JP6532494B2 - Reverse osmosis processing method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜装置を用いて水を処理する逆浸透処理方法に係り、特に逆浸透膜装置への給水をヒートポンプで加熱する逆浸透処理方法及び装置に関する。 The present invention relates to a reverse osmosis treatment method for treating water using a reverse osmosis membrane device, and more particularly to a reverse osmosis treatment method and device for heating water supplied to the reverse osmosis membrane device by heat pump.
逆浸透膜装置（以下、ＲＯ装置ということがある。）にあっては、処理水量維持（水の粘度低下によるフラックス上昇、シリカ飽和溶解度上昇による回収率向上）の為、給水温度を２５℃程度に加温している。この給水の加熱には蒸気、温水、電気ヒーターなどが使用され、エネルギーを消費している。 In the reverse osmosis membrane device (hereinafter sometimes referred to as RO device), the feed water temperature is about 25 ° C to maintain the amount of treated water (increase in flux due to decrease in viscosity of water, recovery rate due to increase in silica saturation solubility). Warming up. Steam, hot water, an electric heater, etc. are used to heat this feed water, and energy is consumed.
特開２０１２−９１１１８号公報の請求項７には、ＲＯ装置の給水をヒートポンプによって２３〜２５℃に加熱することが記載されているが、同号公報にはヒートポンプの熱源についての具体的記載はなされていない。 Although claim 7 of JP 2012-91118 A heats the feed water of the RO apparatus to 23-25 ° C. by heat pump is described, the specific description of the heat source of the heat pump is described in the same publication. It has not been done.
ＲＯ装置の給水を、蒸気、温水、電気ヒーター等によって加熱する場合、加熱コストが高い。また、給水加熱に投入したエネルギーは濃縮水と一緒に廃棄されることなり、エネルギーロスとなっている。 When the feed water of the RO system is heated by steam, hot water, an electric heater or the like, the heating cost is high. In addition, the energy input to feed water heating is discarded together with the concentrated water, resulting in energy loss.
原水と濃縮水を熱交換して、濃縮水排熱を回収することが可能であるが、温度差が小さい為、熱交換器の伝熱面積を大きくする必要があり、熱交換器費用が高くなる。また、温度差が必要なため、加熱分を全量回収することは不可能である。 It is possible to exchange heat between the raw water and the concentrated water to recover the concentrated water exhaust heat, but since the temperature difference is small, it is necessary to increase the heat transfer area of the heat exchanger, and the heat exchanger cost is high. Become. Moreover, since a temperature difference is required, it is impossible to collect all the heating components.
異なる設備（冷凍機、コンプレッサーなど）の排熱を熱源にする場合、ＲＯ装置との配管コスト長が長くなり、工事費用が高くなる。また、稼働のタイミングが合わないこともある。 When using the exhaust heat of different equipment (refrigerator, compressor, etc.) as a heat source, the piping cost length with the RO device becomes long, and the construction cost becomes high. In addition, the timing of operation may not match.
ＲＯ装置の給水をヒートポンプで加熱する場合において、ヒートポンプの熱源をＲＯ装置の濃縮水（以下、ＲＯ濃縮水ということがある。）もしくは処理水とすることが考えられる。しかしながら、ＲＯ濃縮水は、スケール成分（例えばシリカやカルシウム等の硬度成分）濃度やその他の塩類濃度、有機物濃度が高いため、ヒートポンプの蒸発器等にスケール、スライム等の汚れが生成し易い。 In the case where the feed water of the RO device is heated by a heat pump, it is conceivable to use the heat source of the heat pump as concentrated water (hereinafter sometimes referred to as RO concentrated water) of the RO device or treated water. However, RO concentrated water has a high concentration of scale components (e.g., hardness components such as silica and calcium), other salts concentration, and organic matter concentration, and therefore dirt such as scale and slime is easily generated in the evaporator of heat pump.
本発明は、ＲＯ濃縮水を熱源としたヒートポンプでＲＯ装置への給水を加熱することにより加熱コストを低減することを目的とする。また、本発明は、その一態様において、このヒートポンプの蒸発器やＲＯ装置等でのスケール、スライム等を防止又は抑制することを目的とする。 An object of this invention is to reduce heating cost by heating the feed water to RO apparatus by heat pump which made RO concentrated water a heat source. Moreover, this invention aims at preventing or suppressing the scale, the slime, etc. in the evaporator of this heat pump, RO apparatus, etc. in the one aspect | mode.
