JP5757110B2 - Water treatment method and water treatment system - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜モジュールを用いた水処理方法及び水処理システムに関する。 The present invention relates to a water treatment method and a water treatment system using a reverse osmosis membrane module.
逆浸透膜を用いた精製水の製造では、安定した透過水量(造水量)を確保するため、膜の一次側でのファウリングやスケールの発生を防止することが肝要である。スケールには、炭酸カルシウムを主体とするものと、シリカを主体とするものに大別されるが、いずれの発生であっても透過水量の減少を招く。
シリカ系スケールの発生を防止するために、濃縮水のpHを6以下、かつシリカ濃度を200〜300mgSiO2/Lに保つ方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
In the production of purified water using a reverse osmosis membrane, it is important to prevent fouling and scale generation on the primary side of the membrane in order to ensure a stable amount of permeated water (amount of fresh water). Scales are broadly classified into those mainly composed of calcium carbonate and those mainly composed of silica, but any permeation causes a decrease in the amount of permeated water.
In order to prevent the occurrence of silica-based scale, a method is known in which the pH of concentrated water is 6 or less and the silica concentration is maintained at 200 to 300 mg SiO 2 / L (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記方法は、pH調整のために供給水に対して恒常的に酸を添加する必要があるため、造水コストが増加しやすいという問題があった。また、供給水に対して過剰に酸を添加すると、供給水中の炭酸水素イオン及び炭酸イオンが遊離炭酸(溶存炭酸ガス)に変化することがある。この場合、遊離炭酸は、逆浸透膜を透過してしまうため、精製水の純度が低下するという問題があった。
そこで、供給水に酸を添加することなく、または酸の添加量を最小限に止めながら、逆浸透膜でのシリカ系及び炭酸カルシウム系スケールの発生を同時に抑制することのできる精製水製造に対する強い技術的要請がある。
However, the above-described method has a problem in that it is easy to increase the water production cost because it is necessary to constantly add an acid to the feed water for pH adjustment. Moreover, when an acid is excessively added with respect to supply water, the bicarbonate ion and carbonate ion in supply water may change to free carbonic acid (dissolved carbon dioxide gas). In this case, since free carbonic acid permeates the reverse osmosis membrane, there is a problem that the purity of purified water decreases.
Therefore, strong against purified water production that can simultaneously suppress the generation of silica-based and calcium carbonate-based scales in the reverse osmosis membrane without adding acid to the feed water or while minimizing the amount of acid added. There is a technical request.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、供給水に酸を添加することなく、または酸の添加量を最小限に止めながら、逆浸透膜でのシリカ系及び炭酸カルシウム系スケールの発生を同時に抑制することのできる水処理方法及び水処理システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the silica-based and calcium carbonate in the reverse osmosis membrane without adding an acid to the feed water or minimizing the amount of acid added. It aims at providing the water treatment method and water treatment system which can suppress generation | occurrence | production of system scale simultaneously.
本発明に係る水処理方法は、シリカ及び硬度成分を含む供給水を精製するための水処理方法であって、供給水にスケール分散剤を添加する分散剤添加工程と、スケール分散剤が添加された処理水を第1の逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜分離工程と、第1の逆浸透膜分離工程の透過水を気体分離膜モジュールで脱気処理する脱気処理工程と、を含み、逆浸透膜分離工程では、濃縮水のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って分離操作することを特徴としている。 The water treatment method according to the present invention is a water treatment method for purifying feed water containing silica and a hardness component, wherein a scale dispersant is added to the feed water, and a scale dispersant is added. The first reverse osmosis membrane separation step of separating the treated water into permeated water and concentrated water by the first reverse osmosis membrane module, and degassing the permeated water of the first reverse osmosis membrane separation step by the gas separation membrane module A reverse osmosis membrane separation step, characterized in that the separation operation is performed while maintaining the Langeria index of concentrated water at 0.3 or less and the silica concentration at 150 mgSiO 2 / L or less.
また、本発明に係る水処理システムは、シリカ及び硬度成分を含む供給水を精製するための水処理システムであって、供給水にスケール分散剤を添加する分散剤添加装置と、スケール分散剤が添加された処理水を透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜モジュールと、前記第1の逆浸透膜モジュールで分離した透過水を脱気処理する気体分離膜モジュールと、を含み、前記第1の逆浸透膜モジュールで分離した濃縮水のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って分離操作するように構成されていることを特徴とする。 Further, the water treatment system according to the present invention is a water treatment system for purifying feed water containing silica and a hardness component, and includes a dispersant addition device for adding a scale dispersant to the feed water, and a scale dispersant. A first reverse osmosis membrane module that separates the added treated water into permeated water and concentrated water; and a gas separation membrane module that degasses the permeated water separated by the first reverse osmosis membrane module. The separation operation is performed while maintaining the Langeria index of concentrated water separated by the first reverse osmosis membrane module to 0.3 or less and the silica concentration to 150 mgSiO 2 / L or less.
本発明の水処理方法及び水処理システムによれば、第1の逆浸透膜モジュールで除去できない遊離炭酸等の溶存ガスを、後段の気体分離膜モジュールで透過水から脱気することにより、気体分離膜(脱気膜)を通って得られる精製水(透過水)の純度が高められ、品質が向上する。
また、供給水にスケール分散剤を添加することにより、前段の第1の逆浸透膜モジュールで膜分離処理される際における、炭酸カルシウム系スケールの膜面付着を抑制し、高い水回収率(例えば、70%以上)を達成することができる。
また、濃縮水のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って、第1の逆浸透膜モジュールで分離操作するので、濃縮水のシリカ濃度が溶解度を超えたとしても、シリカ系スケールのRO膜へ析出を抑制できる。
したがって、供給水に酸を添加することなく、または酸の添加量を最小限に止めながら、逆浸透膜でのシリカ系及び炭酸カルシウム系スケールの発生を同時に抑制することができる。この結果、精製水の純度を損なうことなく、所期の造水量を確保することができる。
According to the water treatment method and the water treatment system of the present invention, gas separation is performed by degassing dissolved gas such as free carbonic acid that cannot be removed by the first reverse osmosis membrane module from the permeated water by the gas separation membrane module at the subsequent stage. The purity of purified water (permeated water) obtained through the membrane (deaeration membrane) is increased, and the quality is improved.
In addition, by adding a scale dispersant to the feed water, the membrane surface treatment of the calcium carbonate scale is suppressed when membrane separation is performed in the first reverse osmosis membrane module in the previous stage, and a high water recovery rate (for example, 70% or more).
In addition, since the first reverse osmosis membrane module performs separation operation while maintaining the Langeria index of concentrated water at 0.3 or less and the silica concentration at 150 mg SiO 2 / L or less, the silica concentration of the concentrated water exceeds the solubility. Moreover, precipitation can be suppressed to the RO membrane of a silica type scale.
Therefore, generation of silica-based and calcium carbonate-based scales in the reverse osmosis membrane can be simultaneously suppressed without adding an acid to the supply water or while minimizing the amount of acid added. As a result, the desired amount of fresh water can be ensured without impairing the purity of the purified water.
また、本発明に係る水処理方法において、脱気処理工程の処理水を、電気脱イオンモジュールで脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュールを含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization treatment step in which the treated water in the deaeration treatment step is deionized with an electrodeionization module.
Moreover, the water treatment system which concerns on this invention WHEREIN: It is good also as including the electrodeionization module which deionizes the treated water deaerated by the said gas separation membrane module.
この場合、気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
また、電気脱イオンモジュールは、脱イオン性能を維持するための所謂再生が不要であるので、取り扱い性に優れ、かつランニングコストが廉価である。
In this case, the treated water degassed by the gas separation membrane module can be deionized to be deionized water that is purified water with higher purity, and the quality of the purified water is improved.
In addition, since the electrodeionization module does not require so-called regeneration for maintaining the deionization performance, it is easy to handle and has a low running cost.
また、本発明に係る水処理方法において、脱気処理工程の処理水を、イオン交換樹脂混床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を脱イオン処理する、イオン交換樹脂混床塔を含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization treatment step of deionizing the treated water in the deaeration treatment step with an ion exchange resin mixed bed tower.
Moreover, the water treatment system which concerns on this invention WHEREIN: It is good also as including the ion exchange resin mixed bed tower which deionizes the treated water deaerated by the said gas separation membrane module.
この場合、気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
そして、本発明によれば、第1の逆浸透膜モジュールから送出された透過水中に、塩構成カチオンのみならず、負荷電性のRO膜を透過しやすい塩構成アニオンが残留したとしても、イオン交換樹脂混床塔でこれらの残留イオンを精度よく脱イオン処理して、脱イオン水の純度が十分に高められる。
In this case, the treated water degassed by the gas separation membrane module can be deionized to be deionized water that is purified water with higher purity, and the quality of the purified water is improved.
According to the present invention, not only the salt-forming cation but also the salt-forming anion that easily permeates the negatively charged RO membrane remains in the permeated water delivered from the first reverse osmosis membrane module. By deionizing these residual ions with high accuracy in the exchange resin mixed bed tower, the purity of the deionized water is sufficiently increased.
また、本発明に係る水処理方法において、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を、陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を脱イオン処理する、陽イオン交換樹脂単床塔を含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization process in which the treated water degassed by the gas separation membrane module is deionized by a single cation exchange resin bed tower.
Moreover, the water treatment system which concerns on this invention WHEREIN: It is good also as including the cation exchange resin single bed tower which deionizes the treated water deaerated by the said gas separation membrane module.
この場合、気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
詳しくは、第1の逆浸透膜モジュールにおけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水は、塩構成アニオンの残留割合が少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、陽イオン交換樹脂単床塔で、残留割合の多い塩構成カチオンを脱イオン処理することにより、精製水中における残留イオンが精度よく除去されて、純度の高い脱イオン水が製造可能となっている。
また、陽イオン交換樹脂単床塔は、イニシャルコストが廉価であるから、脱イオン水の品質を十分に確保しつつも、設備費用を削減できる。
In this case, the treated water degassed by the gas separation membrane module can be deionized to be deionized water that is purified water with higher purity, and the quality of the purified water is improved.
Specifically, when the skin layer of the RO membrane in the first reverse osmosis membrane module is negatively charged, the permeated water separated by the RO membrane has a small residual ratio of salt constituent anions and residual salt constituent cations. A large percentage. Therefore, deionization treatment of salt constituent cations having a large residual ratio in a single cation exchange resin bed tower enables the residual ions in purified water to be accurately removed, and high-purity deionized water can be produced. Yes.
Moreover, since the initial cost of the cation exchange resin single-bed tower is low, the equipment cost can be reduced while sufficiently ensuring the quality of the deionized water.
また、本発明に係る水処理方法において、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を、更に第2の逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第2の逆浸透膜分離工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記気体分離膜モジュールで脱気処理した処理水を更に透過水と濃縮水とに分離する、第2の逆浸透膜モジュールを含むこととしてもよい。
In the water treatment method according to the present invention, the second reverse osmosis membrane separation further separates the treated water degassed by the gas separation membrane module into permeated water and concentrated water by the second reverse osmosis membrane module. It is good also as including a process.
The water treatment system according to the present invention may further include a second reverse osmosis membrane module that further separates the treated water deaerated by the gas separation membrane module into permeated water and concentrated water.
この場合、第1の逆浸透膜モジュールで除去しきれなかった透過水中の残留イオンを、第2の逆浸透膜モジュールで精度よく除去するので、より高純度な精製水を製造可能である。 In this case, since residual ions in the permeated water that could not be removed by the first reverse osmosis membrane module are accurately removed by the second reverse osmosis membrane module, purified water with higher purity can be produced.
また、本発明に係る水処理方法において、第2の逆浸透膜分離工程の透過水を、電気脱イオンモジュールで脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記第2の逆浸透膜モジュールで分離した透過水を脱イオン処理する、電気脱イオンモジュールを含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization process in which the permeated water in the second reverse osmosis membrane separation process is deionized with an electrodeionization module.
Moreover, the water treatment system according to the present invention may include an electrodeionization module that deionizes the permeated water separated by the second reverse osmosis membrane module.
この場合、第2の逆浸透膜モジュールの透過水を、脱イオン処理してさらに高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
また、電気脱イオンモジュールは、脱イオン性能を維持するための所謂再生が不要であるので、取り扱い性に優れ、かつランニングコストが廉価である。
In this case, the permeated water of the second reverse osmosis membrane module can be deionized to obtain deionized water that is purified water of higher purity, and the quality of the purified water is improved.
In addition, since the electrodeionization module does not require so-called regeneration for maintaining the deionization performance, it is easy to handle and has a low running cost.
また、本発明に係る水処理方法において、第2の逆浸透膜分離工程の透過水を、イオン交換樹脂混床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記第2の逆浸透膜モジュールで分離した透過水を脱イオン処理する、イオン交換樹脂混床塔を含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization treatment step in which the permeated water in the second reverse osmosis membrane separation step is deionized in an ion exchange resin mixed bed tower.
Moreover, the water treatment system according to the present invention may include an ion exchange resin mixed bed tower that deionizes the permeated water separated by the second reverse osmosis membrane module.
この場合、第2の逆浸透膜モジュールの透過水を、脱イオン処理してさらに高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
そして、本発明によれば、第2の逆浸透膜モジュールから送出された透過水中に、塩構成カチオンのみならず、負荷電性のRO膜を透過した塩構成アニオンが残留したとしても、イオン交換樹脂混床塔でこれらの残留イオンを精度よく脱イオン処理して、脱イオン水の純度が十分に高められる。
In this case, the permeated water of the second reverse osmosis membrane module can be deionized to obtain deionized water that is purified water of higher purity, and the quality of the purified water is improved.
According to the present invention, not only the salt cation but also the salt anion that has permeated through the negatively charged RO membrane remains in the permeate sent from the second reverse osmosis membrane module. By deionizing these residual ions with high precision in a resin mixed bed tower, the purity of deionized water is sufficiently increased.
