JP5955389B2 - 脱塩処理装置及び脱塩処理装置の運転方法 - Google Patents
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Description
また、河川水や地下水を利用する際に、塩分が多いことにより支障がある場合に、水中に含まれるイオン分を除去する脱塩処理が施される。
逆浸透膜式脱塩装置は、内部に逆浸透膜(RO膜)を有する。逆浸透膜式脱塩装置にイオンを含む水が流入すると、逆浸透膜(RO膜)は水のみを透過させる。逆浸透膜を透過した水(処理水)は、工業用水等として再利用される。逆浸透膜の上流側では、逆浸透膜を通過できなかったイオンが濃縮された水(濃縮水)となる。この濃縮水は、逆浸透膜式脱塩装置から排出されることにより、水処理装置1の系外に排出される。流入水に対する処理水の割合を高くすると、濃縮水のスケール成分濃度が飽和溶解度以上になり、スケールが発生する。
逆浸透膜式脱塩装置では、膜によりイオン成分を連続的に除去するため、高い水回収率の運転では濃縮水側のイオン濃度は常に高く、飽和溶解度以上で長時間(1日以上)保たれるため、スケールが析出する。
一方、静電脱塩処理装置では、再生工程において、電極からのイオンの脱離により電極間には濃縮水が存在する。再生工程が10分以内であれば、スケール析出前に脱塩工程が始まる。脱塩工程開始により電極間の水中のイオン濃度は飽和溶解度未満となるため、スケール析出が防止される。この特性により、特許文献1に記載されるような静電脱塩処理装置は、逆浸透膜式脱塩装置に比べて高い水回収率(再利用可能な水の回収率)が得られる点で有利である。
更に、上記態様では、静電脱塩処理部内のイオン濃度が低下した時にスケール防止剤の投入の停止を行うので、スケール防止剤の使用量を削減することができ、運転コストを低減することができる。
また、上記態様では停止時に供給水中にスケール防止剤を投入していないため、再起動時に静電脱塩処理部内のスケール防止剤等を排出する必要が無く、再起動が迅速に行うことができる。
第2の態様または第6の態様において、前記脱塩工程で前記スケール防止剤が投入される期間が、前記保有水量の0倍から3倍の範囲内に相当する時間とされることが好ましい。
第4の態様または第6の態様において、前記保有水量の3倍以上に相当する量の前記低イオン濃度水が送給されることが好ましい。
図3は、第1実施形態の脱塩処理装置の構成を説明する概略図である。
第1実施形態の脱塩処理装置は、静電脱塩処理部10の上流側に投入部20と、静電脱塩処理部10の下流側に排出路22と、制御部25とを備える。
投入部20は、静電脱塩処理部10の上流側において供給水が流通する配管に接続される。投入部20は、P1で供給水が流通する配管に接続される。スケール防止剤投入量削減の観点から、スケール防止剤の投入位置(P1の位置)は、静電脱塩処理部の近傍とすることが好ましい。
制御部25は処理制御部を含む。制御部25は、再生時制御部及び停止時制御部の一方または両方を含む。処理制御部は、静電脱塩処理部10の脱塩工程と再生工程との切替を実施する。再生時制御部は、静電脱塩処理部10の再生時においてバルブV3の開閉を制御する。停止時制御部は、静電脱塩処理部10の停止時においてバルブV3の開閉を制御する。
図4は第1実施形態の脱塩処理装置の運転方法のタイミングチャートである。
制御部25の処理制御部は、多孔質電極11がプラスに、多孔質電極13がマイナスになるように、各電極11,13に電圧を印加させる。上記の通電状態を、図4では「正」と称する。制御部25の処理制御部は、バルブV1を開放するとともに、バルブV2を閉鎖する。
脱塩工程を所定時間実施した後、制御部25の処理制御部は再生工程を実行する。
制御部25の処理制御部は、多孔質電極11がマイナスに、多孔質電極13がプラスになるように、各電極11,13に電圧を印加する。すなわち、制御部25の処理制御部は、電極を逆の通電状態とする。制御部25の処理制御部は、電極11,13の通電状態を逆にするのと同時に、バルブV1を閉鎖するとともにバルブV2を開放する。
(第1投入工程)
本実施形態において、制御部25の再生制御部はバルブV3を開放し、投入部20からスケール防止剤を供給水中に投入する。再生工程で所定量のスケール防止剤が静電脱塩処理部10の流路に存在することが好ましい。この観点から、第1投入工程は、再生工程が開始される前の脱塩工程で開始され、再生工程中も継続される。
乱流の場合は、保有水量の0.8倍よりも小さい量に相当する時間だけ再生開始時間よりも前に供給水中にスケール防止剤が投入されれば、バルブV1の閉鎖時にスケール防止剤がバルブV1の下流側に流れるのを防止できる。
ta=mW/Q …(1)
m:係数(0≦m≦3)
W:保有水量(m3)
Q:供給水流量(m3/h)