本発明の逆浸透処理方法は、原水をヒートポンプで加熱した後、逆浸透膜装置で膜分離処理する逆浸透処理方法であって、該ヒートポンプの蒸発器に通水される熱源流体の少なくとも一部として該逆浸透膜装置の濃縮水を用いるとともに、以下の（ａ）および（ｂ）の少なくとも一方を採用することを特徴とするものである。
（ａ）前記ヒートポンプの蒸発器の熱源流体出口における熱源流体のシリカ濃度がシリカスケール析出濃度未満、及び／又はランゲリア指数が０以下となるように、前記逆浸透膜装置の回収率及び前記原水の温度の少なくとも一方を調整する
（ｂ）前記ヒートポンプの蒸発器でスケールが析出しないように、前記原水にスケール防止剤を添加する
The reverse osmosis treatment method of the present invention is a reverse osmosis treatment method in which raw water is heated by a heat pump and then subjected to membrane separation treatment by a reverse osmosis membrane device, wherein at least a part of the heat source fluid passed through the evaporator of the heat pump And using at least one of the following (a) and (b):
(A) The recovery rate of the reverse osmosis membrane device and the raw water so that the silica concentration of the heat source fluid at the heat source fluid outlet of the evaporator of the heat pump is less than the silica scale deposition concentration and / or the Langeria index is 0 or less. adjusting at least one of the temperature (b) as scale by the evaporator of the heat pump does not precipitate, adding a scale inhibitor to said raw water
本発明の逆浸透処理装置は、原水をヒートポンプで加熱した後、逆浸透膜装置で膜分離処理する逆浸透処理装置であって、該ヒートポンプの蒸発器に通水される熱源流体の少なくとも一部として該逆浸透膜装置の濃縮水を通水する手段と、下記（Ａ）および（Ｂ）の少なくとも一方とを備えたことを特徴とするものである。
（Ａ）前記ヒートポンプの蒸発器の熱源流体出口における熱源流体のシリカ濃度がシリカスケール析出濃度未満、及び／又はランゲリア指数が０以下となるように、前記逆浸透膜装置の回収率及び前記原水の温度の少なくとも一方を調整する手段
（Ｂ）前記ヒートポンプの蒸発器でスケールが析出しないように、前記原水にスケール防止剤を添加する手段
The reverse osmosis treatment apparatus according to the present invention is a reverse osmosis treatment apparatus in which raw water is heated by a heat pump and then subjected to membrane separation treatment by a reverse osmosis membrane apparatus, wherein at least a part of the heat source fluid passed through the evaporator of the heat pump And a means for passing concentrated water of the reverse osmosis membrane device, and at least one of the following (A) and (B).
(A) The recovery rate of the reverse osmosis membrane device and the raw water so that the silica concentration of the heat source fluid at the heat source fluid outlet of the evaporator of the heat pump is less than the silica scale deposition concentration and / or the Langeria index is 0 or less. as scale does not precipitate in the evaporator means (B) the heat pump for adjusting at least one of temperature, means for adding a scale inhibitor to said raw water
本発明によると、ＲＯ濃縮水を熱源としたヒートポンプでＲＯ装置への給水を加熱することにより、加熱コストを低減することができる。また、ＲＯ濃縮水を熱源とすることにより、ＲＯ装置近傍のみでの配管工事等で本発明装置を構成することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, heating cost can be reduced by heating the feed water to RO apparatus by heat pump which used RO concentrated water as a heat source. Further, by using RO concentrated water as a heat source, the device of the present invention can be configured by piping work or the like only in the vicinity of the RO device.
ヒートポンプを用いることにより、原水との温度差を大きくでき、小さい伝熱面積で熱回収できる。 By using a heat pump, the temperature difference with the raw water can be increased, and heat can be recovered with a small heat transfer area.
本発明の一態様によると、シリカ濃度や塩類濃度が高い等の理由によりヒートポンプの熱源として利用することが難しい水質のＲＯ濃縮水を直接ヒートポンプ熱源として利用できる。 According to one aspect of the present invention, RO concentrated water having a water quality that is difficult to use as a heat source of a heat pump due to high silica concentration or salt concentration can be directly used as a heat pump heat source.
