JP6315881B2 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄水処理、工業用水製造等に用いられる水処理方法及び水処理装置に関するものである。

従来から、金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む地下水等の被処理水を、逆浸透膜を用いて脱塩処理する際には、被処理水が濃縮されると逆浸透膜面に析出する物質を、予め被処理水から除去した後に、脱塩処理する方法が採用されている。これらの物質を除去する方法としては、鉄イオンやマンガンイオンを遊離塩素存在下において酸化した後、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の無機凝集剤で凝集フロック化させて、沈澱・ろ過もしくはろ過させる方法が一般的である。更には、沈澱・ろ過もしくはろ過の後に、精密ろ過膜や限外ろ過膜でろ過する方法もある。又、これらの金属酸化物が低濃度の場合には、ＰＡＣ等の無機凝集剤を添加した後、直接、精密ろ過膜や限外ろ過膜でろ過することもある。しかし、これらの方法では多種類の薬剤を使うため、薬剤費用が高くなり、薬剤の管理に費やす労力も増加するという問題を有していた。

又、地下水には、表流水と比較してシリカが高濃度に含まれているため、脱塩処理に係る濃縮倍率を、シリカの溶解度以上とならないように下げる必要があり、その結果として水回収率を低下させざるを得ないという問題も有している。これに対し、逆浸透膜の前段に限外ろ過膜を設けて、被処理水中のコロイダルシリカ成分を除去することで、濃縮水のシリカ濃度を高めることができるという発明が発案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、一般的には逆浸透膜の前段に限外ろ過膜を設けても、濃縮水のシリカ濃度が１００〜２００ｍｇ／Ｌに達すると、逆浸透膜面にシリカスケールが析出してしまう。

一方、本発明者らは、金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む地下水等の被処理水を、逆浸透膜を用いて脱塩処理する方法に関し、図３に示すような水処理装置１００を用いて水処理を行う方法を発案している（特許文献２参照）。この方法では、井戸１４から井戸ポンプＰ２により原水供給ラインＬ２を介して被処理水１２を揚水し、被処理水１２に対し還元剤タンクＴ２から還元剤ポンプＰ４により還元剤１６を添加した後、予めろ過膜２０の１次側に保護層が設けられている膜分離装置２２により膜ろ過処理を行う。還元剤１６の添加量は、溶存酸素計（ＤＯ）２６により測定する、逆浸透膜（ＲＯ）２４による脱塩処理後の濃縮水の溶存酸素濃度が、略０ｍｇ／Ｌに維持されるように管理されている。そして、膜ろ過処理された被処理水１２を、１次処理水送液ラインＬ４を通じて中間タンクＴ６に貯留した後、昇圧ポンプＰ１０により１次処理水供給ラインＬ１０を介して逆浸透膜２４に供給し、脱塩処理を行う。この方法によれば、逆浸透膜面に金属酸化物を析出させることなく、安定して水処理を行うこととなる。

特開昭５９−９０６８８号公報 特開２０１０−１３７２０９号公報

しかしながら、図３の水処理装置１００を用いた水処理方法では、膜分離装置２２のろ過膜２０に、予め保護層を設けておく必要がある。この際には、中間タンクＴ６に図示せぬ供給ラインより水道水を供給して貯留した後、前処理ポンプＰ２０を稼働させ、保護剤供給ラインＬ３０より膜分離装置２２の１次側に送液を行い、得られた膜分離装置２２の１次処理水を中間タンクＴ６に回収し、中間タンクＴ６と膜分離装置２２との間を水道水が循環できる状態にする。そして、この循環処理の最中に、保護剤供給ラインＬ３０へ、保護剤タンクＴ２０から保護剤ポンプＰ２２により保護剤４０を注入することで、膜分離装置２２のろ過膜２０の１次側に、保護層を形成している。このような作業を前処理として行う必要があるため、作業が煩雑になるだけでなく、保護剤４０の使用や廃棄に伴う費用が発生し、コストが増加してしまうという問題を有していた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被処理水に含まれる金属イオン、シリカ等にもとづく物質を逆浸透膜面に析出させることなく、高い水回収率で水処理を行うことにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む被処理水を、ろ過膜により膜ろ過処理して不溶性物質を除去した後、逆浸透膜により脱塩処理する水処理方法であって、前記被処理水に還元剤を添加して該被処理水中の溶存酸素を実質的に除去し、金属イオンの酸化析出を抑制した状態、かつ、前記被処理水に酸を添加して該被処理水のｐＨを所定の範囲に維持した状態で、前記膜ろ過処理及び脱塩処理をする水処理方法。