制御部25の再生制御部がバルブV3を閉鎖させる時期は、静電脱塩処理部10を通過した排出水(濃縮水)中のイオン濃度に基づいて決定される。イオン濃度に基づいてバルブV3の閉鎖を行う方法としては、計測部26により濃縮水中のイオン濃度を監視しながら制御部25の再生時制御部がバルブV3の閉鎖を行う時期を判断する方法と、濃縮水中のイオン濃度が所定値に到達するまでの時間が予め取得され、取得された時間が経過した時に制御部25の再生時制御部がバルブV3の閉鎖を行う方法とがある。
(第2投入工程)
静電脱塩処理装置への供給水量が規定値以下である場合や、処理水量が規定値に到達した場合、制御部25の処理制御部は、静電脱塩処理部10に供給水を供給する供給水ポンプ(不図示)と静電脱塩処理部10とを停止させる。
スケール防止剤が静電脱塩処理部10内部全体に十分行き渡るまでの時間が、試運転時等におけるデータ収集により予め取得される。スケール防止剤が静電脱塩処理部10内部全体に十分行き渡るまでの時間は、制御部25の停止時制御部に格納される。
停止時制御部は、スケール防止剤投入時点から上記格納されたスケール防止剤が静電脱塩処理部10内部全体に十分行き渡るまでの時間が経過した後に、バルブV1及びバルブV3を閉鎖する。
図5は、第2実施形態の脱塩処理装置の構成を説明する概略図である。
第2実施形態の脱塩処理装置は、静電脱塩処理部30の上流側に、低イオン濃度水供給部50と、静電脱塩処理部30の下流側に排出路42と、制御部45とを備える。
第2実施形態の静電脱塩処理部30は、図2と同じ構成とされる。
制御部45は、処理制御部及び停止時制御部を含む。処理制御部は、静電脱塩処理部30の脱塩工程と再生工程との切替を実施する。処理制御部には、脱塩工程を実施する期間t1及び再生工程を実施する期間t2が格納されている。停止時制御部は、静電脱塩処理部30の停止時においてバルブV11,V12,V13,V14の開閉を制御する。
(脱塩工程)
脱塩工程開始時では、制御部45の処理制御部はバルブV11を開放し、バルブV14を閉鎖する。
制御部45の処理制御部は、第1実施形態と同様にして、静電脱塩処理部30の各電極に脱塩工程と逆の電圧を印加させる。制御部45の処理制御部は、バルブV12を閉鎖するとともにバルブV13を開放する。これにより、第1実施形態と同様の再生工程が実施される。
静電脱塩処理装置への供給水量が規定値以下である場合や、処理水量が規定値に到達した場合、制御部45の処理制御部は供給水ポンプと静電脱塩処理部30を停止させる。
図6は、第3実施形態の脱塩処理装置の構成を説明する概略図である。
第3実施形態の脱塩処理装置は、静電脱塩処理部60の上流側に、投入部70と低イオン濃度水供給部80とを備える。また、脱塩処理装置は、静電脱塩処理部60の下流側に、排出路72を備える。排出路72は、経路の途中で処理水排出路73と濃縮水排出路74とに分岐される。
第3実施形態の静電脱塩処理部60は、図2と同じ構成とされる。
(脱塩工程)
脱塩工程開始時では、制御部75はバルブV21を開放し、バルブV24、V25を閉鎖する。
制御部75の処理制御部は、第1実施形態と同様にして、静電脱塩処理部60の各電極に脱塩工程と逆の電圧を印加させる。制御部75の処理制御部は、バルブV22を閉鎖するとともにバルブV23を開放する。これにより、第1実施形態と同様の再生工程が実施される。
(第1投入工程)
本実施形態において、制御部75の再生時制御部は、第1実施形態と同様に、図4に示されるタイミングチャートに基づいて、投入部70からのスケール防止剤投入の制御を実施する。すなわち、制御部75の再生時制御部は、保有水量と供給水流量とから導き出される期間taで脱塩工程中にスケール防止剤が投入されるように、バルブV24を開放する。これにより、投入部70からスケール防止剤が供給水中に投入される。本実施形態においても、再生開始時に静電脱塩処理部60内に十分な量のスケール防止剤を存在させるために、供給水中へのスケール防止剤の投入を開始する期間は、保有水量の0倍以上3倍以下に相当する時間とされる。
制御部75の再生時制御部は、第1実施形態と同様に、計測部76から制御部75の再生時制御部に送信されたイオン濃度が所定値以下になったときに、バルブV24を閉鎖する。あるいは、制御部75の再生時制御部は、第1実施形態と同様に、再生工程開始時から上記所定の時間経過後にバルブV24を閉鎖する。バルブV24の閉鎖により、投入部70からのスケール防止剤の投入が停止される。
静電脱塩処理装置への供給水量が規定値以下である場合や、処理水量が規定値に到達した場合、制御部75の処理制御部は、静電脱塩処理部60に供給水を供給する供給水ポンプ(不図示)と静電脱塩処理部60とを停止させる。
静電脱塩処理が停止してから、制御部75の第1停止時制御部はバルブV21,V22を閉鎖し、バルブV23を開放する。
(第2投入工程)
制御部75の第2停止時制御部は、バルブV24を開放する。第1実施形態と同様に、投入部70がスケール防止剤を供給水中に投入する。これにより、静電脱塩処理部60内部がスケール防止剤を含む水で満たされる。
スケール防止剤が静電脱塩処理部60内部全体に十分行き渡るまでの時間が、試運転時等におけるデータ収集により予め取得される。スケール防止剤が静電脱塩処理部60内部全体に十分行き渡るまでの時間は、制御部75の第2停止時制御部に格納される。