また、本発明に係る水処理方法において、第1の逆浸透膜分離工程の透過水を、陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程を含むこととしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記第1の逆浸透膜モジュールの透過水を脱イオン処理する、陽イオン交換樹脂単床塔を含むこととしてもよい。
Moreover, the water treatment method according to the present invention may include a deionization treatment step in which the permeated water in the first reverse osmosis membrane separation step is deionized using a single cation exchange resin bed tower.
Moreover, the water treatment system according to the present invention may include a single cation exchange resin bed tower that deionizes the permeated water of the first reverse osmosis membrane module.
この場合、第2の逆浸透膜モジュールの透過水を、脱イオン処理してさらに高純度な精製水である脱イオン水とすることができ、精製水の品質が向上する。
詳しくは、第2の逆浸透膜モジュールにおけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水は、塩構成アニオンの残留割合が少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、陽イオン交換樹脂単床塔で、残留割合の多い塩構成カチオンを脱イオン処理することにより、精製水中における残留イオンが精度よく除去されて、純度の高い脱イオン水が製造可能となっている。
また、陽イオン交換樹脂単床塔は、イニシャルコストが廉価であるから、脱イオン水の品質を十分に確保しつつも、設備費用を削減できる。
In this case, the permeated water of the second reverse osmosis membrane module can be deionized to obtain deionized water that is purified water of higher purity, and the quality of the purified water is improved.
Specifically, when the skin layer of the RO membrane in the second reverse osmosis membrane module is negatively charged, the permeated water separated by the RO membrane has a small residual ratio of salt constituent anions and the residual salt constituent cations. A large percentage. Therefore, deionization treatment of salt constituent cations having a large residual ratio in a single cation exchange resin bed tower enables the residual ions in purified water to be accurately removed, and high-purity deionized water can be produced. Yes.
Moreover, since the initial cost of the cation exchange resin single-bed tower is low, the equipment cost can be reduced while sufficiently ensuring the quality of the deionized water.
また、本発明に係る水処理方法において、スケール分散剤は、ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物からなることとしてもよい。
また、本発明に係る水処理システムにおいて、前記スケール分散剤は、ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物からなることとしてもよい。
In the water treatment method according to the present invention, the scale dispersant may be composed of a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid.
In the water treatment system according to the present invention, the scale dispersant may be a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid.
ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物からなるスケール分散剤を用いることにより、炭酸カルシウム系スケールのRO膜面への付着を効果的に抑制することができる。 By using a scale dispersant composed of a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid, adhesion of calcium carbonate scale to the RO membrane surface can be effectively suppressed.
本発明の水処理方法及び水処理システムによれば、供給水に酸を添加することなく、または酸の添加量を最小限に止めながら、逆浸透膜でのシリカ系及び炭酸カルシウム系スケールの発生を同時に抑制することができる。 According to the water treatment method and water treatment system of the present invention, generation of silica-based and calcium carbonate-based scales in a reverse osmosis membrane without adding an acid to supply water or while minimizing the amount of acid added. Can be suppressed simultaneously.
(第1実施形態)
以下、図1〜図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る水処理システム1及び水処理方法について説明する。
図1は、第1実施形態の水処理システム1におけるフローの概略構成を示す図であり、図2及び図3は、第1実施形態の水処理システム1の構成を詳細に説明する図である。
(First embodiment)
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-3, the water treatment system 1 and the water treatment method which concern on 1st Embodiment of this invention are demonstrated.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a flow in the water treatment system 1 of the first embodiment, and FIGS. 2 and 3 are diagrams illustrating in detail the configuration of the water treatment system 1 of the first embodiment. .
本実施形態の水処理システム1は、図1に示されるように、供給水W1を透過水W2と濃縮水W3とに分離する第1の逆浸透膜モジュール2と、第1の逆浸透膜モジュール2の透過水W2を脱気処理する気体分離膜モジュール3と、を含んでいる。また、水処理システム1は、供給水W1にpH調整剤を添加するpH調整剤添加装置4と、供給水W1にスケール分散剤を添加する分散剤添加装置12と、を含んでいる。
As shown in FIG. 1, the water treatment system 1 of the present embodiment includes a first reverse
この水処理システム1で精製される原水(供給水W1)は、シリカ及び硬度成分(カルシウムイオン及びマグネシウムイオン)を夾雑成分として含むものである。シリカは、本願においては、JIS K0101:1998「工業用水試験法」の「44.シリカ(SiO2)」で規定された全シリカを意味する。
原水としては、例えば、工業用水、水道水、地下水(浅井戸水、深井戸水、湧水又は伏流水等)および地表水(河川水又は湖水等)等の淡水、若しくは工場排水又はこれらの任意の組み合わせによる混合水を処理対象とすることができる。
The raw water (feed water W1) purified by the water treatment system 1 contains silica and hardness components (calcium ions and magnesium ions) as contaminant components. In the present application, silica means all silicas defined in “44. Silica (SiO 2 )” of JIS K0101: 1998 “Industrial Water Test Method”.
As raw water, for example, industrial water, tap water, ground water (shallow well water, deep well water, spring water, underground water, etc.) and surface water (river water, lake water, etc.), fresh water, or factory drainage or any combination thereof The mixed water can be treated.
また、水処理システム1は、図2に示すように、濃縮水W3のランゲリア指数を監視するランゲリア指数監視装置30と、濃縮水W3のシリカ濃度を監視するシリカ濃度監視装置40と、第1の逆浸透膜モジュール2の回収率を調整する回収率調整手段である濃縮水排水バルブ15と、を含んでいる。
Further, as shown in FIG. 2, the water treatment system 1 includes a Langeria
第1の逆浸透膜モジュール2は、特に制限はないが、膜表面に架橋全芳香族ポリアミドからなる負荷電性のスキン層が形成された逆浸透膜(以下、「RO膜」ともいう)を有しているものが好ましい。また、当該逆浸透膜は、濃度500mg/L、pH7.0、温度25℃の塩化ナトリウム水溶液を、操作圧力0.7MPa、回収率15%で供給したときの水透過係数が1.3×10−11m3・m−2・s−1・Pa−1以上、かつ、塩除去率が99%以上であるものが好ましい。このような逆浸透膜には、細孔がルーズな(水透過係数がより大きな)ナノ濾過膜も含まれる。
The first reverse
ここで、操作圧力とは、JIS K3802−1995「膜用語」で定義される平均操作圧力である。操作圧力は、逆浸透膜モジュールの一次側の入口圧力と一次側の出口圧力との平均値を指す。
回収率とは、逆浸透膜モジュールへ供給される水(ここでは塩化ナトリウム水溶液)の流量(A)に対する透過水の流量(B)の割合(%)(すなわち、B/A×100)をいう。尚、上記の「回収率15%」とは、あくまでRO膜を規定するための一例(基準)として用いられる値であり、後述する第1の逆浸透膜モジュール2(第1逆浸透膜装置11)を運転する際の「回収率(水回収率)」とは異なる。
水透過係数は、透過水量[m3/s]を膜面積[m2]及び有効圧力[Pa]で除した値であり、逆浸透膜での水の透過性能を示す指標である。すなわち、水透過係数は、単位有効圧力を作用させたときに単位時間に膜の単位面積を透過する水の量を意味する。有効圧力は、JIS K3802−1995「膜用語」で定義され、操作圧力(平均操作圧力)から浸透圧差及び二次側圧力を差し引いた圧力である。
塩除去率は、膜を透過する前後の特定の塩類の濃度(ここでは塩化ナトリウム濃度)から計算される値であり、逆浸透膜での溶質の阻止性能を示す指標である。塩除去率は、逆浸透膜モジュールの入口濃度(C1)および透過水の濃度(C2)から、(1−C2/C1)×100により求められる。
Here, the operating pressure is an average operating pressure defined by JIS K3802-1995 “Membrane Term”. The operating pressure refers to the average value of the primary side inlet pressure and the primary side outlet pressure of the reverse osmosis membrane module.
The recovery rate refers to the ratio (%) of the flow rate (B) of the permeated water to the flow rate (A) of water (here, sodium chloride aqueous solution) supplied to the reverse osmosis membrane module (ie, B / A × 100). . The above “
The water permeation coefficient is a value obtained by dividing the permeated water amount [m 3 / s] by the membrane area [m 2 ] and the effective pressure [Pa], and is an index indicating the water permeation performance in the reverse osmosis membrane. That is, the water permeation coefficient means the amount of water that permeates the unit area of the membrane per unit time when a unit effective pressure is applied. The effective pressure is defined by JIS K3802-1995 “Membrane Term” and is a pressure obtained by subtracting the osmotic pressure difference and the secondary pressure from the operating pressure (average operating pressure).
The salt removal rate is a value calculated from the concentration of specific salts before and after permeating the membrane (here, the sodium chloride concentration), and is an index indicating the solute blocking performance in the reverse osmosis membrane. The salt removal rate is determined by (1−C 2 / C 1 ) × 100 from the inlet concentration (C 1 ) and the permeated water concentration (C 2 ) of the reverse osmosis membrane module.
上述のような水透過係数及び塩除去率の条件を満たす逆浸透膜は、RO膜エレメントとして市販されている。RO膜エレメントとしては、例えば、東レ社製:型式名「TMG20−400」、ウンジン・ケミカル社製:型式名「RE8040−BLF」、日東電工社製「ESPA1」等を用いることができる。 A reverse osmosis membrane satisfying the conditions of the water permeability coefficient and the salt removal rate as described above is commercially available as an RO membrane element. As the RO membrane element, for example, Toray Co., Ltd. model name “TMG20-400”, Unjin Chemical Co., Ltd. model name “RE8040-BLF”, Nitto Denko Corporation “ESPA1”, etc. can be used.
第1の逆浸透膜モジュール2は、単一又は複数のRO膜エレメントを備えており、該RO膜エレメントにより供給水W1を膜分離処理して、純度の高い精製水である透過水W2を製造するとともに、供給水W1の夾雑成分濃度が高まった濃縮水W3を製造する。RO膜エレメントの形状は、特に限定されず、例えばスパイラルエレメントの他、管形エレメント、中空糸エレメント、平板エレメント及びプリーツ形エレメントのいずれを用いてもよい。
The first reverse
また、第1の逆浸透膜モジュール2には、RO膜の一次側に連通して配設され、供給水W1を該RO膜に供給する通水ライン5と、RO膜により供給水W1が濃縮されてなる濃縮水W3を系外へ排出する排水ライン6と、RO膜の二次側に連通して配設され、供給水W1が該RO膜を透過することにより濃縮水W3とは分離された純度の高い透過水W2を、次工程へ送出する通水ライン7と、が接続されている。
尚、本明細書でいう「ライン」とは、流路、経路、管路(配管)等の流体の流通が可能なラインの総称である。
The first reverse
The “line” in this specification is a general term for lines capable of flowing a fluid such as a flow path, a path, and a pipe (pipe).
第1の逆浸透膜モジュール2の上流側には、加圧ポンプ10が設けられている。加圧ポンプ10は、通水ライン5における下流側の端部近傍に設けられており、供給水W1を加圧して、第1の逆浸透膜モジュール2に送出するように構成されている。
このように、水処理システム1には、加圧ポンプ10と、その下流側の第1の逆浸透膜モジュール2とを含む第1逆浸透膜装置11が設けられている。
A
Thus, the water treatment system 1 is provided with the first reverse osmosis membrane device 11 including the
特に図示しないが、水処理システム1は、通水ライン7に設けられ、第1の逆浸透膜モジュール2から送出される透過水W2の流量を検出する流量センサと、加圧ポンプ10の回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータと、流量センサからの流量検知信号に基づいて、インバータヘ指令信号を出力する流量制御部とを備えることが好ましい。この構成によれば、流量センサにより検出される透過水W2の流量に基づくフィードバック制御により、透過水W2の流量を一定に維持するように制御を行うことができる。また、水温の変動などで処理流量が変化するような場合であっても、加圧ポンプの回転数が流量制御部により自動的に調整されて、透過水W2の流量を一定に制御できる。
Although not particularly illustrated, the water treatment system 1 is provided in the
通水ライン5には、図2に示すように、上流側から順に、pH調整剤添加装置4及び分散剤添加装置12が接続されている。
pH調整剤添加装置4は、第1の逆浸透膜モジュール2へ向けて流れる供給水W1に、pH調整剤を添加する装置である。このpH調整剤添加装置4は、pH調整剤である所定の酸性薬剤(例えば塩酸や硫酸)を、通水ライン5を流通する供給水W1に添加するように構成されている。
As shown in FIG. 2, a pH
The pH
分散剤添加装置12は、第1の逆浸透膜モジュール2へ向けて流れる供給水W1に、スケール分散剤を添加する装置である。この分散剤添加装置12は、スケール分散剤を、通水ライン5を流通する供給水W1に添加するように構成されている。分散剤添加装置12は、供給水W1に対してスケール分散剤を添加することにより、第1の逆浸透膜モジュール2における濃縮水W3中での炭酸カルシウム系スケールの析出(特にRO膜への析出)を抑制する。
The
スケール分散剤の種類は、水溶性であれば特に限定されないが、好ましいものとしては、ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物を挙げることができる。ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物からなるスケール分散剤は、例えばBWA WATER ADDITIVES社から商品名「フロコン260」(フロコン:登録商標)として市販されている。この商品は、前記混合物の33〜37重量%水溶液である。そして、この水溶液を供給水W1に対して1〜5mg/L程度添加することにより、炭酸カルシウム系スケールのRO膜面への付着を効果的に抑制することができる。 The type of the scale dispersant is not particularly limited as long as it is water-soluble, and preferred examples include a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid. A scale dispersant composed of a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid is commercially available, for example, from BWA WATER ADDITIVES under the trade name “Furocon 260” (Furocon: registered trademark). This product is a 33-37% by weight aqueous solution of the mixture. Then, by adding about 1 to 5 mg / L of this aqueous solution to the supply water W1, adhesion of the calcium carbonate scale to the RO membrane surface can be effectively suppressed.