以下、図１を参照して実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIG.
ＲＯ処理される原水は、配管１から熱交換器２に供給され、加熱された後、配管３から熱交換器４に供給され、さらに加熱された後、ＲＯ装置６に供給される。ＲＯ装置６の透過水は配管７から処理水として取り出され、濃縮水は配管８へ流出し、ヒートポンプ１０の熱源流体として該ヒートポンプ１０の蒸発器１１に通水される。
Raw water to be RO-treated is supplied from the piping 1 to the
熱交換器２の熱源流体流路には、ヒートポンプ１０の凝縮器１３によって加熱された媒体水（伝熱媒体としての水）が循環流通される。
Media water (water as a heat transfer medium) heated by the
ヒートポンプ１０は、蒸発器１１からの代替フロン等の熱媒体を圧縮機１２で圧縮して凝縮器１３に導入し、凝縮器１３からの熱媒体を膨張弁１４を介して蒸発器１１に導入するように構成されている。
The
凝縮器１３に熱交換器２からの媒体水が配管１５及びポンプ１７を介して導入され、凝縮器１３で加熱された媒体水が配管１６を介して熱交換器２に送水される。
The medium water from the
蒸発器１１の熱源流体流路に配管８からＲＯ装置６の濃縮水が導入される。熱交換により降温した濃縮水は、配管９を介して排出される。
Concentrated water of the
熱交換器４の熱源流体流路には、蒸気が供給される。 Steam is supplied to the heat source fluid flow path of the heat exchanger 4.
ＲＯ装置６の濃縮水のスケール成分濃度や有機物濃度が原水よりも高いため、ヒートポンプ１０の蒸発器１１や配管８，９でスケールやスライムが発生するおそれが高いので、これを防止ないし抑制（以下、防止という。）する必要がある。また、ＲＯ装置６においてもスケールやスライムが発生することを防止する必要がある。
The scale component concentration and organic matter concentration of the concentrated water of the
そこで、この実施の形態では、蒸発器１１や、ＲＯ装置６、配管８，９におけるスケール、スライム防止のために次のｉ），ii）又はiii）の対策を行う。
Therefore, in this embodiment, the following measures i), ii) or iii) are taken to prevent the scale in the
i） 蒸発器１１の熱源流体出口１１ａを流れる濃縮水のシリカ濃度がシリカスケール析出濃度を超えない様に、及び／又は、ランゲリア指数が０以下となるように、ＲＯ回収率及び原水温度の一方又は双方を調整する。
i) One of the RO recovery rate and the raw water temperature so that the silica concentration of the concentrated water flowing through the heat
すなわち、［ヒートポンプ蒸発器出口１１ａにおけるシリカ濃度］が［シリカ飽和溶解度］よりも低くなるように、及び／又は、［ヒートポンプ蒸発器出口１１ａにおけるランゲリア指数］が［０以下］となるように、ＲＯ回収率を下げること、及び原水温度を上げることの一方又は双方を行う。
That is, RO is set so that [silica concentration at the heat
なお、ＲＯ濃縮水及び蒸発器出口でのランゲリア指数（ＬＳＩ）は、通常、次の式（１）により求められる。
ＬＳＩ＝ｐＨ−ｐＨｓ （１）
（１）において、ｐＨは濃縮水もしくは蒸発器出口のｐＨ値である。また、ｐＨｓは、濃縮水もしくは蒸発器において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値であり、次の式（２）により求められる。
ｐＨｓ＝９．３＋Ａ値＋Ｂ値−Ｃ値−Ｄ値 （２）
式（２）において、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。
In addition, the Lungeria index (LSI) at the RO concentrated water and the evaporator outlet is usually determined by the following equation (1).
LSI = pH-pHs (1)
In (1), the pH is the pH value of the retentate or evaporator outlet. Further, pHs is a theoretical pH value when calcium carbonate is in an equilibrium state where neither dissolution nor precipitation occurs in the concentrated water or the evaporator, and is obtained by the following equation (2).
pHs = 9.3 + A value + B value-C value-D value (2)
In the equation (2), the A value is a correction value determined by the evaporation residue concentration. Since the evaporation residue concentration has a correlation with the electrical conductivity, the evaporation residue concentration can be determined from the electrical 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 calcium hardness. The D value is a correction value determined by the total alkalinity.