本項に記載の水処理方法は、金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む、地下水等の被処理水を対象とした水処理方法であり、被処理水が含む不溶性物質は、特に限定されないが、被処理水として地下水を用いた場合には、例えば、酸化鉄、酸化マンガン等の金属酸化物、カルシウム化合物、土壌成分、有機物、微生物等が挙げられる。又、金属イオンとしては、鉄、マンガン、カルシウム、マグネシウム等の金属のイオンが挙げられる。そして、本水処理方法では、上記のような被処理水に対し、還元剤と酸とを添加する。還元剤は、被処理水中の溶存酸素を実質的に除去するように添加され、これにより被処理水中の金属イオンの酸化析出を抑制する。又、酸は、被処理水のｐＨを所定の範囲に維持するように添加される。そして、還元剤と酸とを添加した状態の被処理水を、ろ過膜により膜ろ過処理し、被処理水中の不溶性物質を除去する。更に、膜ろ過処理した被処理水を、逆浸透膜により脱塩処理し、被処理水中の金属イオンやシリカを除去する。

すなわち、本項に記載の水処理方法は、被処理水に還元剤を添加し、被処理水に含まれる金属イオンの酸化析出を抑制しているため、ろ過膜に付着し、薬品洗浄等によっても除去し難い膜閉塞の原因となる不溶性物質の量を最小限に留めることとなり、ろ過膜のメンテナンス回数を低減し、排水量を減らすものとなる。更に、被処理水に酸を添加し、被処理水のｐＨを所定の範囲に維持しているため、逆浸透膜による脱塩処理における濃縮倍率を、シリカの溶解度以上に上げた場合においても、逆浸透膜面へのシリカスケールの析出を抑制するものとなる。従って、被処理水に含まれる金属イオン、シリカ等にもとづく物質を逆浸透膜面に析出させることなく、高い水回収率で水処理を行うものとなる。

（２）上記（１）項において、前記還元剤を添加した後に、前記酸を添加し、前記酸の添加量を、前記脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが４．５〜５．５になるように設定する水処理方法（請求項１）。
本項に記載の水処理方法は、被処理水に還元剤を添加した後に、酸を添加することにより、還元剤の添加によってｐＨが変動した被処理水に対して、ｐＨを所定の範囲に維持するように酸を添加することとなるため、還元剤の添加により被処理水中の溶存酸素を実質的に除去しながらも、酸の添加により被処理水のｐＨを所定の範囲に安定して維持するものとなる。更に、被処理水に添加する酸の添加量を、脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが、４．５〜５．５になるように設定することで、逆浸透膜による脱塩処理における濃縮倍率を、シリカの溶解度以上に上げた場合においても、逆浸透膜面へのシリカスケールの析出を安定して抑制するものである。

（３）上記（２）項において、前記被処理水に対して前記添加量の前記酸を添加することにより、シリカスケールの析出を抑制した状態にする水処理方法（請求項２）。
本項に記載の水処理方法は、被処理水に対して上記（２）項に記載した添加量の酸を添加して、シリカスケールの析出を抑制した状態することで、逆浸透膜面へのシリカスケールの析出をより安定して抑制するものである。

