JP5900527B2 - 低分子量有機物含有水の処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は低分子量有機物含有水の処理方法に係り、特に、超純水製造装置の一次純水システムや回収系に好適な、低分子量有機物含有水を高圧型逆浸透膜装置（以下、高圧型ＲＯ装置ということがある。）によって処理する方法に関する。
逆浸透膜(ＲＯ)は脱塩、有機物除去等水中に含有する不純物を効率良く除去できるためその適用市場は年々拡大している。一般的に逆浸透膜は、（１）分子ふるい効果、及び（２）膜面チャージ（荷電）による反発(通常はマイナスに帯電)により有機物の除去を行うことが知られている。逆浸透膜による有機物除去率は、有機物の分子量が２００超の場合は９９％以上と高いが、有機物の分子量が２００以下になると、その除去率は極端に低下する。
そのため、半導体工場排水など、低分子系アルコール（ＩＰＡ等)を主体とする排水を処理して水回収するにあたっては、生物処理を行った後、菌体分離(前処理)を実施しＲＯで処理をするのが一般的であった。このＲＯ膜は標準運転圧力０．７５ＭＰａあるいは１．４７ＭＰａの超低圧ＲＯ膜又は低圧ＲＯ膜である。しかしながら、この生物処理装置は、設置スペースが大きく、かつ生物処理の運転管理が煩雑である。ＲＯ装置を複数段直列に設置し、低分子量有機物含有水をＲＯ処理する多段ＲＯ法も考えられているが、上述の如く、低圧、超低圧ＲＯにおける低分子系有機物の除去率が低いため、透過水中のＴＯＣ濃度が高くなり、送水先にてバイオファウリングを引き起こすおそれがある。
特許文献１には、超純水を製造するための一次純水システムに高圧型ＲＯ装置を設置して有機物を除去することが記載されている。
高圧型逆浸透膜分離装置は、従来、海水淡水化プラントに用いられているものであり、塩分濃度の高い海水を逆浸透膜処理するために運転圧力を５．５２ＭＰａ程度の高圧として使用される。
一般に、海水淡水化用逆浸透膜は、脱塩や有機物除去に寄与するスキン層の分子構造が緻密であるため、有機物除去率が高い。海水淡水化においては、原水の塩類濃度が高く、これに伴い浸透圧が高くなるため、透過水量を確保するには、運転圧力が５．５ＭＰａ以上となる。一方、電子産業分野における一般的なＲＯ膜に適用する原水の塩類濃度は低く、ＴＤＳ（全溶解性物質）が１５００ｍｇ／Ｌ以下である。このような原水においては、浸透圧が低く、運転圧力２〜３ＭＰａ程度で十分な透過水量を得ることができ、透過水の水質は、従来の逆浸透膜（超低圧ＲＯ膜、低圧ＲＯ膜）に比べ格段と向上する。
本発明者が種々研究を重ねたところ、特許文献１のように有機物含有水を高圧型ＲＯ装置で処理する方法においては、高圧型ＲＯ装置のブライン量が少ないと、低分子量有機物の除去率が低下することが認められた。
本発明は、低分子量有機物をＲＯ処理する方法において、生物処理を行うことなく、低分子量有機物を確実に十分に除去することができる低分子量有機物含有水の処理方法を提供することを目的とする。
本発明の低分子量有機物含有水の処理方法は、分子量２００以下の低分子量有機物を０．５ｍｇＣ／Ｌ以上含有する原水を高圧型逆浸透膜分離装置に通水して処理する低分子量有機物含有水の処理方法であって、該高圧型逆浸透膜分離装置は、逆浸透膜モジュールを複数段有し、前段の逆浸透膜モジュールのブラインが後段の逆浸透膜モジュールの被処理水となり、該高圧型逆浸透膜分離装置は、有効圧力２．０ＭＰａにおける純水フラックスが０．６〜１．３ｍ ３ ／（ｍ ２ ・Ｄ）であり、該高圧型逆浸透膜分離装置における最終段の末端逆浸透膜モジュールのブライン水量を２．１〜５ｍ３／（ｍ２・Ｄ）とすることを特徴とするものである。
本発明では、この高圧型逆浸透膜分離装置への給水ＴＤＳが１５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。また、前記高圧型逆浸透膜分離装置の運転圧力が１．５〜３ＭＰａであることが好ましい。
本発明の低分子量有機物含有水の処理方法においては、低分子量有機物含有水中の低分子量有機物が高圧型ＲＯ装置によって除去される。
本発明では、最終段の末端ＲＯモジュールのブライン量を２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）以上とすることにより、分子量２００超の有機物だけでなく、分子量２００以下の低分子量有機物も十分に除去される。従って、本発明によると、低分子量有機物含有水を生物処理することなく、十分に有機物除去処理することができる。最終段の末端ＲＯモジュールのブライン量を２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）以上と大きくすることにより、低分子量有機物が十分に除去される理由については、逆浸透膜面の１次側（原水側）の面における有機物濃度分極が緩和されるためであると推察される。