なお、ＲＯ透過水の一部をＲＯ濃縮水に添加して、ヒートポンプ蒸発器に通水するのに適当な水質にしてもよい。即ち、ＲＯ透過水の一部をＲＯ濃縮水に添加することも「回収率を低下させること」に包含される。 In addition, a part of the RO permeated water may be added to the RO concentrated water to make the water quality suitable for passing through the heat pump evaporator. That is, adding a part of the RO permeated water to the RO concentrated water is also included in "reducing the recovery rate".
このように、回収率を下げたり原水温度を高くしたりすることにより、ＲＯ濃縮水中のシリカ濃度やランゲリア指数をスケール非発生条件とすることができる。例えば、２３〜２５℃の濃縮水中のシリカ濃度を１００〜１２０ｐｐｍ以下とすることにより、シリカスケールが防止される。 Thus, by reducing the recovery rate or raising the raw water temperature, it is possible to set the silica concentration in the RO concentrated water and the Langeria index as non-scale generation conditions. For example, by setting the silica concentration in concentrated water at 23 to 25 ° C. to 100 to 120 ppm or less, silica scale is prevented.
ii） ＲＯ装置６およびヒートポンプ蒸発器１１でシリカスケールが析出しない様に原水のｐＨを調整する。具体的には、原水のＣａ硬度が５ｍｇ／Ｌ以下の条件でｐＨを９以上（例えば、９〜１１）とする。又は、原水のｐＨを６以下（例えば、４〜６）とする。高ｐＨでシリカをイオン化させることにより、ゲル化を抑制し、スケール析出を抑制することができる。また、原水を低ｐＨとすることにより、シリカの析出速度を低下させてシリカスケールを抑制することができる。
ii) Adjust the pH of the raw water so that the silica scale does not precipitate in the
iii） ＲＯ装置６およびヒートポンプ蒸発器１１でスケール、スライムが析出しない様に原水に薬品（スケール防止剤やスライム防止剤など）を添加する。スケール防止剤やスライム防止剤としては、特に制限はなく、各種のものを用いることができる。
iii) Add chemicals (such as scale inhibitor and slime inhibitor) to the raw water so that scale and slime are not deposited by the
また、ランゲリア指数を０以下とするには、原水のｐＨを６以下（例えば、４〜６）とするか、又は、ＲＯ膜の前段に軟水器を設けて硬度成分を除去するようにしても良い。なお、カルシウムスケール用のスケール防止剤を原水に添加しても良く、その場合は、ランゲリア指数は０を超えても良い。例えば、スケール防止剤の性能にもよるが、有機高分子スケール防止剤を利用することにより、ランゲリア指数を０．５以下となるように制御することが可能となる。 Also, in order to set the Langelier index to 0 or less, the pH of the raw water is set to 6 or less (for example, 4 to 6) or a water softener is provided in front of the RO membrane to remove the hardness component. good. In addition, you may add the scale inhibiting agent for calcium scales to raw water, and in that case, a Langeria index may exceed zero. For example, depending on the performance of the scale inhibitor, it is possible to control the Langeria index to be 0.5 or less by using the organic polymer scale inhibitor.
なお、原水としては、工業用水（河川水、湖沼水等）、地下水、水道水、各種排水の処理水などが例示されるが、これに限定されない。 In addition, although raw water is exemplified by industrial water (river water, lake water, etc.), underground water, tap water, treated water of various drainage, etc., it is not limited thereto.