（４）上記（２）（３）項において、前記還元剤を、前記脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように添加する水処理方法（請求項３）。
本項に記載の水処理方法は、脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように、被処理水に還元剤を添加するものであり、例えば、濃縮水又は透過水の溶存酸素濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下に保持するように、還元剤を添加する。なお、本説明において「溶存酸素が実質的に含まれなくなるように」とは、溶存酸素計等で測定した濃縮水や透過水の溶存酸素濃度に応じて、濃縮水や透過水中の溶存酸素を、計算上で必要十分に除去できるだけの量の還元剤を添加することを示している。これを実行するために、例えば、濃縮水の通水ラインに溶存酸素計を設置し、濃縮水の溶存酸素を測定することとしてもよい。このように、濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように、還元剤を添加することで、被処理水に含まれる金属イオンの酸化析出を、安定して抑制するものである。

（５）上記（２）から（４）項において、前記ろ過膜として、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を用いる水処理方法（請求項４）。
本項に記載の水処理方法は、膜ろ過処理を行うためのろ過膜として、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を用いることにより、被処理水中の不溶性物質の除去を、十分に行うものである。ここで、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜は、通水方式（内圧式、外圧式等）、膜素材（有機、無機等）、膜形状等を問わず全て用いることができるが、続く脱塩処理に用いる逆浸透膜の膜閉塞を防止するため、膜孔径が０．１μｍ以下の膜を用いることが好ましい。ろ過方式としては酸素の溶解を低減し得るためデッドエンド方式が好ましく、逆通水の頻度は、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜の能力、及び、被処理水の性状から適宜決定する。

（６）上記（２）から（５）項において、前記還元剤として、重亜硫酸ナトリウムを用いる水処理方法。
本項に記載の水処理方法は、被処理水に添加する還元剤として、重亜硫酸ナトリウムを用いることにより、被処理水中の溶存酸素と適切な速度で反応させ、溶存酸素の実質的な除去を行うものである。

（７）上記（２）から（６）項において、前記酸として、塩酸もしくは硫酸を用いる水処理方法。
本項に記載の水処理方法は、被処理水に添加する酸として、ｐＨ調整に用いられることが多く、比較的入手が容易な、塩酸もしくは硫酸を用いることで、被処理水のｐＨの維持を容易に行うものである。

（８）金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む被処理水の処理を行う水処理装置であって、前記被処理水に還元剤を添加するための還元剤添加手段と、前記被処理水に酸を添加し、前記被処理水のｐＨを所定の範囲に維持するための酸添加手段と、前記還元剤及び前記酸が添加された前記被処理水に膜ろ過処理を行い、不溶性物質を除去するためのろ過膜と、前記膜ろ過処理後の前記被処理水に脱塩処理を行うための逆浸透膜とを含む水処理装置。

（９）上記（８）項において、前記還元剤添加手段は、前記酸が添加される前の前記被処理水に対し、前記還元剤を添加し、前記酸添加手段は、前記脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが４．５〜５．５になるように前記酸を添加する水処理装置（請求項５）。
（１０）上記（９）項において、前記酸添加手段は、シリカスケールの析出が抑制される状態になるように前記酸を添加する水処理装置（請求項６）。
（１１）上記（９）（１０）項において、前記還元剤添加手段は、前記脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように前記還元剤を添加する水処理装置（請求項７）。

（１２）上記（９）から（１１）項において、前記ろ過膜は、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜である水処理装置（請求項８）。
（１３）上記（９）から（１２）項において、前記還元剤は、重亜硫酸ナトリウムである水処理装置。
（１４）上記（９）から（１３）項において、前記酸は、塩酸もしくは硫酸である水処理装置。

そして、（８）から（１４）項に記載の水処理装置は、各々、上記（１）から（７）項に記載の水処理方法を実施するための装置であり、上記（１）から（７）項に対応する同等の作用を奏するものである。