制御部75の第2停止時制御部は、スケール防止剤投入時点(静電脱塩処理部60が停止した時点)から上記格納されたスケール防止剤が静電脱塩処理部60内部全体に十分行き渡るまでの時間が経過した後に、バルブV24を閉鎖する。
制御部75の第3停止時制御部は、バルブV25を開放する。これにより、第2実施形態と同様に、低イオン濃度水供給部80が、静電脱塩処理部60に向かって低イオン濃度水を送給する。静電脱塩処理部60の流路に滞留する高イオン濃度の濃縮水は、低イオン濃度水と置換されて静電脱塩処理部60から排出される。この結果、流路内の水中のイオン濃度が低下する。
2 前処理部
3 生物処理部
4 脱塩部
10,30,60 静電脱塩処理部
11,13 多孔質電極
12 陰イオン交換膜
14 陽イオン交換膜
15 流路
20,70 投入部
21,51,71,81 タンク
22,42,72 排出路
23,43,73 処理水排出路
24,44,74 濃縮水排出路
25,45,75 制御部
26,76 計測部
50,80 低イオン濃度水供給部
Claims (14)
- 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む供給水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含む静電脱塩処理部を備える脱塩部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において、前記供給水が流通する配管に接続され、前記供給水にスケール防止剤を投入する投入部と、
制御部とを含み、
前記制御部が、
前記静電脱塩処理部で脱塩が行われている間に、または、前記静電脱塩処理部の再生開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を開始させるとともに、前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる再生時制御部を含む脱塩処理装置。 - 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む供給水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含む静電脱塩処理部を備える脱塩部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において、前記供給水が流通する配管に接続され、前記供給水にスケール防止剤を投入する投入部と、
制御部とを含み、
前記制御部が、前記静電脱塩処理部の停止時に、前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させるとともに、前記静電脱塩処理部の停止時の前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる停止時制御部を含む脱塩処理装置。 - 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む供給水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含む静電脱塩処理部を備える脱塩部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において、前記供給水が流通する配管に接続され、前記供給水にスケール防止剤を投入する投入部と、
制御部とを含み、
前記制御部が、前記静電脱塩処理部で脱塩が行われている間に、または、前記静電脱塩処理部の再生開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を開始させるとともに、前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる再生時制御部、及び、
前記静電脱塩処理部の停止時に、前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させるとともに、前記静電脱塩処理部の停止時の前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる停止時制御部、
の少なくとも一方を含む脱塩処理装置。 - 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む供給水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含む静電脱塩処理部を備える脱塩部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において前記供給水が流通する配管に接続され、前記静電脱塩処理部に前記供給水よりもイオン濃度が低い低イオン濃度水を送給する低イオン濃度水供給部と、
前記静電脱塩処理部に前記供給水を供給する供給水ポンプと、