尚、本実施形態のように、酸性薬剤(pH調整剤)とスケール分散剤を併用する場合には、酸型のスケール分散剤を使用すると、酸性薬剤の使用量を抑制することができる。酸型のスケール分散剤としては、前述のもの以外に、例えばポリスルホン酸等を用いることができる。 In addition, when using an acidic chemical | medical agent (pH adjuster) and a scale dispersing agent together like this embodiment, if the acid type scale dispersing agent is used, the usage-amount of an acidic chemical | medical agent can be suppressed. As the acid-type scale dispersant, for example, polysulfonic acid can be used in addition to the above-described one.
気体分離膜モジュール3は、液体を透過させずに、溶存ガス(気体)Gを透過させる性質の気体分離膜を備えている。この気体分離膜は、例えば表面にスキン層を有する中空糸膜を複数備え、これら中空糸膜の管外を流通する透過水W2から、真空(減圧)状態とされた管内へと炭酸ガス、酸素ガス等の溶存ガスGを脱気するように構成されている。このような気体分離膜モジュールとしては、例えば中空糸膜がPMP(ポリメチルペンテン)からなる外部灌流式(外圧型)の脱炭酸膜(脱気膜)モジュールを用いることができる。市販の気体分離膜モジュールとしては、例えば、DIC社製:製品名「SEPAREL EF−002A−P」,「SEPAREL EF−040P」等が挙げられる。
The gas
また、気体分離膜モジュール3には、気体分離膜の上流側に配設され、透過水W2を該気体分離膜に供給する通水ライン7と、真空ポンプ等の減圧手段(不図示)に連結され、気体分離膜により透過水W2から分離した溶存ガスGを排出する通気ライン8と、気体分離膜の下流側に配設され、透過水W2から溶存ガスGが分離された処理水W4を次工程へ送出する通水ライン9と、が接続されている。
Further, the gas
さて、上述の排水ライン6には、第1の逆浸透膜モジュール2の回収率を変更可能な回収率調整手段としての濃縮水排水バルブ15が設けられている。
上述したように、第1の逆浸透膜モジュール2の回収率は、下記式(1)により求められる。
回収率[%]=透過水流量/(透過水流量+排水流量)×100=透過水流量/(給水流量)×100・・・(1)
本実施形態においては、回収率の式(1)における排水流量は、濃縮水W3の流量に相当する。給水流量は、供給水W1の流量に相当する。給水流量は、透過水流量が一定の場合、回収率から求めることもできる。尚、給水流量は、通水ライン5に流量センサ(不図示)を設けて計測してもよい。
The
As described above, the recovery rate of the first reverse
Recovery [%] = permeate flow rate / (permeate flow rate + drainage flow rate) × 100 = permeate flow rate / (feed water flow rate) × 100 (1)
In the present embodiment, the drainage flow rate in the recovery rate equation (1) corresponds to the flow rate of the concentrated water W3. The water supply flow rate corresponds to the flow rate of the supply water W1. The feed water flow rate can also be obtained from the recovery rate when the permeate flow rate is constant. The water supply flow rate may be measured by providing a flow rate sensor (not shown) in the
第1逆浸透膜装置11は、このような回収率を所定範囲に設定して運転される。濃縮水W3のシリカ濃度が溶解度を超えるとRO膜面にシリカが析出しやすいため、回収率は、シリカが析出しない範囲で設定される。本実施形態では、第1の逆浸透膜モジュール2の回収率は、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L以下となるように設定される。
The first reverse osmosis membrane device 11 is operated with such a recovery rate set in a predetermined range. If the silica concentration of the concentrated water W3 exceeds the solubility, silica is likely to precipitate on the RO membrane surface, and therefore the recovery rate is set in a range where silica is not precipitated. In the present embodiment, the recovery rate of the first reverse
濃縮水排水バルブ15は、排水ライン6を開閉することにより第1逆浸透膜装置11の回収率を調整する。詳しくは、透過水W2流量が一定の条件の下、濃縮水排水バルブ15は、濃縮水W3が排出される流量を調整することにより、第1逆浸透膜装置11の回収率を調整する。濃縮水排水バルブ15の開度が大きい場合には、濃縮水W3が排出される流量が多いため、回収率は低くなる。濃縮水排水バルブ15の開度が小さい場合には、濃縮水W3が排出される流量が少ないため、回収率は高くなる。
The concentrated
濃縮水排水バルブ15は、例えば比例制御弁からなり、後述するシリカ濃度監視装置40の制御により、排水流量を無段階に調整するように構成されている。尚、濃縮水排水バルブ15は、排水ライン6に並列配置した複数個の電磁弁等の開閉弁により排水流量を段階的に調整するように構成することもできる。
The concentrated
尚、図示を省略するが、上述した通水ライン5、7、9等には、各通水ライン内を流通する水を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等は、図示しない制御装置によって制御される。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, in the above-mentioned
ランゲリア指数監視装置30は、濃縮水W3を監視する装置であり、濃縮水W3のランゲリア指数を算出するとともに、算出されたランゲリア指数に基づいてpH調整剤添加装置4を制御する。
図3に示されるように、ランゲリア指数監視装置30は、水質検出手段としての水質検出装置20と、ランゲリア指数制御部31と、ランゲリア指数記憶部35とを備えている。ランゲリア指数制御部31は、pH調整剤添加装置4と電気的に接続される。
The Langeria
As shown in FIG. 3, the Langeria
水質検出装置20は、濃縮水W3の水質を検出する。水質検出装置20は、ランゲリア指数を算出する際に用いられる水質に関する情報を検出する。水質検出装置20により検出された水質の検出値の情報は、後述するランゲリア指数制御部31に出力される。
The water
水質検出装置20は、図2に示すように、サンプリングライン6aを介して排水ライン6に接続されている。図3において、水質検出装置20は、pH値センサ21と、温度センサ22と、電気伝導率センサ23と、カルシウム硬度センサ24と、総アルカリ度センサ25とを有する。
As shown in FIG. 2, the water
pH値センサ21、温度センサ22、電気伝導率センサ23、カルシウム硬度センサ24、総アルカリ度センサ25それぞれにより検出される検出値は、ランゲリア指数監視装置30の後述するランゲリア指数算出部32がランゲリア指数を算出する際に用いられる。
The detection values detected by the
pH値センサ21は、排水ライン6を流通する濃縮水W3のpH値を検出するセンサである。温度センサ22は、排水ライン6を流通する濃縮水W3の水温を検出するセンサである。電気伝導率センサ23は、排水ライン6を流通する濃縮水W3の電気伝導率を検出するセンサである。
The
カルシウム硬度センサ24は、排水ライン6を流通する濃縮水W3のカルシウム硬度を検出するセンサである。カルシウム硬度センサ24としては、例えば、2−ヒドロキシ−1−(2’−ヒドロキシ−4’−スルホ−1’−ナフチルアゾ)−3−ナフトエ酸(略称:HSNN)を含む試薬を添加したときの発色により、カルシウム硬度を検出する比色式センサが用いられる。比色式センサは、所定量の試料水を収容した透明容器へ試薬を添加し、カルシウムイオンとHSNNとの反応による試料水の色相変化を、特定波長の光を照射したときの吸光度から測定する。そして、比色式センサは、測定された吸光度に基づいて、試料水中のカルシウム硬度を測定(検出)する。
The
総アルカリ度センサ25は、排水ライン6を流通する濃縮水W3の総アルカリ度を検出するセンサである。総アルカリ度とは、水中に含まれる炭酸水素塩、炭酸塩、水酸化物等のアルカリ成分の量を炭酸カルシウム(CaCO3)の量に換算して表わしたものであり、JIS規格では、酸消費量(pH4.8)と称される。総アルカリ度センサ25としては、例えば、メチルオレンジを含む試薬を添加したときの発色により、総アルカリ度を検出する比色式センサが用いられる。比色式センサは、所定量の試料水を収容した透明容器へ試薬を添加し、アルカリ成分とメチルオレンジの反応による試料水の発色度合を、特定波長の光を照射したときの吸光度から測定する。そして、比色式センサは、測定された吸光度に基づいて、試料水中の総アルカリ度を測定(検出)する。
The
ランゲリア指数監視装置30は、濃縮水W3のランゲリア指数(Langeliar Saturation Index;以下「LSI」ともいう)を算出するとともに、濃縮水W3のランゲリア指数の値を所定範囲に維持するように制御する。ランゲリア指数は、主に、水系における水の腐食傾向およびスケール傾向を評価する指標として用いられる。ランゲリア指数(LSI)は、下記(2)式により求められる。
LSI=pH−pHs・・・(2)
ここで、pHは、水の実際のpH値である。また、pHsは、水中に炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときの理論上のpH値である。
The Langeria
LSI = pH-pHs (2)
Here, pH is the actual pH value of water. Moreover, pHs is a theoretical pH value when it is in an equilibrium state in which calcium carbonate is not dissolved or precipitated in water.
pHsは、下記(3)式により求められる。
pHs=9.3+A値+B値−C値−D値・・・(3)
ここで、A値は、蒸発残留物濃度により定まる補正値である。蒸発残留物濃度は、電気伝導率と相関があるため、所定の換算式を用いて電気伝導率から蒸発残留物濃度を求めることができる。B値は、水温により定まる補正値である。C値は、カルシウム硬度により定まる補正値である。D値は、総アルカリ度により定まる補正値である。A〜D値は、前述の水質検出装置20の検出値から関係式を用いて、或いは数値テーブルを参照して求めることができる。
pHs is obtained by the following equation (3).
pHs = 9.3 + A value + B value−C value−D value (3)
Here, the A value is a correction value determined by the evaporation residue concentration. Since the evaporation residue concentration has a correlation with the electric conductivity, the evaporation residue concentration can be obtained from the electric conductivity using a predetermined conversion formula. The B value is a correction value determined by the water temperature. The C value is a correction value determined by the calcium hardness. The D value is a correction value determined by the total alkalinity. The A to D values can be obtained from the detection values of the water
一般に、ランゲリア指数は、正(プラス)の値で絶対値が大きいほど、炭酸カルシウムが析出しやすいことを示す。また、ランゲリア指数は、負(マイナス)の値で絶対値が小さいほど、炭酸カルシウムが析出しにくいことを示す。また、ランゲリア指数が0(ゼロ)の場合には、炭酸カルシウムが析出も溶解もしない平衡状態にある。このことから、濃縮水W3のランゲリア指数が0未満の場合は、RO膜面に炭酸カルシウム系スケールが生成しにくい状態にあり、逆に、0を超える場合は、RO膜面に炭酸カルシウム系スケールが生成しやすいことになる。 In general, the Langeria index indicates a positive (plus) value and a larger absolute value indicates that calcium carbonate is more likely to precipitate. In addition, the Langeria index is a negative (minus) value, and the smaller the absolute value, the harder the calcium carbonate precipitates. Further, when the Langeria index is 0 (zero), the calcium carbonate is in an equilibrium state where neither precipitation nor dissolution occurs. From this, when the Langeria index of the concentrated water W3 is less than 0, it is difficult to generate a calcium carbonate scale on the RO membrane surface. Conversely, when it exceeds 0, the calcium carbonate scale on the RO membrane surface. Is easy to generate.
ところで、本発明の発明者らは、ランゲリア指数が、炭酸カルシウムの析出についての指標としてだけではなく、シリカの析出についての指標となることを見出した。すなわち、実験等によって、ランゲリア指数を所定範囲に調整した場合に、炭酸カルシウムの析出を抑制することができることと同様に、シリカの析出も抑制することができるという知見を得るに至った。
具体的には、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下の範囲に維持しながら第1逆浸透膜装置11により膜分離処理をすることで、濃縮水W3における炭酸カルシウム系スケールの析出を抑制することができ、かつ、シリカ系スケールの析出を抑制することができる。
By the way, the inventors of the present invention have found that the Langeria index is not only an index for the precipitation of calcium carbonate but also an index for the precipitation of silica. That is, it has been found through experiments and the like that when the Langeria index is adjusted to a predetermined range, the precipitation of silica can be suppressed as well as the precipitation of calcium carbonate can be suppressed.
Specifically, precipitation of calcium carbonate scale in the concentrated water W3 is suppressed by performing membrane separation treatment with the first reverse osmosis membrane device 11 while maintaining the Langeria index of the concentrated water W3 within a range of 0.3 or less. And precipitation of silica-based scale can be suppressed.
上記(2)式から明らかなように、濃縮水W3のランゲリア指数は、濃縮水W3のpHの低下とともに小さくなり、pHの上昇とともに大きくなる。従って、濃縮水W3のランゲリア指数は、濃縮水W3のpHを調整することで制御可能である。
具体的には、例えば、pH調整剤添加装置4を用いて、第1逆浸透膜装置11に供給される供給水W1に所定の酸性薬剤(pH調整剤)を添加することにより、濃縮水W3のpH値を低くすることができる。
As is clear from the above equation (2), the Langeria index of the concentrated water W3 decreases as the pH of the concentrated water W3 decreases and increases as the pH increases. Therefore, the Langeria index of the concentrated water W3 can be controlled by adjusting the pH of the concentrated water W3.