本発明はこのように構成したので、被処理水に含まれる金属イオン、シリカ等にもとづく物質を逆浸透膜面に析出させることなく、高い水回収率で水処理を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係る水処理装置を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る水処理装置を用いて行う水処理方法の一例を示すフローチャートである。 従来の水処理装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る水処理装置１０を模式的に示す模式図である。本発明の実施の形態に係る水処理装置１０は、図３に示した従来の水処理装置１００との比較において、大きく以下の点が異なっている。まず、本発明の実施の形態に係る水処理装置１０では、従来の水処理装置１００で行っていた膜分離装置２２のろ過膜２０への保護層の形成を行わないこととし、保護層の形成のための設備を備えていない。又、井戸１４から揚水した被処理水１２に対し、還元剤１６を添加した後に、更に酸１８を添加することとし、そのための設備が追加されている。

又、図１において、主要な水処理の経路となる水処理ラインは、被処理水１２中の不溶性物質を膜ろ過により固液分離した後、被処理水１２中に残存する金属イオンやシリカを脱塩処理するラインである。具体的には、図１に示すように、井戸１４より揚水した地下水（被処理水１２）を膜分離装置２２へ移送し、膜分離後に得られる１次処理水を中間タンクＴ６を介して逆浸透膜２４に移送し、脱塩処理後の透過水を処理水タンクＴ８に移送するまでのラインをいう。

次に、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係る水処理装置１０、及び、これを用いた水処理方法について詳しく説明する。本説明は、地下水を被処理水として飲料水化する場合を例にして、図２に示すフローチャートに沿って行うこととし、水処理装置１０の構成については、適宜図１を参照されたい。なお、図２は、水処理装置１０を用いた水処理方法を、被処理水１２に対する処理工程毎に示したフローチャートの一例である。
Ｓ１０（地下水揚水）：井戸１４から井戸ポンプＰ２により、原水供給ラインＬ２を介して、被処理水１２である地下水を揚水する。

Ｓ２０（還元剤添加）：原水供給ラインＬ２中の被処理水１２に対し、還元剤タンクＴ２と還元剤ポンプＰ４とを備える還元剤添加手段により、還元剤１６を添加する。これにより、被処理水１２中の溶存酸素を実質的に除去する。還元剤１６は、被処理水１２中の溶存酸素を除去し得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等が用いられるが、反応速度の面から重亜硫酸ナトリウムが好適である。
還元剤１６の添加量は、後述する逆浸透膜（ＲＯ）２４による脱塩処理に伴う濃縮水を、濃縮排水ラインＬ１６に設けた溶存酸素計（ＤＯ）２６により測定し、この測定した濃縮水の溶存酸素濃度が常時０ｍｇ／Ｌ付近となるように設定する。この際に、例えば、溶存酸素計２６の測定データを図示せぬ制御部に送り、測定値が所定値（例えば０．１ｍｇ／Ｌ）を一定時間（例えば１２０秒間）超えた場合に、還元剤１６の添加量を増加するように、還元剤ポンプＰ４に指示するよう構成してもよい。この場合の還元剤１６の増加量は、例えば増加した酸素量に応じた量（反応当量）、又はこれを越える量とし、溶存酸素濃度が所定値に戻った際には、還元剤１６の添加量を初期添加量に戻すよう構成してもよい。又、予め被処理水１２に含まれる溶存酸素量、本水処理行程中に混入する酸素量、酸素との反応以外に消費される還元剤１６の消費量等のデータを収集し、当該データに基づき、必要とされる還元剤１６の量を算出し、当該計算値以上の還元剤１６を添加することとしてもよい。