本発明では、低分子量有機物含有水を高圧型逆浸透膜装置によって処理する。
高圧型ＲＯ装置は、従来、海水淡水化に用いられている逆浸透膜分離装置であり、従来の超純水製造装置の一次純水システムに用いられている低圧又は超低圧逆浸透膜に比べて膜表面のスキン層が緻密となっている。そのため、高圧型逆浸透膜は低圧型又は超低圧型逆浸透膜に比べて単位操作圧力当たりの膜透過水量は低いものの有機物除去率が高い。
この高圧型ＲＯ膜装置は、上述の通り、単位操作圧力当たりの膜透過水量は低く、本発明においては、有効圧力が２．０ＭＰａ、温度２５℃における純水の透過流束が０．６〜１．３ｍ３／ｍ２／ｄａｙで、ＮａＣｌ除去率は９９．５％以上の特性を有するものを好適に用いることができる。ここで、有効圧力とは平均操作圧力から浸透圧差と二次側圧力とを差し引いた膜に働く有効な圧力で、ＮａＣｌ除去率はＮａＣｌ濃度３２０００ｍｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液に対する２５℃、有効圧力２．７ＰＭａでの除去率である。なお、平均操作圧力は、膜の一次側における膜供給水の圧力（運転圧力）と濃縮水の圧力（濃縮水出口圧力）の平均値で、以下式により表わされる。
平均操作圧力＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
この高圧型ＲＯ膜装置は、上述の通り、単位操作圧力当たりの膜透過水量は低く、本発明においては、有効圧力が２．０ＭＰａ、温度２５℃における純水の透過流束が０．６〜１．３ｍ３／ｍ２／ｄａｙで、ＮａＣｌ除去率は９９．５％以上の特性を有するものを好適に用いることができる。ここで、有効圧力とは平均操作圧力から浸透圧差と二次側圧力とを差し引いた膜に働く有効な圧力で、ＮａＣｌ除去率はＮａＣｌ濃度３２０００ｍｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液に対する２５℃、有効圧力２．７ＰＭａでの除去率である。なお、平均操作圧力は、膜の一次側における膜供給水の圧力（運転圧力）と濃縮水の圧力（濃縮水出口圧力）の平均値で、以下式により表わされる。
平均操作圧力＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
この高圧型逆浸透膜は、従来の超純水製造装置の一次純水システムに用いられている低圧又は超低圧型逆浸透膜に比べて膜表面のスキン層が緻密となっている。そのため、高圧型逆浸透膜は低圧型又は超低圧型逆浸透膜に比べて単位操作圧力当りの膜透過水量は低いものの有機物除去率は極端に高い。ＴＤＳ（全溶解性物質）１５００ｍｇ／Ｌ以下の塩類濃度の給水を逆浸透膜処理する場合においては、回収率９０％時の運転条件下で逆浸透膜にかかる浸透圧は最大１．０ＭＰａ程度である。従って、ＴＤＳ１５００ｍｇ／Ｌ以下の給水の処理に高圧型逆浸透膜分離装置を用いた場合、好ましくは１．５〜３ＭＰａ、特に好ましくは２〜３ＭＰａ程度の運転圧力で、低圧型又は超低圧型逆浸透膜と同程度の水量を確保することが可能となる。その結果、１段ＲＯ膜処理のみで従来の２段ＲＯ膜処理と同等の処理水水質・処理水量を得ることが可能となり、それに伴い膜本数、ベッセル、配管が削減でき低コスト、省スペース化が可能となる。
この高圧型逆浸透膜分離装置としては、有効圧力２．０ＭＰａにおいて純水フラックス０．６〜１．３ｍ３／（ｍ２・Ｄ）であるものが好ましい。
逆浸透膜の膜形状は、特に限定されるものではなく、例えばスパイラル型、中空子型等、４インチＲＯ膜、８インチＲＯ膜、１６インチＲＯ膜などのいずれでもよい。
以下、本発明について図１を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の低分子量有機物含有水の処理方法の一例を示すフロー図である。高圧型ＲＯ装置は、１次バンク１と２次バンク２とを有する。各バンク１，２は、耐圧ベッセル４内に高圧型ＲＯモジュール５を充填した高圧型ＲＯユニット３を複数個並列に備えている。各ベッセル４内には高圧型ＲＯモジュール５が複数個直列に設置されている。
この実施の形態では、高圧型ＲＯモジュール５は、集水管５ａの外周に高圧型ＲＯ膜５ｂを巻回したスパイラル型モジュールであり、各モジュール５の集水管５ａは直列に接続されている。被処理水は、高圧型ＲＯ膜５ｂの巻回体の一方の端面から膜間の原水流路に流入し、巻回体の他端面から流出する。