Specifically, for example, the concentrated water W3 is added by adding a predetermined acidic agent (pH adjuster) to the supply water W1 supplied to the first reverse osmosis membrane device 11 using the pH
ランゲリア指数制御部31は、ランゲリア指数を算出する算出手段としてのランゲリア指数算出部32と、ランゲリア指数判定部33と、pH調整剤添加装置4を制御する制御手段としてのpH調整剤制御部34とを有する。
ランゲリア指数記憶部35は、ランゲリア指数に関する所定のパラメータや各種テーブル等を記憶する。ランゲリア指数記憶部35に記憶される情報は、ランゲリア指数制御部31により参照される。
The
The Langeria
ランゲリア指数算出部32は、ランゲリア指数記憶部35に記憶された補正テーブル35a(後述)を参照して、水質検出装置20(pH値センサ21、温度センサ22、電気伝導率センサ23、カルシウム硬度センサ24、総アルカリ度センサ25)により検出された検出値を、ランゲリア指数を算出するための情報に補正又は換算する。ランゲリア指数算出部32は、当該ランゲリア指数算出部32により補正された情報及びランゲリア指数の算出式(2)に基づいて、ランゲリア指数を算出する。
The Langeria index calculation unit 32 refers to a correction table 35a (described later) stored in the Langeria
ランゲリア指数判定部33は、ランゲリア指数算出部32により算出されたランゲリア指数の情報に基づいて、濃縮水W3のランゲリア指数が0.3以下であるか否かについて判定する。 The Langeria index determination unit 33 determines whether or not the Langeria index of the concentrated water W3 is 0.3 or less based on the information on the Langeria index calculated by the Langeria index calculation unit 32.
pH調整剤制御部34は、ランゲリア指数判定部33の判定結果に基づいて、ランゲリア指数算出部32により算出された濃縮水W3のランゲリア指数が0.3以下の範囲に維持されるように、pH調整剤添加装置4を制御する。
Based on the determination result of the Langeria index determination unit 33, the pH adjuster control unit 34 adjusts the pH so that the Langeria index of the concentrated water W3 calculated by the Langeria index calculation unit 32 is maintained in a range of 0.3 or less. The
ランゲリア指数記憶部35は、ランゲリア指数に関する所定のパラメータや各種テーブル等を記憶する。具体的には、ランゲリア指数記憶部35には、pH調整剤制御部34により制御されるpH調整剤添加装置4のpH調整剤の添加量の情報などが記憶されている。
The Langeria
また、ランゲリア指数記憶部35は、補正テーブル35aを有する。補正テーブル35aには、水質検出装置20(pH値センサ21、温度センサ22、電気伝導率センサ23、カルシウム硬度センサ24、総アルカリ度センサ25)より検出された検出値をランゲリア指数算出部32がランゲリア指数を算出する際に用いるA〜D値に補正するためのテーブルが記憶されている。
The Langeria
シリカ濃度監視装置40は、濃縮水W3のシリカの濃度を監視する装置であり、検出されたシリカ濃度に基づいて、濃縮水排水バルブ15を制御する。
図2に示されるように、シリカ濃度監視装置40は、シリカ濃度センサ26と、シリカ濃度制御部41とを備えている。シリカ濃度制御部41は、濃縮水排水バルブ15と電気的に接続される。
The silica
As shown in FIG. 2, the silica
シリカ濃度センサ26は、排水ライン8を流通する濃縮水W3のシリカ濃度を検出するセンサである。シリカ濃度センサ26は、排水ライン6において濃縮水排水バルブ15よりも上流側に位置する部位に接続されている。詳しくは、この排水ライン6には、濃縮水排水バルブ15の上流側においてサンプリングライン6aが設けられており、シリカ濃度センサ26は、該サンプリングライン6aを介して排水ライン6に接続されている。
The
シリカ濃度センサ26としては、例えば、七モリブデン酸六アンモニウムを含む試薬を添加したときの発色により、濃度を検出する比色式センサが用いられる。比色式センサは、所定量の試料水を収容した透明容器へ試薬を添加し、シリカと七モリブデン酸六アンモニウムとの反応による試料水の発色度合を、特定波長の光を照射したときの吸光度から測定する。比色式センサは、測定された吸光度に基づいて、試料水中のシリカ濃度を測定(検出)するように構成されている。
As the
シリカ濃度制御部41は、シリカ濃度判定部42と、濃縮水排水バルブ15を制御する制御手段としての回収率調整制御部43とを有する。
The silica
シリカ濃度判定部42は、シリカ濃度センサ26の検出値に基づいて、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L以下であるか否かについて判定する。
Based on the detection value of the
回収率調整制御部43は、シリカ濃度判定部42の判定結果に基づいて、シリカ濃度センサ26で検出された濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L以下に維持されるように、濃縮水排水バルブ15の開度を制御する。
具体的には、回収率調整制御部43は、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/Lを超えた場合には、濃縮水排水バルブ15の開度を増加し、回収率を減少させるように制御する。逆に、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L未満の場合には、シリカ濃度が150mgSiO2/Lを超えない範囲で、回収率を最大限まで増加させるように制御する。
Based on the determination result of the silica
Specifically, the recovery rate
ところで、上述したように濃縮水W3のシリカ濃度が溶解度を超えると、シリカがRO膜の膜面に析出して第1逆浸透膜装置11の運転の障害となる可能性がある。シリカの溶解度は、濃縮水W3のpH値や水温の条件により異なるが、一般的には、所定の関数式により算出される。例えば、シリカの溶解度の代表値は、pH値が7で水温25℃の場合、128mgSiO2/Lである。 By the way, as described above, when the silica concentration of the concentrated water W3 exceeds the solubility, the silica may be deposited on the membrane surface of the RO membrane, which may hinder the operation of the first reverse osmosis membrane device 11. The solubility of silica varies depending on the pH value of the concentrated water W3 and the water temperature conditions, but is generally calculated by a predetermined function formula. For example, the representative value of the solubility of silica is 128 mg SiO 2 / L when the pH value is 7 and the water temperature is 25 ° C.
しかしながら、本発明は、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下、かつ、シリカ濃度を150mgSiO2/L以下に維持するように運転する。そのため、濃縮水W3中のシリカ濃度がシリカの溶解度を超えた場合(例えば、シリカ濃度が128mgSiO2/L以上150mgSiO2/L以下の範囲)であっても、RO膜の膜面にシリカが析出することを抑制し、透過水W2の流量を長期間に亘って安定に維持することができる水処理システム1を実現する。 However, the present invention operates to maintain the Langeria index of the concentrated water W3 at 0.3 or lower and the silica concentration at 150 mgSiO 2 / L or lower. Therefore, even when the silica concentration in the concentrated water W3 exceeds the solubility of silica (for example, the silica concentration is in the range of 128 mgSiO 2 / L or more and 150 mgSiO 2 / L or less), silica is deposited on the membrane surface of the RO membrane. The water treatment system 1 which suppresses this and can maintain the flow volume of the permeate W2 stably over a long period of time is realized.
次に、第1実施形態の水処理システム1の動作、すなわち水処理方法について、図1及び図2を参照して説明する。
水処理システム1が運転され、ポンプ(図示せず)が起動されると、下記のように水処理が行われ、精製水が製造される。
Next, operation | movement of the water treatment system 1 of 1st Embodiment, ie, the water treatment method, is demonstrated with reference to FIG.1 and FIG.2.
When the water treatment system 1 is operated and a pump (not shown) is activated, water treatment is performed as described below to produce purified water.
(pH調整剤添加工程)
まず、通水ライン5を流通する供給水W1に対して、pH調整剤添加装置4により酸性薬剤(例えば、塩酸や硫酸)が添加される。供給水W1には、例えば軟水化装置等による軟水化処理が施されておらず、当該供給水W1は、シリカ(全シリカ)及び硬度成分(カルシウムイオン及びマグネシウムイオン)を夾雑成分として含むものである。ここで、pH調整剤添加装置4から供給水W1に添加される酸性薬剤の添加量は、ランゲリア指数監視装置30により、濃縮水W3のランゲリア指数が0.3以下になるように制御される。ただし、酸性薬剤の添加量が所定値を超えると、供給水W1中の炭酸水素イオン及び炭酸イオンが炭酸ガス化しやすくなり、第1の逆浸透膜分離工程で製造される透過水W2中に遊離炭酸が残留するようになるので、酸性薬剤の添加量は、濃縮水W3のランゲリア指数が0以上になるように制御されることが好ましい。
尚、供給水W1に酸性薬剤を添加することなく、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下に制御可能な場合には、このpH調整剤添加工程は削除しても構わない。
(PH adjuster addition step)
First, an acidic agent (for example, hydrochloric acid or sulfuric acid) is added to the supply water W1 flowing through the
In addition, this pH adjuster addition process may be deleted when the Langereria index of the concentrated water W3 can be controlled to 0.3 or less without adding an acidic chemical to the supply water W1.
(分散剤添加工程)
また、通水ライン5を流通する原水である供給水W1に対して、分散剤添加装置12によりスケール分散剤(例えば、ポリカルボン酸及びホスホン酸の混合物)が添加される。ここで、分散剤添加装置12から供給水W1に添加されるスケール分散剤の添加量は、前記混合物の33〜37重量%水溶液を、供給水W1に対して1〜5mg/L程度である。
尚、分散剤添加工程は、pH調整剤添加工程よりも前に行うこともできる。
(Dispersant addition process)
Further, a scale dispersant (for example, a mixture of polycarboxylic acid and phosphonic acid) is added to the supply water W <b> 1 that is raw water flowing through the
In addition, a dispersing agent addition process can also be performed before a pH adjuster addition process.
(第1の逆浸透膜分離工程)
pH調整剤添加工程及び分散剤添加工程を経た供給水W1は、通水ライン5から第1逆浸透膜装置11に流通され、精製される。すなわち、第1逆浸透膜装置11は、供給水W1を、第1の逆浸透膜モジュール2で透過水W2と濃縮水W3とに分離する。
第1の逆浸透膜モジュール2では、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下、かつ、シリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って分離操作する。これにより、溶存塩類等の夾雑成分が除去された精製水である透過水W2を得ることができる。
(First reverse osmosis membrane separation step)
The feed water W1 that has undergone the pH adjusting agent addition step and the dispersant addition step is circulated from the
In the first reverse
第1逆浸透膜装置11により製造された透過水W2は、通水ライン7へ流入する。一方、第1逆浸透膜装置11で製造された濃縮水W3は、濃縮水排水バルブ15を適宜開閉することにより、排水ライン6を通って水処理システム1の系外へ排水される。
The permeated water W <b> 2 produced by the first reverse osmosis membrane device 11 flows into the
(脱気処理工程)
第1逆浸透膜装置11により製造された透過水W2は、通水ライン7を通って気体分離膜モジュール3に供給される。透過水W2が、気体分離膜モジュール3を流通することにより、当該透過水W2中の炭酸ガス等の溶存ガスGが脱気処理される。このように、透過水W2から溶存ガスGが脱気された処理水W4は、通水ライン9を通って需要箇所へ供給される。
(Deaeration process)
The permeated water W <b> 2 produced by the first reverse osmosis membrane device 11 is supplied to the gas
尚、前述した水処理方法においては、下記の動作が行われている。
第1実施形態の水処理システム1においては、透過水W2の流量は、前述した流量制御部により一定に維持されている。すなわち、流量制御部は、通水ライン7に設けられた流量センサからの流量検知信号をフィードバックしながら、インバータにより加圧ポンプ10の回転数を制御し、透過水W2の流量が予め設定された目標値になるように制御している(定流量制御)。
In the water treatment method described above, the following operation is performed.
In the water treatment system 1 of the first embodiment, the flow rate of the permeated water W2 is maintained constant by the flow rate control unit described above. That is, the flow rate control unit controls the rotation speed of the pressurizing
そして、水処理システム1は、定流量制御を実行しながら、pH調整剤添加装置4を制御して、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下の範囲に維持するとともに、濃縮水排水バルブ15の開度を制御して、濃縮水W3のシリカ濃度を150mgSiO2/L以下の範囲に維持するように運転される。
The water treatment system 1 controls the pH
濃縮水W3のランゲリア指数の調節について具体的に説明する。水質検出装置20は、排水ライン6を流通する濃縮水W3の水質を検出する。水質検出装置20は、pH値センサ21と、温度センサ22と、電気伝導率センサ23と、カルシウム硬度センサ24と、総アルカリ度センサ25とを備えており、検出された水質情報(pH値、温度、電気伝導率、カルシウム硬度および総アルカリ度)は、ランゲリア指数制御部31のランゲリア指数算出部32に出力される。
The adjustment of the Langeria index of the concentrated water W3 will be specifically described. The water
ランゲリア指数算出部32は、まずランゲリア指数記憶部35の補正テーブル35aを参照して、温度、電気伝導率、カルシウム硬度および総アルカリ度に係る補正値(A〜D値)を求める。そして、ランゲリア指数算出部32は、前述の(2)式および(3)式に基づいて、ランゲリア指数を算出する。
The Langeria index calculation unit 32 first refers to the correction table 35a of the Langeria
ランゲリア指数判定部33は、濃縮水W3のランゲリア指数が0.3以下の範囲にあるか否かを判定する。
ランゲリア指数が0.3以下、かつ0以上の場合は、pH調整剤制御部34がpH調整剤添加装置4の酸性薬剤の添加量を初期値に維持させたまま、その添加を継続させる。ランゲリア指数が0.3を超える場合は、pH調整剤制御部34がpH調整剤添加装置4の酸性薬剤の添加量を前記初期値よりも増加させる。また、ランゲリア指数が0未満の場合は、pH調整剤制御部34がpH調整剤添加装置4の酸性薬剤の添加を停止させる。
ここで、ランゲリア指数が0.3以下の場合には、濃縮水W3のシリカ濃度が溶解度を超えていても、RO膜の膜面におけるシリカの析出が抑制された状態である。また、ランゲリア指数が0.3以下、かつ0以上の場合は、通常はRO膜面における炭酸カルシウムの析出が促進されやすい状態にあるが、前記分散剤添加工程でのスケール分散剤の添加により、炭酸カルシウムの析出が抑制された状態である。
The Langeria index determination unit 33 determines whether the Langeria index of the concentrated water W3 is in the range of 0.3 or less.
When the Langeria index is 0.3 or less and 0 or more, the pH adjuster control unit 34 continues the addition while maintaining the addition amount of the acidic agent in the pH
Here, when the Langelia index is 0.3 or less, even if the silica concentration of the concentrated water W3 exceeds the solubility, the silica deposition on the membrane surface of the RO membrane is suppressed. In addition, when the Langeria index is 0.3 or less and 0 or more, the precipitation of calcium carbonate on the RO membrane surface is usually facilitated, but by adding the scale dispersant in the dispersant addition step, In this state, precipitation of calcium carbonate is suppressed.