Ｓ３０（酸添加）：上記Ｓ２０において、還元剤１６が添加された被処理水１２に対し、酸タンクＴ４と酸ポンプＰ６とを備える酸添加手段により、酸１８を添加する。これにより、被処理水１２のｐＨを所定の範囲、一例として、ｐＨ４．５〜５．５程度に維持する。これを実行するために、例えば、後述する逆浸透膜２４による脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨを、濃縮水の経路、図１の例では濃縮排水ラインＬ１６に設けたｐＨ測定器（ｐＨ）３０により測定し、この測定した濃縮水のｐＨが常時４．５〜５．５となるように、酸１８を添加する。或いは、上記Ｓ１０で被処理水１２として揚水する地下水のｐＨ値、上記Ｓ２０での還元剤１６の添加によるｐＨの変動、その後の脱塩処理までの本水処理行程におけるｐＨの変動等のデータを収集し、当該データに基づき、濃縮水のｐＨが常時４．５〜５．５となるような酸１８の添加量を算出し、当該添加量の酸１８を添加することとしてもよい。なお、酸１８には、塩酸や硫酸等を用いる。
Ｓ４０（膜ろ過処理）：上記Ｓ２０及びＳ３０において、還元剤１６及び酸１８が添加された被処理水１２を、ろ過膜２０を備える膜分離装置（ＭＳ）２２により膜ろ過処理する。ろ過膜２０としては、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いる。なお、膜ろ過処理により発生した濃縮水は、膜分離装置２２により再ろ過、或いは、排水ラインＬ８を介して排水される。
Ｓ５０（中間タンク貯留）：上記Ｓ４０において、膜分離装置２２により膜ろ過処理された被処理水１２を、１次処理水送液ラインＬ４を介して中間タンクＴ６に貯留する。なお、膜分離装置２２への逆通水を行う際には、中間タンクＴ６から被処理水１２を、逆洗ポンプＰ８により逆通水ラインＬ６を経て膜分離装置２２の２次側に供給し、その排水は排水ラインＬ８より排出するようにする。

Ｓ６０（脱塩処理）：中間タンクＴ６から、昇圧ポンプＰ１０により１次処理水供給ラインＬ１０を介して、逆浸透膜（ＲＯ）２４へ被処理水１２を供給し、脱塩処理を行う。そして、脱塩処理後の透過水として得られた被処理水１２（透過水）については、Ｓ７０へ移行し、脱塩処理後の濃縮水となった被処理水１２（濃縮水）については、Ｓ９０へ移行する。
Ｓ７０（導電率計測）：上記Ｓ６０において、脱塩処理後の透過水として得られた被処理水１２（透過水）の導電率を、導電率計（ＣＤ）２８により計測する。そして、計測結果が、所定の値（例えば、７０μＳ／ｃｍ）以下の被処理水１２（所定値以下）については、Ｓ８０へ移行する。又、導電率が所定の値を超える被処理水１２（所定値超え）については、処理水循環ラインＬ１８を介して中間タンクＴ６へ返送（Ｓ５０へ復帰）する。
Ｓ８０（処理水タンク貯留）：上記Ｓ７０において、導電率が所定の値以下であった被処理水１２（所定値以下）を、処理水ラインＬ１２を介して処理水タンクＴ８へ貯留する。これにより、処理水タンクＴ８には、飲料水化された地下水が貯留されることとなる。

Ｓ９０（濃縮水分岐）：上記Ｓ６０において、脱塩処理後の濃縮水となった被処理水１２（濃縮水）を、循環用と排水用とに分岐する。そして、循環用の濃縮水として分岐した被処理水１２（循環用）については、循環ラインＬ１４を介して逆浸透膜２４へ再び供給（Ｓ６０へ復帰）する。又、排水用の濃縮水として分岐した被処理水１２（排水用）については、Ｓ１００へ移行する。
Ｓ１００（溶存酸素測定）：上記Ｓ９０において、排水用の濃縮水として分岐した被処理水１２（排水用）の溶存酸素濃度を、溶存酸素計（ＤＯ）２６により測定する。そして、この測定結果を、上記Ｓ２０における還元剤１６の添加量に反映させる。なお、図１の例では、溶存酸素計２６を濃縮排水ラインＬ１６に設けているが、この位置に限定されるものではなく、逆浸透膜２４により分離される透過水又は濃縮水の経路（例えば、Ｌ１２、Ｌ１４、Ｌ１８等）のいずれに設けてもよい。
Ｓ１１０（排水）：上記Ｓ１００において、溶存酸素濃度を測定した後の、排水用の濃縮水としての被処理水１２を、濃縮排水ラインＬ１６を経て排水する。