図１のシステムに従って井水（１８℃）を２５℃に加熱して２０ｍ３／ｈでＲＯ処理して透過水２５℃、１４ｍ３／ｈ、濃縮水２５℃、６ｍ３／ｈで膜分離し、ヒートポンプをＣＯＰ（成績係数）５で運転する場合、図１のようにヒートポンプ１０及び熱交換器２，４を設置し、蒸発器出口１１ａの濃縮水温度を２０℃とする条件でシステムを運転するときの熱交換器４の蒸気使用量は１０１．８ｋＷ相当となる。
Well water (18 ° C.) was heated to 25 ° C. in accordance with the system of Figure 1 with 20 m 3 / h RO process to permeate 25 ° C. In, 14m 3 / h, concentrated water 25 ° C., and membrane separation with 6 m 3 / h When the heat pump is operated at COP (coefficient of performance) 5, the
なお、本発明のヒートポンプを備えた逆浸透膜装置においては、ＲＯ膜の入口や出口、蒸発器の熱源流体入口や出口の一部もしくは全部に、シリカや硬度成分（もしくはランゲリア指数）、水温等の測定機器（センサや算出ユニット等）を設け、該機器の測定値に基づいて、ＲＯ膜の回収率、ｐＨ調整（酸やアルカリの添加手段の制御）、薬品添加（スケール防止剤やスライム防止剤の添加手段）の一部又は全部を自動で制御する制御ユニットを設け、装置全体を自動運転可能に設計しても良い。熱源流体出口に上記測定機器を設けてＲＯ膜の運転条件を制御することで、ヒートポンプを備えた逆浸透膜装置全体を安定に運転することが可能となる。 In the reverse osmosis membrane device equipped with the heat pump according to the present invention, silica, a hardness component (or Langeria index), water temperature, etc. in part or all of the inlet and outlet of the RO membrane and the heat source fluid inlet and outlet of the evaporator. Measurement equipment (sensor, calculation unit, etc.) is provided, and the recovery rate of RO membrane, pH adjustment (control of addition means of acid and alkali), chemical addition (scale inhibitor and slime prevention) based on the measurement value of the equipment A control unit for automatically controlling part or all of the agent addition means may be provided to design the entire apparatus to be capable of automatic operation. By providing the measurement device at the heat source fluid outlet to control the operating conditions of the RO membrane, it becomes possible to stably operate the entire reverse osmosis membrane device equipped with a heat pump.
一方、図１のシステムにおいて熱交換器２及びヒートポンプ１０を設置しない場合、同条件でＲＯ処理するときの熱交換器４の蒸気使用量は１６２．８ｋＷ相当となる。
On the other hand, when the
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。 The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention may be in a form other than illustrated.
２，４ 熱交換器
６ ＲＯ装置
１０ ヒートポンプ
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１４ 膨張弁
2, 4
Claims (2)
該ヒートポンプの蒸発器に通水される熱源流体の少なくとも一部として該逆浸透膜装置の濃縮水を用いるとともに、前記ヒートポンプの蒸発器の熱源流体出口における熱源流体のシリカ濃度がシリカスケール析出濃度未満となるように、前記逆浸透膜装置の回収率及び前記原水の温度の少なくとも一方を調整することを特徴とする逆浸透処理方法。 A reverse osmosis treatment method in which raw water is heated by a heat pump and then subjected to membrane separation treatment by a reverse osmosis membrane device,
At least with use of concentrated water of the reverse osmosis unit as part, silica concentration silica scale deposition density of the heat source fluid in the heat-source fluid outlet of the evaporator before Symbol heat source of the heat pump fluid to be passed through the evaporator of the heat pump such that less than, reverse osmosis treatment method characterized by adjusting at least one of the recovery and of the raw water temperature of said reverse osmosis membrane apparatus.
該ヒートポンプの蒸発器に通水される熱源流体の少なくとも一部として該逆浸透膜装置の濃縮水を通水する手段と、前記ヒートポンプの蒸発器の熱源流体出口における熱源流体のシリカ濃度がシリカスケール析出濃度未満となるように、前記逆浸透膜装置の回収率及び前記原水の温度の少なくとも一方を調整する手段とを備えたことを特徴とする逆浸透処理装置。 It is a reverse osmosis treatment device in which raw water is heated by a heat pump and then subjected to membrane separation treatment by a reverse osmosis membrane device,
At least means for passing water to concentrate of the reverse osmosis unit as part, silica concentration of the heat source fluid in the heat-source fluid outlet of the evaporator before Symbol heat pump silica source fluid that is passed through the evaporator of the heat pump so that the scale deposition density less than, reverse osmosis treatment apparatus which is characterized in that a means for adjusting at least one of the recovery and the temperature of the raw water of the reverse osmosis unit.
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