濃縮水W3のシリカ濃度の調節について具体的に説明する。シリカ濃度センサ26は、排水ライン6を流通する濃縮水W3のシリカ濃度を検出する。シリカ濃度センサ26で検出されたシリカ濃度の情報は、シリカ濃度制御部41のシリカ濃度判定部42に出力される。
The adjustment of the silica concentration of the concentrated water W3 will be specifically described. The
シリカ濃度判定部42は、シリカ濃度センサ26から入力されたシリカ濃度の情報に基づいて、シリカ濃度が所定の閾値(150mgSiO2/L)以下であるか否かを判定する。
濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/Lを超える場合には、回収率調整制御部43が濃縮水排水バルブ15の開度を増加させ、回収率を減少させる。また、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L未満の場合には、回収率調整制御部43が濃縮水排水バルブ15の開度を減少させ、シリカ濃度が150mgSiO2/Lを超えない範囲で、回収率を最大限まで増加させる。
The silica
When the silica concentration of the concentrated water W3 exceeds 150 mgSiO 2 / L, the recovery rate
以上説明したように、本実施形態の水処理システム1及びこれを用いた水処理方法によれば、第1の逆浸透膜モジュール2で除去できない遊離炭酸等の溶存ガスを、後段の気体分離膜モジュール2で透過水W2から脱気することにより、得られる精製水(処理水W4)の純度が高められ、品質が向上する。
As described above, according to the water treatment system 1 of the present embodiment and the water treatment method using the water treatment system 1, dissolved gas such as free carbonic acid that cannot be removed by the first reverse
また、供給水W1に対して、分散剤添加装置12からスケール分散剤を添加するので、この供給水W1が第1の逆浸透膜モジュール2で膜分離処理される際のRO膜への炭酸カルシウム系スケールの析出が効果的に抑制され、高い水回収率(例えば、70%以上)を確保することができる。
Further, since the scale dispersant is added from the
また、濃縮水W3のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に維持して、第1の逆浸透膜モジュール2で分離操作するので、濃縮水W3のシリカ濃度が溶解度を超えたとしても、シリカ系スケールの析出を抑制することができる。
In addition, since the first reverse
したがって、供給水に酸を添加することなく、または酸の添加量を最小限に止めながら、シリカ系及び炭酸カルシウム系スケールの発生を同時に抑制することができる。この結果、精製水の純度を損なうことなく、所期の造水量を確保することができる。 Therefore, generation of silica-based and calcium carbonate-based scales can be suppressed at the same time without adding an acid to the feed water or while minimizing the amount of acid added. As a result, the desired amount of fresh water can be ensured without impairing the purity of the purified water.
また、この水処理システム1は、ランゲリア指数監視装置30を備えており、濃縮水W3の水質の検出値に基づいて、濃縮水W3のランゲリア指数を算出するとともに、ランゲリア指数が所定値(0.3)以下の範囲に維持されるように、pH調整剤添加装置4を制御するように構成されている。これにより、水処理システム1は、濃縮水W3のランゲリア指数を所定値以下に精度よく安定して維持することができる。
In addition, the water treatment system 1 includes a Langeria
また、例えば、供給水W1の水質の変動が大きい場合に、ランゲリア指数をフィードバック値として、pH調整剤添加装置12を制御することができる。これにより、第1の逆浸透膜モジュール2のRO膜面にスケールが析出されることを抑制できる。
In addition, for example, when the fluctuation of the water quality of the supply water W1 is large, the pH
また、この水処理システム1は、シリカ濃度監視装置40を備えており、濃縮水W4のシリカ濃度の検出値に基づいて、シリカ濃度が所定値(150mgSiO2/L)以下の範囲に維持されるように、濃縮水排水バルブ15を制御するように構成されている。これにより、水処理システム1は、濃縮水W3のシリカ濃度を所定値以下に精度よく安定して維持することができる。
Further, the water treatment system 1 includes a silica
また、例えば、供給水W1の水質の変動が大きい場合に、シリカ濃度をフィードバック値として、濃縮水排水バルブ15を制御することができる。これにより、第1の逆浸透膜モジュール2のRO膜面にスケールが析出されることを抑制できる。
Further, for example, when the water quality fluctuation of the supply water W1 is large, the concentrated
(第2実施形態)
次に、図4を参照して、本発明の第2実施形態に係る水処理システム51及びこれを用いた水処理方法について説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIG. 4, the
本実施形態の水処理システム51は、図4に示すように、第1実施形態で説明した水処理システム1の各構成要素、及び、その通水ライン9の下流側において、気体分離膜モジュール3の処理水W4を脱イオン処理(脱イオン処理工程)する電気脱イオンモジュール(電気脱イオン装置)52を含んでいる。
尚、図4には特に示されていないが、本実施形態の水処理システム51においても、第1実施形態の水処理システム1と同様に、加圧ポンプ10、ランゲリア指数監視装置30、シリカ濃度監視装置40及び濃縮水排水バルブ15が設けられている(図2を参照)。これら部材の構成及び作用効果については、第1実施形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
As shown in FIG. 4, the
Although not particularly shown in FIG. 4, in the
電気脱イオンモジュール52は、通水ライン9における気体分離膜モジュール3の下流側に接続されている。電気脱イオンモジュール52は、気体分離膜モジュール3で製造された処理水W4を、イオン交換膜により脱イオン水W5と濃縮水(不図示)とに分離する膜分離処理を行うものである。
The
具体的には、電気脱イオンモジュール52は、脱塩室及び濃縮室を備えている。脱塩室及び濃縮室は、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を交互に配置して形成されている。脱塩室には、混床のイオン交換樹脂或いはイオン交換繊維が収容されている。電気脱イオンモジュール52は、脱塩室及び濃縮室に直流電流を通電することにより、第1逆浸透膜装置11で除去しきれなかった透過水W2中のイオンを、気体分離膜モジュール3を流通した処理水W4中から脱塩室において除去し、脱イオン水(高純度の精製水)W5を製造できるように構成されている。
Specifically, the
本実施形態の水処理システム51及び水処理方法によれば、前述の第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、気体分離膜モジュール3の処理水W4を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W5とすることができ、精製水の品質が向上する。
また、電気脱イオンモジュール52は、脱イオン性能を維持するための所謂再生が不要であるので、取り扱い性に優れ、かつランニングコストが廉価である。
According to the
Furthermore, the treated water W4 of the gas
Further, since the
尚、前述したように、第1の逆浸透膜モジュール2におけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水W2は、塩構成アニオンの残留割合は少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、例えば、電気脱イオンモジュール52は、残留割合の多い塩構成カチオンのみを脱イオン可能に構成されていてもよい。すなわち、電気脱イオンモジュール52の脱塩室は、陽イオン交換樹脂或いは陽イオン交換繊維のみを収容して形成されていても構わない。
この場合、脱イオン水W5の品質を十分に確保しつつも、電気脱イオンモジュール52のイニシャルコストを削減可能である。
As described above, when the skin layer of the RO membrane in the first reverse
In this case, the initial cost of the
(第3実施形態)
次に、図5を参照して、本発明の第3実施形態に係る水処理システム55及びこれを用いた水処理方法について説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 5, the
本実施形態の水処理システム55は、図5に示すように、第2実施形態に係る水処理システム51の電気脱イオンモジュール52に代えて、気体分離膜モジュール3の処理水W4を脱イオン処理(脱イオン処理工程)する陽イオン交換樹脂単床塔56を備えている。その他は、第2実施形態と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
陽イオン交換樹脂単床塔56は、通水ライン9における気体分離膜モジュール3の下流側に接続されている。陽イオン交換樹脂単床塔56は、その塔内に陽イオン交換樹脂ビーズのみからなるイオン交換樹脂床を備えており、気体分離膜モジュール3で製造された処理水W4をこのイオン交換樹脂床に流通させることにより、高純度の精製水である脱イオン水W5を製造するように構成されている。具体的には、陽イオン交換樹脂単床塔56は、処理水W4中に残留する塩構成カチオンを脱イオン処理することにより、高純度の精製水を製造する。
The cation exchange resin
本実施形態の水処理システム55及び水処理方法によれば、前述の第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、気体分離膜モジュール3の処理水W4を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W5とすることができ、精製水の品質が向上する。
According to the
Furthermore, the treated water W4 of the gas
ここで、前述したように、第1の逆浸透膜モジュール2におけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水W2は、塩構成アニオンの残留割合が少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、陽イオン交換樹脂単床塔56で、残留割合の多い塩構成カチオンを脱イオン処理することにより、精製水中における残留イオンが精度よく除去されて、純度の高い精製水が製造可能となっている。
また、陽イオン交換樹脂単床塔56は、イニシャルコストが廉価であるから、この水処理システム55は、脱イオン水W5の品質を十分に確保しつつも、設備費用を削減できる。
Here, as described above, when the skin layer of the RO membrane in the first reverse
In addition, since the initial cost of the cation exchange resin single-
(第4実施形態)
次に、図5を参照して、本発明の第4実施形態に係る水処理システム60及びこれを用いた水処理方法について説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG. 5, the
本実施形態の水処理システム60は、図5に示すように、第1実施形態で説明した水処理システム1の各構成要素、及び、その通水ライン9の下流側において、気体分離膜モジュール3の処理水W4を脱イオン処理(脱イオン処理工程)するイオン交換樹脂混床塔61を含んでいる。その他は、第2実施形態と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
イオン交換樹脂混床塔61は、通水ライン9における気体分離膜モジュール3の下流側に接続されている。イオン交換樹脂混床塔61は、その塔内に陽イオン交換樹脂ビーズ及び陰イオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換樹脂床を備えており、気体分離膜モジュール3で製造された処理水W4をイオン交換樹脂床に流通させることにより、高純度の精製水である脱イオン水W5を製造するように構成されている。具体的には、イオン交換樹脂混床塔61は、処理水W4中に残留する塩構成カチオンを陽イオン交換樹脂ビーズで脱イオン処理し、処理水W4中に残留する塩構成アニオンを陰イオン交換樹脂ビーズで脱イオン処理することにより、高純度の精製水を製造する。
The ion exchange resin mixed
本実施形態の水処理システム60及び水処理方法によれば、前述の第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、気体分離膜モジュール3の処理水W4を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W5とすることができ、精製水の品質が向上する。
そして、本実施形態によれば、第1の逆浸透膜モジュール2から送出された透過水W2中に、塩構成カチオンのみならず、負荷電性のRO膜を透過した塩構成アニオンが残留したとしても、イオン交換樹脂混床塔61でこれらの残留イオンを処理水W4から精度よく脱イオン処理して、脱イオン水W5の純度が十分に高められる。
According to the
Furthermore, the treated water W4 of the gas
And according to this embodiment, not only the salt constituent cation but also the salt constituent anion that permeated through the negatively charged RO membrane remained in the permeated water W2 delivered from the first reverse
(第5実施形態)
次に、図6及び図7を参照して、本発明の第5実施形態に係る水処理システム65及びこれを用いた水処理方法について説明する。図6は、第5実施形態の水処理システム65の構成を詳細に説明する図であり、図7は、第5実施形態の水処理システム65の構成を詳細に説明する図である。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, with reference to FIG.6 and FIG.7, the
本実施形態の水処理システム65は、図6に示すように、第1実施形態で説明した水処理システム1の各構成要素、及び、その通水ライン9の下流側において、気体分離膜モジュール3の処理水W4を、更に透過水W6と濃縮水W7とに分離する第2の逆浸透膜モジュール16を含んでいる。
また、本実施形態の水処理方法は、第1実施形態で説明した水処理方法の各工程、及び、脱気処理工程の処理水W4を、更に第2の逆浸透膜モジュール16で透過水W6と濃縮水W7とに分離する第2の逆浸透膜分離工程を含んでいる。
As shown in FIG. 6, the
Moreover, the water treatment method of this embodiment is the same as each process of the water treatment method demonstrated in 1st Embodiment, and the treated water W4 of a deaeration process process, and also the permeated water W6 by the 2nd reverse
また、水処理システム65は、図7に示すように、処理水W4にpH調整剤を添加するpH調整剤添加装置17と、pH調整剤添加装置17の添加位置よりも下流側で処理水W4のpH値を検出するpH値センサ27と、を含んでいる。
尚、以下の説明においては、前述の第1実施形態で説明したpH調整剤添加装置4と区別して、前記pH調整剤添加装置17を第2pH調整剤添加装置17と呼ぶ。また、前述の第1実施形態で説明したpH値センサ21と区別して、前記pH値センサ27を第2pH値センサ27と呼ぶ。
Further, as shown in FIG. 7, the
In the following description, the pH
第2の逆浸透膜モジュール16は、前述の第1実施形態で説明した第1の逆浸透膜モジュール2と同様の構成を有している。尚、第2の逆浸透膜モジュール26のRO膜としては、第1の逆浸透膜モジュール2のRO膜と同一のものを用いることが好ましいが、それ以外のRO膜であっても構わない。第2の逆浸透膜モジュール16は、単一又は複数のRO膜エレメントを備えており、該RO膜エレメントにより処理水W4を膜分離処理して、より純度の高い精製水である透過水W6を製造するとともに、処理水W4の
夾雑成分濃度が高まった濃縮水W7を製造する。
The second reverse
また、第2の逆浸透膜モジュール16には、RO膜の一次側と連通して配設され、処理水W4を該RO膜に供給する前記通水ライン9と、RO膜により処理水W4が濃縮された濃縮水W7を通水ライン7へ返送する通水ライン13と、RO膜の二次側と連通して配設され、処理水W4が該RO膜を透過することにより濃縮水W7とは分離された純度の高い透過水W6を、次工程へ送出する通水ライン14と、が接続されている。
Further, the second reverse
第2の逆浸透膜モジュール16の上流側には、加圧ポンプ18が設けられている。加圧ポンプ18は、通水ライン9における下流側の端部近傍に設けられており、気体分離膜モジュール3から送出された処理水W4を加圧して、第2の逆浸透膜モジュール16に送出するように構成されている。
このように、水処理システム65には、加圧ポンプ18と、その下流側の第2の逆浸透膜モジュール16とを含む第2逆浸透膜装置19が設けられている。
本実施形態の水処理システム65は、第1逆浸透膜装置11と第2逆浸透膜装置19とを直列的に2段に設ける構成とすることにより、製造される透過水W6の純度を高めるものである。
A
As described above, the
The
通水ライン9には、図7に示すように、第2pH調整剤添加装置17及び第2pH値センサ27が接続されている。
第2pH調整剤添加装置17は、気体分離膜モジュール3から第2の逆浸透膜モジュール16へ向けて送出された処理水W4に、pH調整剤を添加する装置である。この第2pH調整剤添加装置17は、pH調整剤である所定のアルカリ性薬剤(例えば水酸化ナトリウム)を、通水ライン9を流通する処理水W4に添加するように構成されている。
As shown in FIG. 7, a second pH
The second pH
第2pH値センサ27は、通水ライン9を流通する処理水W4のpH値を検出するセンサである。第2pH値センサ27は、通水ライン9において第2pH調整剤添加装置17が接続されるpH調整剤の添加位置よりも下流側に接続されている。第2pH値センサ27は、第2pH調整剤添加装置17によりpH調整剤が添加された処理水W4のpH値を検出するように構成されている。第2pH値センサ27により検出されたpH値は、pH調整剤制御部36に出力される。
尚、以下の説明においては、前述の第1実施形態で説明したpH調整剤制御部34と区別して、前記pH調整剤制御部36を第2pH調整剤制御部36と呼ぶ。
The second
In the following description, the pH
第2pH調整剤制御部36は、第2pH値センサ27により検出されるpH値の情報に基づいて、濃縮水W3のpH値が所定の範囲(例えば、pH値が8以上)に維持されるように、第2pH調整剤添加装置17を制御する。具体的には、濃縮水W3のpH値が前記所定の範囲に維持されるように、アルカリ性薬剤の添加量を増加させる。
Based on the pH value information detected by the second