続いて、図１に示す本発明の実施の形態に係る水処理装置１０を用いる水処理方法について、より具体的に実施例を挙げて説明する。
本実施例においては、地下水（井戸水）に、メタケイ酸ソーダ５水塩、カオリン、塩化第一鉄４水和物、塩化マンガン（II）４水和物、６５％硫酸を添加し、ｐＨが４．５〜５．５、シリカ濃度が５０ｍｇ／Ｌ、鉄濃度が１ｍｇ／Ｌ、マンガン濃度が０．１ｍｇ／Ｌとなるように調製した模擬原水を、供給原水（被処理水１２）として使用した。そして、以下の条件で地下水の飲料水化を行った。

まず、調製した原水を、井戸ポンプＰ２より原水供給ラインＬ２を介して膜分離装置２２に移送し（図２のＳ１０）、この間に、原水供給ラインＬ２内の被処理水１２に対し、還元剤タンクＴ２と還元剤ポンプＰ４とを備える還元剤供給手段により還元剤１６を、酸タンクＴ４と酸ポンプＰ６とを備える酸添加手段により酸１８として硫酸を、夫々添加した（図２のＳ２０、Ｓ３０）。又、逆浸透膜２４による脱塩後の濃縮排水を溶存酸素計２６により測定し（図２のＳ１００）、得られた測定値に応じて還元剤１６の添加量の管理を行い、濃縮排水の溶存酸素濃度が０．０ｍｇ／Ｌでほぼ安定保持されるようにした。溶存酸素計２６には、株式会社堀場アドバンスドテクノ社製工業用溶存酸素計（型名：ＨＤ−４８０、測定方式：ガルバニ電池法、分解能０．０１ｍｇ／Ｌ、繰り返し性±０．５％、直線性±０．５％）を用いた。

そして、膜分離装置２２により膜ろ過処理を行い（図２のＳ４０）、得られた膜ろ過処理後の被処理水１２を、１次処理水送液ラインＬ４を経て中間タンクＴ６に貯留した（図２のＳ５０）。膜分離装置２２には、ウェルシィ社製限外ろ過膜「ウェルピュアＳ」を用い、膜ろ過流速２．４ｍ／Ｄａｙで通水できるように設定した。
次いで、中間タンクＴ６から昇圧ポンプＰ１０により、１次処理水供給ラインＬ１０を介して、被処理水１２を逆浸透膜２４に供給し、脱塩処理を行った（図２のＳ６０）。そして、得られた透過水を、導電率計２８により計測し（図２のＳ７０）、７０μＳ／ｃｍ以下の条件で処理水ラインＬ１２を介して処理水タンクＴ８に貯留し（図２のＳ８０）、７０μＳ／ｃｍを超える条件で、処理水循環ラインＬ１８を介して中間タンクＴ６に返送する様に設定した。又、濃縮水は、一部を循環ラインＬ１４を通じ昇圧ポンプＰ１０に供給し、残りは、濃縮排水ラインＬ１６を経て排水した（図２のＳ９０、Ｓ１１０）。

ここで、逆浸透膜２４として用いた膜は、ダウ社製ＢＷ３０−４０４０であり、回収率が９０％で処理できるように設定した。又、膜分離装置２２の限外ろ過膜の逆通水は、通常運転時（水処理運転時）の通水時間が、夫々２４時間、４８時間経過した後に実施する条件で評価を実施した。
上記のような条件で地下水の飲料水化を行った結果、通水時間が４８時間経過しても、膜分離装置２２の限外ろ過膜は、温度補正した膜間差圧が初期値から１％の上昇、逆浸透膜２４は０．８％の上昇にとどまり、種々の金属およびシリカが含まれている供給水を高濃縮しても、安定稼働していることを確認した。又、得られた濃縮水には結晶物等の析出が起こっておらず、シリカ濃度を分析したところ、５１０ｍｇ／Ｌであることを確認した。