制御部とを含み、
前記制御部が、
前記静電脱塩処理装置への供給水量が前記供給水量の規定値以下である場合、または、処理水量が前記処理水量の規定値に到達した場合に、前記供給水ポンプと前記静電脱塩処理部とを停止させる処理制御部と、
前記静電脱塩処理部の停止から、前記脱塩部の保有水量に基づいた量の前記低イオン濃度水を前記静電脱塩処理部に送給する停止時制御部と、を有する脱塩処理装置。 - 互いに逆極性に帯電される一対の対向する電極、該電極の間に位置しイオンを含む供給水が流通可能とされる流路、及び、各々の前記電極の前記流路側に設置されるイオン交換膜を含む静電脱塩処理部を備える脱塩部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において前記供給水が流通する配管に接続され、前記供給水にスケール防止剤を投入する投入部と、
前記静電脱塩処理部の上流側において前記供給水が流通する配管に接続され、前記静電脱塩処理部に前記供給水よりもイオン濃度が低い低イオン濃度水を送給する低イオン濃度水供給部と、
制御部とを含み、
前記制御部が、再生時制御部及び停止時投入部制御部の一方または両方と、低イオン濃度水供給部制御部とを含み、
前記再生時制御部が、前記静電脱塩処理部で脱塩が行われている間に、または、前記静電脱塩処理部の再生開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を開始させるとともに、前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させ、
前記停止時投入部制御部が、前記静電脱塩処理部の停止時に、前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させるとともに、前記静電脱塩処理部の停止時の前記スケール防止剤の投入開始から所定時間が経過した時に前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させ、
前記低イオン濃度水供給部制御部が、前記静電脱塩処理部が停止してから、前記脱塩部の保有水量に基づいた量の前記低イオン濃度水を前記静電脱塩処理部に送給する脱塩処理装置。 - 前記静電脱塩処理部で脱塩が行われている間に前記スケール防止剤が投入される期間が、前記保有水量の0倍から3倍の範囲内に相当する時間とされる請求項1,3,5のいずれかに記載の脱塩処理装置。
- 前記静電脱塩処理部に送給される前記低イオン濃度水が、前記保有水量の3倍以上に相当する量とされる請求項4または請求項5に記載の脱塩処理装置。
- 請求項1に記載の脱塩処理装置の運転方法であって、
一対の対向する電極に対して、一方の電極を正に、他方の電極を負に帯電させた状態で前記電極の間にイオンを含む供給水を通過させることにより、前記一方の電極に負イオンを吸着させ、前記他方の電極に正イオンを吸着させて前記供給水中から前記イオンを除去する脱塩工程と、
前記一方の電極を負に、前記他方の電極を正に帯電させた状態で前記電極の間に前記供給水を通過させることにより、前記一方の電極から前記負イオンを脱離させて前記供給水中に放出させ、前記他方の電極から前記正イオンを脱離させて前記供給水中に放出させて、前記電極を再生する再生工程と、
再生時添加工程とを含み、
前記再生時添加工程が、
前記脱塩工程の間に、または、前記再生工程の開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記供給水中に前記スケール防止剤を投入する第1投入工程と、
前記第1投入工程の開始から所定時間経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記スケール防止剤の投入を停止する第1投入停止工程とを含む脱塩処理装置の運転方法。 - 請求項2に記載の脱塩処理装置の運転方法であって、
一対の対向する電極に対して、一方の電極を正に、他方の電極を負に帯電させた状態で前記電極の間にイオンを含む供給水を通過させることにより、前記一方の電極に負イオンを吸着させ、前記他方の電極に正イオンを吸着させて前記供給水中から前記イオンを除去する脱塩工程と、
前記一方の電極を負に、前記他方の電極を正に帯電させた状態で前記電極の間に前記供給水を通過させることにより、前記一方の電極から前記負イオンを脱離させて前記供給水中に放出させ、前記他方の電極から前記正イオンを脱離させて前記供給水中に放出させて、前記電極を再生する再生工程と、
停止時添加工程とを含み、
前記停止時添加工程が、
前記静電脱塩処理部の停止時に前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させる第2投入工程と、
前記第2投入工程の開始から所定時間が経過したときに前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる第2投入停止工程とを含む脱塩処理装置の運転方法。 - 請求項3に記載の脱塩処理装置の運転方法であって、