特に図示しないが、水処理システム65は、通水ライン14に設けられ、第2の逆浸透膜モジュール16から送出される透過水W6の流量を検出する流量センサと、加圧ポンプ18の回転数を出力周波数に応じて可変させるインバータと、流量センサからの流量検知信号に基づいて、インバータヘ指令信号を出力する流量制御部とを備えることが好ましい。この構成によれば、流量センサにより検出される透過水W6の流量に基づくフィードバック制御により、透過水W6の流量を一定に維持するように制御を行うことができる。また、水温の変動などで処理流量が変化するような場合であっても、加圧ポンプの回転数が流量制御部により自動的に調整されて、透過水W6の流量を一定に制御できる。
Although not specifically shown, the
尚、図示を省略するが、上述した通水ライン9、14等には、各通水ライン内を流通する水を送出するポンプや、流路を開閉するバルブ等が適宜設けられている。これらのポンプやバルブ等は、図示しない制御装置によって制御される。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the
本実施形態における水処理システム65のランゲリア指数監視装置30及びシリカ濃度監視装置は、前述の第1実施形態と同様の構成を有しているため、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
Since the Langeria
次に、図6及び図7を参照して、第5実施形態の水処理システム65の動作、すなわち水処理方法について説明する。
水処理システム65が運転され、ポンプ(図示せず)が起動されると、下記のように水処理が行われ、精製水が製造される。
Next, with reference to FIG.6 and FIG.7, operation | movement of the
When the
まず、pH調整剤添加工程、分散剤添加工程、第1の逆浸透膜分離工程及び脱気処理工程が行われる。これら工程については、第1実施形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
尚、以下の説明においては、第1実施形態で説明した前記pH調整剤添加工程(第1pH調整剤添加装置4により供給水W1に酸性薬剤を添加するpH調整剤添加工程)と区別するため、第2pH調整剤添加装置17により処理水W4にアルカリ性薬剤を添加するpH調整剤添加工程を、第2のpH調整剤添加工程と呼ぶ。
First, a pH adjuster addition step, a dispersant addition step, a first reverse osmosis membrane separation step, and a deaeration treatment step are performed. Since these steps are the same as those described in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
In the following description, in order to distinguish from the pH adjusting agent adding step described in the first embodiment (pH adjusting agent adding step of adding an acidic agent to the supply water W1 by the first pH adjusting agent adding device 4), The pH adjusting agent adding step in which the alkaline agent is added to the treated water W4 by the second pH adjusting
(第2のpH調整剤添加工程)
気体分離膜モジュール3から送出され通水ライン9を流通する処理水W4に対して、第2pH調整剤添加装置17によりアルカリ性薬剤(例えば、水酸化ナトリウム)が添加される。ここで、第2pH調整剤添加装置17から処理水W4に添加されるアルカリ性薬剤の添加量は、第2pH値センサ27により検出されるpH値に基づいて、第2pH調整剤制御部36によって調整される。ここでの添加量の調整は、例えばフィードバック制御を利用することができる。
(Second pH adjuster addition step)
An alkaline agent (for example, sodium hydroxide) is added by the second pH
(第2の逆浸透膜分離工程)
第2のpH調整剤添加工程を経てアルカリ性薬剤が添加された処理水W4は、通水ライン9から第2逆浸透膜装置19に流通され、更に精製される。すなわち、第2逆浸透膜装置19は、処理水W4を、第2の逆浸透膜モジュール16で透過水W6と濃縮水W7とに分離する。これにより、溶存塩類等の夾雑成分が更に除去された精製水である透過水W6を得ることができる。
(Second reverse osmosis membrane separation step)
The treated water W4 to which the alkaline agent has been added through the second pH adjuster addition step is circulated from the water passage line 9 to the second reverse
第2逆浸透膜装置19により製造された透過水W6は、通水ライン14を通って需要箇所へ供給される。一方、第2逆浸透膜装置19で製造された濃縮水W7は、返送ライン13を通って通水ライン5へ流入し、供給水W1と混合して再利用される。
尚、濃縮水W7は、返送ライン13を通って水処理システム65の系外へ排水されても構わない。
The permeated water W6 produced by the second reverse
The concentrated water W7 may be drained out of the
本実施形態の水処理システム65は、ランゲリア指数監視装置30により、濃縮水W3のランゲリア指数が0.3以下になるように制御されている。また、シリカ濃度監視装置40により、濃縮水W3のシリカ濃度が150mgSiO2/L以下になるように制御されている。これにより、第1の逆浸透膜モジュール2におけるRO膜の膜面にシリカ系スケールが析出することが抑制される。また、透過水W2は、第1の逆浸透膜モジュール2により供給水W1のシリカ濃度が例えば10%以下にまで低減された水であるので、第2の逆浸透膜モジュール16においては、RO膜の膜面にシリカが析出するおそれはない。
The
また、本実施形態の水処理方法においては、下記の動作が行われている。尚、第1実施形態で説明した水処理方法の動作と同様の動作については、その詳細な説明を省略する。
前記同様の動作としては、ランゲリア指数監視装置30によるランゲリア指数の監視及び制御(第1pH調整剤添加装置12の制御による目標ランゲリア指数(0.3以下)への調整)、並びにシリカ濃度監視装置40によるシリカ濃度の監視及び制御(濃縮水排水バルブ15の制御による目標シリカ濃度(150mgSiO2/L以下)への調整)である。
Further, in the water treatment method of the present embodiment, the following operation is performed. In addition, the detailed description is abbreviate | omitted about the operation | movement similar to the operation | movement of the water treatment method demonstrated in 1st Embodiment.
As the same operation as described above, the Langeria
第5実施形態の水処理システム65においては、透過水W6の流量は、前述した流量制御部により一定に維持されている。すなわち、流量制御部は、通水ライン14に設けられた流量センサからの流量検知信号をフィードバックしながら、インバータにより加圧ポンプ18の回転数を制御し、透過水W6の流量が予め設定された目標値になるように制御している(定流量制御)。
In the
また、第2pH値センサ27は、通水ライン9を流通する処理水W4のpH値を検出する。第2pH値センサ27で検出されたpH値の情報は、第2pH調整剤制御部36に出力される。
Further, the second
第2pH調整剤制御部36は、第2pH値センサ27から入力されたpH値の情報に基づいて、処理水W4のpH値が所定の範囲(例えば、pH値が8以上)にあるか否かを判定する。
また、第2pH調整剤制御部36は、第2pH値センサ27から入力されたpH値の情報に基づいて、第2pH調整剤添加装置17を制御し、アルカリ性薬剤の添加量を再調整する。具体的には、処理水W4のpH値が前記所定の範囲に維持されるように、アルカリ性薬剤の添加量を増減させる。
Based on the pH value information input from the second
Further, the second pH
ここで、処理水W4のpH値を所定の範囲(pH値8以上)に維持する理由について説明する。
本実施形態では、予め供給水W1に対して第1pH調整剤添加装置12から酸性薬剤が添加されていることにより、該供給水W1中の炭酸水素イオン及び炭酸イオンが溶存炭酸ガスに変化することがある。そうすると、気体分離膜モジュール3で除去すべき溶存炭酸ガスの量が相対的に増加し、処理水W4中に溶存炭酸ガスが残留しやすくなる結果、処理水W4の純度が低下することがある。そこで、処理水W4のpH値を8以上とすることにより、残留している溶存炭酸ガスを炭酸水素イオン及び炭酸イオンに再イオン化する。これにより、第2の逆浸透膜モジュール16において、処理水W4に由来する溶存炭酸ガスをほぼ完全に除去することが可能になり、透過水W6の純度を向上させることができるのである。
Here, the reason for maintaining the pH value of the treated water W4 in a predetermined range (
In the present embodiment, when the acidic chemical is added from the first pH
本実施形態の水処理システム65及び水処理方法によれば、前述の第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、第1の逆浸透膜モジュール2で除去しきれなかった透過水W2中に残存する溶存塩類等の夾雑成分を、第2の逆浸透膜モジュール16で処理水W4から除去するので、より高純度な精製水である透過水W6を製造可能である。
また、このように高純度な精製水を製造しつつも、処理水W4を膜分離処理して製造された濃縮水W7については、第1の逆浸透膜モジュール2の上流側の通水ライン5に戻し再利用しているので、造水コストが削減される。
According to the
Furthermore, since contaminant components such as dissolved salts remaining in the permeated water W2 that could not be removed by the first reverse
In addition, with respect to the concentrated water W7 produced by membrane separation treatment of the treated water W4 while producing high-purity purified water in this way, the
(第6実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の第6実施形態に係る水処理システム70及びこれを用いた水処理方法について説明する。尚、第5実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Sixth embodiment)
Next, with reference to FIG. 8, the
本実施形態の水処理システム70は、図9に示すように、第5実施形態に係る水処理システム65の各構成要素、及び、その通水ライン14の下流側において、第2の逆浸透膜モジュール16の透過水W6を脱イオン処理(脱イオン処理工程)する電気脱イオンモジュール(電気脱イオン装置)52を含んでいる。
As shown in FIG. 9, the
また、水処理システム70は、第5実施形態の水処理システム65に係る第2pH値センサ27、第2pH調整剤制御部36、加圧ポンプ10、18、ランゲリア指数監視装置30、シリカ濃度監視装置40及び濃縮水排水バルブ15を備えている(図7を参照)。これら部材の構成及び作用効果については、第5実施形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
Further, the
電気脱イオンモジュール52は、通水ライン14における第2の逆浸透膜モジュール16の下流側に接続されている。電気脱イオンモジュール52は、第2の逆浸透膜モジュール16(第2逆浸透膜装置19)で製造された透過水W6を、イオン交換膜により脱イオン水W8と濃縮水(不図示)とに分離する膜分離処理を行うものである。電気脱イオンモジュール52の構成については、前述の第2実施形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
The
本実施形態の水処理システム70及び水処理方法によれば、前述の第5実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、第2の逆浸透膜モジュール16の透過水W6を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W8とすることができ、精製水の品質が向上する。
また、電気脱イオンモジュール52は、脱イオン性能を維持するための所謂再生が不要であるので、取り扱い性に優れ、かつランニングコストが廉価である。
According to the
Furthermore, the permeated water W6 of the second reverse
Further, since the
尚、前述したように、第1、第2の逆浸透膜モジュール2、16におけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水W6は、塩構成アニオンの残留割合が少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、例えば、電気脱イオンモジュール52は、残留割合の多い塩構成カチオンのみを脱イオン可能に構成されていてもよい。すなわち、電気脱イオンモジュール52の脱塩室は、陽イオン交換樹脂或いは陽イオン交換繊維のみを収容してされていても構わない。
この場合、脱イオン水W8の品質を十分に確保しつつも、電気脱イオンモジュール52のイニシャルコストを削減可能である。
As described above, when the skin layers of the RO membranes in the first and second reverse
In this case, the initial cost of the
(第7実施形態)
次に、図9を参照して、本発明の第7実施形態に係る水処理システム75及びこれを用いた水処理方法について説明する。尚、第6実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Seventh embodiment)
Next, with reference to FIG. 9, the
本実施形態の水処理システム75は、図9に示すように、第6実施形態に係る水処理システム70の電気脱イオンモジュール52に代えて、第2の逆浸透膜分離工程の透過水W6を脱イオン処理(脱イオン処理工程)する陽イオン交換樹脂単床塔56を備えている。その他は、第6実施形態と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
また、陽イオン交換樹脂単床塔56の構成は、第3実施形態で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。
As shown in FIG. 9, the
Moreover, since the structure of the cation exchange resin
本実施形態の水処理システム75及び水処理方法によれば、前述の第5実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、第2の逆浸透膜モジュール16の透過水W6を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W8とすることができ、精製水の品質が向上する。
According to the
Furthermore, the permeated water W6 of the second reverse
ここで、前述したように、第1、第2の逆浸透膜モジュール2、16におけるRO膜のスキン層が負荷電性である場合、当該RO膜で分離操作された透過水W6は、塩構成アニオンの残留割合は少なく、塩構成カチオンの残留割合が多い。従って、陽イオン交換樹脂単床塔56で、残留割合の多い塩構成カチオンを脱イオン処理することにより、精製水中における残留イオンが精度よく除去されて、純度の高い精製水が製造可能となっている。
また、陽イオン交換樹脂単床塔56は、イニシャルコストが廉価であるから、この水処理システム75は、脱イオン水W8の品質を十分に確保しつつも、設備費用を削減できる。
Here, as described above, when the skin layer of the RO membrane in the first and second reverse
In addition, since the initial cost of the cation exchange resin single-
(第8実施形態)
次に、図9を参照して、本発明の第8実施形態に係る水処理システム80及びこれを用いた水処理方法について説明する。
本実施形態の水処理システム80は、図9に示すように、第7実施形態に係る陽イオン交換樹脂単床塔56に代えて、第2の逆浸透膜分離工程の透過水W6を脱イオン処理(脱イオン処理工程)するイオン交換樹脂混床塔61を備えている。その他は、第7実施形態と同様であるため、説明を省略する。
また、イオン交換樹脂混床塔61の構成は、第4実施形態で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。
(Eighth embodiment)
Next, with reference to FIG. 9, the
As shown in FIG. 9, the
Moreover, since the structure of the ion exchange resin mixed
本実施形態の水処理システム80及び水処理方法によれば、前述の第5実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、第2の逆浸透膜モジュール16の透過水W6を、脱イオン処理してより高純度な精製水である脱イオン水W8とすることができ、精製水の品質が向上する。
そして、本実施形態によれば、第2の逆浸透膜モジュール16から送出された透過水W6中に、塩構成カチオンのみならず、負荷電性のRO膜を透過した塩構成アニオンが存在したとしても、イオン交換樹脂混床塔61でこれらの残留イオンを精度よく脱イオン処理して、脱イオン水W8の純度が十分に高められる。
According to the
Furthermore, the permeated water W6 of the second reverse
And according to this embodiment, not only the salt constituent cation but also the salt constituent anion that permeated the negatively charged RO membrane was present in the permeated water W6 delivered from the second reverse
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、前述の実施形態では、水処理方法には、第1pH調整剤添加装置4により酸性薬剤が添加される第1pH調整剤添加工程と、第2pH調整剤添加装置17によりアルカリ性薬剤が添加される第2のpH調整剤添加工程とが含まれるとしたが、第1pH調整剤添加装置4と第2pH調整剤添加装置17のいずれか又は両方を備えない構成としてもよい。すなわち、本発明においては、pH調整剤を添加することなく、濃縮水W3のランゲリア指数を0〜0.3の範囲に維持できる場合には、pH調整剤添加工程は必須ではない。
For example, in the above-described embodiment, in the water treatment method, the first pH adjuster adding step in which the acidic agent is added by the first pH