比較例

次に、上述した実施例と比較するために行った、比較例について説明する。
１つ目の比較例では、還元剤１６の添加量を、供給原水中の溶存酸素濃度に相当する量とし、逆浸透膜２４による脱塩処理後の濃縮排水中の溶存酸素濃度が、継続して０．２ｍｇ／Ｌ以上となる状態を含む、溶存酸素の除去が十分とはいえない条件下で、通水および再生を実施し、かつ、限外ろ過膜の逆通水の頻度を２４時間とした点以外は、実施例と同様の条件で、地下水の飲料水化を行った。
上記のような条件で行った結果、１つ目の比較例では、通水時間が２４時間経過すると、膜分離装置２２の限外ろ過膜の温度補正した膜間差圧は、初期と比較して２０％上昇する結果となった。又、逆浸透膜２４は、膜分離装置２２の閉塞に伴う流量低下により、供給水量が低下し、９０％の高濃縮が行えない結果となった。その際の、逆浸透膜２４で得られた濃縮水のシリカ濃度は、４５０ｍｇ／Ｌを示していたが、差圧が穏やかに上昇する結果となった。

続いて、２つ目の比較例では、酸１８の添加による被処理水１２のｐＨ調整を実施しなかった点以外は、実施例と同様の条件で、地下水の飲料水化を行った。
上記のような条件で行った結果、２つ目の比較例では、通水時間が４８時間経過しても、膜分離装置２２の限外ろ過膜は、初期膜間差圧に対して２％程度の微増にとどまり、安定的な運転を行っていた。しかし、逆浸透膜２４は、２４時間稼働で、初期膜間差圧に対して５０％上昇する結果となり、運転を停止することとなった。

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る水処理装置１０を用いた水処理方法は、金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む、地下水等の被処理水１２を対象とした水処理方法である。そして、図１及び図２に示すように、被処理水１２に対し、還元剤タンクＴ２と還元剤ポンプＰ４とを備える還元剤添加手段により、還元剤１６を添加し（Ｓ２０）、更に、酸タンクＴ４と酸ポンプＰ６とを備える酸添加手段により、酸１８を添加する（Ｓ３０）。還元剤１６は、被処理水１２中の溶存酸素を実質的に除去するように添加され、これにより被処理水１２中の金属イオンの酸化析出を抑制する。又、酸１８は、被処理水１２のｐＨを所定の範囲に維持するように添加される。そして、還元剤１６と酸１８とを添加した状態の被処理水１２を、膜分離装置２２のろ過膜２０により膜ろ過処理し、被処理水１２中の不溶性物質を除去する（Ｓ４０）。更に、膜ろ過処理した被処理水１２を、逆浸透膜２４により脱塩処理し、被処理水１２中の金属イオンやシリカを除去する（Ｓ６０）。

すなわち、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、被処理水１２に還元剤１６を添加し、被処理水１２に含まれる金属イオンの酸化析出を抑制しているため、膜分離装置２２のろ過膜２０に付着し、薬品洗浄等によっても除去し難い膜閉塞の原因となる不溶性物質の量を最小限に留めることが可能となり、ろ過膜２０のメンテナンス回数を低減し、排水量を減らすことができる。更に、被処理水１２に酸１８を添加し、被処理水１２のｐＨを所定の範囲に維持しているため、逆浸透膜２４による脱塩処理における濃縮倍率を、シリカの溶解度以上に上げた場合においても、逆浸透膜面へのシリカスケールの析出を抑制することができる。従って、被処理水１２に含まれる金属イオン、シリカ等にもとづく物質を逆浸透膜面に析出させることなく、高い水回収率で水処理を行うことが可能となる。

又、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、被処理水１２に添加する酸１８の添加量を、脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが、４．５〜５．５になるように設定することで、逆浸透膜２４による脱塩処理における濃縮倍率を、シリカの溶解度以上に上げた場合においても、逆浸透膜面へのシリカスケールの析出を安定して抑制することができる。
更に、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、逆浸透膜２４による脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に、溶存酸素が実質的に含まれなくなるように、被処理水１２に還元剤１６を添加するものであり、例えば、実施例のように、濃縮水の溶存酸素濃度を０．０ｍｇ／Ｌでほぼ安定保持するように、還元剤を添加する。これを実行するために、図１の例のように、濃縮排水ラインＬ１６に溶存酸素計２６を設置し、濃縮水の溶存酸素を測定することとしてもよい（Ｓ１００）。このように、濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように、還元剤１６を添加することで、被処理水１２に含まれる金属イオンの酸化析出を、安定して抑制することができる。