一対の対向する電極に対して、一方の電極を正に、他方の電極を負に帯電させた状態で前記電極の間にイオンを含む供給水を通過させることにより、前記一方の電極に負イオンを吸着させ、前記他方の電極に正イオンを吸着させて前記供給水中から前記イオンを除去する脱塩工程と、
前記一方の電極を負に、前記他方の電極を正に帯電させた状態で前記電極の間に前記供給水を通過させることにより、前記一方の電極から前記負イオンを脱離させて前記供給水中に放出させ、前記他方の電極から前記正イオンを脱離させて前記供給水中に放出させて、前記電極を再生する再生工程と、
前記供給水中にスケール防止剤を添加する添加工程とを含み、
前記添加工程が、再生時添加工程及び停止時添加工程の少なくとも一方を含み、
前記再生時添加工程が、
前記脱塩工程の間に、または、前記再生工程の開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記供給水中に前記スケール防止剤を投入する第1投入工程と、
前記第1投入工程の開始から所定時間経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記スケール防止剤の投入を停止する第1投入停止工程とを含み、
前記停止時添加工程が、
前記静電脱塩処理部の停止時に前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させる第2投入工程と、
前記第2投入工程の開始から所定時間が経過したときに前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる第2投入停止工程とを含む脱塩処理装置の運転方法。 - 請求項4に記載の脱塩処理装置の運転方法であって、
一対の対向する電極に対して、一方の電極を正に、他方の電極を負に帯電させた状態で前記電極の間にイオンを含む供給水を通過させることにより、前記一方の電極に負イオンを吸着させ、前記他方の電極に正イオンを吸着させて前記供給水中から前記イオンを除去する脱塩工程と、
前記一方の電極を負に、前記他方の電極を正に帯電させた状態で前記電極の間に前記供給水を通過させることにより、前記一方の電極から前記負イオンを脱離させて前記供給水中に放出させ、前記他方の電極から前記正イオンを脱離させて前記供給水中に放出させて、前記電極を再生する再生工程と、
前記静電脱塩処理装置への供給水量が前記供給水量の規定値以下である場合、または、処理水量が前記処理水量の規定値に到達した場合に、供給水ポンプと前記静電脱塩処理部とを停止させ、前記静電脱塩処理部の停止から、前記脱塩部の保有水量に基づいた量の前記低イオン濃度水を前記静電脱塩処理部に送給する低イオン濃度水送給工程とを含む脱塩処理装置の運転方法。 - 請求項5に記載の脱塩処理装置の運転方法であって、
一対の対向する電極に対して、一方の電極を正に、他方の電極を負に帯電させた状態で前記電極の間にイオンを含む供給水を通過させることにより、前記一方の電極に負イオンを吸着させ、前記他方の電極に正イオンを吸着させて前記供給水中から前記イオンを除去する脱塩工程と、
前記一方の電極を負に、前記他方の電極を正に帯電させた状態で前記電極の間に前記供給水を通過させることにより、前記一方の電極から前記負イオンを脱離させて前記供給水中に放出させ、前記他方の電極から前記正イオンを脱離させて前記供給水中に放出させて、前記電極を再生する再生工程と、
前記供給水中にスケール防止剤を添加する添加工程と、
前記静電脱塩処理部が停止してから、前記脱塩部の保有水量に基づいた量の前記低イオン濃度水を前記静電脱塩処理部に送給する低イオン濃度水送給工程とを含み、
前記添加工程が、再生時添加工程及び停止時添加工程の少なくとも一方を含み、
前記再生時添加工程が、
前記脱塩工程の間に、または、前記静電脱塩処理部の再生開始と同時に、前記脱塩部の保有水量と前記供給水の流速とに基づいて決定された期間で前記供給水中に前記スケール防止剤を投入する第1投入工程と、
前記第1投入工程の開始から所定時間経過した時に、または、前記静電脱塩処理部から排出された前記供給水中の前記イオンの濃度が所定量に到達した時に、前記スケール防止剤の投入を停止する第1投入停止工程とを含み、
前記停止時添加工程が、
前記静電脱塩処理部の停止時に前記投入部から所定量の前記スケール防止剤を投入させる第2投入工程と、
前記第2投入工程の開始から所定時間が経過したときに前記投入部からの前記スケール防止剤の投入を停止させる第2投入停止工程とを含む脱塩処理装置の運転方法。 - 前記脱塩工程で前記スケール防止剤が投入される期間が、前記保有水量の0倍から3倍の範囲内に相当する時間とされる請求項8,10,12のいずれかに記載の脱塩処理装置の運転方法。
- 前記保有水量の3倍以上に相当する量の前記低イオン濃度水が送給される請求項11または請求項12に記載の脱塩処理装置の運転方法。
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