また、上記実施の形態においては、気体分離膜モジュール3の気体分離膜として、外部灌流式(外圧型)の脱炭酸膜(脱気膜)を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、内部灌流式(内圧型)等の脱炭酸膜を用いても構わない。ただし、外部灌流式の脱炭酸膜を用いた場合には、透過水W2中の遊離炭酸等のガスを精度よく高効率に除去できることから、より好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the case where an external perfusion type (external pressure type) decarboxylation membrane (deaeration membrane) was used as a gas separation membrane of the gas
また、上記実施の形態においては、濃縮水W3が、排水ライン6から系外に排出される場合について説明したが、例えば、濃縮水W3の一部が系外に排出されるとともに、残部を第1の逆浸透膜モジュール2の上流側の通水ライン7へ還流させる構成であってもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the concentrated water W3 was discharged | emitted out of the system from the
また、上記実施の形態においては、水質検出装置20が、排水ライン6を流通する濃縮水W3の水質を検出する場合について説明したが、水質検出装置20が、通水ライン7を流通する透過水W2の水質を検出してもよい。ただし、水質検出装置20を通水ライン7に接続した場合には、通水ライン7において検出した値を、排水ライン6において検出した場合における濃縮水W3の検出値に換算して用いることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the water
また、例えば、電気伝導率(蒸発残留物)、カルシウム硬度及び総アルカリ度は、通水ライン7を流通する透過水W2の検出値に濃縮水W3の濃縮倍率を乗じて推定計算することにより、検出値としてもよい。
また、温度は、透過水W2の温度を濃縮水W3の温度とみなすことにより、検出値としてもよい。
また、pH値は、透過水W2のpH値と所定の濃縮倍率における濃縮水W3のpH値との関係式を予め実験等により求めておき、この関係式に基づいて換算してもよい。
また、ランゲリア指数記憶部35に、これらの換算式や関係式等を記憶させるように構成してもよい。
Further, for example, the electrical conductivity (evaporation residue), calcium hardness and total alkalinity are estimated and calculated by multiplying the detected value of the permeated water W2 flowing through the
The temperature may be a detected value by regarding the temperature of the permeated water W2 as the temperature of the concentrated water W3.
Further, the pH value may be converted based on a relational expression between the pH value of the permeated water W2 and the pH value of the concentrated water W3 at a predetermined concentration ratio in advance by experiments or the like.
In addition, the conversion formula, the relational expression, and the like may be stored in the Langeria
また、水質検出装置20は、通水ライン5を流通する供給水W1の水質を検出してもよい。ただし、水質検出装置20を通水ライン5に接続した場合には、通水ライン5において検出した値を、排水ライン6において検出した場合における処理水W4の検出値に換算して用いることが好ましい。
また、水質検出装置20は、通水ライン6を流通する濃縮水W3の水質、及び、通水ライン7(又は通水ライン5)を流通する透過水W2(又は供給水W1)の水質の両方を検出するように構成されていてもよい。
Further, the water
In addition, the water
また、pH値センサ21、温度センサ22、電気伝導率センサ23、カルシウム硬度センサ24及び総アルカリ度センサ25のうちいずれか一つ以上により構成された一の水質検出装置20が、排水ライン6を流通する濃縮水W3の水質を検出するように構成され、pH値センサ21、温度センサ22、電気伝導率センサ23、カルシウム硬度センサ24及び総アルカリ度センサ25のうちいずれか一つ以上により構成された他の水質検出装置20が、通水ライン7(又は通水ライン5)を流通する透過水W2(又は供給水W1)の水質を検出するように構成してもよい。
In addition, one water
また、水質検出装置20は、上記センサのうち一部のセンサが省略されて構成されていてもよく、例えば、電気伝導率(蒸発残留物)は、pHsに対して影響が小さい項目であるため、電気伝導率センサ23を省略し、ランゲリア指数記憶部36に電気伝導率の設定値を記憶させておき、その値を使用するように構成してもよい。
In addition, the water
また、カルシウム硬度につき、供給水W1の水質が安定している場合には、カルシウム硬度センサ24を省略するとともに、ランゲリア指数記憶部35にカルシウム硬度の設定値を記憶させて、その値を使用するように構成してもよい。
Further, regarding the calcium hardness, when the water quality of the supply water W1 is stable, the
また、総アルカリ度につき、供給水W1の水質が安定している場合には、総アルカリ度センサ25を省略するとともに、ランゲリア指数記憶部35に総アルカリ度の設定値を記憶させて、その値を使用するように構成してもよい。
Further, when the water quality of the supply water W1 is stable with respect to the total alkalinity, the
更に、シリカ濃度監視装置40に関しては、供給水W1のシリカ濃度が安定している場合には、シリカ濃度センサ26を省略するとともに、シリカ濃度判定部42に供給水W1のシリカ濃度の設定値を記憶させて、その値に基づいて回収率調整制御部43の制御を行わせるように構成してもよい。
Further, regarding the silica
その他、本発明の前述の実施形態で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。 In addition, you may combine suitably the component demonstrated by the above-mentioned embodiment of this invention. In addition, the above-described components can be replaced with well-known components without departing from the spirit of the present invention.
<実験例>
実験例1〜3
電気伝導率159mS/m、硬度414mgCaCO3/L、シリカ濃度44mgSiO2/L、総アルカリ度90mgCaCO3/L、及びpH7.6の水質に調整された試験用の供給水を給水タンクに貯留し、この供給水を逆浸透膜エレメント(ウンジン・ケミカル社製:型式名「RE8040−BLF」)1本装填した逆浸透膜モジュールへ加圧ポンプで加圧しながら連続的に供給し、透過水流量1000L/h、回収率75%、温度25℃の条件で運転した。透過水流量は、加圧ポンプの回転数を調節により制御した。尚、逆浸透膜モジュールへの通水はクロスフロー方式とし、透過水流量に対して系内の循環流量が5倍となるように、濃縮水の一部を加圧ポンプの一次側へ循環させた。このような供給水の処理運転中に、濃縮水の一部を定期的にサンプルとして採取し、濃縮水のシリカ濃度が概ね135〜150mgSiO2/L、及び濃縮水の電気伝導率が概ね510〜530mS/mに維持されていることを確認した。
<Experimental example>
Experimental Examples 1-3
A test water supply adjusted to a water quality of electrical conductivity 159 mS / m, hardness 414 mg CaCO 3 / L, silica concentration 44 mg SiO 2 / L, total alkalinity 90 mg CaCO 3 / L, and pH 7.6 is stored in a water supply tank, This supplied water is continuously supplied to the reverse osmosis membrane module loaded with one reverse osmosis membrane element (manufactured by Eunjin Chemical Co., Ltd. model name “RE8040-BLF”) with a pressure pump, and the permeate flow rate is 1000 L / h, the recovery was 75%, and the temperature was 25 ° C. The permeate flow rate was controlled by adjusting the number of rotations of the pressure pump. The water flow to the reverse osmosis membrane module is a cross-flow method, and a part of the concentrated water is circulated to the primary side of the pressure pump so that the circulating flow rate in the system is five times the permeate flow rate. It was. During such a feed water treatment operation, a portion of the concentrated water is periodically collected as a sample, the silica concentration of the concentrated water is approximately 135 to 150 mg SiO 2 / L, and the electrical conductivity of the concentrated water is approximately 510 to 150. It was confirmed that it was maintained at 530 mS / m.
本実験例では、逆浸透膜モジュールへの供給水のpH値を硫酸の添加により6〜6.6に調整することで濃縮水のpH値を8〜9程度に調整し、ランゲリア指数(LSI)をそれぞれ−0.2(実験例1)、0.1(実験例2)、0.3(実験例3)に制御した。また、供給水に対し、スケール分散剤としてBWA WATER ADDITIVES社の商品名「フロコン260」(フロコン:登録商標)を原液のまま濃度が2.5mg/Lになるように添加した。 In this experimental example, the pH value of the water supplied to the reverse osmosis membrane module is adjusted to 6 to 6.6 by adding sulfuric acid, so that the pH value of the concentrated water is adjusted to about 8 to 9, and the Langeria index (LSI) Were controlled to -0.2 (Experimental Example 1), 0.1 (Experimental Example 2), and 0.3 (Experimental Example 3), respectively. In addition, as a scale dispersant, a trade name “Furocon 260” (Furocon: registered trademark) of BWA WATER ADDITIVES was added to the supplied water so as to have a concentration of 2.5 mg / L.
比較実験例1
供給水への硫酸添加により濃縮水のランゲリア指数を0.5に制御した点を除き、実験例1〜3と同様の条件で供給水を処理した。
Comparative Experiment Example 1
The feed water was treated under the same conditions as in Experimental Examples 1 to 3 except that the Langeria index of concentrated water was controlled to 0.5 by adding sulfuric acid to the feed water.
比較実験例2
供給水への硫酸添加による濃縮水のランゲリア指数の制御をしなかった点を除き、実験例1〜3と同様の条件で供給水を処理した。
Comparative Experiment Example 2
The feed water was treated under the same conditions as in Experimental Examples 1 to 3 except that the Langerian index of the concentrated water was not controlled by adding sulfuric acid to the feed water.
比較実験例3
供給水への硫酸添加により濃縮水のランゲリア指数を0.2に制御し、かつ回収率を増加させて濃縮水のシリカ濃度を170mgSiO2/L程度にまで高めた点を除き、実験例1〜3と同様の条件で供給水を処理した。
Comparative Experiment Example 3
Except for the point that the Langeria index of concentrated water was controlled to 0.2 by adding sulfuric acid to the feed water, and the recovery rate was increased to increase the silica concentration of the concentrated water to about 170 mg SiO 2 / L. The feed water was treated under the same conditions as in No. 3.
比較実験例4
供給水へのスケール分散剤を添加しなかった点を除き、ランゲリア指数を0.3に制御した実験例3と同様の条件で供給水を処理した。
Comparative Experiment Example 4
Except that the scale dispersant was not added to the feed water, the feed water was treated under the same conditions as in Experimental Example 3 in which the Langeria index was controlled to 0.3.
比較実験例5
供給水への硫酸添加によるランゲリア指数の制御、及び、供給水へのスケール分散剤の添加をしなかった点を除き、実験例1〜3と同様の条件で供給水を処理した。
Comparative Experiment Example 5
The feed water was treated under the same conditions as in Experimental Examples 1 to 3, except that the Langeria index was not controlled by adding sulfuric acid to the feed water, and the scale dispersant was not added to the feed water.
評価
実験例1〜3及び比較実験例1〜5のそれぞれにおいて、水処理運転中の逆浸透膜エレメントに作用する有効圧力の変化を経時的に測定した。そして、有効圧力の測定値、透過水流量の設定値、及び逆浸透膜エレメントの有効膜面積から、水透過係数を所定時間経過毎に算出した。初期状態の水透過係数は、逆浸透膜エレメントの個体差により多少のばらつきがあるため、水処理運転の開始から1時間経過時点の数値を初期値とした。また、水処理運転の開始から24時間経過時点での透過水の電気伝導率を測定した。電気伝導率は、透過水の水質を示す指標であり、数値が低いほど透過水にイオン成分(夾雑成分)が少ないこと、すなわち水質が良好なことを表している。結果を表1に示す。表中における濃縮水のランゲリア指数、シリカ濃度及び電気伝導率は、水処理運転中の平均値である。尚、比較実験例5は、120時間経過時点の水透過係数が初期値の15%未満まで低下したため、この時点で水処理運転を中止した。
In each of Evaluation Experimental Examples 1 to 3 and Comparative Experimental Examples 1 to 5, changes in effective pressure acting on the reverse osmosis membrane element during the water treatment operation were measured over time. And the water permeation coefficient was computed for every predetermined time passage from the measured value of the effective pressure, the set value of the permeated water flow rate, and the effective membrane area of the reverse osmosis membrane element. Since the water permeability coefficient in the initial state varies somewhat depending on individual differences in the reverse osmosis membrane elements, the numerical value at the time when one hour has elapsed from the start of the water treatment operation is used as the initial value. Moreover, the electrical conductivity of the permeated water was measured after 24 hours from the start of the water treatment operation. The electrical conductivity is an index indicating the quality of the permeated water, and the lower the value, the smaller the ionic component (contaminated component) in the permeated water, that is, the better the water quality. The results are shown in Table 1. The Langerian index, the silica concentration, and the electrical conductivity of the concentrated water in the table are average values during the water treatment operation. In Comparative Experimental Example 5, the water permeation coefficient after 120 hours had dropped to less than 15% of the initial value, so the water treatment operation was stopped at this point.