原水（低分子量有機物含有水）は、原水配管６から１次バンク１の各高圧型ＲＯユニット３に分配供給される。各高圧型ＲＯユニット３内において、被処理水は、各高圧型ＲＯモジュール５の一端面（図の左端面）から他端面（図の右端面）に流れ、この間に原水流路から膜を透過して膜間の透過水流路に流れ込む。透過水は、高圧型ＲＯモジュール５の透過水流路をスパイラル方向に流れて集水管５ａに流入し、次いで透過水配管７から透過水合流取出配管８を介して取り出される。
１次バンク１の各ＲＯユニット３内の最下流側の高圧型ＲＯモジュール５を通り抜けたブライン（濃縮水）は、１次ブライン配管１０から取り出され、一旦合流した後、分配配管１１を介して２次バンク２の各高圧型ＲＯユニット３に分配供給される。２次バンク２の各高圧型ＲＯユニット３においても、同様にしてＲＯ膜処理が行われ、透過水は透過水配管１２から透過水合流取出配管８を介して取り出される。
２次バンク２の各ＲＯユニット３の最下流側すなわち最終段の高圧型ＲＯモジュール５を通過したブライン（最終ブライン）は、各ＲＯユニット３の最終ブライン配管１３，１３からブライン合流取出配管１４を介して取り出される。最終段の末端ＲＯモジュール５のブライン量は、各最終ブライン配管１３のブライン流量（ｍ３／Ｄａｙ）を最終段の末端ＲＯモジュール５の膜面積（ｍ２）で除算することにより求められる。
本発明では、原水水質は、分子量２００以下の低分子量有機物濃度が０．５ｍｇＣ／Ｌ以上、特に１０〜２００ｍｇＣ／Ｌとりわけ１００〜２００ｍｇＣ／Ｌであることが好ましい。低分子量有機物としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、エタノール、メタノール、酢酸、酢酸塩、アセトン、ＴＭＡＨ（水酸化トリメチルアンモニウム）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）などが例示される。原水のＴＤＳは１５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
このような低分子量有機物含有水としては、半導体等の電子部材製造工程からの回収水が例示される。本発明では、この回収水を前処理することなく、高圧型ＲＯ膜装置に導入することができる。
本発明では、この最終段の高圧型ＲＯモジュール（図１の場合は、２次バンク２の各高圧型ＲＯユニット３の最下流側の高圧型ＲＯモジュール５）のブライン量を２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）以上、好ましくは２．１〜５ｍ３／（ｍ２・Ｄ）特に好ましくは２．１〜４ｍ３／（ｍ２・Ｄ）とする。このように最終段の高圧型ＲＯモジュール５のブライン量を２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）以上とした場合、それよりも前段側の高圧型ＲＯモジュールのブライン量も２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）となる。このように、高圧型ＲＯモジュールのブライン量を２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）以上と多くすることにより、高圧型ＲＯモジュールの１次側（被処理水側）膜面における低分子量有機物の濃度分極（濃度）が小さくなり、低分子量有機物の除去率が高くなる。
上記実施の形態では、１次バンク１と２次バンク２の２個のバンクを直列に設けているが、１次バンクのみでもよく、３次以上の高次バンクをさらに直列に設置してもよい。各バンクのＲＯユニット３の数は１個であってもよい。また、各ベッセル内のモジュール数は複数個に限定されるものではなく、１個であってもよい。
［実施例１］
ＩＰＡをＴＯＣ濃度として３００、５００、１０００、又は５０００μｇＣ／Ｌ含有する模擬半導体工場排水(ＩＰＡ水溶液)を日東電工株式会社製海水淡水化用高圧型逆浸透膜ＳＷＣ４−Ｍａｘにブライン量２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）、回収率７５％、膜面有効圧力１．５ＭＰａの条件で通水した。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
ＩＰＡをＴＯＣ濃度として３００、５００、１０００、又は５０００μｇＣ／Ｌ含有する模擬半導体工場排水(ＩＰＡ水溶液)を日東電工株式会社製海水淡水化用高圧型逆浸透膜ＳＷＣ４−Ｍａｘにブライン量２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）、回収率７５％、膜面有効圧力１．５ＭＰａの条件で通水した。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