又、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、被処理水１２に還元剤１６を添加した後に、酸１８を添加することにより、還元剤１６の添加によってｐＨが変動した被処理水１２に対して、ｐＨを所定の範囲に維持するように酸１８を添加することとなるため、還元剤１６の添加により被処理水１２中の溶存酸素を実質的に除去しながらも、酸１８の添加により被処理水１２のｐＨを所定の範囲に安定して維持することが可能となる。
更に、膜ろ過処理を行うためのろ過膜２０として、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を用いることにより、被処理水１２中の不溶性物質の除去を、十分に行うことができる。

又、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、被処理水１２に添加する還元剤１６として、重亜硫酸ナトリウムを用いることにより、被処理水１２中の溶存酸素と適切な速度で反応させ、溶存酸素の実質的な除去を行うことができる。
更に、被処理水１２に添加する酸１８として、ｐＨ調整に用いられることが多く、比較的入手が容易な、塩酸もしくは硫酸を用いることとすれば、被処理水１２のｐＨの維持を容易に行うことができる。
このように、本発明の実施の形態に係る水処理方法は、大型設備を必要としないため、省スペース化を図ることが可能であり、また、還元処理を基本とするため、薬液量を低減し、処理工程を簡略化することが可能となる。従って、本発明の方法によれば、極めて安価に水質のよい飲料水を安定して得ることが可能となる。

１０：水処理装置、１２：被処理水、１６：還元剤、１８：酸、２０：ろ過膜、２４：逆浸透膜（ＲＯ）、Ｐ４：還元剤ポンプ、Ｐ６：酸ポンプ、Ｔ２：還元剤タンク、Ｔ４：酸タンク

Claims (8)

1. 金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む被処理水を、ろ過膜により膜ろ過処理して不溶性物質を除去した後、逆浸透膜により脱塩処理する水処理方法であって、
   前記被処理水に還元剤を添加して該被処理水中の溶存酸素を実質的に除去し、金属イオンの酸化析出を抑制した状態、かつ、前記被処理水に酸を添加した状態で、前記膜ろ過処理及び脱塩処理をし、この際、前記還元剤を添加した後に、前記酸を添加し、
   前記酸の添加量を、前記脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが４．５〜５．５になるように設定する水処理方法。
2. 前記被処理水に対して前記添加量の前記酸を添加することにより、シリカスケールの析出を抑制した状態にすることを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
3. 前記還元剤を、前記脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように添加することを特徴とする請求項１又は２記載の水処理方法。
4. 前記ろ過膜として、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の水処理方法。
5. 金属イオン、シリカ、不溶性物質を含む被処理水の処理を行う水処理装置であって、
   前記被処理水に還元剤を添加するための還元剤添加手段と、
   前記被処理水に酸を添加するための酸添加手段と、
   前記還元剤及び前記酸が添加された前記被処理水に膜ろ過処理を行い、不溶性物質を除去するためのろ過膜と、
   前記膜ろ過処理後の前記被処理水に脱塩処理を行うための逆浸透膜とを含み、
   前記還元剤添加手段は、前記酸が添加される前の前記被処理水に対し、前記還元剤を添加し、
   前記酸添加手段は、前記脱塩処理に伴う濃縮水のｐＨが４．５〜５．５になるように前記酸を添加する水処理装置。
6. 前記酸添加手段は、シリカスケールの析出が抑制される状態になるように前記酸を添加することを特徴とする請求項５記載の水処理装置。
7. 前記還元剤添加手段は、前記脱塩処理に伴う濃縮水又は透過水に溶存酸素が実質的に含まれなくなるように前記還元剤を添加することを特徴とする請求項５又は６記載の水処理装置。
8. 前記ろ過膜は、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の水処理装置。

Images