水のｐＨを１１〜１１．５に調整し、各機器のメンテナンス時を除く２０時間の連続運転を行った。

使用した原水は、神奈川県厚木市市水であり、使用した装置と運転条件は下記の通りである。
カチオン交換樹脂装置で使用したカチオン交換樹脂：デュオライトＣ−２０（Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂、ローム＆ハース社製），充填樹脂量７Ｌ，通水流量２００Ｌ／ｈｒ、
膜式除濁手段で使用した除濁フィルター：ＱＴＥＣ０．１μｍ ２０ＩＮ−ＮＰＣ ＢＵＮＡ（Graver Technologies社製）、
計測手段：低濃度濁度計（１７２０Ｅ、ＨＡＣＨ社製），通水流量０．２Ｌ／ｍｉｎ、

運転開始から６時間後、１１時間後、１８時間後、１８．５時間後にサンプリングを行い、それぞれについて膜式除濁手段の処理水の硬度を測定し、濁度計で硬度スケールの濃度を測定した。結果を図５と表１に示す。図５は、実施例１における濁度計指示値の経時変化を示すグラフである。

（比較例１）
実施例１においてアルカリ剤としてＮａＯＨを添加せずに、図４の経路Ｂに示す通水経路で連続運転を行う以外は、実施例１と同様にして行った。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、連続運転開始から６時間、１１時間では、膜式除濁手段の処理水に含まれるＣａ^２＋、Ｍｇ^２＋がそれぞれ０．００１ｐｐｍ未満であり、実施例１に示すように該処理水にＮａＯＨを添加してｐＨを１１〜１１．５に調整しても、濁度計指示値は、ＮａＯＨを添加しない比較例１と同様の値を示している。

連続運転開始から１８時間経過すると、膜式除濁手段の処理水の硬度がＣａ^２＋は０．１４ｐｐｍであり、Ｍｇ^２＋は１．３ｐｐｍである。実施例１では、図４の経路Ａに示すように、膜式除濁手段の処理水にＮａＯＨを添加してｐＨが１１〜１１．５に調整されているため、硬度スケールが析出して濁度計指示値が０．０５ｐｐｍを示しており、さらに運転時間が経過して１８．５時間後では、実施例１の濁度計指示値は０．２３ｐｐｍを示している。

一方、比較例１では、図４の経路Ｂに示すように、ＮａＯＨを添加していないため、１８時間後の濁度計指示値は０．０１８ｐｐｍであり、さらに運転時間が経過しても（１８．５時間後）濁度計指示値は０．０１８ｐｐｍである。実施例１の濁度計指示値から、連続運転から１８時間経過すると、硬度成分がリークしていることは、明らかであるが、比較例１では、ＮａＯＨを添加していないため、硬度成分を検出できない。

よって、本発明のリーク監視装置によれば、該装置をカチオン交換樹脂の出口に配置することで、カチオン交換樹脂装置からの硬度成分のリークを確実に、かつ、容易に検出することができる。

本発明の一実施形態に係るリーク監視装置の構成を模式的に示す図。 図１のリーク監視装置を適用した水処理装置の一例を模式的に示す図。 図１のリーク監視装置を適用した水処理装置の他の例を模式的に示す図。 実施例１に使用したリーク監視装置の系統図。 実施例１における濁度計指示値の経時変化を示すグラフ。

Claims (2)

1. カチオン交換樹脂装置の後段に配置して該装置からの硬度成分のリークを監視するリーク監視装置であって、
   前記カチオン交換樹脂装置の処理水に、２価以上のカチオンを実質的に含まないアルカリ剤を添加し、該処理水のｐＨを９以上、１３以下に調整して前記処理水に含まれる硬度成分を硬度スケールとして析出させるアルカリ剤添加手段と、
   前記硬度スケールの濃度を計測する濁度計もしくは微粒子カウンターからなる計測手段と、
   を備えることを特徴とするリーク監視装置。
2. 前記アルカリ剤添加手段の前段に、膜式除濁手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリーク監視装置。

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