［比較例１］
実施例１の各模擬半導体工場排水を担体充填型生物処理装置(ＢＭ−ＳＫ：栗田工業株式会社)で処理した後、膜式前処理(ＳＦＬ：クラレ製)を用いて菌体分離した後、超低圧ＲＯ膜（日東電工株式会社製ＥＳ−２０）にブライン量２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）、回収率７５％の条件で通水した。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
実施例１の各模擬半導体工場排水を担体充填型生物処理装置(ＢＭ−ＳＫ：栗田工業株式会社)で処理した後、膜式前処理(ＳＦＬ：クラレ製)を用いて菌体分離した後、超低圧ＲＯ膜（日東電工株式会社製ＥＳ−２０）にブライン量２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）、回収率７５％の条件で通水した。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
［実施例２］
実施例２では、高圧型ＲＯ装置として、次の構成のものを用いた。
バンク数：２
１次バンクの高圧型ＲＯユニット数：８本
２次バンクの高圧型ＲＯユニット数：４本
１個の高圧型ＲＯユニット内のモジュール数：４本（各モジュールは直列に接続）
高圧型ＲＯ膜：日東電工株式会社海水淡水化用高圧型逆浸透膜ＳＷＣ４−ＭＡＸ
実施例２では、高圧型ＲＯ装置として、次の構成のものを用いた。
バンク数：２
１次バンクの高圧型ＲＯユニット数：８本
２次バンクの高圧型ＲＯユニット数：４本
１個の高圧型ＲＯユニット内のモジュール数：４本（各モジュールは直列に接続）
高圧型ＲＯ膜：日東電工株式会社海水淡水化用高圧型逆浸透膜ＳＷＣ４−ＭＡＸ
ＩＰＡをＴＯＣとして５００μｇ／Ｌ含有する模擬半導体工場排水(ＩＰＡ水溶液)を上記高圧型ＲＯ装置に回収率７５％、膜面有効圧１．５ＭＰａ、最終段モジュールのブライン量２．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）、２．９ｍ３／（ｍ２・Ｄ）又は４．１ｍ３／（ｍ２・Ｄ）で通水した。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
［比較例２］
実施例２において、最終段のブライン量を１．７ｍ３／（ｍ２・Ｄ）又は１．２ｍ３／（ｍ２・Ｄ）で通水したこと以外は実施例２と同じ条件にて処理を行った。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
実施例２において、最終段のブライン量を１．７ｍ３／（ｍ２・Ｄ）又は１．２ｍ３／（ｍ２・Ｄ）で通水したこと以外は実施例２と同じ条件にて処理を行った。透過水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
以上の実施例及び比較例からも明らかな通り、本発明によると、生物処理を行うことなく、低分子量有機物含有水をＲＯ装置によって十分に処理することができる。また、生物処理を行わないため菌体分離の必要性がなくなり前処理運転条件を緩和することも可能となる。
１ １次バンク
２ ２次バンク
３ 高圧型ＲＯユニット
４ ベッセル
５ 高圧型ＲＯモジュール
２ ２次バンク
３ 高圧型ＲＯユニット
４ ベッセル
５ 高圧型ＲＯモジュール
Claims (3)
- 分子量２００以下の低分子量有機物を０．５ｍｇＣ／Ｌ以上含有する原水を高圧型逆浸透膜分離装置に通水して処理する低分子量有機物含有水の処理方法であって、
該高圧型逆浸透膜分離装置は、逆浸透膜モジュールを複数段有し、前段の逆浸透膜モジュールのブラインが後段の逆浸透膜モジュールの被処理水となり、
該高圧型逆浸透膜分離装置は、有効圧力２．０ＭＰａにおける純水フラックスが０．６〜１．３ｍ ３ ／（ｍ ２ ・Ｄ）であり、
該高圧型逆浸透膜分離装置における最終段の末端逆浸透膜モジュールのブライン水量を２．１〜５ｍ３／（ｍ２・Ｄ）とすることを特徴とする低分子量有機物含有水の処理方法。 - 請求項１において、前記高圧型逆浸透膜分離装置への給水ＴＤＳが１５００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする低分子量有機物含有水の処理方法。
- 請求項１又は２において、前記高圧型逆浸透膜分離装置の運転圧力が１．５〜３ＭＰａであることを特徴とする低分子量有機物含有水の処理方法。
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