表1によると、実験例1〜3では、150時間経過時点の水透過係数が初期値の96〜97%に維持されており、比較実験例1〜5に比べて逆浸透膜エレメントのスケール付着による閉塞が顕著に抑制されていることが分かる。また、実験例1〜3は、比較実験例1〜5に比べて透過水の電気伝導率が同程度の数値となっており、水質の良好な透過水が得られていることが分かる。更に、実験例1〜3では、濃縮水のランゲリア指数が0未満の場合には、透過水の電気伝導率が若干高くなる傾向が見られるため、濃縮水のランゲリア指数を0以上に維持するのが好ましいことも分かる。 According to Table 1, in Experimental Examples 1 to 3, the water permeation coefficient after 150 hours was maintained at 96 to 97% of the initial value, and the scale adhesion of the reverse osmosis membrane element compared to Comparative Experimental Examples 1 to 5 It can be seen that occlusion is significantly suppressed. Moreover, as for Experimental Examples 1-3, the electrical conductivity of permeated water is a numerical value comparable as compared with Comparative Experimental Examples 1-5, and it turns out that the permeated water with favorable water quality is obtained. Further, in Experimental Examples 1 to 3, when the Langerian index of the concentrated water is less than 0, the electric conductivity of the permeated water tends to be slightly higher, so the Langerian index of the concentrated water is maintained at 0 or more. It can also be seen that it is preferable.
<参考例>
次に、本発明の参考例として、水処理システム100及びこれを用いた水処理方法について、図10及び図11を参照して説明する。
<Reference example>
Next, as a reference example of the present invention, a
一般に、逆浸透膜(RO膜)を用いて精製水を製造するROシステム(水処理システム)において、単一(一段)の逆浸透膜装置(RO装置)により処理された精製水の純度が不十分な場合には、複数(例えば二段)のRO装置を直列に接続して、水処理を行うようにしている。このような多段のROシステムにおいて、さらなる純度の向上を目指す場合、RO膜による水処理のみでは除去することが困難な遊離炭酸等の炭酸成分を除去する目的で、脱炭酸手段、及び、最終純度アップ用にポリッシャ(イオン交換樹脂混床塔)が設けられることがある。 In general, in an RO system (water treatment system) for producing purified water using a reverse osmosis membrane (RO membrane), the purity of purified water treated by a single (one-stage) reverse osmosis membrane device (RO device) is poor. If sufficient, a plurality of (for example, two-stage) RO devices are connected in series to perform water treatment. In such a multi-stage RO system, when aiming for further improvement in purity, decarbonation means and final purity are used for the purpose of removing carbonic acid components such as free carbonic acid that are difficult to remove only by water treatment with RO membranes. A polisher (ion exchange resin mixed bed tower) may be provided for the up.
前記脱炭酸手段としては、例えばアルカリ薬注(アルカリ性の薬剤を供給水に添加する)が考えられる。この場合、炭酸成分のイオン化促進作用により、その下流側のRO装置によって炭酸水素イオンや炭酸イオンが除去され、純度向上の効果が得られる。しかしながらその反面、薬品を取り扱うことによる危険が伴い、また薬品補充等のメンテナンス費用が嵩むこととなる。
また、純度アップの目的で前記ポリッシャを設けた場合、高純度の精製水が得られる反面、イオン交換樹脂の薬品再生費用などコスト面でのデメリットが生じる。
As the decarboxylation means, for example, alkaline chemical injection (adding an alkaline chemical to the supply water) can be considered. In this case, due to the ionization promoting action of the carbonic acid component, hydrogen carbonate ions and carbonate ions are removed by the RO device on the downstream side, and the effect of improving purity is obtained. However, on the other hand, there is a risk of handling chemicals, and maintenance costs such as supplementing chemicals are increased.
In addition, when the polisher is provided for the purpose of increasing the purity, high-purity purified water can be obtained, but there are disadvantages in terms of cost such as chemical regeneration costs for ion exchange resins.
このような事情を鑑みて、図10に示される本参考例の水処理システム100は、供給水(例えば原水)を透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜装置(図におけるRO装置(前段))と、前記第1の逆浸透膜装置の透過水を脱気処理する脱炭酸膜装置と、前記脱炭酸膜装置の処理水を更に透過水と濃縮水とに分離する第2の逆浸透膜装置(図におけるRO装置(後段))と、前記第2の逆浸透膜装置の透過水を脱イオン処理する陽イオン交換樹脂単床塔(図におけるカチオンポリッシャ)とを含んでいる。
また、本参考例の水処理方法は、供給水を第1の逆浸透膜装置で透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜分離工程と、第1の逆浸透膜分離工程の透過水を脱炭酸膜装置で脱気処理する脱気処理工程と、脱気処理工程の処理水を第2の逆浸透膜装置で更に透過水と濃縮水とに分離する第2の逆浸透膜分離工程と、第2の逆浸透膜分離工程の透過水を陽イオン交換樹脂単床塔で脱イオン処理する脱イオン処理工程とを含んでいる。
すなわち、本参考例の水処理システム100及び水処理方法は、前述した第7実施形態の水処理システム75及び水処理方法に類似の構成を備えている(図9を参照)。
In view of such circumstances, the
In addition, the water treatment method of the present reference example includes a first reverse osmosis membrane separation step in which feed water is separated into permeated water and concentrated water by a first reverse osmosis membrane device, and a first reverse osmosis membrane separation step. A degassing process for degassing the permeated water with a decarboxylation membrane device, and a second reverse osmosis membrane for separating the treated water of the degassing process with a second reverse osmosis membrane device into permeated water and concentrated water A separation step and a deionization treatment step of deionizing the permeated water of the second reverse osmosis membrane separation step with a cation exchange resin single-bed tower.
That is, the
図10において、本参考例の水処理システム100及び水処理方法によれば、前述した脱炭酸手段として、アルカリ薬注の代わりに脱炭酸膜装置を用いているので、薬品取り扱いの危険がなく、またメンテナンス費用の削減が可能である。
In FIG. 10, according to the
また、最終の純度向上手段として、従来のように混床樹脂のポリッシャを用いるのではなく、本参考例ではカチオンポリッシャを用いているので、水質に見合った無駄のない純度アップが行える。さらに、再生サイクルの延長が期待できることから、イニシャルのみならずトータルとしてのコスト削減が可能となる。
詳しくは、図10に示される水処理システム100のように、複数のRO装置を脱炭酸膜装置を間に挟んで直列に設けた場合、一般的なRO膜の性質(負荷電性)から、後段のRO装置に供給される処理水は、塩構成カチオンがリッチの水質になる。このような水質に対しては、混床樹脂を用いる代わりに、陽イオン交換樹脂を用いるだけで、十分な純度が得られるのである。
Also, as a final purity improving means, a mixed-bed resin polisher is not used as in the prior art, but a cationic polisher is used in the present reference example, so that the purity can be improved without waste in accordance with the water quality. Further, since the reproduction cycle can be expected to be extended, it is possible to reduce the total cost as well as the initial.
Specifically, as in the
ここで、脱炭酸(脱気処理)を伴う多段のROシステムの挙動について、下記1〜3により詳述する。
1.脱炭酸による水のpH値変化
脱炭酸により水(透過水)からCO2が取り除かれると、以下の反応によりpH値が上昇する。
CO2+H2O→(←)HCO3 −+H+
すなわち、上式における左辺のCO2が取り除かれることにより、上式の反応は左方にシフトする。つまりH+が減少することにより、pH値が上昇する。
2.pH値によるRO膜表面の荷電性変化
一般的なRO膜(例えばポリアミド膜)は、膜表面が負の荷電性を有しており、この荷電性は膜表面の水のpH値に依存する。つまり、pH値が上昇すると、膜の負荷電性がより高められる(膜のカルボキシル基のイオン化が促進される)。
3.RO膜の荷電性によるイオン透過の挙動
RO膜表面の負荷電性が上昇すると、同符号であるアニオンの除去率は高められるが、異符号のカチオンについては膜を透過しやすくなり、除去率が低下する。また、膜表面のイオン濃度が低いほど、この挙動が顕著に現れる。
よって、上記1〜3により、脱炭酸を伴う多段のROシステムにおける処理水(後段のRO装置を流通した透過水)は、塩構成カチオンがリッチの水質になる。
Here, the behavior of the multistage RO system accompanied by decarboxylation (degassing treatment) will be described in detail by the following 1-3.
1. Change in pH value of water by decarboxylation When CO 2 is removed from water (permeated water) by decarboxylation, the pH value is increased by the following reaction.
CO 2 + H 2 O → (←) HCO 3 − + H +
That is, when the CO 2 on the left side in the above equation is removed, the reaction in the above equation shifts to the left. That is, the pH value increases as H + decreases.
2. Change in chargeability of RO membrane surface depending on pH value A general RO membrane (for example, polyamide membrane) has a negative chargeability on the membrane surface, and this chargeability depends on the pH value of water on the membrane surface. That is, when the pH value increases, the negative chargeability of the membrane is further increased (ionization of carboxyl groups of the membrane is promoted).
3. Behavior of ion permeation due to RO membrane chargeability When the negative charge on the surface of the RO membrane increases, the removal rate of anions with the same sign increases, but cations with different signs can easily permeate the membrane and the removal rate is reduced. descend. In addition, this behavior becomes more prominent as the ion concentration on the film surface is lower.
Therefore, according to the above 1 to 3, the treated water in the multistage RO system with decarboxylation (permeated water that has passed through the subsequent RO device) has a water quality rich in salt constituent cations.
以上、本参考例のように多段のRO装置、脱炭酸膜装置及びカチオンポリッシャを組み合わせたROシステム100によれば、従来のROシステムと比較して、安定して高純度な精製水の製造が可能であり、低コストのシステムを構築できる。
As described above, according to the
尚、図11に示されるグラフは、カチオンポリッシャを用いたROシステムの純度データとして、脱炭酸手段にアルカリ薬注を用いた試験結果である(すなわち本参考例とは異なる)。
この結果から、脱炭酸手段として、アルカリ薬注の代わりに脱炭酸膜装置を用いた場合(本参考例に相当)においても、後段のRO装置で得られた透過水のpH値の変化(アルカリ側にシフト)は発生し、同様の効果が得られると考えられる。
In addition, the graph shown in FIG. 11 is a test result using an alkaline chemical injection as a decarboxylation means as the purity data of the RO system using a cation polisher (that is, different from this reference example).
From this result, even when a decarbonation membrane device was used as a decarboxylation means instead of alkaline chemical injection (corresponding to this reference example), the pH value change of the permeated water obtained by the subsequent RO device (alkaline) It is considered that the same effect can be obtained.
1、51、55、60、65、70、75、80 純水の製造システム
2 第1の逆浸透膜モジュール
3 気体分離膜モジュール
12 分散剤添加装置
16 第2の逆浸透膜モジュール
52 電気脱イオンモジュール
56 陽イオン交換樹脂単床塔
61 イオン交換樹脂混床塔
W1 供給水
W2 第1の逆浸透膜分離工程(第1の逆浸透膜モジュール)の透過水
W3 第1の逆浸透膜分離工程(第1の逆浸透膜モジュール)の濃縮水
W4 処理水
W6 第2の逆浸透膜分離工程(第2の逆浸透膜モジュール)の透過水
W7 第2の逆浸透膜分離工程(第2の逆浸透膜モジュール)の濃縮水
1, 51, 55, 60, 65, 70, 75, 80 Pure
Claims (18)
供給水にスケール分散剤を添加する分散剤添加工程と、
スケール分散剤が添加された処理水を第1の逆浸透膜モジュールで透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜分離工程と、
第1の逆浸透膜分離工程の透過水を気体分離膜モジュールで脱気処理する脱気処理工程と、を含み、
逆浸透膜分離工程では、濃縮水のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って分離操作する、水処理方法。 A water treatment method for purifying feed water containing silica and a hardness component comprising:
A dispersant addition step of adding a scale dispersant to the feed water;
A first reverse osmosis membrane separation step in which treated water to which a scale dispersant has been added is separated into permeated water and concentrated water by a first reverse osmosis membrane module;
A degassing treatment step of degassing the permeated water of the first reverse osmosis membrane separation step with a gas separation membrane module,
In the reverse osmosis membrane separation step, a water treatment method in which separation operation is performed while maintaining a Langelia index of concentrated water at 0.3 or less and a silica concentration at 150 mg SiO2 / L or less.
供給水にスケール分散剤を添加する分散剤添加装置と、
スケール分散剤が添加された処理水を透過水と濃縮水とに分離する第1の逆浸透膜モジュールと、
前記第1の逆浸透膜分離モジュールで分離した透過水を脱気処理する気体分離膜モジュールと、を含み、
前記第1の逆浸透膜モジュールで分離した濃縮水のランゲリア指数を0.3以下、かつシリカ濃度を150mgSiO2/L以下に保って分離操作するように構成されている、水処理システム。 A water treatment system for purifying feed water comprising silica and hardness components comprising:
A dispersant addition device for adding a scale dispersant to the feed water;
A first reverse osmosis membrane module that separates treated water to which a scale dispersant has been added into permeate and concentrated water;
A gas separation membrane module for degassing the permeated water separated by the first reverse osmosis membrane separation module,
A water treatment system configured to perform a separation operation while maintaining a Langelia index of concentrated water separated by the first reverse osmosis membrane module at 0.3 or less and a silica concentration at 150 mg SiO2 / L or less.
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